Uniwersalnym biologicznym akumulatorem energii jest. Uniwersalne formy energii komórkowej. Kontrola wiedzy przychodzącej

29.09.2019

W procesie biochemicznych przemian substancji dochodzi do zerwania wiązań chemicznych, czemu towarzyszy uwolnienie energii. Jest to darmowa, potencjalna energia, która nie może być bezpośrednio wykorzystana przez żywe organizmy. Trzeba to zmienić. Istnieją dwie uniwersalne formy energii, które można wykorzystać w komórce do wykonywania różnych prac:

1) Energia chemiczna, energia wiązań wysokoenergetycznych związków chemicznych. Wiązania chemiczne nazywane są makroergicznymi, jeśli po ich zerwaniu uwalniana jest duża ilość energii swobodnej. Związki z takimi połączeniami są wysokoenergetyczne. Cząsteczka ATP posiada wiązania wysokoenergetyczne i posiada pewne właściwości, które decydują o jej ważnej roli w metabolizmie energetycznym komórek:

· Niestabilność termodynamiczna;

· Wysoka stabilność chemiczna. Zapewnia wydajne magazynowanie energii, ponieważ zapobiega rozpraszaniu energii w postaci ciepła;

· Niewielki rozmiar cząsteczki ATP ułatwia dyfuzję do różnych części komórki, gdzie konieczne jest dostarczenie energii z zewnątrz do wykonania pracy chemicznej, osmotycznej lub chemicznej;

· Zmiana energii swobodnej podczas hydrolizy ATP ma wartość średnią, co pozwala mu w najlepszy sposób pełnić funkcje energetyczne, czyli przenosić energię ze związków wysokoenergetycznych do niskoenergetycznych.

ATP jest uniwersalnym akumulatorem energii dla wszystkich żywych organizmów, energia jest magazynowana w cząsteczkach ATP przez bardzo krótki czas (żywotność ATP-1/3 sekundy). Jest natychmiast zużywana, aby zapewnić energię dla wszystkich zachodzących w danej chwili procesów.Energia zawarta w cząsteczce ATP może być wykorzystana w reakcjach zachodzących w cytoplazmie (w większości biosyntez, a także w niektórych procesach zależnych od błony).

2) Energia elektrochemiczna (energia potencjału transbłonowego wodoru) . Gdy elektrony są przenoszone wzdłuż łańcucha redoks, w zlokalizowanych błonach określonego typu, zwanych energetycznie lub sprzężonymi, występuje nierównomierny rozkład protonów w przestrzeni po obu stronach błony, tj. poprzecznie zorientowany lub transbłonowy gradient wodoru Δ, mierzony w woltach, pojawia się na błonie. Powstały Δ prowadzi do syntezy cząsteczek ATP. Energia w postaci Δ może być wykorzystana w różnych procesach zależnych od energii zlokalizowanych na błonie:

· Do wchłaniania DNA w procesie transformacji genetycznej;

· Do przenoszenia białek przez błonę;

· Zapewnienie ruchu wielu prokariotów;

· Zapewnienie aktywnego transportu cząsteczek i jonów przez błonę cytoplazmatyczną.

Nie cała energia swobodna uzyskana podczas utleniania substancji jest przekształcana w formę dostępną dla komórki i kumuluje się w ATP. Część powstałej darmowej energii jest rozpraszana w postaci ciepła, rzadziej światła i energii elektrycznej. Jeśli komórka magazynuje więcej energii, niż może wydać na wszystkie energochłonne procesy, syntetyzuje dużą ilość substancji magazynujących o dużej masie cząsteczkowej (lipidów). W razie potrzeby substancje te ulegają przemianom biochemicznym i dostarczają komórkom energii.

ATP jest uniwersalną „walutą” energetyczną komórki. Jednym z najbardziej zdumiewających „wynalazków” natury są molekuły tzw. substancji „wysokoenergetycznych”, w których strukturze chemicznej znajduje się jedno lub więcej wiązań służących jako urządzenia magazynujące energię. Kilka podobnych cząsteczek znaleziono w żywej przyrodzie, ale tylko jedna z nich występuje w ludzkim organizmie – kwas adenozynotrifosforowy (ATP). Jest to dość złożona cząsteczka organiczna, do której przyłączone są 3 ujemnie naładowane reszty nieorganicznego kwasu fosforowego PO. To właśnie te reszty fosforu są związane z organiczną częścią cząsteczki za pomocą wiązań „wysokoenergetycznych”, które łatwo ulegają zniszczeniu podczas różnych reakcji wewnątrzkomórkowych. Jednak energia tych wiązań nie jest rozpraszana w przestrzeni w postaci ciepła, ale jest wykorzystywana do ruchu lub interakcji chemicznych innych cząsteczek. To dzięki tej właściwości ATP pełni w komórce funkcję uniwersalnego magazynu (akumulatora) energii, a także uniwersalnej „waluty”. W końcu prawie każda przemiana chemiczna zachodząca w komórce albo pochłania, albo uwalnia energię. Zgodnie z prawem zachowania energii, całkowita ilość energii wytworzonej w wyniku reakcji utleniania i zmagazynowanej w postaci ATP jest równa ilości energii, którą komórka może wykorzystać do swoich procesów syntezy i wykonywania dowolnych funkcji. Jako „zapłatę” za możliwość wykonania tej lub innej czynności, komórka zmuszona jest wydać zapas ATP. W tym przypadku należy szczególnie podkreślić: cząsteczka ATP jest tak duża, że nie jest w stanie przejść przez błonę komórkową. Dlatego ATP utworzone w jednej komórce nie może być wykorzystane przez inną komórkę. Każda komórka organizmu jest zmuszona do syntezy ATP na własne potrzeby w ilościach, w jakich jest to niezbędne do wykonywania jej funkcji.

Trzy źródła resyntezy ATP w komórkach ludzkiego ciała. Najwyraźniej dalecy przodkowie komórek ludzkiego ciała istniały wiele milionów lat temu, otoczeni komórkami roślinnymi, które dostarczały im nadmiar węglowodanów, a tlenu było za mało lub wcale. To właśnie węglowodany są najczęściej wykorzystywanym składnikiem składników odżywczych do produkcji energii w organizmie. I chociaż większość komórek ludzkiego ciała nabyła zdolność wykorzystywania białek i tłuszczów jako surowców energetycznych, niektóre (na przykład nerwy, czerwona krew, męskie komórki rozrodcze) są w stanie wytwarzać energię tylko poprzez utlenianie węglowodanów.

Procesy pierwotnego utleniania węglowodanów - a raczej glukozy, która w rzeczywistości jest głównym substratem utleniania w komórkach - zachodzą bezpośrednio w cytoplazmie: to tam znajdują się kompleksy enzymatyczne, dzięki którym cząsteczka glukozy jest częściowo zniszczona , a uwolniona energia jest magazynowana w postaci ATP. Proces ten nazywany jest glikolizą, może zachodzić bez wyjątku we wszystkich komórkach ludzkiego ciała. W wyniku tej reakcji z jednej 6-węglowej cząsteczki glukozy powstają dwie 3-węglowe cząsteczki kwasu pirogronowego i dwie cząsteczki ATP.

Glikoliza to bardzo szybki, ale stosunkowo nieefektywny proces. Powstający w komórce kwas pirogronowy po zakończeniu reakcji glikolizy jest prawie natychmiast przekształcany w kwas mlekowy i czasami (np. podczas ciężkiej pracy mięśni) w bardzo dużych ilościach jest uwalniany do krwi, ponieważ jest to mała cząsteczka, która może swobodnie przechodzą przez błonę komórkową. Tak masowe uwalnianie kwaśnych produktów przemiany materii do krwi zaburza homeostazę, a organizm musi włączyć specjalne mechanizmy homeostatyczne, aby poradzić sobie z konsekwencjami pracy mięśni lub innego aktywnego działania.

Powstający w wyniku glikolizy kwas pirogronowy nadal zawiera dużo potencjalnej energii chemicznej i może służyć jako substrat do dalszego utleniania, ale wymaga to specjalnych enzymów i tlenu. Proces ten zachodzi w wielu komórkach, które zawierają specjalne organelle – mitochondria. Wewnętrzna powierzchnia błon mitochondrialnych składa się z dużych cząsteczek lipidów i białek, w tym dużej liczby enzymów oksydacyjnych. Powstające w cytoplazmie cząsteczki 3-węglowe, zwykle kwas octowy (octan), przenikają do mitochondriów. Tam są włączone w ciągły cykl reakcji, podczas których atomy węgla i wodoru są naprzemiennie oddzielane od tych organicznych cząsteczek, które w połączeniu z tlenem zamieniają się w dwutlenek węgla i wodę. W reakcjach tych uwalniana jest duża ilość energii, która jest magazynowana w postaci ATP. Każda cząsteczka kwasu pirogronowego, po przejściu pełnego cyklu utleniania w mitochondriach, umożliwia komórce otrzymanie 17 cząsteczek ATP. Zatem całkowite utlenienie 1 cząsteczki glukozy dostarcza komórce 2 + 17x2 = 36 cząsteczek ATP. Równie ważne jest to, że kwasy tłuszczowe i aminokwasy, czyli składniki tłuszczów i białek, również mogą zostać włączone do procesu utleniania mitochondriów. Dzięki tej zdolności mitochondria czynią komórkę względnie niezależną od tego, jakie pokarmy spożywa organizm: w każdym przypadku wytworzona zostanie wymagana ilość energii.

Część energii jest magazynowana w komórce w postaci cząsteczek fosforanu kreatyny (CRP), mniejszych i bardziej mobilnych niż ATP. To właśnie ta mała cząsteczka może szybko przemieszczać się z jednego końca komórki na drugi – tam, gdzie w danej chwili energia jest najbardziej potrzebna. Sam KrF nie może dostarczać energii procesom syntezy, skurczu mięśni lub przewodzeniu impulsu nerwowego: wymaga to ATP. Ale z drugiej strony KrF łatwo i praktycznie bez strat jest w stanie oddać całą zawartą w nim energię cząsteczce adenazynodifosforanu (ADP), która natychmiast zamienia się w ATP i jest gotowa do dalszych przemian biochemicznych.

Zatem energia zużywana w trakcie funkcjonowania komórki, czyli m.in. ATP można odnowić dzięki trzem głównym procesom: beztlenowej (beztlenowej) glikolizie, tlenowej (z udziałem tlenu) oksydacji mitochondrialnej, a także dzięki przeniesieniu grupy fosforanowej z KrF do ADP.

Najsilniejsze jest źródło fosforanu kreatyny, ponieważ reakcja KrF z ADP przebiega bardzo szybko. Jednak zapas CRF w komórce jest zwykle niewielki – np. mięśnie mogą pracować z maksymalnym wysiłkiem z powodu CRF nie dłużej niż 6-7 sekund. Zwykle wystarcza to do uruchomienia drugiego najpotężniejszego - glikolitycznego - źródła energii. W tym przypadku zasób składników odżywczych jest wielokrotnie większy, ale w miarę postępu pracy dochodzi do narastającego napięcia homeostazy na skutek powstawania kwasu mlekowego, a jeśli taką pracę wykonują duże mięśnie, nie może ona trwać dłużej niż 1,5-2 minuty. Ale w tym czasie prawie całkowicie aktywowane są mitochondria, które są w stanie spalić nie tylko glukozę, ale także kwasy tłuszczowe, których podaż w organizmie jest niemal niewyczerpana. Zatem tlenowe źródło mitochondrialne może działać bardzo długo, jednak jego moc jest stosunkowo niska – 2-3 razy mniej niż źródło glikolityczne i 5 razy mniej niż moc fosforanu kreatyny.

Cechy organizacji produkcji energii w różnych tkankach ciała. Różne tkanki mają różne nasycenie mitochondriów. Najmniej jest ich w kościach i tłuszczu białym, a przede wszystkim w tłuszczu brunatnym, wątrobie i nerkach. W komórkach nerwowych jest sporo mitochondriów. Mięśnie nie posiadają wysokiego stężenia mitochondriów, ale z uwagi na to, że mięśnie szkieletowe są najmasywniejszą tkanką ciała (ok. 40% masy ciała osoby dorosłej), to właśnie potrzeby komórek mięśniowych w dużej mierze determinują intensywność i kierunek wszystkich procesów metabolizmu energetycznego. IA Arshavsky nazwał to „regułą energii mięśni szkieletowych”.

Wraz z wiekiem zmieniają się jednocześnie dwa ważne składniki metabolizmu energetycznego: zmienia się stosunek mas tkanek o różnej aktywności metabolicznej, a także zawartość najważniejszych enzymów oksydacyjnych w tych tkankach. W efekcie metabolizm energetyczny ulega dość złożonym zmianom, ale generalnie jego intensywność maleje wraz z wiekiem i to dość znacząco.

Wymiana energii

Wymiana energii jest najbardziej integralną funkcją ciała. Wszelkie syntezy, aktywność dowolnego organu, każda czynność funkcjonalna nieuchronnie wpłyną na metabolizm energii, ponieważ zgodnie z prawem zachowania, które nie ma wyjątków, każdemu aktowi związanemu z transformacją materii towarzyszy wydatek energii.

Zużycie energii Organizm składa się z trzech nierównych części podstawowej przemiany materii, dostarczania energii do funkcji oraz zużycia energii na wzrost, rozwój i procesy adaptacyjne. O relacji między tymi częściami decyduje etap rozwoju osobniczego oraz specyficzne warunki (tab. 2).

Podstawowy metabolizm- jest to minimalny poziom produkcji energii, który istnieje zawsze, niezależnie od czynnościowej czynności narządów i układów, i nigdy nie jest równy zeru. Podstawowy metabolizm obejmuje trzy główne rodzaje wydatkowania energii: minimalny poziom funkcji, jałowe cykle i procesy naprawcze.

Minimalne zapotrzebowanie organizmu na energię. Kwestia minimalnego poziomu funkcji jest dość oczywista: nawet w warunkach całkowitego odpoczynku (na przykład spokojnego snu), gdy na organizm nie działają żadne czynniki aktywujące, konieczne jest utrzymanie określonej aktywności mózgu i gruczołów dokrewnych, wątroba i przewód pokarmowy, serce i naczynia krwionośne, mięśnie oddechowe i tkanka płucna, mięśnie wzmacniające i gładkie itp.

Próżne cykle. Mniej wiadomo, że w każdej komórce ciała nieustannie zachodzą miliony cyklicznych reakcji biochemicznych, w wyniku których nic nie jest wytwarzane, ale do ich przeprowadzenia potrzebna jest pewna ilość energii. Są to tak zwane jałowe cykle, procesy, które zachowują „zdolność bojową” struktur komórkowych przy braku rzeczywistego zadania funkcjonalnego. Niczym bączek, jałowe cykle zapewniają stabilność komórce i wszystkim jej strukturom. Wydatek energetyczny na utrzymanie każdego z jałowych cykli jest niewielki, ale jest ich wiele, co w efekcie przekłada się na dość zauważalny udział podstawowych wydatków energetycznych.

Procesy naprawcze. Wiele kompleksowo zorganizowanych cząsteczek biorących udział w procesach metabolicznych prędzej czy później zaczyna ulegać uszkodzeniu, tracąc swoje właściwości funkcjonalne, a nawet nabywając toksyczne. Wymagane są ciągłe „prace naprawcze i odbudowy”, usuwające z komórki uszkodzone molekuły i syntetyzujące w ich miejsce nowe, identyczne ze starymi. Takie procesy naprawcze zachodzą stale w każdej komórce, ponieważ czas życia każdej cząsteczki białka zwykle nie przekracza 1-2 tygodni, a w każdej komórce są ich setki milionów. Czynniki środowiskowe - niekorzystna temperatura, zwiększone tło promieniowania, narażenie na substancje toksyczne i wiele innych - mogą znacznie skrócić żywotność złożonych cząsteczek i w efekcie zwiększyć napięcie procesów naprawczych.

Minimalny poziom funkcjonowania tkanek organizmu wielokomórkowego. Funkcjonowanie komórki jest zawsze pewne Praca na zewnątrz... Dla komórki mięśniowej jest to jej skurcz, dla komórki nerwowej - wytwarzanie i przewodzenie impulsu elektrycznego, dla komórki gruczołowej - wytwarzanie wydzieliny i akt sekrecji, dla komórki nabłonkowej - pinocytoza lub inna forma interakcji z otaczającymi tkankami i płynami biologicznymi. Oczywiście żadna praca nie może być wykonana bez nakładów energii na jej realizację. Ale każda praca prowadzi ponadto do zmiany wewnętrznego środowiska organizmu, ponieważ produkty przemiany materii aktywnej komórki mogą nie być obojętne dla innych komórek i tkanek. Dlatego drugi rzut zużycia energii podczas pełnienia funkcji wiąże się z aktywnym utrzymywaniem homeostazy, co czasami pochłania bardzo znaczną część energii. Tymczasem w trakcie wykonywania zadań funkcjonalnych zmienia się nie tylko skład środowiska wewnętrznego, ale często zmieniają się również struktury, często w kierunku destrukcji. Tak więc przy skurczu mięśni szkieletowych (nawet o małej intensywności) zawsze dochodzi do pęknięć włókien mięśniowych, tj. naruszona została integralność formularza. Organizm posiada specjalne mechanizmy utrzymywania stałości kształtu (homeomorfozy), które zapewniają najszybszą odbudowę uszkodzonych lub zmienionych struktur, ale to znowu zużywa energię. I wreszcie, bardzo ważne jest, aby rozwijający się organizm zachował główne tendencje swojego rozwoju, niezależnie od tego, jakie funkcje muszą zostać uruchomione w wyniku ekspozycji na określone warunki. Utrzymanie niezmienności kierunku i kanałów rozwoju (homeoreza) to kolejna forma zużycia energii przy uruchamianiu funkcji.

Dla rozwijającego się organizmu ważnym elementem zużycia energii jest sam wzrost i rozwój. Jednak dla każdego, w tym dojrzałego organizmu, procesy adaptacyjnych przegrupowań są nie mniej energochłonne pod względem objętości i są zasadniczo bardzo podobne. Tutaj nakłady energetyczne mają na celu aktywację genomu, zniszczenie przestarzałych struktur (katabolizm) i syntezę (anabolizm).

Koszty metabolizmu podstawowego oraz koszty wzrostu i rozwoju znacznie spadają z wiekiem, natomiast koszty pełnienia funkcji różnią się jakościowo. Ponieważ metodologicznie niezwykle trudne jest oddzielenie podstawowego wydatku energetycznego i wydatku energetycznego na procesy wzrostu i rozwoju, są one zwykle rozpatrywane razem pod nazwą „BX”.

Dynamika podstawowej przemiany materii związana z wiekiem. Od czasów M. Rubnera (1861) wiadomo, że u ssaków wraz ze wzrostem masy ciała maleje intensywność wytwarzania ciepła na jednostkę masy; natomiast wielkość wymiany obliczona na jednostkę powierzchni pozostaje stała („reguła powierzchni”). Fakty te wciąż nie mają zadowalającego wyjaśnienia teoretycznego, dlatego do wyrażenia związku między wielkością ciała a tempem metabolizmu stosuje się wzory empiryczne. W przypadku ssaków, w tym ludzi, obecnie najczęściej stosuje się formułę M. Kleibera:

M = 67,7 P 0 75 kcal/dobę,

gdzie M to produkcja ciepła przez cały organizm, a P to masa ciała.

Jednak za pomocą tego równania nie zawsze można opisać związane z wiekiem zmiany w podstawowym metabolizmie. W ciągu pierwszego roku życia produkcja ciepła nie spada, jak wymagałoby tego równanie Kleibera, ale utrzymuje się na tym samym poziomie lub nawet nieznacznie wzrasta. Dopiero w wieku jednego roku osiąga się w przybliżeniu tempo przemiany materii (55 kcal/kg·dzień), które według równania Kleibera „przypuszcza się” dla organizmu o masie 10 kg. Dopiero od 3 roku życia intensywność podstawowej przemiany materii zaczyna stopniowo spadać i osiąga poziom u osoby dorosłej – 25 kcal/kg · dzień – dopiero w okresie dojrzewania.

Koszt energetyczny procesów wzrostu i rozwoju. Często zwiększona podstawowa przemiana materii u dzieci wiąże się z kosztami wzrostu. Jednak dokładne pomiary i obliczenia przeprowadzone w ostatnich latach wykazały, że nawet najbardziej intensywne procesy wzrostu w pierwszych 3 miesiącach życia nie wymagają więcej niż 7-8% dobowego zużycia energii, a po 12 miesiącach nie przekraczają 1%. Ponadto najwyższy poziom energochłonności organizmu dziecka odnotowano w wieku 1 roku, kiedy tempo jego wzrostu staje się 10-krotnie mniejsze niż w wieku 6 miesięcy. Znacznie bardziej „energochłonne” okazały się te etapy ontogenezy, w których tempo wzrostu spada, a w narządach i tkankach zachodzą istotne zmiany jakościowe w wyniku procesów różnicowania komórek. Specjalne badania biochemików wykazały, że w tkankach wchodzących w etap procesów różnicowania (na przykład w mózgu) gwałtownie wzrasta zawartość mitochondriów, a w konsekwencji wzrasta metabolizm oksydacyjny i produkcja ciepła. Biologiczne znaczenie tego zjawiska polega na tym, że w procesie różnicowania komórek powstają nowe struktury, nowe białka i inne duże cząsteczki, których komórka wcześniej nie była w stanie wytworzyć. Jak każda nowa firma, wymaga to specjalnych kosztów energii, podczas gdy procesy wzrostu są ustaloną „seryjną produkcją” białka i innych makrocząsteczek w komórce.

W procesie dalszego rozwoju osobniczego obserwuje się spadek intensywności podstawowego metabolizmu. Jednocześnie okazało się, że wraz z wiekiem zmienia się udział różnych narządów w podstawowej przemianie materii. Na przykład mózg (wnoszący znaczący wkład w podstawową przemianę materii) u noworodków stanowi 12% masy ciała, au dorosłego tylko 2%. Nierównomiernie rosną również narządy wewnętrzne, które podobnie jak mózg mają bardzo wysoki poziom metabolizmu energetycznego nawet w spoczynku – 300 kcal/kg dziennie. Jednocześnie tkanka mięśniowa, której względna ilość prawie podwaja się w okresie rozwoju poporodowego, charakteryzuje się bardzo niskim poziomem metabolizmu w spoczynku – 18 kcal/kg na dobę. U osoby dorosłej mózg odpowiada za około 24% podstawowej przemiany materii, wątroba – 20%, serce – 10%, a mięśnie szkieletowe – 28%. U rocznego dziecka mózg odpowiada za 53% podstawowej przemiany materii, wątroba za 18%, a mięśnie szkieletowe za zaledwie 8%.

Wymiana odpoczynku u dzieci w wieku szkolnym. Podstawowy metabolizm można zmierzyć tylko w klinice: wymaga to specjalnych warunków. Ale wymianę spoczynkową można zmierzyć u każdego człowieka: wystarczy, że będzie na czczo i kilkadziesiąt minut w spoczynku mięśniowym. Wymiana spoczynkowa jest nieco wyższa niż wymiana podstawowa, ale ta różnica nie jest zasadnicza. Dynamika zmian metabolizmu spoczynkowego związanych z wiekiem nie sprowadza się do prostego obniżenia tempa przemiany materii. Okresy charakteryzujące się szybkim spadkiem tempa przemiany materii zastępowane są przedziałami wiekowymi, w których metabolizm spoczynkowy jest ustabilizowany.

Jednocześnie stwierdza się ścisły związek między charakterem zmiany intensywności metabolizmu a tempem wzrostu (por. ryc. 8 na s. 57). Słupki na rysunku pokazują względny roczny wzrost masy ciała. Okazuje się, że im większe względne tempo wzrostu, tym bardziej znaczący spadek intensywności metabolizmu spoczynkowego w tym okresie.

Na przedstawionym rysunku widoczna jest jeszcze jedna cecha – wyraźne różnice między płciami: dziewczęta w badanym przedziale wiekowym wyprzedzają chłopców o około rok pod względem zmian tempa wzrostu i intensywności metabolizmu. Jednocześnie stwierdza się ścisły związek między intensywnością wymiany spoczynkowej a tempem wzrostu dzieci podczas skoku do połowy wysokości – od 4 do 7 lat. W tym samym okresie rozpoczyna się zmiana zębów mlecznych na stałe, które mogą również służyć jako jeden ze wskaźników dojrzewania morfologicznego i czynnościowego.

W procesie dalszego rozwoju zmniejsza się intensywność podstawowego metabolizmu, teraz w ścisłym związku z procesami dojrzewania. We wczesnych stadiach dojrzewania tempo przemiany materii u nastolatków jest o około 30% wyższe niż u dorosłych. Gwałtowny spadek wskaźnika rozpoczyna się na etapie III, kiedy gonady są aktywowane i trwa do początku dojrzewania. Jak wiadomo, zryw dojrzewania płciowego zbiega się również z osiągnięciem III etapu dojrzewania, tj. iw tym przypadku regularność spadku tempa metabolizmu utrzymuje się w okresach najintensywniejszego wzrostu.

Chłopcy w swoim rozwoju w tym okresie pozostają w tyle za dziewczętami o około 1 rok. Zgodnie z tym faktem intensywność procesów metabolicznych u chłopców jest zawsze wyższa niż u dziewcząt w tym samym wieku kalendarzowym. Różnice te są niewielkie (5-10%), ale są stabilne przez cały okres dojrzewania.

Termoregulacja

Termoregulacja, czyli utrzymywanie stałej temperatury wnętrza ciała, determinowane jest dwoma głównymi procesami: wytwarzaniem ciepła i przenoszeniem ciepła. Wytwarzanie ciepła (termogeneza) zależy przede wszystkim od intensywności procesów metabolicznych, natomiast przenoszenie ciepła determinuje izolacja termiczna i cały kompleks dość złożonych mechanizmów fizjologicznych, w tym reakcje naczynioruchowe, aktywność oddychania zewnętrznego i pocenie się. Pod tym względem termogeneza odnosi się do mechanizmów termoregulacji chemicznej, a metody zmiany wymiany ciepła - do mechanizmów termoregulacji fizycznej. Wraz z wiekiem zmieniają się zarówno te, jak i inne mechanizmy, a także ich znaczenie w utrzymaniu stabilnej temperatury ciała.

Związany z wiekiem rozwój mechanizmów termoregulacyjnych. Prawa czysto fizyczne prowadzą do tego, że wraz ze wzrostem masy i wymiarów bezwzględnych ciała maleje udział termoregulacji chemicznej. Tak więc u noworodków wartość produkcji ciepła termoregulacyjnego wynosi około 0,5 kcal / kg h gradu, a u osoby dorosłej - 0,15 kcal / kg h gradu.

Wraz ze spadkiem temperatury otoczenia noworodek może zwiększyć produkcję ciepła do prawie takich samych wartości jak dorosły – do 4 kcal/kg h. Jednak ze względu na niską izolację termiczną (0,15 st. m 2 h/kcal), zakres termoregulacji chemicznej u noworodka jest bardzo mały - nie więcej niż 5 °. Należy wziąć pod uwagę, że temperatura krytyczna ( Cz), przy której włączona jest termogeneza, wynosi +33 ° С dla dziecka donoszonego, a do stanu dorosłego spada do +27 ... + 23 ° С. Natomiast w ubraniach, których izolacyjność termiczna wynosi zwykle 2,5 KLO, czyli 0,45 st.-m2, czyli w warunkach, które nie wymagają dodatkowych kosztów utrzymania temperatury ciała.

Dopiero w trakcie zabiegu opatrunkowego, aby zapobiec wychłodzeniu, dziecko w pierwszych miesiącach życia powinno włączyć wystarczająco silne mechanizmy wytwarzania ciepła. Co więcej, dzieci w tym wieku mają specjalne, specyficzne mechanizmy termogenezy, nieobecne u dorosłych. W odpowiedzi na ochłodzenie osoba dorosła zaczyna drżeć, w tym tzw. termogenezę „skurczową”, czyli dodatkową produkcję ciepła w mięśniach szkieletowych (drżenia zimne). Strukturalne cechy ciała dziecka powodują, że taki mechanizm wytwarzania ciepła jest nieskuteczny, dlatego u dzieci aktywowana jest tzw. termogeneza „bezskurczowa”, zlokalizowana nie w mięśniach szkieletowych, ale w zupełnie innych narządach.

Są to narządy wewnętrzne (przede wszystkim wątroba) oraz specjalna brązowa tkanka tłuszczowa, nasycona mitochondriami (stąd jej brązowy kolor) i posiadająca wysokie zdolności energetyczne. Aktywację produkcji ciepła brunatnego tłuszczu u zdrowego dziecka można zaobserwować poprzez wzrost temperatury skóry w tych częściach ciała, w których brunatny tłuszcz znajduje się bardziej powierzchownie – w okolicy międzyłopatkowej i szyi. Poprzez zmianę temperatury w tych obszarach można ocenić stan mechanizmów termoregulacji dziecka, stopień jego stwardnienia. Tak zwany „gorący tył głowy” dziecka w pierwszych miesiącach życia związany jest właśnie z aktywnością brązowego tłuszczu.

W pierwszym roku życia zmniejsza się aktywność termoregulacji chemicznej. U dziecka w wieku 5-6 miesięcy znacznie wzrasta rola termoregulacji fizycznej. Z wiekiem większość tłuszczu brunatnego zanika, ale nawet do 3 roku życia odczyn największej części tłuszczu brunatnego, czyli międzyłopatkowego, pozostaje. Istnieją doniesienia, że u osób dorosłych pracujących na północy, w plenerze, brunatna tkanka tłuszczowa nadal aktywnie funkcjonuje. W normalnych warunkach u dziecka powyżej 3 roku życia aktywność termogenezy nieskurczowej jest ograniczona, a dominującą rolę w zwiększaniu produkcji ciepła w momencie aktywacji termoregulacji chemicznej zaczyna odgrywać specyficzną czynność skurczową mięśni szkieletowych – napięcie mięśniowe i mięśniowe drżenia. Jeśli takie dziecko znajdzie się w normalnej temperaturze pokojowej (+20°C) w szortach i koszulce, produkcja ciepła uruchamia się w 80 przypadkach na 100.

Wzmocnienie procesów wzrostu podczas skoku półwzrostu (5-6 lat) prowadzi do zwiększenia długości i powierzchni kończyn, co zapewnia uregulowaną wymianę ciepła między ciałem a otoczeniem. To z kolei prowadzi do tego, że począwszy od 5,5-6 lat (szczególnie wyraźnie u dziewcząt) zachodzą istotne zmiany funkcji termoregulacyjnej. Zwiększa się izolacja termiczna ciała, a aktywność termoregulacji chemicznej jest znacznie zmniejszona. Ta metoda regulacji temperatury ciała jest bardziej ekonomiczna i to on staje się dominujący w miarę dalszego rozwoju wieku. Ten okres rozwoju termoregulacji jest wrażliwy na zabiegi hartowania.

Wraz z początkiem dojrzewania rozpoczyna się kolejny etap rozwoju termoregulacji, który objawia się zaburzeniem powstającego układu funkcjonalnego. U 11-12-letnich dziewcząt i 13-letnich chłopców, pomimo postępującego spadku intensywności wymiany spoczynkowej, nie dochodzi do odpowiedniej korekty regulacji naczyniowej. Dopiero w okresie dojrzewania, po zakończeniu okresu dojrzewania, możliwości termoregulacji osiągają definitywny poziom rozwoju. Zwiększenie izolacji termicznej tkanek własnego ciała pozwala zrezygnować z włączenia termoregulacji chemicznej (czyli dodatkowej produkcji ciepła) nawet przy spadku temperatury otoczenia o 10-15 °C. Taka reakcja organizmu jest naturalnie bardziej ekonomiczna i wydajna.

Odżywianie

Wszystkie niezbędne organizmowi ludzkiemu substancje, które służą do wytwarzania energii i budowania własnego ciała, pochodzą ze środowiska. W miarę dorastania dziecka, pod koniec pierwszego roku życia coraz częściej przechodzi na samodzielne żywienie, a po 3 latach żywienie dziecka nie różni się zbytnio od dorosłego.

Składniki strukturalne odżywek.Żywność dla ludzi jest pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, ale niezależnie od tego składa się z tych samych klas związków organicznych – białek, tłuszczów i węglowodanów. W rzeczywistości te same klasy związków stanowią głównie ciało samej osoby. Jednocześnie istnieją różnice między pokarmami pochodzenia zwierzęcego i roślinnego i są one dość ważne.

Węglowodany... Najobficiej występującym składnikiem pokarmu roślinnego są węglowodany (najczęściej w postaci skrobi), które stanowią podstawę zaopatrzenia energetycznego organizmu człowieka. Dla osoby dorosłej musisz uzyskać węglowodany, tłuszcze i białka w stosunku 4: 1: 1. Ponieważ procesy metaboliczne u dzieci są bardziej intensywne, a głównie ze względu na aktywność metaboliczną mózgu, który żywi się prawie wyłącznie węglowodanami, dzieci powinny otrzymywać więcej pokarmu węglowodanowego - w stosunku 5: 1: 1. W pierwszych miesiącach życia dziecko nie otrzymuje pokarmu roślinnego, ale w ludzkim mleku jest stosunkowo dużo węglowodanów: mniej więcej tyle samo co mleko krowie, zawiera 2 razy mniej białka, ale 2 razy więcej węglowodanów. Stosunek węglowodanów, tłuszczów i białek w mleku ludzkim wynosi około 5:2:1. Sztuczny preparat do karmienia niemowląt w pierwszych miesiącach życia przygotowywany jest na bazie około półrozcieńczonego mleka krowiego z dodatkiem fruktozy, glukozy i innych węglowodanów.

Tłuszcze. Pokarm roślinny rzadko jest bogaty w tłuszcze, ale składniki zawarte w tłuszczach roślinnych są niezbędne dla organizmu człowieka. W przeciwieństwie do tłuszczów zwierzęcych, tłuszcze roślinne zawierają wiele tak zwanych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych. Są to długołańcuchowe kwasy tłuszczowe, w których strukturze znajdują się podwójne wiązania chemiczne. Takie cząsteczki są wykorzystywane przez ludzkie komórki do budowy błon komórkowych, w których pełnią rolę stabilizującą, chroniąc komórki przed inwazją agresywnych cząsteczek i wolnych rodników. Dzięki tej właściwości tłuszcze roślinne mają działanie przeciwnowotworowe, przeciwutleniające i przeciwrodnikowe. Ponadto w tłuszczach roślinnych rozpuszczona jest zazwyczaj duża ilość cennych witamin z grupy A i E. Kolejną zaletą tłuszczów roślinnych jest brak w nich cholesterolu, który może odkładać się w ludzkich naczyniach krwionośnych i powodować zmiany miażdżycowe. Z kolei tłuszcze zwierzęce zawierają znaczną ilość cholesterolu, ale praktycznie nie zawierają witamin i wielonienasyconych kwasów tłuszczowych. Jednak tłuszcze zwierzęce są również niezbędne dla organizmu człowieka, ponieważ są ważnym składnikiem zaopatrzenia w energię, a ponadto zawierają lipokininy, które pomagają organizmowi przyswajać i przetwarzać własny tłuszcz.

Białka. Białka roślinne i zwierzęce również różnią się znacznie składem. Chociaż wszystkie białka składają się z aminokwasów, niektóre z tych niezbędnych elementów budulcowych mogą być syntetyzowane przez komórki ludzkiego ciała, podczas gdy inne nie. Te ostatnie są nieliczne, tylko 4-5 gatunków, ale nie da się ich niczym zastąpić, dlatego nazywa się je aminokwasami egzogennymi. Pokarm roślinny prawie nie zawiera niezbędnych aminokwasów - tylko rośliny strączkowe i soja zawierają ich niewielką ilość. Tymczasem substancje te są szeroko reprezentowane w mięsie, rybach i innych produktach zwierzęcych. Brak niektórych aminokwasów egzogennych ma dramatyczny negatywny wpływ na dynamikę procesów wzrostu i rozwój wielu funkcji, a przede wszystkim na rozwój mózgu i inteligencji dziecka. Z tego powodu dzieci, które w młodym wieku cierpią z powodu długotrwałego niedożywienia, często pozostają niepełnosprawne umysłowo na całe życie. Dlatego dzieci nie powinny być w żaden sposób ograniczane w korzystaniu z pokarmu dla zwierząt: przynajmniej mleka i jajek, a także ryb. Najwyraźniej ta okoliczność wiąże się z faktem, że dzieci w wieku poniżej 7 lat, zgodnie z tradycjami chrześcijańskimi, nie powinny przestrzegać postu, czyli odmawiać jedzenia dla zwierząt.

Makro i mikroelementy.Żywność zawiera prawie wszystkie pierwiastki chemiczne znane nauce, z możliwym wyjątkiem metali radioaktywnych i ciężkich, a także gazów obojętnych. Niektóre pierwiastki, takie jak węgiel, wodór, azot, tlen, fosfor, wapń, potas, sód i inne, są zawarte we wszystkich produktach spożywczych i dostają się do organizmu w bardzo dużych ilościach (dziesiątki i setki gramów dziennie). Takie substancje są zwykle określane jako makroelementy. Inne znajdują się w żywności w mikroskopijnych ilościach, dlatego nazywane są mikroelementami. Są to jod, fluor, miedź, kobalt, srebro i wiele innych pierwiastków. Żelazo jest często określane jako pierwiastki śladowe, chociaż jego ilość w organizmie jest dość duża, ponieważ żelazo odgrywa kluczową rolę w przenoszeniu tlenu w organizmie. Niedobór któregokolwiek z mikroelementów może spowodować poważną chorobę. Na przykład brak jodu prowadzi do rozwoju ciężkiej choroby tarczycy (tzw. wola). Brak żelaza prowadzi do anemii z niedoboru żelaza – postaci anemii, która negatywnie wpływa na sprawność, wzrost i rozwój dziecka. We wszystkich takich przypadkach konieczna jest korekta żywieniowa, włączenie do diety pokarmów zawierających brakujące elementy. Tak więc jod znajduje się w dużych ilościach w wodorostach - wodorosty morskie, ponadto jodowana sól kuchenna jest sprzedawana w sklepach. Żelazo znajduje się w wątrobie wołowej, jabłkach i niektórych innych owocach, a także w toffi dla dzieci „Hematogen” sprzedawanym w aptekach.

Witaminy, niedobór witamin, choroby metaboliczne. Witaminy są cząsteczkami organicznymi średniej wielkości i złożoności, które normalnie nie są wytwarzane przez komórki ludzkiego ciała. Witaminy musimy pozyskiwać z pożywienia, gdyż są one niezbędne do pracy wielu enzymów regulujących procesy biochemiczne w organizmie. Witaminy są bardzo nietrwałymi substancjami, więc gotowanie nad ogniem prawie całkowicie niszczy zawarte w nich witaminy. Tylko surowa żywność zawiera witaminy w zauważalnych ilościach, dlatego warzywa i owoce są dla nas głównym źródłem witamin. Zwierzęta drapieżne, a także rdzenni mieszkańcy Północy, którzy żywią się prawie wyłącznie mięsem i rybami, otrzymują wystarczającą ilość witamin z surowych produktów zwierzęcych. W smażonym i gotowanym mięsie i rybach praktycznie nie ma witamin.

Niedobór witamin objawia się różnymi chorobami metabolicznymi, które łącznie określa się mianem niedoboru witamin. Odkryto około 50 witamin, a każda z nich odpowiada za swoje „miejsce” odpowiednio procesów metabolicznych, a chorób spowodowanych niedoborem witamin jest ich kilkadziesiąt. Powszechnie znane są szkorbut, beri-beri, pelagra i inne tego typu choroby.

Witaminy dzielą się na dwie duże grupy: rozpuszczalne w tłuszczach i rozpuszczalne w wodzie. Witaminy rozpuszczalne w wodzie znajdują się w dużych ilościach w warzywach i owocach, a witaminy rozpuszczalne w tłuszczach częściej występują w nasionach i orzechach. Oliwka, słonecznik, kukurydza i inne oleje roślinne są ważnymi źródłami wielu witamin rozpuszczalnych w tłuszczach. Jednak witamina D (przeciw krzywicy) znajduje się głównie w oleju rybim, który pozyskiwany jest z wątroby dorsza i niektórych innych ryb morskich.

Na środkowych i północnych szerokościach geograficznych wiosną ilość witamin zachowanych od jesieni w pokarmach roślinnych gwałtownie spada, a wiele osób - mieszkańców krajów północnych - doświadcza niedoboru witamin. Pokarmy solone i z kiszonej kapusty (kapusta, ogórki i niektóre inne), bogate w wiele witamin, pomagają przezwyciężyć ten stan. Ponadto witaminy są wytwarzane przez mikroflorę jelitową, dlatego przy prawidłowym trawieniu człowiek otrzymuje wiele niezbędnych witamin z grupy B w wystarczających ilościach. U dzieci w pierwszym roku życia mikroflora jelitowa nie została jeszcze ukształtowana, dlatego powinny otrzymywać wystarczającą ilość mleka matki, a także soki owocowe i warzywne jako źródło witamin.

Dzienne zapotrzebowanie na energię, białka, witaminy. Ilość spożywanego dziennie pokarmu zależy bezpośrednio od tempa procesów metabolicznych, ponieważ pokarm musi w pełni kompensować energię zużywaną na wszystkie funkcje (ryc. 13). Chociaż intensywność procesów metabolicznych u dzieci powyżej 1 roku życia maleje wraz z wiekiem, to wzrost ich masy ciała prowadzi do wzrostu całkowitego (brutto) zużycia energii. W związku z tym wzrasta również zapotrzebowanie na niezbędne składniki odżywcze. Poniższe tabele przeglądowe (Tabele 3-6) pokazują przybliżone dzienne spożycie składników odżywczych, witamin i niezbędnych minerałów przez dzieci. Należy podkreślić, że tabele podają masę substancji czystych bez uwzględnienia wody zawartej w jakiejkolwiek żywności, a także substancji organicznych niezwiązanych z białkami, tłuszczami i węglowodanami (np. celuloza, która stanowi większość warzyw ).

Metabolizm (metabolizm) to zbiór wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w organizmie. Wszystkie te reakcje są podzielone na 2 grupy.

1. Wymiana plastiku(asymilacja, anabolizm, biosynteza) – dzieje się tak z prostych substancji wydających energię uformowany (syntetyzowany) bardziej złożony. Przykład:

Podczas fotosyntezy glukoza jest syntetyzowana z dwutlenku węgla i wody.

2. Wymiana energii(dysymilacja, katabolizm, oddychanie) – to wtedy substancje złożone rozpad (utlenianie) do prostszych, a jednocześnie energia jest uwalniana niezbędne do życia. Przykład:

W mitochondriach glukoza, aminokwasy i kwasy tłuszczowe są utleniane przez tlen do dwutlenku węgla i wody, tworząc w ten sposób energię (oddychania komórkowego)

Związek metabolizmu tworzyw sztucznych i energii

Metabolizm plastiku dostarcza komórce złożonych substancji organicznych (białek, tłuszczów, węglowodanów, kwasów nukleinowych), w tym białek enzymatycznych do metabolizmu energetycznego.
Metabolizm energetyczny dostarcza komórce energii. Podczas wykonywania pracy (umysłowej, mięśniowej itp.) wzrasta metabolizm energetyczny.

ATF- uniwersalna substancja energetyczna komórki (uniwersalny akumulator energii). Powstaje w procesie metabolizmu energetycznego (utlenianie substancji organicznych).

Podczas metabolizmu energetycznego wszystkie substancje rozpadają się, a ATP jest syntetyzowane. W tym przypadku energia wiązań chemicznych rozdrobnionych substancji złożonych jest zamieniana na energię ATP, energia jest magazynowana w ATP.
Podczas wymiany plastycznej wszystkie substancje są syntetyzowane, a ATP ulega rozkładowi. W którym Energia ATP jest zużywana(energia ATP jest zamieniana na energię wiązań chemicznych złożonych substancji, jest magazynowana w tych substancjach).

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. W trakcie wymiany tworzyw sztucznych
1) bardziej złożone węglowodany są syntetyzowane z mniej złożonych
2) tłuszcze są przekształcane w glicerynę i kwasy tłuszczowe
3) białka są utleniane do dwutlenku węgla, wody, substancji zawierających azot
4) energia jest uwalniana i następuje synteza ATP

Odpowiedź

Wybierz trzy opcje. Czym różni się metabolizm plastiku od metabolizmu energetycznego?
1) energia jest magazynowana w cząsteczkach ATP
2) energia zmagazynowana w cząsteczkach ATP jest zużywana
3) syntetyzowane są substancje organiczne
4) następuje rozkład substancji organicznych
5) końcowe produkty wymiany - dwutlenek węgla i woda
6) białka powstają w wyniku reakcji metabolicznych

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. W procesie metabolizmu tworzyw sztucznych molekuły są syntetyzowane w komórkach
1) białka
2) woda
3) ATP
4) substancje nieorganiczne

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Jaki jest związek między plastikiem a metabolizmem energetycznym
1) metabolizm tworzyw sztucznych dostarcza substancje organiczne na energię
2) metabolizm energetyczny dostarcza tlen do plastiku
3) metabolizm tworzyw sztucznych dostarcza minerałów do energii
4) metabolizm tworzyw sztucznych dostarcza cząsteczki ATP do wytwarzania energii

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. W procesie metabolizmu energetycznego, w przeciwieństwie do plastiku, zachodzi
1) wydatek energii zawartej w cząsteczkach ATP
2) magazynowanie energii w wysokoenergetycznych wiązaniach cząsteczek ATP
3) dostarczanie komórkom białek i lipidów
4) dostarczanie komórkom węglowodanów i kwasów nukleinowych

Odpowiedź

1. Ustal zgodność między charakterystyką wymiany a jej rodzajem: 1) plastik, 2) energia. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) utlenianie substancji organicznych
B) tworzenie polimerów z monomerów
C) rozszczepienie ATP
D) magazynowanie energii w komórce
E) Replikacja DNA
E) fosforylacja oksydacyjna

Odpowiedź

2. Ustal zgodność między charakterystyką metabolizmu w komórce a jego typem: 1) energetyczny, 2) plastyczny. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) następuje beztlenowy rozkład glukozy
B) występuje na rybosomach, w chloroplastach
C) końcowe produkty wymiany - dwutlenek węgla i woda
D) syntetyzowane są substancje organiczne
E) energia zawarta w cząsteczkach ATP jest wykorzystywana
E) energia jest uwalniana i magazynowana w cząsteczkach ATP

Odpowiedź

3. Ustal zgodność między oznakami metabolizmu człowieka a jego rodzajami: 1) metabolizm tworzyw sztucznych, 2) metabolizm energetyczny. Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) substancje są utleniane
B) substancje są syntetyzowane
C) energia jest magazynowana w cząsteczkach ATP
D) energia jest zużywana
E) w proces zaangażowane są rybosomy
E) w proces zaangażowane są mitochondria

Odpowiedź

4. Ustal zgodność między charakterystyką metabolizmu a jego rodzajem: 1) energia, 2) plastik. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) Replikacja DNA
B) biosynteza białka
C) utlenianie substancji organicznych
D) transkrypcja
E) synteza ATP
E) chemosynteza

Odpowiedź

5. Ustal zgodność między cechami i rodzajami wymiany: 1) plastik, 2) energia. Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) energia jest magazynowana w cząsteczkach ATP
B) synteza biopolimerów
C) powstaje dwutlenek węgla i woda
D) występuje fosforylacja oksydacyjna
D) Następuje replikacja DNA

Odpowiedź

Wybierz trzy procesy związane z metabolizmem energetycznym.
1) uwolnienie tlenu do atmosfery
2) tworzenie dwutlenku węgla, wody, mocznika
3) fosforylacja oksydacyjna
4) synteza glukozy
5) glikoliza
6) fotoliza wody

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Energia potrzebna do skurczu mięśni jest uwalniana, gdy
1) rozkład substancji organicznych w narządach trawiennych
2) podrażnienie mięśni impulsami nerwowymi
3) utlenianie materii organicznej w mięśniach
4) Synteza ATP

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. W wyniku jakiego procesu w komórce syntetyzowane są lipidy?
1) dyssymilacja
2) biologiczne utlenianie
3) wymiana plastiku
4) glikoliza

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Wartość metabolizmu tworzyw sztucznych – zaopatrzenie organizmu
1) sole mineralne
2) tlen
3) biopolimery
4) energia

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Utlenianie substancji organicznych w organizmie człowieka następuje w
1) pęcherzyki płucne podczas oddychania
2) komórki organizmu w procesie plastycznego metabolizmu
3) proces trawienia pokarmu w przewodzie pokarmowym
4) komórki organizmu w procesie metabolizmu energetycznego

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Jakim reakcjom metabolicznym w komórce towarzyszą wydatki energetyczne?
1) etap przygotowawczy metabolizmu energetycznego
2) fermentacja kwasu mlekowego
3) utlenianie substancji organicznych
4) wymiana plastiku

Odpowiedź

1. Ustal zgodność między procesami i częściami składowymi metabolizmu: 1) anabolizm (asymilacja), 2) katabolizm (dysymilacja). Zapisz cyfry 1 i 2 we właściwej kolejności.
A) fermentacja
B) glikoliza
B) oddychanie
D) synteza białek
E) fotosynteza
E) chemosynteza

Odpowiedź

2. Ustal związek między cechami a procesami metabolicznymi: 1) asymilacja (anabolizm), 2) dyssymilacja (katabolizm). Zapisz cyfry 1 i 2 w kolejności odpowiadającej literom.
A) synteza substancji organicznych organizmu
B) obejmuje etap przygotowawczy, glikolizę i fosforylację oksydacyjną
C) uwolniona energia jest magazynowana w ATP
D) powstaje woda i dwutlenek węgla
D) wymaga kosztów energii
E) występuje w chloroplastach i rybosomach

Odpowiedź

Wybierz dwie poprawne odpowiedzi z pięciu i zapisz numery, pod którymi są wskazane. Metabolizm jest jedną z głównych właściwości żywych systemów, charakteryzuje się tym, co się dzieje
1) selektywna reakcja na zewnętrzne wpływy środowiska
2) zmiana intensywności procesów i funkcji fizjologicznych z różnymi okresami oscylacji
3) przekazywanie z pokolenia na generację znaków i właściwości
4) wchłanianie niezbędnych substancji i wydalanie produktów odpadowych
5) utrzymanie względnie stałego składu fizykochemicznego środowiska wewnętrznego

Odpowiedź

1. Do opisu wymiany tworzyw sztucznych używane są wszystkie z wyjątkiem dwóch z poniższych terminów. Zidentyfikuj dwa terminy „wypadające” z ogólnej listy i zapisz numery, pod którymi są wskazane.
1) replikacja
2) powielanie
3) nadawanie
4) translokacja
5) transkrypcja

Odpowiedź

2. Wszystkie pojęcia wymienione poniżej, z wyjątkiem dwóch, służą do opisu metabolizmu plastycznego w komórce. Zdefiniuj dwa pojęcia, które „wypadają” z ogólnej listy i zapisz numery, pod którymi są wskazane.
1) asymilacja
2) dyssymilacja
3) glikoliza
4) transkrypcja
5) nadawanie

Odpowiedź

3. Następujące terminy, inne niż dwa, są używane do scharakteryzowania wymiany plastycznej. Zidentyfikuj dwa terminy, które wypadają z ogólnej listy i zapisz numery, pod którymi są wskazane.
1) dzielenie
2) utlenianie
3) replikacja
4) transkrypcja
5) chemosynteza

Odpowiedź

Wybierz ten, który jest najbardziej poprawny. Azotowa zasada adenina, ryboza i trzy reszty kwasu fosforowego są częścią
1) DNA
2) RNA
3) ATP
4) wiewiórka

Odpowiedź

Wszystkie poniższe znaki, z wyjątkiem dwóch, można wykorzystać do scharakteryzowania metabolizmu energetycznego w komórce. Zidentyfikuj dwa znaki, które „wypadają” z ogólnej listy i wpisz w odpowiedzi numery, pod którymi są wskazane.
1) pochodzi z pochłanianiem energii
2) kończy się w mitochondriach
3) kończy się rybosomami
4) towarzyszy synteza cząsteczek ATP
5) kończy się wytworzeniem dwutlenku węgla

Odpowiedź

Znajdź trzy błędy w powyższym tekście. Wskaż numery propozycji, w których zostały złożone.(1) Metabolizm lub metabolizm to zespół reakcji syntezy i rozpadu substancji komórki i organizmu, związanych z uwalnianiem lub wchłanianiem energii. (2) Zestaw reakcji syntezy wysokocząsteczkowych związków organicznych ze związków niskocząsteczkowych określany jest jako wymiana plastyczna. (3) Cząsteczki ATP są syntetyzowane w reakcjach wymiany plastycznej. (4) Fotosynteza nazywana jest metabolizmem energetycznym. (5) W wyniku chemosyntezy substancje organiczne są syntetyzowane z nieorganicznych pod wpływem energii Słońca.

Odpowiedź

Współczesne rozumienie procesu fosforylacji oksydacyjnej sięga pionierskich prac Belitsera i Kalkara. Kalkar odkrył, że fosforylacja tlenowa jest związana z oddychaniem. Belitser szczegółowo zbadał zależność stechiometryczną między sprzężonym wiązaniem fosforanu a poborem tlenu i wykazał, że stosunek liczby cząsteczek nieorganicznego fosforanu do liczby zaabsorbowanych atomów tlenu

kiedy oddychanie wynosi nie mniej niż dwa. Wskazał również, że przeniesienie elektronów z podłoża do tlenu jest możliwym źródłem energii do powstania dwóch lub więcej cząsteczek ATP na jeden atom pochłoniętego tlenu.

Cząsteczka NAD H służy jako donor elektronów, a reakcja fosforylacji ma postać

Krótko mówiąc, ta reakcja jest zapisana jako

Synteza trzech cząsteczek ATP w reakcji (15.11) zachodzi w wyniku przeniesienia dwóch elektronów cząsteczki NAD H wzdłuż łańcucha transportu elektronów do cząsteczki tlenu. W tym przypadku energia każdego elektronu spada o 1,14 eV.

W środowisku wodnym przy udziale specjalnych enzymów zachodzi hydroliza cząsteczek ATP

Wzory strukturalne cząsteczek biorących udział w reakcjach (15.12) i (15.13) pokazano na ryc. 31.

W warunkach fizjologicznych cząsteczki biorące udział w reakcjach (15.12) i (15.13) znajdują się na różnych etapach jonizacji (ATP). Dlatego symbole chemiczne w tych wzorach należy rozumieć jako warunkowy zapis reakcji między cząsteczkami na różnych etapach jonizacji. W związku z tym wzrost energii swobodnej AG w reakcji (15.12) i jej spadek w reakcji (15.13) zależy od temperatury, stężenia jonów i wartości pH ośrodka. W standardowych warunkach eV kcal / mol). Jeżeli wprowadzimy odpowiednie poprawki uwzględniające fizjologiczne wartości pH i stężenia jonów wewnątrz komórek, a także zwykłe wartości stężeń cząsteczek ATP i ADP oraz fosforanów nieorganicznych w cytoplazmie komórek, to dla energii swobodnej hydrolizy cząsteczek ATP otrzymujemy wartość -0,54 eV (-12,5 kcal/mol). Energia swobodna hydrolizy cząsteczek ATP nie jest stała. Może nie być taki sam nawet w różnych miejscach tej samej komórki, jeśli te miejsca różnią się koncentracją.

Od pojawienia się pionierskiej pracy Lipmana (1941) wiadomo było, że cząsteczki ATP w komórce pełnią rolę uniwersalnego, krótkotrwałego magazynu i nośnika energii chemicznej wykorzystywanej w większości procesów życiowych.

Uwolnieniu energii w procesie hydrolizy cząsteczki ATP towarzyszy przemiana cząsteczek

W takim przypadku rozerwanie wiązania wskazanego symbolem prowadzi do usunięcia reszty kwasu fosforowego. Za sugestią Lipmana takie wiązanie stało się znane jako „bogate w energię wiązanie fosforanowe” lub „wiązanie o wysokiej energii”. Ta nazwa jest wyjątkowo niefortunna. W ogóle nie odzwierciedla energetyki procesów zachodzących podczas hydrolizy. Uwalnianie energii swobodnej jest spowodowane nie zerwaniem jednego wiązania (takie zerwanie zawsze wymaga wydatku energetycznego), ale przegrupowaniem wszystkich cząsteczek biorących udział w reakcjach, powstaniem nowych wiązań i przegrupowaniem powłok solwatacyjnych podczas reakcja.

Gdy cząsteczka NaCl rozpuszcza się w wodzie, powstają uwodnione jony. Zysk energii podczas uwodnienia pokrywa się ze zużyciem energii, gdy wiązanie w cząsteczce NaCl zostaje zerwane. Dziwne byłoby przypisywanie tego przyrostu energii „wiązaniu wysokoergicznemu” w cząsteczce NaCl.

Jak wiadomo, podczas rozszczepiania ciężkich jąder atomowych uwalniana jest duża ilość energii, co nie jest związane z zerwaniem jakichkolwiek wiązań wysokoergicznych, ale wynika z przegrupowania fragmentów rozszczepienia i zmniejszenia odpychania kulopa energia między nukleonami w każdym fragmencie.

Uczciwa krytyka koncepcji „powiązań makroergicznych” została wyrażona więcej niż jeden raz. Niemniej jednak koncepcja ta została szeroko zaimplementowana w literaturze naukowej. Duża

Tabela 8

Wzory strukturalne związków fosforylowanych: a - fosfoenolirubian; b-1,3-difosfoglicerynian; c - fosforan kreatyny; - glukozo-I-fosforan; - glukozo-6-fosforan.

nie ma z tym problemu, jeśli umownie używa się wyrażenia „wysokoenergetyczne wiązanie fosforanowe”, jako krótkiego opisu całego cyklu przemian zachodzących w roztworze wodnym z odpowiednią obecnością innych jonów, pH itp.

Tak więc koncepcja energii wiązania fosforanowego, stosowana przez biochemików, konwencjonalnie charakteryzuje różnicę między energią swobodną substancji wyjściowych a energią swobodną produktów reakcji hydrolizy, w których następuje oddzielenie grup fosforanowych. Tego pojęcia nie należy mylić z pojęciem energii wiązania chemicznego między dwiema grupami atomów w wolnej cząsteczce. Ta ostatnia charakteryzuje energię wymaganą do zerwania wiązania.

Komórki zawierają szereg związków fosforylowanych, których hydroliza w cytoplazmie związana jest z uwalnianiem swobodnej energii. Wartości standardowych energii swobodnych hydrolizy niektórych z tych związków podano w tabeli. 8. Wzory strukturalne tych związków przedstawiono na ryc. 31 i 35.

Duże ujemne wartości standardowych energii swobodnych hydrolizy wynikają z energii hydratacji ujemnie naładowanych produktów hydrolizy i przegrupowania ich powłok elektronicznych. Ze stołu. Z 8 wynika, że wartość standardowej energii swobodnej hydrolizy cząsteczki ATP zajmuje pozycję pośrednią między związkami „wysokoenergetycznymi” (fosfoenolopirogronian) i „niskoenergetycznymi” (glukozo-6-fosforan). Jest to jeden z powodów, dla których cząsteczka ATP jest wygodnym uniwersalnym nośnikiem grup fosforanowych.

Za pomocą specjalnych enzymów cząsteczki ATP i ADP komunikują się między wysokoenergetyczną i niskoenergetyczną

związki fosforanowe. Na przykład, enzym kinaza pirogronianowa przenosi fosforan z fosfoenolopirogronianu do ADP. W wyniku reakcji powstaje pirogronian i cząsteczka ATP. Ponadto, używając enzymu heksokinazy, cząsteczka ATP może przenieść grupę fosforanową na D-glukozę, zamieniając ją w glukozo-6-fosforan. Całkowity produkt tych dwóch reakcji zostanie sprowadzony do przemiany

Bardzo ważne jest, aby reakcje tego typu mogły przebiegać tylko przez etap pośredni, w którym koniecznie biorą udział cząsteczki ATP i ADP.

Część 1. Mitochondria eukariontów.

Biblia mówi, że osoba ( Homo sapiens ) stworzyli Bogów na swój obraz i podobieństwo. Chociaż pod wieloma względami były ograniczone, ale kreatywność nie została pozbawiona. Już teraz człowiek tworzy roboty ułatwiające mu pracę, różne maszyny i urządzenia, które nie są tak wieczne jak on sam. Źródłem energii dla tych maszyn jest ładowarka, bateria, bateria, ich urządzenie jest nam teraz dobrze znane. Czy wiemy, jak działa nasza ładowarka, czyli ludzka stacja energetyczna?

A więc mitochondria komórek eukariotycznych i ich rola w ludzkim ciele.
Po pierwsze, mitochondria są stacją energetyczną komórki i całego ludzkiego ciała. Interesują nas komórki eukarionty, jądrowe, te komórki, które zawierają jądro. Jednokomórkowe organizmy żywe, które nie mają jądra komórkowego, to prokariota, przedjądrowe. Potomkami komórek prokariotycznych są organelle, stałe składniki komórki, niezbędne do jej istnienia, znajdują się w jej wewnętrznej części - cytoplazmie. Prokarionty obejmują bakterie i archeony. Według najbardziej rozpowszechnionych hipotez eukarionty pojawiły się 1,5-2 miliardy lat temu.
Mitochondria - Jest to dwubłonowa organella ziarnista lub nitkowata o grubości około 0,5 mikrona. Jest charakterystyczny dla większości komórek eukariotycznych (rośliny fotosyntetyczne, grzyby, zwierzęta). Ważną rolę w ewolucji eukariontów odegrał: symbiogeneza... Mitochondria są potomkami bakterii tlenowych (prokariontów), które niegdyś osiedliły się w przodkowej komórce eukariotycznej i „nauczyły się” żyć w niej jako symbionty. Teraz mitochondria znajdują się w prawie wszystkich komórkach eukariotycznych, nie są już zdolne do namnażania się poza komórką. Zdjęcie

Mitochondria zostały po raz pierwszy odkryte jako granulki w komórkach mięśniowych w 1850 roku. Liczba mitochondriów w komórce nie jest stała. Są szczególnie obfite w komórki, w których zapotrzebowanie na tlen jest wysokie... Ze względu na swoją strukturę są cylindrycznymi organellami, które znajdują się w komórce eukariotycznej w ilości od kilkuset do 1-2 tysięcy i zajmują 10-20% jej wewnętrznej objętości. Rozmiary (od 1 do 70 mikronów) i kształt mitochondriów są bardzo zróżnicowane. Ponadto szerokość tych organelli jest stosunkowo stała (0,5-1 mikrona). Potrafią zmieniać kształt. W zależności od tego, w których częściach komórki w danym momencie występuje zwiększone zużycie energii, mitochondria są w stanie przejść przez cytoplazmę do stref największego zużycia energii, wykorzystując do ruchu struktury cytoszkieletu komórki eukariotycznej.
DNA makrocząsteczek ( Kwas dezoksyrobonukleinowy), która zapewnia przechowywanie, przekazywanie z pokolenia na pokolenie oraz realizację programu genetycznego rozwoju i funkcjonowania organizmów żywych, znajduje się w jądrze komórkowym, w składzie chromosomów. W przeciwieństwie do jądrowego DNA, mitochondria mają własne DNA. Geny zakodowane w mitochondrialny DNA, należą do grupy plazmogenów znajdujących się poza jądrem (poza chromosomem). Połączenie tych czynników dziedziczności, skupionych w cytoplazmie komórki, stanowi plazmon tego typu organizmu (w przeciwieństwie do genomu).
DNA mitochondrialne znajdujące się w macierzy jest zamkniętą okrągłą dwuniciową cząsteczką, w ludzkich komórkach o wielkości 16569 par nukleotydów, czyli około 105 razy mniejszą od DNA zlokalizowanego w jądrze.
DNA mitochondrialne replikuje się w interfazie, która jest częściowo zsynchronizowana z replikacją DNA w jądrze. Podczas cyklu komórkowego mitochondria dzielą się na dwie części przez zwężenie, którego tworzenie zaczyna się od pierścieniowego rowka na wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Mając własny aparat genetyczny, mitochondria posiadają również własny system syntezy białek, którego cechą w komórkach zwierząt i grzybów są bardzo małe rybosomy.Zdjęcie

Funkcje mitochondrialne i produkcja energii.
Główną funkcją mitochondriów jest Synteza ATP(trójfosforan adenozyny) jest uniwersalną formą energii chemicznej w każdej żywej komórce.
Główna rola ATP w organizmie związana jest z dostarczaniem energii do licznych reakcji biochemicznych. ATP służy jako bezpośrednie źródło energii dla wielu energochłonnych procesów biochemicznych i fizjologicznych. Wszystko to są reakcje syntezy złożonych substancji w organizmie: realizacja aktywnego transferu cząsteczek przez błony biologiczne, w tym tworzenie transbłonowego potencjału elektrycznego; realizacja skurczu mięśni.Znana jest również rola ATP jako mediatora w synapsach i substancji sygnalizacyjnej w innych interakcjach międzykomórkowych (przekazywanie sygnału purynergicznego między komórkami w różnych tkankach i narządach, a jego zaburzenia są często związane z różnymi chorobami).

ATP to uniwersalny akumulator energii w żywej przyrodzie.
Cząsteczka ATP (adenozynotrójfosforanu) jest uniwersalnym źródłem energii, zapewniającym nie tylko pracę mięśni, ale również przebieg wielu innych procesów biologicznych, w tym przyrost masy mięśniowej (anabolizm).
Cząsteczka ATP składa się z adeniny, rybozy i trzech fosforanów. Proces syntezy ATP to osobny temat, opiszę go w dalszej części. Ważne jest, aby zrozumieć poniższe. Energia jest uwalniana, gdy jeden z trzech fosforanów jest oddzielany od cząsteczki, a ATP jest przekształcany w ADP (difosforan adenozyny). W razie potrzeby można oddzielić inną resztę fosforu, aby wytworzyć AMP (monofosforan adenozyny) z ponownym uwolnieniem energii.

Najważniejszą cechą jest to, że ADP można szybko zredukować do w pełni naładowanego ATP. Żywotność cząsteczki ATP wynosi średnio mniej niż minutę, a dziennie może wystąpić do 3000 cykli ładowania tej cząsteczki.

Zastanówmy się, co dzieje się w mitochondriach, ponieważ nauka akademicka nie do końca wyjaśnia proces manifestacji energii.
W mitochondriach powstaje różnica potencjałów - napięcie.
Wikipedia tak mówi główną funkcją mitochondriów jest utlenianie związków organicznych i wykorzystanie energii uwalnianej podczas ich rozpadu w syntezie cząsteczek ATP, która zachodzi na skutek ruchu elektronu wzdłuż łańcucha transportu elektronów białek błony wewnętrznej.. .
Jednak sam elektron porusza się z powodu różnicy potencjałów i skąd on pochodzi?
Dalej jest napisane: Wewnętrzna błona mitochondrialna tworzy liczne głębokie fałdy zwane cristae. Transformacja energii uwalnianej podczas ruchu elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego jest możliwa tylko wtedy, gdy wewnętrzna błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla jonów. Wynika to z faktu, że energia jest magazynowana w postaci różnicy stężeń (gradientu) protonów… Przemieszczanie się protonów z matrycy do przestrzeni międzybłonowej mitochondriów, które odbywa się dzięki funkcjonowaniu układu oddechowy, prowadzi do alkalizacji macierzy mitochondriów i zakwaszenia przestrzeni międzybłonowej.
Naukowcy wszędzie widzą tylko elektrony i protony.Ważne jest, aby zrozumieć tutaj, że proton jest ładunkiem dodatnim, a elektron ujemnym. W mitochondriach za różnicę potencjałów odpowiada dodatni wodór i dwie błony. Przestrzeń międzybłonowa jest naładowana dodatnio, w wyniku czego ulega zakwaszeniu, a osnowa jest alkalizowana ładunkami ujemnymi. Wyraźna różnica potencjałów. Powstaje napięcie. Ale nie ma większej jasności, jak to się stało?!
Jeśli podejdziemy do tego procesu, korzystając z koncepcji Trzech Sił, które są wyraźnie określone w prawie Ohma, stanie się dla nas jasne, że potrzebny jest prąd rozruchowy, aby stworzyć potencjalną różnicę: U = I x R (I = U / R ). W odniesieniu do procesu syntezy ATP obserwujemy opór wewnętrzna błona mitachondriów i potencjalna różnica w matrycy i przestrzeni międzybłonowej. Gdzie jest prąd rozruchowy , ta afirmująca, kardynalna siła, która daje potencjał energetyczny i wprawia w ruch ten osławiony elektron? Gdzie jest źródło?
Czas pamiętać o Bogu, ale nie na próżno. A kto tchnął życie we wszystkie żywe istoty? W końcu człowiek nie jest baterią galwaniczną, a procesy w nim nie są czysto elektryczne. Procesy zachodzące w człowieku są antyentropowe - rozwój, wzrost, dobrobyt, a nie degradacja, rozkład i umieranie.
Ciąg dalszy nastąpi.