에너지 축전지로 atf 사용. 세포의 에너지 축적 물질은 무엇입니까? 들어오는 지식 제어

ATP는 생물학적 에너지의 보편적인 축적기입니다. 모든 생물에 대한 역할은 소련 의학 과학 아카데미 V.A.의 학자에 의해 공식화되었습니다. 이 규칙은 에너지가 추가로 축적되는 근육 세포와 뇌 세포에도 해당됩니다.

중국 전통에는 4개의 바이그램 또는 4개의 기본 개념이 있습니다. 에너지: 초월적인 에너지, 에너지태초에 그것은 책에서 결코 언급되지 않습니다. 왜냐하면 그것은 편재하고 그것 없이는 아무 것도 존재하지 않기 때문입니다. ...

ATP 분자는 3개의 인산 잔기를 포함합니다. ATPase 효소의 존재하에서 그들 사이의 결합은 쉽게 끊어집니다. 인산 1분자가 ATP 1분자에서 쪼개질 때 40kJ의 에너지가 방출되므로 결합을 고에너지(많은 에너지를 운반)라고 합니다.

ATP에 화학적으로 결합된 에너지를 기계적(근육 수축의 구현에 필요), 전기적, 빛, 삼투압 및 기타 유형의 소리 에너지로 변환하여 세포에서 플라스틱 물질의 합성, 성장, 발달, 가능성 유전 특성의 전달은 호흡 앙상블의 소립자의 존재로 인해, 즉 합성이 일어나는 동일한 입자의 머리에서 수행됩니다. ATP의 붕괴 동안 방출되는 에너지는 유기체의 성장과 발달이 불가능한 단백질, 뉴클레오타이드 및 기타 유기 화합물의 합성에 필요한 생물학적 에너지로 직접 변환됩니다. ATP의 에너지 매장량은 이동, 전기 생성, 빛, 세포 및 세포 소기관의 모든 기능 수행에 사용됩니다.

세포의 ATP 저장은 제한적입니다. 근육 섬유에서는 30-40 수축에만 에너지를 제공할 수 있으며 다른 조직의 세포에서는 훨씬 적습니다. ATP 매장량을 보충하려면 효소 ATP 합성 효소의 참여로 수행되는 (ADP) 및 무기 인산염에서 합성이 끊임없이 발생해야합니다. 따라서 ATP 농도와 ADP 농도 사이의 비율(ATP 합성 효소의 활성)은 ATP 합성 과정을 제어하는 ​​데 매우 중요합니다. ADP가 부족하면 활성 중심에 ATPase가 존재하기 때문에 ATP의 가수분해가 가속화되며, 이는 언급된 바와 같이 산화 과정과 관련이 있으며 수소 및 산소 운반체의 상태에 따라 다릅니다.

NAD가 많고 환원된 형태가 적을수록 시토크롬 c와 ADP가 더 많이 산화될수록 ATP 합성 속도가 높아집니다. 다른 효소 및 조효소와 함께 기질 NAD-NAD에서 수소 전달의 첫 번째 단계에서 호흡 앙상블 작업의 주요 조절자 역할을 합니다. 최종 단계 - ATP와 ADP 사이의 비율.

범용 생물학적 에너지 축적기. 태양의 빛 에너지와 섭취한 음식에 포함된 에너지는 ATP 분자에 저장됩니다. 세포의 ATP 저장량은 적습니다. 따라서 근육에서 ATP의 예비는 20-30 수축에 충분합니다. 증가하지만 단기적인 작업으로 근육은 근육에 포함된 ATP의 분해로 인해 독점적으로 작동합니다. 작업이 끝난 후 사람은 숨을 거칠게 내쉬며 이 기간 동안 탄수화물 및 기타 물질의 분해가 일어나고(에너지가 축적됨) 세포의 ATP 공급이 회복됩니다.

18. 세포

진핵 생물 (진핵 생물) (그리스어 eu-잘, 완전 및 핵-핵), 유기체 (시아노 박테리아를 포함한 박테리아를 제외한 모든 것)는 원핵 생물과 달리 핵막에 의해 세포질과 구분되는 형성된 세포 핵을 가지고 있습니다. 유전 물질은 염색체에 들어 있습니다. 진핵 세포에는 미토콘드리아, 색소체 및 기타 세포 소기관이 있습니다. 성적 과정이 특징적입니다.

19. 세포, 기본 생활 시스템, 모든 동식물의 구조와 생명의 기초. 세포는 독립적인 유기체(예: 원생동물, 박테리아)로 존재하며 다세포 유기체의 일부로 존재합니다. 여기에는 생식을 담당하는 생식 세포와 구조와 기능(예: 신경, 뼈, 근육)이 다른 신체 세포(체세포)가 있습니다. , 분비). 세포 크기는 0.1-0.25미크론(일부 박테리아)에서 155mm(껍질 내 타조 알)까지 다양합니다.

인간의 경우 신생아의 몸에서 약. 2 1012. 각 세포에서 세포 소기관과 내포물이있는 핵과 세포질의 2 가지 주요 부분이 구별됩니다. 식물 세포는 일반적으로 단단한 껍질로 덮여 있습니다. 세포 과학 - 세포학.

원핵생물(그리스어 karyon-핵 대신 라틴어 pro-forward), 진핵생물과 달리 세포핵이 형성되지 않은 유기체. 원형 DNA 사슬 형태의 유전 물질은 뉴클레오티드에 자유롭게 놓여 있으며 진정한 염색체를 형성하지 않습니다. 전형적인 성적인 과정은 없습니다. 원핵생물에는 남조류(청록조류)를 비롯한 박테리아가 포함됩니다. 유기 세계의 시스템에서 원핵 생물은 슈퍼 왕국을 구성합니다.

20. 플라스틱 다이어프램(세포막, plasmalemma), 식물과 동물 세포의 원형질을 둘러싸고 있는 생물학적 막. 세포와 환경 사이의 대사 조절에 참여합니다.

21. 세포 포함- 예비 영양소의 축적: 단백질, 지방 및 탄수화물.

22. 골지 아파트(골지 복합체) (K. Golgi의 이름을 따서 명명), 당단백질 합성에서 대사 산물(다양한 비밀, 콜라겐, 글리코겐, 지질 등)의 형성에 관여하는 세포 오르가노이드.

23 리소좀(lys. 및 Greek soma - body에서 유래), 단백질, 핵산, 다당류를 절단(분해)할 수 있는 효소를 포함하는 세포 구조. phagocytosis 및 pinocytosis에 의해 세포에 들어가는 물질의 세포 내 소화에 참여하십시오.

24. 미토콘드리아외막으로 둘러싸여 있으므로 이미 구획이며 주변 세포질과 분리되어 있습니다. 또한 미토콘드리아의 내부 공간은 내부 막에 의해 두 구획으로 세분화됩니다. 미토콘드리아의 외막은 구성이 소포체의 막과 매우 유사합니다. 주름(cristae)을 형성하는 미토콘드리아의 내막은 단백질이 매우 풍부합니다. 아마도 이것은 세포에서 가장 단백질이 풍부한 막 중 하나일 것입니다. 그 중 전자 전달을 담당하는 "호흡 사슬"의 단백질; 일부 유기 분자 및 이온의 ADP, ATP, 산소, CO에 대한 운반 단백질. 세포질에서 미토콘드리아로 들어가는 해당 분해 생성물은 내부 미토콘드리아 구획에서 산화됩니다.

전자 전달을 담당하는 단백질은 막에 위치하여 전자 전달 중에 양성자가 막의 한쪽으로 방출됩니다. 그들은 외막과 내막 사이의 공간으로 들어가서 거기에 축적됩니다. 이것은 전기화학적 전위를 발생시킵니다(농도와 전하의 차이로 인해). 이 차이는 미토콘드리아 내부 막의 중요한 특성에 의해 뒷받침됩니다. 이는 양성자에 대해 불투과성입니다. 즉, 정상적인 조건에서 양성자는 자체적으로 이 막을 통과할 수 없습니다. 그러나 그것은 많은 단백질로 구성되고 양성자의 채널을 형성하는 특별한 단백질 또는 오히려 단백질 복합체를 포함합니다. 양성자는 전기화학적 구배의 구동력 작용하에 이 채널을 통과합니다. 이 과정의 에너지는 동일한 단백질 복합체에 포함된 효소에 의해 사용되며 인산기를 아데노신 이인산(ADP)에 부착하여 ATP를 합성할 수 있습니다.

따라서 미토콘드리아는 세포에서 "발전소"의 역할을 합니다. 식물 세포의 엽록체에서 ATP 형성 원리는 일반적으로 동일합니다. 양성자 구배의 사용과 전기 화학적 구배의 에너지를 화학 결합의 에너지로 변환하는 것입니다.

25. 색소체(그리스 플라스토스에서 - 조각), 식물 세포의 세포질 소기관. 종종 그들은 색소체의 색상을 유발하는 안료를 포함합니다. 고등 식물에는 녹색 색소체 - 엽록체, 무색 - 백혈구, 다른 색 - 색소체가 있습니다. 대부분의 조류에서 색소체를 크로마토포어라고 합니다.

26. 코어세포의 가장 중요한 부분입니다. 그것은 구멍이있는 2 개의 막으로 덮여 있으며 일부 물질은 핵으로 침투하고 다른 물질은 세포질로 들어갑니다. 염색체는 유기체의 특성에 대한 유전 정보의 운반체 인 핵의 주요 구조입니다. 그것은 모세포가 딸 세포로, 그리고 생식 세포와 함께 딸 유기체로 분열되는 과정에서 전달됩니다. 핵은 DNA, mRNA의 합성 부위입니다. rRNA.

28. 유사분열의 단계(prophase, meta-phase, anaphase, telophase) - 세포의 일련의 연속적인 변화: a) 염색체의 나선화, 핵막 및 핵소체의 용해; b) 분열 방추의 형성, 세포 중심의 염색체 위치, 분열 방추의 필라멘트 부착 c) 세포의 반대 극으로 염색 분체의 발산 (염색체가 됨 );

d) 세포 중격의 형성, 세포질과 그 소기관의 분열, 핵막의 형성, 동일한 염색체 세트(사람의 모세포와 딸 세포에 각각 46개)를 가진 두 세포의 출현 ).

물질의 생화학 적 변형 과정에서 화학 결합이 끊어지고 에너지가 방출됩니다. 살아있는 유기체가 직접 사용할 수 없는 자유로운 잠재적 에너지입니다. 변환해야 합니다. 세포에서 다른 종류의 작업을 수행하는 데 사용할 수 있는 두 가지 보편적인 형태의 에너지가 있습니다.

1) 화학 에너지, 화합물의 고에너지 결합 에너지. 화학 결합이 끊어질 때 많은 양의 자유 에너지가 방출되는 경우 화학 결합을 거대 에너지라고 합니다. 이러한 연결이 있는 화합물은 고에너지입니다. ATP 분자에는 고에너지 결합이 있으며 세포의 에너지 대사에서 중요한 역할을 결정하는 특정 특성이 있습니다.

· 열역학적 불안정성;

· 높은 화학적 안정성. 열의 형태로 에너지 분산을 방지하기 때문에 효율적인 에너지 저장을 제공합니다.

· ATP 분자의 크기가 작기 때문에 세포의 다양한 부분으로 쉽게 확산됩니다. 여기서 화학, 삼투 또는 화학 작업을 수행하기 위해 외부에서 에너지를 공급해야 합니다.

· ATP의 가수분해 중 자유 에너지의 변화는 평균값을 가지므로 에너지 기능을 최상의 방식으로 수행할 수 있습니다. 즉, 에너지를 고에너지에서 저에너지 화합물로 전달합니다.

ATP는 모든 살아있는 유기체의 보편적인 에너지 축적기이며, 에너지는 매우 짧은 시간(ATP-1/3초의 수명) 동안 ATP 분자에 저장됩니다. 그것은 순간에 일어나는 모든 과정에 에너지를 제공하기 위해 즉시 소비됩니다.ATP 분자에 포함 된 에너지는 세포질에서 일어나는 반응에 사용될 수 있습니다 (대부분의 생합성 및 일부 막 의존 과정).

2) 전기화학적 에너지(수소의 막횡단 전위 에너지) Δ. 전자가 산화환원 사슬을 따라 이동될 때 에너지 생성 또는 접합이라고 하는 특정 유형의 국부적 막에서 양자의 불균일한 분포가 막의 양쪽 공간에서 발생합니다. 즉, 횡방향 또는 막횡단 수소 구배 Δ, 측정 볼트 단위로 멤브레인에 나타납니다. 결과 Δ는 ATP 분자의 합성으로 이어집니다. Δ 형태의 에너지는 멤브레인에 국한된 다양한 에너지 종속 프로세스에서 사용할 수 있습니다.

· 유전자 변형 과정에서 DNA의 흡수를 위해;

· 막을 가로질러 단백질의 이동을 위해;

· 많은 원핵생물의 움직임을 보장하기 위해;

· 세포질 막을 가로질러 분자와 이온의 능동 수송을 보장합니다.

물질의 산화 동안 얻은 모든 자유 에너지가 세포에 접근 가능한 형태로 변환되어 ATP에 축적되는 것은 아닙니다. 생성된 자유 에너지의 일부는 열의 형태로 소산되며 덜 자주 빛과 전기 에너지가 방출됩니다. 세포가 모든 에너지 소비 과정에 소비할 수 있는 것보다 더 많은 에너지를 저장하면 다량의 고분자 저장 물질(지질)을 합성합니다. 필요한 경우 이러한 물질은 생화학적 변형을 거쳐 세포에 에너지를 공급합니다.

ATP는 세포의 보편적인 에너지 "통화"입니다.자연의 가장 놀라운 "발명품" 중 하나는 화학 구조에 에너지 저장 장치 역할을 하는 하나 이상의 결합이 있는 소위 "고에너지" 물질의 분자입니다. 여러 유사한 분자가 살아있는 자연에서 발견되었지만 그 중 단 하나만 인체에서 발견됩니다 - 아데노신 삼인산(ATP). 이것은 무기 인산 PO의 음전하를 띤 3개의 잔기가 부착된 다소 복잡한 유기 분자입니다. 다양한 세포 내 반응 중에 쉽게 파괴되는 "고에너지" 결합에 의해 분자의 유기 부분과 연결된 것은 이러한 인 잔기입니다. 그러나 이러한 결합의 에너지는 공간에서 열의 형태로 소산되지 않고 다른 분자의 이동이나 화학적 상호 작용에 사용됩니다. ATP가 세포에서 보편적인 "통화"뿐만 아니라 에너지의 보편적인 저장(축적기) 기능을 수행하는 것은 이 속성 덕분입니다. 결국 세포에서 일어나는 거의 모든 화학적 변형은 에너지를 흡수하거나 방출합니다. 에너지 보존 법칙에 따르면 산화 반응의 결과로 생성되고 ATP 형태로 저장된 에너지의 총량은 세포가 합성 과정과 모든 기능을 수행하는 데 사용할 수 있는 에너지의 양과 같습니다. 이런 저런 행동을 할 수 있는 능력에 대한 "지불"로서 세포는 ATP 공급을 소비하도록 강요받습니다. 이 경우 ATP 분자가 너무 커서 세포막을 통과할 수 없다는 점을 특히 강조해야 합니다. 따라서 한 세포에서 생성된 ATP는 다른 세포에서 사용할 수 없습니다. 신체의 각 세포는 기능을 수행하는 데 필요한 양으로 자신의 필요에 따라 ATP를 합성해야 합니다.

인체 세포에서 ATP 재합성의 세 가지 원천.분명히 인체 세포의 먼 조상은 수백만 년 전에 존재했으며 탄수화물을 과도하게 공급하는 식물 세포로 둘러싸여 있었고 산소가 충분하지 않거나 전혀 없었습니다. 우리 몸에서 에너지 생성을 위해 가장 많이 사용되는 영양소는 탄수화물입니다. 그리고 인체의 대부분의 세포는 단백질과 지방을 에너지원으로 사용할 수 있는 능력을 획득했지만 일부(예: 신경, 적혈구, 남성 생식세포)는 탄수화물의 산화를 통해서만 에너지를 생산할 수 있습니다.

탄수화물의 1 차 산화 과정 - 실제로 세포의 주요 산화 기질 인 포도당 -은 세포질에서 직접 발생합니다. 효소 복합체가 위치하여 포도당 분자가 부분적으로 파괴됩니다. , 방출된 에너지는 ATP의 형태로 저장됩니다. 이 과정을 해당과정이라고 하며 예외 없이 인체의 모든 세포에서 일어날 수 있습니다. 이 반응의 결과로 6탄소의 포도당 1분자에서 3탄소 3분자의 피루브산 2분자와 ATP 2분자가 형성됩니다.

해당 과정은 매우 빠르지만 상대적으로 비효율적인 과정입니다. 해당 반응이 완료된 후 세포에서 형성된 피루브산은 거의 즉시 젖산으로 전환되며 때로는(예를 들어, 심한 근육 운동 중에) 매우 많은 양이 혈액으로 방출됩니다. 세포막을 자유롭게 통과합니다. 산성 대사 산물이 혈액으로 대량 방출되면 항상성이 교란되고 신체는 근육 활동이나 기타 활성 활동의 결과에 대처하기 위해 특별한 항상성 메커니즘을 켜야 합니다.

해당과정의 결과로 생성된 피루브산은 여전히 ​​많은 잠재적인 화학 에너지를 포함하고 있으며 추가 산화의 기질 역할을 할 수 있지만 이를 위해서는 특별한 효소와 산소가 필요합니다. 이 과정은 미토콘드리아라는 특별한 세포 소기관을 포함하는 많은 세포에서 발생합니다. 미토콘드리아 막의 내부 표면은 많은 수의 산화 효소를 포함하는 큰 지질 및 단백질 분자로 구성됩니다. 세포질에서 형성된 3-탄소 분자, 일반적으로 아세트산(아세트산)은 미토콘드리아를 관통합니다. 거기에서 그들은 탄소와 수소 원자가 산소와 결합할 때 이산화탄소와 물로 변하는 유기 분자에서 교대로 분리되는 연속적으로 실행되는 반응 주기에 포함됩니다. 이러한 반응에서 많은 양의 에너지가 방출되어 ATP 형태로 저장됩니다. 미토콘드리아에서 전체 산화 주기를 거친 피루브산의 각 분자는 세포가 17개의 ATP 분자를 받을 수 있도록 합니다. 따라서 1개의 포도당 분자가 완전히 산화되면 세포에 2 + 17x2 = 36개의 ATP 분자가 제공됩니다. 지방산과 아미노산, 즉 지방과 단백질의 구성 성분이 미토콘드리아 산화 과정에 포함될 수 있다는 것도 마찬가지로 중요합니다. 이 능력 덕분에 미토콘드리아는 신체가 먹는 음식에 상대적으로 세포를 독립적으로 만듭니다. 어쨌든 필요한 양의 에너지가 생성됩니다.

에너지의 일부는 ATP보다 작고 이동성이 뛰어난 인산 크레아틴(CRP) 분자의 형태로 세포에 저장됩니다. 세포의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 빠르게 이동할 수 있는 것은 이 작은 분자입니다. 현재 에너지가 가장 필요한 곳입니다. KrF 자체는 합성, 근육 수축 또는 신경 충동의 전도 과정에 에너지를 줄 수 없습니다. 여기에는 ATP가 필요합니다. 그러나 다른 한편으로, KrF는 즉시 ATP로 바뀌고 추가 생화학적 변형을 위해 준비되는 아데나진 이인산(ADP) 분자에 그 안에 포함된 모든 에너지를 제공할 수 있는 손실 없이 쉽고 실질적으로 있습니다.

따라서 세포 기능 과정에서 소비되는 에너지, 즉 ATP는 혐기성(무산소) 해당과정, 호기성(산소 참여 포함) 미토콘드리아 산화, 그리고 KrF에서 ADP로 인산염 그룹의 이동이라는 세 가지 주요 과정으로 인해 갱신될 수 있습니다.

크레아틴 인산염 공급원은 KrF와 ADP의 반응이 매우 빠르게 진행되기 때문에 가장 강력합니다. 그러나 세포의 CRF 스톡은 일반적으로 작습니다. 예를 들어 근육은 6-7초 동안 CRF로 인해 최대 노력으로 작동할 수 있습니다. 이것은 일반적으로 두 번째로 강력한 해당 작용 에너지원을 유발하기에 충분합니다. 이 경우 영양소의 자원은 몇 배나 더 많으나 작업이 진행될수록 젖산의 형성으로 인해 항상성의 긴장이 증가하게 되는데 이러한 작업을 큰 근육으로 하게 되면 1.5-2를 넘지 못한다. 분. 그러나이 시간 동안 미토콘드리아는 거의 완전히 활성화되어 포도당뿐만 아니라 체내 공급이 거의 고갈되지 않는 지방산도 태울 수 있습니다. 따라서 호기성 미토콘드리아 소스는 매우 오랜 시간 동안 작동할 수 있지만 그 파워는 상대적으로 낮습니다. 해당 소스보다 2-3배, 크레아틴 포스페이트의 파워보다 5배 낮습니다.

신체의 다양한 조직에서 에너지 생산 조직의 특징.조직마다 미토콘드리아의 포화도가 다릅니다. 그들 중 가장 적은 것은 뼈와 백색 지방, 무엇보다도 갈색 지방, 간 및 신장에 있습니다. 신경 세포에는 꽤 많은 미토콘드리아가 있습니다. 근육은 미토콘드리아의 농도가 높지 않지만 골격근이 신체의 가장 큰 조직(성인 체중의 약 40%)이라는 사실 때문에 근육 세포의 필요가 크게 결정됩니다. 모든 에너지 대사 과정의 강도와 방향. IA Arshavsky는 이것을 "골격근의 에너지 법칙"이라고 불렀습니다.

나이가 들어감에 따라 에너지 대사의 두 가지 중요한 구성 요소가 한 번에 변경됩니다. 즉, 대사 활동이 다른 조직의 질량 비율과 이러한 조직에서 가장 중요한 산화 효소의 함량이 바뀝니다. 결과적으로 에너지 대사는 다소 복잡한 변화를 겪지만 일반적으로 그 강도는 나이가 들면서 상당히 감소합니다.

에너지 교환

에너지 교환신체의 가장 필수적인 기능입니다. 모든 합성, 모든 기관의 활동, 모든 기능적 활동은 필연적으로 에너지 대사에 영향을 줄 것입니다. 예외가없는 보존 법칙에 따르면 물질의 변형과 관련된 모든 행위에는 에너지 소비가 수반되기 때문입니다.

에너지 소비유기체는 기초 대사, 기능의 에너지 공급, 성장, 발달 및 적응 과정을 위한 에너지 소비의 세 가지 불평등한 부분으로 구성됩니다. 이 부분들 사이의 관계는 개별 발달 단계와 특정 조건에 따라 결정됩니다(표 2).

기초 대사- 이것은 장기 및 시스템의 기능적 활동에 관계없이 항상 존재하는 최소 에너지 생산 수준이며 결코 0이 아닙니다. 기초 대사는 세 가지 주요 유형의 에너지 소비, 즉 최소 수준의 기능, 무익한 순환 및 회복 과정으로 구성됩니다.

에너지에 대한 신체의 최소 요구 사항.최소한의 기능 수준에 대한 질문은 매우 분명합니다. 완전한 휴식 조건(예: 편안한 수면)에서도 활성화 요인이 신체에 작용하지 않을 때 뇌와 내분비선의 특정 활동을 유지해야 합니다. 간 및 위장관, 심장 및 혈관, 호흡기 근육 및 폐 조직, 강장제 및 평활근 등

무익한 주기.수백만 개의 순환 생화학 반응이 신체의 모든 세포에서 지속적으로 발생하여 결과적으로 아무 것도 생성되지 않지만 이를 수행하는 데 일정량의 에너지가 필요하다는 사실은 잘 알려져 있지 않습니다. 이들은 소위 헛된 주기, 즉 실제 기능 작업이 없는 상태에서 세포 구조의 "투쟁 능력"을 보존하는 과정입니다. 팽이처럼 헛된 순환은 세포와 모든 구조에 안정성을 부여합니다. 각각의 무의미한 주기를 유지하기 위한 에너지 소비는 작지만 많은 것이 있기 때문에 기초 에너지 소비에서 상당히 눈에 띄는 몫을 차지합니다.

복구 프로세스.신진대사 과정에 관여하는 복잡하게 조직된 수많은 분자가 조만간 손상되기 시작하여 기능적 특성을 잃거나 독성 특성을 얻기까지 합니다. 세포에서 손상된 분자를 제거하고 그 자리에 오래된 것과 동일한 새로운 분자를 합성하는 지속적인 "수리 및 복원 작업"이 필요합니다. 단백질 분자의 수명은 일반적으로 1-2주를 초과하지 않고 모든 세포에는 수억 개의 분자가 있기 때문에 이러한 복구 과정은 모든 세포에서 지속적으로 발생합니다. 불리한 온도, 증가된 방사선 배경, 독성 물질에 대한 노출 등 환경 요인은 복잡한 분자의 수명을 크게 단축시키고 결과적으로 복구 과정의 장력을 증가시킬 수 있습니다.

다세포 유기체의 조직 기능의 최소 수준.세포의 기능은 항상 확실하다 외부 작업... 근육 세포의 경우 수축, 신경 세포의 경우 - 전기 자극의 생성 및 전도, 선 세포의 경우 - 분비물의 생성 및 분비 작용, 상피 세포의 경우 - 음세포 증 또는 다른 형태의 상호 작용 주변 조직 및 생물학적 유체와 함께. 당연히 구현을 위한 에너지 소비 없이는 모든 작업을 수행할 수 없습니다. 그러나 모든 작업은 또한 활성 세포의 폐기물이 다른 세포 및 조직에 무관심하지 않을 수 있기 때문에 신체의 내부 환경을 변화시킵니다. 따라서 기능 수행 시 에너지 소비의 두 번째 단계는 항상성의 적극적인 유지와 관련이 있으며, 이는 때때로 에너지의 매우 많은 부분을 소비합니다. 한편, 기능적 업무를 수행하는 과정에서 내부 환경의 구성이 변할 뿐만 아니라 구조도 자주 변하고 파괴의 방향으로 변하는 경우가 많다. 따라서 골격근의 수축(낮은 강도일지라도)과 함께 근섬유 파손이 항상 발생합니다. 형식의 무결성이 위반됩니다. 신체에는 손상되거나 변경된 구조의 가장 빠른 복원을 보장하는 형태의 불변성(동종형성)을 유지하기 위한 특별한 메커니즘이 있지만 이는 다시 에너지를 소모합니다. 그리고 마지막으로, 특정 조건에 노출된 결과 활성화되어야 하는 기능에 관계없이 발달 중인 유기체가 발달의 주요 경향을 보존하는 것이 매우 중요합니다. 발달 방향과 채널의 불변성을 유지하는 것(항상성)은 기능을 활성화할 때 에너지 소비의 또 다른 형태입니다.

발달하는 유기체에게 에너지 소비의 중요한 항목은 성장과 발달 그 자체입니다. 그러나 성숙한 유기체를 포함하여 모든 유기체에 대해 적응 재배열 과정은 부피가 덜 에너지 집약적이며 본질적으로 매우 유사합니다. 여기에서 에너지 소비는 게놈을 활성화하고 쓸모없는 구조(이화작용)와 합성( 동화작용)을 파괴하는 것을 목표로 합니다.

기초 대사 비용과 성장 및 발달 비용은 나이가 들어감에 따라 크게 감소하지만 기능 수행 비용은 질적으로 다릅니다. 성장과 발달의 과정에서 기초 에너지 소비와 에너지 소비를 분리하는 것은 방법론적으로 매우 어렵기 때문에 일반적으로 이름으로 함께 고려됩니다. "BX".

기초 대사율의 연령 관련 역학. M. Rubner(1861) 이후로 포유동물의 경우 체중이 증가하면 단위 질량당 열 생성 강도가 감소한다는 사실이 잘 알려져 있습니다. 단위 표면당 계산된 교환량은 일정하게 유지됩니다("표면 법칙"). 이러한 사실들은 아직까지 이론적인 설명이 충분하지 않아 신체 사이즈와 대사율의 관계를 실험적으로 표현하고 있다. 인간을 포함한 포유류의 경우 M. Kleiber의 공식이 현재 가장 많이 사용됩니다.

M = 67.7 P 0 75 kcal / 일,

여기서 M은 전체 유기체의 열 생산이고 P는 체중입니다.

그러나 연령과 관련된 기초 대사의 변화를 항상 이 방정식으로 설명할 수는 없습니다. 생후 첫 해 동안 열 생산은 Kleiber 방정식에서 요구하는 것처럼 감소하지 않지만 동일한 수준을 유지하거나 약간 증가합니다. 1세의 나이에만 대략적으로 달성되는 대사율(55kcal/kg·일)은 10kg의 유기체에 대한 Kleiber 방정식에 따라 "가정"됩니다. 3세부터 기초 대사의 강도가 점차 감소하기 시작하여 사춘기가 되어서야 성인 수준(25kcal/kg·day)에 도달합니다.

성장 및 개발 프로세스의 에너지 비용.종종 어린이의 기초 대사율 증가는 성장 비용과 관련이 있습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 수행된 정확한 측정 및 계산에 따르면 생후 첫 3개월 동안의 가장 강렬한 성장 과정에서도 일일 에너지 소비량의 7-8% 이상을 필요로 하지 않으며 12개월 후에는 초과하지 않는 것으로 나타났습니다. 1%. 또한 성장 속도가 6 개월보다 10 배 낮아지는 1 세에 어린이 신체의 가장 높은 에너지 소비 수준이 나타났습니다. 세포 분화 과정으로 인해 성장률이 감소하고 장기와 조직에서 상당한 질적 변화가 발생하는 개체 발생 단계는 훨씬 더 "에너지 집약적"인 것으로 판명되었습니다. 생화학자에 대한 특별 연구에 따르면 분화 과정의 단계에 들어가는 조직(예: 뇌)에서 미토콘드리아의 함량이 급격히 증가하여 결과적으로 산화 대사 및 열 생산이 증가합니다. 이 현상의 생물학적 의미는 세포 분화 과정에서 세포가 이전에 생산할 수 없었던 새로운 구조, 새로운 단백질 및 기타 큰 분자가 형성된다는 것입니다. 모든 새로운 사업과 마찬가지로 이것은 특별한 에너지 비용을 필요로 하는 반면, 성장 과정은 세포에서 단백질 및 기타 거대분자의 확립된 "일괄 생산"입니다.

추가 개인 발달 과정에서 기초 신진 대사의 강도 감소가 관찰됩니다. 동시에 기초 대사율에 대한 다양한 장기의 기여도가 연령에 따라 변한다는 것이 밝혀졌습니다. 예를 들어, 신생아의 뇌(기초 대사율에 상당한 기여)는 체중의 12%이고 성인의 경우 2%에 불과합니다. 내부 장기도 고르지 않게 자라며 뇌와 마찬가지로 휴식시에도 300kcal / kg 일의 에너지 대사 수준이 매우 높습니다. 동시에, 근육 조직은 상대적 양이 산후 발달 중에 거의 두 배가되며 휴식시 대사 수준이 매우 낮습니다 (하루 18kcal / kg). 성인의 경우 기초대사량의 약 24%는 뇌, 간은 20%, 심장은 10%, 골격근은 28%를 차지한다. 1세 아동의 경우 뇌는 기초 대사의 53%, 간은 약 18%, 골격근은 8%만 차지합니다.

취학 연령 아동의 휴식 교환.기초 대사는 클리닉에서만 측정할 수 있습니다. 여기에는 특별한 조건이 필요합니다. 그러나 휴식 교환은 모든 사람에게 측정 될 수 있습니다. 단식 상태에 있고 수십 분 동안 근육 휴식을 취하는 것으로 충분합니다. 정지 교환은 기본 교환보다 약간 높지만 이 차이가 근본적인 것은 아닙니다. 휴식기 대사에서 연령 관련 변화의 역학은 단순한 대사율 감소로 환원되지 않습니다. 대사율의 급격한 감소를 특징으로 하는 기간은 휴식기 대사가 안정화되는 연령 간격으로 대체됩니다.

동시에 대사강도 변화의 성질과 성장률 사이에는 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다(57페이지 그림 8 참조). 그림의 막대는 체중의 상대적인 연간 성장을 보여줍니다. 상대 성장률이 높을수록 이 기간 동안 휴식 대사의 강도가 더 크게 감소하는 것으로 나타났습니다.

제시된 그림에서 또 하나의 특징을 볼 수 있습니다. 분명한 성별 차이: 연구된 연령대의 여아는 성장률과 신진대사 강도의 변화 측면에서 남아보다 약 1년 앞서 있습니다. 동시에 4 세에서 7 세 사이의 절반 높이 점프 중 휴식 교환의 강도와 어린이 성장률 사이에는 밀접한 관계가 있습니다. 같은 기간에 젖니가 영구 치아로 바뀌기 시작하여 형태 및 기능적 성숙의 지표 중 하나가 될 수도 있습니다.

추가 발달 과정에서 기초 신진 대사의 강도 감소가 계속되며 이제는 사춘기 과정과 밀접한 관련이 있습니다. 사춘기 초기에 청소년의 대사율은 성인보다 약 30% 더 높습니다. 지표의 급격한 감소는 생식선이 활성화되는 III 단계에서 시작되어 사춘기가 시작될 때까지 계속됩니다. 아시다시피, 사춘기의 급격한 성장은 또한 사춘기 III기의 달성과 일치합니다. 이 경우 가장 집중적 인 성장 기간 동안 대사율 감소의 규칙 성이 유지됩니다.

이 기간 동안 발달하는 소년은 소녀보다 약 1년 뒤쳐집니다. 이 사실에 따라 소년의 신진 대사 과정의 강도는 항상 같은 연령의 소녀보다 높습니다. 이러한 차이는 작지만(5-10%) 사춘기 전체 기간 동안 안정적입니다.

체온조절

체온 조절, 즉 신체 중심부의 일정한 온도를 유지하는 것은 열 생성과 열 전달의 두 가지 주요 과정에 의해 결정됩니다. 열 생성(열 발생)은 우선 대사 과정의 강도에 따라 달라지지만 열 전달은 단열 및 혈관 운동 반응, 외부 호흡 및 발한 활동을 포함하여 다소 복잡하게 조직된 생리학적 메커니즘의 전체 복합체에 의해 결정됩니다. 이와 관련하여 열 발생은 화학적 온도 조절 메커니즘과 열 전달을 변경하는 방법-물리적 온도 조절 메커니즘을 의미합니다. 나이가 들어감에 따라 이러한 메커니즘과 기타 메커니즘이 모두 변화하고 안정적인 체온을 유지하는 데 있어 그 중요성도 변합니다.

온도 조절 메커니즘의 연령 관련 발달.순수한 물리적 법칙은 신체의 질량과 절대 치수가 증가함에 따라 화학적 온도 조절의 기여도가 감소한다는 사실로 이어집니다. 따라서 신생아의 경우 체온 조절 열 생산 값은 약 0.5kcal / kg h 우박이고 성인의 경우 0.15kcal / kg h 우박입니다.

주변 온도가 감소하면 신생아는 최대 4kcal / kg h까지 성인과 거의 동일한 값으로 열 생산을 증가시킬 수 있지만 낮은 단열 (0.15 deg m 2 h / kcal)으로 인해, 신생아의 화학적 온도 조절 범위는 5 ° 이하로 매우 작습니다. 임계 온도( NS) 열 발생이 켜져있는 만삭 아기의 경우 +33 ° С이며 성인 상태에서는 +27 ... + 23 ° С로 감소합니다. 그러나 의류의 단열재는 일반적으로 2.5 KLO 또는 0.45 deg-m2 입니다. 체온 유지에 추가 비용이 필요하지 않은 조건에서.

드레싱 절차 중에만 냉각을 방지하기 위해 생후 첫 달의 어린이는 충분히 강력한 열 생성 메커니즘을 켜야 합니다. 더욱이, 이 연령대의 어린이는 성인에게는 없는 특별하고 특정한 열 발생 메커니즘을 가지고 있습니다. 냉각에 대한 반응으로 성인은 소위 "수축성" 열발생, 즉 골격근에서 추가적인 열 생성(한랭 떨림)을 포함하여 떨리기 시작합니다. 어린이 신체의 구조적 특징은 이러한 열 생성 메커니즘을 비효율적으로 만들므로 어린이의 경우 소위 "비 수축성"열 발생이 활성화되고 골격근이 아니라 완전히 다른 기관에 국한됩니다.

이들은 내부 장기(우선 간)와 미토콘드리아로 포화된 특수 갈색 지방 조직(따라서 갈색)이며 높은 에너지 기능을 가지고 있습니다. 건강한 어린이의 갈색 지방 열 생성 활성화는 갈색 지방이 더 표면적으로 위치하는 신체 부위인 견갑골과 목의 피부 온도 상승으로 볼 수 있습니다. 이 영역의 온도 변화로 어린이의 체온 조절 메커니즘 상태, 경화 정도를 판단 할 수 있습니다. 생후 첫 달에 어린이의 소위 "뜨거운 뒷머리"는 갈색 지방의 활동과 정확하게 관련이 있습니다.

생후 1년 동안 화학적 온도 조절 활동이 감소합니다. 5~6개월 아동의 경우 신체 온도 조절의 역할이 현저하게 증가합니다. 나이가 들면서 갈색지방의 대부분이 사라지지만 3세까지는 갈색지방의 가장 큰 부분인 견갑골의 반응이 남습니다. 야외활동을 하는 북부지역 성인들의 경우 갈색지방조직이 계속해서 활발하게 활동하고 있다는 보고가 있다. 정상적인 조건하에서 3세 이상의 소아에서는 비수축성 열발생의 활동이 제한되고 화학적 체온조절이 활성화될 때 열 생산을 증가시키는 지배적인 역할은 골격근의 특정 수축 활동인 근긴장도 및 근육을 일으키기 시작합니다 떨림. 그런 아이가 반바지와 티셔츠 차림으로 상온(+20℃)에 있으면 100건 중 80건에서 열 생산이 활성화된다.

반성장 도약(5-6년) 동안 성장 과정을 강화하면 팔다리의 길이와 표면적이 증가하여 신체와 환경 사이에 조절된 열 교환을 제공합니다. 이것은 차례로 5.5-6 세 (특히 소녀의 경우 분명히)부터 온도 조절 기능에 상당한 변화가 발생한다는 사실로 이어집니다. 신체의 단열이 증가하고 화학적 온도 조절의 활동이 크게 감소합니다. 체온을 조절하는 이 방법은 더 경제적이며, 나이가 들수록 더 많이 사용되는 방법입니다. 이 온도 조절 개발 기간은 경화 절차에 민감합니다.

사춘기가 시작되면 체온 조절 발달의 다음 단계가 시작되며 이는 신흥 기능 시스템의 장애로 나타납니다. 11-12세 소녀와 13세 소년에서 휴식 교환의 강도가 지속적으로 감소함에도 불구하고 해당하는 혈관 조절 조정은 일어나지 않습니다. 청소년기에만 사춘기가 끝난 후 체온 조절의 가능성이 결정적인 발달 수준에 도달합니다. 자신의 신체 조직의 단열을 높이면 환경 온도가 10-15 ° C 떨어지는 경우에도 화학적 온도 조절 (즉, 추가 열 생성)을 포함하지 않아도됩니다. 이러한 신체의 반응은 당연히 더 경제적이고 효율적입니다.

영양물 섭취

에너지를 생산하고 자신의 몸을 만드는 데 사용되는 인체에 ​​필요한 모든 물질은 환경에서 비롯됩니다. 아이가 자라면서 생후 1년이 끝날 무렵에는 점점 더 많은 사람들이 독립적인 영양으로 전환하게 되며, 3년이 지나면 아이의 영양 상태는 성인의 것과 크게 다르지 않습니다.

영양소의 구조적 구성 요소.인간의 음식은 식물과 동물의 기원이 될 수 있지만 이것에 관계없이 단백질, 지방 및 탄수화물과 같은 동일한 종류의 유기 화합물로 구성됩니다. 실제로, 이러한 동일한 부류의 화합물은 주로 사람 자신의 신체를 구성합니다. 동시에 동물성 식품과 식물성 식품에는 차이점이 있으며 매우 중요합니다.

탄수화물... 식물성 식품의 가장 풍부한 성분은 인체의 에너지 공급의 기초를 형성하는 탄수화물(대부분 전분 형태)입니다. 성인의 경우 탄수화물, 지방 및 단백질을 4:1:1의 비율로 섭취해야 합니다. 어린이의 신진 대사 과정은 더 집중적이며 주로 탄수화물을 거의 독점적으로 섭취하는 뇌의 신진 대사 활동으로 인해 어린이는 5 : 1 : 1의 비율로 더 많은 탄수화물 음식을 섭취해야합니다. 생후 첫 달에는 아이가 식물성 식품을 섭취하지 않지만 모유에는 탄수화물이 상대적으로 많이 포함되어 있습니다. 우유와 거의 같은 지방이고 단백질은 2배 적지만 탄수화물은 2배 더 많습니다. 모유의 탄수화물, 지방 및 단백질 비율은 약 5:2:1입니다. 생후 첫 달에 아기에게 먹이를주기위한 인공 분유는 과당, 포도당 및 기타 탄수화물이 첨가 된 약 반 희석 된 우유를 기준으로 준비됩니다.

지방.식물성 식품은 지방이 많이 함유된 식품은 드물지만 식물성 지방에 함유된 성분은 인체에 필수적입니다. 동물성 지방과 달리 식물성 지방에는 이른바 고도불포화지방산이 많이 포함되어 있습니다. 이들은 이중 화학 결합이 있는 구조의 장쇄 지방산입니다. 이러한 분자는 인간 세포에서 세포막을 구축하는 데 사용되며, 여기에서 안정화 역할을 하여 공격적인 분자와 자유 라디칼의 침입으로부터 세포를 보호합니다. 이러한 특성으로 인해 식물성 지방은 항암, 항산화 및 항라디칼 활성이 있습니다. 또한 A 그룹과 E 그룹의 귀중한 비타민은 일반적으로 식물성 지방에 많이 용해되어 있으며 식물성 지방의 또 다른 장점은 콜레스테롤이 없기 때문에 인간의 혈관에 침착되어 경화 변화를 일으킬 수 있습니다. 반면에 동물성 지방은 상당한 양의 콜레스테롤을 함유하고 있지만 실질적으로 비타민과 고도불포화지방산은 함유하고 있지 않습니다. 그러나 동물성 지방은 에너지 공급의 중요한 구성 요소이기 때문에 인체에 필수적이며, 또한 리포키닌(lipokinin)을 함유하고 있어 신체가 자체 지방을 흡수하고 처리하는 데 도움이 됩니다.

단백질.식물 및 동물성 단백질도 구성이 크게 다릅니다. 모든 단백질은 아미노산으로 구성되어 있지만 이러한 필수 구성 요소 중 일부는 인체 세포에서 합성할 수 있지만 나머지는 합성할 수 없습니다. 후자는 4-5종으로 극히 적지만 무엇으로도 대체할 수 없기 때문에 필수 아미노산이라고 합니다. 식물성 식품에는 필수 아미노산이 거의 포함되어 있지 않으며 콩과 콩에만 소량 포함되어 있습니다. 한편, 이러한 물질은 육류, 생선 및 기타 동물성 제품에 널리 사용됩니다. 일부 필수 아미노산의 결핍은 성장 과정의 역동성과 많은 기능의 발달에 극적인 부정적인 영향을 미치며, 가장 중요한 것은 어린이의 두뇌와 지능의 발달에 영향을 미칩니다. 이러한 이유로 어린 나이에 장기간 영양실조로 고통받는 아이들은 종종 평생 정신 장애를 갖게 됩니다. 그렇기 때문에 어린이는 동물성 식품의 사용을 절대 제한해서는 안 됩니다. 적어도 우유와 계란, 생선은 물론입니다. 분명히이 상황은 기독교 전통에 따라 7 세 미만의 어린이가 금식을 지키지 않아야한다는 사실, 즉 동물성 음식을 거부한다는 사실과 관련이 있습니다.

매크로 및 미량 요소.식품에는 방사성 및 중금속, 불활성 가스를 제외하고 과학에 알려진 거의 모든 화학 원소가 포함되어 있습니다. 탄소, 수소, 질소, 산소, 인, 칼슘, 칼륨, 나트륨 및 기타 요소와 같은 일부 요소는 모든 식품에 포함되어 있으며 매우 많은 양(하루에 수십 및 수백 그램)으로 체내에 들어갑니다. 이러한 물질은 일반적으로 다량 영양소.다른 것들은 미량 영양소로 식품에서 미량으로 발견됩니다. 이들은 요오드, 불소, 구리, 코발트, 은 및 기타 여러 요소입니다. 철분은 체내에서 산소를 전달하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 체내에서 그 양이 상당히 많지만 종종 미량원소라고 합니다. 미량 영양소의 결핍은 심각한 질병을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 요오드 결핍은 심각한 갑상선 질환(갑상선종이라고 함)을 유발합니다. 철이 부족하면 철 결핍성 빈혈이 발생합니다. 이는 아동의 수행, 성장 및 발달에 부정적인 영향을 미치는 빈혈의 한 형태입니다. 이러한 모든 경우에는식이 요법에 누락 된 요소가 포함 된 식품을 포함하는 영양 교정이 필요합니다. 따라서 요오드는 해초 - 다시마에서 다량으로 발견되며 요오드 처리 된 식염은 상점에서 판매됩니다. 철분은 약국에서 판매되는 어린이용 토피 "Hematogen"뿐만 아니라 쇠고기 간, 사과 및 기타 과일에서 발견됩니다.

비타민, 비타민 결핍, 대사 질환.비타민은 중간 크기의 복잡한 유기 분자이며 일반적으로 인체 세포에서 생성되지 않습니다. 우리는 신체의 생화학 적 과정을 조절하는 많은 효소의 작업에 필요하기 때문에 음식에서 비타민을 섭취해야합니다. 비타민은 매우 불안정한 물질이므로 불에 요리하면 포함된 비타민이 거의 완전히 파괴됩니다. 날 음식에만 눈에 띄는 양의 비타민이 포함되어 있으므로 야채와 과일은 우리에게 비타민의 주요 공급원입니다. 거의 독점적으로 고기와 생선으로 사는 북부의 토착민뿐만 아니라 맹금류는 날 동물성 제품에서 충분한 비타민을 섭취합니다. 튀긴 고기와 삶은 고기와 생선에는 비타민이 거의 없습니다.

비타민 결핍은 종합적으로 비타민 결핍이라고 불리는 다양한 대사 질환에서 나타납니다. 현재 약 50가지의 비타민이 발견되었으며, 각각은 대사 과정의 자체 "부위"를 담당하며 비타민 결핍으로 인한 질병에는 수십 가지가 있습니다. 괴혈병, 각기병, 펠라그라 및 이러한 종류의 기타 질병은 널리 알려져 있습니다.

비타민은 지용성과 수용성의 두 가지 큰 그룹으로 나뉩니다. 수용성 비타민은 야채와 과일에서 다량으로 발견되며 지용성 비타민은 씨앗과 견과류에서 더 자주 발견됩니다. 올리브, 해바라기, 옥수수 및 기타 식물성 기름은 많은 지용성 비타민의 중요한 공급원입니다. 그러나 비타민 D(항충혈)는 주로 어유에서 발견되며, 이는 대구와 일부 다른 해양 물고기의 간에서 얻습니다.

중위도 및 북부 위도에서는 봄까지 식물성 식품에서 가을부터 보존되는 비타민의 양이 급격히 감소하고 북부 국가 거주자 많은 사람들이 비타민 결핍을 경험합니다. 많은 비타민이 함유된 소금에 절인 양배추와 소금에 절인 양배추 식품(양배추, 오이 및 기타 식품)은 이러한 상태를 극복하는 데 도움이 됩니다. 또한 비타민은 장내 미생물총에 의해 생성되므로 정상적인 소화로 사람에게 많은 필수 B 비타민이 충분한 양으로 공급됩니다. 생후 첫 해의 어린이는 장내 미생물총이 아직 형성되지 않았으므로 충분한 양의 모유와 과일 및 야채 주스를 비타민 공급원으로 섭취해야합니다.

에너지, 단백질, 비타민의 일일 요구량.음식이 모든 기능에 소비되는 에너지를 완전히 보상해야 하기 때문에 하루에 섭취하는 음식의 양은 대사 과정의 속도에 직접적으로 의존합니다(그림 13). 1세 이상 아동의 대사 과정의 강도는 나이가 들면서 감소하지만 체중이 증가하면 총(총) 에너지 소비가 증가합니다. 따라서 필수 영양소의 필요성도 증가합니다. 아래의 조회표(표 3-6)는 어린이의 대략적인 일일 영양소, 비타민, 필수 미네랄 섭취량을 보여줍니다. 표는 단백질, 지방 및 탄수화물과 관련이없는 유기 물질 (예 : 야채의 대부분을 구성하는 셀룰로오스)뿐만 아니라 음식에 포함 된 물을 고려하지 않고 순수한 물질의 질량을 제공한다는 점을 강조해야합니다 ).

산화적 인산화 과정에 대한 현대적 이해는 Belitser와 Kalkar의 선구적인 연구로 거슬러 올라갑니다. Kalkar는 호기성 인산화가 호흡과 관련되어 있음을 발견했습니다. Belitser는 인산염의 공액 결합과 산소 흡수 사이의 화학량론적 관계를 자세히 연구하고 흡수된 산소 원자의 수에 대한 무기 인산염 분자 수의 비율이

호흡이 2보다 작지 않을 때. 그는 또한 기질에서 산소로 전자의 이동이 흡수된 산소 원자 1개당 2개 이상의 ATP 분자를 형성할 수 있는 에너지원이라고 지적했습니다.

NAD H 분자는 전자 공여체 역할을 하고 인산화 반응은

간략하게 이 반응은 다음과 같이 작성됩니다.

반응(15.11)에서 3개의 ATP 분자의 합성은 전자 수송 사슬을 따라 산소 분자로 NAD H 분자의 2개 전자가 이동하기 때문에 발생합니다. 이 경우 각 전자의 에너지는 1.14 eV 감소합니다.

수중 환경에서 특수 효소의 참여로 ATP 분자의 가수 분해가 발생합니다.

반응 (15.12)와 (15.13)에 관련된 분자의 구조식은 그림 1에 나와 있습니다. 31.

생리학적 조건에서 반응(15.12)과 (15.13)에 관련된 분자는 서로 다른 이온화 단계(ATP,)에 있습니다. 따라서 이러한 공식의 화학 기호는 이온화의 다른 단계에 있는 분자 사이의 반응에 대한 조건부 표기로 이해해야 합니다. 이와 관련하여 반응(15.12)에서 자유 에너지 AG의 증가와 반응(15.13)의 감소는 온도, 이온 농도 및 매질의 pH 값에 따라 다릅니다. 표준 조건에서 eV kcal / mol). pH의 생리학적 값과 세포 내부의 이온 농도, 세포의 세포질에 있는 ATP 및 ADP 분자 및 무기 인산염 농도의 일반적인 값을 고려하여 적절한 보정을 도입하면 ATP 분자의 가수분해 자유 에너지에 대해 -0.54eV(-12.5kcal/mol)의 값을 얻습니다. ATP 분자의 가수분해 자유 에너지는 일정하지 않습니다. 같은 세포의 다른 장소에서도 농도가 다르면 동일하지 않을 수 있습니다.

Lipman의 선구적인 작업(1941)이 나타난 이후로, 세포의 ATP 분자는 가장 중요한 과정에서 사용되는 화학 에너지의 보편적인 단기 저장 및 운반자 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다.

ATP 분자의 가수 분해 과정에서 에너지의 방출은 분자의 변형을 동반합니다

이 경우 기호로 표시된 결합이 절단되면 인산 잔기가 제거됩니다. Lipman의 제안으로 그러한 결합은 "에너지가 풍부한 인산염 결합" 또는 "고에너지 결합"으로 알려지게 되었습니다. 이 이름은 매우 불행합니다. 가수분해 동안 발생하는 과정의 에너지를 전혀 반영하지 않습니다. 자유 에너지의 방출은 하나의 결합이 끊어져서가 아니라(이러한 끊김은 항상 에너지 소비를 필요로 함) 반응에 참여하는 모든 분자의 재배열, 새로운 결합의 형성 및 용매화 껍질의 재배열에 의해 발생합니다. 반응.

NaCl 분자가 물에 용해되면 수화된 이온이 형성되며, 수화 동안의 에너지 증가는 NaCl 분자의 결합이 끊어질 때의 에너지 소비와 겹칩니다. 이 에너지 획득을 NaCl 분자의 "고에너지 결합"으로 돌리는 것은 이상할 것입니다.

알려진 바와 같이 무거운 원자핵이 분열하는 동안 많은 양의 에너지가 방출되는데, 이는 고에너지 결합의 끊어짐과 관련이 없지만 핵분열 파편의 재배열과 쿨롭 반발력 감소로 인한 것입니다. 각 조각의 핵자 사이의 에너지.

"거시적 연결" 개념에 대한 공정한 비판은 두 번 이상 표현되었습니다. 그럼에도 불구하고 이 개념은 과학 문헌에서 널리 구현되었습니다. 큰

표 8

인산화 화합물의 구조식: a - phosphoenollyruvate; b - 1,3-디포스포글리세레이트; c - 크레아틴 포스페이트; - 글루코스-I-포스페이트; - 포도당-6-인산.

"고에너지 인산염 결합"이라는 표현이 관례적으로 사용된다면, 다른 이온, pH 등이 상응하는 존재와 함께 수용액에서 일어나는 변환의 전체 주기에 대한 간략한 설명으로서 여기에는 문제가 없습니다.

따라서 생화학자가 사용하는 인산염 결합 에너지의 개념은 일반적으로 초기 물질의 자유 에너지와 인산염 그룹이 분리되는 가수 분해 반응 생성물의 자유 에너지 간의 차이를 특성화합니다. 이 개념은 자유 분자의 두 원자 그룹 사이의 화학 결합 에너지 개념과 혼동되어서는 안 됩니다. 후자는 결합을 끊는 데 필요한 에너지를 나타냅니다.

세포에는 많은 인산화 화합물이 포함되어 있으며, 그 가수분해는 세포질에서 자유 에너지의 방출과 관련됩니다. 이러한 화합물 중 일부의 가수분해의 표준 자유 에너지 값이 표에 나와 있습니다. 8. 이들 화합물의 구조식은 그림 1에 나와 있습니다. 31과 35.

가수분해의 표준 자유 에너지의 큰 음수 값은 음으로 하전된 가수분해 생성물의 수화 에너지와 전자 껍질의 재배열 때문입니다. 테이블에서. 8 ATP 분자의 가수분해의 표준 자유 에너지 값은 "고에너지"(phosphoenolpyru-nat)와 "저에너지"(포도당-6-인산) 화합물 사이의 중간 위치를 차지합니다. 이것은 ATP 분자가 인산염 그룹의 편리한 범용 운반체인 이유 중 하나입니다.

특수 효소의 도움으로 ATP와 ADP 분자는 고에너지와 저에너지 사이에서 통신합니다.

인산염 화합물. 예를 들어, 효소 pyruvate kinase는 phosphoenolpyruvate에서 ADP로 인산염을 전달합니다. 반응의 결과로 피루브산과 ATP 분자가 형성됩니다. 또한, 헥소키나아제 효소를 사용하여 ATP 분자는 인산기를 D-포도당으로 이동시켜 포도당-6-인산으로 전환할 수 있습니다. 이 두 반응의 총 곱은 변환으로 축소됩니다.

이러한 유형의 반응은 ATP와 ADP 분자가 반드시 관여하는 중간 단계를 통해서만 진행될 수 있다는 것이 매우 중요합니다.