ऊर्जा संचायक के रूप में एटीपी का उपयोग। कोशिका में ऊर्जा संचायक कौन सा पदार्थ है? ज्ञान का इनपुट नियंत्रण

एटीपी जैविक ऊर्जा का एक सार्वभौमिक भंडारण है। 1940 में यूएसएसआर एकेडमी ऑफ मेडिकल साइंसेज के शिक्षाविद वी। ए। एंगेलहार्ड द्वारा सभी जीवित चीजों के लिए इसकी भूमिका निम्नानुसार तैयार की गई थी: "कोई भी सेलुलर ऊर्जा भंडारण एटीपी बनाता है, सेल में किसी भी ऊर्जा खपत का भुगतान एटीपी द्वारा किया जाता है।" यह नियम मांसपेशियों की कोशिकाओं और मस्तिष्क की कोशिकाओं के लिए भी सही है, जहां ऊर्जा अतिरिक्त रूप से जमा होती है।

चीनी परंपरा में, चार अंक या चार मौलिक की अवधारणा है ऊर्जा: पारलौकिक ऊर्जा, ऊर्जाशुरुआत, किताबों में उसका कभी उल्लेख नहीं है, क्योंकि वह सर्वव्यापी है और उसके बिना कुछ भी मौजूद नहीं होगा; ...

एटीपी अणु में तीन फॉस्फोरिक एसिड अवशेष होते हैं। उनके बीच के बंधन (एटीपीस एंजाइम की उपस्थिति में) आसानी से टूट जाते हैं। जब एटीपी का एक अणु फॉस्फोरिक एसिड के एक अणु से अलग हो जाता है, तो 40 kJ ऊर्जा निकलती है, इसलिए बांड को मैक्रोर्जिक (बड़ी मात्रा में ऊर्जा ले जाने वाला) कहा जाता है।

एटीपी में रासायनिक रूप से बंधी ऊर्जा का यांत्रिक (मांसपेशियों के संकुचन के लिए आवश्यक), विद्युत, प्रकाश, परासरण की ध्वनि ऊर्जा और इसके अन्य प्रकारों में रूपांतरण, जो कोशिका में प्लास्टिक पदार्थों के संश्लेषण, वृद्धि, विकास, वंशानुगत संचरण की संभावना को सुनिश्चित करता है। लक्षण, श्वसन टुकड़ियों के प्राथमिक कणों के सिर में उनकी उपस्थिति के कारण किया जाता है, अर्थात उन्हीं कणों में जहां इसका संश्लेषण होता है। एटीपी के टूटने के दौरान निकलने वाली ऊर्जा सीधे जैविक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो प्रोटीन, न्यूक्लियोटाइड और अन्य कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण के लिए आवश्यक है, जिसके बिना शरीर की वृद्धि और विकास असंभव है। एटीपी में ऊर्जा भंडार का उपयोग सेल और उसके ऑर्गेनेल के किसी भी कार्य को करने के लिए आंदोलनों को करने, बिजली उत्पन्न करने, प्रकाश उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

सेल में एटीपी की आपूर्ति सीमित है। मांसपेशियों के तंतुओं में, वे केवल 30-40 संकुचन के लिए ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं, और अन्य ऊतकों की कोशिकाओं में वे और भी कम होते हैं। एटीपी भंडार को फिर से भरने के लिए, इसका संश्लेषण लगातार होना चाहिए - से (एडीपी) और अकार्बनिक फॉस्फेट, जो एटीपी सिंथेटेस एंजाइम की भागीदारी के साथ किया जाता है। इसलिए, एटीपी संश्लेषण की प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए एटीपी और एडीपी (एटीपी सिंथेटेस गतिविधि) की सांद्रता के बीच का अनुपात बहुत महत्वपूर्ण है। एडीपी की कमी के साथ, सक्रिय केंद्र में एटीपीस की उपस्थिति के कारण, एटीपी हाइड्रोलिसिस तेज हो जाएगा, जैसा कि उल्लेख किया गया है, ऑक्सीडेटिव प्रक्रिया से जुड़ा हुआ है और हाइड्रोजन और ऑक्सीजन वाहक की स्थिति पर निर्भर करता है।

जितना अधिक एनएडी और उसका कम रूप, उतना अधिक ऑक्सीकृत साइटोक्रोम सी और एडीपी, एटीपी संश्लेषण की दर जितनी अधिक होगी। अन्य एंजाइमों और कोएंजाइमों के साथ, श्वसन तंत्र के काम के मुख्य नियामक सब्सट्रेट एनएडी-एनएडी से हाइड्रोजन स्थानांतरण के पहले चरण में हैं, दूसरे में - ऑक्सीजन के लिए इलेक्ट्रॉन वाहक, साइटोक्रोम, और अंतिम चरण में - एटीपी और एडीपी के बीच अनुपात

यूनिवर्सल जैविक ऊर्जा संचायक। सूर्य की प्रकाश ऊर्जा और उपभोग किए गए भोजन में निहित ऊर्जा एटीपी अणुओं में संग्रहित होती है। कोशिका में एटीपी की आपूर्ति कम होती है। तो, एक मांसपेशी में, एटीपी रिजर्व 20-30 संकुचन के लिए पर्याप्त है। बढ़े हुए, लेकिन अल्पकालिक काम के साथ, मांसपेशियां पूरी तरह से उनमें निहित एटीपी के विभाजन के कारण काम करती हैं। काम खत्म करने के बाद, एक व्यक्ति जोर से सांस लेता है - इस अवधि के दौरान, कार्बोहाइड्रेट और अन्य पदार्थों का टूटना (ऊर्जा जमा होती है) और कोशिकाओं में एटीपी की आपूर्ति बहाल हो जाती है।

18. केज

यूकेरियोट्स (यूकेरियोट्स) (ग्रीक ईयू से - अच्छा, पूरी तरह से और कैरियोन - कोर), जीव (बैक्टीरिया को छोड़कर सब कुछ, साइनोबैक्टीरिया सहित), जो प्रोकैरियोट्स के विपरीत, एक गठित कोशिका नाभिक होता है, जो परमाणु झिल्ली द्वारा साइटोप्लाज्म से सीमांकित होता है। आनुवंशिक सामग्री गुणसूत्रों में निहित है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया, प्लास्टिड और अन्य अंग होते हैं। यौन प्रक्रिया विशिष्ट है।

19. केज, एक प्राथमिक जीवन प्रणाली, सभी जानवरों और पौधों की संरचना और जीवन का आधार। कोशिकाएं स्वतंत्र जीवों (जैसे, प्रोटोजोआ, बैक्टीरिया) के रूप में और बहुकोशिकीय जीवों के हिस्से के रूप में मौजूद होती हैं, जिसमें प्रजनन के लिए काम करने वाली सेक्स कोशिकाएं होती हैं, और शरीर की कोशिकाएं (दैहिक), संरचना और कार्यों में भिन्न (जैसे, तंत्रिका, हड्डी, मांसपेशी) , सचिव)। कोशिका का आकार 0.1-0.25 माइक्रोन (कुछ बैक्टीरिया) से 155 मिमी (खोल में शुतुरमुर्ग के अंडे) तक भिन्न होता है।

मनुष्यों में, नवजात शिशु के शरीर में, लगभग। 2 1012. प्रत्येक कोशिका में, 2 मुख्य भाग प्रतिष्ठित होते हैं: नाभिक और साइटोप्लाज्म, जिसमें अंग और समावेशन स्थित होते हैं। पादप कोशिकाएँ आमतौर पर एक कठोर खोल से ढकी होती हैं। कोशिका का विज्ञान कोशिका विज्ञान है।

प्रोकैरियोट्स (लैटिन प्रो-फॉरवर्ड से, ग्रीक कैरियोन - न्यूक्लियस के बजाय), ऐसे जीव जिनमें यूकेरियोट्स के विपरीत, एक अच्छी तरह से गठित सेल न्यूक्लियस नहीं होता है। एक गोलाकार डीएनए स्ट्रैंड के रूप में आनुवंशिक सामग्री न्यूक्लियोटाइड में मुक्त होती है और सच्चे गुणसूत्र नहीं बनाती है। कोई विशिष्ट यौन प्रक्रिया नहीं है। प्रोकैरियोट्स में सायनोबैक्टीरिया (नीला-हरा शैवाल) सहित बैक्टीरिया शामिल हैं। जैविक दुनिया की प्रणाली में, प्रोकैरियोट्स सुपर-किंगडम का गठन करते हैं।

20. प्लास्टिक झिल्ली(कोशिका झिल्ली, प्लास्मलेम्मा), एक जैविक झिल्ली जो पौधे और पशु कोशिकाओं के प्रोटोप्लाज्म को घेर लेती है। कोशिका और उसके पर्यावरण के बीच चयापचय के नियमन में भाग लेता है।

21. सेल समावेशन- अतिरिक्त पोषक तत्वों का संचय: प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट।

22. गोल्गी के अलावा(गोल्गी कॉम्प्लेक्स) (के। गोल्गी के नाम पर), ग्लाइकोप्रोटीन के संश्लेषण में अपने चयापचय उत्पादों (विभिन्न रहस्य, कोलेजन, ग्लाइकोजन, लिपिड, आदि) के निर्माण में शामिल एक कोशिका अंग।

23 लाइसोसोम(लिज़ और ग्रीक से। सोमा - शरीर), एंजाइम युक्त सेलुलर संरचनाएं जो प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, पॉलीसेकेराइड को तोड़ सकती हैं (लाइस)। वे फागोसाइटोसिस और पिनोसाइटोसिस द्वारा कोशिका में प्रवेश करने वाले पदार्थों के इंट्रासेल्युलर पाचन में भाग लेते हैं।

24. माइटोकॉन्ड्रियाएक बाहरी झिल्ली से घिरा हुआ है और इसलिए पहले से ही एक कम्पार्टमेंट है, जो आसपास के साइटोप्लाज्म से अलग है; इसके अलावा, माइटोकॉन्ड्रिया का आंतरिक स्थान भी आंतरिक झिल्ली द्वारा दो डिब्बों में विभाजित होता है। माइटोकॉन्ड्रिया की बाहरी झिल्ली एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम की झिल्लियों की संरचना के समान है; माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली, जो सिलवटों (क्राइस्ट) बनाती है, प्रोटीन से भरपूर होती है - शायद यह कोशिका में सबसे अधिक प्रोटीन युक्त झिल्लियों में से एक है; उनमें से "श्वसन श्रृंखला" प्रोटीन हैं जो इलेक्ट्रॉन परिवहन के लिए जिम्मेदार हैं; कुछ कार्बनिक अणुओं और आयनों में एडीपी, एटीपी, ऑक्सीजन, सीओ के लिए वाहक प्रोटीन। साइटोप्लाज्म से माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करने वाले ग्लाइकोलाइसिस उत्पाद माइटोकॉन्ड्रिया के आंतरिक डिब्बे में ऑक्सीकृत हो जाते हैं।

इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के लिए जिम्मेदार प्रोटीन झिल्ली में स्थित होते हैं ताकि इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण की प्रक्रिया में, झिल्ली के एक तरफ प्रोटॉन बाहर निकल जाएं - वे बाहरी और आंतरिक झिल्ली के बीच की जगह में प्रवेश करते हैं और वहां जमा होते हैं। इसका परिणाम एक विद्युत रासायनिक क्षमता (एकाग्रता और आवेशों में अंतर के कारण) में होता है। आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति के कारण यह अंतर बना रहता है - यह प्रोटॉन के लिए अभेद्य है। यानी सामान्य परिस्थितियों में प्रोटॉन खुद इस झिल्ली से नहीं गुजर सकते। लेकिन इसमें विशेष प्रोटीन, या बल्कि प्रोटीन कॉम्प्लेक्स होते हैं, जिसमें कई प्रोटीन होते हैं और प्रोटॉन के लिए एक चैनल बनाते हैं। इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट की प्रेरक शक्ति की कार्रवाई के तहत प्रोटॉन इस चैनल से गुजरते हैं। इस प्रक्रिया की ऊर्जा का उपयोग एक ही प्रोटीन परिसरों में निहित एक एंजाइम द्वारा किया जाता है और एक फॉस्फेट समूह को एडेनोसिन डिपोस्फेट (एडीपी) से जोड़ने में सक्षम होता है, जो एटीपी के संश्लेषण की ओर जाता है।

इस प्रकार माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका में एक "ऊर्जा स्टेशन" की भूमिका निभाते हैं। प्लांट सेल क्लोरोप्लास्ट में एटीपी गठन का सिद्धांत आम तौर पर एक ही होता है - एक प्रोटॉन ढाल का उपयोग और रासायनिक बंधनों की ऊर्जा में विद्युत रासायनिक ढाल की ऊर्जा का रूपांतरण।

25. प्लास्टिड्स(ग्रीक प्लास्टोस से - फैशन), पौधों की कोशिकाओं के साइटोप्लाज्मिक ऑर्गेनेल। अक्सर वर्णक होते हैं जो प्लास्टिड के रंग को निर्धारित करते हैं। उच्च पौधों में, हरे रंग के प्लास्टिड क्लोरोप्लास्ट होते हैं, रंगहीन प्लास्टिड ल्यूकोप्लास्ट होते हैं, अलग-अलग रंग के प्लास्टिड क्रोमोप्लास्ट होते हैं; अधिकांश शैवाल में, प्लास्टिड्स को क्रोमैटोफोर्स कहा जाता है।

26. कोर- कोशिका का सबसे महत्वपूर्ण भाग। यह छिद्रों के साथ एक डबल-झिल्ली झिल्ली से ढका होता है जिसके माध्यम से कुछ पदार्थ नाभिक में प्रवेश करते हैं, जबकि अन्य साइटोप्लाज्म में प्रवेश करते हैं। क्रोमोसोम नाभिक की मुख्य संरचनाएं हैं, जो किसी जीव की विशेषताओं के बारे में वंशानुगत जानकारी के वाहक हैं। यह मातृ कोशिका के विभाजन की प्रक्रिया में बेटी कोशिकाओं को, और रोगाणु कोशिकाओं के साथ - बेटी जीवों को प्रेषित किया जाता है। नाभिक डीएनए और एमआरएनए संश्लेषण की साइट है। आरआरएनए।

28. समसूत्रीविभाजन के चरण(प्रोफ़ेज़, मेटा-फ़ेज़, एनाफ़ेज़, टेलोफ़ेज़) - कोशिका में क्रमिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला: ए) गुणसूत्रों का सर्पिलीकरण, परमाणु झिल्ली और न्यूक्लियोलस का विघटन; बी) एक विभाजन स्पिंडल का गठन, कोशिका के केंद्र में गुणसूत्रों का स्थान, उन्हें स्पिंडल थ्रेड्स का लगाव; सी) क्रोमैटिड्स का सेल के विपरीत ध्रुवों में विचलन (वे गुणसूत्र बन जाते हैं);

डी) एक सेल सेप्टम का निर्माण, साइटोप्लाज्म और उसके ऑर्गेनेल का विभाजन, परमाणु झिल्ली का निर्माण, गुणसूत्रों के एक ही सेट के साथ एक से दो कोशिकाओं की उपस्थिति (एक व्यक्ति की मां और बेटी कोशिकाओं में प्रत्येक में 46) )

पदार्थों के जैव रासायनिक परिवर्तनों की प्रक्रिया में, ऊर्जा की रिहाई के साथ, रासायनिक बंधन टूट जाते हैं। यह मुक्त, स्थितिज ऊर्जा है, जिसका उपयोग जीवित जीवों द्वारा सीधे नहीं किया जा सकता है। इसे परिवर्तित किया जाना चाहिए। ऊर्जा के दो सार्वभौमिक रूप हैं जिनका उपयोग सेल में विभिन्न प्रकार के कार्य करने के लिए किया जा सकता है:

1) रासायनिक ऊर्जा, रासायनिक यौगिकों के मैक्रोर्जिक बंधों की ऊर्जा। रासायनिक बंधों को मैक्रोर्जिक कहा जाता है, जब वे टूटते हैं, तो बड़ी मात्रा में मुक्त ऊर्जा निकलती है। ऐसे बंध वाले यौगिक मैक्रोर्जिक होते हैं। एटीपी अणु में मैक्रोर्जिक बांड होते हैं। इसमें कुछ गुण होते हैं जो कोशिकाओं के ऊर्जा चयापचय में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका निर्धारित करते हैं:

· थर्मोडायनामिक अस्थिरता;

· उच्च रासायनिक स्थिरता। कुशल ऊर्जा संरक्षण प्रदान करता है, क्योंकि यह गर्मी के रूप में ऊर्जा के अपव्यय को रोकता है;

· एटीपी अणु का छोटा आकार कोशिका के विभिन्न भागों में फैलाना आसान बनाता है, जहां रासायनिक, आसमाटिक या रासायनिक कार्य करने के लिए बाहर से ऊर्जा की आवश्यकता होती है;

· एटीपी हाइड्रोलिसिस के दौरान मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन का औसत मूल्य होता है, जो इसे अपने ऊर्जा कार्यों को सर्वोत्तम तरीके से करने की अनुमति देता है, अर्थात ऊर्जा को उच्च-ऊर्जा से कम-ऊर्जा यौगिकों में स्थानांतरित करने के लिए।

एटीपी सभी जीवित जीवों के लिए एक सार्वभौमिक ऊर्जा संचयक है; ऊर्जा एटीपी अणुओं में बहुत कम समय के लिए संग्रहीत होती है (एटीपी जीवनकाल एक सेकंड का 1/3 है)। यह सभी चल रही प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करने पर तुरंत खर्च किया जाता है। एटीपी अणु में निहित ऊर्जा का उपयोग साइटोप्लाज्म में होने वाली प्रतिक्रियाओं में किया जा सकता है (अधिकांश जैवसंश्लेषण में, साथ ही कुछ झिल्ली-निर्भर प्रक्रियाओं में)।

2) विद्युत रासायनिक ऊर्जा (हाइड्रोजन ट्रांसमेम्ब्रेन संभावित ऊर्जा)Δ। जब इलेक्ट्रॉनों को रेडॉक्स श्रृंखला के साथ एक निश्चित प्रकार के स्थानीयकृत झिल्ली में स्थानांतरित किया जाता है, जिसे ऊर्जा-निर्माण या संयुग्मन कहा जाता है, तो झिल्ली के दोनों किनारों पर अंतरिक्ष में प्रोटॉन का असमान वितरण होता है, यानी एक ट्रांसवर्सली ओरिएंटेड या ट्रांसमेम्ब्रेन हाइड्रोजन ग्रेडिएंट Δ झिल्ली पर होता है, जिसे वोल्ट में मापा जाता है। परिणामी एटीपी अणुओं के संश्लेषण की ओर जाता है। रूप में ऊर्जा का उपयोग झिल्ली पर स्थानीयकृत विभिन्न ऊर्जा-निर्भर प्रक्रियाओं में किया जा सकता है:

आनुवंशिक परिवर्तन की प्रक्रिया में डीएनए के अवशोषण के लिए;

झिल्ली में प्रोटीन के स्थानांतरण के लिए;

कई प्रोकैरियोट्स की आवाजाही सुनिश्चित करने के लिए;

· साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के माध्यम से अणुओं और आयनों के सक्रिय परिवहन को सुनिश्चित करना।

पदार्थों के ऑक्सीकरण के दौरान प्राप्त सभी मुक्त ऊर्जा को सेल के लिए सुलभ रूप में परिवर्तित नहीं किया जाता है और एटीपी में जमा होता है। उत्पन्न मुक्त ऊर्जा का एक हिस्सा थर्मल, कम अक्सर प्रकाश और विद्युत ऊर्जा के रूप में नष्ट हो जाता है। यदि कोई कोशिका सभी ऊर्जा-खपत प्रक्रियाओं पर खर्च करने की तुलना में अधिक ऊर्जा संग्रहीत करती है, तो यह बड़ी मात्रा में उच्च-आणविक आरक्षित पदार्थों (लिपिड) का संश्लेषण करती है। यदि आवश्यक हो, तो ये पदार्थ जैव रासायनिक परिवर्तनों से गुजरते हैं और कोशिका को ऊर्जा की आपूर्ति करते हैं।

एटीपी सेल की सार्वभौमिक ऊर्जा "मुद्रा" है।प्रकृति के सबसे आश्चर्यजनक "आविष्कार" में से एक तथाकथित "मैक्रोर्जिक" पदार्थों के अणु हैं, जिनकी रासायनिक संरचना में एक या अधिक बंधन होते हैं जो ऊर्जा भंडारण उपकरणों के रूप में कार्य करते हैं। प्रकृति में कई समान अणु पाए गए हैं, लेकिन उनमें से केवल एक, एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड (एटीपी), मानव शरीर में पाया जाता है। यह एक जटिल कार्बनिक अणु है, जिसमें अकार्बनिक फॉस्फोरिक एसिड पीओ के 3 नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अवशेष जुड़े हुए हैं। यह फॉस्फोरस अवशेष हैं जो अणु के कार्बनिक भाग से "मैक्रोर्जिक" बांडों से जुड़े होते हैं, जो विभिन्न इंट्रासेल्युलर प्रतिक्रियाओं के दौरान आसानी से नष्ट हो जाते हैं। हालाँकि, इन बंधों की ऊर्जा ऊष्मा के रूप में अंतरिक्ष में नष्ट नहीं होती है, बल्कि इसका उपयोग अन्य अणुओं की गति या रासायनिक संपर्क के लिए किया जाता है। यह इस संपत्ति के लिए धन्यवाद है कि एटीपी सेल में एक सार्वभौमिक ऊर्जा भंडारण (संचयक) के साथ-साथ एक सार्वभौमिक "मुद्रा" का कार्य करता है। आखिरकार, कोशिका में होने वाला लगभग हर रासायनिक परिवर्तन या तो ऊर्जा को अवशोषित या मुक्त करता है। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप बनने वाली और एटीपी के रूप में संग्रहीत ऊर्जा की कुल मात्रा उस ऊर्जा की मात्रा के बराबर होती है जिसे सेल अपनी सिंथेटिक प्रक्रियाओं और किसी भी कार्य के प्रदर्शन के लिए उपयोग कर सकता है। . इस या उस क्रिया को करने के अवसर के लिए "भुगतान" के रूप में, सेल को एटीपी की आपूर्ति खर्च करने के लिए मजबूर किया जाता है। इस मामले में, इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि एटीपी अणु इतना बड़ा है कि यह कोशिका झिल्ली से गुजरने में सक्षम नहीं है। इसलिए, एक सेल में उत्पादित एटीपी का उपयोग दूसरी सेल द्वारा नहीं किया जा सकता है। शरीर की प्रत्येक कोशिका को अपनी आवश्यकताओं के लिए एटीपी को अपने कार्यों को करने के लिए आवश्यक मात्रा में संश्लेषित करने के लिए मजबूर किया जाता है।

मानव शरीर की कोशिकाओं में एटीपी पुनर्संश्लेषण के तीन स्रोत।जाहिर है, मानव शरीर की कोशिकाओं के दूर के पूर्वज कई लाखों साल पहले मौजूद थे, जो पौधों की कोशिकाओं से घिरे थे, जो उन्हें अधिक मात्रा में कार्बोहाइड्रेट की आपूर्ति करते थे, और पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं थी या बिल्कुल भी नहीं थी। यह कार्बोहाइड्रेट है जो शरीर में ऊर्जा के उत्पादन के लिए पोषक तत्वों का सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला घटक है। और यद्यपि मानव शरीर की अधिकांश कोशिकाओं ने ऊर्जा कच्चे माल के रूप में प्रोटीन और वसा का उपयोग करने की क्षमता हासिल कर ली है, कुछ (उदाहरण के लिए, तंत्रिका, लाल रक्त, पुरुष लिंग) कोशिकाएं कार्बोहाइड्रेट के ऑक्सीकरण के कारण ही ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम हैं। .

कार्बोहाइड्रेट के प्राथमिक ऑक्सीकरण की प्रक्रियाएं - या बल्कि, ग्लूकोज, जो वास्तव में, कोशिकाओं में ऑक्सीकरण का मुख्य सब्सट्रेट बनाती है - सीधे साइटोप्लाज्म में होती है: यह वहां है कि एंजाइम कॉम्प्लेक्स स्थित हैं, जिसके कारण ग्लूकोज अणु आंशिक रूप से होता है नष्ट हो जाता है, और जारी ऊर्जा एटीपी के रूप में जमा हो जाती है। इस प्रक्रिया को ग्लाइकोलाइसिस कहा जाता है, यह बिना किसी अपवाद के मानव शरीर की सभी कोशिकाओं में हो सकता है। इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, ग्लूकोज के एक 6-कार्बन अणु से पाइरुविक एसिड के दो 3-कार्बन अणु और एटीपी के दो अणु बनते हैं।

ग्लाइकोलाइसिस एक बहुत तेज़, लेकिन अपेक्षाकृत अक्षम प्रक्रिया है। ग्लाइकोलाइसिस प्रतिक्रियाओं के पूरा होने के बाद कोशिका में बनने वाला पाइरुविक एसिड लगभग तुरंत लैक्टिक एसिड में बदल जाता है और कभी-कभी (उदाहरण के लिए, भारी मांसपेशियों के काम के दौरान) बहुत बड़ी मात्रा में रक्त में प्रवेश करता है, क्योंकि यह एक छोटा अणु है जो स्वतंत्र रूप से गुजर सकता है कोशिका झिल्ली। रक्त में अम्लीय चयापचय उत्पादों की इतनी बड़ी रिहाई होमोस्टैसिस को बाधित करती है, और शरीर को मांसपेशियों के काम या अन्य सक्रिय क्रिया के परिणामों से निपटने के लिए विशेष होमोस्टैटिक तंत्र को चालू करना पड़ता है।

ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप बने पाइरुविक एसिड में अभी भी बहुत अधिक संभावित रासायनिक ऊर्जा होती है और यह आगे ऑक्सीकरण के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में काम कर सकता है, लेकिन इसके लिए विशेष एंजाइम और ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया कई कोशिकाओं में होती है जिनमें विशेष अंग होते हैं - माइटोकॉन्ड्रिया। माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली की आंतरिक सतह बड़े लिपिड और प्रोटीन अणुओं से बनी होती है, जिसमें बड़ी संख्या में ऑक्सीडेटिव एंजाइम शामिल होते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर, साइटोप्लाज्म में बनने वाले 3-कार्बन अणु प्रवेश करते हैं - आमतौर पर यह एसिटिक एसिड (एसीटेट) होता है। वहां वे प्रतिक्रियाओं के निरंतर चल रहे चक्र में शामिल होते हैं, जिसके दौरान कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु बारी-बारी से इन कार्बनिक अणुओं से अलग हो जाते हैं, जो ऑक्सीजन के साथ मिलकर कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में बदल जाते हैं। इन प्रतिक्रियाओं में, बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है, जो एटीपी के रूप में जमा होती है। पाइरुविक एसिड का प्रत्येक अणु, माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीकरण के एक पूरे चक्र से गुजरने के बाद, कोशिका को 17 एटीपी अणु प्राप्त करने की अनुमति देता है। इस प्रकार, 1 ग्लूकोज अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण कोशिका को 2+17x2 = 36 एटीपी अणु प्रदान करता है। यह भी उतना ही महत्वपूर्ण है कि फैटी एसिड और अमीनो एसिड, यानी वसा और प्रोटीन के घटकों को भी माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीकरण की प्रक्रिया में शामिल किया जा सकता है। इस क्षमता के लिए धन्यवाद, माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका को शरीर द्वारा खाए जाने वाले खाद्य पदार्थों से अपेक्षाकृत स्वतंत्र बनाता है: किसी भी मामले में, आवश्यक मात्रा में ऊर्जा प्राप्त की जाएगी।

कुछ ऊर्जा कोशिका में क्रिएटिन फॉस्फेट (सीआरपी) के एक अणु के रूप में जमा हो जाती है, जो एटीपी से छोटा और अधिक गतिशील होता है। यह वह छोटा अणु है जो कोशिका के एक छोर से दूसरे छोर तक तेजी से जा सकता है - जहां इस समय ऊर्जा की सबसे अधिक आवश्यकता होती है। सीआरएफ स्वयं संश्लेषण, मांसपेशियों के संकुचन या तंत्रिका आवेग के संचालन की प्रक्रियाओं को ऊर्जा नहीं दे सकता है: इसके लिए एटीपी की आवश्यकता होती है। लेकिन दूसरी ओर, सीआरएफ आसानी से और व्यावहारिक रूप से बिना किसी नुकसान के एडिनाज़िन डाइफॉस्फेट (एडीपी) अणु को अपनी सारी ऊर्जा देने में सक्षम है, जो तुरंत एटीपी में बदल जाता है और आगे जैव रासायनिक परिवर्तनों के लिए तैयार होता है।

इस प्रकार, सेल के कामकाज के दौरान खर्च की गई ऊर्जा, यानी। एटीपी को तीन मुख्य प्रक्रियाओं के कारण नवीनीकृत किया जा सकता है: एनारोबिक (ऑक्सीजन मुक्त) ग्लाइकोलाइसिस, एरोबिक (ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ) माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीकरण, और फॉस्फेट समूह के सीआरएफ से एडीपी में स्थानांतरण के कारण भी।

क्रिएटिन फॉस्फेट स्रोत सबसे शक्तिशाली है, क्योंकि एडीपी के साथ सीआरएफ की प्रतिक्रिया बहुत तेज है। हालांकि, सेल में CrF की आपूर्ति आमतौर पर छोटी होती है - उदाहरण के लिए, CrF के कारण मांसपेशियां अधिकतम प्रयास के साथ 6-7 s से अधिक नहीं काम कर सकती हैं। यह आमतौर पर दूसरा सबसे शक्तिशाली - ग्लाइकोलाइटिक - ऊर्जा का स्रोत शुरू करने के लिए पर्याप्त है। ऐसे में पोषक तत्वों का संसाधन कई गुना अधिक होता है, लेकिन जैसे-जैसे काम आगे बढ़ता है, लैक्टिक एसिड बनने के कारण होमोस्टैसिस में तनाव बढ़ जाता है, और अगर ऐसा काम बड़ी मांसपेशियों द्वारा किया जाता है, तो यह 1.5- से अधिक नहीं रह सकता है- दो मिनट। लेकिन इस समय के दौरान, माइटोकॉन्ड्रिया लगभग पूरी तरह से सक्रिय हो जाते हैं, जो न केवल ग्लूकोज, बल्कि फैटी एसिड को भी जलाने में सक्षम होते हैं, जिसकी आपूर्ति शरीर में लगभग अटूट होती है। इसलिए, एक एरोबिक माइटोकॉन्ड्रियल स्रोत बहुत लंबे समय तक काम कर सकता है, हालांकि इसकी शक्ति अपेक्षाकृत कम है - ग्लाइकोलाइटिक स्रोत से 2-3 गुना कम और क्रिएटिन फॉस्फेट स्रोत की शक्ति से 5 गुना कम।

शरीर के विभिन्न ऊतकों में ऊर्जा उत्पादन के संगठन की विशेषताएं।विभिन्न ऊतकों में माइटोकॉन्ड्रिया की अलग-अलग संतृप्ति होती है। वे हड्डियों और सफेद वसा में कम से कम, भूरे रंग के वसा, यकृत और गुर्दे में सबसे अधिक होते हैं। तंत्रिका कोशिकाओं में काफी मात्रा में माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं। मांसपेशियों में माइटोकॉन्ड्रिया की उच्च सांद्रता नहीं होती है, लेकिन इस तथ्य के कारण कि कंकाल की मांसपेशियां शरीर का सबसे विशाल ऊतक हैं (एक वयस्क के शरीर के वजन का लगभग 40%), यह मांसपेशियों की कोशिकाओं की जरूरतें हैं जो बड़े पैमाने पर निर्धारित करती हैं सभी ऊर्जा चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता और दिशा। I.A. अर्शवस्की ने इसे "कंकाल की मांसपेशियों का ऊर्जा नियम" कहा।

उम्र के साथ, ऊर्जा चयापचय के दो महत्वपूर्ण घटक एक साथ बदलते हैं: विभिन्न चयापचय गतिविधि वाले ऊतकों के द्रव्यमान का अनुपात, साथ ही इन ऊतकों में सबसे महत्वपूर्ण ऑक्सीडेटिव एंजाइमों की सामग्री। नतीजतन, ऊर्जा चयापचय में काफी जटिल परिवर्तन होते हैं, लेकिन सामान्य तौर पर, इसकी तीव्रता उम्र के साथ कम हो जाती है, और काफी महत्वपूर्ण है।

ऊर्जा विनिमय

ऊर्जा विनिमयशरीर का सबसे अभिन्न कार्य है। कोई भी संश्लेषण, किसी भी अंग की गतिविधि, कोई भी कार्यात्मक गतिविधि अनिवार्य रूप से ऊर्जा चयापचय को प्रभावित करती है, क्योंकि संरक्षण के नियम के अनुसार, जिसमें कोई अपवाद नहीं है, पदार्थ के परिवर्तन से जुड़ा कोई भी कार्य ऊर्जा के व्यय के साथ होता है।

ऊर्जा लागतजीव बेसल चयापचय के तीन असमान भागों, कार्यों की ऊर्जा आपूर्ति, साथ ही विकास, विकास और अनुकूली प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा लागत से बने होते हैं। इन भागों के बीच का अनुपात व्यक्तिगत विकास के चरण और विशिष्ट स्थितियों (तालिका 2) द्वारा निर्धारित किया जाता है।

बेसल चयापचय- यह ऊर्जा उत्पादन का न्यूनतम स्तर है जो अंगों और प्रणालियों की कार्यात्मक गतिविधि की परवाह किए बिना हमेशा मौजूद रहता है, और कभी भी शून्य के बराबर नहीं होता है। बेसल चयापचय में तीन मुख्य प्रकार के ऊर्जा व्यय होते हैं: कार्यों का न्यूनतम स्तर, व्यर्थ चक्र और पुनरावर्ती प्रक्रियाएं।

शरीर की न्यूनतम ऊर्जा आवश्यकता।कार्यों के न्यूनतम स्तर का प्रश्न काफी स्पष्ट है: पूर्ण आराम की स्थितियों में भी (उदाहरण के लिए, आराम से नींद), जब कोई सक्रिय कारक शरीर पर कार्य नहीं करता है, तो मस्तिष्क और अंतःस्रावी ग्रंथियों की एक निश्चित गतिविधि को बनाए रखना आवश्यक है, यकृत और जठरांत्र संबंधी मार्ग, हृदय और रक्त वाहिकाएं, श्वसन की मांसपेशियां और फेफड़े के ऊतक, टॉनिक और चिकनी मांसपेशियां आदि।

व्यर्थ चक्र।कम ही लोग जानते हैं कि शरीर की हर कोशिका में लाखों चक्रीय जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं लगातार हो रही हैं, जिसके परिणामस्वरूप कुछ भी उत्पन्न नहीं होता है, लेकिन उनके कार्यान्वयन के लिए एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ये तथाकथित व्यर्थ चक्र हैं, प्रक्रियाएं जो वास्तविक कार्यात्मक कार्य की अनुपस्थिति में सेलुलर संरचनाओं की "लड़ाकू क्षमता" को संरक्षित करती हैं। कताई शीर्ष की तरह, व्यर्थ चक्र कोशिका और उसकी सभी संरचनाओं को स्थिरता प्रदान करते हैं। प्रत्येक व्यर्थ चक्र को बनाए रखने के लिए ऊर्जा व्यय छोटा है, लेकिन उनमें से कई हैं, और नतीजतन, यह बेसल ऊर्जा व्यय के काफी महत्वपूर्ण अनुपात में अनुवाद करता है।

पुनरावर्ती प्रक्रियाएं।चयापचय प्रक्रियाओं में शामिल कई जटिल रूप से संगठित अणु जल्दी या बाद में क्षतिग्रस्त होने लगते हैं, अपने कार्यात्मक गुणों को खो देते हैं या यहां तक ​​​​कि विषाक्त भी प्राप्त करते हैं। निरंतर "मरम्मत और बहाली कार्य" की आवश्यकता होती है, सेल से क्षतिग्रस्त अणुओं को हटाने और उनके स्थान पर नए लोगों को संश्लेषित करने के लिए, पिछले वाले के समान। इस तरह की पुनर्योजी प्रक्रियाएं हर कोशिका में लगातार होती हैं, क्योंकि किसी भी प्रोटीन अणु का जीवनकाल आमतौर पर 1-2 सप्ताह से अधिक नहीं होता है, और किसी भी कोशिका में सैकड़ों लाखों होते हैं। पर्यावरणीय कारक - प्रतिकूल तापमान, पृष्ठभूमि विकिरण में वृद्धि, विषाक्त पदार्थों के संपर्क में और बहुत कुछ - जटिल अणुओं के जीवन को महत्वपूर्ण रूप से छोटा कर सकते हैं और, परिणामस्वरूप, पुनरावर्ती प्रक्रियाओं के तनाव को बढ़ा सकते हैं।

एक बहुकोशिकीय जीव के ऊतकों के कामकाज का न्यूनतम स्तर।सेल की कार्यप्रणाली हमेशा कुछ न कुछ होती है बाहरी कार्य. पेशीय कोशिका के लिए यह उसका संकुचन है, तंत्रिका कोशिका के लिए यह विद्युत आवेग का उत्पादन और चालन है, ग्रंथि कोशिका के लिए, यह एक गुप्त का उत्पादन और स्राव का कार्य है, एक उपकला कोशिका के लिए, यह पिनोसाइटोसिस या आसपास के ऊतकों और जैविक तरल पदार्थों के साथ बातचीत का दूसरा रूप है। स्वाभाविक रूप से, कोई भी कार्य उसके कार्यान्वयन के लिए ऊर्जा के व्यय के बिना नहीं किया जा सकता है। लेकिन कोई भी कार्य, इसके अलावा, शरीर के आंतरिक वातावरण में परिवर्तन की ओर ले जाता है, क्योंकि एक सक्रिय कोशिका के अपशिष्ट उत्पाद अन्य कोशिकाओं और ऊतकों के प्रति उदासीन नहीं हो सकते हैं। इसलिए, किसी फ़ंक्शन के प्रदर्शन के दौरान ऊर्जा खपत का दूसरा सोपान होमोस्टैसिस के सक्रिय रखरखाव से जुड़ा होता है, जो कभी-कभी ऊर्जा का एक बहुत महत्वपूर्ण हिस्सा खपत करता है। इस बीच, न केवल आंतरिक वातावरण की संरचना कार्यात्मक कार्यों को करने के दौरान बदलती है, संरचनाएं अक्सर बदलती हैं, और अक्सर विनाश की दिशा में। तो, कंकाल की मांसपेशियों के संकुचन के साथ (यहां तक ​​कि एक छोटी तीव्रता का भी), मांसपेशी फाइबर का टूटना हमेशा होता है, अर्थात। फॉर्म की अखंडता टूट गई है। शरीर में आकार की स्थिरता (होमियोमोर्फोसिस) बनाए रखने के लिए विशेष तंत्र हैं, जो क्षतिग्रस्त या परिवर्तित संरचनाओं की शीघ्र वसूली सुनिश्चित करते हैं, लेकिन यह फिर से ऊर्जा की खपत करता है। और, अंत में, एक विकासशील जीव के लिए अपने विकास की मुख्य प्रवृत्तियों को बनाए रखना बहुत महत्वपूर्ण है, भले ही विशिष्ट परिस्थितियों के संपर्क में आने के परिणामस्वरूप कौन से कार्यों को सक्रिय करना पड़े। कार्यों के सक्रियण के दौरान दिशा और विकास के चैनलों (होमियोरिसिस) की अपरिवर्तनीयता बनाए रखना ऊर्जा खपत का दूसरा रूप है।

एक विकासशील जीव के लिए, ऊर्जा खपत की एक महत्वपूर्ण वस्तु वास्तविक वृद्धि और विकास है। हालांकि, किसी के लिए, एक परिपक्व जीव सहित, अनुकूली पुनर्व्यवस्था की प्रक्रियाएं मात्रा के मामले में कम ऊर्जा-खपत नहीं हैं और सार में बहुत समान हैं। यहां, ऊर्जा व्यय का उद्देश्य जीनोम को सक्रिय करना, अप्रचलित संरचनाओं (अपचय) को नष्ट करना और संश्लेषण (उपचय) करना है।

बेसल चयापचय की लागत और वृद्धि और विकास की लागत उम्र के साथ काफी कम हो जाती है, और कार्य करने की लागत गुणात्मक रूप से भिन्न हो जाती है। चूंकि आधारभूत ऊर्जा व्यय और ऊर्जा व्यय को विकास और विकास प्रक्रियाओं में अलग करना व्यवस्थित रूप से अत्यंत कठिन है, इसलिए उन्हें आमतौर पर नाम के तहत एक साथ माना जाता है। "बीएक्स"।

बेसल चयापचय की आयु की गतिशीलता।एम। रूबनेर (1861) के समय से, यह सर्वविदित है कि स्तनधारियों में, जैसे-जैसे शरीर का वजन बढ़ता है, प्रति इकाई द्रव्यमान में गर्मी उत्पादन की तीव्रता कम होती जाती है; जबकि प्रति इकाई क्षेत्र में गणना की गई विनिमय की मात्रा स्थिर रहती है ("सतह नियम")। इन तथ्यों की अभी भी संतोषजनक सैद्धांतिक व्याख्या नहीं है, और इसलिए, शरीर के आकार और चयापचय दर के बीच संबंध को व्यक्त करने के लिए अनुभवजन्य सूत्रों का उपयोग किया जाता है। मनुष्यों सहित स्तनधारियों के लिए, एम. क्लेबर फॉर्मूला वर्तमान में सबसे अधिक बार उपयोग किया जाता है:

एम \u003d 67.7 पी 0 75 किलो कैलोरी / दिन,

जहां एम पूरे जीव का ताप उत्पादन है, और पी शरीर का वजन है।

हालांकि, बेसल चयापचय में उम्र से संबंधित परिवर्तनों को हमेशा इस समीकरण का उपयोग करके वर्णित नहीं किया जा सकता है। जीवन के पहले वर्ष के दौरान, क्लेबर समीकरण द्वारा आवश्यक गर्मी उत्पादन में कमी नहीं होती है, लेकिन समान स्तर पर रहता है या थोड़ा बढ़ जाता है। केवल एक साल की उम्र में चयापचय की तीव्रता (55 किलो कैलोरी / किग्रा दिन) तक पहुंच जाती है, जो कि 10 किलो वजन वाले जीव के लिए क्लेबर समीकरण के अनुसार "आवश्यक" है। केवल 3 साल की उम्र से, बेसल चयापचय की तीव्रता धीरे-धीरे कम होने लगती है, और एक वयस्क के स्तर तक पहुंच जाती है - 25 किलो कैलोरी / किग्रा दिन - केवल यौवन की अवधि तक।

विकास और विकास प्रक्रियाओं की ऊर्जा लागत।अक्सर, बच्चों में बढ़ी हुई बेसल चयापचय दर विकास लागत से जुड़ी होती है। हालांकि, हाल के वर्षों में किए गए सटीक माप और गणना से पता चला है कि जीवन के पहले 3 महीनों में सबसे गहन विकास प्रक्रियाओं को भी दैनिक ऊर्जा सेवन के 7-8% से अधिक की आवश्यकता नहीं होती है, और 12 महीनों के बाद वे अधिक नहीं होते हैं 1%। इसके अलावा, बच्चे के शरीर की ऊर्जा खपत का उच्चतम स्तर 1 वर्ष की आयु में नोट किया गया था, जब इसकी वृद्धि दर छह महीने की उम्र की तुलना में 10 गुना कम हो जाती है। महत्वपूर्ण रूप से अधिक "ऊर्जा-गहन" ओण्टोजेनेसिस के वे चरण थे जब विकास दर कम हो जाती है, और सेलुलर भेदभाव की प्रक्रियाओं के कारण अंगों और ऊतकों में महत्वपूर्ण गुणात्मक परिवर्तन होते हैं। बायोकेमिस्ट्स के विशेष अध्ययनों से पता चला है कि ऊतकों में जो विभेदन प्रक्रियाओं के चरण में प्रवेश करते हैं (उदाहरण के लिए, मस्तिष्क में), माइटोकॉन्ड्रिया की सामग्री में तेजी से वृद्धि होती है, और, परिणामस्वरूप, ऑक्सीडेटिव चयापचय और गर्मी उत्पादन में वृद्धि होती है। इस परिघटना का जैविक अर्थ यह है कि कोशिका विभेदन की प्रक्रिया में नई संरचनाएं, नए प्रोटीन और अन्य बड़े अणु बनते हैं, जिन्हें कोशिका पहले उत्पन्न नहीं कर पाती थी। किसी भी नए व्यवसाय की तरह, इसके लिए विशेष ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है, जबकि विकास प्रक्रियाएं एक सेल में प्रोटीन और अन्य मैक्रोमोलेक्यूल्स का एक स्थापित "बैच उत्पादन" होती हैं।

आगे के व्यक्तिगत विकास की प्रक्रिया में, बेसल चयापचय की तीव्रता में कमी देखी जाती है। यह पता चला कि उम्र के साथ बेसल चयापचय में विभिन्न अंगों का योगदान बदल जाता है। उदाहरण के लिए, नवजात शिशुओं में मस्तिष्क (जो मुख्य चयापचय में महत्वपूर्ण योगदान देता है) शरीर के वजन का 12% है, और एक वयस्क में - केवल 2%। आंतरिक अंग समान रूप से असमान रूप से बढ़ते हैं, जो मस्तिष्क की तरह, आराम करने पर भी ऊर्जा चयापचय का उच्च स्तर होता है - 300 किलो कैलोरी / किग्रा दिन। इसी समय, मांसपेशी ऊतक, जिसकी सापेक्ष मात्रा प्रसवोत्तर विकास के दौरान लगभग दोगुनी हो जाती है, को आराम से बहुत कम चयापचय दर - 18 किलो कैलोरी / किग्रा दिन की विशेषता है। एक वयस्क में, मस्तिष्क में लगभग 24% बेसल चयापचय, 20% के लिए यकृत, 10% के लिए हृदय और 28% के लिए कंकाल की मांसपेशी होती है। एक साल के बच्चे में, मस्तिष्क में बेसल चयापचय का 53% हिस्सा होता है, यकृत लगभग 18% और कंकाल की मांसपेशियों का योगदान केवल 8% होता है।

स्कूली उम्र के बच्चों में आराम का आदान-प्रदान।केवल क्लिनिक में बेसल चयापचय को मापना संभव है: इसके लिए विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। लेकिन बाकी विनिमय को प्रत्येक व्यक्ति में मापा जा सकता है: यह उसके लिए पर्याप्त है कि वह उपवास कर सके और कई दसियों मिनट तक मांसपेशियों को आराम दे सके। विश्राम विनिमय दर बेसल विनिमय दर से थोड़ी अधिक है, लेकिन यह अंतर मौलिक नहीं है। आराम करने वाले चयापचय में उम्र से संबंधित परिवर्तनों की गतिशीलता चयापचय की तीव्रता में एक साधारण कमी तक कम नहीं होती है। चयापचय की तीव्रता में तेजी से कमी की विशेषता वाली अवधि को आयु अंतराल से बदल दिया जाता है जिसमें आराम करने वाला चयापचय स्थिर हो जाता है।

साथ ही, चयापचय की तीव्रता में परिवर्तन की प्रकृति और विकास दर के बीच घनिष्ठ संबंध पाया जाता है (चित्र 8 को पृष्ठ 57 पर देखें)। आंकड़े में बार सापेक्ष वार्षिक शरीर के वजन में वृद्धि दिखाते हैं। यह पता चला है कि सापेक्ष वृद्धि दर जितनी अधिक होगी, इस अवधि के दौरान आराम करने वाली चयापचय दर में कमी उतनी ही अधिक होगी।

यह आंकड़ा एक और विशेषता दिखाता है - अलग लिंग अंतर: अध्ययन की गई आयु सीमा में लड़कियां विकास दर और चयापचय तीव्रता में बदलाव के मामले में लड़कों से लगभग एक वर्ष आगे हैं। इसी समय, आराम चयापचय की तीव्रता और बच्चों की विकास दर के बीच एक घनिष्ठ संबंध पाया जाता है - 4 से 7 साल तक - अर्ध-विकास कूद के दौरान। इसी अवधि में, दूध के दांतों का स्थायी लोगों में परिवर्तन शुरू हो जाता है, जो रूपात्मक परिपक्वता के संकेतकों में से एक के रूप में भी काम कर सकता है।

आगे के विकास की प्रक्रिया में, बेसल चयापचय की तीव्रता में कमी जारी है, और अब यौवन की प्रक्रियाओं के साथ निकट संबंध में है। यौवन के प्रारंभिक चरणों में, किशोरों में चयापचय दर वयस्कों की तुलना में लगभग 30% अधिक होती है। संकेतक में तेज कमी चरण III से शुरू होती है, जब गोनाड सक्रिय होते हैं, और यौवन तक जारी रहते हैं। जैसा कि ज्ञात है, यौवन की वृद्धि भी यौवन के चरण III की उपलब्धि के साथ मेल खाती है, अर्थात। और इस मामले में, सबसे गहन विकास की अवधि के दौरान चयापचय की तीव्रता में कमी की नियमितता बनी हुई है।

इस अवधि के दौरान लड़के अपने विकास में लड़कियों से लगभग 1 वर्ष पीछे रह जाते हैं। इस तथ्य के अनुसार, लड़कों में चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता हमेशा एक ही कैलेंडर उम्र की लड़कियों की तुलना में अधिक होती है। ये अंतर छोटे (5-10%) हैं, लेकिन यौवन की पूरी अवधि के दौरान स्थिर रहते हैं।

तापमान

थर्मोरेग्यूलेशन, यानी शरीर के मूल के निरंतर तापमान को बनाए रखना, दो मुख्य प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है: गर्मी उत्पादन और गर्मी हस्तांतरण। गर्मी उत्पादन (थर्मोजेनेसिस) मुख्य रूप से चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता पर निर्भर करता है, जबकि गर्मी हस्तांतरण थर्मल इन्सुलेशन और वासोमोटर प्रतिक्रियाओं, बाहरी श्वसन और पसीने की गतिविधि सहित जटिल शारीरिक तंत्रों के एक पूरे परिसर द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस संबंध में, थर्मोजेनेसिस को रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन के तंत्र के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है, और गर्मी हस्तांतरण को बदलने के तरीकों को भौतिक थर्मोरेग्यूलेशन के तंत्र के रूप में जाना जाता है। उम्र के साथ, वे और अन्य तंत्र दोनों बदलते हैं, साथ ही शरीर के स्थिर तापमान को बनाए रखने में उनका महत्व भी बदल जाता है।

थर्मोरेग्यूलेशन तंत्र का आयु विकास।विशुद्ध रूप से भौतिक नियम इस तथ्य की ओर ले जाते हैं कि जैसे-जैसे शरीर का द्रव्यमान और निरपेक्ष आयाम बढ़ता है, रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन का योगदान कम होता जाता है। तो, नवजात शिशुओं में, थर्मोरेगुलेटरी गर्मी उत्पादन का मूल्य लगभग 0.5 किलो कैलोरी / किग्रा एच डिग्री है, और एक वयस्क में - 0.15 किलो कैलोरी / किग्रा एच डिग्री।

एक नवजात बच्चा, जब पर्यावरण का तापमान गिरता है, एक वयस्क के रूप में लगभग समान मूल्यों तक गर्मी उत्पादन बढ़ा सकता है, 4 किलो कैलोरी / किग्रा एच तक। हालांकि, कम थर्मल इन्सुलेशन (0.15 डिग्री मीटर 2 एच / केकेसी) के कारण, नवजात शिशु में रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन की सीमा बहुत छोटी होती है - 5 ° से अधिक नहीं। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि महत्वपूर्ण तापमान ( वां), जिस पर थर्मोजेनेसिस सक्रिय होता है, एक पूर्ण अवधि के बच्चे के लिए +33 डिग्री सेल्सियस है, वयस्क अवस्था से यह +27 ... +23 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है। हालांकि, कपड़ों में, जिनमें से थर्मल इन्सुलेशन आमतौर पर 2.5 केएलओ, या 0.45 डिग्री-एम 2 एच / किलो कैलोरी होता है, महत्वपूर्ण तापमान मान घटकर +20 डिग्री सेल्सियस हो जाता है, इसलिए कमरे के तापमान पर अपने सामान्य कपड़ों में बच्चा थर्मोन्यूट्रल में होता है पर्यावरण, अर्थात्। ऐसी परिस्थितियों में जिन्हें शरीर के तापमान को बनाए रखने के लिए अतिरिक्त लागत की आवश्यकता नहीं होती है।

केवल ठंड को रोकने के लिए कपड़े बदलने की प्रक्रिया के दौरान, जीवन के पहले महीनों के बच्चे को गर्मी उत्पादन के लिए पर्याप्त शक्तिशाली तंत्र शामिल करना चाहिए। इसके अलावा, इस उम्र के बच्चों में थर्मोजेनेसिस के विशेष, विशिष्ट तंत्र होते हैं जो वयस्कों में अनुपस्थित होते हैं। शीतलन के जवाब में एक वयस्क कांपना शुरू हो जाता है, जिसमें तथाकथित "संकुचन" थर्मोजेनेसिस शामिल है, यानी कंकाल की मांसपेशियों में अतिरिक्त गर्मी उत्पादन (ठंड कांपना)। बच्चे के शरीर की डिजाइन विशेषताएं गर्मी उत्पादन के ऐसे तंत्र को अप्रभावी बनाती हैं, इसलिए तथाकथित "गैर-संकुचन" थर्मोजेनेसिस बच्चों में सक्रिय होता है, कंकाल की मांसपेशियों में नहीं, बल्कि पूरी तरह से अलग अंगों में स्थानीयकृत होता है।

ये आंतरिक अंग (सबसे पहले, यकृत) और विशेष भूरे रंग के वसा ऊतक हैं, जो माइटोकॉन्ड्रिया (इसलिए इसका भूरा रंग) से संतृप्त हैं और उच्च ऊर्जा क्षमता वाले हैं। एक स्वस्थ बच्चे में भूरे रंग के वसा के गर्मी उत्पादन की सक्रियता शरीर के उन हिस्सों में त्वचा के तापमान में वृद्धि से देखी जा सकती है जहां भूरे रंग की वसा अधिक सतही रूप से स्थित होती है - इंटरस्कैपुलर क्षेत्र और गर्दन। इन क्षेत्रों में तापमान को बदलकर, कोई भी बच्चे के थर्मोरेग्यूलेशन के तंत्र की स्थिति, उसके सख्त होने की डिग्री का न्याय कर सकता है। जीवन के पहले महीनों में बच्चे का तथाकथित "हॉट नैप" ब्राउन फैट की गतिविधि से जुड़ा होता है।

जीवन के पहले वर्ष के दौरान, रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन की गतिविधि कम हो जाती है। 5-6 महीने के बच्चे में, शारीरिक थर्मोरेग्यूलेशन की भूमिका स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है। उम्र के साथ, ब्राउन फैट का बड़ा हिस्सा गायब हो जाता है, लेकिन 3 साल की उम्र से पहले भी, ब्राउन फैट के सबसे बड़े हिस्से, इंटरस्कैपुलर फैट की प्रतिक्रिया बनी रहती है। ऐसी रिपोर्टें हैं कि उत्तर में काम करने वाले वयस्कों में, खुली हवा में, भूरे रंग के वसा ऊतक सक्रिय रूप से कार्य करते रहते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, 3 वर्ष से अधिक उम्र के बच्चे में, गैर-संकुचन थर्मोजेनेसिस की गतिविधि सीमित होती है, और कंकाल की मांसपेशियों की विशिष्ट सिकुड़ा गतिविधि - मांसपेशियों की टोन और मांसपेशियों में कंपन - रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन के दौरान गर्मी उत्पादन बढ़ाने में अग्रणी भूमिका निभाने लगती है। सक्रिय होता है। यदि ऐसा बच्चा खुद को शॉर्ट्स और टी-शर्ट में सामान्य कमरे के तापमान (+20 डिग्री सेल्सियस) पर पाता है, तो 100 में से 80 मामलों में उसमें गर्मी का उत्पादन सक्रिय होता है।

अर्ध-विकास कूद (5-6 वर्ष) के दौरान विकास प्रक्रियाओं को मजबूत करने से अंगों की लंबाई और सतह क्षेत्र में वृद्धि होती है, जो पर्यावरण के साथ शरीर के एक विनियमित गर्मी विनिमय को सुनिश्चित करता है। यह, बदले में, इस तथ्य की ओर जाता है कि 5.5-6 वर्ष की आयु से (विशेष रूप से लड़कियों में स्पष्ट रूप से) थर्मोरेगुलेटरी फ़ंक्शन में महत्वपूर्ण परिवर्तन होते हैं। शरीर का थर्मल इन्सुलेशन बढ़ता है, और रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन की गतिविधि काफी कम हो जाती है। शरीर के तापमान को नियंत्रित करने की यह विधि अधिक किफायती है, और यह वह है जो आगे की उम्र के विकास के दौरान प्रमुख हो जाता है। थर्मोरेग्यूलेशन के विकास की यह अवधि सख्त प्रक्रियाओं के लिए संवेदनशील है।

यौवन की शुरुआत के साथ, थर्मोरेग्यूलेशन के विकास में अगला चरण शुरू होता है, जो विकासशील कार्यात्मक प्रणाली के टूटने में प्रकट होता है। 11-12 साल की लड़कियों और 13 साल के लड़कों में, आराम करने वाले चयापचय की तीव्रता में लगातार कमी के बावजूद, संवहनी विनियमन का संगत समायोजन नहीं होता है। किशोरावस्था में ही, यौवन के पूरा होने के बाद, थर्मोरेग्यूलेशन की संभावनाएं विकास के निश्चित स्तर तक पहुंच जाती हैं। अपने स्वयं के शरीर के ऊतकों के थर्मल इन्सुलेशन को बढ़ाना रासायनिक थर्मोरेग्यूलेशन (यानी, अतिरिक्त गर्मी उत्पादन) को शामिल किए बिना करना संभव बनाता है, तब भी जब परिवेश का तापमान 10-15 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है। बेशक, शरीर की यह प्रतिक्रिया अधिक किफायती और कुशल है।

पोषण

मानव शरीर के लिए आवश्यक सभी पदार्थ, जो ऊर्जा उत्पन्न करने और अपने शरीर का निर्माण करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, पर्यावरण से आते हैं। जैसे-जैसे बच्चा बड़ा होता है, जीवन के पहले वर्ष के अंत में, अधिक से अधिक स्वतंत्र पोषण पर स्विच होता है, और 3 वर्षों के बाद, बच्चे का पोषण वयस्क के पोषण से बहुत अलग नहीं होता है।

खाद्य पदार्थों के संरचनात्मक घटक।मानव भोजन पौधे और पशु मूल का है, लेकिन इसकी परवाह किए बिना, इसमें कार्बनिक यौगिकों के समान वर्ग होते हैं - प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट। दरअसल, यौगिकों के यही वर्ग मूल रूप से व्यक्ति के शरीर को स्वयं बनाते हैं। इसी समय, जानवरों और पौधों के खाद्य पदार्थों और काफी महत्वपूर्ण खाद्य पदार्थों के बीच अंतर हैं।

कार्बोहाइड्रेट. पादप खाद्य पदार्थों का सबसे विशाल घटक कार्बोहाइड्रेट (अक्सर स्टार्च के रूप में) होता है, जो मानव शरीर की ऊर्जा आपूर्ति का आधार बनता है। एक वयस्क के लिए, उसे 4:1:1 के अनुपात में कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन प्राप्त करना आवश्यक है। चूंकि बच्चों की चयापचय प्रक्रियाएं अधिक तीव्र होती हैं, और मुख्य रूप से मस्तिष्क की चयापचय गतिविधि के कारण, जो लगभग विशेष रूप से कार्बोहाइड्रेट पर फ़ीड करता है, बच्चों को अधिक कार्बोहाइड्रेट भोजन प्राप्त करना चाहिए - 5:1:1 के अनुपात में। जीवन के पहले महीनों में, बच्चे को पादप खाद्य पदार्थ नहीं मिलते हैं, लेकिन महिलाओं के दूध में अपेक्षाकृत अधिक कार्बोहाइड्रेट होते हैं: यह गाय के दूध के समान वसा होता है, इसमें 2 गुना कम प्रोटीन होता है, लेकिन 2 गुना अधिक कार्बोहाइड्रेट होता है। मानव दूध में कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन का अनुपात लगभग 5:2:1 है। जीवन के पहले महीनों में बच्चों को खिलाने के लिए कृत्रिम मिश्रण फ्रुक्टोज, ग्लूकोज और अन्य कार्बोहाइड्रेट के साथ लगभग दो बार पतला गाय के दूध के आधार पर तैयार किया जाता है।

वसा।वनस्पति खाद्य पदार्थ शायद ही कभी वसा से भरपूर होते हैं, लेकिन वनस्पति वसा में निहित घटक मानव शरीर के लिए आवश्यक होते हैं। पशु वसा के विपरीत, वनस्पति वसा में कई तथाकथित पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड होते हैं। ये लंबी-श्रृंखला वाले फैटी एसिड होते हैं जिनकी संरचना में दोहरे बंधन होते हैं। ऐसे अणुओं का उपयोग मानव कोशिकाओं द्वारा कोशिका झिल्ली के निर्माण के लिए किया जाता है, जिसमें वे एक स्थिर भूमिका निभाते हैं, कोशिकाओं को आक्रामक अणुओं और मुक्त कणों के आक्रमण से बचाते हैं। इस संपत्ति के कारण, वनस्पति वसा में कैंसर विरोधी, एंटीऑक्सिडेंट और एंटी-रेडिकल गतिविधि होती है। इसके अलावा, बड़ी मात्रा में मूल्यवान विटामिन ए और ई आमतौर पर वनस्पति वसा में घुल जाते हैं। वनस्पति वसा का एक अन्य लाभ उनमें कोलेस्ट्रॉल की अनुपस्थिति है, जो मानव रक्त वाहिकाओं में जमा हो सकता है और उनके स्क्लेरोटिक परिवर्तन का कारण बन सकता है। इसके विपरीत, पशु वसा में कोलेस्ट्रॉल की एक महत्वपूर्ण मात्रा होती है, लेकिन व्यावहारिक रूप से इसमें विटामिन और पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड नहीं होते हैं। हालांकि, मानव शरीर के लिए पशु वसा भी आवश्यक हैं, क्योंकि वे ऊर्जा आपूर्ति का एक महत्वपूर्ण घटक हैं, और इसके अलावा, उनमें लिपोकिनिन होते हैं, जो शरीर को अपनी वसा को अवशोषित और संसाधित करने में मदद करते हैं।

गिलहरी।पौधे और पशु प्रोटीन भी उनकी संरचना में काफी भिन्न होते हैं। जबकि सभी प्रोटीन अमीनो एसिड से बने होते हैं, इनमें से कुछ आवश्यक बिल्डिंग ब्लॉक्स को मानव कोशिकाओं द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है, जबकि अन्य नहीं कर सकते। इनमें से कुछ बाद वाले हैं, केवल 4-5 प्रजातियां हैं, लेकिन उन्हें किसी भी चीज़ से बदला नहीं जा सकता है, इसलिए उन्हें आवश्यक अमीनो एसिड कहा जाता है। पौधों के खाद्य पदार्थों में लगभग कोई आवश्यक अमीनो एसिड नहीं होता है - केवल फलियां और सोयाबीन में इनकी थोड़ी मात्रा होती है। इस बीच, मांस, मछली और पशु मूल के अन्य उत्पादों में, इन पदार्थों का व्यापक रूप से प्रतिनिधित्व किया जाता है। कुछ आवश्यक अमीनो एसिड की कमी तेजी से विकास प्रक्रियाओं की गतिशीलता और कई कार्यों के विकास को नकारात्मक रूप से प्रभावित करती है, सबसे महत्वपूर्ण रूप से बच्चे के मस्तिष्क और बुद्धि के विकास पर। इस कारण जो बच्चे कम उम्र में लंबे समय तक कुपोषण से पीड़ित रहते हैं, वे अक्सर जीवन भर मानसिक रूप से विकलांग रहते हैं। यही कारण है कि बच्चों को किसी भी मामले में पशु भोजन के उपयोग में सीमित नहीं होना चाहिए: कम से कम दूध और अंडे, साथ ही साथ मछली। जाहिर है, वही परिस्थिति इस तथ्य से जुड़ी है कि ईसाई परंपराओं के अनुसार, 7 वर्ष से कम उम्र के बच्चों को उपवास नहीं करना चाहिए, अर्थात पशु भोजन से इनकार करना चाहिए।

मैक्रो- और माइक्रोलेमेंट्स।खाद्य उत्पादों में रेडियोधर्मी और भारी धातुओं के साथ-साथ अक्रिय गैसों के संभावित अपवाद के साथ, विज्ञान के लिए ज्ञात लगभग सभी रासायनिक तत्व होते हैं। कुछ तत्व, जैसे कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, फास्फोरस, कैल्शियम, पोटेशियम, सोडियम और कुछ अन्य, सभी खाद्य उत्पादों का हिस्सा हैं और बहुत बड़ी मात्रा में (प्रति दिन दसियों और सैकड़ों ग्राम) शरीर में प्रवेश करते हैं। ऐसे पदार्थों को सामान्यतः कहा जाता है मैक्रोन्यूट्रिएंट्स।अन्य सूक्ष्म मात्रा में भोजन में पाए जाते हैं, यही कारण है कि उन्हें ट्रेस तत्व कहा जाता है। ये आयोडीन, फ्लोरीन, तांबा, कोबाल्ट, चांदी और कई अन्य तत्व हैं। आयरन को अक्सर ट्रेस तत्वों के रूप में संदर्भित किया जाता है, हालांकि शरीर में इसकी मात्रा काफी बड़ी होती है, क्योंकि आयरन शरीर के भीतर ऑक्सीजन के परिवहन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। किसी भी ट्रेस तत्व की कमी गंभीर बीमारी का कारण बन सकती है। उदाहरण के लिए, आयोडीन की कमी से गंभीर थायराइड रोग (तथाकथित गण्डमाला) का विकास होता है। आयरन की कमी से आयरन की कमी से एनीमिया होता है - एनीमिया का एक रूप जो बच्चे के प्रदर्शन, विकास और विकास पर प्रतिकूल प्रभाव डालता है। ऐसे सभी मामलों में, पोषण सुधार आवश्यक है, लापता तत्वों वाले उत्पादों के आहार में शामिल करना। तो, समुद्री शैवाल में आयोडीन बड़ी मात्रा में पाया जाता है - केल्प, इसके अलावा, आयोडीन युक्त टेबल नमक दुकानों में बेचा जाता है। बीफ लीवर, सेब और कुछ अन्य फलों में आयरन पाया जाता है, साथ ही फार्मेसियों में बेची जाने वाली हेमटोजेन चिल्ड्रन टॉफी में भी पाया जाता है।

विटामिन, बेरीबेरी, चयापचय रोग।विटामिन मध्यम आकार और जटिलता के कार्बनिक अणु होते हैं जो सामान्य रूप से मानव शरीर की कोशिकाओं द्वारा निर्मित नहीं होते हैं। हमें भोजन से विटामिन प्राप्त करने के लिए मजबूर होना पड़ता है, क्योंकि वे शरीर में जैव रासायनिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने वाले कई एंजाइमों के काम के लिए जरूरी हैं। विटामिन बहुत अस्थिर पदार्थ होते हैं, इसलिए आग पर पकाने से वहां मौजूद विटामिन लगभग पूरी तरह नष्ट हो जाते हैं। केवल कच्चे खाद्य पदार्थों में ध्यान देने योग्य मात्रा में विटामिन होते हैं, इसलिए सब्जियां और फल हमारे लिए विटामिन के मुख्य स्रोत हैं। शिकारी जानवर, साथ ही उत्तर के स्वदेशी लोग, जो लगभग विशेष रूप से मांस और मछली खाते हैं, कच्चे पशु उत्पादों से पर्याप्त विटामिन प्राप्त करते हैं। तले और उबले हुए मांस और मछली में व्यावहारिक रूप से कोई विटामिन नहीं होता है।

विटामिन की कमी विभिन्न चयापचय रोगों में प्रकट होती है, जिन्हें बेरीबेरी के नाम से जोड़ा जाता है। लगभग 50 विटामिन अब खोजे जा चुके हैं, और उनमें से प्रत्येक क्रमशः चयापचय प्रक्रियाओं की अपनी "साइट" के लिए जिम्मेदार है, और बेरीबेरी के कारण कई दर्जन रोग हैं। स्कर्वी, बेरीबेरी, पेलाग्रा और इस तरह के अन्य रोगों को व्यापक रूप से जाना जाता है।

विटामिन दो बड़े समूहों में विभाजित हैं: वसा में घुलनशील और पानी में घुलनशील। पानी में घुलनशील विटामिन सब्जियों और फलों में बड़ी मात्रा में पाए जाते हैं, जबकि वसा में घुलनशील विटामिन बीज और नट्स में अधिक पाए जाते हैं। जैतून, सूरजमुखी, मक्का और अन्य वनस्पति तेल कई वसा में घुलनशील विटामिन के महत्वपूर्ण स्रोत हैं। हालांकि, विटामिन डी (एंटी रैचाइटिस) मुख्य रूप से मछली के तेल में पाया जाता है, जो कॉड के लीवर और कुछ अन्य समुद्री मछलियों से निकाला जाता है।

मध्य और उत्तरी अक्षांशों में, वसंत तक, पतझड़ से संरक्षित पौधे के भोजन में, विटामिन की मात्रा तेजी से घट जाती है, और कई लोग - उत्तरी देशों के निवासी - बेरीबेरी का अनुभव करते हैं। नमकीन और खट्टे खाद्य पदार्थ (गोभी, खीरा और कुछ अन्य), जो कई विटामिनों से भरपूर होते हैं, इस स्थिति को दूर करने में मदद करते हैं। इसके अलावा, आंतों के माइक्रोफ्लोरा द्वारा विटामिन का उत्पादन किया जाता है, इसलिए, सामान्य पाचन के साथ, एक व्यक्ति को पर्याप्त मात्रा में सबसे महत्वपूर्ण बी विटामिन की आपूर्ति की जाती है। जीवन के पहले वर्ष के बच्चों में, आंतों का माइक्रोफ्लोरा अभी तक नहीं बना है, इसलिए उन्हें विटामिन के स्रोत के रूप में पर्याप्त मात्रा में मां का दूध, साथ ही फलों और सब्जियों के रस प्राप्त करना चाहिए।

ऊर्जा, प्रोटीन, विटामिन की दैनिक आवश्यकता।प्रति दिन खाए जाने वाले भोजन की मात्रा सीधे चयापचय प्रक्रियाओं की दर पर निर्भर करती है, क्योंकि भोजन को सभी कार्यों पर खर्च की गई ऊर्जा की पूरी तरह से भरपाई करनी चाहिए (चित्र 13)। यद्यपि 1 वर्ष से अधिक उम्र के बच्चों में चयापचय प्रक्रियाओं की तीव्रता कम हो जाती है, उनके शरीर के वजन में वृद्धि से कुल (सकल) ऊर्जा खपत में वृद्धि होती है। तदनुसार, आवश्यक पोषक तत्वों की आवश्यकता भी बढ़ जाती है। बच्चों के लिए पोषक तत्वों, विटामिन और आवश्यक खनिजों के अनुमानित दैनिक सेवन को दर्शाने वाली संदर्भ तालिकाएं नीचे दी गई हैं (सारणी 3-6)। इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि टेबल किसी भी भोजन में शामिल पानी को ध्यान में रखे बिना शुद्ध पदार्थों का द्रव्यमान देते हैं, साथ ही कार्बनिक पदार्थ जो प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट से संबंधित नहीं हैं (उदाहरण के लिए, सेलूलोज़, जो थोक बनाता है सब्ज़ियों का)।

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया की आधुनिक समझ बेलित्जर और कालकर के अग्रणी कार्य से मिलती है। कालकर ने पाया कि एरोबिक फास्फारिलीकरण श्वसन से जुड़ा है। बेलिट्जर ने संयुग्मित फॉस्फेट बंधन और ऑक्सीजन तेज के बीच स्टोइकोमेट्रिक संबंध का विस्तार से अध्ययन किया और दिखाया कि अकार्बनिक फॉस्फेट अणुओं की संख्या और अवशोषित ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या का अनुपात।

जब श्वास कम से कम दो के बराबर हो। उन्होंने यह भी बताया कि अवशोषित ऑक्सीजन के प्रति परमाणु दो या दो से अधिक एटीपी अणुओं के निर्माण के लिए सब्सट्रेट से ऑक्सीजन में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण ऊर्जा का एक संभावित स्रोत है।

NADH अणु एक इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्य करता है, और फॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रिया का रूप होता है

संक्षेप में, यह प्रतिक्रिया इस प्रकार लिखी जाती है

प्रतिक्रिया (15.11) में तीन एटीपी अणुओं का संश्लेषण एनएडीएच अणु के दो इलेक्ट्रॉनों के इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ ऑक्सीजन अणु में स्थानांतरण के कारण होता है। इस स्थिति में, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा 1.14 eV घट जाती है।

जलीय वातावरण में, विशेष एंजाइमों की भागीदारी के साथ, एटीपी अणु हाइड्रोलाइज्ड होते हैं

प्रतिक्रियाओं (15.12) और (15.13) में शामिल अणुओं के संरचनात्मक सूत्र अंजीर में दिखाए गए हैं। 31.

शारीरिक स्थितियों के तहत, प्रतिक्रियाओं में शामिल अणु (15.12) और (15.13) आयनीकरण (एटीपी, ) के विभिन्न चरणों में हैं। इसलिए, इन सूत्रों में रासायनिक प्रतीकों को अणुओं के बीच प्रतिक्रियाओं के एक सशर्त रिकॉर्ड के रूप में समझा जाना चाहिए जो आयनीकरण के विभिन्न चरणों में हैं। इस संबंध में, प्रतिक्रिया में मुक्त ऊर्जा एजी में वृद्धि (15.12) और प्रतिक्रिया में कमी (15.13) तापमान, आयन एकाग्रता और माध्यम के पीएच मान पर निर्भर करती है। मानक शर्तों के तहत eV kcal/mol)। यदि हम शारीरिक पीएच मान और कोशिकाओं के अंदर आयनों की एकाग्रता के साथ-साथ कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य में एटीपी और एडीपी अणुओं और अकार्बनिक फॉस्फेट की सांद्रता के सामान्य मूल्यों को ध्यान में रखते हुए उचित सुधार पेश करते हैं, तब ATP अणुओं के जल-अपघटन की मुक्त ऊर्जा के लिए हमें -0.54 eV (-12.5 kcal/mol) मान प्राप्त होता है। एटीपी अणुओं के हाइड्रोलिसिस की मुक्त ऊर्जा एक स्थिर मूल्य नहीं है। यह एक ही कोशिका के विभिन्न स्थानों में भी समान नहीं हो सकता है, यदि ये स्थान सांद्रता में भिन्न हों।

लिपमैन (1941) के अग्रणी कार्य की उपस्थिति के बाद से, यह ज्ञात हो गया है कि कोशिका में एटीपी अणु एक सार्वभौमिक अल्पकालिक स्टोर और अधिकांश जीवन प्रक्रियाओं में उपयोग की जाने वाली रासायनिक ऊर्जा के वाहक के रूप में कार्य करते हैं।

एटीपी अणु के हाइड्रोलिसिस के दौरान ऊर्जा की रिहाई अणुओं के परिवर्तन के साथ होती है

इस मामले में, प्रतीक द्वारा इंगित बंधन के टूटने से फॉस्फोरिक एसिड अवशेष समाप्त हो जाता है। लिपमैन के सुझाव पर, इस तरह के बंधन को "ऊर्जा-समृद्ध फॉस्फेट बंधन" या "मैक्रोर्जिक बंधन" के रूप में जाना जाने लगा। यह उपाधि अत्यंत दुर्भाग्यपूर्ण है। यह हाइड्रोलिसिस के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं की ऊर्जा को बिल्कुल भी नहीं दर्शाता है। मुक्त ऊर्जा की रिहाई एक बंधन के टूटने के कारण नहीं है (इस तरह के टूटने के लिए हमेशा ऊर्जा खर्च की आवश्यकता होती है), लेकिन प्रतिक्रियाओं में शामिल सभी अणुओं की पुनर्व्यवस्था, नए बंधनों का निर्माण और सॉल्वेट के गोले की पुनर्व्यवस्था के दौरान प्रतिक्रिया।

जब एक NaCl अणु पानी में घुल जाता है, तो हाइड्रेटेड आयन बनते हैं। जलयोजन के दौरान ऊर्जा में लाभ NaCl अणु में एक बंधन टूटने पर ऊर्जा हानि को कवर करता है। इस ऊर्जा लाभ को NaCl अणु में "उच्च-ऊर्जा बंधन" के लिए विशेषता देना अजीब होगा।

जैसा कि ज्ञात है, भारी परमाणु नाभिक के विखंडन के दौरान, बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है, जो किसी भी उच्च-एर्गिक बंधनों के टूटने से जुड़ी नहीं है, बल्कि विखंडन के टुकड़ों की पुनर्व्यवस्था और ऊर्जा में कमी के कारण होती है। प्रत्येक टुकड़े में न्यूक्लियंस के बीच कूलॉप प्रतिकर्षण।

"मैक्रोर्जिक बांड" की अवधारणा की निष्पक्ष आलोचना एक से अधिक बार व्यक्त की गई है। फिर भी, इस विचार को वैज्ञानिक साहित्य में व्यापक रूप से पेश किया गया है। बड़ा

तालिका 8

फॉस्फोराइलेटेड यौगिकों के संरचनात्मक सूत्र: ए - फॉस्फोएनोलीरूवेट; बी - 1,3-डिफोस्फोग्लिसरेट; सी - क्रिएटिन फॉस्फेट; - ग्लूकोज-आई-फॉस्फेट; - ग्लूकोज-6-फॉस्फेट।

इसमें कोई परेशानी नहीं है यदि अभिव्यक्ति "हाई-एर्जी फॉस्फेट बॉन्ड" का उपयोग सशर्त रूप से किया जाता है, तो अन्य आयनों, पीएच, आदि की उपयुक्त उपस्थिति के साथ जलीय घोल में होने वाले परिवर्तनों के पूरे चक्र के संक्षिप्त विवरण के रूप में।

तो, बायोकेमिस्ट द्वारा उपयोग की जाने वाली फॉस्फेट बॉन्ड ऊर्जा की अवधारणा सशर्त रूप से प्रारंभिक पदार्थों की मुक्त ऊर्जा और हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं के उत्पादों की मुक्त ऊर्जा के बीच अंतर को दर्शाती है, जिसमें फॉस्फेट समूह विभाजित होते हैं। इस अवधारणा को एक मुक्त अणु में परमाणुओं के दो समूहों के बीच रासायनिक बंधन ऊर्जा की अवधारणा के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए। उत्तरार्द्ध कनेक्शन को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा की विशेषता है।

कोशिकाओं में कई फॉस्फोराइलेटेड यौगिक होते हैं, जिनमें से साइटोप्लाज्म में हाइड्रोलिसिस मुक्त ऊर्जा की रिहाई से जुड़ा होता है। इनमें से कुछ यौगिकों के जल-अपघटन की मानक मुक्त ऊर्जाओं के मान तालिका में दिए गए हैं। 8. इन यौगिकों के संरचनात्मक सूत्र अंजीर में दिखाए गए हैं। 31 और 35.

हाइड्रोलिसिस की मानक मुक्त ऊर्जाओं के बड़े नकारात्मक मूल्य नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हाइड्रोलिसिस उत्पादों की जलयोजन ऊर्जा और उनके इलेक्ट्रॉन गोले के पुनर्व्यवस्था के कारण होते हैं। टेबल से। 8 यह इस प्रकार है कि एटीपी अणु के हाइड्रोलिसिस की मानक मुक्त ऊर्जा का मूल्य "उच्च-ऊर्जा" (फॉस्फोइनोलपाइरुनेट) और "कम-ऊर्जा" (ग्लूकोज -6-फॉस्फेट) यौगिकों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति रखता है। यह एक कारण है कि एटीपी अणु फॉस्फेट समूहों का एक सुविधाजनक सार्वभौमिक वाहक है।

विशेष एंजाइमों की मदद से, एटीपी और एडीपी अणु उच्च और निम्न-ऊर्जा के बीच संवाद करते हैं

फॉस्फेट यौगिक। उदाहरण के लिए, एंजाइम पाइरूवेट किनेज फॉस्फेट को फॉस्फोएनोलपाइरूवेट से एडीपी में स्थानांतरित करता है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, पाइरूवेट और एक एटीपी अणु बनते हैं। इसके अलावा, एंजाइम हेक्सोकाइनेज की मदद से, एटीपी अणु फॉस्फेट समूह को डी-ग्लूकोज में स्थानांतरित कर सकता है, इसे ग्लूकोज-6-फॉस्फेट में बदल सकता है। इन दो प्रतिक्रियाओं का कुल उत्पाद परिवर्तन के लिए कम हो जाएगा

यह बहुत महत्वपूर्ण है कि इस प्रकार की प्रतिक्रियाएं केवल एक मध्यवर्ती चरण से गुजर सकती हैं, जिसमें एटीपी और एडीपी अणु आवश्यक रूप से शामिल होते हैं।