Χρήση του atf ως συσσωρευτών ενέργειας. Ποια ουσία είναι ο συσσωρευτής ενέργειας στο κύτταρο; Έλεγχος εισερχόμενων γνώσεων
Το ATP είναι ένας καθολικός συσσωρευτής βιολογικής ενέργειας. Ο ρόλος του για όλα τα έμβια όντα διατυπώθηκε από τον Ακαδημαϊκό της Ακαδημίας Ιατρικών Επιστημών της ΕΣΣΔ VA Engelgardt το 1940 ως εξής: "Οποιαδήποτε αποθήκευση κυτταρικής ενέργειας παράγει ΑΤΡ, κάθε δαπάνη ενέργειας στο κύτταρο πληρώνεται από την ΑΤΡ." Αυτός ο κανόνας ισχύει επίσης για τα μυϊκά κύτταρα και τα κύτταρα του εγκεφάλου, όπου η ενέργεια συσσωρεύεται επιπλέον.
Στην κινεζική παράδοση, υπάρχει η έννοια των τεσσάρων bigrams ή τεσσάρων θεμελιωδών ενεργειών: υπερβατικό ενέργεια, ενέργειαΣτην αρχή, δεν μιλά ποτέ για βιβλία, γιατί είναι πανταχού παρόν και χωρίς αυτό τίποτα δεν θα υπήρχε. ...Το μόριο ΑΤΡ περιέχει τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος. Οι δεσμοί μεταξύ τους (παρουσία του ενζύμου ATPase) διασπώνται εύκολα. Όταν ένα μόριο φωσφορικού οξέος διασπάται από ένα μόριο ΑΤΡ, απελευθερώνονται 40 kJ ενέργειας, επομένως οι δεσμοί ονομάζονται υψηλής ενέργειας (μεταφέρουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας).
Ο μετασχηματισμός της ενέργειας που χημικά συνδέεται με το ATP σε μηχανική (απαραίτητη για τη σύσπαση των μυών), ηλεκτρική, φωτεινή, ηχητική ενέργεια της όσμωσης και των άλλων τύπων της, παρέχοντας τη σύνθεση πλαστικών ουσιών στο κύτταρο, ανάπτυξη, ανάπτυξη, δυνατότητα μετάδοσης κληρονομικών διεξάγεται στην κεφαλή των στοιχειωδών σωματιδίων των αναπνευστικών συνόλων λόγω της παρουσίας τους, δηλαδή στα ίδια σωματίδια όπου λαμβάνει χώρα η σύνθεσή του. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση του ATP μετατρέπεται άμεσα σε βιολογική ενέργεια, η οποία είναι απαραίτητη για τη σύνθεση πρωτεϊνών, νουκλεοτιδίων και άλλων οργανικών ενώσεων, χωρίς τις οποίες η ανάπτυξη και ανάπτυξη του οργανισμού είναι αδύνατη. Τα αποθέματα ενέργειας στο ATP χρησιμοποιούνται για την κίνηση, την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, το φως, για την εκτέλεση οποιασδήποτε λειτουργίας του κυττάρου και των οργανιδίων του.
Τα καταστήματα ATP στο κελί είναι περιορισμένα. Στις μυϊκές ίνες, μπορούν να παρέχουν ενέργεια μόνο για 30-40 συσπάσεις, και στα κύτταρα άλλων ιστών, είναι ακόμη λιγότερες. Για να αναπληρωθούν τα αποθέματα ATP, η σύνθεσή του πρέπει να συμβαίνει συνεχώς - από (ADP) και ανόργανο φωσφορικό, το οποίο πραγματοποιείται με τη συμμετοχή του ενζύμου συνθετάση ATP. Επομένως, η αναλογία μεταξύ των συγκεντρώσεων ΑΤΡ και ΑϋΡ (η δραστηριότητα της συνθετάσης ΑΤΡ) έχει μεγάλη σημασία για τον έλεγχο της διαδικασίας σύνθεσης ΑΤΡ. Με έλλειψη ADP, λόγω της παρουσίας ATPase στο ενεργό κέντρο, η υδρόλυση του ATP θα επιταχυνθεί, η οποία, όπως σημειώθηκε, σχετίζεται με την οξειδωτική διαδικασία, εξαρτάται από την κατάσταση των φορέων υδρογόνου και οξυγόνου.
Όσο περισσότερο NAD και λιγότερο μειωμένη μορφή του, τόσο πιο οξειδωμένο κυτόχρωμα c και ADP, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός σύνθεσης ΑΤΡ. Μαζί με άλλα ένζυμα και συνένζυμα, λειτουργούν ως κύριοι ρυθμιστές της λειτουργίας των αναπνευστικών συνόλων στο πρώτο στάδιο της μεταφοράς υδρογόνου από το υπόστρωμα NAD - NAD, στο δεύτερο στάδιο - ο φορέας των ηλεκτρονίων στο οξυγόνο, τα κυτοχρώματα και τελικό στάδιο - ο λόγος μεταξύ ATP και ADP.
Καθολικός συσσωρευτής βιολογικής ενέργειας. Η φωτεινή ενέργεια του Sunλιου και η ενέργεια που περιέχεται στα τρόφιμα που καταναλώνονται αποθηκεύονται στα μόρια ATP. Το απόθεμα ATP στο κελί είναι μικρό. Έτσι, στο μυ, το απόθεμα του ATP είναι αρκετό για 20-30 συσπάσεις. Με αυξημένη, αλλά βραχυπρόθεσμη εργασία, οι μύες λειτουργούν αποκλειστικά λόγω της διάσπασης του ATP που περιέχεται σε αυτούς. Μετά το τέλος της εργασίας, το άτομο αναπνέει σκληρά - κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, συμβαίνει η διάσπαση υδατανθράκων και άλλων ουσιών (συσσωρεύεται ενέργεια) και αποκαθίσταται η παροχή ATP στα κύτταρα.
18. ΚΥΤΤΑΡΙ
ΕΥΚΑΡΙΩΤΕΣ (ευκαρυώτες) (από την ελληνική ευ - καλά, πλήρως και καριόν - ο πυρήνας), οργανισμοί (τα πάντα εκτός από τα βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων των κυανοβακτηρίων), οι οποίοι, σε αντίθεση με τα προκαρυωτικά, έχουν σχηματισμένο πυρήνα κυττάρων, διαχωρισμένο από το κυτταρόπλασμα με μια πυρηνική μεμβράνη. Το γενετικό υλικό περιέχεται σε χρωμοσώματα. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν μιτοχόνδρια, πλαστίδια και άλλα οργανίδια. Η σεξουαλική διαδικασία είναι χαρακτηριστική.
19. ΚΥΤΤΑΡΙ, ένα στοιχειώδες ζωντανό σύστημα, η βάση της δομής και της ζωής όλων των ζώων και των φυτών. Τα κύτταρα υπάρχουν ως ανεξάρτητοι οργανισμοί (για παράδειγμα, πρωτόζωα, βακτήρια) και ως μέρος πολυκύτταρων οργανισμών, στους οποίους υπάρχουν γεννητικά κύτταρα που χρησιμεύουν για αναπαραγωγή και κύτταρα σώματος (σωματικά), διαφορετικά στη δομή και τη λειτουργία (για παράδειγμα, νεύρο, οστό , μυς, εκκριτικός). Τα μεγέθη των κυττάρων κυμαίνονται από 0,1-0,25 μικρά (ορισμένα βακτήρια) έως 155 mm (αυγά στρουθοκαμήλου εντός κελύφους).
Στους ανθρώπους, στο σώμα ενός νεογέννητου περίπου. 2 1012. Σε κάθε κύτταρο, διακρίνονται 2 κύρια μέρη: ο πυρήνας και το κυτταρόπλασμα, στο οποίο βρίσκονται τα οργανίδια και τα εγκλείσματα. Τα φυτικά κύτταρα συνήθως καλύπτονται με ένα σκληρό κέλυφος. Κυτταρική επιστήμη - κυτταρολογία.
ΠΡΟΚΑΡΙΩΤΕΣ (από τα λατινικά pro - forward, αντί για το ελληνικό καρυών - πυρήνας), οργανισμοί που, σε αντίθεση με τους ευκαρυώτες, δεν έχουν σχηματισμένο πυρήνα κυττάρων. Το γενετικό υλικό με τη μορφή κυκλικής αλυσίδας DNA βρίσκεται ελεύθερα στο νουκλεοτίδιο και δεν σχηματίζει αληθινά χρωμοσώματα. Δεν υπάρχει τυπική σεξουαλική διαδικασία. Τα προκαρυωτικά περιλαμβάνουν βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων των κυανοβακτηρίων (μπλε-πράσινα φύκια). Στο σύστημα του οργανικού κόσμου, οι προκαρυώτες αποτελούν ένα υπερ-βασίλειο.
20. ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΟ ΔΙΑΦΡΑΓΜΑ(κυτταρική μεμβράνη, πλασμαλίσμα), μια βιολογική μεμβράνη που περιβάλλει το πρωτόπλασμα των φυτικών και ζωικών κυττάρων. Συμμετέχει στη ρύθμιση του μεταβολισμού μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντός του.
21. ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΥΤΤΑΡΩΝ- συσσωρεύσεις αποθεματικών θρεπτικών συστατικών: πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες.
22. GOLGY APPART(Σύμπλεγμα Golgi) (πήρε το όνομά του από τον K. Golgi), ένα κυτταρικό οργανοειδές που συμμετέχει στο σχηματισμό των μεταβολικών προϊόντων του (διάφορα μυστικά, κολλαγόνο, γλυκογόνο, λιπίδια κ.λπ.), στη σύνθεση των γλυκοπρωτεϊνών.
23 ΛΥΣΩΣΩΜΑΤΑ(από λυσ. και ελληνικό σόμα - σώμα), κυτταρικές δομές που περιέχουν ένζυμα ικανά να διασπάσουν (λύσουν) πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, πολυσακχαρίτες. Συμμετέχετε στην ενδοκυτταρική πέψη των ουσιών που εισέρχονται στο κύτταρο με φαγοκυττάρωση και πινοκυττάρωση.
24. ΜΗΤΟΧΟΝΔΡΙΟπεριβάλλεται από εξωτερική μεμβράνη και, ως εκ τούτου, είναι ήδη ένα διαμέρισμα, που διαχωρίζεται από το περιβάλλον κυτταρόπλασμα. Επιπλέον, ο εσωτερικός χώρος των μιτοχονδρίων υποδιαιρείται επίσης σε δύο διαμερίσματα από μια εσωτερική μεμβράνη. Η εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων είναι πολύ παρόμοια σε σύνθεση με τις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου. η εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, η οποία σχηματίζει πτυχώσεις (cristae), είναι πολύ πλούσια σε πρωτεΐνες - ίσως αυτή είναι μια από τις πιο πλούσιες σε πρωτεΐνες μεμβράνες στο κύτταρο. μεταξύ αυτών πρωτεΐνες της "αναπνευστικής αλυσίδας", οι οποίες είναι υπεύθυνες για τη μεταφορά ηλεκτρονίων. πρωτεΐνες φορείς για ADP, ATP, οξυγόνο, CO σε ορισμένα οργανικά μόρια και ιόντα. Τα προϊόντα γλυκόλυσης που εισέρχονται στα μιτοχόνδρια από το κυτταρόπλασμα οξειδώνονται στο εσωτερικό διαμέρισμα του μιτοχονδρίου.
Οι πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για τη μεταφορά ηλεκτρονίων βρίσκονται στη μεμβράνη έτσι ώστε κατά τη μεταφορά των ηλεκτρονίων τα πρωτόνια να εκτοξεύονται στη μία πλευρά της μεμβράνης - εισέρχονται στο χώρο μεταξύ της εξωτερικής και της εσωτερικής μεμβράνης και συσσωρεύονται εκεί. Αυτό δημιουργεί ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό (λόγω διαφορών στη συγκέντρωση και τα φορτία). Αυτή η διαφορά διατηρείται λόγω της σημαντικότερης ιδιότητας της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης - είναι αδιαπέραστη από τα πρωτόνια. Δηλαδή, υπό κανονικές συνθήκες, τα πρωτόνια από μόνα τους δεν μπορούν να περάσουν μέσω αυτής της μεμβράνης. Περιέχει όμως ειδικές πρωτεΐνες, ή μάλλον πρωτεϊνικά σύμπλοκα, που αποτελούνται από πολλές πρωτεΐνες και σχηματίζουν ένα κανάλι για πρωτόνια. Τα πρωτόνια διέρχονται από αυτό το κανάλι υπό τη δράση της κινητήριας δύναμης της ηλεκτροχημικής κλίσης. Η ενέργεια αυτής της διαδικασίας χρησιμοποιείται από ένα ένζυμο που περιέχεται στα ίδια σύμπλοκα πρωτεϊνών και είναι ικανό να συνδέσει μια φωσφορική ομάδα με διφωσφορική αδενοσίνη (ADP), η οποία οδηγεί στη σύνθεση του ΑΤΡ.
Έτσι, το μιτοχόνδριο παίζει το ρόλο ενός «σταθμού ισχύος» στο κελί. Η αρχή του σχηματισμού ΑΤΡ στους χλωροπλάστες φυτικών κυττάρων είναι γενικά η ίδια - η χρήση κλίσης πρωτονίων και η μετατροπή της ενέργειας της ηλεκτροχημικής κλίσης σε ενέργεια χημικών δεσμών.
25. ΠΛΑΣΤΙΔΙΑ(από τον ελληνικό πλαστό - σμιλευμένο), κυτταροπλασματικά οργανίδια των φυτικών κυττάρων. Συχνά περιέχουν χρωστικές που προκαλούν το χρώμα των πλαστίδων. Τα ανώτερα φυτά έχουν πράσινα πλαστίδια - χλωροπλάστες, άχρωμα - λευκοπλάστες, διαφορετικά χρώματα - χρωμοπλάστες. στα περισσότερα φύκια, τα πλαστίδια ονομάζονται χρωματοφόρα.
26. ΠΥΡΗΝΙΚΟΣείναι το πιο σημαντικό μέρος του κυττάρου. Καλύπτεται με μεμβράνη δύο μεμβρανών με πόρους μέσω των οποίων ορισμένες ουσίες εισέρχονται στον πυρήνα, ενώ άλλες εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα. Τα χρωμοσώματα είναι οι κύριες δομές του πυρήνα, φορείς κληρονομικών πληροφοριών σχετικά με τα χαρακτηριστικά του οργανισμού. Μεταδίδεται κατά τη διαδικασία διαίρεσης του μητρικού κυττάρου στα θυγατρικά κύτταρα και με τα γεννητικά κύτταρα - στους θυγατρικούς οργανισμούς. Ο πυρήνας είναι η θέση σύνθεσης DNA και mRNA. rRNA.
28. ΦΑΣΕΙΣ ΜΙΤΩΣΗΣ(προφάση, μεταφάση, αναφάση, τελοφάση) - μια σειρά διαδοχικών αλλαγών στο κύτταρο: α) σπείρωση χρωμοσωμάτων, διάλυση της πυρηνικής μεμβράνης και πυρήνα. β) ο σχηματισμός της ατράκτου διαίρεσης, η θέση των χρωμοσωμάτων στο κέντρο του κυττάρου, η προσάρτηση των νημάτων της ατράκτου διαίρεσης σε αυτά · γ) η απόκλιση των χρωματιδίων στους απέναντι πόλους του κυττάρου (γίνονται χρωμοσώματα);
δ) σχηματισμός κυτταρικού διαφράγματος, διαίρεση του κυτταροπλάσματος και των οργανιδίων του, σχηματισμός πυρηνικού περιβλήματος, εμφάνιση δύο κυττάρων από ένα με το ίδιο σύνολο χρωμοσωμάτων (46 το καθένα στα κύτταρα μητέρας και κόρης ενός ατόμου ).
Στη διαδικασία βιοχημικών μετασχηματισμών ουσιών, οι χημικοί δεσμοί σπάνε, συνοδευόμενοι από την απελευθέρωση ενέργειας. Είναι δωρεάν, δυνητική ενέργεια που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα από ζωντανούς οργανισμούς. Πρέπει να μεταμορφωθεί. Υπάρχουν δύο καθολικές μορφές ενέργειας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα κύτταρο για να κάνουν διαφορετικά είδη εργασίας:
1) Χημική ενέργεια, ενέργεια δεσμών υψηλής ενέργειας χημικών ενώσεων. Οι χημικοί δεσμοί ονομάζονται μακροενεργικοί εάν, όταν σπάσουν, απελευθερωθεί μεγάλη ποσότητα ελεύθερης ενέργειας. Οι ενώσεις με τέτοιες συνδέσεις είναι υψηλής ενέργειας. Το μόριο ATP έχει δεσμούς υψηλής ενέργειας και έχει ορισμένες ιδιότητες που καθορίζουν το σημαντικό ρόλο του στον ενεργειακό μεταβολισμό των κυττάρων:
· Θερμοδυναμική αστάθεια.
· Υψηλή χημική σταθερότητα. Παρέχει αποτελεσματική αποθήκευση ενέργειας καθώς αποτρέπει τη διασπορά ενέργειας με τη μορφή θερμότητας.
· Το μικρό μέγεθος του μορίου ATP διευκολύνει τη διάχυση σε διάφορα μέρη του κυττάρου, όπου είναι απαραίτητο να τροφοδοτηθεί ενέργεια από το εξωτερικό για την εκτέλεση χημικών, ωσμωτικών ή χημικών εργασιών.
· Η αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας κατά την υδρόλυση του ΑΤΡ έχει μια μέση τιμή, η οποία του επιτρέπει να εκτελεί ενεργειακές λειτουργίες με τον καλύτερο δυνατό τρόπο, δηλαδή να μεταφέρει ενέργεια από ενώσεις υψηλής ενέργειας σε χαμηλής ενέργειας.
Το ATP είναι ένας καθολικός συσσωρευτής ενέργειας για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, η ενέργεια αποθηκεύεται σε μόρια ATP για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα (η διάρκεια ζωής του ATP-1/3 του δευτερολέπτου). Ξοδεύεται αμέσως για την παροχή ενέργειας για όλες τις διαδικασίες που συμβαίνουν αυτή τη στιγμή. Η ενέργεια που περιέχεται στο μόριο ATP μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα (στις περισσότερες βιοσύνθεση, καθώς και σε ορισμένες διεργασίες που εξαρτώνται από τη μεμβράνη).
2) Ηλεκτροχημική ενέργεια (ενέργεια του διαμεμβρανικού δυναμικού του υδρογόνου) Δ. Όταν τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται κατά μήκος της αλυσίδας οξειδοαναγωγής, σε εντοπισμένες μεμβράνες συγκεκριμένου τύπου, που ονομάζονται παραγωγή ενέργειας ή σύζευξη, συμβαίνει μια άνιση κατανομή πρωτονίων στο χώρο και στις δύο πλευρές της μεμβράνης, δηλαδή μια εγκάρσια προσανατολισμένη ή διαμεμβρανική κλίση υδρογόνου Δ, μετρούμενη σε βολτ, εμφανίζεται στη μεμβράνη. το προκύπτον Δ οδηγεί στη σύνθεση μορίων ΑΤΡ. Η ενέργεια με τη μορφή Δ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες διαδικασίες που εξαρτώνται από την ενέργεια που εντοπίζονται στη μεμβράνη:
· Για την απορρόφηση του DNA στη διαδικασία του γενετικού μετασχηματισμού.
· Για τη μεταφορά πρωτεϊνών σε όλη τη μεμβράνη.
· Να διασφαλιστεί η κίνηση πολλών προκαρυωτικών.
· Να διασφαλιστεί η ενεργός μεταφορά μορίων και ιόντων μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης.
Δεν μετατρέπεται όλη η ελεύθερη ενέργεια που λαμβάνεται κατά την οξείδωση των ουσιών σε μορφή προσβάσιμη στο κύτταρο και συσσωρεύεται στο ΑΤΡ. Μέρος της ελεύθερης ενέργειας που προκύπτει διαχέεται με τη μορφή θερμότητας, λιγότερο συχνά φωτός και ηλεκτρικής ενέργειας. Εάν το κύτταρο αποθηκεύει περισσότερη ενέργεια από ό, τι μπορεί να δαπανήσει για όλες τις διαδικασίες που καταναλώνουν ενέργεια, συνθέτει μεγάλη ποσότητα υψηλής μοριακής αποθήκευσης ουσιών (λιπίδια). Εάν είναι απαραίτητο, αυτές οι ουσίες υφίστανται βιοχημικούς μετασχηματισμούς και τροφοδοτούν το κύτταρο με ενέργεια.
Το ATP είναι το καθολικό ενεργειακό «νόμισμα» του κυττάρου.Μία από τις πιο εκπληκτικές «εφευρέσεις» της φύσης είναι τα μόρια των επονομαζόμενων ουσιών «υψηλής ενέργειας», στη χημική δομή των οποίων υπάρχουν ένας ή περισσότεροι δεσμοί που χρησιμεύουν ως συσκευές αποθήκευσης ενέργειας. Αρκετά παρόμοια μόρια έχουν βρεθεί στη ζωντανή φύση, αλλά μόνο ένα από αυτά βρίσκεται στο ανθρώπινο σώμα - τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης (ATP). Είναι ένα μάλλον πολύπλοκο οργανικό μόριο, στο οποίο συνδέονται 3 αρνητικά φορτισμένα υπολείμματα ανόργανου φωσφορικού οξέος ΡΟ. Αυτά τα υπολείμματα φωσφόρου συνδέονται με το οργανικό τμήμα του μορίου με δεσμούς «υψηλής ενέργειας», οι οποίοι καταστρέφονται εύκολα κατά τη διάρκεια μιας ποικιλίας ενδοκυτταρικών αντιδράσεων. Ωστόσο, η ενέργεια αυτών των δεσμών δεν διαχέεται στο διάστημα με τη μορφή θερμότητας, αλλά χρησιμοποιείται για την κίνηση ή τη χημική αλληλεπίδραση άλλων μορίων. Λόγω αυτής της ιδιότητας το ATP εκτελεί στο κύτταρο τη λειτουργία μιας καθολικής αποθήκευσης (συσσωρευτή) ενέργειας, καθώς και ενός καθολικού "νομίσματος". Άλλωστε, σχεδόν κάθε χημικός μετασχηματισμός που συμβαίνει σε ένα κύτταρο είτε απορροφά είτε απελευθερώνει ενέργεια. Σύμφωνα με τον νόμο διατήρησης της ενέργειας, η συνολική ποσότητα ενέργειας που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα οξειδωτικών αντιδράσεων και αποθηκεύεται με τη μορφή ΑΤΡ είναι ίση με την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιήσει το κύτταρο για τις συνθετικές διαδικασίες του και για την εκτέλεση οποιωνδήποτε λειτουργιών. Ως «πληρωμή» για την ευκαιρία εκτέλεσης αυτής ή εκείνης της ενέργειας, το κύτταρο αναγκάζεται να ξοδέψει την παροχή ATP. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να τονιστεί ιδιαίτερα: το μόριο ATP είναι τόσο μεγάλο που δεν είναι σε θέση να περάσει μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Επομένως, το ΑΤΡ που σχηματίζεται σε ένα κύτταρο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από άλλο κύτταρο. Κάθε κύτταρο του σώματος αναγκάζεται να συνθέσει ATP για τις δικές του ανάγκες στις ποσότητες στις οποίες είναι απαραίτητο να εκτελέσει τις λειτουργίες του.
Τρεις πηγές ανασύνθεσης ATP στα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος.Προφανώς, οι μακρινοί πρόγονοι των κυττάρων του ανθρώπινου σώματος υπήρχαν πριν από πολλά εκατομμύρια χρόνια, περιτριγυρισμένοι από φυτικά κύτταρα, τα οποία τους τροφοδοτούσαν υπερβολικά με υδατάνθρακες και δεν υπήρχε αρκετό οξυγόνο ή καθόλου. Είναι οι υδατάνθρακες που είναι το πιο χρησιμοποιούμενο συστατικό των θρεπτικών συστατικών για την παραγωγή ενέργειας στο σώμα. Και παρόλο που τα περισσότερα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος έχουν αποκτήσει την ικανότητα να χρησιμοποιούν πρωτεΐνες και λίπη ως ενεργειακές πρώτες ύλες, μερικά (για παράδειγμα, νεύρα, ερυθρό αίμα, αρσενικά αναπαραγωγικά κύτταρα) είναι ικανά να παράγουν ενέργεια μόνο μέσω της οξείδωσης των υδατανθράκων.
Οι διαδικασίες της πρωτογενούς οξείδωσης των υδατανθράκων - ή μάλλον της γλυκόζης, που είναι, στην πραγματικότητα, το κύριο υπόστρωμα οξείδωσης στα κύτταρα - συμβαίνουν απευθείας στο κυτταρόπλασμα: εκεί εντοπίζονται συμπλέγματα ενζύμων, λόγω των οποίων το μόριο γλυκόζης καταστρέφεται μερικώς , και η απελευθερωμένη ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή ATP. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται γλυκόλυση, μπορεί να λάβει χώρα σε όλα τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος χωρίς εξαίρεση. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, από ένα μόριο γλυκόζης 6 ατόμων, σχηματίζονται δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος 3 άνθρακα και δύο μόρια ΑΤΡ.
Η γλυκόλυση είναι μια πολύ γρήγορη αλλά σχετικά αναποτελεσματική διαδικασία. Το πυροσταυλικό οξύ που σχηματίζεται στο κύτταρο μετά την ολοκλήρωση των αντιδράσεων γλυκόλυσης μετατρέπεται σχεδόν αμέσως σε γαλακτικό οξύ και μερικές φορές (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια βαριάς μυϊκής εργασίας) απελευθερώνεται στο αίμα σε πολύ μεγάλες ποσότητες, καθώς είναι ένα μικρό μόριο που μπορεί ελεύθερα περνούν μέσα από την κυτταρική μεμβράνη. Μια τέτοια μαζική απελευθέρωση όξινων μεταβολικών προϊόντων στο αίμα διαταράσσει την ομοιόσταση και το σώμα πρέπει να ενεργοποιήσει ειδικούς ομοιοστατικούς μηχανισμούς για να αντιμετωπίσει τις συνέπειες της μυϊκής εργασίας ή άλλης ενεργού δράσης.
Το πυροσταφυλικό οξύ που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της γλυκόλυσης εξακολουθεί να περιέχει πολλή πιθανή χημική ενέργεια και μπορεί να χρησιμεύσει ως υπόστρωμα για περαιτέρω οξείδωση, αλλά αυτό απαιτεί ειδικά ένζυμα και οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε πολλά κύτταρα, τα οποία περιέχουν ειδικά οργανίδια - μιτοχόνδρια. Η εσωτερική επιφάνεια των μιτοχονδριακών μεμβρανών αποτελείται από μεγάλα μόρια λιπιδίων και πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένου ενός μεγάλου αριθμού οξειδωτικών ενζύμων. Τα μόρια 3 άνθρακα που σχηματίζονται στο κυτταρόπλασμα, συνήθως οξικό οξύ (οξικό), διεισδύουν στα μιτοχόνδρια. Εκεί περιλαμβάνονται σε έναν συνεχώς τρέχοντα κύκλο αντιδράσεων, κατά τον οποίο τα άτομα άνθρακα και υδρογόνου διαχωρίζονται εναλλάξ από αυτά τα οργανικά μόρια, τα οποία, όταν συνδυάζονται με οξυγόνο, μετατρέπονται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Σε αυτές τις αντιδράσεις, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η οποία αποθηκεύεται με τη μορφή ΑΤΡ. Κάθε μόριο πυροσταφυλικού οξέος, έχοντας περάσει από έναν πλήρη κύκλο οξείδωσης στα μιτοχόνδρια, επιτρέπει στο κύτταρο να λάβει 17 μόρια ΑΤΡ. Έτσι, η πλήρης οξείδωση 1 μορίου γλυκόζης παρέχει στο κύτταρο 2 + 17x2 = 36 μόρια ΑΤΡ. Είναι εξίσου σημαντικό ότι τα λιπαρά οξέα και τα αμινοξέα, δηλαδή τα συστατικά των λιπών και των πρωτεϊνών, μπορούν επίσης να συμπεριληφθούν στη διαδικασία της μιτοχονδριακής οξείδωσης. Χάρη σε αυτήν την ικανότητα, τα μιτοχόνδρια καθιστούν το κύτταρο σχετικά ανεξάρτητο από το τι τρόφιμα τρώει το σώμα: σε κάθε περίπτωση, θα παράγεται η απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας.
Μέρος της ενέργειας αποθηκεύεται στο κύτταρο με τη μορφή μορίων φωσφορικής κρεατίνης (CRP), μικρότερα και πιο κινητά από το ΑΤΡ. Είναι αυτό το μικρό μόριο που μπορεί να μετακινηθεί γρήγορα από τη μια άκρη του κυττάρου στο άλλο - εκεί όπου αυτή τη στιγμή χρειάζεται περισσότερο ενέργεια. Το ίδιο το KrF δεν μπορεί να δώσει ενέργεια στις διαδικασίες σύνθεσης, μυϊκής συστολής ή αγωγής νευρικής ώσης: αυτό απαιτεί ΑΤΡ. Αλλά από την άλλη πλευρά, το KrF είναι εύκολα και πρακτικά χωρίς απώλειες ικανό να δώσει όλη την ενέργεια που περιέχεται σε αυτό στο μόριο της διφωσφορικής αδεναζίνης (ADP), το οποίο μετατρέπεται αμέσως σε ΑΤΡ και είναι έτοιμο για περαιτέρω βιοχημικούς μετασχηματισμούς.
Έτσι, η ενέργεια που δαπανάται κατά τη λειτουργία των κυττάρων, δηλ. Το ATP μπορεί να ανανεωθεί λόγω τριών κύριων διαδικασιών: αναερόβιας (χωρίς οξυγόνο) γλυκόλυσης, αερόβιας (με τη συμμετοχή οξυγόνου) μιτοχονδριακής οξείδωσης και επίσης λόγω της μεταφοράς της φωσφορικής ομάδας από το KrF στο ADP.
Η πηγή φωσφορικής κρεατίνης είναι η πιο ισχυρή, αφού η αντίδραση του KrF με το ADP προχωράει πολύ γρήγορα. Ωστόσο, το απόθεμα CRF στο κύτταρο είναι συνήθως μικρό - για παράδειγμα, οι μύες μπορούν να λειτουργήσουν με τη μέγιστη προσπάθεια λόγω του CRF για όχι περισσότερο από 6-7 δευτερόλεπτα. Αυτό είναι συνήθως αρκετό για να ενεργοποιήσει τη δεύτερη πιο ισχυρή - γλυκολυτική - πηγή ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, ο πόρος των θρεπτικών συστατικών είναι πολλές φορές μεγαλύτερος, αλλά καθώς προχωρά η εργασία, εμφανίζεται μια αυξανόμενη ένταση της ομοιόστασης λόγω του σχηματισμού γαλακτικού οξέος και εάν μια τέτοια εργασία εκτελείται από μεγάλους μυς, δεν μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από 1,5-2 λεπτά. Αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, τα μιτοχόνδρια ενεργοποιούνται σχεδόν πλήρως, τα οποία είναι σε θέση να κάψουν όχι μόνο τη γλυκόζη, αλλά και τα λιπαρά οξέα, η παροχή των οποίων στο σώμα είναι σχεδόν ανεξάντλητη. Επομένως, μια αερόβια μιτοχονδριακή πηγή μπορεί να λειτουργήσει για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, αν και η ισχύς της είναι σχετικά χαμηλή - 2-3 φορές μικρότερη από μια γλυκολυτική πηγή και 5 φορές λιγότερη από μια πηγή φωσφορικής κρεατίνης.
Χαρακτηριστικά της οργάνωσης της παραγωγής ενέργειας σε διάφορους ιστούς του σώματος.Διαφορετικοί ιστοί έχουν διαφορετικό κορεσμό μιτοχονδρίων. Το λιγότερο από αυτά είναι στα οστά και το λευκό λίπος, κυρίως - στο καφέ λίπος, το συκώτι και τα νεφρά. Υπάρχουν αρκετά μιτοχόνδρια στα νευρικά κύτταρα. Οι μύες δεν έχουν υψηλή συγκέντρωση μιτοχονδρίων, αλλά λόγω του ότι οι σκελετικοί μύες είναι ο πιο μαζικός ιστός του σώματος (περίπου το 40% του σωματικού βάρους ενός ενήλικα), οι ανάγκες των μυϊκών κυττάρων καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό το ένταση και κατεύθυνση όλων των διαδικασιών μεταβολισμού ενέργειας. Ο IA Arshavsky το ονόμασε "ο ενεργειακός κανόνας των σκελετικών μυών".
Με την ηλικία, δύο σημαντικά συστατικά του ενεργειακού μεταβολισμού αλλάζουν ταυτόχρονα: η αναλογία των μαζών των ιστών με διαφορετική μεταβολική δραστηριότητα αλλάζει, καθώς και το περιεχόμενο των πιο σημαντικών οξειδωτικών ενζύμων σε αυτούς τους ιστούς. Ως αποτέλεσμα, ο ενεργειακός μεταβολισμός υφίσταται μάλλον πολύπλοκες αλλαγές, αλλά γενικά η έντασή του μειώνεται με την ηλικία και αρκετά σημαντικά.
Ανταλλαγή ενέργειας
Ανταλλαγή ενέργειαςείναι η πιο αναπόσπαστη λειτουργία του σώματος. Οποιαδήποτε σύνθεση, η δραστηριότητα οποιουδήποτε οργάνου, κάθε λειτουργική δραστηριότητα θα επηρεάσει αναπόφευκτα τον μεταβολισμό της ενέργειας, αφού σύμφωνα με τον νόμο διατήρησης, ο οποίος δεν έχει εξαιρέσεις, κάθε πράξη που σχετίζεται με τον μετασχηματισμό της ύλης συνοδεύεται από δαπάνη ενέργειας.
Κατανάλωση ενέργειαςΟ οργανισμός αποτελείται από τρία άνισα μέρη του βασικού μεταβολισμού, την παροχή ενέργειας των λειτουργιών, καθώς και την κατανάλωση ενέργειας για ανάπτυξη, ανάπτυξη και προσαρμοστικές διαδικασίες. Η σχέση μεταξύ αυτών των τμημάτων καθορίζεται από το στάδιο της ατομικής ανάπτυξης και των ειδικών συνθηκών (Πίνακας 2).
Βασικός μεταβολισμός- αυτό είναι το ελάχιστο επίπεδο παραγωγής ενέργειας, το οποίο υπάρχει πάντα, ανεξάρτητα από τη λειτουργική δραστηριότητα οργάνων και συστημάτων, και δεν είναι ποτέ ίσο με το μηδέν. Ο βασικός μεταβολισμός αποτελείται από τρεις κύριους τύπους ενεργειακής δαπάνης: το ελάχιστο επίπεδο λειτουργιών, μάταιους κύκλους και επανορθωτικές διαδικασίες.
Η ελάχιστη ανάγκη του σώματος για ενέργεια.Το ζήτημα του ελάχιστου επιπέδου λειτουργιών είναι αρκετά προφανές: ακόμη και σε συνθήκες πλήρους ανάπαυσης (για παράδειγμα, ξεκούραστο ύπνο), όταν δεν ενεργοποιούνται παράγοντες στο σώμα, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί μια ορισμένη δραστηριότητα του εγκεφάλου και των ενδοκρινών αδένων, συκώτι και γαστρεντερικό σωλήνα, καρδιά και αιμοφόρα αγγεία, αναπνευστικοί μύες και ιστός πνεύμονα, τονωτικοί και λείοι μύες κ.λπ.
Μάταιοι κύκλοι.Είναι λιγότερο γνωστό ότι εκατομμύρια κυκλικές βιοχημικές αντιδράσεις συμβαίνουν συνεχώς σε κάθε κύτταρο του σώματος, με αποτέλεσμα να μην παράγεται τίποτα, αλλά απαιτείται μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας για την πραγματοποίησή τους. Αυτοί είναι οι λεγόμενοι μάταιοι κύκλοι, διαδικασίες που διατηρούν την «ικανότητα μάχης» των κυτταρικών δομών ελλείψει πραγματικού λειτουργικού έργου. Σαν περιστρεφόμενη κορυφή, οι μάταιοι κύκλοι δίνουν σταθερότητα στο κύτταρο και σε όλες του τις δομές. Η ενεργειακή δαπάνη για τη διατήρηση καθενός από τους μάταιους κύκλους είναι μικρή, αλλά υπάρχουν πολλοί από αυτούς, και ως αποτέλεσμα, αυτό μεταφράζεται σε ένα αρκετά αξιοσημείωτο μερίδιο των βασικών δαπανών ενέργειας.
Επανορθωτικές διαδικασίες.Πολυάριθμα πολύπλοκα οργανωμένα μόρια που εμπλέκονται σε μεταβολικές διεργασίες αργά ή γρήγορα αρχίζουν να καταστρέφονται, χάνοντας τις λειτουργικές τους ιδιότητες ή ακόμη και αποκτώντας τοξικές. Χρειάζεται συνεχής "εργασία επισκευής και αποκατάστασης", απομακρύνοντας τα κατεστραμμένα μόρια από το κύτταρο και συνθέτοντας νέα, πανομοιότυπα με τα προηγούμενα, στη θέση τους. Τέτοιες επανορθωτικές διαδικασίες συμβαίνουν συνεχώς σε κάθε κύτταρο, αφού η διάρκεια ζωής οποιουδήποτε μορίου πρωτεΐνης συνήθως δεν υπερβαίνει τις 1-2 εβδομάδες και υπάρχουν εκατοντάδες εκατομμύρια από αυτά σε οποιοδήποτε κύτταρο. Περιβαλλοντικοί παράγοντες - δυσμενείς θερμοκρασίες, αυξημένο υπόβαθρο ακτινοβολίας, έκθεση σε τοξικές ουσίες και πολλά άλλα - μπορούν να μειώσουν σημαντικά τη ζωή των πολύπλοκων μορίων και, ως αποτέλεσμα, να αυξήσουν την ένταση των επανορθωτικών διαδικασιών.
Το ελάχιστο επίπεδο λειτουργίας των ιστών ενός πολυκύτταρου οργανισμού.Η λειτουργία ενός κυττάρου είναι πάντα σίγουρη εξωτερική εργασία... Για ένα μυϊκό κύτταρο, αυτή είναι η σύσπασή του, για ένα νευρικό κύτταρο - η παραγωγή και η αγωγή ηλεκτρικής ώθησης, για ένα αδενικό κύτταρο - η παραγωγή εκκρίσεων και η πράξη έκκρισης, για ένα επιθηλιακό κύτταρο - πινοκυττάρωση ή άλλη μορφή αλληλεπίδρασης με τους περιβάλλοντες ιστούς και τα βιολογικά υγρά. Φυσικά, οποιαδήποτε εργασία δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς τη δαπάνη ενέργειας για την υλοποίησή της. Αλλά οποιαδήποτε εργασία, επιπλέον, οδηγεί σε αλλαγή στο εσωτερικό περιβάλλον του σώματος, καθώς τα απόβλητα ενός ενεργού κυττάρου μπορεί να μην αδιαφορούν για άλλα κύτταρα και ιστούς. Επομένως, το δεύτερο κλιμάκιο κατανάλωσης ενέργειας κατά την εκτέλεση μιας λειτουργίας σχετίζεται με την ενεργό διατήρηση της ομοιόστασης, η οποία μερικές φορές καταναλώνει ένα πολύ σημαντικό μέρος της ενέργειας. Εν τω μεταξύ, όχι μόνο η σύνθεση του εσωτερικού περιβάλλοντος αλλάζει κατά την εκτέλεση λειτουργικών εργασιών, αλλά και οι δομές αλλάζουν συχνά, και συχνά προς την κατεύθυνση της καταστροφής. Έτσι, όταν οι σκελετικοί μύες συστέλλονται (ακόμη και χαμηλής έντασης), συμβαίνουν πάντα σπασίματα μυϊκών ινών, δηλ. παραβιάζεται η ακεραιότητα της φόρμας. Το σώμα διαθέτει ειδικούς μηχανισμούς για τη διατήρηση της σταθερότητας του σχήματος (ομοιομορφία), εξασφαλίζοντας την ταχύτερη αποκατάσταση κατεστραμμένων ή αλλοιωμένων δομών, αλλά αυτό καταναλώνει ξανά ενέργεια. Και, τέλος, είναι πολύ σημαντικό για έναν αναπτυσσόμενο οργανισμό να διατηρήσει τις κύριες τάσεις ανάπτυξης του, ανεξάρτητα από το ποιες λειτουργίες πρέπει να ενεργοποιηθούν ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε συγκεκριμένες συνθήκες. Η διατήρηση του αμετάβλητου της κατεύθυνσης και των καναλιών ανάπτυξης (ομοιοθέτηση) είναι μια άλλη μορφή κατανάλωσης ενέργειας κατά την ενεργοποίηση λειτουργιών.
Για έναν αναπτυσσόμενο οργανισμό, η ίδια η ανάπτυξη και ανάπτυξη είναι ένα σημαντικό στοιχείο κατανάλωσης ενέργειας. Ωστόσο, για οποιονδήποτε, συμπεριλαμβανομένου ενός ώριμου οργανισμού, οι διαδικασίες προσαρμοστικής αναδιάταξης δεν είναι λιγότερο εντατικές σε όγκο και ουσιαστικά είναι πολύ παρόμοιες. Εδώ, οι δαπάνες ενέργειας στοχεύουν στην ενεργοποίηση του γονιδιώματος, στην καταστροφή παρωχημένων δομών (καταβολισμός) και στη σύνθεση (αναβολισμός).
Το κόστος του βασικού μεταβολισμού και το κόστος ανάπτυξης και ανάπτυξης μειώνονται σημαντικά με την ηλικία, ενώ το κόστος εκτέλεσης λειτουργιών διαφέρει ποιοτικά. Δεδομένου ότι είναι μεθοδολογικά εξαιρετικά δύσκολο να διαχωριστούν οι βασικές δαπάνες ενέργειας και οι ενεργειακές δαπάνες στις διαδικασίες ανάπτυξης και ανάπτυξης, συνήθως εξετάζονται μαζί με το όνομα "BX".
Δυναμική που σχετίζεται με την ηλικία του βασικού μεταβολικού ρυθμού.Από την εποχή του M. Rubner (1861) είναι γνωστό ότι στα θηλαστικά, καθώς το σωματικό βάρος αυξάνεται, η ένταση της παραγωγής θερμότητας ανά μονάδα μάζας μειώνεται. ενώ το ποσό της ανταλλαγής που υπολογίζεται ανά μονάδα επιφάνειας παραμένει σταθερό ("κανόνας επιφάνειας"). Αυτά τα γεγονότα δεν έχουν ακόμη μια ικανοποιητική θεωρητική εξήγηση, και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται εμπειρικοί τύποι για να εκφράσουν τη σχέση μεταξύ του μεγέθους του σώματος και του μεταβολικού ρυθμού. Για τα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, ο τύπος του M. Kleiber χρησιμοποιείται συχνότερα τώρα:
M = 67,7 P 0 75 kcal / ημέρα,
όπου M είναι η παραγωγή θερμότητας ολόκληρου του οργανισμού και P είναι το σωματικό βάρος.
Ωστόσο, οι αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία στο βασικό μεταβολισμό δεν μπορούν πάντα να περιγραφούν χρησιμοποιώντας αυτήν την εξίσωση. Κατά τη διάρκεια του πρώτου έτους της ζωής, η παραγωγή θερμότητας δεν μειώνεται, όπως θα απαιτούσε η εξίσωση Kleiber, αλλά παραμένει στο ίδιο επίπεδο ή ακόμη και ελαφρώς αυξάνεται. Μόνο στην ηλικία ενός έτους επιτυγχάνεται περίπου ο μεταβολικός ρυθμός (55 kcal / kg · ημέρα), ο οποίος «υποτίθεται» σύμφωνα με την εξίσωση Kleiber για έναν οργανισμό που ζυγίζει 10 κιλά. Μόνο από την ηλικία των 3 ετών, η ένταση του βασικού μεταβολισμού αρχίζει να μειώνεται σταδιακά και φτάνει στο επίπεδο ενός ενήλικα - 25 kcal / kg · ημέρα - μόνο κατά την περίοδο της εφηβείας.
Το ενεργειακό κόστος της διαδικασίας ανάπτυξης και ανάπτυξης.Συχνά, ο αυξημένος βασικός μεταβολικός ρυθμός στα παιδιά σχετίζεται με το κόστος ανάπτυξης. Ωστόσο, ακριβείς μετρήσεις και υπολογισμοί που πραγματοποιήθηκαν τα τελευταία χρόνια έδειξαν ότι ακόμη και οι πιο έντονες διαδικασίες ανάπτυξης τους πρώτους 3 μήνες της ζωής δεν απαιτούν περισσότερο από το 7-8% της ημερήσιας κατανάλωσης ενέργειας και μετά από 12 μήνες δεν υπερβαίνουν 1%. Επιπλέον, το υψηλότερο επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας του σώματος του παιδιού παρατηρήθηκε στην ηλικία του 1 έτους, όταν ο ρυθμός ανάπτυξής του γίνεται 10 φορές χαμηλότερος από ό, τι στην ηλικία των έξι μηνών. Αυτά τα στάδια της οντογένεσης, όταν μειώνεται ο ρυθμός ανάπτυξης και εμφανίζονται σημαντικές ποιοτικές αλλαγές στα όργανα και τους ιστούς, λόγω των διαδικασιών κυτταρικής διαφοροποίησης, αποδείχθηκαν πολύ πιο «εντατικά ενεργοβόρες». Ειδικές μελέτες βιοχημικών έδειξαν ότι στους ιστούς που εισέρχονται στο στάδιο των διαδικασιών διαφοροποίησης (για παράδειγμα, στον εγκέφαλο), το περιεχόμενο των μιτοχονδρίων αυξάνεται κατακόρυφα και, κατά συνέπεια, αυξάνεται ο οξειδωτικός μεταβολισμός και η παραγωγή θερμότητας. Το βιολογικό νόημα αυτού του φαινομένου είναι ότι κατά τη διαδικασία της κυτταρικής διαφοροποίησης, σχηματίζονται νέες δομές, νέες πρωτεΐνες και άλλα μεγάλα μόρια, τα οποία το κύτταρο δεν μπορούσε να παράγει προηγουμένως. Όπως κάθε νέα επιχείρηση, αυτό απαιτεί ειδικό κόστος ενέργειας, ενώ οι διαδικασίες ανάπτυξης είναι μια καθιερωμένη «παρτίδα παραγωγής» πρωτεϊνών και άλλων μακρομορίων στο κύτταρο.
Στη διαδικασία περαιτέρω ατομικής ανάπτυξης, παρατηρείται μείωση της έντασης του βασικού μεταβολισμού. Αποδείχθηκε ότι η συμβολή διαφόρων οργάνων στον βασικό μεταβολικό ρυθμό αλλάζει με την ηλικία. Για παράδειγμα, ο εγκέφαλος (που συμβάλλει σημαντικά στον βασικό μεταβολικό ρυθμό) στα νεογέννητα είναι το 12% του σωματικού βάρους και σε έναν ενήλικα - μόνο το 2%. Τα εσωτερικά όργανα αναπτύσσονται επίσης άνισα, τα οποία, όπως και ο εγκέφαλος, έχουν πολύ υψηλό επίπεδο ενεργειακού μεταβολισμού ακόμη και σε κατάσταση ηρεμίας - 300 kcal / kg ημερησίως. Ταυτόχρονα, ο μυϊκός ιστός, το σχετικό ποσό του οποίου σχεδόν διπλασιάζεται κατά τη διάρκεια της μεταγεννητικής ανάπτυξης, χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλό επίπεδο μεταβολισμού σε κατάσταση ηρεμίας - 18 kcal / kg ημερησίως. Σε έναν ενήλικα, ο εγκέφαλος αντιπροσωπεύει περίπου το 24%του βασικού μεταβολικού ρυθμού, το ήπαρ - 20%, η καρδιά - 10%και ο σκελετικός μυς - 28%. Σε ένα παιδί ενός έτους, ο εγκέφαλος αντιπροσωπεύει το 53%του βασικού μεταβολισμού, το ήπαρ συμβάλλει περίπου στο 18%και οι σκελετικοί μύες μόνο το 8%.
Ανταλλαγή ανάπαυσης σε παιδιά σχολικής ηλικίας.Ο βασικός μεταβολισμός μπορεί να μετρηθεί μόνο στην κλινική: αυτό απαιτεί ειδικές συνθήκες. Αλλά η ανταλλαγή ανάπαυσης μπορεί να μετρηθεί σε κάθε άτομο: αρκεί να βρίσκεται σε κατάσταση νηστείας και να βρίσκεται σε μυϊκή ανάπαυση για αρκετές δεκάδες λεπτά. Η ήρεμη ανταλλαγή είναι ελαφρώς υψηλότερη από τη βασική ανταλλαγή, αλλά αυτή η διαφορά δεν είναι θεμελιώδης. Η δυναμική των αλλαγών που σχετίζονται με την ηλικία στον μεταβολισμό σε ηρεμία δεν περιορίζεται σε μια απλή μείωση του μεταβολικού ρυθμού. Οι περίοδοι που χαρακτηρίζονται από ταχεία μείωση της μεταβολικής έντασης αντικαθίστανται από διαστήματα ηλικίας στα οποία σταθεροποιείται ο μεταβολισμός σε ηρεμία.
Ταυτόχρονα, βρίσκεται μια στενή σχέση μεταξύ της φύσης της μεταβολής της μεταβολικής έντασης και του ρυθμού ανάπτυξης (βλ. Εικ. 8 στη σελίδα 57). Οι ράβδοι του σχήματος δείχνουν τη σχετική ετήσια αύξηση του σωματικού βάρους. Αποδεικνύεται ότι όσο μεγαλύτερος είναι ο σχετικός ρυθμός ανάπτυξης, τόσο πιο σημαντική είναι κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου η μείωση της έντασης του μεταβολισμού της ηρεμίας.
Το σχήμα δείχνει ένα ακόμη χαρακτηριστικό - σαφείς διαφορές φύλου: τα κορίτσια στην ηλικιακή ομάδα που μελετήθηκαν είναι περίπου ένα χρόνο μπροστά από τα αγόρια όσον αφορά τις αλλαγές στους ρυθμούς ανάπτυξης και τη μεταβολική ένταση. Ταυτόχρονα, βρίσκεται μια στενή σχέση μεταξύ της έντασης της ανταλλαγής ανάπαυσης και του ρυθμού ανάπτυξης των παιδιών κατά το άλμα στο μισό ύψος - από 4 έως 7 ετών. Την ίδια περίοδο ξεκινά η αλλαγή των δοντιών του γάλακτος σε μόνιμα, τα οποία μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως ένας από τους δείκτες μορφολογικής και λειτουργικής ωρίμανσης.
Στη διαδικασία περαιτέρω ανάπτυξης, η μείωση της έντασης του βασικού μεταβολισμού συνεχίζεται, και τώρα σε στενή σύνδεση με τις διαδικασίες της εφηβείας. Στα πρώτα στάδια της εφηβείας, ο μεταβολικός ρυθμός στους εφήβους είναι περίπου 30% υψηλότερος από τους ενήλικες. Μια απότομη μείωση του δείκτη ξεκινά στο στάδιο ΙΙΙ, όταν ενεργοποιούνται οι γονάδες και συνεχίζεται μέχρι την εφηβεία. Όπως γνωρίζετε, η αύξηση της εφηβικής ηλικίας συμπίπτει επίσης με την επίτευξη του σταδίου ΙΙ της εφηβείας, δηλ. και σε αυτή την περίπτωση, η κανονικότητα της μείωσης του μεταβολικού ρυθμού παραμένει κατά τις περιόδους της πιο εντατικής ανάπτυξης.
Τα αγόρια στην ανάπτυξή τους κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου υστερούν σε σχέση με τα κορίτσια κατά περίπου 1 χρόνο. Σε αυστηρή συμφωνία με αυτό το γεγονός, η ένταση των μεταβολικών διεργασιών στα αγόρια είναι πάντα υψηλότερη από ό, τι στα κορίτσια της ίδιας ημερολογιακής ηλικίας. Αυτές οι διαφορές είναι μικρές (5-10%), αλλά είναι σταθερές καθ 'όλη τη διάρκεια της εφηβείας.
Θερμορύθμιση
Η θερμορύθμιση, δηλαδή η διατήρηση μιας σταθερής θερμοκρασίας του πυρήνα του σώματος, καθορίζεται από δύο κύριες διαδικασίες: την παραγωγή θερμότητας και τη μεταφορά θερμότητας. Η παραγωγή θερμότητας (θερμογένεση) εξαρτάται, πρώτα απ 'όλα, από την ένταση των μεταβολικών διεργασιών, ενώ η μεταφορά θερμότητας καθορίζεται από τη θερμομόνωση και ένα ολόκληρο σύμπλεγμα μάλλον πολύπλοκα οργανωμένων φυσιολογικών μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένων των αγγειοκινητικών αντιδράσεων, της δραστηριότητας της εξωτερικής αναπνοής και της εφίδρωσης. Από αυτή την άποψη, η θερμογένεση αναφέρεται στους μηχανισμούς της χημικής θερμορύθμισης και στις μεθόδους αλλαγής της μεταφοράς θερμότητας - στους μηχανισμούς της φυσικής θερμορύθμισης. Με την ηλικία, αλλάζουν τόσο αυτοί όσο και άλλοι μηχανισμοί, καθώς και η σημασία τους στη διατήρηση μιας σταθερής θερμοκρασίας του σώματος.
Ανάπτυξη μηχανισμών θερμορύθμισης που σχετίζονται με την ηλικία.Οι καθαρά φυσικοί νόμοι οδηγούν στο γεγονός ότι καθώς αυξάνεται η μάζα και οι απόλυτες διαστάσεις του σώματος, μειώνεται η συμβολή της χημικής θερμορύθμισης. Έτσι, στα νεογέννητα, η αξία της θερμορυθμιστικής παραγωγής θερμότητας είναι περίπου 0,5 kcal / kg h χαλάζι και σε έναν ενήλικα - 0,15 kcal / kg h χαλάζι.
Με μείωση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος, ένα νεογέννητο παιδί μπορεί να αυξήσει την παραγωγή θερμότητας στις ίδιες τιμές σχεδόν με έναν ενήλικα - έως 4 kcal / kg h. Ωστόσο, λόγω της χαμηλής θερμομόνωσης (0,15 deg m 2 h / kcal) , το εύρος της χημικής θερμορύθμισης σε ένα νεογέννητο παιδί είναι πολύ μικρό - όχι περισσότερο από 5 °. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η κρίσιμη θερμοκρασία ( Th), στην οποία ενεργοποιείται η θερμογένεση, είναι +33 ° С για ένα τελειόμηνο μωρό και κατά την κατάσταση ενηλίκων μειώνεται στους +27 ... +23 ° С. Ωστόσο, στα ρούχα, η θερμομόνωση των οποίων είναι συνήθως 2,5 KLO, ή 0,45 deg-m2, δηλ. σε συνθήκες που δεν απαιτούν πρόσθετο κόστος για τη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος.
Μόνο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επίδεσης, για να αποφευχθεί η ψύξη, το παιδί των πρώτων μηνών της ζωής θα πρέπει να περιλαμβάνει αρκετά ισχυρούς μηχανισμούς παραγωγής θερμότητας. Επιπλέον, τα παιδιά αυτής της ηλικίας έχουν ειδικούς, ειδικούς, μηχανισμούς θερμογένεσης που απουσιάζουν στους ενήλικες. Σε απάντηση στην ψύξη, ένας ενήλικας αρχίζει να τρέμει, συμπεριλαμβανομένης της λεγόμενης «συσταλτικής» θερμογένεσης, δηλαδή επιπλέον παραγωγή θερμότητας στους σκελετικούς μύες (κρύοι τρόμοι). Τα δομικά χαρακτηριστικά του σώματος του παιδιού καθιστούν έναν μηχανισμό παραγωγής θερμότητας αναποτελεσματικό, επομένως, στα παιδιά, η λεγόμενη "μη-συσταλτική" θερμογένεση ενεργοποιείται, εντοπίζεται όχι στους σκελετικούς μύες, αλλά σε εντελώς διαφορετικά όργανα.
Πρόκειται για εσωτερικά όργανα (κυρίως το συκώτι) και ειδικό καφέ λιπώδη ιστό, κορεσμένο με μιτοχόνδρια (εξ ου και το καφέ χρώμα του) και με υψηλές ενεργειακές δυνατότητες. Η ενεργοποίηση της παραγωγής θερμότητας του καφέ λίπους σε ένα υγιές παιδί μπορεί να φανεί με την αύξηση της θερμοκρασίας του δέρματος σε εκείνα τα μέρη του σώματος όπου το καστανό λίπος βρίσκεται πιο επιφανειακά - στην ενδοσκοπική περιοχή και το λαιμό. Με την αλλαγή της θερμοκρασίας σε αυτές τις περιοχές, μπορεί κανείς να κρίνει την κατάσταση των μηχανισμών θερμορύθμισης του παιδιού, τον βαθμό σκλήρυνσής του. Η λεγόμενη "καυτή πλάτη του κεφαλιού" ενός παιδιού τους πρώτους μήνες της ζωής σχετίζεται ακριβώς με τη δραστηριότητα του καφέ λίπους.
Κατά τη διάρκεια του πρώτου έτους της ζωής, η δραστηριότητα της χημικής θερμορύθμισης μειώνεται. Σε ένα παιδί 5-6 μηνών, ο ρόλος της φυσικής θερμορύθμισης αυξάνεται σημαντικά. Με την ηλικία, το μεγαλύτερο μέρος του καφέ λίπους εξαφανίζεται, αλλά ακόμη και μέχρι την ηλικία των 3 ετών, η αντίδραση του μεγαλύτερου μέρους του καφέ λίπους, του μεσοσπορίου, παραμένει. Υπάρχουν αναφορές ότι σε ενήλικες που εργάζονται στο Βορρά, υπαίθρια, ο καφέ λιπώδης ιστός συνεχίζει να λειτουργεί ενεργά. Υπό κανονικές συνθήκες, σε ένα παιδί άνω των 3 ετών, η δραστηριότητα της μη συσταλτικής θερμογένεσης είναι περιορισμένη και ο κυρίαρχος ρόλος στην αύξηση της παραγωγής θερμότητας όταν ενεργοποιείται η χημική θερμορύθμιση αρχίζει να παίζει μια συγκεκριμένη συσταλτική δραστηριότητα των σκελετικών μυών - τον τόνο και τους μυς των μυών σεισμικές δονήσεις. Εάν ένα τέτοιο παιδί βρεθεί σε κανονική θερμοκρασία δωματίου (+20 ° C) με σορτς και μπλουζάκι, η παραγωγή θερμότητας ενεργοποιείται σε 80 περιπτώσεις από τις 100.
Η ενίσχυση των διαδικασιών ανάπτυξης κατά τη διάρκεια του άλματος μισής ανάπτυξης (5-6 χρόνια) οδηγεί σε αύξηση του μήκους και της επιφάνειας των άκρων, η οποία παρέχει μια ρυθμιζόμενη ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του σώματος και του περιβάλλοντος. Αυτό, με τη σειρά του, οδηγεί στο γεγονός ότι, ξεκινώντας από 5,5-6 ετών (ιδιαίτερα σαφώς στα κορίτσια), συμβαίνουν σημαντικές αλλαγές στη λειτουργία θερμορύθμισης. Η θερμομόνωση του σώματος αυξάνεται και η δραστηριότητα της χημικής θερμορύθμισης μειώνεται σημαντικά. Αυτή η μέθοδος ρύθμισης της θερμοκρασίας του σώματος είναι πιο οικονομική και είναι αυτός που γίνεται κυρίαρχος κατά την περαιτέρω ανάπτυξη της ηλικίας. Αυτή η περίοδος ανάπτυξης θερμορύθμισης είναι ευαίσθητη για διαδικασίες σκλήρυνσης.
Με την έναρξη της εφηβείας, ξεκινά το επόμενο στάδιο στην ανάπτυξη της θερμορύθμισης, το οποίο εκδηλώνεται σε μια διαταραχή του αναδυόμενου λειτουργικού συστήματος. Σε κορίτσια 11-12 ετών και αγόρια 13 ετών, παρά τη συνεχιζόμενη μείωση της έντασης του μεταβολισμού ανάπαυσης, δεν συμβαίνει η αντίστοιχη προσαρμογή της αγγειακής ρύθμισης. Μόνο στην εφηβεία, μετά την ολοκλήρωση της εφηβείας, οι δυνατότητες θερμορύθμισης φτάνουν σε ένα οριστικό επίπεδο ανάπτυξης. Η αύξηση της θερμομόνωσης των ιστών του ίδιου του σώματος καθιστά δυνατή την απαλλαγή από τη συμπερίληψη χημικής θερμορύθμισης (δηλαδή, πρόσθετη παραγωγή θερμότητας) ακόμη και όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος πέσει κατά 10-15 ° C. Μια τέτοια αντίδραση του σώματος είναι φυσικά πιο οικονομική και αποτελεσματική.
Θρέψη
Όλες οι ουσίες που είναι απαραίτητες για το ανθρώπινο σώμα, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας και τη δημιουργία του δικού τους σώματος, προέρχονται από το περιβάλλον. Καθώς μεγαλώνει ένα παιδί, μέχρι το τέλος του πρώτου έτους της ζωής του, όλο και περισσότεροι αλλάζουν σε ανεξάρτητη διατροφή και μετά από 3 χρόνια, η διατροφή του παιδιού δεν διαφέρει πολύ από εκείνη ενός ενήλικα.
Δομικά συστατικά θρεπτικών συστατικών.Η ανθρώπινη τροφή είναι φυτικής και ζωικής προέλευσης, αλλά ανεξάρτητα από αυτό, αποτελείται από τις ίδιες κατηγορίες οργανικών ενώσεων - πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες. Στην πραγματικότητα, αυτές οι ίδιες κατηγορίες ενώσεων αποτελούν κυρίως το σώμα του ίδιου του ατόμου. Ταυτόχρονα, υπάρχουν διαφορές μεταξύ ζωικών και φυτικών τροφών και είναι πολύ σημαντικές.
Υδατάνθρακες... Το πιο άφθονο συστατικό της φυτικής τροφής είναι οι υδατάνθρακες (συχνότερα με τη μορφή αμύλου), οι οποίοι αποτελούν τη βάση του ενεργειακού εφοδιασμού του ανθρώπινου σώματος. Για έναν ενήλικα, πρέπει να λαμβάνετε υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες σε αναλογία 4: 1: 1. Δεδομένου ότι οι μεταβολικές διεργασίες στα παιδιά είναι πιο εντατικές και κυρίως λόγω της μεταβολικής δραστηριότητας του εγκεφάλου, η οποία τρέφεται σχεδόν αποκλειστικά με υδατάνθρακες, τα παιδιά πρέπει να λαμβάνουν περισσότερη τροφή με υδατάνθρακες - σε αναλογία 5: 1: 1. Κατά τους πρώτους μήνες της ζωής, το παιδί δεν λαμβάνει φυτικές τροφές, αλλά υπάρχουν σχετικά πολλοί υδατάνθρακες στο ανθρώπινο γάλα: είναι περίπου το ίδιο λίπος με το αγελαδινό, περιέχει 2 φορές λιγότερη πρωτεΐνη, αλλά 2 φορές περισσότερους υδατάνθρακες. Η αναλογία υδατανθράκων, λιπών και πρωτεϊνών στο μητρικό γάλα είναι περίπου 5: 2: 1. Η τεχνητή φόρμουλα για τη σίτιση των μωρών τους πρώτους μήνες της ζωής παρασκευάζεται με βάση περίπου ημι-αραιωμένο αγελαδινό γάλα με την προσθήκη φρουκτόζης, γλυκόζης και άλλων υδατανθράκων.
Λιπαρά.Τα φυτικά τρόφιμα σπάνια είναι πλούσια σε λιπαρά, αλλά τα συστατικά που περιέχονται στα φυτικά λίπη είναι απαραίτητα για τον ανθρώπινο οργανισμό. Σε αντίθεση με τα ζωικά λίπη, τα φυτικά λίπη περιέχουν πολλά λεγόμενα πολυακόρεστα λιπαρά οξέα. Αυτά είναι λιπαρά οξέα μακράς αλυσίδας, στη δομή των οποίων υπάρχουν διπλοί χημικοί δεσμοί. Τέτοια μόρια χρησιμοποιούνται από τα ανθρώπινα κύτταρα για τη δημιουργία κυτταρικών μεμβρανών, στις οποίες εκτελούν σταθεροποιητικό ρόλο, προστατεύοντας τα κύτταρα από την εισβολή επιθετικών μορίων και ελεύθερων ριζών. Λόγω αυτής της ιδιότητας, τα φυτικά λίπη έχουν αντικαρκινική, αντιοξειδωτική και αντιρακτική δράση. Επιπλέον, μια μεγάλη ποσότητα πολύτιμων βιταμινών των ομάδων Α και Ε διαλύονται συνήθως σε φυτικά λίπη. Ένα άλλο πλεονέκτημα των φυτικών λιπαρών είναι η απουσία χοληστερόλης σε αυτά, η οποία μπορεί να εναποτίθεται στα ανθρώπινα αιμοφόρα αγγεία και να προκαλέσει τις σκληρωτικές αλλαγές τους. Τα ζωικά λίπη, από την άλλη πλευρά, περιέχουν σημαντική ποσότητα χοληστερόλης, αλλά πρακτικά δεν περιέχουν βιταμίνες και πολυακόρεστα λιπαρά οξέα. Ωστόσο, τα ζωικά λίπη είναι επίσης απαραίτητα για τον ανθρώπινο οργανισμό, καθώς αποτελούν σημαντικό συστατικό του ενεργειακού εφοδιασμού και επιπλέον, περιέχουν λιποκινίνες, οι οποίες βοηθούν το σώμα να απορροφήσει και να επεξεργαστεί το δικό του λίπος.
Πρωτεΐνες.Οι φυτικές και ζωικές πρωτεΐνες διαφέρουν επίσης σημαντικά στη σύνθεσή τους. Αν και όλες οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αμινοξέα, μερικά από αυτά τα βασικά δομικά στοιχεία μπορούν να συντεθούν από τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος, ενώ άλλα όχι. Αυτά τα τελευταία είναι λίγα, μόνο 4-5 είδη, αλλά δεν μπορούν να αντικατασταθούν με τίποτα, επομένως ονομάζονται απαραίτητα αμινοξέα. Τα φυτικά τρόφιμα δεν περιέχουν σχεδόν καθόλου απαραίτητα αμινοξέα - μόνο τα όσπρια και η σόγια περιέχουν μικρή ποσότητα από αυτά. Εν τω μεταξύ, στο κρέας, στα ψάρια και σε άλλα προϊόντα ζωικής προέλευσης, αυτές οι ουσίες εκπροσωπούνται ευρέως. Η έλλειψη ορισμένων απαραίτητων αμινοξέων έχει δραματική αρνητική επίδραση στη δυναμική των διαδικασιών ανάπτυξης και στην ανάπτυξη πολλών λειτουργιών, και πιο σημαντικά στην ανάπτυξη του εγκεφάλου και της διάνοιας του παιδιού. Για το λόγο αυτό, τα παιδιά που υποφέρουν από μακροχρόνιο υποσιτισμό σε μικρή ηλικία συχνά παραμένουν διανοητικά ανάπηρα για μια ζωή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα παιδιά δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να περιορίζονται στη χρήση ζωικών τροφών: τουλάχιστον γάλα και αυγά, καθώς και ψάρια. Προφανώς, αυτή η περίσταση συνδέεται με το γεγονός ότι τα παιδιά κάτω των 7 ετών, σύμφωνα με τις χριστιανικές παραδόσεις, δεν πρέπει να τηρούν τη νηστεία, δηλαδή να αρνούνται την τροφή των ζώων.
Μακρο και μικροστοιχεία.Τα τρόφιμα περιέχουν σχεδόν όλα τα χημικά στοιχεία που είναι γνωστά στην επιστήμη, με πιθανή εξαίρεση τα ραδιενεργά και βαρέα μέταλλα, καθώς και αδρανή αέρια. Ορισμένα στοιχεία, όπως άνθρακας, υδρογόνο, άζωτο, οξυγόνο, φώσφορος, ασβέστιο, κάλιο, νάτριο και άλλα, περιλαμβάνονται σε όλα τα τρόφιμα και εισέρχονται στο σώμα σε πολύ μεγάλες ποσότητες (δεκάδες και εκατοντάδες γραμμάρια την ημέρα). Τέτοιες ουσίες συνήθως αναφέρονται ως μακροθρεπτικά συστατικά.Άλλα βρίσκονται στα τρόφιμα σε μικροσκοπικές ποσότητες, γι 'αυτό και ονομάζονται μικροθρεπτικά συστατικά. Αυτά είναι ιώδιο, φθόριο, χαλκός, κοβάλτιο, ασήμι και πολλά άλλα στοιχεία. Ο σίδηρος αναφέρεται συχνά ως ιχνοστοιχεία, αν και η ποσότητα του στο σώμα είναι αρκετά μεγάλη, αφού ο σίδηρος παίζει βασικό ρόλο στη μεταφορά οξυγόνου στο σώμα. Μια ανεπάρκεια σε οποιοδήποτε από τα μικροθρεπτικά συστατικά μπορεί να προκαλέσει σοβαρή ασθένεια. Η έλλειψη ιωδίου, για παράδειγμα, οδηγεί στην ανάπτυξη σοβαρής νόσου του θυρεοειδούς (που ονομάζεται βρογχοκήλη). Η έλλειψη σιδήρου οδηγεί σε αναιμία από έλλειψη σιδήρου - μια μορφή αναιμίας που επηρεάζει αρνητικά την απόδοση, την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του παιδιού. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, είναι απαραίτητη η διατροφική διόρθωση, η συμπερίληψη τροφών που περιέχουν στοιχεία που λείπουν στη διατροφή. Έτσι, το ιώδιο βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες σε φύκια - φύκια, επιπλέον, το ιωδιούχο επιτραπέζιο αλάτι πωλείται στα καταστήματα. Ο σίδηρος βρίσκεται στο συκώτι του βοείου κρέατος, στα μήλα και σε άλλα φρούτα, καθώς και στο παιδικό καραμέλα "Hematogen" που πωλείται στα φαρμακεία.
Βιταμίνες, ανεπάρκεια βιταμινών, μεταβολικές ασθένειες.Οι βιταμίνες είναι οργανικά μόρια μεσαίου μεγέθους και πολυπλοκότητας που κανονικά δεν παράγονται από τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος. Είμαστε αναγκασμένοι να λαμβάνουμε βιταμίνες από τα τρόφιμα, αφού είναι απαραίτητες για τη λειτουργία πολλών ενζύμων που ρυθμίζουν τις βιοχημικές διεργασίες στο σώμα. Οι βιταμίνες είναι πολύ ασταθείς ουσίες, οπότε το μαγείρεμα σε φωτιά καταστρέφει σχεδόν τελείως τις βιταμίνες που περιέχει. Μόνο τα ωμά τρόφιμα περιέχουν βιταμίνες σε αισθητές ποσότητες, οπότε τα λαχανικά και τα φρούτα είναι η κύρια πηγή βιταμινών για εμάς. Τα αρπακτικά ζώα, καθώς και οι αυτόχθονες πληθυσμοί του Βορρά, που ζουν σχεδόν αποκλειστικά με κρέας και ψάρι, λαμβάνουν αρκετές βιταμίνες από ωμά ζωικά προϊόντα. Πρακτικά δεν υπάρχουν βιταμίνες στο τηγανητό και βραστό κρέας και ψάρι.
Η έλλειψη βιταμινών εκδηλώνεται σε διάφορες μεταβολικές ασθένειες, οι οποίες συλλογικά ονομάζονται ανεπάρκεια βιταμινών. Υπάρχουν περίπου 50 βιταμίνες που έχουν ανακαλυφθεί τώρα, και καθεμία από αυτές είναι υπεύθυνη για τη δική της «θέση» μεταβολικών διεργασιών, αντίστοιχα, και για ασθένειες που προκαλούνται από ανεπάρκεια βιταμινών, υπάρχουν αρκετές δεκάδες. Το σκορβούτο, το beriberi, το pellagra και άλλες ασθένειες αυτού του είδους είναι ευρέως γνωστές.
Οι βιταμίνες χωρίζονται σε δύο μεγάλες ομάδες: λιποδιαλυτές και υδατοδιαλυτές. Οι υδατοδιαλυτές βιταμίνες βρίσκονται σε μεγάλες ποσότητες στα φρούτα και τα λαχανικά και οι λιποδιαλυτές βιταμίνες βρίσκονται πιο συχνά σε σπόρους και ξηρούς καρπούς. Η ελιά, το ηλιέλαιο, το καλαμπόκι και άλλα φυτικά έλαια είναι σημαντικές πηγές πολλών λιποδιαλυτών βιταμινών. Ωστόσο, η βιταμίνη D (αντιραχίτιδα) βρίσκεται κυρίως στο ιχθυέλαιο, το οποίο λαμβάνεται από το συκώτι του μπακαλιάρου και ορισμένων άλλων θαλάσσιων ψαριών.
Στα μεσαία και βόρεια γεωγραφικά πλάτη, η ποσότητα των βιταμινών στα φυτικά τρόφιμα που διατηρούνται από το φθινόπωρο μειώνεται απότομα μέχρι την άνοιξη και πολλοί άνθρωποι - κάτοικοι των βορείων χωρών - αντιμετωπίζουν ανεπάρκεια βιταμινών. Τα αλατισμένα και τα παστωμένα τρόφιμα (λάχανο, αγγούρια και κάποια άλλα), τα οποία είναι πλούσια σε πολλές βιταμίνες, βοηθούν στην αντιμετώπιση αυτής της κατάστασης. Επιπλέον, οι βιταμίνες παράγονται από την εντερική μικροχλωρίδα, επομένως, με φυσιολογική πέψη, παρέχεται σε ένα άτομο πολλές βασικές βιταμίνες Β σε επαρκείς ποσότητες. Στα παιδιά του πρώτου έτους της ζωής, η εντερική μικροχλωρίδα δεν έχει ακόμη σχηματιστεί, επομένως, θα πρέπει να λαμβάνουν επαρκή ποσότητα μητρικού γάλακτος, καθώς και χυμούς φρούτων και λαχανικών ως πηγές βιταμινών.
Η καθημερινή απαίτηση για ενέργεια, πρωτεΐνες, βιταμίνες.Η ποσότητα τροφής που καταναλώνεται την ημέρα εξαρτάται άμεσα από το ρυθμό των μεταβολικών διεργασιών, καθώς το φαγητό πρέπει να αντισταθμίσει πλήρως την ενέργεια που δαπανάται για όλες τις λειτουργίες (Εικ. 13). Αν και η ένταση των μεταβολικών διεργασιών σε παιδιά άνω του 1 έτους μειώνεται με την ηλικία, η αύξηση του σωματικού τους βάρους οδηγεί σε αύξηση της συνολικής (ακαθάριστης) κατανάλωσης ενέργειας. Συνεπώς, αυξάνεται επίσης η ανάγκη για βασικά θρεπτικά συστατικά. Παρακάτω παρατίθενται πίνακες αναφοράς (Πίνακες 3-6) που δείχνουν την κατά προσέγγιση ημερήσια πρόσληψη θρεπτικών συστατικών, βιταμινών και απαραίτητων μετάλλων από τα παιδιά. Πρέπει να τονιστεί ότι οι πίνακες δίνουν τη μάζα των καθαρών ουσιών χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το νερό που περιλαμβάνεται σε οποιοδήποτε τρόφιμο, καθώς και οργανικές ουσίες που δεν ανήκουν σε πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες (για παράδειγμα, κυτταρίνη, η οποία αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος λαχανικών).
Η σύγχρονη κατανόηση της διαδικασίας της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης χρονολογείται από το πρωτοποριακό έργο των Belitser και Kalkar. Ο Kalkar διαπίστωσε ότι η αερόβια φωσφορυλίωση σχετίζεται με την αναπνοή. Ο Belitser μελέτησε λεπτομερώς τη στοιχειομετρική σχέση μεταξύ της συζευγμένης δέσμευσης φωσφορικών και πρόσληψης οξυγόνου και έδειξε ότι η αναλογία του αριθμού μορίων ανόργανου φωσφορικού προς τον αριθμό ατόμων απορροφημένου οξυγόνου
όταν η αναπνοή δεν είναι μικρότερη από δύο. Επισήμανε επίσης ότι η μεταφορά ηλεκτρονίων από το υπόστρωμα στο οξυγόνο είναι μια πιθανή πηγή ενέργειας για το σχηματισμό δύο ή περισσοτέρων μορίων ΑΤΡ ανά άτομο απορροφημένου οξυγόνου.
Το μόριο NAD H χρησιμεύει ως δότης ηλεκτρονίων και η αντίδραση φωσφορυλίωσης έχει τη μορφή
Εν συντομία, αυτή η αντίδραση γράφεται ως
Η σύνθεση τριών μορίων ΑΤΡ στην αντίδραση (15.11) συμβαίνει λόγω της μεταφοράς δύο ηλεκτρονίων του μορίου NAD H κατά μήκος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στο μόριο οξυγόνου. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια κάθε ηλεκτρονίου μειώνεται κατά 1,14 eV.
Στο υδάτινο περιβάλλον, με τη συμμετοχή ειδικών ενζύμων, συμβαίνει υδρόλυση μορίων ΑΤΡ
Οι δομικοί τύποι των μορίων που εμπλέκονται σε αντιδράσεις (15.12) και (15.13) φαίνονται στο Σχ. 31
Υπό φυσιολογικές συνθήκες, τα μόρια που εμπλέκονται σε αντιδράσεις (15.12) και (15.13) βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια ιοντισμού (ATP,). Επομένως, τα χημικά σύμβολα σε αυτούς τους τύπους θα πρέπει να νοούνται ως υπό όρους σημειώσεις αντιδράσεων μεταξύ μορίων σε διαφορετικά στάδια ιοντισμού. Σε σχέση με αυτό, η αύξηση της ελεύθερης ενέργειας AG στην αντίδραση (15.12) και η μείωση της αντίδρασης (15.13) εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση ιόντων και την τιμή του ρΗ του μέσου. Υπό τυπικές συνθήκες eV kcal / mol). Εάν εισαγάγουμε τις κατάλληλες διορθώσεις λαμβάνοντας υπόψη τις φυσιολογικές τιμές του pH και τη συγκέντρωση ιόντων μέσα στα κύτταρα, καθώς και τις συνήθεις τιμές των συγκεντρώσεων μορίων ATP και ADP και ανόργανου φωσφορικού στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων, τότε για την ελεύθερη ενέργεια της υδρόλυσης των μορίων ΑΤΡ λαμβάνουμε μια τιμή -0,54 eV (-12,5 kcal / mol). Η ελεύθερη ενέργεια της υδρόλυσης των μορίων ΑΤΡ δεν είναι σταθερή. Μπορεί να είναι άνισο ακόμη και σε διαφορετικά σημεία του ίδιου κελιού, εάν αυτά τα μέρη διαφέρουν σε συγκέντρωση.
Από την εμφάνιση του πρωτοποριακού έργου του Lipman (1941), είναι γνωστό ότι τα μόρια ATP στο κύτταρο παίζουν το ρόλο μιας καθολικής βραχυπρόθεσμης αποθήκευσης και φορέα χημικής ενέργειας που χρησιμοποιείται στις περισσότερες ζωτικές διαδικασίες.
Η απελευθέρωση ενέργειας στη διαδικασία υδρόλυσης του μορίου ATP συνοδεύεται από μετασχηματισμό μορίων
Σε αυτή την περίπτωση, η διάσπαση του δεσμού που υποδεικνύεται από το σύμβολο οδηγεί στην αποβολή του υπολείμματος φωσφορικού οξέος. Κατόπιν πρότασης του Λίπμαν, αυτός ο δεσμός ονομάστηκε "πλούσιος σε ενέργεια φωσφορικός δεσμός" ή "δεσμός υψηλής ενέργειας". Αυτό το όνομα είναι εξαιρετικά ατυχές. Δεν αντικατοπτρίζει καθόλου την ενέργεια των διεργασιών που συμβαίνουν κατά την υδρόλυση. Η απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας δεν προκαλείται από το σπάσιμο ενός δεσμού (ένα τέτοιο σπάσιμο απαιτεί πάντα δαπάνη ενέργειας), αλλά από την αναδιάταξη όλων των μορίων που συμμετέχουν στις αντιδράσεις, το σχηματισμό νέων δεσμών και την αναδιάταξη των κελυφών διαλυτότητας κατά τη διάρκεια του αντίδραση.
Όταν το μόριο NaCl διαλύεται στο νερό, σχηματίζονται ενυδατωμένα ιόντα. Το κέρδος ενέργειας κατά την ενυδάτωση επικαλύπτει την κατανάλωση ενέργειας όταν ο δεσμός στο μόριο NaCl σπάσει. Θα ήταν περίεργο να αποδοθεί αυτό το ενεργειακό κέρδος στον «υψηλό-εργολογικό δεσμό» στο μόριο NaCl.
Όπως είναι γνωστό, κατά τη διάσπαση των βαρέων ατομικών πυρήνων, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η οποία δεν σχετίζεται με το σπάσιμο οποιωνδήποτε υψηλών ενεργειακών δεσμών, αλλά οφείλεται στην αναδιάταξη των θραυσμάτων σχάσης και στη μείωση της απώθησης του Kulop ενέργεια μεταξύ νουκλεονίων σε κάθε θραύσμα.
Η δίκαιη κριτική για την έννοια των «μακροεργικών συνδέσεων» έχει εκφραστεί περισσότερες από μία φορές. Ωστόσο, αυτή η ιδέα έχει εφαρμοστεί ευρέως στην επιστημονική βιβλιογραφία. Μεγάλο
Πίνακας 8
Δομικοί τύποι φωσφορυλιωμένων ενώσεων: b - 1,3 -διφωσφογλυκερικό · c - φωσφορική κρεατίνη. -φωσφορική γλυκόζη-Ι · -6-φωσφορική γλυκόζη.
δεν υπάρχει πρόβλημα σε αυτό, εάν η έκφραση "φωσφορικός δεσμός υψηλής ενέργειας" χρησιμοποιείται υπό όρους, ως μια σύντομη περιγραφή ολόκληρου του κύκλου μετασχηματισμών που συμβαίνουν σε ένα υδατικό διάλυμα με την αντίστοιχη παρουσία άλλων ιόντων, pH κ.λπ.
Έτσι, η έννοια της ενέργειας των φωσφορικών δεσμών, που χρησιμοποιείται από τους βιοχημικούς, χαρακτηρίζει συμβατικά τη διαφορά μεταξύ της ελεύθερης ενέργειας των αρχικών ουσιών και της ελεύθερης ενέργειας των προϊόντων των αντιδράσεων υδρόλυσης, στις οποίες διαχωρίζονται φωσφορικές ομάδες. Αυτή η έννοια δεν πρέπει να συγχέεται με την έννοια της ενέργειας των χημικών δεσμών μεταξύ δύο ομάδων ατόμων σε ένα ελεύθερο μόριο. Το τελευταίο χαρακτηρίζει την ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει ο δεσμός.
Τα κύτταρα περιέχουν έναν αριθμό φωσφορυλιωμένων ενώσεων, η υδρόλυση των οποίων στο κυτταρόπλασμα σχετίζεται με την απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας. Οι τιμές των τυπικών ελεύθερων ενεργειών υδρόλυσης ορισμένων από αυτές τις ενώσεις δίνονται στον πίνακα. 8. Οι δομικοί τύποι αυτών των ενώσεων φαίνονται στο Σχ. 31 και 35.
Οι μεγάλες αρνητικές τιμές των τυπικών ελεύθερων ενεργειών υδρόλυσης οφείλονται στην ενέργεια ενυδάτωσης των προϊόντων αρνητικής φόρτισης υδρόλυσης και στην αναδιάταξη των ηλεκτρονικών τους κελυφών. Από τραπέζι. 8 προκύπτει ότι η τιμή της τυπικής ελεύθερης ενέργειας της υδρόλυσης του μορίου ΑΤΡ καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των ενώσεων "υψηλής ενέργειας" (φωσφοονολοπυρού-νατ) και "χαμηλής ενέργειας" (γλυκόζης-6-φωσφορικής) ενώσεις. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που το μόριο ATP είναι ένας βολικός καθολικός φορέας φωσφορικών ομάδων.
Με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων, τα μόρια ATP και ADP συνδέουν υψηλή και χαμηλή ενέργεια
φωσφορικές ενώσεις. Για παράδειγμα, το ένζυμο πυροσταφυλική κινάση μεταφέρει φωσφορικό άλας από φωσφονολοπυροσταφυλικό στο ADP. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, σχηματίζεται πυροσταφυλικό και ένα μόριο ΑΤΡ. Περαιτέρω, χρησιμοποιώντας το ένζυμο εξακινάση, το μόριο ΑΤΡ μπορεί να μεταφέρει τη φωσφορική ομάδα σε D-γλυκόζη, μετατρέποντάς την σε 6-φωσφορική γλυκόζη. Το συνολικό προϊόν αυτών των δύο αντιδράσεων θα μειωθεί στον μετασχηματισμό
Είναι πολύ σημαντικό οι αντιδράσεις αυτού του τύπου να μπορούν να προχωρήσουν μόνο μέσω ενός ενδιάμεσου σταδίου, στο οποίο αναγκαστικά εμπλέκονται μόρια ATP και ADP.