Rakk saab energiat. Kuidas rakud energiat saavad. Rakuhingamine on elu alus

Fotosünteesivõimetud rakud (näiteks inimene) saavad energiat toidust, milleks on kas fotosünteesi tulemusena tekkinud taimne biomass või teiste taimedest toituvate elusolendite biomass või mis tahes elusorganismide jäänused.

Toitained (valgud, rasvad ja süsivesikud) muundab loomarakk piiratud hulgaks madala molekulmassiga ühendeid – süsinikuaatomitest üles ehitatud orgaanilisi happeid, mis spetsiaalsete molekulaarsete mehhanismide abil oksüdeeritakse süsinikdioksiidiks ja veeks. Sel juhul vabaneb energia, see koguneb membraanidele elektrokeemilise potentsiaali erinevuse kujul ja seda kasutatakse ATP sünteesiks või otse teatud tüüpi tööde tegemiseks.

Loomarakkudes energia muundamise probleemide uurimise ajalugu, nagu ka fotosünteesi ajalugu, ulatub enam kui kahe sajandi taha.

Aeroobsetes organismides toimub orgaaniliste hapete süsinikuaatomite oksüdatsioon süsinikdioksiidiks ja veeks hapniku abil ja seda nimetatakse rakusiseseks hingamiseks, mis toimub spetsiaalsetes osakestes - mitokondrites. Oksüdatsioonienergia transformatsiooni viivad läbi ensüümid, mis paiknevad mitokondrite sisemembraanides ranges järjekorras. Need ensüümid moodustavad nn hingamisahela ja töötavad generaatoritena, luues elektrokeemilise potentsiaali erinevuse läbi membraani, mille kaudu sünteesitakse ATP-d, sarnaselt fotosünteesi käigus toimuvale.

Nii hingamise kui ka fotosünteesi põhiülesanne on hoida ATP/ADP suhet teatud tasemel, kaugel termodünaamilisest tasakaalust, mis võimaldab ATP-l olla energiadoonor, nihutades nende reaktsioonide tasakaalu, milles ta osaleb.

Elusrakkude peamised energiajaamad on mitokondrid – kahe membraaniga kaetud rakusisesed osakesed suurusega 0,1-10μ. Mitokondrites muundatakse toidu oksüdatsioonist saadav vaba energia ATP vabaks energiaks. Kui ATP ühineb veega, vabaneb reagentide normaalsete kontsentratsioonide korral vaba energiat suurusjärgus 10 kcal/mol.

Anorgaanilises looduses nimetatakse vesiniku ja hapniku segu "plahvatusohtlikuks": plahvatuse tekitamiseks piisab väikesest sädemest - vee hetkelisest moodustumisest tohutu energia vabanemisega soojuse kujul. Hingamisahela ensüümide ülesandeks on tekitada “plahvatus”, et vabanev energia talletuks ATP sünteesiks sobival kujul. Nad kannavad elektrone korrapäraselt ühelt komponendilt teisele (lõpuks hapnikku), vähendades järk-järgult vesiniku potentsiaali ja salvestades energiat.

Järgmised joonised näitavad selle töö ulatust. Keskmise pikkuse ja kehakaaluga täiskasvanud inimese mitokondrid pumpavad läbi oma membraanide umbes 500 g vesinikioone päevas, moodustades membraanipotentsiaali. Samal ajal toodab H + -ATP süntaas ADP-st ja fosfaadist umbes 40 kg ATP-d ning ATP-d kasutavad protsessid hüdrolüüsivad kogu ATP massi tagasi ADP-ks ja fosfaadiks.

Uuringud on näidanud, et mitokondriaalne membraan toimib pingetrafona. Kui substraadi elektronid kanduvad NADH-st läbi membraani otse hapnikku, tekib potentsiaalide erinevus umbes 1 V. Kuid bioloogilised membraanid - kahekihilised fosfolipiidkiled ei talu sellist erinevust - toimub rike. Lisaks on ATP tootmiseks ADP-st, fosfaadist ja veest vaja ainult 0,25 V, mis tähendab, et on vaja pingetrafot. Ja ammu enne inimese tulekut "leiutasid" rakud sellise molekulaarse seadme. See võimaldab neljakordistada voolutugevust ja iga elektroni energia tõttu, mis on substraadist hapnikku üle kantud, viia läbi membraani neli prootonit hingamisahela molekulaarsete komponentide vahelise rangelt koordineeritud keemiliste reaktsioonide jada tõttu.

Niisiis, kaks peamist rada ATP tekkeks ja regenereerimiseks elusrakkudes: oksüdatiivne fosforüülimine (hingamine) ja fotofosforüülimine (valguse neeldumine) - kuigi neid toetavad erinevad välised energiaallikad, sõltuvad mõlemad membraanidesse sukeldatud katalüütiliste ensüümide ahelate tööst. : mitokondrite sisemembraanid, kloroplastide tülakoidmembraanid või mõnede bakterite plasmamembraanid.

Kuidas rakk energiat vastu võtab ja kasutab

Et elada, tuleb tööd teha. See igapäevane tõde on üsna kohaldatav igale elusolendile. Kõik organismid: üherakulistest mikroobidest kõrgemate loomade ja inimesteni - teevad pidevalt erinevat tüüpi töid. Need on liigutused, see tähendab mehaanilised töötada looma lihaseid kokku tõmbudes või bakteri viburit pöörates; keeruliste keemiliste ühendite süntees rakkudes, st keemiline Töö; protoplasma ja väliskeskkonna potentsiaalse erinevuse loomine, st elektriline Töö; ainete ülekandmine väliskeskkonnast, kus neid on vähe, rakku, kus samu aineid on rohkem, st. osmootne Töö. Lisaks loetletud neljale peamisele tööliigile võib mainida soojavereliste loomade soojuse tootmist vastusena ümbritseva õhu temperatuuri langusele, aga ka valguse tootmist helendavate organismide poolt.

Mis on energia metabolism

Kõik see nõuab energiakulu, mida ammutatakse teatud välistest energiaressurssidest. Biosfääri peamiseks energiaallikaks on päikesevalgus, mida assimileerivad fotosünteesivad elusolendid: rohelised taimed ja mõned bakterid. Nende organismide loodud biopolümeere (süsivesikuid, rasvu ja valke) saavad seejärel kasutada kütusena kõik muud - heterotroofsed - eluvormid, sealhulgas loomad, seened ja enamik bakteritüüpe.

Toidu biopolümeerid võivad olla väga mitmekesised: erinevaid valke, rasvu ja polüsahhariide on sadu. See "kütus" laguneb kehas. Esiteks lagunevad polümeeri molekulid oma koostises olevateks monomeerideks: valgud lagunevad aminohapeteks, rasvad rasvhapeteks ja glütserooliks, polüsahhariidid monosahhariidideks. Erinevat tüüpi monomeeride koguarvu ei mõõdeta enam sadades, vaid kümnetes.

Seejärel muudetakse monomeerid väikesteks mono-, di- ja trikarboksüülhapeteks süsinikuaatomite arvuga 2 kuni 6. Neid happeid on ainult kümme. Nende ümberkujundamine on suletud tsükliga, mida nimetatakse Krebsi tsükliks selle avastaja auks,

Krebsi tsüklis oksüdeeritakse karboksüülhapped hapnikuga süsinikdioksiidiks ja veeks. Suurima energia vabanemisega kaasneb vee moodustumine molekulaarse hapniku ja karboksüülhapetest eraldatud vesiniku reaktsiooni tulemusena, samas kui eelmised protsessid toimivad peamiselt ainult "kütuse" valmistamisena. Vesiniku oksüdatsioon hapnikuga, see tähendab detoneeriva gaasi (O2 + 2H2 = 2H20) reaktsioon rakus, jaguneb mitmeks etapiks, nii et sel juhul vabanev energia ei vabane kohe, vaid osade kaupa.

Samuti vabaneb energia osade kaupa, mis saabub valguskvantide kujul fotosünteetiliste organismide rakkudesse.

Niisiis toimub ühes rakus esiteks mitu energia vabanemise reaktsiooni ja teiseks palju energia neeldumisel toimuvaid protsesse. Nende kahe süsteemi, mille tervikut nimetatakse energia metabolismiks, vahendajaks on spetsiaalne aine - adenosiintrifosforhape (ATP).

Raamatust Nähtamatute metsaliste jäljed autor Akimuškin Igor Ivanovitš

Teadus saab rikkaliku krakensaagi Kolm Newfoundlandi kalurit püüdsid kalda lähedal. Madalikul nägid nad mõnda suurt looma, kes oli kindlalt maas. Kalurid ujusid lähemale. Tohutu ja kummaline “kala” tegi meeleheitlikke katseid madalast põgeneda

Raamatust Seeds of Destruction. Geneetilise manipuleerimise saladus autor Ingdahl William Frederick

10. peatükk. Iraak saab Ameerika "demokraatia seemned" "Oleme Iraagis selleks, et külvata demokraatia seemneid, et need seal õitseksid ja leviksid kogu autoritaarsuse piirkonnas." George W. Bush Majanduslik šokiteraapia, Ameerika stiilis Kui George

Raamatust Breeding in Service Dog Breeding autor Mazover Aleksander Pavlovitš

RINK Rindkere kuju varieerub sõltuvalt koera kehalisest tüübist, tema arenguastmest ja vanusest. Rind, mis sisaldab hingamiselundeid, südant ja suuremaid veresooni, peab olema mahukas. Rindkere maht määratakse pikkuse järgi,

Raamatust Bioloogia [Täielik teatmik ühtseks riigieksamiks valmistumiseks] autor Lerner Georgi Isaakovitš

Raamatust Põgenemine üksindusest autor Panov Jevgeni Nikolajevitš

Rakk on elu elementaarosake Need põgusad märkused energiatootmismeetodite kohta paljurakulise organismi rakkudes ja bakterirakkudes rõhutavad väga olulisi erinevusi nende elu kõige olulisemates aspektides. Need kaks rakkude klassi on erinevad ja

Raamatust Teekond mikroobide maale autor Betina Vladimir

Bakterirakud arvuliselt Tänu biofüüsikale, ühele teadusharule, mida me juba selle peatüki alguses kohtasime, saadi väga huvitavaid andmeid. Võtame näiteks sfäärilise bakteriraku, mille läbimõõt on 0,5 mikronit. Sellise raku pind

Raamatust Bioloogia saladused autor Fresco Klas

Puurilõks Vaja läheb: puurilõksu, sööta (terad, juust, leib, vorst), lauda või plaati Katse kestus: 1-2 päeva Aeg: hilissügis - varakevad. Teie tegevused: Ostke mis tahes tüüpi püünispuur või tehke ise. Selleks võtke

Raamatust Biological Systems Natural Technologies autor Ugolev Aleksander Mihhailovitš

5.2. Soolerakk Soolestiku raku diagramm on näidatud joonisel fig. 26. Teadaolevalt on soolerakkude arv 1010 ja somaatiliste rakkude arv täiskasvanul 10 15. Järelikult annab üks soolerakk toitu umbes 100 000 muule rakule. Sellised

Raamatust Lood bioenergiast autor Skulatšov Vladimir Petrovitš

Miks rakk vahetab naatriumi kaaliumi vastu? Ma väljendasin ideed konverteeritava energia kahest vormist 1975. aastal. Kaks aastat hiljem toetas seda seisukohta Mitchell. Vahepeal hakati A. Glagoleva rühmas katseid testima üht selle uue ennustust.

Raamatust In Search of Memory [Uue inimpsüühika teaduse tekkimine] autor Kandel Eric Richard

Raamatust Energia ja elu autor Petšurkin Nikolai Saveljevitš

Raamatust The Ladder of Life [Ten Greatest Inventions of Evolution] autor Lane Nick

5.1. Elu põhirakk on rakk. Elu definitsiooni funktsionaalse lähenemise (ainevahetus, paljunemine, ruumis asumine) seisukohast võib anda järgmisel kujul [Pechurkin, 1982]: tegemist on avatud süsteemiga, mis areneb väljas. maatriksi autokatalüüsi alus mõju all

Raamatust Bioloogia. Üldine bioloogia. 10. klass. Põhitase autor Sivoglazov Vladislav Ivanovitš

Peatükk 4. Kompleksrakk Botaanik on see, kes oskab anda identsetele taimedele samu ja erinevatele erinevaid nimesid ja nii, et kõik sellest aru saaksid,” kirjutas suur Rootsi taksonoom Carl Linnaeus (ise botaanik). ). See määratlus võib olla jahmatav.

Autori raamatust

Peatükk 2. Rakuteemad Rakkude uurimise ajalugu. Rakuteooria Raku keemiline koostis Eukarüootsete ja prokarüootsete rakkude struktuur Päriliku informatsiooni juurutamine rakus Viirused Hämmastav ja salapärane maailm ümbritseb meid, planeedi elanikke,

Autori raamatust

10. Eukarüootne rakk. Tsütoplasma. Organoidid Pidage meeles!Millised on rakuteooria põhisätted Missuguseid rakutüüpe eristatakse sõltuvalt geneetilise materjali asukohast Nimetage teile teadaolevad rakuorganellid. Milliseid funktsioone nad täidavad?Paragrahv 4 me juba

Autori raamatust

12. Prokarüootne rakk Pea meeles!Millised on põhimõttelised erinevused prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude ehituses?Milline on bakterite roll looduses?Prokarüootide mitmekesisus. Prokarüootide kuningriiki esindavad peamiselt bakterid, kõige iidsemad

ELUSRAKU ENERGIA

Põhiprotsessid, mis määravad elusa ja eluta looduse erinevuse, toimuvad rakutasandil. Elektronide liikumine mängib elusraku sees energia muundamisel ja ülekandmisel otsustavat rolli. Kuid energia ei pärine mingil juhul rakkudest endist: see tuleb väljastpoolt. Spetsiaalsed molekulaarsed mehhanismid aeglustavad selle liikumist vaid kümneid tuhandeid kordi, võimaldades teistel molekulidel seda energiat osaliselt raku jaoks kasuliku töö tegemisel ära kasutada. Kulutamata energia pääseb soojuse kujul väliskeskkonda. Tatjana Vassiljevna POTAPOVA, nimelise Füüsika ja Keemilise Bioloogia Uurimisinstituudi juhtivteadur. A.N. Belozersky, bioloogiateaduste doktor.

Päikese lapsed

Universum on energiaga täidetud, kuid elusorganismidele sobivad vaid vähesed selle liigid. Enamiku meie planeedi bioloogiliste protsesside peamine energiaallikas on päikesevalgus.

Rakk on elu põhiüksus; see töötab pidevalt oma struktuuri säilitamiseks ja vajab seetõttu pidevat vaba energiavarustust. Tehnoloogiliselt ei ole sellist probleemi lihtne lahendada, kuna elusrakk peab kasutama energiat konstantsel (ja üsna madalal) temperatuuril lahjendatud vesikeskkonnas. Evolutsiooni käigus on sadade miljonite aastate jooksul moodustunud elegantsed ja täiuslikud molekulaarsed mehhanismid, mis võivad väga leebetes tingimustes ebatavaliselt tõhusalt toimida. Selle tulemusena osutub rakuenergia efektiivsus palju kõrgemaks kui mis tahes inimese leiutatud inseneriseadmetel.

Raku energiatrafod on bioloogilistesse membraanidesse põimitud spetsiaalsete valkude kompleksid. Sõltumata sellest, kas vaba energia siseneb rakku väljastpoolt otse valguskvantidega (fotosünteesi käigus) või toiduainete oksüdeerumise tulemusena atmosfäärihapnikuga (hingamise käigus), käivitab see elektronide liikumise. Selle tulemusena tekivad adenosiintrifosfaadi (ATP) molekulid ja suureneb bioloogiliste membraanide elektrokeemiliste potentsiaalide erinevus.

ATP ja membraanipotentsiaal on kaks suhteliselt statsionaarset energiaallikat igat tüüpi rakusisese töö jaoks. Tuletagem meelde, et adenosiintrifosfaadi molekul on väga väärtuslik evolutsiooniline omandus. Välisest allikast ammutatud energia salvestatakse fosfaatrühmade vahel "kõrge energiaga sidemete" kujul. ATP loovutab väga kergesti oma fosfaatrühmad kas veele või teistele molekulidele, seega on see asendamatu vahendaja keemilise energia ülekandmisel.

Elektrilised nähtused

raku energias

ATP loomise mehhanism jäi paljudeks aastateks saladuseks, kuni avastati, et protsess oli põhiliselt elektriline. Mõlemal juhul: hingamisahela (valkude kogum, mis teostab substraatide oksüdeerimist hapnikuga) ja sarnase fotosünteesikaskaadi jaoks genereeritakse prootonivool läbi membraani, millesse valgud on sukeldatud. Voolud annavad energiat ATP sünteesiks ja toimivad ka teatud tüüpi tööde energiaallikana. Kaasaegses bioenergias on levinud alternatiivsete ja vastastikku konverteeritavate energiavaluutadena käsitleda ATP-d ja prootonivoolu (täpsemalt prootonipotentsiaali). Osade funktsioonide eest tasutakse ühes valuutas, osa teises valuutas.

20. sajandi keskpaigaks. biokeemikud teadsid kindlalt, et bakterites ja mitokondrites liiguvad elektronid redutseerivatest substraatidest hapnikku läbi elektronikandjate kaskaadi, mida nimetatakse hingamisahelaks. Mõistatus seisnes selles, kuidas ühendati elektronide ülekanne ja ATP süntees. Rohkem kui 10 aastat süttis lootus saladust avastada ja kustus uuesti. Otsustavat rolli ei mänginud tehniliste raskuste ületamine, vaid kontseptuaalne areng. Sidur osutus põhimõtteliselt mitte keemiliseks, vaid elektriliseks. 1961. aastal avaldas inglise teadlane P. Mitchell ajakirjas Nature radikaalse idee sajandi biokeemilise mõistatuse lahendamiseks: kemosmootilise hüpoteesi. Mitchelli idee kujutas endast tõeliselt revolutsioonilist paradigma muutust, kontseptuaalse raamistiku ümberkujundamist ja tekitas alguses tuliseid arutelusid.

Aastal 1966 kirjutas Mitchell oma esimese raamatu "Chemiosmotic coupling in oxidative and photosynthetic fosforylation". Samal aastal leidsid vene teadlased, biofüüsik E. Lieberman ja biokeemik V. Skulatšev, kuidas Mitchelli õigsust katseliselt kinnitada. Kasutades sünteetilisi ioone, mis tungivad läbi bioloogilise membraani, näitasid nad, et hingamine ja fosforüülimine on tõepoolest seotud prootonipotentsiaali kaudu. Veel ühe tõsise sammu Mitchelli toetuseks astusid Moskva Riikliku Ülikooli bioloogiateaduskonna biofüüsikud A. Bulõtšev, V. Andrianov, G. Kurella ja F. Litvin. Mikroelektroodide abil registreerisid nad transmembraanse elektrilise potentsiaali erinevuse teket, kui suured kloroplastid olid valgustatud.

Veel paar aastat arutelu ja põhjalikku katsetamist erinevates laborites üle maailma – ja Mitchelli ideed said lõpuks tunnustatud. Ta võeti vastu Suurbritannia Kuninglikku Seltsi (ja sai sellest tulenevalt Sir), sai palju mainekaid rahvusvahelisi auhindu ja 1978. aastal anti talle Nobeli preemia, mis vastupidiselt traditsioonile ei antud seekord mitte ühe uus nähtus, vaid selle olemasolu kohta oletamiseks.

Elektronide ülekandeahel osutus mitte lihtsalt membraaniga ühendatud, vaid sellesse sisse põimitud nii, et kui elektron liigub substraadilt hapnikku, siis see

Liigume sisepinnalt väljapoole. Membraan moodustab suletud mulli, mis ei lase prootonitel läbi minna, mistõttu prootonite “väljapumpamise” tulemusena tekib membraani ulatuses potentsiaalide erinevus: elektriline negatiivsus sees. Samal ajal tõuseb pH: mulli sees olev keskkond muutub aluseliseks. Välisküljel olevad prootonid on palju suurema elektrokeemilise potentsiaaliga kui seespool, olles justkui "surve" all nii elektrilisest potentsiaalist kui ka pH gradiendist, mis suruvad prootonid läbi membraani tagasi vesiikulisse. Elusrakk kasutab selliste prootonite energiat erinevat tüüpi tööde tegemiseks.

Hämmastavad edusammud valkude röntgenstruktuuranalüüsis on võimaldanud näha üksikute valgukomplekside terviklikke ruumilisi struktuure, mis moodustavad hingamisahela. Elektronide transpordiahela valgud, mis paiknevad mitokondriaalsetes membraanides, on võimelised muutma oma neeldumisspektrit, võttes vastu ja annetades elektrone. Mikrospektraalmeetodid võimaldavad jälgida elektronide ülekande järjestust mööda valkude ahelat ja täpselt teada, kus osa elektronide vabast energiast ATP sünteesiks kulub.

Mitchelli idee kohaselt kasutatakse elektrienergiat ATP sünteesimiseks mitokondriaalsetes membraanides ADP-st ja fosfaadist. Seega, kui membraani potentsiaalide erinevus eemaldada, võib eeldada, et süntees peatub. Just seda efekti demonstreeriti katsetes tehismembraanidega, kasutades spetsiaalselt sünteesitud ioone, mis suurendavad järsult membraanide juhtivust prootonite jaoks. 1

Mõned esimesed eksperimentaalsed tõendid Mitchelli hüpoteesi paikapidavuse kohta saadi meie riigis aastal | 1970 E.A. eestvedamisel. Lieberman * ja V.P. Skulatšova. Elektrivälja muutuste indikaatoritena I membraanil kasutati sünteetilisi ioone, mis erinevad oma olemuselt ja laengumärgilt, kuid sarnased ühes asjas: | nad kõik tungisid kergesti läbi fosfolipiidkile. Pärast paljusid katseid = järgmine elegantne eksperimentaalmudel tekkis.

Orgaanilises lahustis lahustatud fosfolipiidide tilk viiakse teflonplaadi väikesesse auku ja see suletakse koheselt tasase bimolekulaarse kilega - tehismembraaniga. Tehismembraaniga teflonplaat sukeldatakse elektrolüüdiga anumasse, jagades selle oma mõõteelektroodiga kaheks kambriks. Jääb vaid sisestada tehismembraani elektrit tootma võimeline valk ja lisada elektrolüüti läbistavaid ioone. Seejärel viib valgugeneraatori töö, mis muudab membraani potentsiaalset erinevust, läbi fosfolipiidkile läbistavate ioonide liikumise, mis registreeritakse sektsioonide potentsiaali erinevuse muutusena.

Veelgi veenvama eksperimentaalse mudeli, mis võimaldab otse mõõta raku organellide ja üksikute valkude tekitatud elektrivoolu, töötas välja ja kasutas edukalt L.A. Drachev, A.A. Kaulen ja V.P. Skulatšov. Elektrivoolu genereerivad osakesed (mitokondrid, bakteriaalsed kromatofoorid või lipiidvesiikulid, millesse olid põimitud üksikud valgud) olid sunnitud kleepuma tasasele tehismembraanile. Generaatorimolekulide tekitatud prootonivool vastuseks valgussähvatusele või sobivate keemiliste substraatide lisamisele tuvastati seejärel otse tehismembraani mõlemal küljel asuvate elektroodide mõõtmisega.

1973. aastal U. Stockenius ja D. Osterhelt

0 USA-st avastas violetse-j membraanidest ebatavalise valgustundliku valgu: soolajärvedes elavad bakterid

1 rakh California kõrbetest. See valk, nagu ka loomasilma visuaalne pigment – rodopsiin, sisaldas A-vitamiini derivaati – võrkkesta, mille järgi seda nimetati bakteriorodopsiiniks. Ameerika teadlased Racker ja Stokenius demonstreerisid elegantselt bakteriorodopsiini osalemist energia sidumises. "Ühendades äsja avastatud violetsete bakterite valgustundliku valgu ATP süntaasiga mudelfosfolipiidmembraanis, said nad molekulaarse ansambli, mis on võimeline ATP-d sünteesima, kui valgus on sisse lülitatud.

1973. aasta lõpus asus akadeemik Yu.A. Ovtšinnikov korraldas Rhodopsini projekti loomade ja bakterite valgustundlike pigmentide võrdlevaks uuringuks. Projekti raames V.P. laboris. Skulachev Moskva Riiklikus Ülikoolis tõestas tehismembraanidega tehtud mudelkatsetes, et bakteriorodopsiin on elektrivoolu valgugeneraator. Sisseehitatud

Tabel 10. Raku struktuur. Tsütoplasma struktuurne süsteem

Tähtis pole mitte toidu sissevõtmise aeg, vaid hetk, mil see rakkudesse jõuab.

Vaksha-sthala-shakti-vikasaka-1 (rindkere tugevdamine)

Kui Arthur või Jevgeni saavad vaatajatelt raha, annavad nad selle administraatorile. Töötajad kaunistavad lava ja valmistuvad aastavahetuseks.

Seadus nr 3. Idee loob kujutluse vormist, mis tõmbab ligi füüsilist energiat ja kehastub vajaliku aja möödudes tegelikkuses.

Aldosteroon reguleerib teadaolevalt naatriumisisaldust kehas. Millised neerupealiste rakud toodavad seda hormooni?

HAPNIKU

HAPNIKK: ELUTAV VAJADUS

JA "INtelligentne tapja"

HAPNIKK KUI ELU VAJADUS

Hapnik on kehas kõige olulisem aine, mis on inimeste ja loomade eluks hädavajalik. Hapnik on kõigi rakkude eluallikas. Me ei saa ilma selleta elada isegi paar minutit. Hapnik on vajalik eelkõige rakkudes energia tootmiseks. See toimub mitokondrite sisemembraani niinimetatud hingamisahelas. Siin moodustub universaalse energiamolekuli ATP põhikoostis. Ilma hapnikuta pole energiat ja ilma energiata pole võimalik tööd teha, olgu see siis biokeemiline või lihaseline.

KUIDAS RAKUD ENERGIAT SAAVAD

Dr Otto Warburg pälvis kahel korral Nobeli preemia hapniku tähtsuse kohta rakuelus. Lühidalt, tema järeldused on järgmised.

Terved rakud lagundavad toidust imendunud süsivesikud glükoosiks. Glükoosi säilitab keha. Kui rakud vajavad energiat, lagundavad nad glükoosi läbi keemiliste reaktsioonide ahela, mille viimane etapp nõuab hapnikku. See toodab energiat, mis salvestatakse rakkude energiamolekuli ATP kujul.

Hingamise ajal satub hapnik kopsu, kus see imendub verre ja transporditakse miljarditesse keharakkudesse. Kandjaks on punastes verelibledes sisalduv hemoglobiin. Rakkudesse jõudev hapnik kulub sissevõetud toidu muundamiseks koos ATP, soojuse ja vee moodustumisega. Kuidas

Mida suurem on meie vajadus soojuse või energia järele, seda intensiivsem on hapniku imendumine.

Toitained annavad kütust keha energiatootmiseks ja hapnik põletab seda kütust. Seda põlemisprotsessi nimetatakse oksüdatsiooniks ja kütuseks on peamiselt süsivesikud, mis hapniku osalusel oksüdeeruvad (põlevad). Seetõttu vajavad rakud pidevat ja piisavat hapnikuvarustust. Ainult sel juhul toimivad nad normaalselt, jäädes terveks ja varustades keha energiaga.

Veri koosneb kolmest põhikomponendist: plasma, punased verelibled ja valged verelibled. Plasma sisaldab kõiki rakkude jaoks vajalikke aineid, eriti hapnikku. Erinevalt kaladest, kelle eluks piisab vereplasma sidumata hapnikust, vajavad inimkeha rakud aga rohkem hapnikku, kui plasma tarnida suudab. Selle vajaduse rahuldavad punased verelibled, mis on olulised just seetõttu, et suudavad transportida suures koguses hapnikku erinevatesse keha kudedesse.

Siiski on oluline teada, et punased verelibled saavad hapnikku plasmast, viivad selle edasi kapillaaridesse, kus hapnik antakse plasmasse ja transporditakse läbi rakumembraanide, et kasutada seda rakkudes toimuvas ainevahetuses. Seetõttu on loogiline eeldada, et kui hapniku hulka plasmas on võimalik suurendada, suureneb ka rakkudesse jõudva hapniku hulk.

Hapniku normaalseks transportimiseks rakkudesse läbi rakumembraanide on vaja rakuvälises vedelikus teatud keskkonda. Keha reguleerib oma koostist suure täpsusega. Selles keskkonnas peab olema vajalik vedelike, mineraalide ja elektrolüütide tasakaal, pH, valgud, osmootne rõhk jne, samuti peab see olema puhastatud mürgistest metaboliitidest, et hõlbustada hapniku ülekandmist rakkudesse. Selle tasakaalu erinevad häired rakuvälises vedelikus põhjustavad rakkude hapnikunälga. See on enamiku haiguste põhjus.

1 | | | | | |

Üks keerulisemaid küsimusi on energia teke, kogunemine ja jaotumine rakus.

Kuidas rakk energiat toodab? Lõppude lõpuks pole sellel ei tuumareaktorit, elektrijaama ega aurukatlit, isegi kõige väiksemat. Temperatuur raku sees on püsiv ja väga madal – mitte üle 40°. Ja vaatamata sellele töötlevad rakud nii palju aineid ja nii kiiresti, et iga kaasaegne taim kadestaks neid.

Kuidas see juhtub? Miks jääb tekkiv energia rakku ega eraldu soojusena? Kuidas rakk energiat salvestab? Enne nendele küsimustele vastamist tuleb öelda, et rakku sisenev energia ei ole mehaaniline ega elektriline, vaid orgaanilistes ainetes sisalduv keemiline energia. Selles etapis jõustuvad termodünaamika seadused. Kui energia sisaldub keemilistes ühendites, siis peab see vabanema nende põlemisel ja üldise soojusbilansi jaoks pole vahet, kas need põlevad kohe või järk-järgult. Lahter valib teise tee.

Lihtsuse huvides võrrelgem rakku "elektrijaamaga". Eriti inseneride jaoks lisame, et elemendi "elektrijaam" on termiline. Nüüd kutsume energeetikasektori esindajad võistlustulle: kes saab kütusest rohkem energiat ja kasutab seda säästlikumalt – kas element või mõni, kõige säästlikum soojuselektrijaam?

Evolutsiooni käigus lõi rakk oma "elektrijaama" ja täiustas seda. Loodus hoolitses kõigi oma osade eest. Element sisaldab "kütust", "mootor-generaatorit", "selle võimsuse regulaatoreid", "trafo alajaamu" ja "kõrgepinge ülekandeliine". Vaatame, kuidas see kõik välja näeb.

Peamine "kütus", mida rakk põletab, on süsivesikud. Lihtsamad neist on glükoos ja fruktoos.

Igapäevasest meditsiinipraktikast on teada, et glükoos on oluline toitaine. Raske alatoitlusega patsientidele manustatakse seda intravenoosselt, otse verre.

Energiaallikatena kasutatakse ka keerukamaid suhkruid. Näiteks võib sellise materjalina kasutada tavalist suhkrut, mida teaduslikult nimetatakse sahharoosiks ja mis koosneb 1 molekulist glükoosist ja 1 molekulist fruktoosist. Loomade puhul on kütuseks glükogeen, polümeer, mis koosneb ahelaga seotud glükoosi molekulidest. Taimed sisaldavad glükogeeniga sarnast ainet – see on tuntud tärklis. Nii glükogeen kui ka tärklis on säilitusained. Mõlemad jäetakse vihmaseks päevaks kõrvale. Tärklist leidub tavaliselt taime maa-alustes osades, näiteks mugulates nagu kartul. Ka taimelehtede viljaliharakkudes on palju tärklist (mikroskoobi all sädelevad tärkliseterad nagu väikesed jäätükid).

Glükogeen koguneb loomade maksa ja seda kasutatakse sealt vastavalt vajadusele.

Kõik glükoosist keerukamad suhkrud peavad enne tarbimist lagunema nende algseteks "ehituskivideks" - glükoosi molekulideks. On olemas spetsiaalsed ensüümid, mis lõikavad nagu käärid tärklise ja glükogeeni pikad ahelad üksikuteks monomeerideks – glükoosiks ja fruktoosiks.

Kui süsivesikuid napib, saavad taimed oma “tulekambris” kasutada orgaanilisi happeid – sidrun-, õun- jne.

Idanevad õliseemned tarbivad rasva, mis esmalt lagundatakse ja seejärel suhkruks muudetakse. See ilmneb sellest, et seemnetes sisalduva rasva tarbimisel suureneb suhkrusisaldus.

Niisiis, kütuseliigid on loetletud. Kuid rakule pole kasulik seda kohe põletada.

Suhkrud põletatakse rakus keemiliselt. Tavapõlemine on kütuse kombineerimine hapnikuga, selle oksüdatsioon. Kuid oksüdeerumiseks ei pea aine ühinema hapnikuga – see oksüdeerub, kui sealt eemaldatakse elektronid vesinikuaatomite kujul. Seda oksüdatsiooni nimetatakse dehüdrogeenimine("hüdros" - vesinik). Suhkrud sisaldavad palju vesinikuaatomeid ja neid ei eraldata korraga, vaid ükshaaval. Oksüdatsioon rakus toimub spetsiaalsete ensüümide komplekti abil, mis kiirendavad ja suunavad oksüdatsiooniprotsesse. See ensüümide komplekt ja nende töö range järjekord moodustavad rakuenergia generaatori aluse.

Oksüdatsiooniprotsessi elusorganismides nimetatakse hingamiseks, seega kasutame edaspidi seda arusaadavamat väljendit. Intratsellulaarne hingamine, mida nimetatakse analoogselt füsioloogilise hingamisprotsessiga, on sellega väga tihedalt seotud. Räägime teile hingamisprotsessidest lähemalt.

Jätkame raku võrdlemist elektrijaamaga. Nüüd peame sellest leidma need elektrijaama osad, ilma milleta see jõude töötab. Selge on see, et süsivesikute ja rasvade põletamisel saadav energia tuleb tarbijani tarnida. See tähendab, et vaja on mobiilset "kõrgepinge ülekandeliini". Tavalise elektrijaama jaoks on see suhteliselt lihtne – kõrgepingejuhtmed on venitatud üle taiga, steppide ja jõgede ning nende kaudu varustatakse energiaga tehaseid ja tehaseid.

Puuril on ka oma universaalne “kõrgepinge juhe”. Ainult selles kantakse energia keemiliselt üle ja "traadid" on loomulikult keemilised ühendid. Selle tööpõhimõtte mõistmiseks tutvustame elektrijaama töös väikest keerukust. Oletame, et kõrgepingeliini energiat ei saa tarbijani juhtmete kaudu tarnida. Sel juhul oleks kõige lihtsam laadida elektriakusid kõrgepingeliinilt, transportida tarbijani, transportida kasutatud akud tagasi jne. Energeetikasektoris on see muidugi kahjumlik. Ja sarnane meetod on rakule väga kasulik.

Rakk kasutab akuna rakus ühendit, mis on universaalne peaaegu kõikide organismide jaoks – adenosiintrifosforhapet (sellest oleme juba rääkinud).

Erinevalt teiste fosfoestersidemete energiast (2-3 kilokalorit) on terminaalsete (eriti äärmiste) fosfaadijääkide sidumisenergia ATP-s väga kõrge (kuni 16 kilokalorit); seetõttu nimetatakse sellist ühendust " makroergiline».

ATP-d leidub kehas kõikjal, kus on vaja energiat. Erinevate ühendite süntees, lihaste töö, lipuliste liikumine algloomades – ATP kannab energiat kõikjale.

ATP "laadimine" rakus toimub nii. Adenosiindifosforhape - ADP (ATP ilma 1 fosfori aatomita) sobib energia vabanemise kohta. Kui energiat saab siduda, ühineb ADP fosforiga, mida leidub rakus suurtes kogustes, ja "lukustab" energia sellesse sidemesse. Nüüd vajame transporditoetust. See koosneb spetsiaalsetest ensüümidest - fosfoferaasidest ("fera" - ma kannan), mis nõudmisel "haaravad" ATP ja kannavad selle toimekohta. Järgmisena tuleb järjekord viimase, lõpliku “elektrijaama üksuse” – astmeliste trafode – järjekord. Need peavad alandama pinget ja tagama tarbijale ohutu voolu. Seda rolli täidavad samad fosfoferaasid. Energia ülekandmine ATP-lt teisele ainele toimub mitmes etapis. Esiteks ühineb ATP selle ainega, seejärel toimub fosfori aatomite sisemine ümberkorraldus ja lõpuks kompleks laguneb - ADP eraldub ja energiarikas fosfor jääb uue aine külge "rippuma". Uus aine osutub liigse energia tõttu palju ebastabiilsemaks ja on võimeline erinevateks reaktsioonideks.