Энергетические ресурсы клетки

В течение длительного времени считали, что АТФ и другие высокоэнергетические соединения, находящиеся в равновесии с ним, представляют собой единственную форму энергии, которая может использоваться живыми клетками во всех энергозависимых процессах. Вопрос о характере связи между транспортом электронов, с одной стороны, и превращением фосфорных соединений, с другой, долгое время оставался неясным. Было установлено, что использование энергетических ресурсов (органических или неорганических соединений при дыхании, света при фотосинтезе) связано с переносом электронов по цепи, состоящей из белковых и небелковых компонентов, способных к обратимому окислению — восстановлению. В результате этого переноса освобождающаяся на отдельных участках дыхательной или фотосинтетической цепи энергия трансформируется в химическую энергию фосфатных связей АТФ. Молекулярный механизм фосфорилирования, сопряженный с электронным транспортом, был неизвестен. [c.100]

Все процессы, протекающие в бактериальной клетке, - образование аминокислот, нуклеотидов и других важных метаболитов, репликация, транскрипция, трансляция, катаболизм, высвобождение энергии, реакции на внешние воздействия - требуют участия белков. Однако энергетических ресурсов клетки не хватает для одновременного осуществления транскрипции и трансляции (экспрессии) всех структурных генов. Поэтому постоянно экспрессируются толь- [c.41]

И наконец, количественная стратегия может оказаться далеко не лучшей с точки зрения клеточной энергетики. Так как для построения белка требуется много энергии, синтез больших количеств ферментов при низких температурах мог бы сильно истощать энергетические ресурсы клетки. Поэтому в условиях холода было бы, по-видимому, выгоднее вырабатывать более [c.252]

Рис. 12-5. Запасыжиравклетках. . Жировая клетка (адипоцит) из жировой ткани свиньи. Огромные капли жира заполняют практически весь объем клетки. Светлая продолговатая структура с правого края-ядро клетки. Б. Часть крупной капли жира в цитоплазме клетки печени голодающего хомячка. При хорошем кормлении животных в их печени содержится лщдь малое количество мелких жировых капель. При голодании, когда жир становится основным энергетическим ресурсом и транспортируется из жировой ткани в печень, количество и размеры жировых капель значительно возрастают. К поверхности капли примыкают несколько митохондрий, внутри которых происходит окисление жирных кислот.

Совокупность механизмов получения энергии за счет внешних энергетических ресурсов и путей дальнейшего расходования ее клеткой при осуществлении многообразных жизненных функций составляет энергетический обмен клетки. Б зависимости от источника энергии (или энергетического ресурса) различные клетки определенным образом организуют извлечение энергии, т. е. обладают вполне определенным, свойствен-ним только этим клеткам типом энергетического обмена [3, 9—12]. [c.407]

В печени гликоген играет роль буфера глюкозы, циркулирующей в крови и являющейся главным энергетическим ресурсом всех клеток организма. Концентрация глюкозы Б плазме крови должна поддерживаться постоянной падение ее ниже нормы приводит к голоданию клеток и оказывается гибельным для тех из них, которые неспособны создавать собственные энергетические резервы (каковы, например, клетки головного мозга), а превышение ведет к резким биохимическим сдвигам в клетках, и также особенно опасно для клеток мозга. Между тем и расходование глюкозы плазмы, и ее поступление подвержены резким колебаниям, Например, при переходе от покоя к активной деятельности убыль глюкозы скачкообразно возрастает, а при переваривании пищи, особенно углеводной, в кровь быстро поступают значительные количества глюкозы. Таким образом, понятно, что организм должен располагать быстродействующими и легко управляемыми механизмами биосинтеза гликогена (депонирование избыточной глюкозы плазмы) и его расщепления (компенсация энергетических затрат). На примере расщепления гликогена удобно проследить связь его структуры с выполняемой функцией. [c.143]

Изменения окислительного метаболизма, связанные с восстановлением после нарушенной функции, обнаруживают еще более сложную и неожиданную картину. Например, во время корковой распространяющейся депрессии и судорожной активности пул пиридиннуклеотидов резко окисляется, что предполагает истощение энергетических ресурсов клетки. Но величина зтой оксидации существенно больше, чем можно было бы ожидать из экстраполяции потерь внутриклеточного и оксидации НАДН, вызванной электростимуляцией средней силы [375]. Окислительно-восстановительные изменения цитохромов в зтих же > случаях значительно отличаются от реакции НАДН. Цито- хромы Ь, с, и а, аз окисляются при распространяющейся. депрессии. Однако при судорожной активности цитохром а, аз становится более восстановленным [312]. Тем не менее эта восстановленность только качественно совпадает с (ответом изолированных митохондрий при переходе из стационарного состояния 4 к состоянию 3, так как объем ее значительно больше и свидетельствует о связи с другой причиной. Более того, окислительно-восстановительные ответы цитохрома а, аз могут меняться с возрастом животного [528]. У молодых крыс (4—5 мес.) на фоне вызванных [c.73]

Глюкоза чрезвычайно легко растворима в воде. Мы видим в этом важное преимущество моносахаридов как хранилищ энергии перед углеводородами. Но это преимущество, однако, не абсолютно и превращается в недостаток при необходимости депонирования значительных энергетических ресурсов. В са.мом деле, дл.ч этого в клетке должен был бы содержаться весьма концентрированный раствор глюкозы, что невыгодно и по физико-химическим, [c.141]

Содержание АТФ и креатинфосфата в клетке резко снижается в результате нарушения окислительного фосфорилирования в митохондриях. Одно из первых проявлений этого состояния—нарушение мембранной проницаемости. Нарушение целостности мембран способствует выходу из клетки ионов, в том числе ионов К, а также ферментов. Дефицит энергетических ресурсов и нарушение ионного состава, существенные изменения различных мембранных резервуаров , обеспечивающих контроль за уровнем внутриклеточного кальция, обусловливают торможение функциональной активности мышечных клеток и их постепенную гибель. В этот же период выявляются изменения состава белков миокарда (резкое снижение содержания миофибриллярных белков и накопление белков стромы). Нарушение обмена углеводов, белков и липидов (свободные жирные кислоты не окисляются, а преимущественно включаются в триглицериды) при инфаркте миокарда находит отражение в жировой инфильтрации сердечной мышцы. [c.660]

При наличии в клетке плазмиды часть энергетических ресурсов расходуется на ее репликацию, транскрипцию и синтез белков, которые она кодирует. При этом, как правило, многокопийные плазмиды требуют больше энергии, чем мал око-пийные, и в результате часть клеток в процессе роста популяции утрачивает плазмиды. Клетки, лишившиеся своих плазмид, обычно растут быстрее тех, в которых они сохранились, и в конечном счете оказываются в культуре преобладающими. По прошествии нескольких генераций это отражается на количестве синтезируемого продукта клонированного гена. Разработано по крайней мере два подхода к решению этой проблемы. В лабораторных условиях для сохранения плазмид клетки выращивают в присутствии антибиотиков или метаболитов, обеспечивающих рост только тех клеток, в которых есть плазмида. Однако добавление антибиотиков и каких-то других веществ в культуры, выращиваемые в больших объемах, или в промышленные ферментеры приводит к значительному удорожанию конечного продукта. Особенно важно, чтобы клонированные гены сохранялись, не утрачиваясь и не передаваясь другим микроорганизмам, в том случае, когда сконструированный микроорганизм предназначен для использования вне стен лаборатории. Он должен не только оставаться эффективным, но и быть экологически безопасным. Включение клонированной ДНК в хромосомную ДНК хозяйского организма позволяет обойтись без плазмид и избежать утраты плазмидных генов. [c.123]

Под энергетическими механизмами клетки следует понимать процессы клеточного обмена, с помощью которых энергия внешних энергетических ресурсов превращается в химическую энергию фосфатных связей АТФ [3, 7,21]. [c.418]

Регуляция синтеза ферментов. В живых клетках на уровне генетического аппарата запрограммировано относительное постоянство количества белков, в том числе так называемых конституционных ферментов. Однако при изменении питания, длительном голодании, спортивных тренировках количество отдельных белков изменяется. Существует адаптивный контроль биосинтеза белка на уровне отдельных генов, вызывающий индукцию (усиление) или репрессию (уменьшение) скорости синтеза РНК. Индукторами или репрессорами могут быть субстраты ферментов либо продукты данной реакции. Индукция синтеза определенного фермента приводит к его накоплению при увеличении концентрации его субстрата либо при необходимости усиления скорости его обмена. Репрессия происходит в случаях, когда отсутствует субстрат и фермент уже не нужен или когда клетка экономит свои энергетические ресурсы. [c.271]

Живые организмы характеризуются чрезвычайно высокой экономичностью в использовании материальных и энергетических ресурсов. В клетках используется именно столько молекул, сколько требуется для синтеза необходимого количества нуклеиновых кислот, белков, липидов и углеводов. Несмотря на многовековой опыт ведения хозяйства и создание целых экономических школ, человечество вряд ли когда-нибудь придет к столь же рациональному использованию природных ресурсов. [c.538]

A liH+ может образовываться за счет энергетических ресурсов, поступающих в клетку из внешней среды (света, субстратов окисления), а также макроэргических соединений (АТФ, пирофосфат) и градиента, предварительно созданного за счет использования уже имевшегося АцН+. [c.121]

Первичными -генераторами называются системы, образующие протонный потенциал за счет энергетических ресурсов, поступающих в клетку извне таких, как свет или субстраты окисления и [c.43]

Н+ откачивается из клетки Др,Н-ге-нераторами (1). Образованная при этом вызывает электрофоретический вход ионов К+ 2), который разряжает Лг1). превращая ее в ЛрН. Ка+/Н+-антипортер откачивает N3+ из клетки за счет ЛрН (5). Снижение Лт)) и ЛрН обращает ионные потоки, которые поддерживают некоторое время Л 1 и ЛрН в отсутствие внешних энергетических ресурсов шЛ [c.209]

Итак, клетка использует энергетические ресурсы, чтобы получить АТФ, а затем тратит этот АТФ, чтобы оплатить различные виды работы. [c.11]

Такая ситуация казалась тем более странной, что давно уже были налицо все предпосылки решения этой проблемы. Стало ясно, какими энергетическими ресурсами пользуются те или иные живые существа. Были найдены и получены в чистом виде ферменты, усваивающие эти ресурсы. Не составило большого труда определить, в каких частях клетки происходят энергетические превращения. Однако сам принцип, на котором базируется действие основных биологических преобразователей энергии, остался неясным, как и прежде. [c.36]

Заметим, что те же галофильные бактерии поддерживают внутриклеточную концентрацию К+ около 4 молей на литр, тратя на создание натрий-калиевого градиента колоссальные по масштабам клетки количества энергетических ресурсов. [c.170]

Но если такая схема верна, то калий-натриевый градиент должен продлить работоспособность клетки в условиях, когда исчерпаны энергетические ресурсы. [c.172]

Оптимизация синтеза необходимого продукта -серьезная научная проблема. Если речь идет о белках, то для ее решения обычно используют клонированные гены, находящиеся под контролем сильных регулируемых промоторов. Вначале полагали, что для получения нужного количества продукта будет достаточно конститутивной экспрессии клонированного гена. Однако опыт показал, что при непрерывной транскрипции и трансляции клонированного гена истощаются все энергетические ресурсы клетки и ее рост замедляется. Чтобы приурочить экспрессию клонированного гена к определенной фазе роста, можно использовать механизм индукции. Для этого вначале выращивают клетки в оптимальных условиях до относительно высокой плотности, а затем индуцируют транскрипцию, либо изменяя температуру, либо добавляя в среду тот или иной химический индуктор в зависимости от природы промотора (например, изопропил-Р тиогалактопиранозид). [c.360]

Чтобы получить какой-то белковый продукт, необходимо обеспечить правильную транскрипцию кодирующего его гена и трансляцию соответствующей мРНК. Для инициации транскрипции в нужном сайте необходим промотор, а для ее остановки - терминирующий кодон. Клонированный ген часто бывает лишен таких сигнальных последовательностей, и для его экспрессии в прокариотической клетке-хозяине нужно обеспечить и то, и другое. Кроме того, поскольку для решения большинства биотехнологических задач белок должен образовываться в больших количествах, необходимо использовать промотор, который позволял бы получить высокий уровень транскрипции (сильный промотор) и распознавался РНК-полимеразой хозяйской клетки. Постоянная транскрипция клонированного гена истощает энергетические ресурсы хозяйской клетки, поэтому нужно использовать промоторы, работу которых можно регулировать либо с помощью специфических низкомолекулярных соединений, либо изменением температуры. [c.130]

Аминокислоты и белки также могут выступать в качестве энергетических ресурсов для эубактерий. Их использование связано в первую очередь с определенными ферментативными преобразованиями подготовительного характера. Белки сначала вне клетки расщепляются протеолитическими ферментами, катализирующими разрыв определенных пептидных связей, на отдельные фрагменты — пептиды, которые затем поглощаются клеткой и расщепляются внутриклеточными протеолитическими ферментами до отдельных аминокислот. Дальнейшее их превращение возможно по нескольким направлениям 1) аминокислоты непосредственно используются в конструктивном метаболизме для построения белковых молекул 2) аминокислоты служат основным материалом в энергетических процессах. В последнем случае метаболизирование аминокислот начинается с их декарбоксилирования или дезаминирования. [c.401]

Фотосинтетическое фосфорилирование в процессе фотосинтеза представляет собой один из путей накопления энергии в клетках зеленых растений, обладающих фототрофным типом энергетического обмена. Будучи первичным механизмом накопления энергии в живых системах, фотосинтез имеет более короткий путь от внешнего энергетического ресурса, которым является солнечный свет, до АТФ, чем другие типы биоэнергетики. Кроме того, реакции фототрофного типа накопления энергии четко обособлены от других обменных процессов в отличие от оргаиотрофного типа, реакции которого в значительной степени пересекаются с путями промежуточного обмена веществ [3, 7,12,16,23,25,26].Фотосинтез протекает в тилакоидах — пузырьках, расположенных внутри хлоропластов и уложенных в виде гран. Почти у всех фотосинтезирующих организмов в роли донора электронов выступает вода, кислород которой выделяется [c.426]

Никакой, даже самый примитивный, из известных в настоящее время живых организмов в сколь угодно стабильных внешних условиях не мог бы функционировать, если бы в нем одновременно и несбалансированно протекали. все запрограммированные биохимические процессы - транскрибировались все гены, транслировались все образовавшиеся информационные РНК, шли с нерегулируемой скоростью все присущие этому организму процессы синтеза и деградации низкомолекулярных соединений и биополимеров. Ясно, например, что интенсивность биосинтеза нуклеотидов и незаменимых аминокислот должна быть скоординирована с интенсивностью биосинтеза нуклеиновых кислот и белков, поскольку в противном случае бесполезно растрачивались бы необходимые для производства этих мономеров сырьевые и энергетические ресурсы клеток. На самом деле живые организмы живут в непрерывно меняющихся внешних условиях и должны, кроме того, реагировать на изменения, происходящие в окружающей их среде. Так, появление в среде, на которой выращиваются бактерии, какой-либо дефицитной аминокислоты должно сопровождаться снижением уровня ее биосинтеза клетками. Появление в среде нетипичного источника углерода и энергии должно стимулировать процессы, связанные с доставкой такого вещества в клетки и его усвоением. Даже цростейшие одноклеточные организмы должны располагать регуляторными механизмами, позволяющими в определенном диапазоне нивелировать действие возникающих в окружающей среде неблагоприятных внешних химических и физических факторов, таких, как появление агрессивных химических веществ, повышение температуры, интенсивное УФ-излучение. [c.419]

Однако содержание фосфорных соединений в исследованных тканях ие отражает интенсивности распада и синтеза этих соединений, то есть динамического состояния АТФ и креатин-фосфата. Ркпользование изотопного метода исследования позволило установить, что у животных продолжительных сроков затравки радиоактивность фосфора АТФ и креатинфосфата значительно выше, чем у контрольных животных, не только в мозгу, но и в мышцах и печени. Богатые энергией фосфорные соединения—АТФ и креатинфосфат—являются энергетическими ресурсами, используемыми клетками в процессе жизнедеятельности. [c.444]

Так, высокоорганизованные животные клетки являются органотрофа-ми и используют топливо с высоким энергетическим потенциалом (молекулы биполимеров). В свою очередь эти сложные соединения синтезируют из более простых клетки зеленых растений, используя энергию солнечного света. Этот тип энергетического обмена называют фототроф-ным. Некоторые организмы, например бактерии, используют в качестве энергетического ресурса неорганические вещества и обладают неоргано-трофным (или хемосинтетическим, литотрофным) типом энергетики. [c.407]

Крахмал составляет по весу главную составную часть пищи человека (хлеб, картофель, крупы, овощи) —главный энергетический ресурс его организма. Содержание крахмала в некоторых видах богатых им пищевых продуктов таково мука — 74%, рис — 78%, хлеб белый — 51%, картофель— 16%. Уже во рту, под действием слюны, содержащей гидролитический фермент амилазу, начинается гидролиз крахмала. В кислой среде желудка гидролиз завершается расщеплением до глюкозы, которая из кишечника поступает в кровь и разносится током крови до каждой клетки, подвергаясь там ряду превращений (стр. 434), обусловливающих теплоту тела, энергию мускульной и мозговой работы человека и животного. В крови поддерживается довольно строго определенная концентрация глюкозы как значительный избыток, так и, особенно, недостаток ее гибельны для организма . Концентрация глюкозы регулируется действием гормонов. При повышении содержания глюкозы в крови избыток ее за счет специфического действия выделяемого поджелудочной железой гормона инсулина (белок, см. кн. 11) откладывается в печени и частично в мышцах в виде животного крахмала -глы/со-гена. Цечень может содержать до 20 вес.% гликогена. При недостатке глюкозы в крови часть гликогена печени гидролизуется в глюкозу и поступает в кровь (гормон глюкагон). Если деятельность поджелудочной железы нарушена и она не продуцирует инсулина, наступает сахарная болезнь —диабет, характеризующаяся повышенным содержанием глюкозы в крови. Организм вынужден тогда сбрасывать избыток глюкозы с мочой. Систематическое введение в кровь инсулина, выделенного из [c.447]

Аминокислоты и белки также могут выступать в качестве энергетических ресурсов для прокариот. Их использование связано в первую очередь с определенными ферментативными преобразованиями подготовительного характера. Белки сначала вне клетки расщепляются про-теолитическими ферментами, катализирующими разрыв определенных пептидных связей, на отдельные фрагменты — пептиды, которые затем поглощаются клеткой и расщепляются внутриклеточными протеоли-тическими ферментами (пептидазами) до отдельных аминокислот. [c.360]

Н+-антипортером для образования ApNa. В результате ApNa оказывается буфером АрН. Согласно этой концепции, бактерия аккумулирует /С+ и выбрасывает Na+ в условиях избытка энергетических ресурсов. Энергетический дефицит меняет направление ионных потоков снижается Аф, и К " начинает выходить из клетки, двигаясь по градиенту своей концентрации соответственно снижение АрН приводит к входу Na+ (р . 53). [c.209]

Замена внутриклеточного Na+ на К" и наоборот вряд ли должна сильно сказаться на метаболизме и структуре клетки, поскольку свойства этих ионов во многом подобны, тем более что ни К" , ни Na+ прямо не участвуют в биохимических реакциях. Опыты по проверке гипотезы о AjiH-буфере показали, что бактерии действительно образуют Na+JK -градиенты при избытке энергии и используют их для совершения полезной работы при нехватке энергетических ресурсов. Наиболее существенны следующие наблюдения. [c.210]

Столь большое число защитных механизмов, которые мы находим в ферментном каскаде, по-видимому, связано с важной ролью этого регуляторного процесса, его высокой эффективностью, а также с тем, что через систему циклических нуклеотидов действуют главным образом те гормоны и гормоноподобные вещества, которые стимулируют катаболизм веществ в клетке. Если бы не срабатывали механизмы защиты , то стимуляция синтеза цАМФ адреналином могла бы вызвать полное расщепление гликогена скелетных мышц всего за несколько минут. Так же быстро организм лишился бы жировых запасов. Быстрое сжигание энергетических ресурсов сопровождалось бы резким перегревом, многими другими явлениями, приводящими к тял<елым функциональным расстройствам. [c.206]

Расщепление исходного сырья, поступающего в клетку синтез новых молекул, потребных клетке именно сейчас обеспечение энергетических резервов наработка материала, который потребуется клетке, когда она приступит к делению и приготовится дать жизнь двум дочерним клеткам синтез информационных молекул в ядре. Все эти и множество других процессов протекают одновременно. Как же организовано в клетке распределение ее энергетических и материальных ресурсов Далее как обеспечивается транспорт в пределах мнкрорасстояний Каким образом вновь построенная белковая молекула от места синтеза перемещается к месту, где она нужна для работы Перемещается на расстояния, которые нередко в тысячи раз превышают ее размеры Что и как управляет этим процессом [c.163]

Вместе с тем хорошо известно, что благоприятный эффект влияния физических нагрузок будет тем значительнее и сохранится тем дольше, чем раньше они будут целенаправленно использоваться. Это связано с характером приспособительных изменений, возникаюших в организме в результате регулярных занятий физическими упражнениями, имеюш ими обш ую направленность с тенденциями онтогенеза. Выявлена ведуш ая роль мьплечной деятельности в реализации генетических программ развития человека. Показано, в частности, что степень активации генетического аппарата клетки находится в тесной зависимость от объема и интенсивности применяемых физических нагрузок. Двигательная активность в данньк условиях выступает в качестве основного фактора стимуляции адаптивного биосинтеза белка. Благодаря этому в период восстановления после физической нагрузки наблюдается не просто возвра-ш ение к исходному уровню, а сверхвосстановление энергетических и пластических ресурсов организма, что приводит не только к расширению рабочих возможностей, созданию благоприятных условий для роста и развития, но и увеличению продолжительности жизни (И.А.Аршавский, 1967, 1982). [c.386]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология