Системы запасания энергии

Митохондрии бурого жира содержат почти в 10 раз меньше синтезирующего АТФ фермента по сравнению с митохондриями других тканей. В то же время количество ферментов дыхания находится на обычном уровне. Тем самым система, ответственная за освобождение энергии, оказывается в огромном избытке по сравнению с системой запасания энергии. Уже сам но себе этот факт свидетельствует, что не синтез АТФ, а образование тепла — главная функция митохондрий бурого жира. Такое предяоложеиие было подтверждено прямыми опытами, когда исследовали животных, подвергнутых охлаждению. В митохондриях бурого жира наблю- [c.28]

П. Митчелл высказал предположение, что система переноса электронов и протонов и переносящая протоны АТФаза возникли независимо друг от друга и, вероятно, неодновременно как разные способы генерации Арн+, необходимого для обеспечения энергией процесса избирательного транспорта питательных веществ в клетку. Последующая встреча обеих систем в клетке положила начало сопряжению процессов транспорта электронов и фосфорилирования в результате обращения работы АТФазы. Это сделало возможным запасание свободной энергии окисления в молекулах АТФ. Близкий состав и аналогичная структура энергопреобразующих мембран, большое сходство механизмов сопряжения у разных групп прокариот и эукариот указывают на то, что возникшая на раннем этапе эволюции система сопряжения электронного транспорта и фосфорилирования была использована всеми организмами без принципиальных изменений. [c.348]

В биологии существование термодинамического сопряжения необходимо для обеспечения возможности использования живыми организмами энергии, выделяемой в реакциях клеточного метаболизма. Необратимые химические процессы в клетке являются причиной деградации энергии Гиббса системы в теплоту и приводят к диссипации (рассеянию) энергии. Однако наличие сопряжения таких химических процессов с реакциями ассими-дяции пищевых веществ в клетке частично предотвращает эти потери энергии и тем самым обеспечивает возможность развития или жизнедеятельности клетки и запасания энергии, выделенной в ходе самопроизвольных метаболических реакций, в форме химических связей И клеточных структур живого организма. При этом скорость общего изменения энтропии для сопряжен- [c.302]

Эта энергия расходуется организмом на выполнение полезной работы. В частности, энергия, выделяемая при окислении глюкозы, используется на осуществление реакций, требующих затраты энергии. Один из вариантов такого сочетания реакций схематически изображен на рис. 18.8. В рассматриваемом процессе важную роль играет адено-зинтрифосфат (АТФ)-очень энергоемкая молекула. Когда АТФ превращается в несколько менее энергоемкую молекулу аденозиндифосфата (АДФ), вьщеляется энергия, которая расходуется на осуществление других химических реакций. Вьщеляемая при окислении глюкозы энергия частично идет на превращение АДФ обратно в АТФ. Взаимные превращения АТФ-АДФ используются в организме как способ запасания энергии и ее высвобождения для проведения необходимых реакций. Сочетание реакций, когда свободная энергия, выделяемая в одной из реакций, расходуется на проведение другой реакции, происходит при обязательном участии катализаторов, роль которых выполняют ферменты. В гл. 25, посвященной биосфере, мы рассмотрим энергетические соотношения в живых системах более подробно. [c.192]

Все исследованные риккетсии обладают определенной активностью энергетических и биосинтетических процессов. У них найдена цитохромная система и показано запасание энергии, освобождающейся в процессе дыхания, в виде АТФ. Риккетсии могут осуществлять некоторые биосинтетические процессы, например биосинтез белка и липидов. [c.169]

Важнейшие функции клетки (биосинтетическая и биоэнергетическая) заключаются в метаболизме и биосинтезе, в процессах запасания энергии и ее преобразования в работу. Они неразрывно связаны и могут протекать только в открытой термодинамической системе, которой и является клетка. Реализация этих функций в клетке сопряжена с трансмембранными движениями веществ, ионов и электронов как внутри клетки, так и с обменом веществами между клеткой и внеклеточной средой. Компартментация клетки мембранными структурами обеспечивает пространственно-временную организацию ее органоидов, надмолекулярных и молекулярных комплексов. Это обеспечивает строго согласованное в пространстве и во времени протекание огромного числа (вряд ли его можно выразить конкретно) биохимических и физико-химических процессов в чрезвычайно ограниченном объеме клетки. [c.41]

Энтропия служит показателем теплоемкости если свободная энергия системы рассеивается в виде тепла, то энтропия возрастает, что указывает на неэффективность запасания энергии. Возрастание энтропии следует отличать от изменения энтропии, которое представляет собой разность между величиной энтропии реагирующих веществ в начале реакции и этой же величиной в конце реакции. [c.84]

Переход АДФ в АТФ в биологических системах служит для аккумулирования (запасания) энергии, а обратный процесс АТФ->АДФ является источником энергии, используемой системой в обычном процессе жизнедеятельности. Когда же организму требуется второе дыхание , то в дело включается еще одна группа РО4, и следует разрыв связи 2. На какое-то короткое время организм получает дополнительно ощутимый запас энергии. Остающаяся связь 3 это неприкосновенный запас энергии организма. [c.261]

Процессы брожения обеспечивали ранние метаболизирующие системы достаточным количеством высокоэнергетических соединений типа АТФ. Это запасание энергии связей молекул пищевых веществ в биологически полезной фор.ме можно рассматривать как первое важнейшее метаболическое изобретение . И до те.х пор пока ранние живые системы оставались в химическом отношении несложными, а среда была богата органическими молекулами, необходимыми для жизни, метаболические системы могли функционировать главным образом или даже исключительно как продуценты соединений, обладающих высокой энергией. [c.38]

Один из основных путей воздействия патогенных агентов на ткани растения-хозяина заключается в нарушении процессов эффективного использования инфицированной клеткой энергии дыхания и в неизбежно связанном с этим истощении тканей. Отсюда следует, что способность митохондрий противостоять дезорганизующему воздействию токсина и сохранять свойственный им уровень процессов запасания энергии дыхания, а тем более повышать его, должна играть важную, если не ключевую роль в общей системе защитных реакций растений против инфекции. [c.330]

Живые организмы - это автономные самовоспроизводящиеся химические системы. Они построены из специфического и вместе с тем ограниченного набора углеродсодержащих малых молекул, как правило, одних и тех же для всех видов живых существ. Основные группы этих молекул представлены сахарами, жирными кислотами, аминокислотами и нуклеотидами. Сахара служат важнейшим источником энергии для клеток и запасают ее, образуя резервные полисахариды. Жирные кислоты, как и сахара, имеют важное значение для запасания энергии, но самая главная их функция - образование клеточных мембран. Полимеры, построенные из аминокислот, представлены удивительно разнообразными и многофункциональными молекулами белков. Нуклеотиды участвуют во внутриклеточной передаче сигналов и играют центральную роль в переносе энергии, однако их уникальное значение состоит в том. что они являются субъединицами информационных молекул РНК и ДНК [c.79]

Мне здесь хочется особенно подчеркнуть, что запасания энергии в виде одних только пирофосфатов невозможно — нужно еще располагать соответствующей буферной системой, поддерживающей pH на должном уровне. [c.123]

Вся система переноса электронов от субстрата на О2 через длинную цепь переносчиков представлялась бы нерационально громоздкой, если бы единственной целью процесса было соединение электронов с молекулярным кислородом. Другое назначение этого механизма состоит в запасании освобождающейся в процессе электронного переноса энергии путем трансформирования ее в химическую энергию фосфатных связей. [c.365]

Кроме того, независимо от участия в завершающих этапах нормального дыхания, оксигеназная функция полифенолоксидазы имеет большое значение для вовлечения фенольных соединений в общий обмен веществ. Как указывалось выше, микроорганизмы и высшие растения способны расщеплять бензольные ядра с образованием стандартных продуктов обмена (например, пирувата, сук-цината или ацетата), которые затем окисляются в дыхательной цепи, сопряженной с окислительным фосфорилированием. Для биологического расщепления бензольное ядро должно быть дважды гидроксилировано, затем должно произойти его дополнительное оксигенирование с образованием двух карбоксильных групп в нециклическом продукте, и лишь потом становится возможным дальнейшее высвобождение и запасание энергии, Таким образом, на основании отсутствия сопряжения с системой запасания энергии [c.123]

Молекулярный кислород в метаболизме прокариот. ... Формирование у прокариот оксидазного механизма взапмодейстзи с молекулярным кислородом, сопряженного с запасанием энергии О происхождении обратимой протонной АТФазы Растворимые системы переноса электронов на Ог у первично ана [c.376]

Важнейшие физические и физико-химичсскис функции клетки состоят в химическом метаболизме и биосинтезе, в биоэнергетических процессах запасания энергии и ее преобразования при реализации электро- и механохимических процессов и регулируемого транспорта молекул и ионов. Как мы видели ( 2.6), запасание энергии происходит главным образом в форме АТФ — химическая энергия АТФ трансформируется в химическую, электрическую, осмотическую и механическую работу. Биосинтетическая и биоэнергетическая функции неразрывно связаны они реализуются лишь в открытой неравновесной системе. Соответственно эти функции сопряжены с транспортом вещества из окружающей среды в клетку и из клетки в окружающую среду. [c.332]

Много усилий затрачено для выяснения характера взаимодействия хлорофилла с белками и липидами, однако связь молекулы хлорофилла с этими структурами до сих пор не ясна. Порфирино-вый фрагмент гидрофилен, фитольный гидрофобен. Какой из них осуществляет связь с соответствующей поверхностью белка, до сих пор не установлено. Выяснено только, что структурный белок in vitro проявляет явную склонность к агрегации и к адсорбции на поверхности как молекул липоидов, так и молекул хлорофилла. Ферментные системы, обеспечивающие запасание энергии света в макроэргических связях фосфора АТФ, находятся в тилакоидах у растений и водорослей и в хроматофорах у бактерий. Ассимиляция же СО2 вплоть до образования конечных продуктов фотосинтеза осуществляется с помощью соответствующих ферментов стромы. [c.14]

В растительных митохондриях функционирует еще одна конечная оксидаза, называемая альтернативной терминальной (рис. 4.9). Она получает электроны от коэнзима Q и ее функционирование не сопряжено с запасанием энергии. Деятельностью этой системы объясняется более слабая чувствительность дыхания растительных митохондрий к действию цианида, чем у животных. О природе альтернативной оксидазы известно немного. Чувствительность ее к О2 несколько ниже, чем у цитохромоксидазы, но достаточно высока активность подавляется рядом хелатирующих соединений (комплексооб-разователей), а также различными замещенными гидроксамо-выми кислотами, например салицилгидроксамовой. Она не является цитохромом Ь, флавопротеином или Ре8-белком. Предполагается, что ее функцию выполняет особый фонд (пул) хинонов, способных к самоокислению. Функции альтернативного (цианидустойчивого) дыхания неясны. Этот путь активируется в условиях высокого содержания АТР в клетке и в случаях, когда снижается активность основной дыхательной [c.161]

Системы ферментов. В клетках живых организмов нек-рая часть Ф. находится в растворенном( состоянии в цитоплазме. Многие же Ф. локализованы в относительно жестких структурированных элементах клеток, причем их взаимное расположение обус-. ловлено необходимой последовательностью реакций в цепи обмена веществ. Так, напр., реакции окисления биологического, составляющие т. п. дыхательную цепь,, и сопряженные с ними реакции дыхательного фосфорилирования (запасание энергии окисления в форм молекул аденозинтрифосфорпой к-ты) происходят в. субклеточных частицах мембранного строения — митохондриях. Ф. этой цепи расположены в структуре митохондрий в строго определенной последовательности. [c.210]

В организме, как правило, действуют полиферментные (т.е. поликаталитические) системы, в результате чего достигается много-, этапное направленное превращение вещества с допустимыми для организма уровнями перепада энергии. Например в пробирке Н2 + О2 Н2О + взрыв (гремучий газ) в организме та же реакция, но за счет разбиения ее на фазы, протекает без взрыва, а с запасанием энергии в виде АТФ. [c.62]

Окислительные системы, не связанные с запасанием энергии Пе-роксидазный путь. Тип дегидрирования субстратов, заключающийся в переносе двух атомов водорода на молекулу кислорода, называется пероксидазным КН2 + О2 -> К + Н2О2. Энергия окисления выделяется в виде тепла. [c.130]

Экспериментально показано, что у неиммунных растений система сопряжения дыхания с фосфорилированием настолько лабильна, что синтез АТФ митохондриями полностью подавляется уже на самых начальных этапах действия инфекции. В противоположность этому у иммунных форм растений процессы запасания энергии в макроэргических связях АТФ сохраняются не только ненарушенными, но, как правило, активируются. Это находит свое выражение в возрастании коэффициента Р/О по сравнению с контрольными, не подвергшимися воздействию инфекции тканями хозяина. [c.659]

В целом можно представить себе, что в результате первичного фотоакта происходит стабилизация системы на новом основном уровне, более высокоэнергетическом по сравнению с исходным Брд д, который достигается в результате внутримолекулярных перестроек и поляризации ближайшего окружения ретиналя. Нри этом происходит запасание энергии электронного возбуждения в форме К ю. [c.404]

Действие света на растительные и микробные организмы не ограничивается фотосинтезом. Существует большое количество дРУгих, прямо не связанных с фотосинтезом фотобиологических процессов, среди которых в первую очередь следует выделить процессы фоторегуляции. В отличие от фотосинтеза они не участвуют непосредственно в запасании энергии квантов света. Однако фоторегуляторные системы выполняют весьма важную функцию, регулируя многие стороны жизнедеятельности организмов. [c.425]

Будем считать, что мы убедились в принципиальной возможности запасания энергии света посредством создания буферной рН-системы. Суммарная буферная емкость — это мера количества свободной энергии, которое может накопиться в системе. Запасенная свободная энергия может расходоваться по мере осуществления эндэргонических синтезов. Вполне вероятно, что эта возможность была реализована в ходе эволюции. В процессе естественного отбора возникали специализированные ферменты, катализирующие реакции в циклах, подобных рассмотренному выше. Особую заботу эволюции вызывало, вероятно, совершенствование комплексов железа — отбор таких комплексов, области поглощения которых при изменении валентности железа отличались бы наиболее резко, а также отбор систем биосинтеза пигментов и др. [c.113]

Знания о структуре и свойствах физиологически важных углеводов необходимы для понимания их фундаментальной роли в материальном и энергетическом обеспечении жизни млекопитающих. Наиболее важным углеводом является шестиуглеродный сахар глюкоза. Именно в форме глюкозы поступает в кровь основная масса углеводов из пищи в глюкозу же превращаются углеводы в печени и из клюкозы могут образовываться все остальные углеводы в организме. Глюкоза используется как основной вид топлива в тканях млекопитающих (исключение составляют жвачные животные) и служит универсальным топливом в период эмбрионального развития. Она превращается в другие углеводы, выполняющие высокоспецифичные функции — в гликоген, являющийся формой хранения энергии, в рибозу, содержащуюся в нуклеиновых кислотах, в галактозу, которая входит в состав лактозы молока. Некоторые углеводы входят в состав сложных липидов и образуют вместе с белками гликопротеины и протеогликаны. С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний—сахарный диабет, галактоземия, нарушения в системе запасания гликогена, нетолерантность к молоку. [c.140]

Запасание и использование солнечного излучения зависит от наличия в растениях хлорофилла. На рис. 8.7 показана структурная формула наиболее широко распространенного хлорофилла о. Резонанс сопряженной системы приводит к оптическому поглощению в видимой области спектра на длинах волн, соответствующих максимальной солнечной интенсивности на уровне моря. В то же время свойственная порфнриновой структуре стабильность гарантирует, что поглощение излучения будет сопровождаться процессами переноса энергии или излучения, а не диссоциацией хлорофилла. Хлорофилл является особо эффективным сенсибилизатором благодаря способности поглощать энергию света и передавать ее от одной молекулы к другой до тех пор, пока не появятся условия, подходящие для сенсибилизируемой реакции. В органических растворах выход флуоресценции составляет примерно 0,3 (хотя в естественных условиях он значительно меньше), что является дополнительным свидетельством стабильности молекулы. [c.230]

В живой клетке теплота может выделяться тремя основными способами 1) при гидролизе АТФ 2) при рассеянии А лН и 3) при 01шслении субстратов системами, не образующими ни АТФ, ни Д о,Н. В механизмах первого типа участвует дыхание, сопряженное с фосфорилированием, в то время как во втором и третьем случаях — дыхание, соответственно, разобщенное или первично не сопряженное с запасанием энергии. Чтобы отличить последние два меха- [c.178]

Разумеется, на пути к максимальной краткости нельзя обойтись без жертв, возможно не всегда оправданных. Некоторые аспекты проблемы хотелось бы видеть более полно и глубоко орвещенными. На наш взгляд, это в первую очередь касается первичных процессов фотосинтеза и в особенности вопроса о реакционных центрах фотосинтеза и механизме их действия. Фотосинтез как специфический фотоэнергетический процесс отличается от других биохимических темновых процессов прежде всего теми первоначальными звеньями, благодаря которым энергия кванта трансформируется в энергию химической связи. Это — поглощение квантов молекулами. пигмента, перенос энергии электронного возбуждения в фотосинтетической единице, разделение зарядов и первичная стабилизация энергии в реакционных центрах. Именно здесь, в этих звеньях, преодолеваются наибольшие и специфические для фотосинтеза трудности, связанные с необходимостью сопряжения столь различных процессов, как поглощение электромагнитного излучения и биохимические реакции. И современные исследования шаг за шагом вскрывают механизм этих процессов, показывая, каким образом природа преодолела эти трудности и, создав уникальную молекулярную организацию фотосинтетических единиц реакционных центров, обеспечила высокую скорость и эффективность запасания энергии света (увы, пока еще не достигнутые в искусственных фотохимических системах ). Неудивительно поэтому, что изучение первичных процессов и в особенности реакционных центров фотосинтеза — одно из наиболее быстро развивающихся направлений, успехи которого основаны на использовании самых современных физических методов исследования (в частности, сверхбыстрой (пикосекундной) лазерной спектроскопии) и па объединении идей целого ряда наук от молекулярной биологии до квантовой механики. Несомненно этим достижениям должно быть уделено большее внимание несмотря на те очевидные трудности, которые возникают при изложении физических аспектов фотосинтеза в кни- [c.6]

Работа над термокаталитическими системами для преобразования солнечной энергии началась несколько позже, чем над фото-каталитическими системами. Однако к настоящему времени здесь уже получены существенные результаты. Так, теоретически показано, что наиболее перспективными для преобразования солнечной энергии являются процессы, протекающие в интервале температур 600—1000 С особенно большие надежды при этом возлагают на процесс каталитической углекислотпой или паровой конверсии метана в синтез-газ (смесь Н2 и СО). Основные проблемы в реализации высокого КПД запасания сконцентрированной солнечной энергии в этих процессах состоят в основном в создании специальных конструкций каталитических реакторов, способных обеспечить как необходимый уровень температур при их нагреве солнечным светом, так и передачу больших потоков тепловой энергии через стенку реактора к катализатору. [c.263]

Аденилатциклаза обладает высокой активностью, если компоненты системы транспорта глюкозы в клетку фосфорилированы. Это происходит в отсутствие глюкозы, которую необходимо транспортировать. Таким образом, активность аденилатциклазы возрастает при уменьшении концентрации глюкозы в среде. Последнее приводит к повышению образования цАМФ и в конечном итоге к индукции синтеза ферментов катаболизма лактозы. Наоборот, при высокой концентрации глюкозы в среде система ее транспорта находится в дефосфорилированном состоянии, следствием чего является уменьшение активности аденилатциклазы и соответственно количества цАМФ. Таким способом глюкоза через систему своего транспорта регулирует концентрацию цАМФ в клетке. Поскольку катаболизм глюкозы связан с образованием метаболической энергии и запасанием ее в молекулах АТФ, через глюкозу в клетке связаны пулы АТФ и цАМФ при увеличении количества АТФ уменьшается количество цАМФ, и наоборот. [c.123]

Самым важным процессом из тех, которые имеют отношение к запасанию биохимической энергии в молекуле АТФ, является система реакций с участием цепи переноса электронов (хиноны, цитохромы и т. д.). С помощью этого процесса осуществляется сопряжение восстановления окислителя Yix, образующегося в системе I фотохимическим путем, с окислением восстановителя, т. е. либо Xred, образующегося у высших растений в системе II, либо экзогенного донора водорода ДНг — в случае бактерий (реакция ХП.15). Суммарная реакция образования восстановленного НАДФ с одновременным фосфорилированием выглядит так [c.327]