ЛЕКЦИЯ 3 ЭНЕРГЕТИКА ЖИВОЙ КЛЕТКИ ЗАКОНЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ

ЛЕКЦИЯ 3 ЭНЕРГЕТИКА ЖИВОЙ КЛЕТКИ. ЗАКОНЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ

Мощность излучения Солнца в среднем оценивается как 4 × 1033 эрг/с, что обходится нашему светилу в ежегодные потери 10– 15– 10– 14 массы. 1– 2 раза в столетие в нашей галактике происходят вспышки сверхновых звезд, каждая из которых сопровождается сильнейшим взрывом мощностью более 1041 эрг/с. Квазары (ядра галактик, удаленных от нас на сотни миллионов световых лет), излучают еще большие мощности — 1046– 1047 эрг/с.

Поток энергии через живые организмы. Зеленая и красная линии – поток углерода. Желтая – поток энергии (фото: www. sciam. ru)

Обменом веществ или метаболизмом называется совокупность протекающих в клетке химических превращений, обеспечивающих ее рост, жизнедеятельность, воспроизведение, обмен с окружающей средой. МЕТАБОЛИЗМ ассимиляция (анаболизм, пластический обмен) диссимиляция (катаболизм или энергетический обмен)

Анаболизм - это биосинтез сложных органических молекул из простых молекул предшественников. Катаболизм - это расщепление крупных органических молекул (с помощью ферментов в лизосомах) до простых соединений с выделением энергии. Катаболизм включает в себя также запасание энергии, главным образом в виде АТФ, которое может протекать: а) в отсутствие кислорода - анаэробный гликолиз протекает в цитоплазме; б) в присутствие кислорода - аэробный гликолиз (дыхание) протекает в митохондриях.

Молекула аденозинтрифосфата Это очень ценное эволюционное приобретение: энергия, добытая из внешнего источника, запасается в виде «высоко энергетических связей» между фосфатными группами. АТФ весьма охотно отдает свои фосфатные группы либо воде, либо другим молекулам, поэтому он незаменимый посредник для переноса химической энергии (фото: www. sciam. ru)

Общее уравнение фотосинтеза СО 2 + 2 Н 2 О (СН 2 О) + Н 2 О + О 2. 2 Н 2 О + 4 О 2 + 4 е + 4 Н+ СО 2 + 4 е + 4 Н+ (СН 2 О) + Н 2 О О 2 АТФ СН 2 О Световая фаза Темновая фаза 2 Н 2 О СО 2 Солнечный свет

ЭНЕРГИЯ ФОТОСИНТЕЗ КИСЛОРОД КОСМИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАСТЕНИЙ ПИЩА

Фотосистема II Фотосистема I Фотосинтез (изображение: www. sciam. ru)

СИНТЕЗ АТФ

Строение митохондрии Перенос электронов в цепях митохондрий Большинство ē, отнятых от субстратов дыхания, переносится через никотинамиддинуклеотид (NAD), коэнзим Q (Ко. Q) и цитохром c на кислород с образованием воды. Образование протонного потенциала в митохондрияx животных: а) AH 2 – субстрат дыхания; б) A – продукт (изображение: www. sciam. ru)

Организация дыхательной цепи / I – NADH-дегидрогеназа (убихинон); II – сукцинатдегидрогеназа; III – убихинол-цитохром c-редуктаза; IV — цитохром c-оксидаза; V – H -транспортирующая АТФ-синтаза (изображение: www. sciam. ru)

Питер Митчелл Хемиосмотическое сопряжение энергии (а) Общий принцип. (б) Аналогичная электрическая цепь (изображение: www. sciam. ru)

Циркуляция протонов (изображение: www. sciam. ru)

Пол Бойер (США) Джон Уокер (Великобритания) изучал фермент натрий-калиевую АТФазу. Он открыл этот фермент еще в 1957 Бойер и Уокер выяснили строение фермента году. Натрий-калиевая АТФаза, АТФ-синтазы, который синтезирует молекулы используя АТФ, перекачивает ионы АТФ, и механику его работы. Оказалось, что натрия из клетки наружу, а калия молекула фермента имеет круглую форму и во внутрь. На каждые три иона натрия, время работы вращается, захватывая нужные вынесенные из клетки, внутрь для синтеза "детали" и выпуская готовые закачиваются только два иона калия. молекулы АТФ. За каждый оборот выпускаются Поэтому между "нутром" клетки и окружающей средой создается три молекулы АТФ. разница потенциалов. Йенс Скоу (Дания)

АТФаза

ЗАКОНЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ СКУЛАЧЕВ В. П. ПЕРВЫЙ ЗАКОН БИОЭНЕРГЕТИКИ Живая клетка избегает прямого использования энергии внешних ресурсов для совершения полезной работы. Она сначала превращает их в одну из трех конвертируемых форм энергии ("энергетических валют"), а именно: в АТФ, или µH+, которые затем расходуются для осуществления различных энергоемких процессов.

ЗАКОНЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ (СКУЛАЧЕВ В. П. ) ВТОРОЙ ЗАКОН БИОЭНЕРГЕТИКИ Любая живая клетка всегда располагает как минимум двумя "энергетическими валютами": водорастворимой (АТФ ) и связанный с мембраной µH+ либо µNa+ ТРЕТИЙ ЗАКОН БИОЭНЕРГЕТИКИ "Энергетические валюты" клетки могут превращаться одна в другую. Поэтому получения хотя бы одной из них за счет внешних ресурсов достаточно для поддержания жизнедеятельности.

Виноградов А. Д. Преобразование энергии в митохондриях // Соросовский образовательный журнал, 1999, № 9 Рубин А. Б. Первичные процессы фотосинтеза // Соросовский образовательный журнал, 1997, № 10 Скулачев В. П. Эволюция биологических механизмов запасания энергии // Соросовский образовательный журнал, 1997, № 5 Тихонов А. Н. Трансформация энергии в хлоропластах – энергопреобразующих органеллах растительной клетки // Соросовский образовательный журнал, 1996, № 4.