Энергетическое сопряжение

Хемиосмотическая гипотеза энергетического сопряжения, в живой клетке получила в последнее время много экспериментальных подтверждений. Эта гипотеза, которую многие специалисты называют уже теорией, не отрицает существования предшественника АТФ в системе окислительного фосфорилирования, но свойство унифицированной формы энергии относит к трансмембранному электрохимическому потенциалу ионов водорода Н+ ((Лцн ). Таким образом, клетка имеет две формы унифицированной энергии — химическую в форме АТФ и энергию в форме мембранного потенциала. Через мембранный потенциал энергия окисления трансформируется затем в дмическую работу (синтез АТФ, обратный перенос электронов в других местах энергетического сопряжения), в осмотическую работу (транспорт ионов против градиента через мембрану), в тепло. Главная же функция мембранного потенциала — сопряжение процессов окисления и фосфорилирования. [c.409]

Энергетическое сопряжение процессов в мембране. .. 15 [c.3]

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СОПРЯЖЕНИЕ ПРОЦЕССОВ В МЕМБРАНЕ [c.15]

Таким образом, при энергетическом сопряжении процессов в мембране в принципе возможно усиление или ослабление результирующего потока массы в направлении, определяемом градиентом химического потенциала р. (пассивный перенос), и даже миграция газов в область более высоких значений (активный перенос). В любом случае в мембране совершается работа по перемещению массы за счет части свободной энергии, освобождающейся при химической реакции другая ее часть диссипирует. [c.18]

Рассмотрим влияние энергетического сопряжения на результирующий перенос массы и селективность мембранного процесса в стационарных условиях [1]. Для анализа введем следующие комплексы феноменологических коэффициентов из уравнения (1.7) [c.18]

Энергетическое сопряжение отдельных процессов приводит к сильному, а в ряде случаев принципиальному, изменению кинетических и разделительных характеристик мембран. [c.16]

Так обстоит дело лишь с суммарной свободной энергией системы. Однако, как мы знаем (см. ч. I), процессы, самопроизвольно протекаюш,ие в неравновесной системе в направлении уменьшения свободной энергии, могут индуцировать те или иные процессы в той же системе, идущие с повышением свободной энергии, аким образом, мы будем иметь энергетическое сопряжение или химическую индукцию в самом общем смысле этого слова. Так, например, процессы конденсации материи, протекающие на Солнце (в частности, образование ядер гелия из протонов и нейтронов), ведут к освобождению огромного количества лучистой энергии, которая, попадая на Землю и другие планеты, может вызывать химические превращения, сопровождающиеся увеличением свободной энергии соответствующих молекулярных систем, т. е. процессы, в результате которых возникают продукты, обладающие свободной энергией, большей, чем исходные. [c.293]

Позднее были получены экспериментальные данные о существовании еще одной формы энергии, также используемой клеткой для соверщения разного рода работы. Открытие этой формы энергии принадлежит английскому биохимику Питеру Митчеллу (Р. Mit hell), разработавщему в 60-х гг. XX в. хемиосмотическую теорию энергетического сопряжения, объясняющую превращение (трансформацию) энергии, освобождающейся при электронном [c.100]

При отсутствии переноса реагентов через катализатор тепло, выделяющееся при любой экзотермической реакции, которая идет на одной поверхности катализатора, может быть удалено и использовано для проведения эндотермической реакции на другой поверхности катализатора. Для такого (энергетического) сопряжения каталитических процессов можно применять любой катализатор, обладающий достаточной теплопроводностью. Катализаторы с невысокой теплопроводностью можно наносить в виде тонких слоев на поверхность теплопроводящего элемента, причем на разных сторонах этого элемента можно наносить разные катализаторы. [c.122]

Нетрудно видеть, что перенос макроэргических связей обеспечивает энергетическое сопряжение реакций и делает возможным использование одного или немногих ве- ществ для энергетического питания целой системы реакций. Понятно, что для обеспечения развитой кодированной формы управления потоком энергии лучше всего все порции энергии, получаемые извне, запасать в виде энергии макроэргических связей, а затем извлекать энергию по мере надобности и в той форме, в какой она будет нужна. В действительности нет необходимости всю энергию запасать именно в молекулах АТФ. Вполне достаточно иметь запас какого-либо вещества, которое, легко взаимодействуя с АДФ, может обеспечить быстрое образование активных и мобильных молекул АТФ тогда, когда потребуется произвести какую-либо работу. Так оно на самом деле и происходит. В процессе фотосинтеза, например, молекулы АТФ играют важную роль, улавливая энергию возбужденных светом электронов и направляя ее на синтез углеводов, но запасается в клетках не АТФ, а крахмал, который и служит для сохранения больших количеств энергии. [c.148]

Обычно при разделении газовой смеси через мембрану мигрируют все компоненты. Энергетическое сопряжение процессов диффузии и химической реакции позволяет интенсифицировать перенос целевого компонента с одновременным подавлением потоков других компонентов иногда возможна организация активного транспорта нецелевого компонента, проникшего в дренажную полость. Очевидно, реализация принципов энергетического сопряжения позволит резко повысить селективность разделения при сохранении высокой производительности мембран по целевому компоненту, что в конечном счете определяет экономичность мембранного газоразделения. [c.22]

В гл. 1 показано, что энергетическое сопряжение диффузии и химической реакции в мембране позволяет резко повысить скорость проницания целевого компонента и подавить перенос балластных компонентов разделяемой смеси. Количественной ха- [c.248]

Энергетическое сопряжение — перенос энергии от одного процесса к другому. [c.367]

Л. А. Николаев отметил значение высказанного в докладе Н. И. Кобозева принципа рекуперации энергии при катализе и указал на плодотворность применения представлений об энергетической сопряженности для объяснения многих явлений биокатализа. [c.78]

Пирофосфатное расщепление. Ферментативное расщепление АТР до АМР и пирофосфата, энергетически сопряженное с образованием ковалентной связи между двумя биомолекулами. [c.1016]

Органические соединения все неустойчивы относительно воды и углекислого газа и не могли получиться непосредственно из них без сложного механизма энергетического сопряжения процессов. Следовательно, соединения, преобладавшие на ранних стадиях формирования поверхности Земли, имели состав, отвечающий окислам, силикатам, карбонатам, фосфатам. [c.42]

Левая часть (И, 15) представляет собой энергию, которая рассеивается. В соответствии со вторым началом правая часть уравнения (П, 15) должна быть положительной в необратимом процессе (или равной нулю в обратимом). Для потоков, которые друг от друга не зависят, это означает, что знак потока должен совпадать со знаком силы (сопряженной этому потоку). Так, например, растворенное вещество переносится от области большей концентрации к области меньшей, и поток вещества имеет тот же знак, что и сила осмотического давления. Взаимодействие потоков может привести к тому, что некоторые члены в сумме 2/Дг станут отрицательными или обратятся в нуль, но общая величина суммы все же будет удовлетворять указанным условиям. Различные случаи энергетического сопряжения потоков, встречающиеся в биологических системах, часто выражаются в переносе вещества против градиента концентрации (активные переносы). [c.32]

Наконец, условия для энергетического сопряжения здесь также благоприятны. В стационарном состоянии гетерогенной системы условием устойчивости является минимум производства энтропии. Но минимум производства энтропии и означает минимальное рассеяние энергии, а минимальная диссипация соответствует энергетическому сопряжению реакций. Поэтому термодинамически сопряжение именно в этих условиях наиболее вероятно. Спрашивается, зачем нужно говорить о динамических структурах и почему не ограничиться обычной статической Дело в том, что в потоке накопление сложной и нединамической структуры будет фактором отри- [c.85]

Центральной проблемой в изучении процессов трансформации энергии в клетке является механизм образования первичного высокоэнергетического продукта (интермедиата Х У) [14], синтез которого непосредственно сопряжен с трансформацией энергии, освобождающейся при окислении. Предложено несколько гипотез для объяснения энергетического сопряжения [3, 14]. [c.409]

В 1961 г. английский биохимик П. Митчел выдвинул хемиосмо-тическую (электрохимическую) гипотезу энергетического сопряжения окисления и фосфорилирования, которая в дальнейшем получила подтверждение и развитие во многом благодаря работам советских ученых (В. П. Скулачев, Е. А. Либерман). Принцип хемиосмотического сопряжения иллюстрирует рис. VI. 14. Субстрат АНг —донор водорода — окисляется на активном центре фермента, встроенного на внешней стороне мембраны митохондрии. При этом 2Н+ и А выбрасываются в окружающую среду, а два электрона переносятся на внутреннюю сторону мембраны по так называемой дыхательной цепи, ориентированной поперек мембраны. Локализованный на внутренней стороне переносчик электронов передает электроны акцептору водорода В (например, кислороду), который присоединяет 2Н+ из внутримитохондриального матрикса. Таким образом, окисление одной молекулы АНг приводит к возникновению 2Н+ во внешнем пространстве и исчезновению 2Н+ из внутреннего пространства митохондрии. Возникший градиент ионов водорода генерирует трансмембранный потенциал, который оказывается достаточным по величине для осуществления реакции фосфорилирования. Последняя состоит во взаимодействии АДФ с фосфатом Ф и приводит к образованию АТФ с поглощением 2Н+ из внешнего пространства и выделением 2Н+ в матрикс. Величина трансмембранного потенциала сравнительно 160 [c.160]

Гидролиз АТФ и аналогичных веществ происходит во всех тех случаях, когда организм расходует энергию. Исполняет ли пианист виртуозный этюд, вспыхивает ли ночью огонек светлячка, поражает электрический скат свою жертву мощным разрядом, идет в клетках невидимый и таинственный синтез белка — во всех этих столь различных случаях наблюдается разложение АТФ. Это она питает энергией и синтетический аппарат, клетки, и орган свечения светлячка, и руку пианиста. Это удивительное вещество обуславливает явление энергетического сопряжения в мире клеток. В отличие от техники, которая тоже ведь использует богатые энергией системы вещества нефть, уголь, кислород и т. п., клетка с поразительным совершенством связывает, сопрягает реакцию, доставляющую энергию, с реакцией потребляющей, причем часто перенос макроэргических связей происходит почти без рассеяния энергии. Вопрос о том, как конкрет- [c.148]

Относительная легкость, с которой молекула мономера отделяется от свободного полимерного радикала, указывает на наличие энергетического сопряжения между эндотермическим разрывом связи С—С и экзотермическим образованием двойной связи в полученном таким путем мономерном бирадикале. При разрыве какой-либо другой связи такое сопряжение между этими процессами, как указывают Люис и Нэйлор [2], наблюдается только [c.14]

Роль энергетического сопряжения в развитии цепных процессов [c.33]

Механохимическая (конформационная) схема энергетического сопряжения предполагает использование химической энергии окисления сначала для совершения механической работы (например, создание напряженной конформации фермента, участвующего в переносе электронов), а затем использование этой энергии для синтеза высокоэнергетических соединений, в том числе и АТФ [14]. [c.409]

Многочисленными экспериментами показано также, что генерировать мембранный потенциал может не только цепь переноса электронов, но и АТФ-аза — фермент, катализирующий гидролиз АТФ. Следовательно, мембранный потенциал, являясь общим продуктом двух источников энергии — энергии переноса электронов и энергии фосфатных связей АТФ, может рассматриваться как универсальный продукт систем энергетического сопряжения [14]. [c.426]

Ближайшими же практическими результатами этой теории являются уже исследованные в лабораторных условиях процессы, в основу которых положено энергетическое сопряжение реакций, в том числе таких, на которые наложены строгие термодинамические ограничения. Согласно одному из принципов химической эволюции саморазвитие открытых каталитических систем совершается за счет энергетического сопряжения с экзэргонической базисной реакцией, КПД использования которой в ходе эволюции растет. Следовательно, в системе развиваются процессы, направленные против равновесия, сама же система приобретает динамическую устойчивость, или устойчивое неравновесие . Этот принцип и использован для осуществления ряда реакций, которые пока не были реализованы иными путями. [c.210]

Одной из основных проблем современной биохимии является выяснение механизма превращения энергии, выделяющейся в результате взаимодействия связей С — Н с кислородом с образованием двуокиси углерода и воды в энергию фосфоангидридной связи АТФ — единой платежной единицы в процессах переноса химической энергии, используемой для большого числа синтетических и метаболических функций. Если энергетическое сопряжение имеет химический механизм (хотя это еще не очевидно [185]), то оно может происходить либо непосредственно через окисление некоторых легко образующихся низкоэнергетических фосфатных производных до высокоэнергетических форм, которые могут затем переносить фосфат на АДФ, давая АТФ, либо через окисление некоторых других низкоэнергетических молекул до высокоэнергетических форм, которые могут дать макроэргический фосфат через серию реакций переноса. В последнее время стало известно несколько примеров такого активационного процесса, в котором происходит образование высокоэнергетического тиолового эфира при окислении альдегида. Тиоловый эфир может реагировать дальше, давая ацилфосфат и при известных обстоятельствах АТФ. Этот тип активации является ответственным за образование макроэргических фосфатных связей на субстратном уровне фосфорилирования, в котором метаболит, подвергающийся окислению, превращается в активированный продукт. В настоящее время, однако,еще нет уверенности, что аналогичный процесс происходит при многоступенчатом переносе электронов между субстратом и кислородом, который является ответственным за освобождение большей части энергии в аэробном метаболизме. Интерес к этой проблеме стимулировал поиски реакций, в которых фосфатная группа превращается в энергетически богатую форму посредством окислительного процесса, что может служить моделью реакций с природным коферментом. Хотя в настоящее время еще нет доказательств, что какой-либо процесс такого рода ответствен за окислительное фосфорилирование, эти исследования интересны с химической точки зрения и в качестве источника некоторых потенциально полезных синтетических методов. [c.132]

Непористые реакционно-диффузионные мембраны отличаются от прочих химической формой связи компонентов разделяемой смеси и исходного материала мембраны. Химические реакции приводят к образованию новых веществ, участвующих в транспорте целевого компонента. Массоперенос компонентов разделяемой газовой смеси определяется не только внешними параметрами и особенностями структуры матрицы, но и химическими реакциями, протекающими в мембране. В подобных системах за счет энергетического сопряжения процессов диффузии и химического превращения возможно ускорение или замедление мембранного переноса, в определенных условиях возникает активный транспорт, т. е. результирующий перенос компонента в направлении, противоположном движению под действием градиента химического потенциала этого компонента. В сильнонеравновесных мембранных системах могут формироваться структуры, в которых возникают принципиально иные механизмы переноса, например триггерный и осциллирующий режимы функционирования мембранной системы. Обменные процессы такого рода обнаружены в природных мембранах, но есть основания полагать, что синтетические реакционно-диффузионные мембраны в будущем станут основным типом разделительных систем, в частности, при извлечении токсичных примесей из промышленных газовых выбросов. [c.14]

Как следует из определения величины х и общих соотношений для феноменологических коэффициентов (1.10), степень энергетического сопряжения изменяется в пределах—1<и<1. При полном сопряжении (х = 1) относительная скорость сопряженных процессов однозначно определяется феноменологической стехиометрией 2. В этом случае диссипативную функцик> можно записать в виде [c.19]

Реальные процессы в реакционно-диффузионных мембранах гораздо сложнее рассмотренной модели, поскольку проницание компонентов взаимозависимо, например, через определенные звенья в цепи химических превращений. Кроме того, в мембране, наряду с сопряженным механизмом, существует пассивный несопряженный массоперенос химически несвязанного компонента газовой смеои. Это усложняет анализ энергетической эффективности мембранного процесса, но основной вывод сохраняет силу, а именно энергетическое сопряжение массопереноса и химического превращения позволяет радикально улучшить массообменные характеристики при сохранении достаточно высоких значений энергетической эффективности чем выше степень сопряжения, тем значительнее этот эффект. Справедливости ради следует отметить, что противоположные тенденции изменения массообменных и энергетических показателей мембранного процесса сохраняются в реакционно-диффузионных мембранах, хотя на более высоком уровне совершенства процесса. [c.253]

Однако такого рода разрыв двух валентных связей является менее вероятным, чем образование HjOa, ибо дополнительно необходим разрыв связи —-О — О—. Кроме того, реакция III маловероятна без энергетического сопряжения с реакцией II. [c.48]

Дело в том, что среди разнообразных каталитических проявлений обычного типа существуют необычные с тонки зрения классического катализа явления, связанные с физическими и химическими изменениями катализаторов в ходе реакций и с энергетическим сопряжением процессов. Часто наблюдаются направленные изменения каталитических свойств катализаторов в ходе реакций, в том числе их старение, саморазра.ботка и элементы саморегулирования процессов. [c.15]

На первый взгляд энергозависимый синтез АТР, по-видимому, нельзя рассматривать как нейрохимическую проблему, но между передачей сигнала и энергетическим сопряжением существует некоторое сходство. Оба этих процесса имеют много общего и осуществляются с помощью белков, встроенных в липидные мембраны. Их взаимосвязь четко прослеживается при обсуждении фотозависимого протонного насоса у галофильных бактерий (с. 181). Бактериальный рецептор, аналогичный рецепторам нейрона (гл. 8 и 9), воспринимает сигнал из окружающей среды и передает его внутрь через плазматическую ме.мбрану. Следовательно, энергия света внешнего сигнала обеспечивает внутриклеточный синтез АТР. Изучение бактериородопсина и механизма сопряжения фоторецепции, а также энергозависимого транспорта протонов (и наконец, синтеза АТР) представляет особый интерес при исследовании нейрорецептора. [c.171]

Имеющиеся экспериментальные данные подтверждают вьщви-нутый в начале 60-х гг. XX в. английским биохимиком П. Митчеллом хемиосмотический механизм энергетического сопряжения электронного транспорта с фосфорилированием. П.Митчелл обратил внимание на судьбу протонов при электронном транспорте, которые переносятся в этом процессе через мембрану в одном направлении, создавая градиент концентрации по обе стороны мембраны (см. рис. 25). Перенос электронов и протонов обеспечивается определенным сорасположением мембранных переносчиков, а также свойствами самой мембраны, в первую очередь ее непроницаемостью для протонов. [c.365]

Предположим, что наша система исходно находится в состоянии химического равновесия. Сдвиг равновесия энергоакцепторной реакции может быть вызван, например, повышением концентрации одного из реагентов, участвующих в энергодонорной реакции. Этот механизм имеет чисто статистическую природу. Поскольку энергетическое сопряжение осуществляется благодаря изменениям в концентрации одного из участников, то за производство химической работы ответственна энтропийная часть изменения свободной энергии. Это энтропийный механизм непрямого энергетического сопряжения химических реакций. Рассмотрим его более подробно. [c.88]

Наиболее характерным примером управления параметрическим процессом может служить энергетическое сопряжение реакций в биологических системах. Поток энергии приводит к образованию АТФ в строго опредв ленных условиях в структурах митохондрий, в которых происходит аккумулирование энергии, пространственные (расположение ферментов) и временные (последовательность их действия) коды управляют параметрическим процессом. Если бы этого не было, поток энергии грозил бы клетке дезорганизацией ее основных аппаратов. [c.98]

Недостаток многих из цепных схем различных авторов состоит в том, что из поля зрения выпадает энергетическое сопряжение, благодаря которому становятся возможными эн-доэиергетические реакции, участвующие в развитии цепи. Однако, быть может, самым важным их недостатком является [c.48]