المجمع البيولوجي العالمي للطاقة هو. الأشكال العالمية للطاقة الخلوية. التحكم بالمعرفة الواردة

29.09.2019

في عملية التحولات الكيميائية الحيوية للمواد ، يتم كسر الروابط الكيميائية ، مصحوبة بإطلاق الطاقة. إنها طاقة كامنة حرة لا يمكن للكائنات الحية استخدامها بشكل مباشر. يجب أن تتغير. هناك نوعان عالميان من الطاقة يمكن استخدامهما في الخلية للقيام بأنواع مختلفة من العمل:

1) الطاقة الكيميائية ، طاقة الروابط عالية الطاقة للمركبات الكيميائية. تسمى الروابط الكيميائية macergic إذا تم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرة عند كسرها. المركبات مع هذه الوصلات ذات طاقة عالية. يحتوي جزيء ATP على روابط عالية الطاقة وله خصائص معينة تحدد دوره المهم في استقلاب الطاقة في الخلايا:

· عدم استقرار الديناميكا الحرارية.

· ثبات كيميائي عالي. يوفر تخزينًا فعالًا للطاقة لأنه يمنع تبديد الطاقة في شكل حرارة ؛

· صغر حجم جزيء ATP يسهل الانتشار إلى أجزاء مختلفة من الخلية ، حيث يكون من الضروري توفير الطاقة من الخارج لأداء الأعمال الكيميائية أو الأسموزية أو الكيميائية ؛

· التغير في الطاقة الحرة أثناء التحلل المائي لـ ATP له قيمة متوسطة ، مما يسمح له بأداء وظائف الطاقة بأفضل طريقة ، أي نقل الطاقة من المركبات عالية الطاقة إلى المركبات منخفضة الطاقة.

ATP هو مجمع عالمي للطاقة لجميع الكائنات الحية ؛ يتم تخزين الطاقة في جزيئات ATP لفترة قصيرة جدًا (العمر الافتراضي لـ ATP-1/3 من الثانية). يتم استهلاكه على الفور لتوفير الطاقة لجميع العمليات التي تحدث في الوقت الحالي.يمكن استخدام الطاقة الموجودة في جزيء ATP في التفاعلات التي تحدث في السيتوبلازم (في معظم عمليات التخليق الحيوي ، وكذلك في بعض العمليات المعتمدة على الغشاء).

2) الطاقة الكهروكيميائية (طاقة الغشاء الكامن للهيدروجين) Δ. عندما يتم نقل الإلكترونات على طول سلسلة الأكسدة والاختزال ، في أغشية موضعية من نوع معين ، تسمى توليد الطاقة أو الاقتران ، يحدث توزيع غير متساوٍ للبروتونات في الفضاء على جانبي الغشاء ، أي تدرج هيدروجين موجه بشكل عرضي أو عبر الغشاء Δ ، مُقاس بالفولت ، يظهر على الغشاء ، والنتيجة Δ تؤدي إلى تخليق جزيئات ATP. يمكن استخدام الطاقة في شكل Δ في العديد من العمليات المعتمدة على الطاقة المترجمة على الغشاء:

· لامتصاص الحمض النووي في عملية التحول الجيني.

· لنقل البروتينات عبر الغشاء.

· لضمان حركة العديد من بدائيات النوى.

· لضمان النقل النشط للجزيئات والأيونات عبر الغشاء السيتوبلازمي.

لا يتم تحويل كل الطاقة المجانية التي يتم الحصول عليها أثناء أكسدة المواد إلى شكل يمكن الوصول إليه للخلية ويتراكم في ATP. يتم تبديد جزء من الطاقة الحرة الناتجة في شكل حرارة ، وفي كثير من الأحيان طاقة ضوئية وكهربائية. إذا كانت الخلية تخزن طاقة أكثر مما يمكنها إنفاقه على جميع العمليات المستهلكة للطاقة ، فإنها تصنع كمية كبيرة من مواد التخزين عالية الجزيئات (الدهون). إذا لزم الأمر ، تخضع هذه المواد لتحولات كيميائية حيوية وتزويد الخلية بالطاقة.

ATP هي "عملة" الطاقة العالمية للخلية.واحدة من أكثر "اختراعات" الطبيعة المدهشة هي جزيئات ما يسمى بالمواد "عالية الطاقة" ، والتي يوجد في التركيب الكيميائي لها رابطة أو أكثر تعمل كأجهزة لتخزين الطاقة. تم العثور على العديد من الجزيئات المماثلة في الطبيعة الحية ، ولكن يوجد واحد منها فقط في جسم الإنسان - حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك (ATP). إنه جزيء عضوي معقد إلى حد ما حيث ترتبط به 3 بقايا سالبة الشحنة من حمض الفوسفوريك غير العضوي PO. ترتبط بقايا الفسفور هذه بالجزء العضوي من الجزيء بواسطة روابط "عالية الطاقة" ، والتي يتم تدميرها بسهولة خلال مجموعة متنوعة من التفاعلات داخل الخلايا. ومع ذلك ، فإن طاقة هذه الروابط لا تتبدد في الفضاء على شكل حرارة ، ولكنها تستخدم للحركة أو التفاعل الكيميائي للجزيئات الأخرى. بفضل هذه الخاصية ، يؤدي ATP في الخلية وظيفة تخزين عالمي (تراكم) للطاقة ، بالإضافة إلى "عملة" عالمية. بعد كل شيء ، فإن كل تحول كيميائي يحدث في الخلية إما يمتص الطاقة أو يطلقها. وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ، فإن إجمالي كمية الطاقة المتولدة نتيجة للتفاعلات المؤكسدة والمخزنة في شكل ATP تساوي كمية الطاقة التي يمكن أن تستخدمها الخلية لعملياتها التركيبية وأداء أي وظائف. وباعتبارها "دفعة" مقابل القدرة على تنفيذ هذا الإجراء أو ذاك ، تُجبر الخلية على إنفاق مخزونها من ATP. في هذه الحالة ، يجب التأكيد بشكل خاص: جزيء ATP كبير جدًا بحيث لا يمكنه المرور عبر غشاء الخلية. لذلك ، لا يمكن استخدام ATP المكون في خلية واحدة بواسطة خلية أخرى. تُجبر كل خلية من خلايا الجسم على تصنيع ATP لتلبية احتياجاتها الخاصة بالكميات اللازمة لأداء وظائفها.

ثلاثة مصادر لإعادة تخليق ATP في خلايا جسم الإنسان.على ما يبدو فإن الأسلاف البعيدة لخلايا جسم الإنسان كانت موجودة منذ عدة ملايين من السنين ، محاطة بالخلايا النباتية التي تمدها بكميات زائدة من الكربوهيدرات ، ولم يكن هناك ما يكفي من الأوكسجين أو لم يكن هناك إطلاقاً. الكربوهيدرات هي أكثر العناصر الغذائية استخدامًا لإنتاج الطاقة في الجسم. وعلى الرغم من أن معظم خلايا جسم الإنسان قد اكتسبت القدرة على استخدام البروتينات والدهون كمواد خام للطاقة ، فإن بعضها (على سبيل المثال ، الأعصاب والدم الأحمر وخلايا التكاثر الذكرية) قادرة على إنتاج الطاقة فقط من خلال أكسدة الكربوهيدرات.

تحدث عمليات الأكسدة الأولية للكربوهيدرات - أو بالأحرى الجلوكوز ، الذي هو ، في الواقع ، ركيزة الأكسدة الرئيسية في الخلايا - مباشرة في السيتوبلازم: حيث توجد مجمعات الإنزيم ، بسبب تدمير جزيء الجلوكوز جزئيًا ، ويتم تخزين الطاقة المنبعثة في شكل ATP. تسمى هذه العملية بتحلل السكر ، ويمكن أن تحدث في جميع خلايا جسم الإنسان دون استثناء. نتيجة لهذا التفاعل ، من جزيء جلوكوز مكون من 6 كربون ، يتم تكوين جزيئين من 3 كربون من حمض البيروفيك وجزيئين من ATP.

يعتبر تحلل السكر عملية سريعة جدًا ولكنها غير فعالة نسبيًا. يتم تحويل حمض البيروفيك المتكون في الخلية بعد الانتهاء من تفاعلات تحلل السكر على الفور تقريبًا إلى حمض اللاكتيك وأحيانًا (على سبيل المثال ، أثناء العمل العضلي الثقيل) بكميات كبيرة جدًا يتم إطلاقه في الدم ، لأنه جزيء صغير يمكنه تمر بحرية عبر غشاء الخلية. إن مثل هذا الإطلاق الهائل لمنتجات الأيض الحمضية في الدم يعطل التوازن ، ويتعين على الجسم تشغيل آليات استتباب خاصة من أجل التعامل مع عواقب عمل العضلات أو أي نشاط نشط آخر.

لا يزال حمض البيروفيك الذي يتكون نتيجة تحلل السكر يحتوي على الكثير من الطاقة الكيميائية المحتملة ويمكن أن يعمل كركيزة لمزيد من الأكسدة ، ولكن هذا يتطلب إنزيمات وأكسجين خاصين. تحدث هذه العملية في العديد من الخلايا التي تحتوي على عضيات خاصة - الميتوكوندريا. يتكون السطح الداخلي لأغشية الميتوكوندريا من جزيئات دهنية وبروتينية كبيرة ، بما في ذلك عدد كبير من الإنزيمات المؤكسدة. تتشكل جزيئات 3-كربون في السيتوبلازم ، عادةً حمض الأسيتيك (أسيتات) ، تخترق الميتوكوندريا. هناك يتم تضمينها في دورة مستمرة من التفاعلات ، يتم خلالها فصل ذرات الكربون والهيدروجين بالتناوب من هذه الجزيئات العضوية ، والتي ، عند دمجها مع الأكسجين ، تتحول إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. في هذه التفاعلات ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة ، والتي يتم تخزينها في شكل ATP. كل جزيء من حمض البيروفيك ، بعد أن مر بدورة كاملة من الأكسدة في الميتوكوندريا ، يسمح للخلية باستقبال 17 جزيء ATP. وبالتالي ، فإن الأكسدة الكاملة لجزيء جلوكوز واحد توفر للخلية 2 + 17x2 = 36 جزيء ATP. من المهم أيضًا تضمين الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية ، أي مكونات الدهون والبروتينات ، في عملية أكسدة الميتوكوندريا. بفضل هذه القدرة ، تجعل الميتوكوندريا الخلية مستقلة نسبيًا عن الأطعمة التي يأكلها الجسم: على أي حال ، سيتم إنتاج الكمية المطلوبة من الطاقة.

يتم تخزين بعض الطاقة في الخلية على شكل جزيئات فوسفات الكرياتين (CRP) ، أصغر حجمًا وأكثر قدرة على الحركة من ATP. إنه هذا الجزيء الصغير الذي يمكنه الانتقال بسرعة من أحد طرفي الخلية إلى الطرف الآخر - إلى حيث تشتد الحاجة إلى الطاقة في الوقت الحالي. لا يستطيع KrF نفسه إعطاء الطاقة لعمليات التوليف أو تقلص العضلات أو توصيل النبضات العصبية: وهذا يتطلب ATP. ولكن من ناحية أخرى ، فإن KrF سهل وعملي دون خسارة قادرة على إعطاء كل الطاقة الموجودة فيه إلى جزيء ثنائي فوسفات الأدينازين (ADP) ، والذي يتحول على الفور إلى ATP ويكون جاهزًا لمزيد من التحولات الكيميائية الحيوية.

وبالتالي ، فإن الطاقة المستهلكة في سياق عمل الخلية ، أي يمكن تجديد ATP بسبب ثلاث عمليات رئيسية: تحلل السكر اللاهوائي (الخالي من الأكسجين) ، أكسدة الميتوكوندريا الهوائية (بمشاركة الأكسجين) وأيضًا بسبب نقل مجموعة الفوسفات من KrF إلى ADP.

يعتبر مصدر فوسفات الكرياتين هو الأقوى ، لأن تفاعل KrF مع ADP يستمر بسرعة كبيرة. ومع ذلك ، عادةً ما يكون مخزون CRF في الخلية صغيرًا - على سبيل المثال ، يمكن للعضلات أن تعمل بأقصى جهد بسبب CRF لمدة لا تزيد عن 6-7 ثوانٍ. هذا عادة ما يكون كافيًا لتشغيل ثاني أقوى مصدر للطاقة - حال السكر -. في هذه الحالة ، يكون مورد العناصر الغذائية أكبر بعدة مرات ، ولكن مع تقدم العمل ، يحدث توتر متزايد في التوازن بسبب تكوين حمض اللاكتيك ، وإذا تم تنفيذ هذا العمل بواسطة عضلات كبيرة ، فلا يمكن أن يستمر أكثر من 1.5-2 الدقائق. ولكن خلال هذا الوقت ، يتم تنشيط الميتوكوندريا بالكامل تقريبًا ، والتي تكون قادرة على حرق ليس فقط الجلوكوز ، ولكن أيضًا الأحماض الدهنية ، التي يكاد يكون مصدرها في الجسم لا ينضب. لذلك ، يمكن أن يعمل مصدر الميتوكوندريا الهوائية لفترة طويلة جدًا ، ومع ذلك ، فإن قوتها منخفضة نسبيًا - 2-3 مرات أقل من مصدر حال السكر ، و 5 مرات أقل من قوة فوسفات الكرياتين.

ملامح تنظيم إنتاج الطاقة في أنسجة الجسم المختلفة.الأنسجة المختلفة لها تشبع مختلف من الميتوكوندريا. أقلها في العظام والدهون البيضاء ، والأهم من ذلك كله - في الدهون البنية والكبد والكلى. يوجد عدد غير قليل من الميتوكوندريا في الخلايا العصبية. لا تحتوي العضلات على نسبة عالية من الميتوكوندريا ، ولكن نظرًا لحقيقة أن عضلات الهيكل العظمي هي النسيج الأكثر ضخامة في الجسم (حوالي 40٪ من وزن الجسم للبالغين) ، فإن احتياجات الخلايا العضلية هي التي تحدد إلى حد كبير شدة واتجاه جميع عمليات التمثيل الغذائي للطاقة. أطلق عليها IA Arshavsky "قاعدة الطاقة للعضلات الهيكلية."

مع تقدم العمر ، يتغير مكونان مهمان لعملية التمثيل الغذائي للطاقة في وقت واحد: نسبة كتل الأنسجة مع تغيرات نشاط التمثيل الغذائي المختلفة ، وكذلك محتوى أهم الإنزيمات المؤكسدة في هذه الأنسجة. نتيجة لذلك ، يخضع استقلاب الطاقة لتغييرات معقدة نوعًا ما ، ولكن بشكل عام تقل شدته مع تقدم العمر ، وبشكل ملحوظ جدًا.

تبادل الطاقة

تبادل الطاقةهي الوظيفة الأكثر تكاملاً في الجسم. أي توليفات ، نشاط أي عضو ، أي نشاط وظيفي سيؤثر حتمًا على استقلاب الطاقة ، لأنه وفقًا لقانون الحفظ ، الذي ليس له استثناءات ، فإن أي عمل مرتبط بتحويل المادة يكون مصحوبًا بإنفاق الطاقة.

استهلاك الطاقةيتكون الكائن الحي من ثلاثة أجزاء غير متكافئة من التمثيل الغذائي الأساسي ، وإمداد الطاقة للوظائف ، بالإضافة إلى استهلاك الطاقة من أجل النمو والتطور والعمليات التكيفية. يتم تحديد العلاقة بين هذه الأجزاء من خلال مرحلة التطور الفردي والظروف المحددة (الجدول 2).

التمثيل الغذائي القاعدي- هذا هو الحد الأدنى من إنتاج الطاقة ، والموجود دائمًا ، بغض النظر عن النشاط الوظيفي للأعضاء والأنظمة ، ولا يساوي الصفر أبدًا. يتكون التمثيل الغذائي الأساسي من ثلاثة أنواع رئيسية من إنفاق الطاقة: الحد الأدنى من الوظائف ، والدورات غير المجدية ، والعمليات الإصلاحية.

الحد الأدنى من متطلبات الجسم للطاقة.إن مسألة الحد الأدنى من الوظائف واضحة تمامًا: حتى في ظروف الراحة الكاملة (على سبيل المثال ، النوم المريح) ، عندما لا تعمل العوامل المنشطة على الجسم ، فمن الضروري الحفاظ على نشاط معين للدماغ والغدد الصماء ، الكبد والجهاز الهضمي والقلب والأوعية الدموية وعضلات الجهاز التنفسي وأنسجة الرئة والعضلات المقوية والملساء ، إلخ.

دورات غير مجدية.من غير المعروف أن الملايين من التفاعلات الكيميائية الحيوية الحلقية تحدث باستمرار في كل خلية من خلايا الجسم ، ونتيجة لذلك لا ينتج أي شيء ، ولكن يلزم قدر معين من الطاقة لتنفيذها. هذه هي ما يسمى بالدورات غير المجدية ، وهي عمليات تحافظ على "القدرة القتالية" للهياكل الخلوية في غياب مهمة وظيفية حقيقية. مثل قمة الغزل ، الدورات غير المجدية تعطي الاستقرار للخلية وجميع هياكلها. إن نفقات الطاقة للحفاظ على كل دورة من الدورات غير المجدية صغيرة ، ولكن هناك العديد منها ، ونتيجة لذلك ، يُترجم هذا إلى حصة ملحوظة إلى حد ما من نفقات الطاقة الأساسية.

عمليات الإصلاح.تبدأ العديد من الجزيئات المنظمة بشكل معقد والمشتركة في عمليات التمثيل الغذائي بالتلف عاجلاً أو آجلاً ، وتفقد خصائصها الوظيفية أو حتى تكتسب سامة. مطلوب "أعمال إصلاح وترميم" مستمرة ، وإزالة الجزيئات التالفة من الخلية وتركيب جزيئات جديدة ، مماثلة للجزيئات القديمة ، في مكانها. تحدث هذه العمليات التعويضية باستمرار في كل خلية ، لأن عمر أي جزيء بروتين لا يتجاوز عادةً أسبوعًا إلى أسبوعين ، وهناك مئات الملايين منها في أي خلية. العوامل البيئية - درجة الحرارة غير المواتية ، وزيادة الخلفية الإشعاعية ، والتعرض للمواد السامة وأكثر من ذلك بكثير - يمكن أن تقصر بشكل كبير من عمر الجزيئات المعقدة ، ونتيجة لذلك ، تزيد من توتر العمليات الإصلاحية.

الحد الأدنى لمستوى أداء أنسجة كائن حي متعدد الخلايا.إن عمل الخلية مؤكد دائمًا خارج العمل... بالنسبة لخلية العضلات ، هذا هو انقباضها ، بالنسبة للخلية العصبية - إنتاج وتوصيل نبضة كهربائية ، لخلية غدية - إنتاج الإفرازات وعمل الإفراز ، لخلية ظهارية - كثرة الخلايا أو أي شكل آخر من أشكال التفاعل مع الأنسجة المحيطة والسوائل البيولوجية. بطبيعة الحال ، لا يمكن تنفيذ أي عمل دون إنفاق الطاقة لتنفيذه. لكن أي عمل ، بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي إلى تغيير في البيئة الداخلية للجسم ، حيث أن نفايات الخلية النشطة قد لا تكون غير مبالية بالخلايا والأنسجة الأخرى. لذلك ، فإن المستوى الثاني لاستهلاك الطاقة عند أداء وظيفة ما يرتبط بالصيانة النشطة للتوازن ، والتي تستهلك أحيانًا جزءًا كبيرًا جدًا من الطاقة. وفي الوقت نفسه ، لا يتغير تكوين البيئة الداخلية في سياق أداء المهام الوظيفية فحسب ، بل تتغير الهياكل أيضًا في كثير من الأحيان ، وغالبًا في اتجاه التدمير. لذلك ، مع تقلص عضلات الهيكل العظمي (حتى لو كانت شدة منخفضة) ، تحدث دائمًا فواصل ألياف العضلات ، أي تم انتهاك سلامة النموذج. يمتلك الجسم آليات خاصة للحفاظ على ثبات الشكل (التماثل المتماثل) ، والتي تضمن أسرع استعادة للبنى التالفة أو المتغيرة ، ولكن هذا يستهلك الطاقة مرة أخرى. وأخيرًا ، من المهم جدًا أن يحافظ الكائن الحي النامي على الاتجاهات الرئيسية لتطوره ، بغض النظر عن الوظائف التي يجب تنشيطها نتيجة التعرض لظروف معينة. يعد الحفاظ على ثبات الاتجاه وقنوات التنمية (homeoresis) شكلاً آخر من أشكال استهلاك الطاقة عند تنشيط الوظائف.

بالنسبة للكائن الحي النامي ، فإن أحد العناصر الهامة لاستهلاك الطاقة هو النمو والتنمية بحد ذاته. ومع ذلك ، بالنسبة لأي كائن ، بما في ذلك الكائن الناضج ، فإن عمليات إعادة الترتيب التكيفية لا تقل استهلاكًا للطاقة من حيث الحجم وتكون متشابهة جدًا بشكل أساسي. هنا ، تهدف نفقات الطاقة إلى تنشيط الجينوم ، وتدمير الهياكل القديمة (تقويض) والتوليف (الابتنائية).

تنخفض تكاليف التمثيل الغذائي الأساسي وتكاليف النمو والتطور بشكل ملحوظ مع تقدم العمر ، بينما تصبح تكاليف أداء الوظائف مختلفة نوعياً. نظرًا لأنه من الصعب للغاية من الناحية المنهجية فصل نفقات الطاقة الأساسية ونفقات الطاقة في عمليات النمو والتنمية ، فعادة ما يتم اعتبارهما معًا تحت الاسم "BX".

ديناميات معدل الأيض الأساسي المرتبطة بالعمر.منذ زمن M. Rubner (1861) ، من المعروف أنه في الثدييات ، مع زيادة وزن الجسم ، تنخفض شدة إنتاج الحرارة لكل وحدة كتلة ؛ بينما مقدار التبادل المحسوب لكل وحدة سطح يظل ثابتًا ("قاعدة السطح"). لا تزال هذه الحقائق تفتقر إلى تفسير نظري مُرضٍ ، وبالتالي تُستخدم الصيغ التجريبية للتعبير عن العلاقة بين حجم الجسم ومعدل التمثيل الغذائي. بالنسبة للثدييات ، بما في ذلك البشر ، غالبًا ما تستخدم صيغة M. Kleiber الآن:

م = 67.7 ف 0 75 سعرة حرارية / يوم ،

حيث M هو إنتاج الحرارة للكائن الحي كله ، و P هو وزن الجسم.

ومع ذلك ، لا يمكن دائمًا وصف التغييرات المرتبطة بالعمر في التمثيل الغذائي الأساسي باستخدام هذه المعادلة. خلال السنة الأولى من العمر ، لا ينخفض إنتاج الحرارة ، كما هو مطلوب في معادلة كليبر ، ولكنه يظل عند نفس المستوى أو حتى يزيد قليلاً. فقط في عمر سنة واحدة يتم تحقيق معدل الأيض تقريبًا (55 كيلو كالوري / كجم · يوم) ، وهو "المفترض" وفقًا لمعادلة كليبر لكائن وزنه 10 كجم. فقط من سن 3 سنوات ، تبدأ شدة التمثيل الغذائي الأساسي في الانخفاض تدريجياً ، وتصل إلى مستوى الشخص البالغ - 25 كيلو كالوري / كجم / يوم - فقط بحلول فترة البلوغ.

تكلفة الطاقة لعمليات النمو والتنمية.في كثير من الأحيان ، يرتبط زيادة معدل الأيض الأساسي عند الأطفال بتكاليف النمو. ومع ذلك ، فقد أظهرت القياسات والحسابات الدقيقة التي أجريت في السنوات الأخيرة أنه حتى عمليات النمو الأكثر كثافة في الأشهر الثلاثة الأولى من العمر لا تتطلب أكثر من 7-8٪ من استهلاك الطاقة اليومي ، وبعد 12 شهرًا لا تتجاوز 1٪. علاوة على ذلك ، لوحظ أعلى مستوى لاستهلاك الطاقة لجسم الطفل في سن 1 سنة ، عندما انخفض معدل نموه 10 مرات عما كان عليه في سن ستة أشهر. تلك المراحل من التكوُّن ، عندما ينخفض معدل النمو ، وتحدث تغيرات نوعية كبيرة في الأعضاء والأنسجة ، بسبب عمليات تمايز الخلايا ، تبين أنها أكثر "استهلاكًا للطاقة". أظهرت الدراسات الخاصة لعلماء الكيمياء الحيوية أنه في الأنسجة التي تدخل مرحلة عمليات التمايز (على سبيل المثال ، في الدماغ) ، يزداد محتوى الميتوكوندريا بشكل حاد ، وبالتالي يزداد التمثيل الغذائي التأكسدي وإنتاج الحرارة. المعنى البيولوجي لهذه الظاهرة هو أنه في عملية تمايز الخلايا ، يتم تكوين هياكل جديدة وبروتينات جديدة وجزيئات كبيرة أخرى ، والتي لم تستطع الخلية إنتاجها من قبل. مثل أي عمل جديد ، يتطلب هذا تكاليف طاقة خاصة ، في حين أن عمليات النمو هي "إنتاج دفعي" ثابت من البروتين والجزيئات الكبيرة الأخرى في الخلية.

في عملية التطوير الفردي الإضافي ، لوحظ انخفاض في كثافة التمثيل الغذائي الأساسي. في الوقت نفسه ، اتضح أن مساهمة الأعضاء المختلفة في معدل الأيض الأساسي تتغير مع تقدم العمر. على سبيل المثال ، يمثل الدماغ (الذي يساهم بشكل كبير في معدل الأيض الأساسي) عند الأطفال حديثي الولادة 12٪ من وزن الجسم ، وفي البالغين - 2٪ فقط. تنمو الأعضاء الداخلية أيضًا بشكل غير متساو ، والتي ، مثل الدماغ ، تتمتع بمستوى عالٍ جدًا من التمثيل الغذائي للطاقة حتى أثناء الراحة - 300 كيلو كالوري / كجم في اليوم. في الوقت نفسه ، تتميز الأنسجة العضلية ، التي تتضاعف الكمية النسبية منها تقريبًا أثناء نمو ما بعد الولادة ، بمستوى منخفض جدًا من التمثيل الغذائي عند الراحة - 18 كيلو كالوري / كجم في اليوم. في البالغين ، يمثل الدماغ حوالي 24٪ من معدل الأيض الأساسي ، والكبد - 20٪ ، والقلب - 10٪ ، والعضلات الهيكلية - 28٪. في الطفل البالغ من العمر عام واحد ، يمثل الدماغ 53٪ من التمثيل الغذائي الأساسي ، ويساهم الكبد بحوالي 18٪ ، وتمثل عضلات الهيكل العظمي 8٪ فقط.

تبادل الراحة في الأطفال في سن المدرسة.لا يمكن قياس التمثيل الغذائي الأساسي إلا في العيادة: وهذا يتطلب شروطًا خاصة. لكن يمكن قياس تبادل الراحة في كل شخص: يكفي أن يكون في حالة صيام وأن يكون في حالة راحة عضلية لعدة عشرات من الدقائق. التبادل الهادئ أعلى قليلاً من التبادل الأساسي ، لكن هذا الاختلاف ليس أساسيًا. لا يتم تقليل ديناميكيات التغيرات المرتبطة بالعمر في عملية التمثيل الغذائي أثناء الراحة إلى انخفاض بسيط في معدل التمثيل الغذائي. الفترات التي تتميز بانخفاض سريع في معدل الأيض يتم استبدالها بفترات عمرية يتم فيها استقرار التمثيل الغذائي أثناء الراحة.

في الوقت نفسه ، توجد علاقة وثيقة بين طبيعة التغيير في كثافة التمثيل الغذائي ومعدل النمو (انظر الشكل 8 في الصفحة 57). توضح الأعمدة في الشكل النمو السنوي النسبي لوزن الجسم. اتضح أنه كلما زاد معدل النمو النسبي ، زاد الانخفاض في شدة التمثيل الغذائي للراحة خلال هذه الفترة.

تظهر ميزة أخرى في الشكل المعروض - الفروق الواضحة بين الجنسين: الفتيات في الفترة العمرية المدروسة يتقدمن بنحو عام على الأولاد من حيث التغيرات في معدلات النمو وكثافة التمثيل الغذائي. في الوقت نفسه ، توجد علاقة وثيقة بين كثافة تبادل الراحة ومعدل نمو الأطفال خلال قفزة نصف الطول - من 4 إلى 7 سنوات. في نفس الفترة ، يبدأ تغيير أسنان الحليب إلى أسنان دائمة ، والتي يمكن أن تكون أيضًا أحد مؤشرات النضج المورفولوجي والوظيفي.

في عملية مزيد من التطوير ، يستمر الانخفاض في شدة التمثيل الغذائي الأساسي ، والآن يرتبط ارتباطًا وثيقًا بعمليات البلوغ. في المراحل المبكرة من البلوغ ، يكون معدل الأيض لدى المراهقين أعلى بحوالي 30٪ منه لدى البالغين. يبدأ الانخفاض الحاد في المؤشر في المرحلة الثالثة ، عندما يتم تنشيط الغدد التناسلية ، ويستمر حتى بداية سن البلوغ. كما تعلم ، فإن طفرة نمو البلوغ تتزامن أيضًا مع بلوغ المرحلة الثالثة من البلوغ ، أي وفي هذه الحالة ، يظل انتظام الانخفاض في معدل الأيض خلال فترات النمو الأكثر كثافة.

الأولاد في تطورهم خلال هذه الفترة يتخلفون عن الفتيات بحوالي سنة واحدة. بالتوافق الصارم مع هذه الحقيقة ، تكون شدة عمليات التمثيل الغذائي لدى الأولاد دائمًا أعلى منها عند الفتيات في نفس العمر التقويمي. هذه الاختلافات صغيرة (5-10٪) ، لكنها مستقرة طوال فترة البلوغ بأكملها.

التنظيم الحراري

يتم تحديد التنظيم الحراري ، أي الحفاظ على درجة حرارة ثابتة لجوهر الجسم ، من خلال عمليتين رئيسيتين: إنتاج الحرارة ونقل الحرارة. يعتمد إنتاج الحرارة (التوليد الحراري) ، أولاً وقبل كل شيء ، على شدة عمليات التمثيل الغذائي ، بينما يتم تحديد انتقال الحرارة من خلال العزل الحراري ومجموعة كاملة من الآليات الفسيولوجية المنظمة بشكل معقد ، بما في ذلك التفاعلات الحركية ونشاط التنفس الخارجي والتعرق. في هذا الصدد ، يُشار إلى التوليد الحراري لآليات التنظيم الكيميائي للحرارة ، وطرق تغيير نقل الحرارة - إلى آليات التنظيم الحراري الفيزيائي. مع تقدم العمر ، تتغير كل من هذه الآليات والآليات الأخرى ، فضلاً عن أهميتها في الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للجسم.

تطوير آليات التنظيم الحراري المرتبطة بالعمر.تؤدي القوانين الفيزيائية البحتة إلى حقيقة أنه مع زيادة الكتلة والأبعاد المطلقة للجسم ، تقل مساهمة التنظيم الكيميائي للحرارة. لذلك ، في الأطفال حديثي الولادة ، تبلغ قيمة إنتاج الحرارة الحرارية حوالي 0.5 كيلو كالوري / كجم ساعة من البرد ، وفي البالغين - 0.15 كيلو كالوري / كجم ساعة من البرد.

مع انخفاض درجة الحرارة المحيطة ، يمكن للطفل حديث الولادة زيادة إنتاج الحرارة إلى نفس القيم تقريبًا مثل البالغين - حتى 4 كيلو كالوري / كجم ساعة. ومع ذلك ، بسبب العزل الحراري المنخفض (0.15 درجة م 2 ساعة / كيلو كالوري) ، نطاق التنظيم الحراري الكيميائي عند الأطفال حديثي الولادة صغير جدًا - لا يزيد عن 5 درجات. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن درجة الحرارة الحرجة ( ذ) ، عند تشغيل التوليد الحراري ، يكون +33 درجة مئوية لطفل كامل المدة ، وبحالة البالغين ينخفض إلى +27 ... + 23 درجة مئوية. ومع ذلك ، في الملابس ، يكون العزل الحراري عادة 2.5 KLO ، أو 0.45 deg-m2 ، أي في ظروف لا تتطلب تكاليف إضافية للحفاظ على درجة حرارة الجسم.

فقط أثناء إجراء التضميد ، من أجل منع التبريد ، يجب على الطفل في الأشهر الأولى من العمر تشغيل آليات قوية بما فيه الكفاية لإنتاج الحرارة. علاوة على ذلك ، فإن الأطفال في هذا العمر لديهم آليات خاصة ومحددة لتوليد الحرارة غائبة عند البالغين. استجابة للتبريد ، يبدأ الشخص البالغ في الارتعاش ، بما في ذلك التوليد الحراري "المقلص" ، أي إنتاج حرارة إضافية في عضلات الهيكل العظمي (الهزات الباردة). تجعل السمات الهيكلية لجسم الطفل مثل هذه الآلية لإنتاج الحرارة غير فعالة ، وبالتالي ، عند الأطفال ، يتم تنشيط ما يسمى بالتوليد الحراري "غير المقلص" ، وليس في العضلات الهيكلية ، ولكن في الأعضاء الأخرى تمامًا.

هذه هي الأعضاء الداخلية (أولاً وقبل كل شيء ، الكبد) والأنسجة الدهنية البنية الخاصة ، المشبعة بالميتوكوندريا (ومن ثم لونها البني) ولديها قدرات طاقة عالية. يمكن ملاحظة تنشيط إنتاج الحرارة للدهون البنية في الطفل السليم من خلال زيادة درجة حرارة الجلد في تلك الأجزاء من الجسم حيث توجد الدهون البنية بشكل أكثر سطحية - المنطقة بين القطبين والرقبة. من خلال التغير في درجة الحرارة في هذه المناطق ، يمكن للمرء أن يحكم على حالة آليات التنظيم الحراري للطفل ، ودرجة تصلبه. يرتبط ما يسمى بـ "مؤخرة الرأس الساخنة" للطفل في الأشهر الأولى من الحياة على وجه التحديد بنشاط الدهون البنية.

خلال السنة الأولى من العمر ، ينخفض نشاط التنظيم الحراري الكيميائي. في الأطفال الذين يبلغون من العمر 5-6 أشهر ، يزداد دور التنظيم الحراري الجسدي بشكل ملحوظ. مع تقدم العمر ، يختفي الجزء الأكبر من الدهون البنية ، ولكن حتى عمر 3 سنوات ، يظل رد فعل الجزء الأكبر من الدهون البنية ، بين القطبين ، باقياً. هناك تقارير تفيد بأن الأنسجة الدهنية البنية تستمر في العمل بنشاط لدى البالغين العاملين في الشمال وفي الخارج. في ظل الظروف العادية ، في الأطفال الذين تزيد أعمارهم عن 3 سنوات ، يكون نشاط التوليد الحراري غير المتقلص محدودًا ، ويبدأ الدور المهيمن في زيادة إنتاج الحرارة عند تنشيط التنظيم الحراري الكيميائي في لعب نشاط مقلص محدد لعضلات الهيكل العظمي - تناغم العضلات والعضلات الارتعاش. إذا وجد مثل هذا الطفل نفسه في درجة حرارة الغرفة العادية (+20 درجة مئوية) مرتديًا شورتًا وقميصًا ، يتم تنشيط إنتاج الحرارة في 80 حالة من أصل 100 حالة.

تؤدي تقوية عمليات النمو خلال قفزة النمو النصفية (5-6 سنوات) إلى زيادة الطول والمساحة السطحية للأطراف ، مما يوفر تبادلًا حراريًا منظمًا بين الجسم والبيئة. هذا ، بدوره ، يؤدي إلى حقيقة أنه ، بدءًا من 5.5-6 سنوات (بشكل واضح عند الفتيات) ، تحدث تغييرات كبيرة في وظيفة التنظيم الحراري. يزداد العزل الحراري للجسم ، ويقل نشاط التنظيم الحراري الكيميائي بشكل كبير. هذه الطريقة في تنظيم درجة حرارة الجسم أكثر اقتصادا ، وهذه هي الطريقة التي تصبح سائدة في سياق تطور العمر. هذه الفترة من تطوير التنظيم الحراري حساسة لإجراءات التصلب.

مع بداية سن البلوغ ، تبدأ المرحلة التالية في تطوير التنظيم الحراري ، والتي تتجلى في اضطراب في النظام الوظيفي الناشئ. في الفتيات اللواتي تتراوح أعمارهن بين 11 و 12 عامًا والأولاد في سن 13 عامًا ، على الرغم من الانخفاض المستمر في شدة تبادل الراحة ، لا يحدث التعديل المقابل لتنظيم الأوعية الدموية. فقط في مرحلة المراهقة ، بعد الانتهاء من سن البلوغ ، تصل إمكانيات التنظيم الحراري إلى مستوى محدد من التطور. زيادة العزل الحراري لأنسجة الجسم تجعل من الممكن الاستغناء عن إدراج التنظيم الحراري الكيميائي (أي إنتاج حرارة إضافية) حتى عندما تنخفض درجة حرارة البيئة بمقدار 10-15 درجة مئوية. رد الفعل هذا من الجسم هو بطبيعة الحال أكثر اقتصادا وفعالية.

تغذية

جميع المواد الضرورية لجسم الإنسان ، والتي تستخدم لإنتاج الطاقة وبناء أجسامهم ، تأتي من البيئة. عندما يكبر الطفل ، بحلول نهاية السنة الأولى من العمر ، يتحول المزيد والمزيد إلى التغذية المستقلة ، وبعد 3 سنوات ، لا تختلف تغذية الطفل كثيرًا عن تغذية الشخص البالغ.

المكونات الهيكلية للمغذيات.يمكن أن يكون طعام الإنسان من أصل نباتي وحيواني ، ولكن بغض النظر عن ذلك ، فإنه يتكون من نفس فئات المركبات العضوية - البروتينات والدهون والكربوهيدرات. في الواقع ، تشكل هذه الفئات نفسها من المركبات أساسًا جسد الشخص نفسه. في الوقت نفسه ، هناك اختلافات بين الأطعمة الحيوانية والنباتية ، وهي مهمة جدًا.

الكربوهيدرات... أكثر مكونات الأطعمة النباتية وفرة هي الكربوهيدرات (غالبًا في شكل نشا) ، والتي تشكل أساس إمداد الجسم بالطاقة. بالنسبة للبالغين ، تحتاج إلى الحصول على الكربوهيدرات والدهون والبروتينات بنسبة 4: 1: 1. نظرًا لأن عمليات التمثيل الغذائي عند الأطفال أكثر كثافة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى النشاط الأيضي للدماغ ، الذي يتغذى بشكل شبه حصري على الكربوهيدرات ، يجب أن يحصل الأطفال على المزيد من الأطعمة الكربوهيدراتية - بنسبة 5: 1: 1. في الأشهر الأولى من الحياة ، لا يتلقى الطفل طعامًا نباتيًا ، ولكن توجد نسبة كبيرة نسبيًا من الكربوهيدرات في لبن الإنسان: فهي تقريبًا نفس الدهون الموجودة في حليب البقر ، وتحتوي على بروتين أقل بمرتين ، ولكنها تحتوي على كربوهيدرات أكثر بمرتين. نسبة الكربوهيدرات والدهون والبروتينات في لبن الأم تقارب 5: 2: 1. يتم تحضير التركيبة الاصطناعية لتغذية الأطفال في الأشهر الأولى من العمر على أساس حليب البقر نصف المخفف تقريبًا مع إضافة الفركتوز والجلوكوز والكربوهيدرات الأخرى.

الدهون.نادرًا ما يكون الطعام النباتي غنيًا بالدهون ، لكن المكونات الموجودة في الدهون النباتية ضرورية لجسم الإنسان. على عكس الدهون الحيوانية ، تحتوي الدهون النباتية على العديد مما يسمى بالأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة. هذه أحماض دهنية طويلة السلسلة ، في تركيبها توجد روابط كيميائية مزدوجة. تستخدم الخلايا البشرية مثل هذه الجزيئات لبناء أغشية الخلايا ، حيث يكون لها دور استقرار ، وتحمي الخلايا من غزو الجزيئات العدوانية والجذور الحرة. بسبب هذه الخاصية ، فإن الدهون النباتية لها نشاط مضاد للسرطان ومضاد للأكسدة ومضاد للجراثيم. بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما يتم إذابة كمية كبيرة من الفيتامينات القيّمة من المجموعتين A و E في الدهون النباتية ، ومن المزايا الأخرى للدهون النباتية عدم وجود الكوليسترول فيها ، والذي يمكن أن يترسب في الأوعية الدموية للإنسان ويسبب تغيرات تصلب. من ناحية أخرى ، تحتوي الدهون الحيوانية على كمية كبيرة من الكوليسترول ، ولكنها عمليًا لا تحتوي على الفيتامينات والأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة. ومع ذلك ، فإن الدهون الحيوانية ضرورية أيضًا لجسم الإنسان ، حيث إنها عنصر مهم لإمداد الطاقة ، بالإضافة إلى أنها تحتوي على الليبوكينين ، التي تساعد الجسم على امتصاص ومعالجة الدهون الخاصة به.

البروتينات.تختلف البروتينات النباتية والحيوانية أيضًا اختلافًا كبيرًا في تكوينها. على الرغم من أن جميع البروتينات تتكون من الأحماض الأمينية ، يمكن تصنيع بعض هذه اللبنات الأساسية بواسطة خلايا الجسم البشري ، بينما لا يمكن تصنيع البعض الآخر. هذه الأخيرة قليلة ، فقط 4-5 أنواع ، لكن لا يمكن استبدالها بأي شيء ، لذلك يطلق عليها الأحماض الأمينية الأساسية. لا تحتوي الأطعمة النباتية تقريبًا على أحماض أمينية أساسية - فقط البقوليات وفول الصويا تحتوي على كمية صغيرة منها. وفي الوقت نفسه ، يتم تمثيل هذه المواد على نطاق واسع في اللحوم والأسماك والمنتجات الحيوانية الأخرى. نقص بعض الأحماض الأمينية الأساسية له تأثير سلبي كبير على ديناميكيات عمليات النمو وعلى تطور العديد من الوظائف ، والأهم من ذلك على نمو دماغ الطفل وذكائه. لهذا السبب ، غالبًا ما يظل الأطفال الذين يعانون من سوء التغذية طويل الأمد في سن مبكرة معاقين عقليًا مدى الحياة. هذا هو السبب في أنه لا ينبغي بأي حال تقييد استخدام الأطفال للأغذية الحيوانية: على الأقل الحليب والبيض ، وكذلك الأسماك. يبدو أن هذا الظرف مرتبط بحقيقة أن الأطفال الذين تقل أعمارهم عن 7 سنوات ، وفقًا للتقاليد المسيحية ، يجب ألا يصوموا ، أي رفض طعام الحيوانات.

الماكرو والعناصر الدقيقة.تحتوي المواد الغذائية على جميع العناصر الكيميائية المعروفة للعلم تقريبًا ، باستثناء المعادن المشعة والثقيلة ، وكذلك الغازات الخاملة. بعض العناصر ، مثل الكربون ، والهيدروجين ، والنيتروجين ، والأكسجين ، والفوسفور ، والكالسيوم ، والبوتاسيوم ، والصوديوم ، وبعض العناصر الأخرى ، تدخل في جميع المنتجات الغذائية وتدخل الجسم بكميات كبيرة جدًا (عشرات ومئات الجرامات في اليوم). عادة ما يشار إلى هذه المواد باسم المغذيات الكبيرة.يوجد البعض الآخر في الطعام بكميات مجهرية ، ولهذا يطلق عليهم اسم المغذيات الدقيقة. هذه هي اليود والفلور والنحاس والكوبالت والفضة والعديد من العناصر الأخرى. غالبًا ما يشار إلى الحديد بالعناصر النزرة ، على الرغم من أن كميته في الجسم كبيرة جدًا ، حيث يلعب الحديد دورًا رئيسيًا في نقل الأكسجين داخل الجسم. يمكن أن يؤدي نقص أي من المغذيات الدقيقة إلى مرض خطير. يؤدي نقص اليود ، على سبيل المثال ، إلى الإصابة بمرض شديد في الغدة الدرقية (يسمى تضخم الغدة الدرقية). يؤدي نقص الحديد إلى فقر الدم الناجم عن نقص الحديد - وهو شكل من أشكال فقر الدم الذي يؤثر سلبًا على أداء الطفل ونموه وتطوره. في كل هذه الحالات ، التصحيح التغذوي ضروري ، وإدراج الأطعمة التي تحتوي على العناصر المفقودة في النظام الغذائي. لذلك ، يوجد اليود بكميات كبيرة في الأعشاب البحرية - عشب البحر ، بالإضافة إلى ملح الطعام المعالج باليود في المتاجر. يوجد الحديد في كبد البقر والتفاح وبعض الفواكه الأخرى ، وكذلك في حلوى الأطفال "Hematogen" التي تباع في الصيدليات.

الفيتامينات ونقص الفيتامينات وأمراض التمثيل الغذائي.الفيتامينات عبارة عن جزيئات عضوية ذات حجم وتعقيد متوسط ولا تنتجها خلايا جسم الإنسان بشكل طبيعي. يجب أن نحصل على الفيتامينات من الطعام ، لأنها ضرورية لعمل العديد من الإنزيمات التي تنظم العمليات الكيميائية الحيوية في الجسم. تعتبر الفيتامينات من المواد غير المستقرة للغاية ، لذا فإن الطهي على النار يدمر الفيتامينات التي يحتوي عليها بشكل شبه كامل. الأطعمة النيئة فقط هي التي تحتوي على الفيتامينات بكميات ملحوظة ، لذا فإن الخضار والفواكه هي المصدر الرئيسي للفيتامينات بالنسبة لنا. الحيوانات الجارحة ، وكذلك السكان الأصليون في الشمال ، الذين يعيشون بشكل شبه حصري على اللحوم والأسماك ، يحصلون على ما يكفي من الفيتامينات من المنتجات الحيوانية النيئة. لا توجد فيتامينات عمليًا في اللحوم والأسماك المقلية والمسلوقة.

يتجلى نقص الفيتامينات في أمراض التمثيل الغذائي المختلفة ، والتي تسمى مجتمعة نقص الفيتامينات. تم الآن اكتشاف حوالي 50 نوعًا من الفيتامينات ، وكل منها مسؤول عن "موقع" عمليات التمثيل الغذائي ، على التوالي ، وعن الأمراض التي يسببها نقص الفيتامينات ، هناك عشرات منها. ومن المعروف على نطاق واسع الاسقربوط ، البري بري ، البلاجرا وغيرها من الأمراض من هذا النوع.

تنقسم الفيتامينات إلى مجموعتين كبيرتين: قابلة للذوبان في الدهون وقابلة للذوبان في الماء. توجد الفيتامينات القابلة للذوبان في الماء بكميات كبيرة في الخضار والفواكه ، وغالبًا ما توجد الفيتامينات التي تذوب في الدهون في البذور والمكسرات. يعتبر الزيتون وعباد الشمس والذرة والزيوت النباتية الأخرى مصادر مهمة للعديد من الفيتامينات التي تذوب في الدهون. ومع ذلك ، يوجد فيتامين د (مضاد لالتهاب الكساح) بشكل رئيسي في زيت السمك ، والذي يتم الحصول عليه من كبد سمك القد وبعض الأسماك البحرية الأخرى.

في خطوط العرض الوسطى والشمالية ، بحلول الربيع ، تقل كمية الفيتامينات المحفوظة من الخريف في الأطعمة النباتية بشكل حاد ، ويعاني الكثير من الناس - سكان البلدان الشمالية - من نقص الفيتامينات. تساعد الأطعمة المملحة ومخلل الملفوف (الملفوف والخيار والبعض الآخر) ، والتي تحتوي على نسبة عالية من الفيتامينات ، على التغلب على هذه الحالة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إنتاج الفيتامينات بواسطة البكتيريا المعوية ، وبالتالي ، مع الهضم الطبيعي ، يتم تزويد الشخص بالعديد من فيتامينات ب الأساسية بكميات كافية. في الأطفال في السنة الأولى من العمر ، لم تتشكل البكتيريا المعوية بعد ، لذلك يجب أن يحصلوا على كمية كافية من حليب الأم ، وكذلك عصائر الفاكهة والخضروات كمصادر للفيتامينات.

الاحتياج اليومي من الطاقة والبروتينات والفيتامينات.تعتمد كمية الطعام التي يتم تناولها يوميًا بشكل مباشر على معدل عمليات التمثيل الغذائي ، حيث يجب أن يعوض الطعام تمامًا عن الطاقة التي يتم إنفاقها في جميع الوظائف (الشكل 13). على الرغم من أن شدة عمليات التمثيل الغذائي لدى الأطفال الأكبر من سنة واحدة تتناقص مع تقدم العمر ، فإن زيادة وزن الجسم تؤدي إلى زيادة في إجمالي استهلاك الطاقة (الإجمالي). وفقًا لذلك ، تزداد أيضًا الحاجة إلى العناصر الغذائية الأساسية. توضح جداول البحث أدناه (الجداول 3-6) المدخول اليومي التقريبي من العناصر الغذائية والفيتامينات والمعادن الأساسية للأطفال. يجب التأكيد على أن الجداول تعطي كتلة المواد النقية دون الأخذ بعين الاعتبار الماء الموجود في أي طعام ، وكذلك المواد العضوية غير المرتبطة بالبروتينات والدهون والكربوهيدرات (على سبيل المثال ، السليلوز الذي يشكل الجزء الأكبر من الخضار. ).

التمثيل الغذائي (التمثيل الغذائي)عبارة عن مجموعة من جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الجسم. كل هذه التفاعلات مقسمة إلى مجموعتين.

1. تبادل البلاستيك(الاستيعاب ، الابتنائية ، التخليق الحيوي) - يحدث هذا عند استخدام مواد بسيطة مع إنفاق الطاقة تشكلت (توليفها)أكثر تعقيدا. مثال:

أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يتم تصنيع الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون والماء.

2. تبادل الطاقة(تبديد ، تقويض ، تنفس) - هذا عندما تكون المواد المعقدة تسوس (يتأكسد)إلى أبسط ، وفي نفس الوقت يتم تحرير الطاقةضروري للحياة. مثال:

في الميتوكوندريا ، يتأكسد الجلوكوز والأحماض الأمينية والأحماض الدهنية بالأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، وبالتالي تكوين الطاقة (التنفس الخلوي)

العلاقة بين استقلاب البلاستيك والطاقة

يوفر التمثيل الغذائي للبلاستيك للخلية مواد عضوية معقدة (البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية) ، بما في ذلك بروتينات الإنزيم لاستقلاب الطاقة.
يمد التمثيل الغذائي للطاقة الخلية بالطاقة. عند أداء العمل (عقلي ، عضلي ، إلخ) ، يزداد استقلاب الطاقة.

ATF- مادة نشطة عالمية للخلية (تراكم عالمي للطاقة). تشكلت في عملية التمثيل الغذائي للطاقة (أكسدة المواد العضوية).

أثناء استقلاب الطاقة ، تتفكك جميع المواد ، ويتم تصنيع ATP. في هذه الحالة ، يتم تحويل طاقة الروابط الكيميائية للمواد المعقدة المفككة إلى طاقة ATP ، يتم تخزين الطاقة في ATP.
أثناء تبادل البلاستيك ، يتم تصنيع جميع المواد ، ويتحلل ATP. حيث يتم استهلاك طاقة ATP(يتم تحويل طاقة ATP إلى طاقة الروابط الكيميائية للمواد المعقدة ، ويتم تخزينها في هذه المواد).

اختر الأكثر صحة. في عملية التبادل البلاستيكي
1) يتم تصنيع الكربوهيدرات الأكثر تعقيدًا من أقل تعقيدًا
2) يتم تحويل الدهون إلى جلسرين وأحماض دهنية
3) تتأكسد البروتينات لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء والمواد المحتوية على النيتروجين
4) يتم تحرير الطاقة ويتم تصنيع ATP

إجابة

اختر ثلاثة خيارات. كيف يختلف التمثيل الغذائي للبلاستيك عن التمثيل الغذائي للطاقة؟
1) يتم تخزين الطاقة في جزيئات ATP
2) يتم استهلاك الطاقة المخزنة في جزيئات ATP
3) يتم تصنيع المواد العضوية
4) يحدث تحلل المواد العضوية
5) المنتجات النهائية للتبادل - ثاني أكسيد الكربون والماء
6) تتشكل البروتينات نتيجة تفاعلات التمثيل الغذائي

إجابة

اختر الأكثر صحة. في عملية التمثيل الغذائي للبلاستيك ، يتم تصنيع الجزيئات في الخلايا
1) البروتينات
2) الماء
3) ATP
4) مواد غير عضوية

إجابة

اختر الأكثر صحة. ما هي العلاقة بين استقلاب البلاستيك والطاقة
1) التمثيل الغذائي للبلاستيك يمد المواد العضوية للطاقة
2) التمثيل الغذائي للطاقة يزود الأكسجين للبلاستيك
3) التمثيل الغذائي للبلاستيك يمد المعادن بالطاقة
4) التمثيل الغذائي للبلاستيك يمد جزيئات ATP للطاقة

إجابة

اختر الأكثر صحة. في عملية التمثيل الغذائي للطاقة ، على عكس البلاستيك ، يحدث
1) إنفاق الطاقة الموجودة في جزيئات ATP
2) تخزين الطاقة في الروابط عالية الطاقة لجزيئات ATP
3) تزويد الخلايا بالبروتينات والدهون
4) تزويد الخلايا بالكربوهيدرات والأحماض النووية

إجابة

1. إنشاء تطابق بين خصائص التبادل ونوعه: 1) بلاستيك ، 2) طاقة. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب الصحيح.
أ) أكسدة المواد العضوية
ب) تكوين البوليمرات من المونومرات
ج) انقسام ATP
د) تخزين الطاقة في الخلية
ه) تكرار الحمض النووي
هـ) الفسفرة المؤكسدة

إجابة

2. إنشاء تطابق بين خصائص التمثيل الغذائي في الخلية ونوعها: 1) نشطة ، 2) بلاستيكية. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب المقابل للأحرفين.
أ) يحدث انهيار نقص الأكسجين للجلوكوز
ب) يحدث على الريبوسومات ، في البلاستيدات الخضراء
ج) المنتجات النهائية للتبادل - ثاني أكسيد الكربون والماء
د) يتم تصنيع المواد العضوية
هـ) يتم استخدام الطاقة الموجودة في جزيئات ATP
E) يتم إطلاق الطاقة وتخزينها في جزيئات ATP

إجابة

3. إنشاء تطابق بين علامات التمثيل الغذائي البشري وأنواعه: 1) التمثيل الغذائي للبلاستيك ، 2) استقلاب الطاقة. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب الصحيح.
أ) تتأكسد المواد
ب) يتم تصنيع المواد
ج) يتم تخزين الطاقة في جزيئات ATP
د) يتم استهلاك الطاقة
ه) الريبوسومات تشارك في العملية
ه) تشارك الميتوكوندريا في هذه العملية

إجابة

4. إنشاء تطابق بين خصائص التمثيل الغذائي ونوعه: 1) الطاقة ، 2) البلاستيك. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب المقابل للأحرفين.
أ) تكرار الحمض النووي
ب) التخليق الحيوي للبروتين
ج) أكسدة المواد العضوية
د) النسخ
هـ) تركيب الـ ATP
ه) التركيب الكيميائي

إجابة

5. إنشاء تطابق بين خصائص وأنواع التبادل: 1) البلاستيك ، 2) الطاقة. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب المقابل للأحرفين.
أ) يتم تخزين الطاقة في جزيئات ATP
ب) يتم تصنيع البوليمرات الحيوية
ج) يتكون ثاني أكسيد الكربون والماء
د) يحدث الفسفرة المؤكسدة
د) يحدث تكرار الحمض النووي

إجابة

حدد ثلاث عمليات متعلقة باستقلاب الطاقة.
1) إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي
2) تكوين ثاني أكسيد الكربون والماء واليوريا
3) الفسفرة المؤكسدة
4) تخليق الجلوكوز
5) تحلل السكر
6) التحلل الضوئي للماء

إجابة

اختر الأكثر صحة. يتم تحرير الطاقة اللازمة لتقلص العضلات عندما
1) تحلل المواد العضوية في الجهاز الهضمي
2) تهيج العضلات مع النبضات العصبية
3) أكسدة المادة العضوية في العضلات
4) توليف ATP

إجابة

اختر الأكثر صحة. نتيجة لأي عملية يتم تصنيع الدهون في الخلية؟
1) التبديد
2) الأكسدة البيولوجية
3) استبدال البلاستيك
4) تحلل السكر

إجابة

اختر الأكثر صحة. قيمة التمثيل الغذائي للبلاستيك - إمداد الجسم
1) الأملاح المعدنية
2) الأكسجين
3) البوليمرات الحيوية
4) الطاقة

إجابة

اختر الأكثر صحة. يحدث أكسدة المواد العضوية في جسم الإنسان في
1) الحويصلات الرئوية عند التنفس
2) خلايا الجسم في عملية التمثيل الغذائي للبلاستيك
3) عملية هضم الطعام في الجهاز الهضمي
4) خلايا الجسم في عملية التمثيل الغذائي للطاقة

إجابة

اختر الأكثر صحة. ما التفاعلات الأيضية في الخلية المصحوبة بنفقات الطاقة؟
1) المرحلة التحضيرية لاستقلاب الطاقة
2) تخمير حمض اللاكتيك
3) أكسدة المواد العضوية
4) استبدال البلاستيك

إجابة

1. إنشاء المراسلات بين العمليات والأجزاء المكونة لعملية التمثيل الغذائي: 1) الابتنائية (الاستيعاب) ، 2) الهدم (تبديد). اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب الصحيح.
أ) التخمير
ب) تحلل السكر
ب) التنفس
د) تخليق البروتين
ه) التمثيل الضوئي
ه) التركيب الكيميائي

إجابة

2. إنشاء تطابق بين الخصائص وعمليات التمثيل الغذائي: 1) الاستيعاب (الابتنائية) ، 2) التبديد (الهدم). اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب المقابل للأحرفين.
أ) تركيب المواد العضوية في الجسم
ب) تشمل المرحلة التحضيرية ، التحلل السكري والفسفرة المؤكسدة
ج) يتم تخزين الطاقة المنبعثة في ATP
د) يتكون الماء وثاني أكسيد الكربون
د) يتطلب تكاليف الطاقة
E) يحدث في البلاستيدات الخضراء والريبوسومات

إجابة

اختر إجابتين صحيحتين من أصل خمسة واكتب الأرقام التي يشار إليها تحتها. الأيض هو أحد الخصائص الرئيسية للأنظمة الحية ، ويتميز بما يحدث
1) الاستجابة الانتقائية للتأثيرات البيئية الخارجية
2) التغيير في شدة العمليات والوظائف الفسيولوجية مع فترات التذبذب المختلفة
3) انتقال الإشارات والخصائص من جيل إلى جيل
4) امتصاص المواد الأساسية وإخراج النفايات
5) الحفاظ على التركيب الفيزيائي والكيميائي للبيئة الداخلية ثابتًا نسبيًا

إجابة

1. تُستخدم جميع المصطلحات التالية باستثناء اثنين لوصف التبادل البلاستيكي. حدد المصطلحين "المتناقضين" من القائمة العامة ، واكتب الأرقام التي تحتها.
1) النسخ المتماثل
2) الازدواجية
3) البث
4) إزفاء
5) النسخ

إجابة

2. جميع المفاهيم المذكورة أدناه ، باستثناء اثنين ، تستخدم لوصف التمثيل الغذائي للبلاستيك في الخلية. حدد مفهومين "يسقطان" من القائمة العامة ، واكتب الأرقام التي تحتها.
1) الاستيعاب
2) التبديد
3) تحلل السكر
4) النسخ
5) البث

إجابة

3. تُستخدم المصطلحات التالية ، بخلاف المصطلحين ، لوصف تبادل البلاستيك. حدد المصطلحين اللذين يقعان في القائمة العامة ، واكتب الأرقام التي يشار إليها تحتهما.
1) تقسيم
2) الأكسدة
3) النسخ المتماثل
4) النسخ
5) التخليق الكيميائي

إجابة

اختر الأكثر صحة. تشكل القاعدة النيتروجينية الأدينين والريبوز وثلاثة بقايا حمض الفوسفوريك جزءًا من
1) DNA
2) الحمض النووي الريبي
3) ATP
4) السنجاب

إجابة

يمكن استخدام جميع العلامات أدناه ، باستثناء اثنتين ، لوصف استقلاب الطاقة في الخلية. حدد علامتين "تسقطان" من القائمة العامة ، واكتب في الإجابة الأرقام التي يشار إليها تحتها.
1) يأتي مع امتصاص الطاقة
2) ينتهي في الميتوكوندريا
3) ينتهي في الريبوسومات
4) يرافقه تخليق جزيئات ATP
5) ينتهي بتكوين ثاني أكسيد الكربون

إجابة

تجد ثلاثة أخطاء في النص أعلاه. حدد عدد المقترحات التي تم تقديمها فيها.(1) التمثيل الغذائي ، أو التمثيل الغذائي ، هو مجموعة من تفاعلات تخليق واضمحلال مواد الخلية والكائن الحي ، المرتبطة بإطلاق أو امتصاص الطاقة. (2) يشار إلى مجموعة التفاعلات لتخليق المركبات العضوية ذات الوزن الجزيئي العالي من المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض باسم التبادل البلاستيكي. (3) يتم تصنيع جزيئات ATP في تفاعلات التبادل البلاستيكي. (4) يشار إلى التمثيل الضوئي باسم استقلاب الطاقة. (5) نتيجة للتركيب الكيميائي ، يتم تصنيع المواد العضوية من المواد غير العضوية بسبب طاقة الشمس.

إجابة

يعود الفهم الحديث لعملية الفسفرة المؤكسدة إلى العمل الرائد لـ Belitser و Kalkar. وجد Kalkar أن الفسفرة الهوائية مرتبطة بالتنفس. درس Belitser بالتفصيل العلاقة المتكافئة بين الارتباط المترافق لامتصاص الفوسفات والأكسجين وأظهر أن نسبة عدد جزيئات الفوسفات غير العضوية إلى عدد ذرات الأكسجين الممتصة

عند التنفس لا تقل عن اثنين. وأشار أيضًا إلى أن انتقال الإلكترونات من الركيزة إلى الأكسجين هو مصدر محتمل للطاقة لتكوين جزيئين أو أكثر من جزيئات ATP لكل ذرة واحدة من الأكسجين الممتص.

يعمل جزيء NAD H كمانح للإلكترون ، ويكون تفاعل الفسفرة في الشكل

باختصار ، تمت كتابة رد الفعل هذا كـ

يحدث تخليق ثلاثة جزيئات ATP في التفاعل (15.11) بسبب نقل إلكترونين من جزيء NAD H على طول سلسلة نقل الإلكترون إلى جزيء الأكسجين. في هذه الحالة ، تقل طاقة كل إلكترون بمقدار 1.14 فولت.

في البيئة المائية ، بمشاركة إنزيمات خاصة ، يحدث التحلل المائي لجزيئات ATP

تظهر الصيغ الهيكلية للجزيئات المشاركة في التفاعلات (15.12) و (15.13) في الشكل. 31.

في ظل الظروف الفسيولوجية ، تكون الجزيئات المشاركة في التفاعلات (15.12) و (15.13) في مراحل مختلفة من التأين (ATP ،). لذلك ، يجب فهم الرموز الكيميائية في هذه الصيغ على أنها تدوين شرطي للتفاعلات بين الجزيئات في مراحل مختلفة من التأين. فيما يتعلق بهذا ، فإن الزيادة في الطاقة الحرة AG في التفاعل (15.12) وانخفاضها في التفاعل (15.13) تعتمد على درجة الحرارة وتركيز الأيونات وقيمة الأس الهيدروجيني للوسط. في ظل الظروف القياسية eV kcal / mol). إذا أدخلنا التصحيحات المناسبة مع مراعاة القيم الفسيولوجية للأس الهيدروجيني وتركيز الأيونات داخل الخلايا ، وكذلك القيم المعتادة لتركيزات جزيئات ATP و ADP والفوسفات غير العضوي في سيتوبلازم الخلايا ، إذن للحصول على الطاقة المجانية للتحلل المائي لجزيئات ATP نحصل على قيمة -0.54 eV (-12.5 kcal / mol). الطاقة الحرة للتحلل المائي لجزيئات ATP ليست ثابتة. قد لا تكون هي نفسها حتى في أماكن مختلفة من نفس الخلية ، إذا كانت هذه الأماكن تختلف في التركيز.

منذ ظهور عمل ليبمان الرائد (1941) ، كان معروفًا أن جزيئات ATP في الخلية تلعب دور تخزين عالمي قصير المدى وناقل للطاقة الكيميائية المستخدمة في معظم العمليات الحيوية.

يترافق إطلاق الطاقة في عملية التحلل المائي لجزيء ATP بتحول الجزيئات

في هذه الحالة ، يؤدي انشقاق الرابطة المشار إليها بالرمز إلى التخلص من بقايا حمض الفوسفوريك. بناءً على اقتراح ليبمان ، أصبحت هذه الرابطة تُعرف باسم "رابطة الفوسفات الغنية بالطاقة" أو "الرابطة عالية الطاقة". هذا الاسم مؤسف للغاية. لا يعكس على الإطلاق طاقة العمليات التي تحدث أثناء التحلل المائي. لا ينتج إطلاق الطاقة الحرة عن كسر رابطة واحدة (يتطلب هذا الكسر دائمًا إنفاق طاقة) ، ولكن عن طريق إعادة ترتيب جميع الجزيئات المشاركة في التفاعلات ، وتشكيل روابط جديدة وإعادة ترتيب قذائف الذوبان أثناء تفاعل.

عندما يذوب جزيء كلوريد الصوديوم في الماء ، تتشكل أيونات رطبة ، وتتداخل الزيادة في الطاقة أثناء الترطيب مع استهلاك الطاقة عندما تنكسر الرابطة في جزيء كلوريد الصوديوم. سيكون من الغريب أن نعزو هذه الزيادة في الطاقة إلى "الرابطة عالية الطاقة" في جزيء كلوريد الصوديوم.

كما هو معروف ، أثناء انشطار النوى الذرية الثقيلة ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة ، والتي لا ترتبط بانكسار أي روابط عالية الطاقة ، ولكنها ناتجة عن إعادة ترتيب شظايا الانشطار وانخفاض في تنافر كولوب الطاقة بين النيوكليونات في كل جزء.

تم التعبير عن النقد العادل لمفهوم "الروابط الكبيرة" أكثر من مرة. ومع ذلك ، فقد تم تنفيذ هذا المفهوم على نطاق واسع في الأدبيات العلمية. كبير

الجدول 8

الصيغ الهيكلية للمركبات المفسفرة: أ - فوسفوينوليروفات ؛ ب - 1،3-ثنائي فوسفوجليسيرات ؛ ج - فوسفات الكرياتين ؛ - جلوكوز أي فوسفات ؛ - جلوكوز 6 فوسفات.

لا توجد مشكلة في هذا إذا تم استخدام تعبير "رابطة فوسفات عالية الطاقة" بشكل تقليدي ، كوصف موجز للدورة الكاملة للتحولات التي تحدث في محلول مائي مع وجود أيونات أخرى ، ودرجة الحموضة ، وما إلى ذلك.

لذلك ، فإن مفهوم طاقة الرابطة الفوسفاتية ، الذي يستخدمه علماء الكيمياء الحيوية ، يميز بشكل تقليدي الفرق بين الطاقة الحرة للمواد الأولية والطاقة الحرة لنواتج تفاعلات التحلل المائي ، حيث تنقسم مجموعات الفوسفات. لا ينبغي الخلط بين هذا المفهوم ومفهوم طاقة الرابطة الكيميائية بين مجموعتين من الذرات في جزيء حر. هذا الأخير يميز الطاقة المطلوبة لكسر الرابطة.

تحتوي الخلايا على عدد من المركبات المفسفرة ، والتي يرتبط التحلل المائي منها في السيتوبلازم بإطلاق الطاقة الحرة. يتم إعطاء قيم الطاقات الحرة القياسية للتحلل المائي لبعض هذه المركبات في الجدول. 8. تظهر الصيغ الهيكلية لهذه المركبات في الشكل. 31 و 35.

ترجع القيم السلبية الكبيرة للطاقات القياسية الحرة للتحلل المائي إلى طاقة الترطيب لمنتجات التحلل المائي سالبة الشحنة وإعادة ترتيب غلافها الإلكتروني. من الجدول. 8 ويترتب على ذلك أن قيمة الطاقة الحرة القياسية للتحلل المائي لجزيء ATP تحتل موقعًا وسيطًا بين مركبات "عالية الطاقة" (فوسفوينولبيرو نات) ومركبات "منخفضة الطاقة" (جلوكوز 6 فوسفات). هذا هو أحد الأسباب التي تجعل جزيء ATP ناقلًا عالميًا مناسبًا لمجموعات الفوسفات.

بمساعدة إنزيمات خاصة ، تتواصل جزيئات ATP و ADP بين الطاقة العالية والمنخفضة

مركبات الفوسفات. على سبيل المثال ، ينقل إنزيم بيروفات كيناز الفوسفات من فوسفوينول بيروفات إلى ADP. نتيجة للتفاعل ، يتم تكوين البيروفات وجزيء ATP. علاوة على ذلك ، باستخدام إنزيم hexokinase ، يمكن لجزيء ATP نقل مجموعة الفوسفات إلى D-glucose ، وتحويلها إلى جلوكوز 6 فوسفات. سيتم تقليل الناتج الإجمالي لهذين التفاعلين إلى التحول

من المهم جدًا أن تستمر التفاعلات من هذا النوع فقط من خلال مرحلة وسيطة ، حيث تشارك جزيئات ATP و ADP بالضرورة.

الجزء 1. ميتوكوندريا حقيقيات النوى.

يقول الكتاب المقدس أن الإنسان (الانسان العاقل ) خلقوا الآلهة على صورتهم ومثالهم. على الرغم من أنها كانت محدودة في كثير من النواحي ، إلا أن الإبداع لم يحرم. الآن ، يصنع الشخص روبوتات لتسهيل عمله ، وآلات وأجهزة مختلفة ليست أبدية بنفس الطريقة التي صنعها هو نفسه. مصدر الطاقة لهذه الأجهزة هو شاحن ، وبطارية ، وبطارية ، وأجهزتها معروفة لنا الآن. هل نعرف كيف يعمل شاحننا ، محطة طاقة بشرية؟

لذا ، فإن الميتوكوندريا للخلايا حقيقية النواة ودورها في جسم الإنسان.
بادئ ذي بدء ، الميتوكوندريا هي محطة الطاقة للخلية وجسم الإنسان بأكمله ككل. نحن مهتمون بالخلايا حقيقيات النواةالنووية تلك الخلايا التي تحتوي على النواة. الكائنات الحية وحيدة الخلية التي لا تحتوي على نواة خلية هي بدائيات النوى ، ما قبل النواة. أحفاد الخلايا بدائية النواة هم العضيات، المكونات الثابتة للخلية ، الحيوية لوجودها ، تقع في الجزء الداخلي منها - السيتوبلازم. تشمل بدائيات النوى البكتيريا والعتائق. وفقًا للفرضيات الأكثر انتشارًا ، ظهرت حقيقيات النوى منذ 1.5-2 مليار سنة.
الميتوكوندريا - وهي عضية ذات غشاءين حبيبي أو خيطي بسمك حوالي 0.5 ميكرون. إنها مميزة لمعظم الخلايا حقيقية النواة (نباتات ضوئية ، فطريات ، حيوانات). لعب دور مهم في تطور حقيقيات النوى التكافل... الميتوكوندريا هي أحفاد البكتيريا الهوائية (بدائيات النوى) التي استقرت ذات مرة في خلية أسلاف حقيقية النواة و "تعلمت" العيش فيها كمتعايشين. الآن توجد الميتوكوندريا في جميع الخلايا حقيقية النواة تقريبًا ، ولم تعد قادرة على التكاثر خارج الخلية. صورة فوتوغرافية

تم اكتشاف الميتوكوندريا لأول مرة على شكل حبيبات في خلايا العضلات عام 1850. عدد الميتوكوندريا في الخلية ليس ثابتًا. هم وفيرة بشكل خاص في الخلايا التي الطلب على الأكسجين مرتفع... من خلال هيكلها ، فهي عبارة عن عضيات أسطوانية توجد في خلية حقيقية النواة بكميات تتراوح من عدة مئات إلى ألف إلى ألفين وتشغل 10-20 ٪ من حجمها الداخلي. تختلف الأحجام (من 1 إلى 70 ميكرون) وشكل الميتوكوندريا اختلافًا كبيرًا. علاوة على ذلك ، فإن عرض هذه العضيات ثابت نسبيًا (0.5-1 ميكرون). هم قادرون على تغيير الشكل. اعتمادًا على أي أجزاء من الخلية في أي لحظة يكون هناك استهلاك متزايد للطاقة ، يمكن للميتوكوندريا الانتقال عبر السيتوبلازم إلى المناطق ذات الاستهلاك الأكبر للطاقة ، باستخدام هياكل الهيكل الخلوي للخلية حقيقية النواة للحركة.
DNA جزيء ضخم ( حمض ديوكسيروبونيكليك) ، الذي يضمن التخزين ، والانتقال من جيل إلى جيل ، وتنفيذ البرنامج الجيني لتطوير وعمل الكائنات الحية ، ويقع في نواة الخلية ، في تكوين الكروموسومات. على عكس الحمض النووي النووي ، تمتلك الميتوكوندريا الحمض النووي الخاص بها. الجينات المشفرة في DNA الميتوكوندريا، تنتمي إلى مجموعة البلازما الموجودة خارج النواة (خارج الكروموسوم). مزيج من عوامل الوراثة هذه ، التي تتركز في سيتوبلازم الخلية ، تشكل مأوى هذا النوع من الكائنات الحية (على عكس الجينوم).
الحمض النووي للميتوكوندريا الموجود في المصفوفة هو جزيء دائري مغلق مزدوج الشريطة ، في الخلايا البشرية التي يبلغ حجمها 16569 زوجًا من النوكليوتيدات ، وهو ما يقرب من 105 مرات أصغر من الحمض النووي المترجم في النواة.
يتكاثر الحمض النووي للميتوكوندريا في الطور البيني ، والذي يتزامن جزئيًا مع تكرار الحمض النووي في النواة. خلال دورة الخلية ، تنقسم الميتوكوندريا إلى قسمين عن طريق انقباض ، يبدأ تكوينه بأخدود حلقي على غشاء الميتوكوندريا الداخلي. تمتلك الميتوكوندريا أيضًا جهازًا وراثيًا خاصًا بها ، كما أن لها نظام تخليق البروتين الخاص بها ، والتي تعتبر ريبوسومات صغيرة جدًا في خلايا الحيوانات والفطريات.صورة فوتوغرافية

وظائف الميتوكوندريا وإنتاج الطاقة.
الوظيفة الرئيسية للميتوكوندريا هي تخليق ATP(أدينوسين ثلاثي الفوسفات) هو شكل عالمي من أشكال الطاقة الكيميائية في أي خلية حية.
يرتبط الدور الرئيسي لـ ATP في الجسم بتوفير الطاقة للعديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية. يخدم ATP كمصدر مباشر للطاقة للعديد من العمليات الكيميائية الحيوية والفسيولوجية كثيفة الطاقة. كل هذه هي تفاعلات تخليق المواد المعقدة في الجسم: تنفيذ النقل النشط للجزيئات من خلال الأغشية البيولوجية ، بما في ذلك إنشاء جهد كهربائي عبر الغشاء ؛ تنفيذ تقلص العضلات.يُعرف أيضًا دور ATP كوسيط في المشابك ومادة إشارات في التفاعلات الأخرى بين الخلايا (انتقال الإشارات البيورينالية بين الخلايا في الأنسجة والأعضاء المختلفة ، وغالبًا ما ترتبط اضطراباتها بأمراض مختلفة).

ATP هو تراكم عالمي للطاقة في الطبيعة الحية.
يعتبر جزيء ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) مصدرًا عالميًا للطاقة ، حيث لا يوفر عمل العضلات فحسب ، بل يوفر أيضًا مسارًا للعديد من العمليات البيولوجية الأخرى ، بما في ذلك نمو كتلة العضلات (الابتنائية).
يتكون جزيء ATP من الأدينين والريبوز وثلاثة فوسفات. إن عملية تخليق ATP هي موضوع منفصل ، وسوف أصفها في الجزء التالي. من المهم أن نفهم ما يلي. يتم إطلاق الطاقة عندما يتم فصل أحد الفوسفات الثلاثة عن الجزيء ويتم تحويل ATP إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين). إذا لزم الأمر ، يمكن فصل بقايا فوسفور أخرى لإنتاج AMP (أحادي فوسفات الأدينوزين) مع إعادة إطلاق الطاقة.

أهم جودة هي أنه يمكن تخفيض ADP بسرعة إلى ATP مشحون بالكامل. يبلغ متوسط عمر جزيء ATP أقل من دقيقة واحدة ، ويمكن أن تحدث ما يصل إلى 3000 دورة إعادة شحن مع هذا الجزيء يوميًا.

دعنا نتعرف على ما يحدث في الميتوكوندريا ، لأن العلم الأكاديمي لا يشرح بوضوح عملية إظهار الطاقة.
يتم إنشاء فرق جهد في الميتوكوندريا - الجهد.
ويكيبيديا تقول ذلك تتمثل الوظيفة الرئيسية للميتوكوندريا في أكسدة المركبات العضوية واستخدام الطاقة المنبعثة أثناء تحللها في تخليق جزيئات ATP ، والتي تحدث بسبب حركة الإلكترون على طول سلسلة نقل الإلكترون لبروتينات الغشاء الداخلي .. .
ومع ذلك ، فإن الإلكترون نفسه يتحرك بسبب فرق الجهد ، ومن أين يأتي؟
علاوة على ذلك هو مكتوب: يشكل غشاء الميتوكوندريا الداخلي العديد من الطيات العميقة تسمى cristae. لا يمكن تحويل الطاقة المنبعثة أثناء حركة الإلكترونات على طول السلسلة التنفسية إلا إذا كان غشاء الميتوكوندريا الداخلي غير منفذ للأيونات. هذا يرجع إلى حقيقة أن الطاقة يتم تخزينها في شكل اختلاف في التركيز (التدرج) للبروتونات ... حركة البروتونات من المصفوفة إلى الفضاء بين الغشاء في الميتوكوندريا ، والتي تتم بسبب عمل السلسلة التنفسية ، تؤدي إلى حقيقة أن مصفوفة الميتوكوندريا تصبح قلوية ، ويتم تحمض الفضاء بين الغشاء.
يرى العلماء فقط الإلكترونات والبروتونات في كل مكان.من المهم أن نفهم هنا أن البروتون هو شحنة موجبة والإلكترون سالب. في الميتوكوندريا ، الهيدروجين الموجب وغشاءان مسؤولان عن فرق الجهد. يكون الفضاء بين الغشاء مشحونًا إيجابياً ونتيجة لذلك ، يتم تحمضه ، وتصبح المصفوفة قلوية بشحنات سالبة. مسح فرق الجهد. يتم إنشاء التوتر. ولكن لم يعد هناك وضوح ، فكيف نشأ ؟!
إذا تعاملنا مع هذه العملية باستخدام مفهوم القوى الثلاث ، والتي تم تتبعها بوضوح في قانون أوم ، فسوف يتضح لنا أن تيار البداية ضروري لخلق فرق محتمل: U = I x R (I = U / R ). فيما يتعلق بعملية تخليق ATP ، نلاحظ مقاومةالغشاء الداخلي للميتاشوندريا و التباينات المحتملةفي المصفوفة والفضاء بين الغشاء. أين هو بدءا الحالي ، تلك القوة الجوهرية المؤكدة التي تعطي طاقة كامنة وتحرك هذا الإلكترون سيئ السمعة؟ اين المصدر؟
حان الوقت لذكر الله ، ولكن ليس عبثا. ومن نفخ الحياة في كل الكائنات الحية؟ بعد كل شيء ، الإنسان ليس بطارية كلفانية والعمليات فيه ليست كهربائية بحتة. العمليات في الإنسان ضد الانتروبيا - التطور والنمو والازدهار وليس التدهور والتعفن والموت.
يتبع.