Oni su univerzalni akumulator biološke energije. Univerzalni oblici ćelijske energije. Kontrola unosa znanja

29.09.2019

U procesu biohemijskih transformacija supstanci dolazi do raskidanja hemijskih veza, praćenih oslobađanjem energije. To je besplatna, potencijalna energija, koju živi organizmi ne mogu direktno koristiti. Mora se konvertovati. Postoje dva univerzalna oblika energije koja se može koristiti u ćeliji za obavljanje različitih vrsta posla:

1) Hemijska energija, energija makroergijskih veza hemijskih jedinjenja. Hemijske veze nazivaju se makroergijskim ako se prilikom njihovog raskidanja oslobodi velika količina slobodne energije. Jedinjenja koja imaju takve veze su makroergična. Molekul ATP ima makroergijske veze i ima određena svojstva koja određuju njegovu važnu ulogu u energetskom metabolizmu ćelija:

· Termodinamička nestabilnost;

· Visoka hemijska stabilnost. Pruža efikasnu uštedu energije, jer sprječava rasipanje energije u obliku topline;

· Mala veličina ATP molekula olakšava difuziju u različite dijelove ćelije, gdje je energija izvana potrebna za obavljanje hemijskog, osmotskog ili hemijskog rada;

· Promjena slobodne energije tokom hidrolize ATP-a ima prosječnu vrijednost, što mu omogućava da na najbolji način obavlja svoje energetske funkcije, odnosno da prenosi energiju sa visokoenergetskih na niskoenergetska jedinjenja.

ATP je univerzalni akumulator energije za sve žive organizme; energija se pohranjuje u molekulima ATP-a vrlo kratko (životni vijek ATP-a je 1/3 sekunde). Odmah se troši na obezbjeđivanje energije za sve tekuće procese.Energija sadržana u molekulu ATP-a može se koristiti u reakcijama koje se odvijaju u citoplazmi (u većini biosinteza, kao iu nekim procesima zavisnim od membrane).

2) Elektrohemijska energija (vodonička transmembranska potencijalna energija)Δ. Kada se elektroni prenose duž redoks lanca, u lokalizovanim membranama određenog tipa, koje se nazivaju energetsko-formirajuće ili konjugirajuće, dolazi do neravnomerne distribucije protona u prostoru sa obe strane membrane, tj. na membrani se pojavljuje poprečno orijentisan ili transmembranski gradijent vodonika Δ, meren u voltima formiranog sintetizovanog A mola Δ. Energija u obliku Δ može se koristiti u različitim energetski zavisnim procesima lokaliziranim na membrani:

Za apsorpciju DNK u procesu genetske transformacije;

Za prijenos proteina preko membrane;

Da bi se osiguralo kretanje mnogih prokariota;

· Osigurati aktivan transport molekula i jona kroz citoplazmatsku membranu.

Ne pretvara se sva slobodna energija dobivena oksidacijom tvari u oblik koji je dostupan ćeliji i akumuliran u ATP-u. Dio generirane slobodne energije se raspršuje u obliku toplinske, rjeđe svjetlosne i električne energije. Ako ćelija skladišti više energije nego što može potrošiti na sve procese koji troše energiju, ona sintetizira veliku količinu visokomolekularnih rezervnih tvari (lipida). Ako je potrebno, ove tvari prolaze kroz biohemijske transformacije i opskrbljuju ćeliju energijom.

ATP je univerzalna energetska "valuta" ćelije. Jedan od najnevjerovatnijih "izumi" prirode su molekuli takozvanih "makroergijskih" supstanci, u čijoj hemijskoj strukturi postoji jedna ili više veza koje djeluju kao uređaji za skladištenje energije. U prirodi je pronađeno nekoliko sličnih molekula, ali samo jedan od njih, adenozin trifosforna kiselina (ATP), nalazi se u ljudskom tijelu. Ovo je prilično složena organska molekula, na koju su vezana 3 negativno nabijena ostatka neorganske fosforne kiseline PO. Upravo su ovi ostaci fosfora povezani sa organskim dijelom molekule "makroergijskim" vezama, koje se lako uništavaju tijekom različitih unutarćelijskih reakcija. Međutim, energija ovih veza se ne raspršuje u prostoru u obliku toplote, već se koristi za kretanje ili hemijsku interakciju drugih molekula. Zahvaljujući ovom svojstvu ATP obavlja funkciju univerzalnog skladišta energije (akumulatora) u ćeliji, kao i univerzalne "valute". Na kraju krajeva, skoro svaka hemijska transformacija koja se dogodi u ćeliji apsorbuje ili oslobađa energiju. Prema zakonu održanja energije, ukupna količina energije nastala kao rezultat oksidativnih reakcija i pohranjena u obliku ATP-a jednaka je količini energije koju ćelija može iskoristiti za svoje sintetičke procese i obavljanje bilo koje funkcije. Kao "plaćanje" za mogućnost da izvrši ovu ili onu radnju, ćelija je primorana da potroši svoje zalihe ATP-a. U ovom slučaju treba naglasiti da je molekula ATP-a toliko velika da ne može proći kroz ćelijsku membranu. Stoga, ATP proizveden u jednoj ćeliji ne može se koristiti od strane druge ćelije. Svaka stanica tijela prisiljena je da sama sintetizira ATP za svoje potrebe u količinama u kojima je potrebna za obavljanje svojih funkcija.

Tri izvora resinteze ATP-a u ćelijama ljudskog tela. Očigledno, daleki preci ćelija ljudskog tijela postojali su prije mnogo milijuna godina, okruženi biljnim stanicama, koje su ih opskrbljivale ugljikohidratima u višku, a kisika nije bilo dovoljno ili ga uopće nije bilo. Upravo su ugljikohidrati najkorištenija komponenta nutrijenata za proizvodnju energije u tijelu. I iako je većina stanica ljudskog tijela stekla sposobnost korištenja proteina i masti kao energetskih sirovina, neke (na primjer, živčane, crvena krv, muški spol) stanice mogu proizvoditi energiju samo zahvaljujući oksidaciji ugljikohidrata.

Procesi primarne oksidacije ugljikohidrata - odnosno glukoze, koja, zapravo, čini glavni supstrat oksidacije u stanicama - odvijaju se direktno u citoplazmi: tamo se nalaze enzimski kompleksi, zbog kojih se molekula glukoze djelomično uništava, a oslobođena energija se pohranjuje u obliku ATP-a. Ovaj proces se naziva glikoliza, može se odvijati u svim ćelijama ljudskog tijela bez izuzetka. Kao rezultat ove reakcije, iz jedne 6-ugljične molekule glukoze nastaju dva 3-ugljična molekula pirogrožđane kiseline i dva molekula ATP-a.

Glikoliza je vrlo brz, ali relativno neefikasan proces. Pirogrožđana kiselina nastala u ćeliji nakon završetka reakcija glikolize gotovo se odmah pretvara u mliječnu kiselinu i ponekad (na primjer, tijekom teškog mišićnog rada) ulazi u krv u vrlo velikim količinama, jer je to mali molekul koji može slobodno proći kroz staničnu membranu. Ovako masovno oslobađanje kiselih metaboličkih produkata u krv narušava homeostazu i tijelo mora uključiti posebne homeostatske mehanizme kako bi se izborilo s posljedicama mišićnog rada ili drugog aktivnog djelovanja.

Pirogrožđana kiselina nastala kao rezultat glikolize još uvijek sadrži puno potencijalne kemijske energije i može poslužiti kao supstrat za dalju oksidaciju, ali za to su potrebni posebni enzimi i kisik. Ovaj proces se odvija u mnogim ćelijama koje sadrže posebne organele - mitohondrije. Unutrašnja površina mitohondrijalnih membrana je sastavljena od velikih molekula lipida i proteina, uključujući veliki broj oksidativnih enzima. Unutar mitohondrija prodiru 3-ugljični molekuli formirani u citoplazmi - obično je to octena kiselina (acetat). Tamo su uključeni u kontinuirani ciklus reakcija, tokom kojih se atomi ugljika i vodika naizmjenično odvajaju od ovih organskih molekula, koji se u kombinaciji s kisikom pretvaraju u ugljični dioksid i vodu. U ovim reakcijama oslobađa se velika količina energije koja se pohranjuje u obliku ATP-a. Svaki molekul pirogrožđane kiseline, nakon što je prošao kompletan ciklus oksidacije u mitohondrijima, omogućava ćeliji da dobije 17 molekula ATP-a. Dakle, potpuna oksidacija 1 molekula glukoze daje ćeliji 2+17x2 = 36 ATP molekula. Jednako je važno da se u proces oksidacije mitohondrija mogu uključiti i masne kiseline i aminokiseline, odnosno komponente masti i proteina. Zahvaljujući ovoj sposobnosti, mitohondrije čine ćeliju relativno nezavisnom od hrane koju tijelo jede: u svakom slučaju će se dobiti potrebna količina energije.

Dio energije se pohranjuje u ćeliji u obliku molekula kreatin fosfata (CrP), koji je manji i pokretljiviji od ATP-a. To je ovaj mali molekul koji se može brzo kretati s jednog kraja ćelije na drugi – tamo gdje je energija trenutno najpotrebnija. Sam CrF ne može dati energiju procesima sinteze, mišićne kontrakcije ili provođenja nervnog impulsa: za to je potreban ATP. Ali s druge strane, CRF je lako i praktično bez gubitaka u stanju da svu energiju koja se u njemu nalazi preda molekulu adenazin difosfata (ADP), koji se odmah pretvara u ATP i spreman je za daljnje biohemijske transformacije.

Dakle, energija koja se troši tokom funkcionisanja ćelije, tj. ATP se može obnoviti zahvaljujući tri glavna procesa: anaerobnoj (bez kisika) glikolizi, aerobnoj (uz sudjelovanje kisika) mitohondrijalnoj oksidaciji, a također i zbog prijenosa fosfatne grupe sa CrF na ADP.

Izvor kreatin fosfata je najmoćniji, jer je reakcija CrF-a sa ADP-om veoma brza. Međutim, opskrba CrF u ćeliji je obično mala - na primjer, mišići mogu raditi uz maksimalni napor zbog CrF ne duže od 6-7 s. Ovo je obično dovoljno da se pokrene drugi najmoćniji - glikolitički - izvor energije. U ovom slučaju resurs nutrijenata je višestruko veći, ali kako rad napreduje, dolazi do sve veće napetosti u homeostazi zbog stvaranja mliječne kiseline, a ako takav rad obavljaju veliki mišići, ne može trajati duže od 1,5-2 minute. Ali za to vrijeme mitohondrije su gotovo potpuno aktivirane, koje su u stanju sagorjeti ne samo glukozu, već i masne kiseline, čija je zaliha u tijelu gotovo neiscrpna. Dakle, aerobni mitohondrijski izvor može raditi jako dugo, iako je njegova snaga relativno mala - 2-3 puta manja od glikolitičkog izvora i 5 puta manja od snage izvora kreatin fosfata.

Osobine organizacije proizvodnje energije u različitim tkivima tijela. Različita tkiva imaju različitu zasićenost mitohondrija. Najmanje ih ima u kostima i bijeloj masti, a najviše u smeđoj masti, jetri i bubrezima. U nervnim ćelijama ima dosta mitohondrija. Mišići nemaju visoku koncentraciju mitohondrija, ali zbog činjenice da su skeletni mišići najmasivnije tkivo tijela (oko 40% tjelesne težine odrasle osobe), potrebe mišićnih stanica u velikoj mjeri određuju intenzitet i smjer svih procesa energetskog metabolizma. I. A. Arshavsky je ovo nazvao "energetskim pravilom skeletnih mišića".

S godinama se mijenjaju dvije važne komponente energetskog metabolizma odjednom: mijenja se omjer masa tkiva s različitim metaboličkim aktivnostima, kao i sadržaj najvažnijih oksidativnih enzima u tim tkivima. Kao rezultat toga, energetski metabolizam prolazi kroz prilično složene promjene, ali općenito se njegov intenzitet smanjuje s godinama, i to prilično značajno.

razmjena energije

razmjena energije je najintegralnija funkcija tijela. Bilo koja sinteza, aktivnost bilo kojeg organa, bilo koja funkcionalna aktivnost neminovno utječe na energetski metabolizam, jer prema zakonu održanja, koji nema izuzetaka, svaki čin povezan s transformacijom materije je praćen trošenjem energije.

Troškovi energije organizmi se sastoje od tri nejednaka dijela bazalnog metabolizma, opskrbe energijom funkcija, kao i potrošnje energije za rast, razvoj i adaptivne procese. Odnos između ovih delova određen je stepenom individualnog razvoja i specifičnim uslovima (tabela 2).

Bazalni metabolizam- ovo je minimalni nivo proizvodnje energije koji uvek postoji, bez obzira na funkcionalnu aktivnost organa i sistema, i nikada nije jednak nuli. Bazalni metabolizam se sastoji od tri glavne vrste potrošnje energije: minimalni nivo funkcija, uzaludni ciklusi i reparativni procesi.

Minimalne energetske potrebe organizma. Pitanje minimalnog nivoa funkcija je sasvim očito: čak i u uvjetima potpunog odmora (na primjer, miran san), kada na organizam ne djeluju aktivacijski faktori, potrebno je održavati određenu aktivnost mozga i endokrinih žlijezda, jetre i gastrointestinalnog trakta, srca i krvnih žila, respiratornih mišića i plućnog tkiva, tonika i glatkih mišića itd.

Uzaludni ciklusi. Manje je poznato da se u svakoj ćeliji tijela kontinuirano odvijaju milijuni cikličkih biohemijskih reakcija, uslijed kojih se ništa ne proizvodi, ali je za njihovo provođenje potrebna određena količina energije. To su takozvani uzaludni ciklusi, procesi koji čuvaju "borbenu sposobnost" ćelijskih struktura u nedostatku stvarnog funkcionalnog zadatka. Kao rotirajući vrh, uzaludni ciklusi daju stabilnost ćeliji i svim njenim strukturama. Potrošnja energije za održavanje svakog od uzaludnih ciklusa je mala, ali ih ima mnogo, i kao rezultat, ovo se pretvara u prilično značajan udio bazalne potrošnje energije.

reparativnih procesa. Brojni složeno organizirani molekuli uključeni u metaboličke procese prije ili kasnije počinju da se oštećuju, gube svoja funkcionalna svojstva ili čak dobivaju toksična. Potreban je kontinuirani "rad popravke i restauracije", uklanjanje oštećenih molekula iz ćelije i sintetiziranje novih na njihovom mjestu, identičnih prethodnim. Takvi reparativni procesi odvijaju se stalno u svakoj ćeliji, budući da životni vijek bilo kojeg proteinskog molekula obično ne prelazi 1-2 sedmice, a u svakoj ćeliji ih ima na stotine miliona. Čimbenici okoliša - nepovoljna temperatura, povećano pozadinsko zračenje, izloženost toksičnim tvarima i još mnogo toga - mogu značajno skratiti život složenih molekula i kao rezultat toga povećati stres reparativnih procesa.

Minimalni nivo funkcionisanja tkiva višećelijskog organizma. Funkcionisanje ćelije je uvek neko van rada. Za mišićnu ćeliju to je njena kontrakcija, za živčanu ćeliju je to proizvodnja i provođenje električnog impulsa, za žljezdanu ćeliju je proizvodnja sekreta i čin sekrecije, za epitelnu ćeliju je to pinocitoza ili drugi oblik interakcije sa okolnim tkivima i biološkim tekućinama. Naravno, nijedan posao se ne može izvesti bez utroška energije za njegovu realizaciju. Ali svaki rad, osim toga, dovodi do promjene unutarnjeg okruženja tijela, budući da otpadni proizvodi aktivne stanice možda nisu ravnodušni prema drugim stanicama i tkivima. Dakle, drugi ešalon potrošnje energije tokom obavljanja funkcije povezan je sa aktivnim održavanjem homeostaze, koja ponekad troši vrlo značajan dio energije. U međuvremenu, ne samo da se sastav unutrašnje sredine menja u toku obavljanja funkcionalnih zadataka, već se i strukture često menjaju, i to u pravcu uništenja. Dakle, kod kontrakcije skeletnih mišića (čak i malog intenziteta) uvijek dolazi do pucanja mišićnih vlakana, tj. integritet forme je narušen. Tijelo ima posebne mehanizme za održavanje postojanosti oblika (homeomorfoza), koji osiguravaju brzi oporavak oštećenih ili izmijenjenih struktura, ali to opet troši energiju. I, konačno, veoma je važno da organizam u razvoju održava glavne tendencije svog razvoja, bez obzira na to koje funkcije moraju biti aktivirane kao rezultat izlaganja specifičnim uslovima. Održavanje nepromjenjivosti pravca i kanala razvoja (homeoreza) je još jedan oblik potrošnje energije prilikom aktiviranja funkcija.

Za organizam u razvoju važna stavka potrošnje energije je stvarni rast i razvoj. Međutim, za bilo koji, uključujući i zreli organizam, procesi adaptivnog preuređivanja nisu ništa manje energetski zahtjevni u smislu volumena i vrlo slični u suštini. Ovdje su utrošak energije usmjeren na aktiviranje genoma, uništavanje zastarjelih struktura (katabolizam) i sintezu (anabolizam).

Troškovi bazalnog metabolizma i troškovi rasta i razvoja značajno se smanjuju s godinama, a troškovi obavljanja funkcija postaju kvalitativno drugačiji. Budući da je metodički izuzetno teško odvojiti bazalnu potrošnju energije i potrošnju energije u procese rasta i razvoja, oni se obično smatraju zajedno pod nazivom "BX".

Starosna dinamika bazalnog metabolizma. Još od vremena M. Rubnera (1861.) poznato je da kod sisara s povećanjem tjelesne težine opada intenzitet proizvodnje topline po jedinici mase; dok iznos razmjene izračunat po jedinici površine ostaje konstantan („pravilo površine“). Ove činjenice još uvijek nemaju zadovoljavajuće teorijsko objašnjenje, te se stoga koriste empirijske formule za izražavanje odnosa između veličine tijela i brzine metabolizma. Za sisare, uključujući ljude, trenutno se najčešće koristi formula M. Kleibera:

M \u003d 67,7 P 0 75 kcal / dan,

gdje je M proizvodnja topline cijelog organizma, a P tjelesna težina.

Međutim, promjene bazalnog metabolizma povezane sa godinama ne mogu se uvijek opisati ovom jednačinom. Tokom prve godine života proizvodnja toplote se ne smanjuje, kao što bi zahtevala Klaiberova jednačina, već ostaje na istom nivou ili čak neznatno raste. Tek u dobi od jedne godine dostiže se približno intenzitet metabolizma (55 kcal/kg dnevno), koji je prema Klaiberovoj jednačini „potreban“ za organizam težine 10 kg. Tek od 3 godine, intenzitet bazalnog metabolizma počinje postupno opadati i dostiže nivo odrasle osobe - 25 kcal / kg dnevno - tek u periodu puberteta.

Troškovi energije procesa rasta i razvoja.Često je povećan bazalni metabolizam kod djece povezan s troškovima rasta. Međutim, tačna mjerenja i proračuni provedeni posljednjih godina pokazali su da čak i najintenzivniji procesi rasta u prva 3 mjeseca života ne zahtijevaju više od 7-8% dnevnog energetskog unosa, a nakon 12 mjeseci ne prelaze 1%. Štaviše, najveći nivo potrošnje energije djetetovog tijela zabilježen je u dobi od 1 godine, kada stopa njegovog rasta postaje 10 puta niža nego u dobi od šest mjeseci. Značajno "energetski intenzivnije" bile su one faze ontogeneze kada se stopa rasta smanjuje, a u organima i tkivima se javljaju značajne kvalitativne promjene zbog procesa stanične diferencijacije. Posebne studije biokemičara pokazale su da u tkivima koja ulaze u fazu procesa diferencijacije (na primjer, u mozgu), sadržaj mitohondrija naglo raste, a posljedično se povećava oksidativni metabolizam i proizvodnja topline. Biološki smisao ovog fenomena je da u procesu diferencijacije ćelije nastaju nove strukture, novi proteini i drugi veliki molekuli, koje ćelija ranije nije mogla da proizvede. Kao i svaki novi posao, ovo zahtijeva posebne troškove energije, dok su procesi rasta uspostavljena "serijska proizvodnja" proteina i drugih makromolekula u ćeliji.

U procesu daljeg individualnog razvoja uočava se smanjenje intenziteta bazalnog metabolizma. Pokazalo se da se doprinos različitih organa bazalnom metabolizmu mijenja s godinama. Na primjer, mozak (koji daje značajan doprinos glavnom metabolizmu) kod novorođenčadi iznosi 12% tjelesne težine, a kod odrasle osobe - samo 2%. Jednako neravnomjerno rastu i unutrašnji organi, koji, kao i mozak, imaju vrlo visok nivo energetskog metabolizma čak i u mirovanju - 300 kcal/kg dnevno. Istovremeno, mišićno tkivo, čija se relativna količina skoro udvostručuje tokom postnatalnog razvoja, karakteriše veoma niska brzina metabolizma u mirovanju - 18 kcal/kg dnevno. Kod odrasle osobe, mozak učestvuje sa oko 24% bazalnog metabolizma, jetra 20%, srce 10%, a skeletni mišići 28%. Kod jednogodišnjeg djeteta, mozak učestvuje sa 53% bazalnog metabolizma, jetra učestvuje sa oko 18%, a skeletni mišići samo 8%.

Razmjena odmora kod djece školskog uzrasta. Bazalni metabolizam je moguće izmjeriti samo u klinici: za to su potrebni posebni uslovi. Ali razmjena odmora se može mjeriti kod svake osobe: dovoljno je da može posti i biti u mirovanju mišića nekoliko desetina minuta. Kurs u mirovanju je nešto viši od osnovnog kursa, ali ova razlika nije fundamentalna. Dinamika starosnih promjena u metabolizmu u mirovanju ne svodi se na jednostavno smanjenje intenziteta metabolizma. Razdoblja karakterizirana brzim smanjenjem metaboličkog intenziteta zamjenjuju se dobnim intervalima u kojima se metabolizam u mirovanju stabilizuje.

U isto vrijeme, nalazi se bliska veza između prirode promjene intenziteta metabolizma i brzine rasta (vidi sliku 8 na str. 57). Trake na slici pokazuju relativni godišnji porast tjelesne težine. Ispostavilo se da što je veća relativna stopa rasta, to je veće smanjenje stope metabolizma u mirovanju tokom ovog perioda.

Na slici je prikazana još jedna karakteristika – izrazite polne razlike: djevojčice u ispitivanom dobnom intervalu su oko godinu dana ispred dječaka u pogledu promjena u stopama rasta i metaboličkom intenzitetu. Istovremeno, utvrđena je bliska veza između intenziteta metabolizma u mirovanju i brzine rasta djece tokom skoka u pola rasta - od 4 do 7 godina. U istom periodu počinje i promjena mliječnih zuba u trajne, što može poslužiti i kao jedan od pokazatelja morfofunkcionalnog sazrijevanja.

U procesu daljeg razvoja nastavlja se smanjenje intenziteta bazalnog metabolizma, a sada u bliskoj vezi s procesima puberteta. U početnim fazama puberteta, brzina metabolizma kod adolescenata je oko 30% veća nego kod odraslih. Oštar pad indikatora počinje u III fazi, kada se aktiviraju gonade, i nastavlja se do puberteta. Kao što je poznato, pubertetski nalet rasta poklapa se i sa postizanjem III faze puberteta, tj. iu ovom slučaju ostaje pravilnost smanjenja intenziteta metabolizma u periodima najintenzivnijeg rasta.

Dječaci u svom razvoju u ovom periodu zaostaju za djevojčicama za oko 1 godinu. U skladu sa ovom činjenicom, intenzitet metaboličkih procesa kod dječaka je uvijek veći nego kod djevojčica istog kalendarskog uzrasta. Ove razlike su male (5-10%), ali stabilne tokom čitavog perioda puberteta.

termoregulacija

Termoregulaciju, odnosno održavanje stalne temperature jezgra tijela, određuju dva glavna procesa: proizvodnja topline i prijenos topline. Proizvodnja topline (termogeneza) prvenstveno ovisi o intenzitetu metaboličkih procesa, dok je prijenos topline određen toplinskom izolacijom i cijelim kompleksom prilično složenih fizioloških mehanizama, uključujući vazomotorne reakcije, aktivnost vanjskog disanja i znojenje. S tim u vezi, termogeneza se pripisuje mehanizmima hemijske termoregulacije, a metode promene prenosa toplote se nazivaju mehanizmima fizičke termoregulacije. S godinama se mijenjaju i ti i drugi mehanizmi, kao i njihov značaj u održavanju stabilne tjelesne temperature.

Starosni razvoj mehanizama termoregulacije.Čisto fizički zakoni dovode do činjenice da kako se povećava masa i apsolutne dimenzije tijela, doprinos kemijske termoregulacije opada. Dakle, kod novorođenčadi vrijednost termoregulacijske proizvodnje topline iznosi približno 0,5 kcal/kg h st., a kod odrasle osobe - 0,15 kcal/kg h st.

Kada temperatura okoline padne, novorođeno dijete može povećati proizvodnju topline na gotovo iste vrijednosti kao i odrasla osoba, do 4 kcal / kg h. Međutim, zbog niske toplinske izolacije (0,15 stupnjeva m 2 h / kcal), raspon kemijske termoregulacije kod novorođenčeta je vrlo mali - ne više od 5 °. Treba uzeti u obzir da je kritična temperatura ( Th), na kojoj se aktivira termogeneza, iznosi +33 °C za donošenu bebu, do odraslog stanja pada na +27 ... +23 °C. Međutim, u odjeći čija je toplinska izolacija obično 2,5 KLO, odnosno 0,45 deg-m 2 h/kcal, kritična temperaturna vrijednost se smanjuje na +20 °C, pa je dijete u svojoj uobičajenoj odjeći na sobnoj temperaturi u termoneutralnom okruženju, tj. u uslovima koji ne zahtevaju dodatne troškove za održavanje telesne temperature.

Samo tokom postupka presvlačenja kako bi se spriječilo hlađenje, dijete prvih mjeseci života treba uključiti dovoljno moćne mehanizme proizvodnje topline. Štoviše, djeca ovog uzrasta imaju posebne, specifične mehanizme termogeneze koji su odsutni kod odraslih. Odrasla osoba kao odgovor na hlađenje počinje drhtati, uključujući i takozvanu "kontraktilnu" termogenezu, tj. dodatnu proizvodnju topline u skeletnim mišićima (hladno drhtanje). Strukturne karakteristike dječjeg tijela čine takav mehanizam proizvodnje topline nedjelotvornim, pa se kod djece aktivira takozvana "nekontraktilna" termogeneza, lokalizirana ne u skeletnim mišićima, već u potpuno različitim organima.

To su unutrašnji organi (prije svega jetra) i posebno smeđe masno tkivo, zasićeno mitohondrijama (otuda i njegova smeđa boja) i koje ima visoke energetske sposobnosti. Aktiviranje proizvodnje toplote smeđe masti kod zdravog djeteta može se uočiti povećanjem temperature kože u onim dijelovima tijela gdje se smeđa mast nalazi površnije - međulopatična regija i vrat. Promjenom temperature u ovim područjima može se suditi o stanju mehanizama termoregulacije djeteta, stepenu njegovog očvršćavanja. Takozvani "vrući potiljak" djeteta u prvim mjesecima života povezuje se upravo sa aktivnošću smeđe masti.

Tokom prve godine života smanjuje se aktivnost hemijske termoregulacije. Kod djeteta od 5-6 mjeseci značajno se povećava uloga fizičke termoregulacije. S godinama, glavnina smeđe masti nestaje, ali i prije 3. godine ostaje reakcija najvećeg dijela smeđe masti, interscapularne masti. Postoje izvještaji da kod odraslih koji rade na sjeveru, na otvorenom, smeđe masno tkivo nastavlja aktivno funkcionirati. U normalnim uvjetima, kod djeteta starijeg od 3 godine aktivnost nekontraktilne termogeneze je ograničena, a specifična kontraktilna aktivnost skeletnih mišića – mišićni tonus i drhtanje mišića – počinje igrati vodeću ulogu u povećanju proizvodnje topline kada se aktivira kemijska termoregulacija. Ako se takvo dijete nađe na normalnoj sobnoj temperaturi (+20°C) u kratkim hlačama i majici, kod njega se aktivira proizvodnja topline u 80 od 100 slučajeva.

Jačanje procesa rasta tokom skoka u pola rasta (5-6 godina) dovodi do povećanja dužine i površine udova, što osigurava reguliranu izmjenu topline tijela sa okolinom. To, pak, dovodi do činjenice da počevši od starosti od 5,5-6 godina (posebno jasno kod djevojčica) dolazi do značajnih promjena u termoregulatornoj funkciji. Povećava se toplinska izolacija tijela, a značajno se smanjuje aktivnost hemijske termoregulacije. Ova metoda regulacije tjelesne temperature je ekonomičnija i upravo on postaje dominantan u daljnjem uzrastu. Ovaj period razvoja termoregulacije je osjetljiv na postupke očvršćavanja.

Sa početkom puberteta počinje sljedeća faza u razvoju termoregulacije, koja se manifestira raspadom funkcionalnog sistema u razvoju. Kod djevojčica od 11-12 godina i dječaka od 13 godina, uprkos kontinuiranom smanjenju intenziteta metabolizma u mirovanju, ne dolazi do odgovarajućeg prilagođavanja vaskularne regulacije. Tek u adolescenciji, nakon završetka puberteta, mogućnosti termoregulacije dostižu definitivan nivo razvoja. Povećanje toplinske izolacije tkiva vlastitog tijela omogućava bez uključivanja kemijske termoregulacije (tj. dodatne proizvodnje topline) čak i kada temperatura okoline padne za 10-15 °C. Ova reakcija organizma je, naravno, ekonomičnija i efikasnija.

Ishrana

Sve tvari neophodne ljudskom tijelu, koje se koriste za proizvodnju energije i izgradnju vlastitog tijela, potiču iz okoline. Kako dijete raste, pred kraj prve godine života sve više prelazi na samostalnu ishranu, a nakon 3 godine ishrana djeteta se ne razlikuje mnogo od ishrane odrasle osobe.

Strukturne komponente prehrambenih supstanci. Ljudska hrana je biljnog i životinjskog porijekla, ali bez obzira na to, sastoji se od istih klasa organskih jedinjenja – proteina, masti i ugljikohidrata. Zapravo, ove iste klase jedinjenja u osnovi čine tijelo same osobe. Istovremeno, postoje razlike između životinjske i biljne hrane, i to prilično važne.

Ugljikohidrati. Najmasovnija komponenta biljne hrane su ugljikohidrati (najčešće u obliku škroba), koji čine osnovu energetskog snabdijevanja ljudskog tijela. Za odraslu osobu potrebno je unositi ugljikohidrate, masti i proteine u omjeru 4:1:1. S obzirom na to da su metabolički procesi kod djece intenzivniji, a uglavnom zbog metaboličke aktivnosti mozga, koji se hrani gotovo isključivo ugljikohidratima, djeca bi trebala dobiti više ugljikohidratne hrane – u omjeru 5:1:1. U prvim mjesecima života dijete ne prima biljnu hranu, ali u ženskom mlijeku ima relativno mnogo ugljikohidrata: ono je otprilike iste masti kao i kravlje mlijeko, sadrži 2 puta manje proteina, ali 2 puta više ugljikohidrata. Odnos ugljenih hidrata, masti i proteina u majčinom mleku je približno 5:2:1. Vještačke mješavine za ishranu djece u prvim mjesecima života pripremaju se na bazi približno dvostruko razrijeđenog kravljeg mlijeka sa dodatkom fruktoze, glukoze i drugih ugljikohidrata.

Masti. Biljna hrana rijetko je bogata mastima, ali su komponente sadržane u biljnim mastima neophodne za ljudski organizam. Za razliku od životinjskih masti, biljne masti sadrže mnogo takozvanih polinezasićenih masnih kiselina. To su dugolančane masne kiseline sa dvostrukim vezama u svojoj strukturi. Takve molekule koriste ljudske stanice za izgradnju staničnih membrana, u kojima imaju stabilizirajuću ulogu, štiteći stanice od invazije agresivnih molekula i slobodnih radikala. Zbog ovog svojstva, biljne masti imaju antikancerogeno, antioksidativno i anti-radikalno djelovanje. Osim toga, u biljnim mastima se obično rastvara velika količina vrijednih vitamina A i E. Još jedna prednost biljnih masti je odsustvo holesterola u njima, koji se može taložiti u ljudskim krvnim sudovima i uzrokovati njihove sklerotične promjene. Životinjske masti, naprotiv, sadrže značajnu količinu holesterola, ali praktički ne sadrže vitamine i polinezasićene masne kiseline. Međutim, životinjske masti su takođe neophodne za ljudski organizam, jer su važna komponenta snabdevanja energijom, a osim toga sadrže i lipokinine, koji pomažu telu da apsorbuje i prerađuje sopstvenu masnoću.

Vjeverice. Biljni i životinjski proteini se takođe značajno razlikuju po svom sastavu. Dok se svi proteini sastoje od aminokiselina, neke od ovih esencijalnih gradivnih blokova ljudske ćelije mogu sintetizirati, dok druge ne. Ovih potonjih je malo, svega 4-5 vrsta, ali se ne mogu ničim zamijeniti, pa se nazivaju esencijalnim aminokiselinama. Biljna hrana ne sadrži gotovo nikakve esencijalne aminokiseline - samo mahunarke i soja sadrže malu količinu njih. U međuvremenu, u mesu, ribi i drugim proizvodima životinjskog porijekla, ove tvari su široko zastupljene. Nedostatak nekih esencijalnih aminokiselina oštro negativno utiče na dinamiku procesa rasta i razvoj mnogih funkcija, a najznačajnije na razvoj djetetovog mozga i intelekta. Iz tog razloga, djeca koja pate od dugotrajne pothranjenosti u ranoj dobi često ostaju mentalno hendikepirana doživotno. Zato djecu ni u kom slučaju ne treba ograničavati u upotrebi životinjske hrane: barem mlijeka i jaja, kao i ribe. Očigledno je ista okolnost povezana s činjenicom da djeca mlađa od 7 godina, prema kršćanskim tradicijama, ne bi trebala postiti, odnosno odbijati životinjsku hranu.

Makro- i mikroelementi. Prehrambeni proizvodi sadrže skoro sve hemijske elemente poznate nauci, sa mogućim izuzetkom radioaktivnih i teških metala, kao i inertnih gasova. Neki elementi, kao što su ugljenik, vodonik, azot, kiseonik, fosfor, kalcijum, kalijum, natrijum i neki drugi, deo su svih prehrambenih proizvoda i ulaze u organizam u veoma velikim količinama (desetine i stotine grama dnevno). Takve supstance se obično nazivaju makronutrijenti. Drugi se nalaze u hrani u mikroskopskim dozama, zbog čega se nazivaju elementima u tragovima. To su jod, fluor, bakar, kobalt, srebro i mnogi drugi elementi. Gvožđe se često naziva elementima u tragovima, iako je njegova količina u organizmu prilično velika, budući da gvožđe igra ključnu ulogu u transportu kiseonika u telu. Nedostatak bilo kojeg od elemenata u tragovima može uzrokovati ozbiljne bolesti. Nedostatak joda, na primjer, dovodi do razvoja teške bolesti štitnjače (tzv. gušavost). Nedostatak gvožđa dovodi do anemije usled nedostatka gvožđa – oblika anemije koji negativno utiče na performanse, rast i razvoj deteta. U svim takvim slučajevima neophodna je korekcija ishrane, uključivanje u prehranu proizvoda koji sadrže elemente koji nedostaju. Dakle, jod se nalazi u velikim količinama u morskim algama - algi, osim toga, jodirana kuhinjska sol se prodaje u trgovinama. Gvožđe se nalazi u goveđoj džigerici, jabukama i nekom drugom voću, kao i u Hematogen dečijoj karameli koja se prodaje u apotekama.

Vitamini, beriberi, metaboličke bolesti. Vitamini su organske molekule srednje veličine i složenosti koje normalno ne proizvode ćelije ljudskog tijela. Vitamine smo primorani da unosimo iz hrane, jer su neophodni za rad mnogih enzima koji regulišu biohemijske procese u organizmu. Vitamini su vrlo nestabilne tvari, pa kuhanje na vatri gotovo u potpunosti uništava vitamine koji se tamo nalaze. Samo sirova hrana sadrži vitamine u značajnoj količini, pa su povrće i voće za nas glavni izvor vitamina. Predatorske životinje, kao i starosjedioci sjevera, koji se hrane gotovo isključivo mesom i ribom, dovoljno vitamina dobivaju iz sirovih životinjskih proizvoda. U prženom i kuvanom mesu i ribi praktički nema vitamina.

Nedostatak vitamina se manifestuje raznim metaboličkim bolestima, koje se objedinjuju pod nazivom beriberi. Do sada je otkriveno oko 50 vitamina, a svaki od njih je odgovoran za svoje "mjesto" metaboličkih procesa, odnosno postoji nekoliko desetina bolesti uzrokovanih beri-beri. Skorbut, beriberi, pelagra i druge bolesti ove vrste su nadaleko poznate.

Vitamini se dijele u dvije velike grupe: rastvorljive u mastima i rastvorljive u vodi. Vitamini rastvorljivi u vodi nalaze se u velikim količinama u povrću i voću, dok se vitamini rastvorljivi u mastima češće nalaze u semenkama i orašastim plodovima. Maslinovo, suncokretovo, kukuruzno i druga biljna ulja važni su izvori mnogih vitamina rastvorljivih u mastima. Međutim, vitamin D (anti-rahitis) nalazi se uglavnom u ribljem ulju, koje se ekstrahira iz jetre bakalara i nekih drugih morskih riba.

U srednjim i sjevernim geografskim širinama, do proljeća, u biljnoj hrani sačuvanoj od jeseni, količina vitamina naglo se smanjuje, a mnogi ljudi - stanovnici sjevernih zemalja - doživljavaju beri-beri. Slana i kisela hrana (kupus, krastavci i neke druge), bogata mnogim vitaminima, pomaže u prevladavanju ovog stanja. Osim toga, vitamine proizvodi crijevna mikroflora, pa se uz normalnu probavu osoba opskrbljuje mnogim najvažnijim vitaminima B u dovoljnim količinama. Kod dece prve godine života crevna mikroflora još nije formirana, pa bi trebalo da dobijaju dovoljnu količinu majčinog mleka, kao i sokova od voća i povrća, kao izvora vitamina.

Dnevne potrebe za energijom, proteinima, vitaminima. Količina hrane koja se pojede dnevno direktno zavisi od brzine metaboličkih procesa, jer hrana mora u potpunosti nadoknaditi energiju koja se troši na sve funkcije (Sl. 13). Iako se intenzitet metaboličkih procesa smanjuje s godinama kod djece starije od 1 godine, povećanje njihove tjelesne težine dovodi do povećanja ukupne (bruto) potrošnje energije. Shodno tome, povećava se i potreba za esencijalnim nutrijentima. Ispod su referentne tabele (Tabele 3-6) koje prikazuju približan dnevni unos nutrijenata, vitamina i esencijalnih minerala za djecu. Treba naglasiti da tablice daju masu čistih tvari bez uzimanja u obzir vode uključene u bilo koju hranu, kao i organskih tvari koje nisu povezane s proteinima, mastima i ugljikohidratima (na primjer, celuloza, koja čini većinu povrća).

Metabolizam (metabolizam) je ukupnost svih hemijskih reakcija koje se dešavaju u telu. Sve ove reakcije podijeljene su u 2 grupe

1. Razmjena plastike(asimilacija, anabolizam, biosinteza) - to je kada se iz jednostavnih supstanci troše energija formiran (sintetiziran) složeniji. primjer:

Tokom fotosinteze, glukoza se sintetiše iz ugljičnog dioksida i vode.

2. Razmjena energije(disimilacija, katabolizam, disanje) je kada složene supstance razgraditi (oksidirati) na jednostavnije, a istovremeno energija se oslobađa neophodno za život. primjer:

U mitohondrijima se glukoza, aminokiseline i masne kiseline oksidiraju kisikom u ugljični dioksid i vodu, te se stvara energija. (ćelijsko disanje)

Odnos plastičnog i energetskog metabolizma

Plastični metabolizam opskrbljuje ćeliju složenim organskim tvarima (proteini, masti, ugljikohidrati, nukleinske kiseline), uključujući enzimske proteine za energetski metabolizam.
Energetski metabolizam obezbjeđuje ćeliju energijom. Pri obavljanju posla (mentalnog, mišićnog, itd.) povećava se energetski metabolizam.

ATP- univerzalna energetska supstanca ćelije (univerzalni akumulator energije). Nastaje u procesu energetskog metabolizma (oksidacije organskih tvari).

Tokom energetskog metabolizma, sve supstance se razgrađuju i sintetiše se ATP. U tom slučaju energija hemijskih veza raspadnutih složenih supstanci pretvara se u energiju ATP-a, energija se skladišti u ATP-u.
Tokom plastične izmjene sintetiziraju se sve tvari, a ATP se razgrađuje. Gde ATP energija se troši(energija ATP-a se pretvara u energiju hemijskih veza složenih supstanci, pohranjenih u tim supstancama).

Odaberite jednu, najispravniju opciju. U procesu plastične zamjene
1) složeniji ugljikohidrati se sintetiziraju iz manje složenih
2) masti se pretvaraju u glicerol i masne kiseline
3) proteini se oksidiraju stvaranjem ugljičnog dioksida, vode, tvari koje sadrže dušik
4) energija se oslobađa i ATP se sintetiše

Odgovori

Odaberite tri opcije. Kako se plastična razmjena razlikuje od razmjene energije?
1) energija se skladišti u molekulima ATP-a
2) energija pohranjena u molekulima ATP-a se troši
3) sintetišu se organske materije
4) dolazi do razlaganja organskih materija
5) krajnji produkti metabolizma - ugljen-dioksid i voda
6) kao rezultat metaboličkih reakcija nastaju proteini

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. U procesu plastičnog metabolizma, molekule se sintetiziraju u stanicama
1) proteini
2) voda
3) ATP
4) neorganske materije

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Kakav je odnos plastičnog i energetskog metabolizma
1) plastična razmena snabdeva organske supstance za energiju
2) izmjena energije opskrbljuje plastiku kisikom
3) plastični metabolizam opskrbljuje minerale za energiju
4) plastična izmjena opskrbljuje ATP molekule energijom

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. U procesu energetskog metabolizma, za razliku od plastike,
1) utrošak energije sadržane u molekulima ATP-a
2) skladištenje energije u makroergijskim vezama molekula ATP
3) snabdevanje ćelija proteinima i lipidima
4) snabdevanje ćelija ugljenim hidratima i nukleinskim kiselinama

Odgovori

1. Uspostavite korespondenciju između karakteristika razmene i njenog tipa: 1) plastične, 2) energije. Napiši brojeve 1 i 2 ispravnim redoslijedom.
A) oksidacija organskih materija
B) formiranje polimera iz monomera
B) raspad ATP-a
D) skladištenje energije u ćeliji
D) Replikacija DNK
E) oksidativna fosforilacija

Odgovori

2. Uspostaviti korespondenciju između karakteristika metabolizma u ćeliji i njegovog tipa: 1) energije, 2) plastičnog. Zapišite brojeve 1 i 2 redoslijedom koji odgovara slovima.
A) Dolazi do razgradnje glukoze bez kiseonika
B) javlja se na ribosomima, u hloroplastima
C) krajnji produkti metabolizma - ugljični dioksid i voda
D) sintetišu se organske supstance
D) koristi se energija pohranjena u molekulima ATP-a
E) energija se oslobađa i pohranjuje u ATP molekulima

Odgovori

3. Uspostaviti korespondenciju između znakova metabolizma kod ljudi i njegovih tipova: 1) plastični metabolizam, 2) energetski metabolizam. Napiši brojeve 1 i 2 ispravnim redoslijedom.
A) supstance se oksidiraju
B) supstance se sintetišu
C) energija se skladišti u molekulima ATP-a
D) energija se troši
D) ribozomi su uključeni u proces
E) mitohondrije su uključene u proces

Odgovori

4. Uspostavite korespondenciju između karakteristika metabolizma i njegove vrste: 1) energije, 2) plastike. Zapišite brojeve 1 i 2 redoslijedom koji odgovara slovima.
A) Replikacija DNK
B) biosinteza proteina
B) oksidacija organskih materija
D) transkripcija
D) ATP sinteza
E) hemosinteza

Odgovori

5. Uspostavite korespondenciju između karakteristika i vrsta razmene: 1) plastične, 2) energije. Zapišite brojeve 1 i 2 redoslijedom koji odgovara slovima.
A) Energija je pohranjena u molekulima ATP-a
B) sintetiziraju se biopolimeri
C) nastaju ugljični dioksid i voda
D) dolazi do oksidativne fosforilacije
D) Dolazi do replikacije DNK

Odgovori

Odaberite tri procesa vezana za energetski metabolizam.
1) oslobađanje kiseonika u atmosferu
2) stvaranje ugljičnog dioksida, vode, ureje
3) oksidativna fosforilacija
4) sinteza glukoze
5) glikoliza
6) fotoliza vode

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Energija potrebna za kontrakciju mišića oslobađa se kada
1) razgradnja organskih materija u organima za varenje
2) iritacija mišića nervnim impulsima
3) oksidacija organskih materija u mišićima
4) ATP sinteza

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Koji proces rezultira sintezom lipida u ćeliji?
1) disimilacija
2) biološka oksidacija
3) zamjena plastike
4) glikoliza

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Vrijednost plastičnog metabolizma - opskrba tijela
1) mineralne soli
2) kiseonik
3) biopolimeri
4) energija

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Oksidacija organskih materija u ljudskom organizmu nastaje u
1) plućne vezikule pri disanju
2) ćelije tela u procesu plastične razmene
3) proces varenja hrane u digestivnom traktu
4) ćelije tela u procesu energetskog metabolizma

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Koje su metaboličke reakcije u ćeliji praćene troškovima energije?
1) pripremna faza energetskog metabolizma
2) mlečnokiselinska fermentacija
3) oksidacija organskih materija
4) zamjena plastike

Odgovori

1. Uspostavite korespondenciju između procesa i sastavnih dijelova metabolizma: 1) anabolizma (asimilacija), 2) katabolizma (disimilacija). Napiši brojeve 1 i 2 ispravnim redoslijedom.
A) fermentacija
B) glikoliza
B) disanje
D) sinteza proteina
D) fotosinteza
E) hemosinteza

Odgovori

2. Uspostaviti korespondenciju između karakteristika i metaboličkih procesa: 1) asimilacije (anabolizam), 2) disimilacije (katabolizam). Zapišite brojeve 1 i 2 redoslijedom koji odgovara slovima.
A) sinteza organskih materija u telu
B) uključuje pripremnu fazu, glikolizu i oksidativnu fosforilaciju
C) oslobođena energija se pohranjuje u ATP
D) nastaju voda i ugljični dioksid
D) zahtijeva troškove energije
E) javlja se u hloroplastima i na ribosomima

Odgovori

Odaberite dva tačna odgovora od pet i zapišite brojeve pod kojima su označeni. Metabolizam je jedno od glavnih svojstava živih sistema, karakteriše ga ono što se dešava
1) selektivni odgovor na spoljašnje uticaje okoline
2) promena intenziteta fizioloških procesa i funkcija sa različitim periodima oscilovanja
3) prenos sa generacije na generaciju karakteristika i svojstava
4) apsorpciju potrebnih materija i izlučivanje otpadnih proizvoda
5) održavanje relativno konstantnog fizičko-hemijskog sastava unutrašnje sredine

Odgovori

1. Svi osim dva termina u nastavku koriste se za opisivanje plastične zamjene. Identifikujte dva pojma koja "ispadaju" sa opšte liste i zapišite brojeve pod kojima su naznačeni.
1) replikacija
2) umnožavanje
3) emitovanje
4) translokacija
5) transkripcija

Odgovori

2. Svi dole navedeni koncepti, osim dva, koriste se za opisivanje plastičnog metabolizma u ćeliji. Identifikujte dva pojma koja „ispadaju“ sa opšte liste i zapišite brojeve pod kojima su označeni.
1) asimilacija
2) disimilacija
3) glikoliza
4) transkripcija
5) emitovanje

Odgovori

3. Termini navedeni u nastavku, osim dva, koriste se za karakterizaciju plastične razmjene. Identifikujte dva pojma koja ispadaju iz opšte liste i zapišite brojeve pod kojima su naznačeni.
1) cepanje
2) oksidacija
3) replikacija
4) transkripcija
5) hemosinteza

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Azotna baza adenin, riboza i tri ostatka fosforne kiseline su
1) DNK
2) RNK
3) ATP
4) vjeverica

Odgovori

Svi donji znakovi, osim dva, mogu se koristiti za karakterizaciju energetskog metabolizma u ćeliji. Identifikujte dvije karakteristike koje „ispadaju“ sa opće liste i zapišite kao odgovor brojeve pod kojima su označene.
1) dolazi sa apsorpcijom energije
2) završava u mitohondrijama
3) završava u ribosomima
4) praćena je sintezom molekula ATP-a
5) završava stvaranjem ugljičnog dioksida

Odgovori

Pronađi tri greške u datom tekstu. Navedite brojeve prijedloga u kojima su dati.(1) Metabolizam, ili metabolizam, je skup reakcija sinteze i raspadanja supstanci ćelije i organizma, povezanih sa oslobađanjem ili apsorpcijom energije. (2) Skup reakcija za sintezu organskih spojeva visoke molekulske mase iz jedinjenja male molekulske mase naziva se plastična izmjena. (3) ATP molekuli se sintetiziraju u reakcijama plastične izmjene. (4) Fotosinteza se naziva energetski metabolizam. (5) Kao rezultat kemosinteze, organske tvari se sintetiziraju iz neorganskih tvari zahvaljujući Sunčevoj energiji.

Odgovori

Moderno razumijevanje procesa oksidativne fosforilacije datira još od pionirskog rada Belitzera i Kalkara. Kalkar je otkrio da je aerobna fosforilacija povezana s disanjem. Belitzer je detaljno proučavao stehiometrijski odnos između vezivanja konjugovanog fosfata i uzimanja kisika i pokazao da je omjer broja neorganskih molekula fosfata i broja apsorbiranih atoma kisika

kada je disanje jednako najmanje dva. Također je istakao da je prijenos elektrona sa supstrata na kisik mogući izvor energije za formiranje dva ili više ATP molekula po atomu apsorbiranog kisika.

NADH molekul služi kao donor elektrona, a reakcija fosforilacije ima oblik

Ukratko, ova reakcija je napisana kao

Sinteza tri molekula ATP-a u reakciji (15.11) nastaje zbog prijenosa dva elektrona NADH molekula duž lanca transporta elektrona do molekule kisika. U ovom slučaju, energija svakog elektrona se smanjuje za 1,14 eV.

U vodenom okruženju, uz učešće posebnih enzima, molekule ATP-a se hidroliziraju

Strukturne formule molekula uključenih u reakcije (15.12) i (15.13) prikazane su na sl. 31.

U fiziološkim uslovima, molekuli uključeni u reakcije (15.12) i (15.13) nalaze se u različitim fazama jonizacije (ATP, ). Stoga, hemijske simbole u ovim formulama treba shvatiti kao uslovni zapis reakcija između molekula koji su u različitim fazama jonizacije. S tim u vezi, povećanje slobodne energije AG u reakciji (15.12) i njeno smanjenje u reakciji (15.13) zavise od temperature, koncentracije jona i pH vrijednosti medija. U standardnim uslovima eV kcal/mol). Ako uvedemo odgovarajuće korekcije, uzimajući u obzir fiziološke pH vrijednosti i koncentraciju jona unutar stanica, kao i uobičajene vrijednosti koncentracija ATP i ADP molekula i anorganskog fosfata u citoplazmi stanica, tada za slobodnu energiju hidrolize molekula ATP dobijamo vrijednost -0,54 kcal / 12.5 kcal / mol.5 eV). Slobodna energija hidrolize ATP molekula nije konstantna vrijednost. Ne može biti isto čak ni na različitim mjestima iste ćelije, ako se ta mjesta razlikuju u koncentraciji.

Od pojave pionirskog rada Lipmana (1941.), poznato je da molekuli ATP-a u ćeliji djeluju kao univerzalno kratkoročno skladište i prijenosnik kemijske energije koja se koristi u većini životnih procesa.

Oslobađanje energije tokom hidrolize ATP molekula je praćeno transformacijom molekula

U ovom slučaju, prekid veze označen simbolom dovodi do eliminacije ostatka fosforne kiseline. Na Lipmanov prijedlog, takva veza je postala poznata kao "energetski bogata fosfatna veza" ili "makroergijska veza". Ovaj naslov je krajnje nesretan. Uopšte ne odražava energiju procesa koji se dešavaju tokom hidrolize. Oslobađanje slobodne energije nije zbog puknuća jedne veze (takvo kidanje uvijek zahtijeva utrošak energije), već zbog preuređivanja svih molekula uključenih u reakcije, stvaranja novih veza i preuređivanja solvatnih ljuski tijekom reakcije.

Kada se molekul NaCl otopi u vodi, formiraju se hidratizirani joni.Dobitak energije tokom hidratacije pokriva gubitak energije kada je veza prekinuta u molekulu NaCl. Bilo bi čudno pripisati ovaj energetski dobitak "visoko-ergijskoj vezi" u molekulu NaCl.

Kao što je poznato, prilikom fisije teških atomskih jezgara oslobađa se mnogo energije, koja nije povezana s prekidom bilo koje visoko-ergijske veze, već je posljedica preraspoređivanja fisionih fragmenata i smanjenja energije Kulopove odbijanja između nukleona u svakom fragmentu.

Pravedna kritika koncepta "makroergijskih veza" izražena je više puta. Ipak, ova ideja je široko uvedena u naučnu literaturu. Veliki

Tabela 8

Strukturne formule fosforiliranih jedinjenja: a - fosfoenoliruvat; b - 1,3-difosfoglicerat; c - kreatin fosfat; - glukoza-I-fosfat; - glukoza-6-fosfat.

U tome nema problema ako se izraz "visoko-ergijska fosfatna veza" koristi uslovno, kao kratak opis čitavog ciklusa transformacija koje se dešavaju u vodenom rastvoru uz odgovarajuće prisustvo drugih jona, pH itd.

Dakle, koncept energije fosfatne veze, koji koriste biokemičari, uvjetno karakterizira razliku između slobodne energije polaznih tvari i slobodne energije proizvoda reakcija hidrolize, u kojima se fosfatne grupe odvajaju. Ovaj koncept ne treba miješati s konceptom energije kemijske veze između dvije grupe atoma u slobodnoj molekuli. Potonji karakterizira energiju potrebnu za prekid veze.

Ćelije sadrže niz fosforiliranih spojeva čija je hidroliza u citoplazmi povezana s oslobađanjem slobodne anergetike. Vrijednosti standardnih slobodnih energija hidrolize nekih od ovih spojeva date su u tabeli. 8. Strukturne formule ovih jedinjenja prikazane su na sl. 31 i 35.

Velike negativne vrijednosti standardnih slobodnih energija hidrolize nastaju zbog energije hidratacije negativno nabijenih proizvoda hidrolize i preuređivanja njihovih elektronskih ljuski. Iz tabele. 8 slijedi da vrijednost standardne slobodne energije hidrolize molekula ATP-a zauzima srednju poziciju između "visokoenergetskih" (fosfoenolpirunat) i "niskoenergetskih" (glukoza-6-fosfat) spojeva. To je jedan od razloga zašto je ATP molekul zgodan univerzalni nosač fosfatnih grupa.

Uz pomoć posebnih enzima, ATP i ADP molekuli komuniciraju između visoko- i niskoenergetskih

fosfatna jedinjenja. Na primjer, enzim piruvat kinaza prenosi fosfat iz fosfoenolpiruvata u ADP. Kao rezultat reakcije nastaju piruvat i ATP molekul. Nadalje, uz pomoć enzima heksokinaze, molekul ATP može prenijeti fosfatnu grupu u D-glukozu, pretvarajući je u glukoza-6-fosfat. Ukupni proizvod ove dvije reakcije će se svesti na transformaciju

Vrlo je važno da reakcije ovog tipa mogu proći samo kroz međukorak, u koji su nužno uključeni molekuli ATP i ADP.

Dio 1. Eukariotske mitohondrije.

Biblija kaže da je osoba Homo sapiens ) stvoreni su od strane bogova na svoju sliku i priliku. Iako su bili u velikoj mjeri ograničeni, nisu im uskratili njihovu kreativnost. Čovjek već sada stvara robote koji će mu olakšati rad, razne mašine i uređaje koji nisu vječni kao on sam. Izvor energije ovih mašina je punjač, akumulator, baterija, njihov uređaj nam je danas dobro poznat. Ali znamo li kako funkcionira naš punjač, ljudska energetska stanica?

Dakle, mitohondrije eukariotskih ćelija i njihova uloga u ljudskom tijelu.
Trebalo bi početi od činjenice da su mitohondrije energetska stanica ćelije i cijelog ljudskog tijela u cjelini. Nas zanimaju ćelije eukarioti, nuklearne, one ćelije koje sadrže jezgro. Jednoćelijski živi organizmi koji nemaju ćelijsko jezgro su prokarioti, prenuklearni. Potomci prokariotskih ćelija su organele, trajne komponente ćelije, vitalne za njeno postojanje, nalaze se u njenom unutrašnjem delu – citoplazmi. Prokarioti uključuju bakterije i arheje. Prema najčešćim hipotezama, eukarioti su se pojavili prije 1,5-2 milijarde godina.
Mitohondrije je dvomembranska granularna ili filamentozna organela debljine oko 0,5 µm. Karakteristična je za većinu eukariotskih ćelija (fotosintetske biljke, gljive, životinje). igrao važnu ulogu u evoluciji eukariota simbiogeneza. Mitohondrije su potomci aerobnih bakterija (prokariota) koje su se nekada naselile u eukariotskoj stanici predaka i "naučile" da žive u njoj kao simbionti. Sada skoro sve eukariotske ćelije imaju mitohondrije; one više nisu sposobne da se razmnožavaju izvan ćelije. Fotografija

Mitohondrije su prvi put otkrivene kao granule u mišićnim ćelijama 1850. godine. Broj mitohondrija u ćeliji nije konstantan. Posebno ih ima u ćelijama u kojima potreba za kiseonikom je velika. Po svojoj strukturi, oni su cilindrične organele koje se nalaze u eukariotskoj ćeliji u količinama od nekoliko stotina do 1-2 hiljade i zauzimaju 10-20% njenog unutrašnjeg volumena. Veličina (od 1 do 70 μm) i oblik mitohondrija uvelike variraju. Širina ovih organela je relativno konstantna (0,5-1 μm). Mogućnost promjene oblika. Ovisno o tome u kojim dijelovima ćelije u svakom pojedinom trenutku dolazi do povećane potrošnje energije, mitohondrije su u stanju da se kreću kroz citoplazmu do zona najveće potrošnje energije, koristeći za kretanje strukture citoskeleta eukariotske ćelije.
DNK makromolekula ( Deoksirobonukleinska kiselina), koji obezbjeđuje skladištenje, prijenos s generacije na generaciju i implementaciju genetskog programa za razvoj i funkcioniranje živih organizama, nalazi se u ćelijskom jezgru, kao dio hromozoma. Za razliku od nuklearne DNK, mitohondrije imaju svoj DNK. Geni kodirani u mitohondrijalnu DNK, pripadaju grupi plazmagena koji se nalaze izvan jezgra (izvan hromozoma). Ukupnost ovih faktora nasljednosti, koncentrisanih u citoplazmi ćelije, čini plazmon date vrste organizma (za razliku od genoma).
Mitohondrijska DNK smještena u matriksu je zatvorena kružna dvolančana molekula, koja u ljudskim stanicama ima veličinu od 16569 parova nukleotida, što je otprilike 105 puta manje od DNK lokalizirane u jezgri.
Mitohondrijska DNK se replicira u interfazi, koja je djelimično sinhronizovana sa replikacijom DNK u jezgru. Tokom ćelijskog ciklusa, mitohondrije se sužavanjem dijele na dva dijela, čije formiranje počinje prstenastim žlijebom na unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani. Imajući vlastiti genetski aparat, mitohondrija također ima svoj vlastiti sistem za sintezu proteina, čija je karakteristika u ćelijama životinja i gljiva vrlo mali ribozomi.Fotografija

Mitohondrijalne funkcije i proizvodnja energije.
Glavna funkcija mitohondrija je ATP sinteza(adenozin trifosfat) - univerzalni oblik hemijske energije u svakoj živoj ćeliji.
Glavna uloga ATP-a u tijelu povezana je s obezbjeđivanjem energije za brojne biohemijske reakcije. ATP služi kao direktan izvor energije za mnoge energetski intenzivne biohemijske i fiziološke procese. Sve su to reakcije sinteze složenih supstanci u tijelu: provedba aktivnog prijenosa molekula kroz biološke membrane, uključujući i stvaranje transmembranskog električnog potencijala; implementacija mišićne kontrakcije.Poznata je i uloga ATP-a kao posrednika u sinapsama i signalne supstance u drugim međućelijskim interakcijama (purinergički prijenos signala između stanica u različitim tkivima i organima, a njegovo kršenje često je povezano s raznim bolestima).

ATP je univerzalni akumulator energije u živoj prirodi.
Molekul ATP (adenozin trifosfat) je univerzalni izvor energije, koji ne samo da obezbeđuje rad mišića, već i tok mnogih drugih bioloških procesa, uključujući rast mišićne mase (anabolizam).
ATP molekul se sastoji od adenina, riboze i tri fosfata. Proces sinteze ATP-a je posebna tema, opisat ću ga u sljedećem dijelu. Važno je razumjeti sljedeće. Energija se oslobađa kada se jedan od tri fosfata odvoji od molekula i ATP se pretvori u ADP (adenozin difosfat). Ako je potrebno, može se odvojiti još jedan ostatak fosfora kako bi se dobio AMP (adenozin monofosfat) uz ponovno oslobađanje energije.

Najvažniji kvalitet je da se ADP može brzo reducirati na potpuno napunjen ATP. Život molekula ATP-a je u prosjeku manji od jedne minute, a do 3000 ciklusa punjenja može se dogoditi s ovim molekulom dnevno.

Hajde da shvatimo šta se dešava u mitohondrijama, jer akademska nauka ne objašnjava sasvim jasno proces ispoljavanja energije.
U mitohondrijima se stvara razlika potencijala - napon.
Wikipedia to kaže Glavna funkcija mitohondrija je oksidacija organskih spojeva i korištenje energije koja se oslobađa tijekom njihovog raspada u sintezi molekula ATP-a, što nastaje zbog kretanja elektrona duž lanca transporta elektrona proteina unutrašnje membrane...
Međutim, sam elektron se kreće zbog razlike potencijala, ali odakle dolazi?
Dalje piše: Unutrašnja membrana mitohondrija formira brojne duboke nabore zvane kriste. Konverzija energije koja se oslobađa kada se elektroni kreću duž respiratornog lanca moguća je samo ako je unutrašnja membrana mitohondrija nepropusna za jone. To je zbog činjenice da se energija pohranjuje u obliku razlike u koncentracijama (gradijentu) protona... Kretanje protona iz matriksa u intermembranski prostor mitohondrija, koje se odvija zbog funkcioniranja respiratornog lanca, dovodi do toga da se mitohondrijski matriks alkalizira, a intermembranski prostor postaje kiseli.
Naučnici posvuda vide samo elektrone i protone.Ovdje je važno shvatiti da je proton pozitivan naboj, a elektron negativan. U mitohondrijima, pozitivni vodik i dvije membrane su odgovorni za razliku potencijala. Intermembranski prostor je pozitivno nabijen i kao rezultat toga je zakiseljen, a matriks je alkaliziran negativnim nabojima. Jasna razlika potencijala. Stvara se napetost. Ali više nije bilo jasnoće, kako je do toga došlo?!
Ako ovom procesu pristupimo koristeći koncept triju sila, koje su jasno ucrtane u Ohmovom zakonu, postaje nam jasno da je potrebna udarna struja da bi se stvorila razlika potencijala: U = I x R (I = U / R ). U odnosu na proces sinteze ATP-a, posmatramo otpor unutrašnju membranu mitohondrija i potencijalna razlika u matriksu i intermembranskom prostoru. Gdje je startna struja , ta afirmativna, kardinalna sila koja daje energetski potencijal i pokreće taj ozloglašeni elektron? Gdje je izvor?
Vrijeme je da se sjetimo Boga, ali ne uzalud. I ko je udahnuo život svemu živom? Uostalom, čovjek nije galvanska baterija i procesi u njemu nisu čisto električni. Procesi u čovjeku su antientropski – razvoj, rast, prosperitet, a ne degradacija, propadanje i umiranje.
Nastavlja se.