Універсальний біологічний акумулятор енергії є. Універсальні форми клітинної енергії. Вхідний контроль знань

29.09.2019

У процесі біохімічних перетворень речовин відбувається розрив хімічних зв'язків, що супроводжується виділенням енергії. Це вільна, потенційна енергія, яка може безпосередньо використовуватися живими організмами. Вона має бути перетворена. Існує дві універсальної форми енергії, які можуть бути використані в клітці для виконання різноманітних робіт:

1) Хімічна енергія, енергія макроергічних зв'язків хімічних сполук. Хімічні зв'язку називають макроергічними в тому випадку, якщо за їх розриву вивільняється велика кількість вільної енергії. З'єднання мають такі зв'язки-макроергічні. Молекула АТФ має макроергічні зв'язки. Має певні властивості, які зумовлюють її важливу роль в енергетичному метаболізмі клітин:

· Термодинамічна нестабільність;

· Висока хімічна стабільність. Забезпечує ефективне збереження енергії, тому що перешкоджає розсіюванню енергії у вигляді тепла;

· Малі розміри молекули АТФ дозволяють легко дифундувати в різні ділянки клітини, де необхідне підведення енергії ззовні для виконання хімічної, осмотичної або хімічної роботи;

· Зміна вільної енергії при гідролізі АТФ має середнє значення, що і дозволяє йому якнайкраще виконувати енергетичні функції, тобто переносити енергію від високоенергетичних до низькоенергетичних сполук.

АТФ є універсальним акумулятором енергії всім живих організмів, в молекулах АТФ енергія зберігається дуже довго (тривалість життя АТФ-1/3 частина секунди). Тут же витрачається на забезпечення енергії всіх процесів, що протікають в даний момент. Енергія, укладена в молекулі АТФ, може використовуватися в реакціях, що протікають в цитоплазмі (більшості біосинтезів, а так само в деяких мембранозалежних процесах).

2) Електрохімічна енергія (енергія трансмембранного потенціалу водню) Δ . При переносі електронів по окислювально-відновлювального ланцюга, в локалізованих мембранах певного типу, званих енергоутворюючими або сполучними, відбувається нерівномірний розподіл протонів у просторі по обидва боки мембрани, тобто на мембрані виникає орієнтований поперек, або трансмембранний град рянд що утворюється Δ призводить до синтезу молекул АТФ. Енергія у формі Δ може використовуватись у різних енергозалежних процесах, локалізованих на мембрані:

· Для поглинання ДНК у процесі генетичної трансформації;

· Для перенесення білків через мембрану;

· Для забезпечення руху багатьох прокаріотів;

· Для забезпечення активного транспорту молекул та іонів через цитоплазматичну мембрану.

Не вся вільна енергія, отримана при окисленні речовин, перетворюється на доступну для клітини форму і акумулюється в АТФ. Частина вільної енергії, що утворилася, розсіюється у вигляді теплової, рідше світлової та електричної енергії. Якщо клітина запасає енергію більше, ніж може витратити на всі енергоспоживаючі процеси, вона синтезує велику кількість високомолекулярних запасних речовин (ліпіди). При необхідності ці речовини зазнають біохімічних перетворень і забезпечують клітину енергією.

АТФ – універсальна енергетична «валюта» клітини.Одне з найдивовижніших «винаходів» природи - це молекули так званих «макроергічних» речовин, у хімічній структурі яких є один або кілька зв'язків, які виконують функцію накопичувачів енергії. У живій природі знайдено кілька подібних молекул, але в організмі людини зустрічається лише одна з них – аденозинтрифосфорна кислота (АТФ). Це досить складна органічна молекула, до якої приєднані 3 негативно заряджених залишків неорганічної фосфорної кислоти PO . Саме ці фосфорні залишки пов'язані з органічною частиною молекули «макроергічні» зв'язки, що легко руйнуються при різноманітних внутрішньоклітинних реакціях. Однак енергія цих зв'язків не розсіюється у просторі у вигляді тепла, а використовується на рух чи хімічну взаємодію інших молекул. Саме завдяки цій властивості АТФ виконує у клітині функцію універсального накопичувача (акумулятора) енергії, а також універсальної «валюти». Адже майже кожне хімічне перетворення, що відбувається в клітці, або поглинає або вивільняє енергію. Відповідно до закону збереження енергії, загальна кількість енергії, утворена в результаті окисних реакцій і запасена у вигляді АТФ, дорівнює кількості енергії, яку може використовувати клітина на свої синтетичні процеси та виконання будь-яких функцій. Як «оплату» за можливість зробити ту чи іншу дію клітина змушена витрачати свій запас АТФ. При цьому слід особливо наголосити: молекула АТФ настільки велика, що вона не здатна проходити через клітинну мембрану. Тому АТФ, утворена у одній клітині, може бути використана Інший клітиною. Кожна клітина тіла змушена синтезувати АТФ. Для своїх потреб самостійно в тих кількостях, в яких вона необхідна для виконання її функцій.

Три джерела ресинтезу АТФ у клітинах організму людини.Очевидно, далекі предки клітин людського організму існували багато мільйонів років тому у оточенні рослинних клітин, які надлишку постачали їх вуглеводами, причому кисню було недостатньо чи ще зовсім. Саме вуглеводи - найбільш уживана для енергії в організмі складова частина поживних речовин. І хоча більшість клітин людського тіла придбала здатність використовувати як енергетичну сировину також білки та жири, деякі (наприклад, нервові, червоні кров'яні, чоловічі статеві) клітини здатні виробляти енергію лише за рахунок окислення вуглеводів.

Процеси первинного окиснення вуглеводів - вірніше, глюкози, яка і становить, власне, основний субстрат окиснення в клітинах, - відбуваються безпосередньо в цитоплазмі: саме там розташовані ферментні комплекси, завдяки яким молекула глюкози частково руйнується, а енергія, що звільнилася, запасається у вигляді АТФ. Цей процес називається гліколіз, він може проходити у всіх клітинах організму людини. Внаслідок цієї реакції з однієї 6-вуглецевої молекули глюкози утворюється дві 3-вуглецеві молекули піровиноградної кислоти та дві молекули АТФ.

Гліколіз – дуже швидкий, але порівняно малоефективний процес. Утворена в клітині після завершення реакцій гліколізу піровиноградна кислота майже відразу перетворюється на молочну кислоту і часом (наприклад, під час важкої м'язової роботи) у дуже великих кількостях виходить у кров, оскільки це невелика молекула, здатна вільно проходити через клітинну мембрану. Такий масований вихід кислих продуктів обміну в кров порушує гомеостаз, і організму доводиться включати спеціальні гомеостатичні механізми, щоби впоратися з наслідками м'язової роботи або іншої активної дії.

Піровиноградна кислота, що утворилася в результаті гліколізу, містить у собі ще багато потенційної хімічної енергії і може служити субстратом для подальшого окислення, але для цього потрібні спеціальні ферменти і кисень. Цей процес відбувається у багатьох клітинах, у яких містяться спеціальні органели – мітохондрії. Внутрішня поверхня мембран мітохондрій складена з великих ліпідних та білкових молекул, серед яких велика кількість окисних ферментів. Всередину мітохондрії проникають 3-вуглецеві молекули, що утворилися в цитоплазмі - зазвичай це буває оцтова кислота (ацетат). Там вони включаються в безперервно цикл реакцій, в процесі яких від цих органічних молекул по черзі відщеплюються атоми вуглецю і водню, які, з'єднуючись з киснем, перетворюються на вуглекислий газ і воду. У цих реакціях виділяється велика кількість енергії, що запасається як АТФ. Кожна молекула піровиноградної кислоти, пройшовши повний цикл окислення в мітохондрії, дозволяє клітині отримати 17 молекул АТФ. Таким чином, повне окиснення молекули 1 молекули глюкози забезпечує клітину 2+17x2 = 36 молекулами АТФ. Не менш важливо, що процес мітохондріального окислення можуть включатися також жирні кислоти і амінокислоти, тобто складові жирів і білків. Завдяки цій здатності мітохондрії роблять клітину порівняно незалежною від того, якими продуктами живиться організм: у будь-якому разі необхідну кількість енергії буде видобуто.

Деяка частина енергії запасається в клітині у вигляді дрібнішої та рухомої, ніж АТФ, молекули креатинфосфату (КрФ). Саме ця маленька молекула може швидко переміститися з одного кінця клітини в інший - туди, де зараз найбільше потрібна енергія. КрФ неспроможна сам віддавати енергію на процеси синтезу, м'язового скорочення чи проведення нервового імпульсу: цього потрібно АТФ. Проте КрФ легко і практично без втрат здатний віддати всю укладену в ньому енергію молекулі аденазиндифосфату (АДФ), яка відразу ж перетворюється на АТФ і готова до подальших біохімічних перетворень.

Отже, витрачена під час функціонування клітини енергія, тобто. АТФ може відновлюватися за рахунок трьох основних процесів: анаеробного (безкисневого) гліколізу, аеробного (за участю кисню) мітохондріального окислення, а також завдяки передачі фосфатної групи від КрФ до АДФ.

Креатинфосфатне джерело - найпотужніше, оскільки реакція КрФ з АДФ протікає дуже швидко. Однак запас КрФ у клітині зазвичай невеликий - наприклад, м'язи можуть з максимальним зусиллям працювати за рахунок КрФ не більше ніж 6-7 с. Цього зазвичай достатньо, щоб запустити другий за потужністю – гліколітичний – джерело енергії. У цьому випадку ресурс поживних речовин у багато разів більший, але в міру роботи відбувається все більше напруги гомеостазу через утворення молочної кислоти, і якщо таку роботу виконують великі м'язи, вона не може тривати більше 1,5-2 хв. Натомість за цей час майже повністю активуються мітохондрії, які здатні спалювати не лише глюкозу, але також жирні кислоти, запас яких в організмі майже невичерпний. Тому аеробне мітохондріальне джерело може працювати дуже довго, щоправда, потужність його порівняно невелика - у 2-3 рази менша, ніж гліколітичного джерела, і в 5 разів менша за потужність креатинфосфатного.

Особливості організації енергопродукції у різних тканинах організму.Різні тканини мають різну насиченість мітохондріями. Найменше їх у кістках та білому жирі, найбільше – у бурому жирі, печінці та нирках. Досить багато мітохондрій у нервових клітинах. М'язи не мають високої концентрації мітохондрій, але через те, що скелетні м'язи - найпотужніша тканина організму (близько 40 % від маси тіла дорослої людини), саме потреби м'язових клітин багато в чому визначають інтенсивність і спрямованість усіх процесів енергетичного обміну. І.А.Аршавський називав це «енергетичним правилом скелетних м'язів».

З віком відбувається зміна відразу двох важливих складових енергетичного обміну: змінюється співвідношення мас тканин, що мають різну метаболічну активність, а також вміст у цих тканинах найважливіших окисних ферментів. В результаті енергетичний обмін зазнає досить складних змін, але в цілому його інтенсивність з віком знижується, причому дуже істотно.

Енергетичний обмін

Енергетичний обмінє найбільш інтегральною функцією організму. Будь-які синтези, діяльність будь-якого органу, будь-яка функціональна активність неминуче відбивається на енергетичному метаболізмі, оскільки за законом збереження, що не має винятків, будь-який акт, пов'язаний із перетворенням речовини, супроводжується витрачанням енергії.

Енерговитратиорганізми складаються з трьох нерівних частин базального метаболізму, енергозабезпечення функцій, а також енерговитрат на зростання, розвиток та адаптивні процеси. Співвідношення між цими частинами визначається етапом індивідуального розвитку та конкретними умовами (табл. 2).

Базальний метаболізм- це той мінімальний рівень енергопродукції, який існує завжди, незалежно від функціональної активності органів та систем, і ніколи не дорівнює нулю. Базальний метаболізм складається з трьох основних видів енерговитрат: мінімальний рівень функцій, футильні цикли та репаративні процеси.

Мінімальна потреба організму в енергії.Питання про мінімальний рівень функцій досить очевидне: навіть в умовах повного спокою (наприклад, спокійного сну), коли на організм ніякі активуючі фактори не діють, необхідна підтримка певної активності головного мозку та залоз внутрішньої секреції, печінки та шлунково-кишкового тракту, серця та судин , дихальних м'язів та легеневої тканини, тонічної та гладкої мускулатури, тощо.

Футильні цикли.Менш відомо, що у кожній клітині тіла безупинно відбуваються мільйони циклічних біохімічних реакцій, у яких нічого не виробляється, але їх здійснення необхідне певну кількість енергії. Це звані футильні цикли, процеси, що зберігають «боєздатність» клітинних структур за відсутності реальної функціональної завдання. Як дзига, що обертається, футильні цикли надають стабільність клітині і всім її структурам. Витрата енергії на підтримку кожного з футильних циклів невелика, але їх безліч, і в результаті це виливається в досить помітну частку базальних енерговитрат.

Репаративні процеси.Численні складно організовані молекули, що беруть участь у метаболічних процесах, рано чи пізно починають ушкоджуватися, втрачаючи свої функціональні властивості або навіть набуваючи токсичних. Необхідні безперервні «ремонтно-відновлювальні роботи», що прибирають із клітини пошкоджені молекули та синтезують на їх місці нові, ідентичні колишнім. Такі репаративні процеси відбуваються постійно в кожній клітині, тому що час життя будь-якої білкової молекули зазвичай не перевищує 1-2 тижні, а їх у будь-якій клітині сотні мільйонів. Чинники довкілля - несприятлива температура, підвищений радіаційний фон, впливу токсичних речовин та багато іншого - здатні істотно укоротити життя складних молекул і, як наслідок, підвищити напругу репаративних процесів.

Мінімальний рівень функціонування тканин багатоклітинного організму.Функціонування клітини – це завжди якась зовнішня робота. Для м'язової клітини це її скорочення, для нервової клітини - вироблення та проведення електричного імпульсу, для залізистої клітини - вироблення секрету та акт секретування, для епітеліальної клітини - піноцитоз або інша форма взаємодії з навколишніми тканинами та біологічними рідинами. Звичайно, будь-яка робота не може здійснюватися без витрат енергії на її реалізацію. Але будь-яка робота, крім того, призводить до зміни внутрішнього середовища організму, оскільки продукти життєдіяльності активної клітини можуть бути небайдужі для інших клітин та тканин. Тому другий ешелон енерговитрат під час виконання функції пов'язані з активною підтримкою гомеостазу, потім часом витрачається дуже значної частини енергії. Тим часом не тільки склад внутрішнього середовища змінюється по ходу виконання функціональних завдань, нерідко змінюються структури, причому часто у бік руйнування. Так, при скороченні кістякових м'язів (навіть невеликий інтенсивності) завжди відбуваються розриви м'язових волокон, тобто. порушується цілісність форми. Організм має у своєму розпорядженні спеціальні механізми підтримки сталості форми (гомеоморфоз), що забезпечують якнайшвидше відновлення пошкоджених або змінених структур, але на це знову ж таки витрачається енергія. І, нарешті, для організму, що розвивається дуже важливо зберегти головні тенденції свого розвитку, незалежно від того, які функції доводиться активувати в результаті впливу конкретних умов. Підтримка незмінності напряму та каналів розвитку (гомеоріз) – ще одна форма енерговитрат при активації функцій.

Для організму, що розвивається важливою статтею енерговитрат є власне зростання та розвиток. Втім, для будь-якого, зокрема зрілого організму, не менш енергоємними за обсягом і дуже близькими по суті є процеси адаптивних перебудов. Тут витрати енергії спрямовані на активацію геному, деструкцію застарілих структур (катаболізм) та синтези (анаболізм).

Витрати на базальний метаболізм та витрати на зростання та розвиток з віком істотно знижуються, а витрати на здійснення функцій стають якісно іншими. Оскільки методично вкрай важко розділити базальні енерговитрати та витрати енергії на процеси зростання та розвитку, їх зазвичай розглядають спільно під назвою "основний обмін".

Вікова динаміка основного обміну.З часів М.Рубнера (1861) добре відомо, що у ссавців у міру зростання маси тіла інтенсивність теплопродукції для одиницю маси знижується; тоді як величина обміну, розрахована на одиницю поверхні, залишається незмінною («правило поверхні»). Задовільного теоретичного пояснення ці факти досі немає, і тому висловлювання зв'язку між розмірами тіла та інтенсивністю метаболізму користуються емпіричними формулами. Для ссавців, включаючи і людину, нині найчастіше користуються формулою М. Клайбера:

М= 67,7 Р 0 75 ккал/сут,

де М – теплопродукція цілого організму, а Р – маса тіла.

Однак, вікові зміни основного обміну не завжди можуть бути описані за допомогою цього рівняння. Протягом першого року життя теплопродукція не знижується, як це потрібно було б за рівнянням Клайбера, а залишається на одному рівні або навіть дещо підвищується. Лише в однорічному віці досягається приблизно та інтенсивність обміну (55 ккал/кг·сут), яка «належить» за рівнянням Клайбера для організму масою 10 кг. Тільки з 3-річного віку інтенсивність основного обміну починає поступово знижуватися, а досягає рівня дорослої людини – 25 ккал/кг · добу – лише до періоду статевої зрілості.

Енергетична вартість процесів зростання та розвитку.Нерідко підвищену інтенсивність основного обміну в дітей віком пов'язують із витратами зростання. Однак точні вимірювання та розрахунки, проведені в останні роки, показали, що навіть найінтенсивніші ростові процеси в перші 3 місяці життя не вимагають більше 7-8% від добового споживання енергії, а після 12 місяців вони не перевищують 1%. Більше того, найвищий рівень енерговитрат організму дитини відзначений у віці 1 року, коли швидкість його зростання стає у 10 разів нижчою, ніж у піврічному віці. Значно «енергоємнішими» виявилися ті етапи онтогенезу, коли швидкість зростання знижується, а в органах та тканинах відбуваються суттєві якісні зміни, зумовлені процесами клітинних диференціювань. Спеціальні дослідження біохіміків показали, що в тканинах, які вступають в етап диференціювальних процесів (наприклад, у мозку), різко збільшується вміст мітохондрій, а отже, посилюється окисний обмін та теплопродукція. Біологічний сенс цього явища у тому, що у процесі клітинної диференціювання утворюються нові структури, нові білки та інші великі молекули, яких раніше клітина виробляти не вміла. Як і будь-яка нова справа, це вимагає особливих енергетичних витрат, тоді як ростові процеси – це налагоджене «серійне виробництво» білкових та інших макромолекул у клітині.

У подальшому індивідуального розвитку спостерігається зниження інтенсивності основного обміну. При цьому виявилося, що внесок різних органів у основний обмін із віком змінюється. Наприклад, головний мозок (що робить значний внесок в основний обмін) у новонароджених становить 12% від маси тіла, а у дорослого - лише 2%. Так само нерівномірно зростають і внутрішні органи, які, як і мозок, мають навіть у спокої дуже високий рівень енергетичного обміну – 300 ккал/кг на добу. У той самий час м'язова тканина, відносна кількість якої під час постнатального розвитку майже подвоюється, характеризується дуже низьким рівнем обміну у спокої - 18 ккал/кг сут. У дорослого частку мозку припадає приблизно 24 % основного обміну, частку печінки - 20%, частку серця - 10 % і скелетні м'язи - 28 %. У однорічної дитини частку мозку припадає 53 % основного обміну, внесок печінки становить близько 18 %, але в частку скелетних м'язів припадає лише 8 %.

Обмін спокою в дітей віком шкільного віку.Виміряти основний обмін можна тільки у клініці: для цього потрібні особливі умови. А ось обмін спокою можна виміряти у кожної людини: достатньо, щоб вона була в стані натще і кілька десятків хвилин перебував у м'язовому спокої. Обмін спокою трохи вищий, ніж основний обмін, але ця різниця не важлива. Динаміка вікових змін обміну спокою не зводиться до простого зниження інтенсивності метаболізму. Періоди, що характеризуються швидким зниженням інтенсивності обміну, змінюються віковими інтервалами, у яких обмін спокою стабілізується.

При цьому виявляється тісний зв'язок між характером зміни інтенсивності метаболізму та швидкістю зростання (див. рис. 8 на с. 57). Стовпчиками малюнку показані відносні річні прирости маси тіла. Виявляється, що більше відносна швидкість зростання, то значніше у період зниження інтенсивності обміну спокою.

На представленому малюнку видно ще одну особливість - виразні статеві відмінності: дівчатка у дослідженому віковому інтервалі приблизно рік випереджають хлопчиків зі зміни темпів зростання та інтенсивності обміну. При цьому виявляється тісний зв'язок між інтенсивністю обміну спокою та темпами зростання дітей у період напівростового стрибка – від 4 до 7 років. У цей період починається зміна молочних зубів на постійні, що також може бути однією з показників морфофункционального дозрівання.

У процесі подальшого розвитку зниження інтенсивності основного обміну триває, причому тепер у тісному зв'язку з процесами статевого дозрівання. На початкових стадіях статевого дозрівання інтенсивність метаболізму у підлітків приблизно 30 % вище, ніж в дорослих. Різке зниження показника починається на III стадії, коли активуються гонади, і продовжується до настання статевої зрілості. Як відомо, пубертатний стрибок зростання також збігається з досягненням ІІІ стадії статевого дозрівання, тобто. і в цьому випадку зберігається закономірність зниження інтенсивності метаболізму в період найбільш інтенсивного зростання.

Хлопчики у розвитку в цей період відстають від дівчаток приблизно на 1 рік. У суворій відповідності до цього факту інтенсивність обмінних процесів у хлопчиків завжди вища, ніж у дівчаток того ж календарного віку. Відмінності ці невеликі (5-10%), але стабільні протягом усього періоду статевого дозрівання.

Терморегуляція

Терморегуляція, тобто підтримання постійної температури ядра тіла, визначається двома основними процесами: продукцією тепла та тепловіддачею. Продукція тепла (термогенез) залежить, насамперед, від інтенсивності обмінних процесів, тоді як тепловіддача визначається теплоізоляцією та цілим комплексом досить складно організованих фізіологічних механізмів, що включають судиннорухові реакції, активність зовнішнього дихання та потовиділення. У зв'язку з цим термогенез відносять до механізмів хімічної терморегуляції, а способи зміни тепловіддачі - механізмів фізичної терморегуляції. З віком змінюються як ті, так і інші механізми, а також їхня значущість у підтримці стабільної температури тіла.

Віковий розвиток механізмів терморегуляції.Суто фізичні закони призводять до того, що в міру збільшення маси та абсолютних розмірів тіла внесок хімічної терморегуляції знижується. Так, у новонароджених дітей величина терморегуляторної теплопродукції становить приблизно 0,5 ккал/кг год град, а у дорослої людини – 0,15 ккал/кг год град.

Новонароджена дитина при зниженні температури середовища може збільшити теплопродукцію майже до тих же величин, що й доросла людина, - до 4 ккал/кг ч. Однак через малу теплоізоляцію (0,15 град м 2 ч/ккал) невеликий - трохи більше 5°. При цьому слід врахувати, що критична температура Th), за якої включається термогенез, становить для доношеної дитини +33 °С, до дорослого стану вона знижується до +27...+23 °С. Однак у одязі, теплоізоляція якого зазвичай становить 2,5 КЛО, або 0,45 град-м 2 ·год/ккал, величина критичної температури знижується до +20 °С, тому дитина у звичайному для нього одязі при кімнатній температурі знаходиться в термонейтральному середовищі , тобто. в умовах, що не потребують додаткових витрат на підтримання температури тіла.

Тільки при процедурі перевдягання для запобігання охолодженню дитина перших місяців життя повинна включати досить потужні механізми теплопродукції. Причому в дітей віком є особливі, специфічні, відсутні в дорослих механізми термогенезу. Доросла людина у відповідь на охолодження починає тремтіти, включаючи так званий «скоротливий» термогенез, тобто додаткову теплопродукцію в скелетних м'язах (холодове тремтіння). Особливості конструкції тіла дитини роблять такий механізм теплопродукції неефективним, тому в дітей віком активується так званий «нескоротливий» термогенез, локалізований над скелетних м'язах, а в інших органах.

Це внутрішні органи (насамперед, печінка) і спеціальна бура жирова тканина, насичена мітохондріями (від того і її бурий колір) і має високі енергетичні можливості. Активацію теплопродукції бурого жиру у здорової дитини можна помітити підвищення шкірної температури в тих частинах тіла, де бурий жир розташований більш поверхнево, - міжлопаткова область і шия. По зміні температури у цих областях можна будувати висновки про стан механізмів терморегуляції дитини, ступінь його загартованості. Так звана «гаряча потилиця» дитини перших місяців життя пов'язана саме з активністю бурого жиру.

Протягом першого року життя активність хімічної терморегуляції знижується. У дитини 5-6 місяців роль фізичної терморегуляції помітно зростає. З віком основна маса бурого жиру зникає, але ще до 3-річного віку зберігається реакція найбільшої частини бурого жиру – міжлопаткової. Є повідомлення, що з дорослих людей, що працюють на Півночі, на відкритому повітрі, бура жирова тканина продовжує активно функціонувати. У звичайних умовах у дитини старше 3 років активність нескоротливого термогенезу обмежена, а чільну роль підвищення теплопродукції при активації хімічної терморегуляції починає грати специфічна скорочувальна активність скелетних м'язів - м'язовий тонус і м'язове тремтіння. Якщо така дитина опиняється в умовах звичайної кімнатної температури (+20 ° С) у трусах та майці, у неї у 80 випадках зі 100 активується теплопродукція.

Посилення ростових процесів у період напівростового стрибка (5-6 років) призводить до збільшення довжини та площі поверхні кінцівок, що забезпечує регульований теплообмін організму з навколишнім середовищем. Це, у свою чергу, призводить до того, що починаючи з 5,5-6 років (особливо чітко у дівчаток) відбуваються значні зміни терморегуляторної функції. Теплоізоляція тіла зростає, а активність хімічної терморегуляції суттєво знижується. Такий спосіб регуляції температури тіла економічніший, і саме він у ході подальшого вікового розвитку стає переважним. Цей період розвитку терморегуляції є сенситивним для проведення процедур, що гартують.

З початком статевого дозрівання настає наступний етап розвитку терморегуляції, що виявляється в розладі функціональної системи, що складалася. У 11-12-річних дівчаток і 13-річних хлопчиків, незважаючи на зниження інтенсивності обміну спокою, що триває, відповідного підстроювання судинного регуляції не відбувається. Лише у юнацькому віці після завершення статевого дозрівання можливості терморегуляції досягають дефінітивного рівня розвитку. Підвищення теплоізоляції тканин власного тіла дозволяє обходитися без включення хімічної терморегуляції (тобто додаткової теплопродукції) навіть при зниженні температури середовища на 10-15 °С. Така реакція організму, природно, більш економічна та ефективна.

харчування

Усі необхідні організму людини речовини, що використовуються для виробництва енергії та будівництва власного тіла, надходять із навколишнього середовища. У міру дорослішання дитина до кінця першого року життя все більшою мірою переходить на самостійне харчування, а після 3 років харчування дитини мало чим відрізняється від харчування дорослого.

Структурні складові харчових речовин.Їжа людини буває рослинного та тваринного походження, але незалежно від цього вона складається з одних і тих же класів органічних сполук – білків, жирів та вуглеводів. Власне, ці ж класи сполук складають здебільшого і тіло самої людини. У той же час різниця між тваринною та рослинною їжею є, і досить важливі.

Вуглеводи. Найбільш масовий компонент рослинної їжі – це вуглеводи (найчастіше у вигляді крохмалю), що становлять основу енергетичного забезпечення людського організму. Для дорослої людини потрібно отримувати вуглеводи, жири та білки у співвідношенні 4:1:1. Оскільки у дітей обмінні процеси йдуть інтенсивніше, причому головним чином – за рахунок метаболічної активності мозку, який харчується майже виключно вуглеводами, діти мають отримувати більше вуглеводної їжі – у співвідношенні 5:1:1. У перші місяці життя дитина не отримує рослинної їжі, зате в жіночому молоці відносно дуже багато вуглеводів: воно приблизно таке ж жирне, як коров'яче, містить у 2 рази менше білків, зате в 2 рази більше вуглеводів. Співвідношення вуглеводів, жирів та білків у жіночому молоці становить приблизно 5:2:1. Штучні суміші для вигодовування дітей перших місяців життя готуються на основі розбавленого приблизно вдвічі коров'ячого молока з додаванням фруктози, глюкози та інших вуглеводів.

Жири.Рослинна їжа рідко буває багата жирами, проте компоненти, що містяться в рослинних жирах, вкрай необхідні для організму людини. На відміну від тваринних жирів, рослинні містять багато так званих поліненасичених жирних кислот. Це довголанцюгові жирні кислоти, у структурі яких є подвійні хімічні зв'язки. Такі молекули використовуються клітинами людини для будівництва клітинних мембран, у яких вони виконують стабілізуючу роль, захищаючи клітини від вторгнення агресивних молекул та вільних радикалів. Завдяки цій властивості рослинні жири мають протиракову, антиоксидантну та протирадикальну активність. Крім того, в рослинних жирах зазвичай розчинено велику кількість цінних вітамінів групи А та Е. Ще одна перевага рослинних жирів - відсутність у них холестерину, який здатний відкладатися в кровоносних судинах людини та викликати їх склеротичні зміни. Тварини жири, навпаки, містять значну кількість холестерину, але практично не несуть у собі вітамінів та поліненасичених жирних кислот. Тим не менш, тваринні жири також необхідні організму людини, оскільки вони складають важливий компонент енергетичного забезпечення, а крім того, містять ліпокініни, які допомагають організму засвоювати і переробляти свій власний жир.

Білки.Рослинні та тваринні білки також суттєво різняться за своїм складом. Хоча всі білки складаються з амінокислот, деякі з цих найважливіших «цеглинок» можуть синтезуватися клітинами людського організму, інші не можуть. Цих останніх небагато, лише 4-5 видів, але їх нічим не можна замінити, тому вони називаються незамінними амінокислотами. Рослинна їжа майже не містить незамінних амінокислот - тільки бобові та соєві культури мають у своєму складі невелику їх кількість. Тим часом у м'ясі, рибі та інших продуктах тваринного походження ці речовини представлені широко. Нестача деяких незамінних амінокислот різко негативно позначається на динаміці ростових процесів і розвитку багатьох функцій, причому найістотніше розвитку мозку і інтелекту дитини. Тому діти, які довго страждають від недоїдання в ранньому віці, нерідко залишаються на все життя розумово неповноцінними. Ось чому дітей ні в якому разі не можна обмежувати у вживанні тваринного пишу: як мінімум, молока та яєць, а також риби. Мабуть, з цією ж обставиною пов'язано те, що діти до 7 років, згідно з християнськими традиціями, не повинні дотримуватися посту, тобто відмовлятися від тваринної їжі.

Макро- та мікроелементи.У харчових продуктах містяться багато відомі науці хімічні елементи, крім, можливо, радіоактивних і важких металів, і навіть інертних газів. Деякі елементи, такі як вуглець, водень, азот, кисень, фосфор, кальцій, калій, натрій та деякі інші, входять до складу всіх харчових продуктів і надходять в організм у дуже великій кількості (десятки та сотні грамів на добу). Такі речовини прийнято відносити до макроелементів.Інші містяться у їжі в мікроскопічних дозах, тому їх називають мікроелементами. Це йод, фтор, мідь, кобальт, срібло та багато інших елементів. До мікроелементів часто відносять залізо, хоча його кількість в організмі досить велика, оскільки залізо грає ключову роль у перенесенні кисню всередині організму. Нестача будь-якого мікроелементу може стати причиною серйозного захворювання. Нестача йоду, наприклад, веде до розвитку тяжкого захворювання на щитовидну залозу (так званий зоб). Нестача заліза призводить до залізодефіцитної анемії - форми недокрів'я, яка негативно позначається на працездатності, темпах зростання та розвитку дитини. У всіх подібних випадках необхідна корекція харчування, включення в раціон продуктів, що містять елементи, що відсутні. Так, йод міститься у великій кількості в морській капусті – ламінарії, крім того, у магазинах продається йодована кухонна сіль. Залізо міститься у яловичій печінці, яблуках та деяких інших фруктах, а також у дитячих ірисках «Гематоген», що продаються в аптеках.

Вітаміни, авітаміноз, хвороби обміну речовин.Вітаміни – це середні за розміром та складністю органічні молекули, які зазвичай не виробляються клітинами організму людини. Ми змушені отримувати вітаміни з їжею, оскільки вони необхідні роботи багатьох ферментів, регулюючих біохімічні процеси у організмі. Вітаміни - дуже нестійкі речовини, тому приготування їжі на вогні майже повністю знищує вітаміни, що містилися там. Тільки сирі продукти містять вітаміни у помітній кількості, тому головним джерелом вітамінів для нас є овочі та фрукти. Хижі звірі, а також корінні жителі Півночі, які харчуються майже виключно м'ясом та рибою, отримують достатню кількість вітамінів із сирих продуктів тваринного походження. У смаженому та вареному м'ясі та рибі вітамінів практично немає.

Нестача вітамінів проявляється у різних хворобах обміну речовин, які поєднуються під назвою авітамінози. Вітамінів зараз відкрито вже близько 50, і кожен із них відповідає за свою «дільницю» обмінних процесів, відповідно і хвороб, спричинених авітамінозом, налічується кілька десятків. Цинга, бері-бері, пелагра та інші хвороби цього роду широко відомі.

Вітаміни поділяються на дві великі групи: жиророзчинні та водорозчинні. Водорозчинні вітаміни у великій кількості містяться в овочах та фруктах, а жиророзчинні – частіше в насінні та горіхах. Оливкова, соняшникова, кукурудзяна та інші рослинні олії - важливі джерела багатьох жиророзчинних вітамінів. Однак вітамін D (противорахітний) міститься переважно в риб'ячому жирі, який видобувають із печінки тріски та деяких інших морських риб.

У середніх і північних широтах до весни в рослинній їжі, що збереглася з осені, кількість вітамінів різко зменшується, і багато людей - жителі північних країн - відчувають авітаміноз. Подолати цей стан допомагають солоні та квашені продукти (капуста, огірки та деякі інші), у яких високий вміст багатьох вітамінів. Крім того, вітаміни виробляються мікрофлорою кишечника, тому при нормальному травленні людина забезпечується багатьма найважливішими вітамінами групи В у достатній кількості. У дітей першого року життя мікрофлора кишечника ще не сформована, тому вони повинні отримувати як джерела вітамінів достатню кількість материнського молока, а також фруктових та овочевих соків.

Добова потреба у енергії, білках, вітамінах.Кількість їжі, що з'їдається за день, безпосередньо залежить від швидкості обмінних процесів, оскільки їжа повинна повністю компенсувати витрачену на всі функції енергію (рис. 13). Хоча інтенсивність обмінних процесів з віком у дітей віком від 1 року знижується, збільшення маси їх тіла призводить до наростання сумарних (валових) енерговитрат. Відповідно збільшується потреба в основних поживних речовинах. Нижче наведено довідкові таблиці (табл. 3-6), що показують зразкові цифри нормального добового споживання поживних речовин, вітамінів та найважливіших мінеральних речовин дітьми. Слід підкреслити, що в таблицях дана маса чистих речовин без урахування води, що входить у будь-яку пишу, а також органічних речовин, що не належать до білків, жирів і вуглеводів (наприклад, целюлози, що становить основну масу овочів).

Обмін речовин (метаболізм)- це сукупність усіх хімічних реакцій, які у організмі. Всі ці реакції поділяються на 2 групи

1. Пластичний обмін(асиміляція, анаболізм, біосинтез) - це колись із простих речовин із витратою енергії утворюються (синтезуються)складніші. Приклад:

При фотосинтезі з вуглекислого газу та води синтезується глюкоза.

2. Енергетичний обмін(дисиміляція, катаболізм, дихання) – це коли складні речовини розпадаються (окислюються)до простіших, і при цьому виділяється енергія, необхідна для життєдіяльності Приклад:

У мітохондріях глюкоза, амінокислоти та жирні кислоти окислюються киснем до вуглекислого газу та води, при цьому утворюється енергія (Клітинне дихання)

Взаємозв'язок пластичного та енергетичного обміну

Пластичний обмін забезпечує клітину складними органічними речовинами (білками, жирами, вуглеводами, нуклеїновими кислотами), зокрема білками-ферментами для енергетичного обміну.
Енергетичний обмін забезпечує клітину енергією. При виконанні роботи (розумової, м'язової тощо) енергетичний обмін посилюється.

АТФ- Універсальна енергетична речовина клітини (універсальний акумулятор енергії). Утворюється у процесі енергетичного обміну (окислення органічних речовин).

При енергетичному обміні всі речовини розпадаються, а АТФ – синтезується. При цьому енергія хімічних зв'язків складних речовин, що розпалися, переходить в енергію АТФ, енергія запасається в АТФ.
При пластичному обміні всі речовини синтезуються, а АТФ – розпадається. При цьому витрачається енергія АТФ(Енергія АТФ переходить в енергію хімічних зв'язків складних речовин, запасається в цих речовинах).

Виберіть один, найбільш правильний варіант. У процесі пластичного обміну
1) складніші вуглеводи синтезуються з менш складних
2) жири перетворюються на гліцерин та жирні кислоти
3) білки окислюються з утворенням вуглекислого газу, води, азотовмісних речовин
4) відбувається звільнення енергії та синтез АТФ

Відповідь

Виберіть три варіанти. Чим пластичний обмін відрізняється від енергетичного?
1) енергія запасається у молекулах АТФ
2) запасена в молекулах АТФ енергія витрачається
3) органічні речовини синтезуються
4) відбувається розщеплення органічних речовин
5) кінцеві продукти обміну - вуглекислий газ та вода
6) у результаті реакцій обміну утворюються білки

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. У процесі пластичного обміну у клітинах синтезуються молекули
1) білків
2) води
3) АТФ
4) неорганічні речовини

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. У чому проявляється взаємозв'язок пластичного та енергетичного обміну
1) пластичний обмін постачає органічні речовини для енергетичного
2) енергетичний обмін постачає кисень для пластичного
3) пластичний обмін постачає мінеральні речовини для енергетичного
4) пластичний обмін постачає молекули АТФ для енергетичного

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. У процесі енергетичного обміну, на відміну пластичного, відбувається
1) витрати енергії, укладеної в молекулах АТФ
2) запасання енергії у макроергічних зв'язках молекул АТФ
3) забезпечення клітин білками та ліпідами
4) забезпечення клітин вуглеводами та нуклеїновими кислотами

Відповідь

1. Встановіть відповідність між характеристикою обміну та його видом: 1) пластичний, 2) енергетичний. Запишіть цифри 1 та 2 у правильному порядку.
А) окиснення органічних речовин
Б) утворення полімерів із мономерів
В) розщеплення АТФ
Г) запасання енергії у клітці
Д) реплікація ДНК
Е) окисне фосфорилювання

Відповідь

2. Встановіть відповідність між характеристикою обміну речовин у клітині та її видом: 1) енергетичний, 2) пластичний. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) відбувається безкисневе розщеплення глюкози
Б) відбувається на рибосомах, у хлоропластах
В) кінцеві продукти обміну – вуглекислий газ та вода
Г) органічні речовини синтезуються
Д) використовується енергія, що міститься в молекулах АТФ
Е) звільняється енергія та запасається в молекулах АТФ

Відповідь

3. Встановіть відповідність між ознаками обміну речовин у людини та її видами: 1) пластичний обмін; 2) енергетичний обмін. Запишіть цифри 1 та 2 у правильному порядку.
а) речовини окислюються
Б) речовини синтезуються
В) енергія запасається у молекулах АТФ
Г) енергія витрачається
Д) у процесі беруть участь рибосоми
Е) у процесі беруть участь мітохондрії

Відповідь

4. Встановіть відповідність між характеристиками обміну речовин та його видом: 1) енергетичний, 2) пластичний. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) реплікація ДНК
Б) біосинтез білка
В) окиснення органічних речовин
Г) транскрипція
Д) синтез АТФ
Е) хемосинтез

Відповідь

5. Встановіть відповідність між характеристиками та видами обміну: 1) пластичний, 2) енергетичний. Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) запасається енергія у молекулах АТФ
Б) синтезуються біополімери
В) утворюються вуглекислий газ та вода
Г) відбувається окисне фосфорилювання
Д) відбувається реплікація ДНК

Відповідь

Виберіть три процеси, що стосуються енергетичного обміну речовин.
1) виділення кисню до атмосфери
2) утворення вуглекислого газу, води, сечовини
3) окисне фосфорилювання
4) синтез глюкози
5) гліколіз
6) фотоліз води

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Енергія, необхідна для м'язового скорочення, звільняється при
1) розщепленні органічних речовин в органах травлення
2) подразненні м'яза нервовими імпульсами
3) окиснення органічних речовин у м'язах
4) синтез АТФ

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Внаслідок якого процесу в клітині синтезуються ліпіди?
1) дисиміляції
2) біологічного окиснення
3) пластичного обміну
4) гліколізу

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Значення пластичного обміну – постачання організму
1) мінеральними солями
2) киснем
3) біополімерами
4) енергією

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Окислення органічних речовин в організмі людини відбувається в
1) легеневих бульбашках при диханні
2) клітини тіла в процесі пластичного обміну
3) процесі перетравлення їжі у травному тракті
4) клітини тіла в процесі енергетичного обміну

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Які реакції обміну речовин у клітині супроводжуються витратами енергії?
1) підготовчого етапу енергетичного обміну
2) молочнокислого бродіння
3) окиснення органічних речовин
4) пластичного обміну

Відповідь

1. Встановіть відповідність між процесами та складовими частинами метаболізму: 1) анаболізм (ассиміляція); 2) катаболізм (дисиміляція). Запишіть цифри 1 та 2 у правильному порядку.
А) бродіння
Б) гліколіз
В) дихання
Г) синтез білка
Д) фотосинтез
Е) хемосинтез

Відповідь

2. Встановіть відповідність між характеристиками та процесами обміну речовин: 1) асиміляція (анаболізм); 2) дисиміляція (катаболізм). Запишіть цифри 1 та 2 у порядку, що відповідає літерам.
А) синтез органічних речовин організму
Б) включає підготовчий етап, гліколіз та окисне фосфорилювання
В) звільнена енергія запасається в АТФ
Г) утворюються вода та вуглекислий газ
Д) потребує енергетичних витрат
Е) відбувається у хлоропластах та на рибосомах

Відповідь

Виберіть дві відповіді з п'яти і запишіть цифри, під якими вони вказані. Обмін речовин – одна з основних властивостей живих систем, вона характеризується тим, що відбувається
1) вибіркове реагування на зовнішні впливи навколишнього середовища
2) зміна інтенсивності фізіологічних процесів та функцій з різними періодами коливань
3) передача з покоління до покоління ознак та властивостей
4) поглинання необхідних речовин та виділення продуктів життєдіяльності
5) підтримання відносно-постійного фізико-хімічного складу внутрішнього середовища

Відповідь

1. Усі наведені нижче терміни, крім двох, використовуються для опису пластичного обміну. Визначте два терміни, що «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) реплікація
2) дуплікація
3) трансляція
4) транслокація
5) транскрипція

Відповідь

2. Всі перелічені нижче поняття, крім двох, використовують для опису пластичного обміну речовин у клітині. Визначте два поняття, що «випадають» із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) асиміляція
2) дисиміляція
3) гліколіз
4) транскрипція
5) трансляція

Відповідь

3. Наведені нижче терміни, крім двох, використовуються для характеристики пластичного обміну. Визначте два терміни, що випадають із загального списку, та запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) розщеплення
2) окиснення
3) реплікація
4) транскрипція
5) хемосинтез

Відповідь

Виберіть один, найбільш правильний варіант. Азотиста основа аденін, рибоза та три залишки фосфорної кислоти входять до складу
1) ДНК
2) РНК
3) АТФ
4) білка

Відповідь

Усі наведені нижче ознаки, крім двох, можна використовуватиме характеристики енергетичного обміну у клітині. Визначте дві ознаки, що «випадають» із загального списку, та запишіть у відповідь цифри, під якими вони вказані.
1) йде з поглинанням енергії
2) завершується в мітохондріях
3) завершується в рибосомах
4) супроводжується синтезом молекул АТФ
5) завершується утворенням вуглекислого газу

Відповідь

Знайдіть три помилки у наведеному тексті. Вкажіть номери пропозицій, у яких вони зроблені.(1) Обмін речовин, або метаболізм, – це сукупність реакцій синтезу та розпаду речовин клітини та організму, пов'язаних з виділенням чи поглинанням енергії. (2) Сукупність реакцій синтезу високомолекулярних органічних сполук із низькомолекулярних сполук відносять до пластичного обміну. (3) У реакціях пластичного обміну синтезуються молекули АТФ. (4) Фотосинтез належать до енергетичного обміну. (5) В результаті хемосинтезу синтезуються органічні речовини з неорганічних за рахунок енергії Сонця.

Відповідь

Сучасне уявлення про процес окисного фосфорилювання веде свій початок від піонерських робіт Беліцера та Калькара. Калькар встановив, що аеробне фосфорилювання пов'язане з диханням. Беліцер докладно вивчив стехіометричні відносини між сполученим зв'язуванням фосфату і поглинанням кисню і показав, що відношення числа молекул неорганічного фосфату до атомів поглиненого кисню

при диханні одно не менше ніж двом. Він також зазначив, що перепої електронів від субстрату до кисню є можливим джерелом енергії для утворення двох і більше молекул АТФ на один атом поглиненого кисню.

Донором електронів служить молекула НАД Н, і реакція фосфорилювання має вигляд

Коротко цю реакцію записують як

Синтез трьох молекул АТФ реакції (15.11) відбувається за рахунок перенесення двох електронів молекули НАД Н по ланцюгу електронного транспорту до молекули кисню. У цьому енергія кожного електрона знижується на 1,14 эВ.

У водному середовищі за участю спеціальних ферментів відбувається гідроліз молекул АТФ

Структурні формули молекул, що входять у реакції (15.12) та (15.13), наведено на рис. 31.

За фізіологічних умов входять у реакції (15.12) і (15.13) молекули перебувають у різних стадіях іонізації (АТФ, ). Тому хімічні символи у цих формулах слід розуміти як умовний запис реакцій між молекулами, що у різних стадіях іонізації. У зв'язку з йтим збільшення вільної енергії AG реакції (15.12) і її зменшення реакції (15.13) залежить від температури, концентрації іонів і від значення pH середовища. За стандартних умов еВ ккал/моль). Якщо ввести відповідні поправки з урахуванням фізіологічних значень pH та концентрації іонів усередині клітин, а також звичайні значення концентрацій молекул АТФ та АДФ та неорганічного фосфату у цитоплазмі клітин, то для вільної енергії гідролізу молекул АТФ отримаємо значення -0,54 еВ (-12,5 ккал/моль). Вільна енергія гідролізу молекул АТФ не є постійною величиною. Вона може бути неоднаковою навіть у різних місцях однієї клітини, якщо ці місця розрізняються за концентрацією

З часу появи піонерської роботи Ліпмана (1941) відомо, що молекули АТФ у клітині виконують роль універсального короткочасного зберігача та переносника хімічної енергії, що використовується в більшості процесів життєдіяльності.

Виділення енергії у процесі гідролізу молекули АТФ супроводжується перетворенням молекул

При цьому розрив зв'язку, позначеного символом, призводить до відщеплення залишку фосфорної кислоти. На пропозицію Ліпмана такий зв'язок стали називати «фосфатним зв'язком, багатою енергією» або «макроергічним зв'язком». Ця назва вкрай невдала. Воно не відображає енергетики процесів, що відбуваються при гідролізі. Виділення вільної енергії обумовлено не розривом одного зв'язку (такий розрив завжди вимагає витрати енергії), а перебудовою всіх молекул, що беруть участь у реакціях, утворенням нових зв'язків та розбудовою сольватних оболонок при реакції.

При розчиненні молекули NaCl у воді утворюються гідратовані іони. Виграш енергії при гідратації перекриває витрату енергії при розриві зв'язку в молекулі NaCl. Було б дивним приписувати цей виграш енергії високо-ергічності зв'язку в молекулі NaCl.

Як відомо, при розподілі важких атомних ядер виділяється велика енергія, що не пов'язано з розривом будь-яких високо-ергічних зв'язків, а зумовлено перебудовою уламків поділу та зменшенням енергії кулопівського відштовхування між нуклонами в кожному уламку.

Справедлива критика уявлення про «макроергічні зв'язки» висловлювалася неодноразово. Проте це уявлення широко впровадилося у наукову літературу. Великий

Таблиця 8

Структурні формули фосфорильованих сполук: а - фосфоеноліруват; б - 1,3-дифосфогліцерат; в – креатинфосфат; - глюкозо-I-фосфат; - глюкозо-6-фосфат.

біди в цьому немає, якщо вираз «високергічний фосфатний зв'язок» використовувати умовно, як короткий опис всього циклу перетворень, що відбуваються у водному розчині за наявності інших іонів, pH і т. д.

Отже, поняття енергія фосфатного зв'язку, що використовується біохіміками, умовно характеризує різницю між вільною енергією вихідних речовин і вільною енергією продуктів реакцій гідролізу, при яких відщеплюються фосфатні групи. Це поняття не можна плутати із поняттям енергії хімічного зв'язку між двома групами атомів у вільній молекулі. Остання характеризує енергію, необхідну розриву свяеи.

У клітинах міститься ряд фосфорильованих сполук, гідроліз яких у цитоплазмі пов'язаний із виділенням вільної анергії. Значення стандартних вільних енергій гідролізу деяких цих сполук наведені в табл. 8. Структурні формули цих сполук зображені на рис. 31 та 35.

Великі негативні величини стандартних вільних анергій гідролізу обумовлені енергією гідратації негативно заряджених продуктів гідролізу та розбудовою їх електронних оболонок. З табл. 8 слід, що значення стандартної вільної енергії гідролізу молекули АТФ займає проміжне положення між «високоенергетичними» (фосфоенолпіру-нат) та «низькоенергетичними» (глюкозо-6-фосфат) сполуками. Це одна з причин того, що АТФ є зручним універсальним переносником фосфатних груп.

За допомогою спеціальних ферментів молекули АТФ та АДФ здійснюють зв'язок між високо- та низькоенергетичними

фосфатними сполуками. Наприклад, фермент піруваткиназа переносить фосфат з фосфоенолпірувату на АДФ. В результаті реакції утворюється піруват та молекула АТФ. Далі за допомогою ферменту гексокіназу молекула АТФ може передати фосфатну групу D-глюкозі, перетворивши її на глюкозо-6-фосфат. Сумарний продукт цих двох реакцій зведеться до перетворення

Дуже важливо, що реакції цього типу можуть проходити лише через проміжний етап, у якому обов'язково беруть участь молекули АТФ та АДФ.

Частина 1. Мітохондрії еукаріотів.

У біблії записано, що людину ( Homo sapiens ) створили Боги за своїм образом та подобою. Хоча багато в чому обмежили, але творчого початку не позбавили. Вже зараз людина створює роботів для полегшення своєї праці, різні машини та пристрої, які не вічні так само, як і вона сама. Джерелом енергії цих машин є зарядний пристрій, акумулятор, батарейка, їхній пристрій нам зараз добре знайомий. А чи знаємо ми, як улаштований наш зарядний пристрій, енергетична станція людини?

Отже, мітохондрії еукаріотичних клітин та його роль організмі людини.
Почати слід з того, що мітохондрії є енергетичною станцією клітини та всього організму людини загалом. Нас цікавлять клітини еукаріоти, Ядерні, ті клітини, які містять ядро Одноклітинні живі організми, що не мають клітинного ядра це прокаріоти, доядерні. Нащадками прокаріотичних клітин є органели, Постійні компоненти клітини, життєво необхідні її існування, розташовуються у її внутрішньої частини — цитоплазмі. До прокаріотів відносяться бактерії та археї. Згідно з найпоширенішими гіпотезами, еукаріоти з'явилися 1,5—2 млрд років тому.
Мітохондрія - це двомембранна гранулярна або ниткоподібна органела завтовшки близько 0,5 мкм. Характерна більшість еукаріотичних клітин (фототсинтезирующие рослини, гриби, тварини). Важливу роль в еволюції еукаріотів відіграв симбіогенез. Мітохондрії — це нащадки аеробних бактерій (прокаріотів), які колись поселилися в предковій еукаріотичній клітині і «навчилися» жити в ній як симбіонти. Тепер мітохондрії є майже у всіх еукаріотичних клітинах, розмножуватися поза клітинами вони вже не здатні. Фото

Вперше мітохондрії виявлено у вигляді гранул у м'язових клітинах у 1850 році. Число мітохондрій у клітині непостійне. Їх особливо багато у клітинах, у яких потреба в кисні велика. За своєю будовою вони являють собою циліндричні органели, що зустрічаються в еукаріотичній клітині в кількості від кількох сотень до 1-2 тисяч і займають 10-20% її внутрішнього об'єму. Сильно варіюють розміри (від 1 до 70 мкм) та форма мітохондрій. У цьому ширина цих органел щодо постійна (0,5—1 мкм). Чи здатні змінювати форму. Залежно від того, в яких ділянках клітини в кожний конкретний момент відбувається підвищене споживання енергії, мітохондрії здатні переміщатися цитоплазмою в зони найбільшого енергоспоживання, використовуючи для руху структури цитоскелета еукаріотичної клітини.
Макромолекула ДНК ( Дезоксиробонуклеїнова кислота), що забезпечує зберігання, передачу з покоління до покоління та реалізацію генетичної програми розвитку та функціонування живих організмів знаходиться в ядрі клітини, у складі хромосом. На відміну від ядерної ДНК, мітохондрії мають свою ДНК. Гени, закодовані в мітохондріальної ДНК, відносяться до групи плазмагенів, розташованих поза ядром (поза хромосомою). Сукупність цих чинників спадковості, зосереджених у цитоплазмі клітини, становить плазмон цього виду організмів (на відміну геному).
Мітохондріальна ДНК, що знаходиться в матриксі, являє собою замкнуту кільцеву двоспіральну молекулу, в клітинах людини має розмір 16569 нуклеотидних пар, що приблизно в 105 разів менше ДНК, локалізованої в ядрі.
Мітохондріальна ДНК реплікується в інтерфазі, що частково синхронізовано з реплікацією ДНК у ядрі. Під час клітинного циклу мітохондрії діляться надвоє шляхом перетяжки, утворення якої починається з кільцевої борозенки на внутрішній мітохондріальній мембрані. Маючи власний генетичний апарат, мітохондрія має і власну білоксинтезуючу систему, особливістю якої в клітинах тварин і грибів є дуже маленькі рибосоми.Фото

Функції мітохондрій та енергоутворення.
Основною функцією мітохондрій є синтез АТФ(Аденозин трифосфат) - універсальної форми хімічної енергії в будь-якій живій клітині.
Головна роль АТФ в організмі пов'язана із забезпеченням енергією численних біохімічних реакцій. АТФ є безпосереднім джерелом енергії для безлічі енерговитратних біохімічних та фізіологічних процесів. Усе це реакції синтезу складних речовин, у організмі: здійснення активного перенесення молекул через біологічні мембрани, зокрема й у створення трансмембранного електричного потенціалу; здійснення м'язового скорочення.Також відома роль АТФ як медіатора в синапсах і сигнальної речовини в інших міжклітинних взаємодіях (пуринергічна передача сигналу між клітинами в різних тканинах і органах, а її порушення нерідко асоційовані з різними захворюваннями).

АТФ є універсальним акумулятором енергії у живій природі.
Молекула АТФ (аденозин трифосфат) є універсальним джерелом енергії, забезпечуючи як роботу м'язів, а й перебіг багатьох інших біологічних процесів, включаючи зростання м'язової маси (анаболизм).
Молекула АТФ складається з аденіну, рибози та трьох фосфатів. Процес синтезу АТФ це окрема тема, опишу в наступній частині. Важливо зрозуміти таке. Енергія вивільняється при відділенні від молекули одного з трьох фосфатів та перетворенням АТФ на АДФ (аденозин дифосфат). При необхідності може відокремлюватися ще один фосфорний залишок з отриманням монофосфат АМФ (аденозин) з повторним викидом енергії.

Найбільш важливою якістю є те, що АДФ може швидко відновлюватися до повністю зарядженої АТФ. Життя молекули АТФ становить у середньому менше однієї хвилини, а за добу із цією молекулою може відбуватися до 3000 циклів перезарядок.

Розберемося, що відбувається у мітохондріях, бо академічна наука не зовсім зрозуміло пояснює процес прояву енергії.
У мітохондріях створюється різниця потенціалів – напруга.
У Вікіпедії записано, що основна функція мітохондрії - окислення органічних сполук і використання енергії, що звільняється при їх розпаді, в синтезі молекул АТФ, який відбувається за рахунок руху електрона по електронно-транспортному ланцюгу білків внутрішньої мембрани.
Проте сам електрон рухається за рахунок різниці потенціалів, а звідки вона береться?
Далі написано: Внутрішня мембрана мітохондрій утворює численні глибокі складки, які називають христами. Перетворення енергії, що звільняється при переміщенні електронів по дихальному ланцюгу, можливе лише в тому випадку, якщо внутрішня мембрана мітохондрій непроникна для іонів. Це обумовлено тим, що енергія запасається у вигляді різниці концентрацій (градієнта) протонів… Переміщення протонів з матриксу в міжмембранний простір мітохондрій, що здійснюється завдяки функціонуванню дихального ланцюга, призводить до того, що матрикс мітохондрій залужується, а міжмембранний простір.
Вчені скрізь бачать лише електрони та протони.Важливо тут зрозуміти, що протон – це позитивний заряд, а електрон – негативний. У мітохондріях за різницю потенціалів відповідає позитивний водень та дві мембрани. Позитивно заряджається міжмембранний простір і в результаті він закислюється, а матрикс залужується негативними зарядами. Чітка різниця потенціалів. Створюється напруга. Але ясності більше не стало, як воно виникло?!
Якщо до цього процесу підійти, використовуючи концепцію Трьох Сил, які чітко простежуються в законі Ома, нам стане ясно, що для створення різниці потенціалів необхідний пусковий струм: U = I x R (I = U / R ). Щодо процесу синтезу АТФ ми спостерігаємо опірвнутрішньої мембрани мітахондрії та різницю потенціаліву матриксі та міжмембранному просторі. А де ж пусковий ток , та стверджуюча, кардинальна сила, яка дає енергопотенціал і надає руху той горезвісний електрон? Де джерело?
В пору згадати про бога, та не марно. А хто вдихнув життя на все живе? Адже людина не гальванічна батарея і процеси в ній йдуть не суто електричні. Процеси в людині антиентропійні – розвиток, зростання, процвітання, а не деградація, розпад та вмирання.
Далі буде.