Ils sont un accumulateur d'énergie biologique universel. Formes universelles de l'énergie cellulaire. Contrôle d'entrée des connaissances

29.09.2019

Au cours du processus de transformations biochimiques des substances, les liaisons chimiques sont rompues, accompagnées de la libération d'énergie. Il s'agit d'une énergie potentielle gratuite, qui ne peut pas être directement utilisée par les organismes vivants. Il doit être converti. Il existe deux formes universelles d'énergie qui peuvent être utilisées dans une cellule pour effectuer différents types de travail :

1) L'énergie chimique, l'énergie des liaisons macroergiques des composés chimiques. Les liaisons chimiques sont dites macroergiques si, lors de leur rupture, une grande quantité d'énergie libre est libérée. Les composés ayant de telles liaisons sont macroergiques. La molécule d'ATP possède des liaisons macroergiques et possède certaines propriétés qui déterminent son rôle important dans le métabolisme énergétique des cellules :

· Instabilité thermodynamique ;

· Stabilité chimique élevée. Fournit une conservation efficace de l'énergie, car il empêche la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur;

· La petite taille de la molécule d'ATP facilite sa diffusion dans diverses parties de la cellule, où l'énergie est nécessaire de l'extérieur pour effectuer un travail chimique, osmotique ou chimique ;

· Le changement d'énergie libre lors de l'hydrolyse de l'ATP a une valeur moyenne, ce qui lui permet de remplir au mieux ses fonctions énergétiques, c'est-à-dire de transférer l'énergie des composés à haute énergie vers les composés à basse énergie.

L'ATP est un accumulateur d'énergie universel pour tous les organismes vivants ; l'énergie est stockée dans les molécules d'ATP pendant une très courte période (la durée de vie de l'ATP est de 1/3 de seconde). Elle est immédiatement dépensée pour fournir de l'énergie à tous les processus en cours.L'énergie contenue dans la molécule d'ATP peut être utilisée dans des réactions se produisant dans le cytoplasme (dans la plupart des biosynthèses, ainsi que dans certains processus dépendant de la membrane).

2) Énergie électrochimique (énergie potentielle transmembranaire de l'hydrogène)Δ. Lorsque des électrons sont transférés le long de la chaîne redox, dans des membranes localisées d'un certain type, dites de formation d'énergie ou de conjugaison, il y a une répartition inégale des protons dans l'espace des deux côtés de la membrane, c'est-à-dire qu'un gradient d'hydrogène orienté transversalement ou transmembranaire Δ se produit sur la membrane, mesuré en volts, le Δ résultant conduit à la synthèse de molécules d'ATP. L'énergie sous la forme Δ peut être utilisée dans divers processus dépendant de l'énergie localisés sur la membrane :

Pour l'absorption de l'ADN dans le processus de transformation génétique ;

Pour le transfert de protéines à travers la membrane ;

Pour assurer le déplacement de nombreux procaryotes ;

· Assurer le transport actif des molécules et des ions à travers la membrane cytoplasmique.

Toute l'énergie libre obtenue lors de l'oxydation des substances n'est pas convertie en une forme accessible à la cellule et accumulée en ATP. Une partie de l'énergie gratuite générée est dissipée sous forme d'énergie thermique, moins souvent lumineuse et électrique. Si une cellule stocke plus d'énergie qu'elle ne peut en dépenser pour tous les processus consommateurs d'énergie, elle synthétise une grande quantité de substances de réserve de haut poids moléculaire (lipides). Si nécessaire, ces substances subissent des transformations biochimiques et fournissent de l'énergie à la cellule.

L'ATP est la "monnaie" énergétique universelle de la cellule. L'une des "inventions" les plus étonnantes de la nature sont les molécules des substances dites "macroergiques", dans la structure chimique desquelles se trouvent une ou plusieurs liaisons qui agissent comme des dispositifs de stockage d'énergie. Plusieurs molécules similaires ont été trouvées dans la nature, mais une seule d'entre elles, l'acide adénosine triphosphorique (ATP), se trouve dans le corps humain. Il s'agit d'une molécule organique assez complexe, à laquelle sont attachés 3 résidus chargés négativement d'acide phosphorique inorganique PO. Ce sont ces résidus phosphorés qui sont reliés à la partie organique de la molécule par des liaisons "macroergiques", facilement détruites lors de diverses réactions intracellulaires. Cependant, l'énergie de ces liaisons n'est pas dissipée dans l'espace sous forme de chaleur, mais est utilisée pour le mouvement ou l'interaction chimique d'autres molécules. C'est grâce à cette propriété que l'ATP remplit la fonction de stockage d'énergie universel (accumulateur) dans la cellule, ainsi que de «monnaie» universelle. Après tout, presque toutes les transformations chimiques qui se produisent dans une cellule absorbent ou libèrent de l'énergie. Selon la loi de conservation de l'énergie, la quantité totale d'énergie formée à la suite de réactions oxydatives et stockée sous forme d'ATP est égale à la quantité d'énergie que la cellule peut utiliser pour ses processus de synthèse et l'exécution de toutes les fonctions . En tant que "paiement" pour l'opportunité d'effectuer telle ou telle action, la cellule est obligée de dépenser son approvisionnement en ATP. Dans ce cas, il convient de souligner que la molécule d'ATP est si grosse qu'elle ne peut pas traverser la membrane cellulaire. Par conséquent, l'ATP produit dans une cellule ne peut pas être utilisé par une autre cellule. Chaque cellule du corps est obligée de synthétiser seule l'ATP pour ses besoins dans les quantités nécessaires à l'accomplissement de ses fonctions.

Trois sources de resynthèse d'ATP dans les cellules du corps humain. Apparemment, les ancêtres lointains des cellules du corps humain existaient il y a plusieurs millions d'années, entourés de cellules végétales, qui leur fournissaient des glucides en excès, et il n'y avait pas assez d'oxygène ou pas du tout. Ce sont les glucides qui sont le composant le plus utilisé des nutriments pour la production d'énergie dans le corps. Et bien que la plupart des cellules du corps humain aient acquis la capacité d'utiliser les protéines et les graisses comme matières premières énergétiques, certaines cellules (par exemple, les nerfs, le sang rouge, le sexe masculin) ne sont capables de produire de l'énergie que grâce à l'oxydation des glucides. .

Les processus d'oxydation primaire des glucides - ou plutôt du glucose, qui constitue en fait le principal substrat d'oxydation dans les cellules - se produisent directement dans le cytoplasme: c'est là que se trouvent les complexes enzymatiques, grâce auxquels la molécule de glucose est partiellement détruite et l'énergie libérée est stockée sous forme d'ATP. Ce processus s'appelle la glycolyse, il peut avoir lieu dans toutes les cellules du corps humain sans exception. À la suite de cette réaction, à partir d'une molécule de glucose à 6 carbones, deux molécules d'acide pyruvique à 3 carbones et deux molécules d'ATP sont formées.

La glycolyse est un processus très rapide, mais relativement inefficace. L'acide pyruvique formé dans la cellule après l'achèvement des réactions de glycolyse se transforme presque immédiatement en acide lactique et parfois (par exemple, lors d'un travail musculaire intense) pénètre dans le sang en très grande quantité, car il s'agit d'une petite molécule qui peut librement traverser la membrane cellulaire. Une telle libération massive de produits métaboliques acides dans le sang perturbe l'homéostasie et le corps doit activer des mécanismes homéostatiques spéciaux pour faire face aux conséquences du travail musculaire ou d'une autre action active.

L'acide pyruvique formé à la suite de la glycolyse contient encore beaucoup d'énergie chimique potentielle et peut servir de substrat pour une oxydation ultérieure, mais cela nécessite des enzymes et de l'oxygène spéciaux. Ce processus se produit dans de nombreuses cellules contenant des organites spéciaux - les mitochondries. La surface interne des membranes mitochondriales est composée de grosses molécules lipidiques et protéiques, dont un grand nombre d'enzymes oxydatives. À l'intérieur des mitochondries, les molécules à 3 carbones formées dans le cytoplasme pénètrent - il s'agit généralement d'acide acétique (acétate). Là, ils sont inclus dans un cycle de réactions continu, au cours duquel des atomes de carbone et d'hydrogène sont alternativement séparés de ces molécules organiques, qui, lorsqu'elles sont combinées avec de l'oxygène, se transforment en dioxyde de carbone et en eau. Dans ces réactions, une grande quantité d'énergie est libérée, qui est stockée sous forme d'ATP. Chaque molécule d'acide pyruvique, ayant subi un cycle complet d'oxydation dans les mitochondries, permet à la cellule d'obtenir 17 molécules d'ATP. Ainsi, l'oxydation complète d'une molécule de glucose fournit à la cellule 2+17x2 = 36 molécules d'ATP. Il est tout aussi important que les acides gras et les acides aminés, c'est-à-dire les composants des graisses et des protéines, puissent également être inclus dans le processus d'oxydation mitochondriale. Grâce à cette capacité, les mitochondries rendent la cellule relativement indépendante des aliments que le corps mange : dans tous les cas, la quantité d'énergie nécessaire sera obtenue.

Une partie de l'énergie est stockée dans la cellule sous la forme d'une molécule de créatine phosphate (CrP), qui est plus petite et plus mobile que l'ATP. C'est cette petite molécule qui peut se déplacer rapidement d'une extrémité de la cellule à l'autre - là où l'énergie est la plus nécessaire en ce moment. Le CrF lui-même ne peut pas donner d'énergie aux processus de synthèse, de contraction musculaire ou de conduction d'un influx nerveux : cela nécessite de l'ATP. Mais d'autre part, le CRF est facilement et pratiquement sans perte capable de donner toute l'énergie qu'il contient à la molécule d'adénazine diphosphate (ADP), qui se transforme immédiatement en ATP et est prête pour d'autres transformations biochimiques.

Ainsi, l'énergie dépensée lors du fonctionnement de la cellule, c'est-à-dire L'ATP peut être renouvelé grâce à trois processus principaux: la glycolyse anaérobie (sans oxygène), l'oxydation mitochondriale aérobie (avec la participation de l'oxygène), ainsi que le transfert du groupe phosphate du CrF à l'ADP.

La source de créatine phosphate est la plus puissante, car la réaction du CrF avec l'ADP est très rapide. Cependant, l'apport de CrF dans la cellule est généralement faible - par exemple, les muscles peuvent travailler avec un effort maximal dû au CrF pendant 6 à 7 s au maximum. C'est généralement suffisant pour démarrer la deuxième source d'énergie glycolytique la plus puissante. Dans ce cas, la ressource en nutriments est plusieurs fois supérieure, mais au fur et à mesure que le travail progresse, il y a une tension croissante dans l'homéostasie due à la formation d'acide lactique, et si un tel travail est effectué par de gros muscles, il ne peut pas durer plus de 1,5- 2 minutes. Mais pendant ce temps, les mitochondries sont presque complètement activées, capables de brûler non seulement du glucose, mais également des acides gras, dont l'apport dans le corps est presque inépuisable. Par conséquent, une source mitochondriale aérobie peut fonctionner très longtemps, bien que sa puissance soit relativement faible - 2 à 3 fois inférieure à la source glycolytique et 5 fois inférieure à la puissance de la source de phosphate de créatine.

Caractéristiques de l'organisation de la production d'énergie dans divers tissus du corps. Différents tissus ont une saturation différente des mitochondries. Ils sont moins présents dans les os et la graisse blanche, surtout dans la graisse brune, le foie et les reins. Il y a beaucoup de mitochondries dans les cellules nerveuses. Les muscles n'ont pas une concentration élevée de mitochondries, mais du fait que les muscles squelettiques sont le tissu le plus massif du corps (environ 40% du poids corporel d'un adulte), ce sont les besoins des cellules musculaires qui déterminent en grande partie la l'intensité et la direction de tous les processus du métabolisme énergétique. I.A. Arshavsky a appelé cela "règle énergétique des muscles squelettiques".

Avec l'âge, deux composants importants du métabolisme énergétique changent simultanément: le rapport des masses de tissus avec différentes activités métaboliques change, ainsi que le contenu des enzymes oxydatives les plus importantes dans ces tissus. En conséquence, le métabolisme énergétique subit des modifications assez complexes, mais en général, son intensité diminue avec l'âge, et de manière assez significative.

échange d'énergie

échange d'énergie est la fonction la plus intégrale du corps. Toute synthèse, activité de tout organe, toute activité fonctionnelle affecte inévitablement le métabolisme énergétique, puisque selon la loi de conservation, qui ne souffre aucune exception, tout acte lié à la transformation de la matière s'accompagne d'une dépense d'énergie.

Coûts énergétiques les organismes sont constitués de trois parties inégales du métabolisme basal, de l'approvisionnement énergétique des fonctions, ainsi que de la consommation d'énergie pour la croissance, le développement et les processus d'adaptation. Le rapport entre ces parties est déterminé par le stade de développement individuel et les conditions spécifiques (tableau 2).

Le métabolisme basal- c'est le niveau minimum de production d'énergie qui existe toujours, quelle que soit l'activité fonctionnelle des organes et des systèmes, et qui n'est jamais égal à zéro. Le métabolisme de base comprend trois principaux types de dépenses énergétiques : le niveau minimum de fonctions, les cycles futiles et les processus de réparation.

Le besoin énergétique minimum du corps. La question du niveau minimum de fonctions est assez évidente : même dans des conditions de repos complet (par exemple, un sommeil réparateur), lorsqu'aucun facteur activateur n'agit sur l'organisme, il est nécessaire de maintenir une certaine activité du cerveau et des glandes endocrines, foie et tractus gastro-intestinal, cœur et vaisseaux sanguins, muscles respiratoires et tissus pulmonaires, muscles toniques et lisses, etc.

Cycles inutiles. Ce que l'on sait moins, c'est que dans chaque cellule du corps, des millions de réactions biochimiques cycliques se produisent en permanence, à la suite desquelles rien n'est produit, mais pour leur mise en œuvre, une certaine quantité d'énergie est nécessaire. Ce sont les cycles dits futiles, processus qui préservent la « capacité de combat » des structures cellulaires en l'absence d'une véritable tâche fonctionnelle. Comme une toupie, les cycles futiles donnent de la stabilité à la cellule et à toutes ses structures. La dépense énergétique pour entretenir chacun des cycles futiles est faible, mais ils sont nombreux, et par conséquent, cela se traduit par une proportion assez importante de la dépense énergétique de base.

processus réparateurs. De nombreuses molécules organisées de manière complexe impliquées dans les processus métaboliques commencent tôt ou tard à être endommagées, perdant leurs propriétés fonctionnelles ou même en acquérant des propriétés toxiques. Un "travail de réparation et de restauration" continu est nécessaire, éliminant les molécules endommagées de la cellule et en synthétisant de nouvelles à leur place, identiques aux précédentes. De tels processus de réparation se produisent constamment dans chaque cellule, car la durée de vie de toute molécule de protéine ne dépasse généralement pas 1 à 2 semaines, et il y en a des centaines de millions dans chaque cellule. Les facteurs environnementaux - température défavorable, rayonnement de fond accru, exposition à des substances toxiques et bien plus encore - peuvent raccourcir considérablement la durée de vie des molécules complexes et, par conséquent, augmenter le stress des processus de réparation.

Le niveau minimum de fonctionnement des tissus d'un organisme multicellulaire. Le fonctionnement de la cellule est toujours quelque travail à l'extérieur. Pour une cellule musculaire, c'est sa contraction, pour une cellule nerveuse, c'est la production et la conduction d'une impulsion électrique, pour une cellule glandulaire, c'est la production d'un secret et l'acte de sécréter, pour une cellule épithéliale, c'est est la pinocytose ou une autre forme d'interaction avec les tissus environnants et les fluides biologiques. Naturellement, tout travail ne peut être réalisé sans la dépense d'énergie pour sa mise en œuvre. Mais tout travail, en outre, entraîne une modification de l'environnement interne du corps, car les déchets d'une cellule active peuvent ne pas être indifférents aux autres cellules et tissus. Ainsi, le deuxième échelon de la consommation énergétique lors de l'exécution d'une fonction est associé au maintien actif de l'homéostasie, qui consomme parfois une part très importante de l'énergie. Pendant ce temps, non seulement la composition de l'environnement interne change au cours de l'exécution de tâches fonctionnelles, mais les structures changent souvent, et souvent dans le sens de la destruction. Ainsi, avec la contraction des muscles squelettiques (même de faible intensité), des ruptures de fibres musculaires se produisent toujours, c'est-à-dire l'intégrité du formulaire est brisée. Le corps a des mécanismes spéciaux pour maintenir la constance de la forme (homéomorphose), qui assurent la récupération rapide des structures endommagées ou altérées, mais encore une fois, cela consomme de l'énergie. Et, enfin, il est très important pour un organisme en développement de maintenir les tendances principales de son développement, quelles que soient les fonctions qui doivent être activées à la suite d'une exposition à des conditions spécifiques. Le maintien de l'invariabilité de la direction et des canaux de développement (homéorèse) est une autre forme de consommation d'énergie lors de l'activation des fonctions.

Pour un organisme en développement, un élément important de la consommation d'énergie est la croissance et le développement réels. Cependant, pour tout, y compris un organisme mature, les processus de réarrangements adaptatifs ne sont pas moins énergivores en termes de volume et très similaires par essence. Ici, les dépenses énergétiques visent à activer le génome, détruire les structures obsolètes (catabolisme) et synthétiser (anabolisme).

Les coûts du métabolisme basal et les coûts de croissance et de développement diminuent considérablement avec l'âge, et les coûts d'exécution des fonctions deviennent qualitativement différents. Puisqu'il est méthodiquement extrêmement difficile de séparer la dépense énergétique de base et la dépense énergétique en processus de croissance et de développement, elles sont généralement considérées ensemble sous le nom de "BX".

Dynamique de l'âge du métabolisme de base. Depuis l'époque de M. Rubner (1861), il est bien connu que chez les mammifères, à mesure que le poids corporel augmente, l'intensité de la production de chaleur par unité de masse diminue ; tandis que la quantité d'échange calculée par unité de surface reste constante (la "règle de surface"). Ces faits n'ont toujours pas d'explication théorique satisfaisante et, par conséquent, des formules empiriques sont utilisées pour exprimer la relation entre la taille corporelle et le taux métabolique. Pour les mammifères, y compris l'homme, la formule de M. Kleiber est actuellement la plus utilisée :

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

où M est la production de chaleur de l'organisme entier et P est le poids corporel.

Cependant, les modifications du métabolisme de base liées à l'âge ne peuvent pas toujours être décrites à l'aide de cette équation. Au cours de la première année de vie, la production de chaleur ne diminue pas, comme le voudrait l'équation de Klaiber, mais reste au même niveau ou même augmente légèrement. Ce n'est qu'à l'âge d'un an que l'on atteint approximativement l'intensité du métabolisme (55 kcal / kg jour), qui est «nécessaire» selon l'équation de Klaiber pour un organisme pesant 10 kg. Ce n'est qu'à partir de 3 ans que l'intensité du métabolisme de base commence à diminuer progressivement et n'atteint le niveau d'un adulte - 25 kcal / kg par jour - qu'à la période de la puberté.

Coût énergétique des processus de croissance et de développement. Souvent, une augmentation du taux métabolique de base chez les enfants est associée à des coûts de croissance. Cependant, des mesures et des calculs précis effectués ces dernières années ont montré que même les processus de croissance les plus intensifs au cours des 3 premiers mois de la vie ne nécessitent pas plus de 7 à 8% de l'apport énergétique quotidien et, après 12 mois, ils ne dépassent pas 1%. De plus, le niveau le plus élevé de consommation d'énergie du corps de l'enfant a été noté à l'âge de 1 an, lorsque le taux de sa croissance devient 10 fois plus faible qu'à l'âge de six mois. Les stades de l'ontogenèse où le taux de croissance diminue et où des changements qualitatifs significatifs se produisent dans les organes et les tissus en raison des processus de différenciation cellulaire sont significativement plus "énergivores". Des études spéciales menées par des biochimistes ont montré que dans les tissus qui entrent dans le stade des processus de différenciation (par exemple, dans le cerveau), le contenu des mitochondries augmente fortement et, par conséquent, le métabolisme oxydatif et la production de chaleur augmentent. La signification biologique de ce phénomène est qu'au cours du processus de différenciation cellulaire, de nouvelles structures, de nouvelles protéines et d'autres grosses molécules se forment, ce que la cellule n'était pas capable de produire auparavant. Comme toute nouvelle entreprise, cela nécessite des coûts énergétiques particuliers, tandis que les processus de croissance sont une "production par lots" établie de protéines et d'autres macromolécules dans une cellule.

Au cours du développement individuel ultérieur, une diminution de l'intensité du métabolisme de base est observée. Il s'est avéré que la contribution de divers organes au métabolisme de base change avec l'âge. Par exemple, le cerveau (qui contribue de manière significative au métabolisme principal) chez les nouveau-nés représente 12% du poids corporel et chez un adulte - seulement 2%. Les organes internes se développent tout aussi inégalement, qui, comme le cerveau, ont un métabolisme énergétique très élevé même au repos - 300 kcal / kg par jour. Dans le même temps, le tissu musculaire, dont la quantité relative double presque au cours du développement postnatal, se caractérise par un taux métabolique très faible au repos - 18 kcal/kg par jour. Chez un adulte, le cerveau représente environ 24 % du métabolisme de base, le foie 20 %, le cœur 10 % et le muscle squelettique 28 %. Chez un enfant d'un an, le cerveau représente 53 % du métabolisme basal, le foie environ 18 % et les muscles squelettiques seulement 8 %.

Échange de repos chez les enfants d'âge scolaire. Il est possible de mesurer le métabolisme de base uniquement en clinique : cela nécessite des conditions particulières. Mais l'échange de repos se mesure chez chaque personne : il lui suffit de pouvoir jeûner et d'être en repos musculaire pendant plusieurs dizaines de minutes. Le taux de change au repos est légèrement supérieur au taux de change de base, mais cette différence n'est pas fondamentale. La dynamique des modifications du métabolisme au repos liées à l'âge ne se réduit pas à une simple diminution de l'intensité du métabolisme. Les périodes caractérisées par une diminution rapide de l'intensité métabolique sont remplacées par des intervalles d'âge au cours desquels le métabolisme de repos se stabilise.

Dans le même temps, une relation étroite est trouvée entre la nature de la modification de l'intensité du métabolisme et le taux de croissance (voir Fig. 8 à la p. 57). Les barres de la figure montrent les gains de poids corporel annuels relatifs. Il s'avère que plus le taux de croissance relatif est élevé, plus la diminution du taux métabolique au repos est importante au cours de cette période.

La figure montre une autre caractéristique - des différences distinctes entre les sexes: les filles de la tranche d'âge étudiée ont environ un an d'avance sur les garçons en termes de changements dans les taux de croissance et l'intensité métabolique. Dans le même temps, une relation étroite est trouvée entre l'intensité du métabolisme au repos et le taux de croissance des enfants pendant le saut de demi-croissance - de 4 à 7 ans. Au cours de la même période, le changement des dents de lait en dents permanentes commence, ce qui peut également servir d'indicateur de la maturation morphofonctionnelle.

Au cours du développement ultérieur, la diminution de l'intensité du métabolisme basal se poursuit, et maintenant en lien étroit avec les processus de la puberté. Aux premiers stades de la puberté, le taux métabolique des adolescents est environ 30 % plus élevé que celui des adultes. Une forte diminution de l'indicateur commence au stade III, lorsque les gonades sont activées, et se poursuit jusqu'à la puberté. Comme on le sait, la poussée de croissance pubertaire coïncide également avec l'atteinte du stade III de la puberté, c'est-à-dire et dans ce cas, la régularité d'une diminution de l'intensité du métabolisme pendant les périodes de croissance la plus intensive demeure.

Les garçons dans leur développement au cours de cette période accusent un retard d'environ 1 an sur les filles. En stricte conformité avec ce fait, l'intensité des processus métaboliques chez les garçons est toujours plus élevée que chez les filles du même âge civil. Ces différences sont faibles (5-10%), mais stables pendant toute la période de la puberté.

thermorégulation

La thermorégulation, c'est-à-dire le maintien d'une température constante au cœur du corps, est déterminée par deux processus principaux : la production de chaleur et le transfert de chaleur. La production de chaleur (thermogenèse) dépend principalement de l'intensité des processus métaboliques, tandis que le transfert de chaleur est déterminé par l'isolation thermique et tout un ensemble de mécanismes physiologiques assez complexes, notamment les réactions vasomotrices, l'activité de la respiration externe et la transpiration. À cet égard, la thermogenèse est attribuée aux mécanismes de thermorégulation chimique et les méthodes de modification du transfert de chaleur sont appelées mécanismes de thermorégulation physique. Avec l'âge, ces mécanismes et d'autres changent, ainsi que leur importance dans le maintien d'une température corporelle stable.

Développement avec l'âge des mécanismes de thermorégulation. Des lois purement physiques conduisent au fait qu'à mesure que la masse et les dimensions absolues du corps augmentent, la contribution de la thermorégulation chimique diminue. Ainsi, chez les nouveau-nés, la valeur de la production de chaleur thermorégulatrice est d'environ 0,5 kcal/kg h deg, et chez un adulte - 0,15 kcal/kg h deg.

Un nouveau-né, lorsque la température ambiante baisse, peut augmenter la production de chaleur à presque les mêmes valeurs qu'un adulte, jusqu'à 4 kcal / kg h. Cependant, en raison d'une faible isolation thermique (0,15 deg m 2 h / kcal), la gamme de thermorégulation chimique chez un nouveau-né est très petite - pas plus de 5 °. Il faut tenir compte du fait que la température critique ( E), à laquelle la thermogenèse est activée, est de +33 °C pour un bébé né à terme, à l'état adulte, il tombe à +27 ... +23 °C. Cependant, dans les vêtements dont l'isolation thermique est généralement de 2,5 KLO, soit 0,45 deg-m 2 h / kcal, la valeur de température critique diminue à +20 ° C, de sorte que l'enfant dans ses vêtements habituels à température ambiante est dans un thermoneutre environnement, c'est-à-dire dans des conditions qui ne nécessitent pas de coûts supplémentaires pour maintenir la température corporelle.

Seulement pendant la procédure de changement de vêtements pour éviter le refroidissement, l'enfant des premiers mois de la vie devrait inclure des mécanismes de production de chaleur suffisamment puissants. De plus, les enfants de cet âge ont des mécanismes spéciaux et spécifiques de thermogenèse qui sont absents chez les adultes. Un adulte en réponse au refroidissement commence à frissonner, y compris la thermogenèse dite "contractile", c'est-à-dire une production de chaleur supplémentaire dans les muscles squelettiques (frissons de froid). Les caractéristiques de conception du corps de l'enfant rendent un tel mécanisme de production de chaleur inefficace, de sorte que la thermogenèse dite "non contractile" est activée chez les enfants, localisée non pas dans les muscles squelettiques, mais dans des organes complètement différents.

Ce sont des organes internes (tout d'abord le foie) et un tissu adipeux brun spécial, saturé de mitochondries (d'où sa couleur brune) et ayant des capacités énergétiques élevées. L'activation de la production de chaleur de la graisse brune chez un enfant en bonne santé peut être observée par une augmentation de la température cutanée dans les parties du corps où la graisse brune est située plus superficiellement - la région interscapulaire et le cou. En modifiant la température dans ces zones, on peut juger de l'état des mécanismes de thermorégulation de l'enfant, du degré de son durcissement. La soi-disant "nuque chaude" d'un enfant dans les premiers mois de la vie est précisément associée à l'activité de la graisse brune.

Au cours de la première année de vie, l'activité de thermorégulation chimique diminue. Chez un enfant de 5-6 mois, le rôle de la thermorégulation physique augmente nettement. Avec l'âge, la majeure partie de la graisse brune disparaît, mais même avant l'âge de 3 ans, la réaction de la plus grande partie de la graisse brune, la graisse interscapulaire, persiste. On rapporte que chez les adultes travaillant dans le Nord, à l'air libre, le tissu adipeux brun continue de fonctionner activement. Dans des conditions normales, chez un enfant de plus de 3 ans, l'activité de la thermogenèse non contractile est limitée et l'activité contractile spécifique des muscles squelettiques - tonus musculaire et tremblement musculaire - commence à jouer le rôle principal dans l'augmentation de la production de chaleur lorsque la thermorégulation chimique est activé. Si un tel enfant se retrouve à température ambiante normale (+20°C) en short et tee-shirt, la production de chaleur s'active en lui dans 80 cas sur 100.

Le renforcement des processus de croissance pendant le saut de demi-croissance (5-6 ans) entraîne une augmentation de la longueur et de la surface des membres, ce qui assure un échange de chaleur régulé du corps avec l'environnement. Ceci, à son tour, conduit au fait qu'à partir de l'âge de 5,5 à 6 ans (particulièrement chez les filles), il y a des changements significatifs dans la fonction thermorégulatrice. L'isolation thermique du corps augmente et l'activité de la thermorégulation chimique est considérablement réduite. Cette méthode de régulation de la température corporelle est plus économique et c'est lui qui devient prédominant au cours du développement ultérieur de l'âge. Cette période de développement de la thermorégulation est sensible pour les procédés de durcissement.

Avec le début de la puberté, la prochaine étape du développement de la thermorégulation commence, qui se manifeste par la rupture du système fonctionnel en développement. Chez les filles de 11-12 ans et les garçons de 13 ans, malgré la diminution continue de l'intensité du métabolisme au repos, l'ajustement correspondant de la régulation vasculaire ne se produit pas. Ce n'est qu'à l'adolescence, après la fin de la puberté, que les possibilités de thermorégulation atteignent le niveau définitif de développement. L'augmentation de l'isolation thermique des tissus de son propre corps permet de se passer de l'inclusion d'une thermorégulation chimique (c'est-à-dire d'une production de chaleur supplémentaire) même lorsque la température ambiante baisse de 10 à 15 ° C. Cette réaction du corps, bien sûr, est plus économique et efficace.

Nutrition

Toutes les substances nécessaires au corps humain, qui sont utilisées pour produire de l'énergie et construire leur propre corps, proviennent de l'environnement. Au fur et à mesure que l'enfant grandit, vers la fin de la première année de vie, il passe de plus en plus à une alimentation indépendante, et après 3 ans, l'alimentation de l'enfant n'est pas très différente de celle de l'adulte.

Composants structurels des substances alimentaires. L'alimentation humaine est d'origine végétale et animale, mais indépendamment de cela, elle se compose des mêmes classes de composés organiques - protéines, lipides et glucides. En fait, ces mêmes classes de composés constituent essentiellement le corps de la personne elle-même. Dans le même temps, il existe des différences entre les aliments d'origine animale et végétale, et celles-ci sont assez importantes.

Les glucides. Le composant le plus massif des aliments végétaux est les glucides (le plus souvent sous forme d'amidon), qui constituent la base de l'approvisionnement énergétique du corps humain. Pour un adulte, il est nécessaire de recevoir des glucides, des lipides et des protéines dans un rapport de 4:1:1. Étant donné que les processus métaboliques des enfants sont plus intenses, et principalement en raison de l'activité métabolique du cerveau, qui se nourrit presque exclusivement de glucides, les enfants devraient recevoir plus d'aliments glucidiques - dans un rapport de 5:1:1. Dans les premiers mois de la vie, l'enfant ne reçoit pas d'aliments végétaux, mais il y a relativement beaucoup de glucides dans le lait féminin : c'est à peu près la même matière grasse que le lait de vache, contient 2 fois moins de protéines, mais 2 fois plus de glucides. Le rapport glucides, lipides et protéines dans le lait maternel est d'environ 5:2:1. Les mélanges artificiels pour l'alimentation des enfants au cours des premiers mois de la vie sont préparés à base de lait de vache dilué environ deux fois avec addition de fructose, de glucose et d'autres glucides.

Graisses. Les aliments végétaux sont rarement riches en graisses, mais les composants contenus dans les graisses végétales sont essentiels pour le corps humain. Contrairement aux graisses animales, les graisses végétales contiennent beaucoup d'acides gras dits polyinsaturés. Ce sont des acides gras à longue chaîne avec des doubles liaisons dans leur structure. Ces molécules sont utilisées par les cellules humaines pour construire des membranes cellulaires, dans lesquelles elles jouent un rôle stabilisateur, protégeant les cellules de l'invasion des molécules agressives et des radicaux libres. De par cette propriété, les graisses végétales ont une activité anticancéreuse, antioxydante et anti-radicalaire. De plus, une grande quantité de précieuses vitamines A et E sont généralement dissoutes dans les graisses végétales.Un autre avantage des graisses végétales est l'absence de cholestérol, qui peut se déposer dans les vaisseaux sanguins humains et provoquer leurs modifications sclérotiques. Les graisses animales, au contraire, contiennent une quantité importante de cholestérol, mais ne contiennent pratiquement pas de vitamines et d'acides gras polyinsaturés. Cependant, les graisses animales sont également essentielles pour le corps humain, car elles constituent un élément important de l'approvisionnement énergétique et, en outre, elles contiennent des lipokinines, qui aident le corps à absorber et à transformer ses propres graisses.

Écureuils. Les protéines végétales et animales diffèrent également de manière significative dans leur composition. Bien que toutes les protéines soient constituées d'acides aminés, certains de ces éléments constitutifs essentiels peuvent être synthétisés par les cellules humaines, tandis que d'autres ne le peuvent pas. Il y a peu de ces derniers, seulement 4-5 espèces, mais ils ne peuvent être remplacés par rien, c'est pourquoi ils sont appelés acides aminés essentiels. Les aliments végétaux ne contiennent presque pas d'acides aminés essentiels - seuls les légumineuses et le soja en contiennent une petite quantité. Pendant ce temps, dans la viande, le poisson et d'autres produits d'origine animale, ces substances sont largement représentées. Le manque de certains acides aminés essentiels a un effet négatif marqué sur la dynamique des processus de croissance et sur le développement de nombreuses fonctions, notamment sur le développement du cerveau et de l'intellect de l'enfant. Pour cette raison, les enfants qui souffrent de malnutrition à long terme à un âge précoce restent souvent handicapés mentaux à vie. C'est pourquoi les enfants ne doivent en aucun cas être limités dans l'utilisation des aliments pour animaux: au moins du lait et des œufs, ainsi que du poisson. Apparemment, la même circonstance est liée au fait que les enfants de moins de 7 ans, selon les traditions chrétiennes, ne doivent pas jeûner, c'est-à-dire refuser la nourriture animale.

Macro- et microéléments. Les produits alimentaires contiennent presque tous les éléments chimiques connus de la science, à l'exception peut-être des métaux radioactifs et lourds, ainsi que des gaz inertes. Certains éléments, tels que le carbone, l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, le phosphore, le calcium, le potassium, le sodium et quelques autres, font partie de tous les produits alimentaires et pénètrent dans l'organisme en très grandes quantités (dizaines et centaines de grammes par jour). Ces substances sont communément appelées macronutriments. D'autres se trouvent dans les aliments à des doses microscopiques, on les appelle donc oligo-éléments. Ce sont l'iode, le fluor, le cuivre, le cobalt, l'argent et bien d'autres éléments. Le fer est souvent appelé oligo-éléments, bien que sa quantité dans le corps soit assez importante, car le fer joue un rôle clé dans le transport de l'oxygène dans le corps. L'absence de l'un des oligo-éléments peut provoquer des maladies graves. Le manque d'iode, par exemple, conduit au développement d'une maladie thyroïdienne grave (appelée goitre). Le manque de fer entraîne une anémie ferriprive - une forme d'anémie qui affecte négativement les performances, la croissance et le développement de l'enfant. Dans tous ces cas, une correction nutritionnelle est nécessaire, l'inclusion dans le régime alimentaire de produits contenant les éléments manquants. Ainsi, l'iode se trouve en grande quantité dans les algues - le varech, en outre, le sel de table iodé est vendu dans les magasins. Le fer se trouve dans le foie de bœuf, les pommes et certains autres fruits, ainsi que dans le caramel pour enfants Hematogen vendu en pharmacie.

Vitamines, béribéri, maladies métaboliques. Les vitamines sont des molécules organiques de taille et de complexité moyennes qui ne sont normalement pas produites par les cellules du corps humain. Nous sommes obligés d'obtenir des vitamines dans les aliments, car elles sont nécessaires au travail de nombreuses enzymes qui régulent les processus biochimiques dans le corps. Les vitamines sont des substances très instables, donc la cuisson au feu détruit presque complètement les vitamines qu'elles contiennent. Seuls les aliments crus contiennent des vitamines en quantité notable, de sorte que les légumes et les fruits sont la principale source de vitamines pour nous. Les animaux prédateurs, ainsi que les peuples indigènes du Nord, qui mangent presque exclusivement de la viande et du poisson, tirent suffisamment de vitamines des produits animaux crus. Il n'y a pratiquement pas de vitamines dans la viande et le poisson frits et bouillis.

Le manque de vitamines se manifeste dans diverses maladies métaboliques, qui sont regroupées sous le nom de béribéri. Environ 50 vitamines ont maintenant été découvertes, et chacune d'elles est responsable de son propre «site» de processus métaboliques, respectivement, et il existe plusieurs dizaines de maladies causées par le béribéri. Le scorbut, le béribéri, la pellagre et d'autres maladies de ce type sont largement connus.

Les vitamines sont divisées en deux grands groupes : les liposolubles et les hydrosolubles. Les vitamines hydrosolubles se trouvent en grande quantité dans les fruits et légumes, tandis que les vitamines liposolubles se trouvent plus souvent dans les graines et les noix. Les huiles d'olive, de tournesol, de maïs et autres huiles végétales sont des sources importantes de nombreuses vitamines liposolubles. Cependant, la vitamine D (anti-rachitique) se trouve principalement dans l'huile de poisson, qui est extraite du foie de morue et de certains autres poissons marins.

Aux latitudes moyennes et septentrionales, au printemps, dans les aliments végétaux conservés de l'automne, la quantité de vitamines diminue fortement et de nombreuses personnes - résidents des pays du nord - souffrent de béribéri. Les aliments salés et acides (choux, concombres et autres), riches en nombreuses vitamines, aident à surmonter cette condition. De plus, les vitamines sont produites par la microflore intestinale. Par conséquent, avec une digestion normale, une personne reçoit un grand nombre des vitamines B les plus importantes en quantités suffisantes. Chez les enfants de la première année de vie, la microflore intestinale ne s'est pas encore formée, ils doivent donc recevoir une quantité suffisante de lait maternel, ainsi que des jus de fruits et de légumes, comme sources de vitamines.

Besoin quotidien en énergie, protéines, vitamines. La quantité de nourriture consommée par jour dépend directement de la vitesse des processus métaboliques, car la nourriture doit compenser entièrement l'énergie dépensée pour toutes les fonctions (Fig. 13). Bien que l'intensité des processus métaboliques diminue avec l'âge chez les enfants de plus d'un an, une augmentation de leur poids corporel entraîne une augmentation de la consommation énergétique totale (brute). En conséquence, le besoin en nutriments essentiels augmente également. Vous trouverez ci-dessous des tableaux de référence (tableaux 3 à 6) indiquant l'apport quotidien approximatif de nutriments, de vitamines et de minéraux essentiels pour les enfants. Il convient de souligner que les tableaux donnent la masse des substances pures sans tenir compte de l'eau contenue dans les aliments, ainsi que des substances organiques qui ne sont pas liées aux protéines, aux graisses et aux glucides (par exemple, la cellulose, qui constitue l'essentiel de légumes).

Métabolisme (métabolisme) est la totalité de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans le corps. Toutes ces réactions sont divisées en 2 groupes

1. Échange plastique(assimilation, anabolisme, biosynthèse) - c'est à partir de substances simples avec dépense énergétique formé (synthétisé) plus complexe. Exemple:

Lors de la photosynthèse, le glucose est synthétisé à partir de dioxyde de carbone et d'eau.

2. Échange d'énergie(dissimilation, catabolisme, respiration) c'est quand des substances complexes se décomposer (s'oxyder)à des plus simples, et en même temps l'énergie est libérée nécessaire à la vie. Exemple:

Dans les mitochondries, le glucose, les acides aminés et les acides gras sont oxydés par l'oxygène en dioxyde de carbone et en eau, et de l'énergie est générée. (respiration cellulaire)

La relation entre le plastique et le métabolisme énergétique

Le métabolisme plastique fournit à la cellule des substances organiques complexes (protéines, graisses, glucides, acides nucléiques), y compris des protéines enzymatiques pour le métabolisme énergétique.
Le métabolisme énergétique fournit de l'énergie à la cellule. Lors d'un travail (mental, musculaire, etc.), le métabolisme énergétique augmente.

ATP- substance énergétique universelle de la cellule (accumulateur d'énergie universel). Il se forme au cours du métabolisme énergétique (oxydation des substances organiques).

Au cours du métabolisme énergétique, toutes les substances se décomposent et l'ATP est synthétisé. Dans ce cas, l'énergie des liaisons chimiques des substances complexes décomposées est convertie en énergie de l'ATP, l'énergie est stockée dans l'ATP.
Lors de l'échange plastique, toutes les substances sont synthétisées et l'ATP se décompose. Où L'énergie ATP est consommée(l'énergie de l'ATP est convertie en énergie de liaisons chimiques de substances complexes, stockées dans ces substances).

Choisissez-en un, l'option la plus correcte. En cours d'échange plastique
1) les glucides plus complexes sont synthétisés à partir de glucides moins complexes
2) les graisses sont transformées en glycérol et en acides gras
3) les protéines sont oxydées avec formation de dioxyde de carbone, d'eau, de substances contenant de l'azote
4) l'énergie est libérée et l'ATP est synthétisé

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Choisissez trois options. En quoi l'échange plastique diffère-t-il de l'échange énergétique ?
1) l'énergie est stockée dans les molécules d'ATP
2) l'énergie stockée dans les molécules d'ATP est consommée
3) les substances organiques sont synthétisées
4) il y a une dégradation des substances organiques
5) produits finaux du métabolisme - dioxyde de carbone et eau
6) à la suite de réactions métaboliques, des protéines se forment

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. Dans le processus du métabolisme plastique, les molécules sont synthétisées dans les cellules
1) protéines
2) de l'eau
3) ATP
4) substances inorganiques

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. Quelle est la relation entre le plastique et le métabolisme énergétique
1) l'échange de plastique fournit des substances organiques pour l'énergie
2) l'échange d'énergie fournit de l'oxygène pour le plastique
3) le métabolisme du plastique fournit des minéraux pour l'énergie
4) l'échange de plastique fournit des molécules d'ATP pour l'énergie

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. Dans le processus du métabolisme énergétique, contrairement au plastique,
1) la dépense d'énergie contenue dans les molécules d'ATP
2) stockage d'énergie dans les liaisons macroergiques des molécules d'ATP
3) fournir aux cellules des protéines et des lipides
4) fournir aux cellules des glucides et des acides nucléiques

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1. Établir une correspondance entre les caractéristiques de l'échange et son type : 1) plastique, 2) énergétique. Écris les nombres 1 et 2 dans le bon ordre.
A) oxydation des substances organiques
B) la formation de polymères à partir de monomères
B) répartition de l'ATP
D) stockage d'énergie dans la cellule
D) Réplication de l'ADN
E) phosphorylation oxydative

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2. Établir une correspondance entre les caractéristiques du métabolisme d'une cellule et son type : 1) énergétique, 2) plastique. Notez les chiffres 1 et 2 dans l'ordre correspondant aux lettres.
A) une dégradation sans oxygène du glucose se produit
B) se produit sur les ribosomes, dans les chloroplastes
C) produits finaux du métabolisme - dioxyde de carbone et eau
D) les substances organiques sont synthétisées
D) l'énergie stockée dans les molécules d'ATP est utilisée
E) l'énergie est libérée et stockée dans les molécules d'ATP

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3. Établir une correspondance entre les signes du métabolisme chez l'homme et ses types : 1) métabolisme plastique, 2) métabolisme énergétique. Écris les nombres 1 et 2 dans le bon ordre.
A) les substances sont oxydées
B) les substances sont synthétisées
C) l'énergie est stockée dans les molécules d'ATP
D) l'énergie est dépensée
D) les ribosomes sont impliqués dans le processus
E) les mitochondries sont impliquées dans le processus

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4. Établir une correspondance entre les caractéristiques du métabolisme et son type : 1) énergétique, 2) plastique. Notez les chiffres 1 et 2 dans l'ordre correspondant aux lettres.
A) Réplication de l'ADN
B) biosynthèse des protéines
B) oxydation des substances organiques
D) retranscription
D) Synthèse d'ATP
E) chimiosynthèse

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5. Établir une correspondance entre les caractéristiques et les types d'échange : 1) plastique, 2) énergétique. Notez les chiffres 1 et 2 dans l'ordre correspondant aux lettres.
A) l'énergie est stockée dans les molécules d'ATP
B) les biopolymères sont synthétisés
B) du dioxyde de carbone et de l'eau se forment
D) la phosphorylation oxydative se produit
D) La réplication de l'ADN se produit

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Choisissez trois processus liés au métabolisme énergétique.
1) la libération d'oxygène dans l'atmosphère
2) la formation de dioxyde de carbone, d'eau, d'urée
3) phosphorylation oxydative
4) synthèse de glucose
5) glycolyse
6) photolyse de l'eau

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. L'énergie nécessaire à la contraction musculaire est libérée lorsque
1) dégradation des substances organiques dans les organes digestifs
2) irritation du muscle par l'influx nerveux
3) oxydation des substances organiques dans les muscles
4) synthèse d'ATP

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. Quel processus aboutit à la synthèse des lipides dans une cellule ?
1) dissimilation
2) oxydation biologique
3) échange plastique
4) glycolyse

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. La valeur du métabolisme plastique - l'approvisionnement du corps
1) sels minéraux
2) oxygène
3) biopolymères
4) énergie

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. L'oxydation des substances organiques dans le corps humain se produit dans
1) vésicules pulmonaires lors de la respiration
2) cellules du corps en cours d'échange plastique
3) le processus de digestion des aliments dans le tube digestif
4) cellules du corps dans le processus de métabolisme énergétique

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. Quelles réactions métaboliques dans une cellule s'accompagnent de dépenses énergétiques ?
1) la phase préparatoire du métabolisme énergétique
2) fermentation lactique
3) oxydation des substances organiques
4) échange plastique

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1. Établir une correspondance entre les processus et les éléments constitutifs du métabolisme : 1) anabolisme (assimilation), 2) catabolisme (dissimilation). Écris les nombres 1 et 2 dans le bon ordre.
A) la fermentation
B) glycolyse
B) respirer
D) synthèse des protéines
D) la photosynthèse
E) chimiosynthèse

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2. Établir une correspondance entre les caractéristiques et les processus métaboliques : 1) assimilation (anabolisme), 2) dissimilation (catabolisme). Notez les chiffres 1 et 2 dans l'ordre correspondant aux lettres.
A) synthèse des substances organiques du corps
B) comprend une étape préparatoire, la glycolyse et la phosphorylation oxydative
C) l'énergie libérée est stockée dans l'ATP
D) de l'eau et du dioxyde de carbone se forment
D) nécessite des coûts énergétiques
E) se produit dans les chloroplastes et sur les ribosomes

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Choisissez deux bonnes réponses parmi cinq et notez les chiffres sous lesquels elles sont indiquées. Le métabolisme est l'une des principales propriétés des systèmes vivants, il se caractérise par ce qui se passe
1) réponse sélective aux influences environnementales externes
2) modification de l'intensité des processus et fonctions physiologiques avec différentes périodes d'oscillation
3) transmission de génération en génération des caractéristiques et des propriétés
4) absorption des substances nécessaires et excrétion des déchets
5) maintenir une composition physique et chimique relativement constante de l'environnement interne

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1. Tous les termes ci-dessous sauf deux sont utilisés pour décrire l'échange de plastique. Identifiez deux termes qui "sortent" de la liste générale et notez les numéros sous lesquels ils sont indiqués.
1) réplication
2) duplication
3) diffuser
4) translocation
5) transcription

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2. Tous les concepts énumérés ci-dessous, à l'exception de deux, sont utilisés pour décrire le métabolisme du plastique dans la cellule. Identifiez deux concepts qui « tombent » de la liste générale et notez les numéros sous lesquels ils sont indiqués.
1) assimilation
2) dissimilation
3) glycolyse
4) transcription
5) diffuser

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3. Les termes énumérés ci-dessous, à l'exception de deux, sont utilisés pour caractériser l'échange plastique. Identifiez deux termes qui ne figurent pas dans la liste générale et notez les numéros sous lesquels ils sont indiqués.
1) fractionnement
2) oxydation
3) réplication
4) transcription
5) chimiosynthèse

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Choisissez-en un, l'option la plus correcte. La base azotée adénine, le ribose et trois résidus d'acide phosphorique sont
1) ADN
2) ARN
3) ATP
4) écureuil

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Tous les signes ci-dessous, à l'exception de deux, peuvent être utilisés pour caractériser le métabolisme énergétique dans la cellule. Identifiez deux caractéristiques qui "tombent" de la liste générale et notez en réponse les numéros sous lesquels elles sont indiquées.
1) vient avec l'absorption d'énergie
2) se termine dans les mitochondries
3) se termine par des ribosomes
4) s'accompagne de la synthèse de molécules d'ATP
5) se termine par la formation de dioxyde de carbone

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Trouvez trois erreurs dans le texte donné. Précisez le nombre de propositions dans lesquelles elles sont faites.(1) Le métabolisme, ou métabolisme, est un ensemble de réactions de synthèse et de décomposition de substances d'une cellule et d'un organisme, associées à la libération ou à l'absorption d'énergie. (2) L'ensemble des réactions pour la synthèse de composés organiques de haut poids moléculaire à partir de composés de bas poids moléculaire est appelé échange plastique. (3) Les molécules d'ATP sont synthétisées dans des réactions d'échange plastique. (4) La photosynthèse est appelée métabolisme énergétique. (5) À la suite de la chimiosynthèse, des substances organiques sont synthétisées à partir de substances inorganiques grâce à l'énergie du Soleil.

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La compréhension moderne du processus de phosphorylation oxydative remonte aux travaux pionniers de Belitzer et Kalkar. Kalkar a découvert que la phosphorylation aérobie est associée à la respiration. Belitzer a étudié en détail la relation stoechiométrique entre la liaison du phosphate conjugué et l'absorption d'oxygène et a montré que le rapport du nombre de molécules de phosphate inorganique au nombre d'atomes d'oxygène absorbés

lorsque la respiration est au moins égale à deux. Il a également souligné que le transfert d'électrons du substrat vers l'oxygène est une source d'énergie possible pour la formation de deux ou plusieurs molécules d'ATP par atome d'oxygène absorbé.

La molécule NADH sert de donneur d'électrons et la réaction de phosphorylation a la forme

En bref, cette réaction s'écrit

La synthèse de trois molécules d'ATP dans la réaction (15.11) se produit en raison du transfert de deux électrons de la molécule NADH le long de la chaîne de transport d'électrons vers la molécule d'oxygène. Dans ce cas, l'énergie de chaque électron diminue de 1,14 eV.

Dans le milieu aquatique, avec la participation d'enzymes spéciales, les molécules d'ATP sont hydrolysées

Les formules structurales des molécules impliquées dans les réactions (15.12) et (15.13) sont représentées sur la fig. 31.

Dans les conditions physiologiques, les molécules impliquées dans les réactions (15.12) et (15.13) sont à des stades d'ionisation différents (ATP, ). Par conséquent, les symboles chimiques dans ces formules doivent être compris comme un enregistrement conditionnel de réactions entre des molécules qui se trouvent à différents stades d'ionisation. En relation avec cela, l'augmentation de l'énergie libre AG dans la réaction (15.12) et sa diminution dans la réaction (15.13) dépendent de la température, de la concentration en ions et de la valeur du pH du milieu. Dans des conditions standard eV kcal/mol). Si l'on introduit des corrections appropriées tenant compte des valeurs physiologiques du pH et de la concentration des ions à l'intérieur des cellules, ainsi que des valeurs habituelles des concentrations de molécules d'ATP et d'ADP et de phosphate inorganique dans le cytoplasme des cellules, alors pour l'énergie libre d'hydrolyse des molécules d'ATP on obtient la valeur -0,54 eV (-12,5 kcal/mol). L'énergie libre d'hydrolyse des molécules d'ATP n'est pas une valeur constante. Il peut ne pas être le même même dans différents endroits de la même cellule, si ces endroits diffèrent en concentration.

Depuis l'apparition des travaux pionniers de Lipman (1941), on sait que les molécules d'ATP dans la cellule agissent comme un réservoir universel à court terme et un transporteur d'énergie chimique utilisée dans la plupart des processus vitaux.

La libération d'énergie lors de l'hydrolyse d'une molécule d'ATP s'accompagne de la transformation de molécules

Dans ce cas, la rupture de la liaison indiquée par le symbole conduit à l'élimination du résidu d'acide phosphorique. À la suggestion de Lipman, une telle liaison est devenue connue sous le nom de "liaison phosphate riche en énergie" ou "liaison macroergique". Ce titre est extrêmement malheureux. Il ne reflète pas du tout l'énergétique des processus se produisant lors de l'hydrolyse. La libération d'énergie libre n'est pas due à la rupture d'une liaison (une telle rupture nécessite toujours une dépense d'énergie), mais au réarrangement de toutes les molécules impliquées dans les réactions, à la formation de nouvelles liaisons et au réarrangement des coquilles de solvate au cours de la réaction.

Lorsqu'une molécule de NaCl est dissoute dans l'eau, des ions hydratés se forment.Le gain d'énergie lors de l'hydratation couvre la perte d'énergie lors de la rupture d'une liaison dans la molécule de NaCl. Il serait étrange d'attribuer ce gain d'énergie à la "liaison à haute énergie" dans la molécule de NaCl.

Comme on le sait, lors de la fission de noyaux atomiques lourds, une grande quantité d'énergie est libérée, ce qui n'est pas associé à la rupture de liaisons à ergie élevée, mais est dû au réarrangement des fragments de fission et à une diminution de l'énergie de Répulsion de coulop entre les nucléons dans chaque fragment.

La critique juste du concept de "liens macroergiques" a été exprimée plus d'une fois. Néanmoins, cette idée a été largement introduite dans la littérature scientifique. Gros

Tableau 8

Formules développées des composés phosphorylés : a - phosphoénollyruvate ; b - 1,3-diphosphoglycérate; c - phosphate de créatine; - glucose-I-phosphate ; - glucose-6-phosphate.

Il n'y a aucun problème à cela si l'expression "liaison phosphate à haute énergie" est utilisée conditionnellement, comme une brève description de l'ensemble du cycle de transformations qui se produisent dans une solution aqueuse avec la présence appropriée d'autres ions, pH, etc.

Ainsi, le concept d'énergie de la liaison phosphate, utilisé par les biochimistes, caractérise conditionnellement la différence entre l'énergie libre des substances de départ et l'énergie libre des produits des réactions d'hydrolyse, dans lesquelles les groupes phosphate sont séparés. Ce concept ne doit pas être confondu avec le concept d'énergie de liaison chimique entre deux groupes d'atomes dans une molécule libre. Ce dernier caractérise l'énergie nécessaire pour rompre la connexion.

Les cellules contiennent un certain nombre de composés phosphorylés dont l'hydrolyse dans le cytoplasme est associée à la libération d'anergie libre. Les valeurs des énergies libres standard d'hydrolyse de certains de ces composés sont données dans le tableau. 8. Les formules structurales de ces composés sont présentées à la fig. 31 et 35.

Les grandes valeurs négatives des anergies libres standard d'hydrolyse sont dues à l'énergie d'hydratation des produits d'hydrolyse chargés négativement et au réarrangement de leurs coquilles d'électrons. Du tableau. 8 il s'ensuit que la valeur de l'énergie libre standard d'hydrolyse de la molécule d'ATP occupe une position intermédiaire entre les composés « à haute énergie » (phosphoénolpyrunate) et « à basse énergie » (glucose-6-phosphate). C'est l'une des raisons pour lesquelles la molécule d'ATP est un support universel pratique de groupes phosphate.

À l'aide d'enzymes spéciales, les molécules d'ATP et d'ADP communiquent entre les hautes et les basses énergies.

composés phosphatés. Par exemple, l'enzyme pyruvate kinase transfère le phosphate du phosphoénolpyruvate à l'ADP. À la suite de la réaction, du pyruvate et une molécule d'ATP se forment. De plus, avec l'aide de l'enzyme hexokinase, la molécule d'ATP peut transférer le groupe phosphate au D-glucose, le transformant en glucose-6-phosphate. Le produit total de ces deux réactions sera ramené à la transformation

Il est très important que les réactions de ce type ne puissent passer que par une étape intermédiaire, dans laquelle interviennent nécessairement les molécules d'ATP et d'ADP.

Partie 1. Mitochondries eucaryotes.

La bible dit qu'une personne Homo sapiens ) ont été créés par les Dieux à leur image et ressemblance. Bien qu'ils aient été largement limités, ils ne les ont pas privés de leur créativité. Déjà maintenant, une personne crée des robots pour faciliter son travail, diverses machines et appareils qui ne sont pas éternels comme lui. La source d'énergie de ces machines est un chargeur, un accumulateur, une batterie, leur dispositif nous est maintenant bien connu. Mais savons-nous comment fonctionne notre chargeur, la station d'énergie humaine ?

Ainsi, les mitochondries des cellules eucaryotes et leur rôle dans le corps humain.
Vous devriez commencer par le fait que les mitochondries sont la station énergétique de la cellule et de tout le corps humain dans son ensemble. On s'intéresse aux cellules eucaryotes, nucléaire, ces cellules qui contiennent un noyau. Les organismes vivants unicellulaires qui n'ont pas de noyau cellulaire sont des procaryotes, pré-nucléaires. Les descendants des cellules procaryotes sont organites, les composants permanents de la cellule, vitaux pour son existence, sont situés dans sa partie interne - le cytoplasme. Les procaryotes comprennent les bactéries et les archées. Selon les hypothèses les plus courantes, les eucaryotes seraient apparus il y a 1,5 à 2 milliards d'années.
Mitochondries est un organite granuleux ou filamenteux à deux membranes d'environ 0,5 µm d'épaisseur. Il est caractéristique de la plupart des cellules eucaryotes (plantes photosynthétiques, champignons, animaux). a joué un rôle important dans l'évolution des eucaryotes symbiogenèse. Les mitochondries sont les descendantes de bactéries aérobies (procaryotes) qui se sont autrefois installées dans une cellule eucaryote ancestrale et ont "appris" à y vivre en tant que symbiotes. Désormais presque toutes les cellules eucaryotes possèdent des mitochondries, elles ne sont plus capables de se reproduire à l'extérieur de la cellule. Une photo

Les mitochondries ont été découvertes pour la première fois sous forme de granules dans les cellules musculaires en 1850. Le nombre de mitochondries dans une cellule n'est pas constant. Ils sont particulièrement abondants dans les cellules où le besoin en oxygène est élevé. Dans leur structure, ce sont des organites cylindriques trouvés dans une cellule eucaryote en quantités de plusieurs centaines à 1-2 mille et occupant 10-20% de son volume interne. La taille (de 1 à 70 μm) et la forme des mitochondries sont très variables. La largeur de ces organites est relativement constante (0,5–1 μm). Capable de changer de forme. Selon les parties de la cellule à chaque moment particulier où il y a une consommation d'énergie accrue, les mitochondries sont capables de se déplacer à travers le cytoplasme vers les zones de consommation d'énergie la plus élevée, en utilisant les structures du cytosquelette de la cellule eucaryote pour le mouvement.
Macromolécule d'ADN ( Acide désoxyrobonucléique), qui assure le stockage, la transmission de génération en génération et la mise en œuvre du programme génétique pour le développement et le fonctionnement des organismes vivants, est situé dans le noyau cellulaire, en tant que partie des chromosomes. Contrairement à l'ADN nucléaire, les mitochondries ont leur propre ADN. Les gènes codés dans ADN mitochondrial, appartiennent au groupe des plasmagènes situés à l'extérieur du noyau (à l'extérieur du chromosome). L'ensemble de ces facteurs d'hérédité, concentrés dans le cytoplasme de la cellule, constitue le plasmon d'un type d'organisme donné (contrairement au génome).
L'ADN mitochondrial situé dans la matrice est une molécule circulaire fermée à double brin qui, dans les cellules humaines, a une taille de 16569 paires de nucléotides, soit environ 105 fois plus petite que l'ADN localisé dans le noyau.
L'ADN mitochondrial se réplique en interphase, ce qui est en partie synchronisé avec la réplication de l'ADN dans le noyau. Au cours du cycle cellulaire, les mitochondries se divisent en deux par constriction, dont la formation commence par un sillon annulaire sur la membrane mitochondriale interne. Possédant son propre appareil génétique, la mitochondrie possède également son propre système de synthèse de protéines, dont les ribosomes sont très petits dans les cellules des animaux et des champignons.Une photo

Fonctions mitochondriales et production d'énergie.
La fonction principale des mitochondries est Synthèse d'ATP(adénosine triphosphate) - une forme universelle d'énergie chimique dans toute cellule vivante.
Le rôle principal de l'ATP dans le corps est associé à la fourniture d'énergie pour de nombreuses réactions biochimiques. L'ATP sert de source directe d'énergie pour de nombreux processus biochimiques et physiologiques énergivores. Toutes ces réactions sont de la synthèse de substances complexes dans l'organisme : la mise en œuvre du transfert actif de molécules à travers les membranes biologiques, notamment pour la création d'un potentiel électrique transmembranaire ; réalisation de la contraction musculaire.On connaît également le rôle de l'ATP en tant que médiateur dans les synapses et substance de signalisation dans d'autres interactions intercellulaires (transmission du signal purinergique entre les cellules de divers tissus et organes, et ses violations sont souvent associées à diverses maladies).

L'ATP est un accumulateur d'énergie universel dans la nature vivante.
La molécule d'ATP (adénosine triphosphate) est une source d'énergie universelle, assurant non seulement le travail des muscles, mais également le flux de nombreux autres processus biologiques, notamment la croissance de la masse musculaire (anabolisme).
La molécule d'ATP est composée d'adénine, de ribose et de trois phosphates. Le processus de synthèse de l'ATP est un sujet distinct, je le décrirai dans la partie suivante. Il est important de comprendre ce qui suit. L'énergie est libérée lorsque l'un des trois phosphates est séparé de la molécule et l'ATP est converti en ADP (adénosine diphosphate). Si nécessaire, un autre résidu de phosphore peut être séparé pour obtenir de l'AMP (adénosine monophosphate) avec une libération de réénergie.

La qualité la plus importante est que l'ADP peut être rapidement réduit à un ATP complètement chargé. La durée de vie d'une molécule d'ATP est en moyenne inférieure à une minute, et jusqu'à 3000 cycles de recharge peuvent se produire avec cette molécule par jour.

Voyons ce qui se passe dans les mitochondries, car la science académique n'explique pas assez clairement le processus de manifestation de l'énergie.
Dans les mitochondries, une différence de potentiel est créée - la tension.
Wikipédia dit que La fonction principale des mitochondries est l'oxydation des composés organiques et l'utilisation de l'énergie libérée lors de leur désintégration dans la synthèse des molécules d'ATP, qui se produit en raison du mouvement d'un électron le long de la chaîne de transport d'électrons des protéines de la membrane interne. ...
Cependant, l'électron lui-même se déplace en raison de la différence de potentiel, mais d'où vient-il ?
Plus loin il est écrit : La membrane interne des mitochondries forme de nombreux plis profonds appelés crêtes. La conversion de l'énergie libérée lorsque les électrons se déplacent le long de la chaîne respiratoire n'est possible que si la membrane interne des mitochondries est imperméable aux ions. Cela est dû au fait que l'énergie est stockée sous la forme d'une différence de concentrations (gradient) de protons ... Le mouvement des protons de la matrice dans l'espace intermembranaire des mitochondries, qui s'effectue en raison du fonctionnement du chaîne respiratoire, conduit au fait que la matrice mitochondriale est alcalinisée et que l'espace intermembranaire est acidifié.
Partout, les scientifiques ne voient que des électrons et des protons.Il est important de comprendre ici que le proton est une charge positive et que l'électron est négatif. Dans les mitochondries, l'hydrogène positif et deux membranes sont responsables de la différence de potentiel. L'espace intermembranaire est chargé positivement et, par conséquent, il est acidifié et la matrice est alcalinisée par des charges négatives. Différence de potentiel nette. La tension est créée. Mais il n'y avait plus de clarté, comment cela s'est-il passé ?!
Si nous abordons ce processus en utilisant le concept des Trois Forces, qui sont clairement tracées dans la loi d'Ohm, il devient clair pour nous qu'un courant d'appel est nécessaire pour créer une différence de potentiel : U = je x R (je = U / R ). En ce qui concerne le processus de synthèse de l'ATP, nous observons la résistance la membrane interne des mitochondries et différence de potentiel dans l'espace matriciel et intermembranaire. Où se trouve courant de démarrage , cette force cardinale affirmative qui donne un potentiel d'énergie et met en mouvement cet électron notoire ? Où est la source ?
Il est temps de se souvenir de Dieu, mais pas en vain. Et qui a insufflé la vie à tous les êtres vivants ? Après tout, une personne n'est pas une batterie galvanique et les processus en elle ne sont pas purement électriques. Les processus chez une personne sont anti-entropiques - développement, croissance, prospérité, et non dégradation, décomposition et mort.
À suivre.