Энергия биологическое преобразование

Окисление органических веществ. В результате поглощения СО2 и дальнейших его преобразований в ходе фотосинтеза образуется молекула углевода, которая служит углеродным скелетом для построения всех органических соединений в клетке. Органические вещества, возникшие в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но энергия, аккумулированная в конечных продуктах фотосинтеза — углеводах, жирах, белках,— недоступна для непосредственного использования ее в химических реакциях. Перевод этой потенциальной энергии в активную форму осуществляется в процессе дыхания. Дыхание включает механизмы активации атомоп водорода органического субстрата, освобождения и мобилизации энергии в виде АТФ и генерации различных углеродных скелетов. В процессе дыхания углевод, жиры и белки в реакциях биологического окисления и постепенной перестройки органического скелета отдают спои атомы водорода с образованием восстановленных форм. Последние при окислении в дыхательной цепи освобождают энергию, которая аккумулируется в активной форме в сопряженных реакциях синтеза АТФ. Таким образом, фотосинтез и дыхание — это разли ные, но тесно связанные стороны общего энергообмена. [c.609]

Энергопреобразующие биологические мембраны превращают химическую энергию окисления субстратов или энергию света через образование разности электрических потенциалов (АЧ ) или через образование разности концентраций веществ по обе стороны мембраны в энергию АТФ. Преобразование энергии в биомембранах может быть описано следующей схемой [c.119]

Источником всех видов энергии, используемых в биологических системах, является солнечный свет, а преобразование световой энергии в химическую происходит в ходе уникального и важнейшего для жизни процесса -фотосинтеза. Способностью к фотосинтезу обладают как эукариоты (высшие зеленые растения, зеленые, бурые и красные водоросли, некоторые одноклеточные организмы), так и прокариоты (синезеленые водоросли, зеленые и пурпурные бактерии). [c.92]

Биологические методы. В процессах фотосинтеза солнечная энергия на всей планете запасается в виде химической энергии в количестве (1,7— 2,22)-10 кДж. Для этой области использования солнечной энергии можно реально рассматривать лишь отходы лесного и сельского хозяйства. КПД фотосинтеза в среднем по земному шару составляет лишь доли процента. В то же время известно, что такие водоросли как хлорелла повышают КПД фотосинтеза до 6 %. Важно изучить и затем использовать механизм биологического преобразования солнечной энергии для целей получения метана и водорода. Работы в этом направлении развернуты в ряде стран. [c.30]

На основании общих соображений следует предположить, что полимеры выгоднее использовать в первую очередь в процессах типа фотосинтеза и преобразования тепла в механическую энергию, поскольку эти превращения в живых организмах тесно связаны с полимерными веществами и молекулярными агрегатами. Для лучшего понимания этих проблем в следующем разделе будут рассмотрены разнообразные системы преобразования энергии в биологических объектах. [c.115]

МЕТАБОЛИЗМ И БИОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ I [c.394]

Это значительно расширило, а во многих случаях коренным образом изменило наши представления о значении минеральных элементов для процессов обмена веш,еств, о роли клеточных мембран в поглощении, распределении и выделении веществ клеткой, о механизме накопления, преобразования и использования энергии биологическими системами и многих других жизненно важных функциях растения. [c.12]

НИЯ при 430 нм), а отражает зеленый свет. Поглощенная хлорофиллом солнечная энергия в результате сложной последовательности реакций превращается в химическую энергию. Запасенная таким образом энергия расходуется затем на смещение реакции (25.1) вправо в направлении, в котором она чрезвычайно эндотермична. Таким образом, фотосинтез растений-это природный механизм преобразования солнечной энергии, от которого зависит поддержание жизни всех биологических систем в земных условиях. Пшеничное поле в летний сезон превращает несколько процентов падающего на него солнечного излучения в растительное вещество. Подсчитано, что если бы в Соединенных Штатах приблизительно на 6% возделываемых земель были созданы оптимальные условия для роста растений, они смогли бы получить столько энергии, чтобы удовлетворить все энергетические потребности современного общества. [c.443]

Сравнение некоторых свойств черных пленок и биологических мембран дано в табл. 15 (поданным [230] с дополнениями и исправлениями). Из таблицы видно, что наиболее существенное различие у черных углеводородных пленок и биологических мембран наблюдается в сопротивлении. Однако самое главное различие между ними состоит в том, что черная пленка мертва , а биологические мембраны функционируют и играют ключевую роль в жизнедеятельности клетки. При их непосредственном участии осуществляется процесс преобразования энергии, транспорт ионов и других веществ, прием, передача и переработка поступающей извне информации в клетку и т. д. [c.167]

Каждое кольцо отвечает определенному этапу трансформации ОВ, происходящему по принципу порядок-беспорядок-по-рядок . Этот принцип выражается чередованием процессов деструкции и синтеза, протекающих под действием запасенной органическими соединениями при их биосинтезе биологической энергии и внещней тепловой энергии, соотношение которых определяет типы химических преобразований ОВ. [c.198]

Авторы также пришли к выводу, что нецелесообразно выделить в виде отдельной главы вопросы, связанные с пространственной организацией биохимических процессов, сохранив в виде параграфа лишь вопрос о роли пространственного разобщения биохимических процессов как одного из регуляторных механизмов. Из огромной проблемы пространственной организации биохимических процессов в качестве иллюстрации сложности надмолекулярных структур, необходимых для реализации биологических процессов на уровне организма, сохранен параграф, посвященный биохимическим аспектам мышечного сокращения, тем более что это дает возможность осветить один из важнейших механизмов преобразования энергии (в данном случае химической энергии в механическую) и одновременно ознакомить читателя с такой биохимической классикой, как функции актина, миозина и актомиозинового комплекса. На этом примере отчетливо видно, что назрел вопрос о создании второй части этого учебника, посвященной физиологическим приложениям биохимии. Это в будущем можно было бы сделать, опираясь на курс лекций по физиологической химии, который был создан и на б [c.6]

Фундаментальная особенность энергетики живых систем заключается в том, что трансформация энергии в процессах жизнедеятельности осуществляется в окислительно-восстанови-тельных реакциях с участием ферментов и белковых переносчиков электрона. В результате исследований последних десяти лет обнаружен удивительный по своей простоте и универсальности молекулярный механизм преобразования энергии в клетках, включающий транспорт электронов и сопряженную с ним поляризацию биологической мембраны. Локализованные и структурно организованные в биологических мембранах белки осуществляют процессы обмена электронами. При этом часть энергии процесса трансформируется в концентрационный потенциал ионов водорода, поляризующий биологическую мембрану [1—3]. [c.68]

Возникает вопрос, можно ли в искусственных, существенно более простых системах с использованием ферментов реализовать трансформацию энергии химических реакций в электрохимический потенциал и создать системы, которые по скоростям и эффективности преобразования энергии не уступали бы биологическим [c.68]

Разработка стабильной биологической системы, обладающей достаточно длительным сроком существования в минеральных средах и высокой активностью преобразования световой энергии в водород, выделяемый из воды. [c.346]

Теперь мы обратимся к краткому рассмотрению того, как описанные фотохимические изменения превраш,аются в электрический импульс, который стимулирует мозг. Существуют доказательства, что одиночный квант света может вызвать раздражение палочки сетчатки. Однако поглощение одного кванта еще не создает эффекта зрения. Для этого требуется попадание нескольких квантов (согласно разумной оценке, от двух до шести квантов) в одну и ту же палочку в течение относительно короткого временного промежутка. Но даже в этом случае процесс весьма эффективен, а энергия конечной реакции существенно превосходит энергию, поглощенную зрительным пигментом. Поглощение света инициирует цепь реакций, черпающих энергию из метаболизма. Тем самым зрительное возбуждение является результатом усиления светового сигнала, попадающего в сетчатку. Фоторецептор служит биологическим эквивалентом фотоумножителя, который преобразует кванты света в электрический сигнал с большим усилением и низким шумом (см. гл. 7). И фоторецептор, и фотоумножитель достигают большого коэффициента усиления с помощью каскада стадий усиления. Зрительные пигменты представляют собой интегральные мембранные белки, которые находятся в плазме и мембранах дисков внешнего сегмента фоторецептора. Фотоизомеризация ретиналя вызывает серию конформационных изменений в связанном с ним белке и тем самым образует или раскрывает ферментативный активный центр. Следует каскад ферментативных реакций, которые в конце концов дают нервный импульс. Электрический ответ начинается с кратковременной гиперполяризации, вызванной закрытием нескольких сотен натриевых каналов в плазматической мембране. Таким способом молекулы-посредники (мессенджеры) передают информацию от диска рецептора к мембране плазмы. Вероятным кандидатом на роль мессенджера является богатый энергией циклический фосфат цГМФ (гуанозин-3, 5 -цикломонофосфат), возможно, в сочетании с ионами Са +. Было показано, что катионная проводимость плазматических мембран палочек и колбочек прямо контролируется цГМФ. Таким образом светоиндуцированные структурные изменения диска активируют механизм преобразования, который сам генерирует потенциал, распространяющийся по плазматической мембране. В настоящее время детали механизмов преобразования и усиления продолжают исследоваться. Была предложена схема, основной упор в которой делается на центральную роль фосфодиэстеразы в процессе контроля за кон- [c.241]

Как уже отмечено в Предисловии, основной целью данного издания является рассмотрение важнейших аспектов повышения эффективности использования топлива в энерготехнологиях. При этом также важно отметить, что топливо, энергетика и транспорт, а также энергосберегающие технологии являются, в соответствии с Основами политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу , приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники Российской Федерации. В число перечня критических технологий Российской Федерации входят также технологии, тесно связанные с рациональным использованием топлива добыча и переработка угля, производство электроэнергии и тепла на органическом топливе, энергосбережение, технологические совмещаемые модули для металлургических мини-производств, природоохранные технологии, технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов, поиск, добыча, переработка и трубопроводный транспорт нефти и газа, прогнозирование биологических и минеральных ресурсов, нетрадиционные возобновляемые экологически чистые источники энергии и новые методы ее преобразования и аю мупирования и др. В связи с тем, что, как правило, использование топлива связано с применением высоких температур для обработки материалов, то при этом рассматриваются высокотемпературные технологические процессы. Основной упор в данном издании сделан на анализ эффективного использования топлива в металлургических процессах и энергетических установках, но, как уже отмечалось, многие материалы и принципиальные положения могут с успехом использоваться и в любых других технологических процессах. Это наше утверждение основывается на двух положениях. Во-первых, ряд глав достаточно общего характера напрямую может использоваться при решении проблем топливного энергосбережения при решении проблем в любой отрасли или технологии. Как уже отмечалось, к этому списку относятся главы достаточно универсального характера топливно-энергетические ресурсы, топливо и его характеристики, методики теплотехнических расчетов при использовании топлив, стратегия развития энергообеспечения и потенциал энергосбережения, интегрированный энергетический анализ, полная энергоемшсть, методы матемагичес1юго моделирования процессов тепломассообмена (общие подходы), основы теории факельных процессов, общие требования к горелочным устройствам и примеры расчетов, принципы регенерации теплоты и использования ВЭР, стандартизация и сертификация при использовании топлив, энергоаудит и методы оценки работ по энергосбережению, учет энергоресурсов, системы и приборы, использование топлива и экологические проблемы. [c.21]

В биологический цикл биохимической карбонизации включается, по-видимому, весь комплекс основных полимерных веществ растительных остатков. После захоронения торфяника развитие органического вещества, подчиняясь требованиям термодинамики, идет по пути дальнейшего уменьшения запаса свободной энергии. Ничтожно малая скорость определяет термодинамически равновесный характер его структурно-химических преобразований, в чем и состоит главное отличие природного процесса углефикации от искусственной карбонизации. Ранее [1, 2] нами с достаточной подробностью были освещены вопросы термодинамики и кинетики природного процесса углефикации. [c.242]

Благодаря присутствию во внешней среде СОг оказался возможным фотосинтез. Бактериальный фотосинтез, а затем и фотосинтез зеленых растений развивались примерно 3—2 10 лет назад. Фотосинтез состоит в поглощении света и преобразовании его энергии в химическую энергию биологических молекул. Для этого потребовались поглощающие свет соединения, в частности, содержащие порфириновые циклы — хлорофилл и цитохромы. В результате поглощения квантов света в хлорофилле электроны системы переходят на более высокие уровни энергии. Далее работает цепь переноса электронов, главными участниками которой являются окислительно-восстановительные ферменты — цитохромы. Запасенная первоначально в хлорофилле энергия выделяется в биологически полезной форме — в АТФ и НАДФ. Происходит фотофосфорилирование. [c.53]

В настоящее время синтетические полимеры практически не используются в процессах и устройствах преобразования энергии. Солнечная энергия почти целиком перерабатывается биологическими системами. [c.145]

При взаимодействии быстрого электрона с мишенью электронного ускорителя может генерироваться рентгеновское излучение. Мощность поглощенной дозы излучения современного электронного ускорителя со средним током I мА и энергией ускоренных электронов 30— 40 МэВ составляет 10 рад/с на расстоянии около 1 м от вольфрамовой мишени. Длительное время применение рентгеновских установок для промышленного облучения считалось нерентабельным, что было обусловлено низкими значениями к. п. д. трубки. Так, к. п. д. мощной рентгеновской установки с трубкой на ускоряющее напряжение 120 кВ и ток 0,5 А равен 0,1% [448]. К- п. д. преобразования энергии электронов в тормозное излучение тем больше, чем выше напряжение, ускоряющее электроны. При напряжении 20 МэВ и использовании золотой мишени к. п. д. достигает 45%- Однако жесткое рентгеновское излучение также не находит практического применения для промышленного облучения в связи с наводимой в облучаемых объектах радиоактивностью, невозможностью полного использования энергии и необходимостью мощной биологической защиты от излучения [448—449]. [c.166]

Обмен веществ представляет собой сложный ансамбль многочисленных, тесно связанных друг с другом биохимических процессов, соединяющий в единую систему представителей всех классов биологически активных природных соединений. Ведущая роль в этих превращениях принадлежит белкам. Благодаря каталитической функции белков-ферментов осуществляются процессы распада и биосинтеза. С помощью нуклеиновых кислот создается видовая специфичность при биосинтезе важнейших биополимеров. В результате обмена углеводов и липидов постоянно возобновляются запасы АТФ — универсального донора энергии для химических преобразований. Эти же соединения являются источником простейших органических молекул, из которых строятся биополимеры и другие вещества. [c.391]

Биомасса в виде угля, нефти, древесины, торфа и сухого навоза является традиционным топливом. Запасы некоторых из этих источников постепенно истощаются, и они становятся все дороже. В связи с этим разрабатываются новые методы использования живых организмов и биологических процессов в качестве источника топлива. Искусственный фотосинтез, который станет возможным еще не скоро, позволит получать водород из воды и использовать его как топливо. Другой перспективный подход направлен на преобразование энергии, запасенной в биомассе, в другие формы, которые можно использовать как топливо. В число искомых материалов. [c.82]

Молекулярный уровень организации организма представлен многочисленными химическими соединениями, специфическими для отдельных клеток и тканей. Эти соединения имеют разный химический состав, сложную структуру и свойства, а также выполняют конкретную биологическую роль в функционировании организма в целом. Только молекулы живого вещества способны к самовоспроизведению, преобразованию энергии, могут осуществлять процесс движения и многие другие функции в организме. [c.8]

В 60—70-е годы достигнуты большие успехи в изучении биоэнергетики. А. Ленинджер установил, что процессы биологического окисления протекают в митохондриях — "атомных станциях клетки". П. Митчелл сформулировал хемиосмотическую теорию образования АТФ, С.Е. Северин и В.П. Скулачев определили роль транспорта электронов в преобразовании энергии (1976). [c.14]

Путь моделирования, путь анализа имеет несомненно важное значение и в решении задач, стоящих перед собственно физиологией растений. Исследуя сложные биологические явления, физиолог также должен стремиться к отысканию моделей, детальное изучение которых позволит открыть новые, неизвестные еще пока законы, управляющие процессами поглощения и передвижения минеральных веществ и воды, преобразования солнечной энергии, роста, движений и многих, многих других функций организма. [c.13]

Образующиеся в процессе фотосинтеза органические вещества и заключенная в них химическая энергия служат основным источником материи и энергии для жизни всего органического мира нашей планеты. Необходимо, однако, учитывать, что создаваемые зеленым растением ассимиляты принадлежат в основной своей массе к веществам запасным, неспецифическим. Их использование другими формами организмов и синтез на этой основе специфических для того или иного вида соединений возможны лишь после сложной и длинной цепи предварительных преобразований. То же относится и к содержащейся в продуктах фотосинтеза энергии. Будучи заключена в химических связях органической молекулы эта энергия не может быть непосредственно использована клеткой для осуществления того или иного вида биологического действия, той или иной биологической работы . Для того чтобы потенциальная энергия органического вещества превратилась в движущую силу процессов жизнедеятельности организма, ей должна быть придана более активная, мобильная форма. Из предыдущих глав книги мы знаем, что в биологических системах это достигается через преодоление активационного барьера, в результате чего становится осуществимо получение нагруженного энергией электрона и последующее аккумулирование энергии последнего в форме специфических макроэргических соединений (АТФ и др). Вся сложная цепь взаимосвязанных процессов мобилизации продуктов фотосинтеза посредством их активирования в химическом и энергетическом отношениях осуществляется организмами в акте дыхания. Эти процессы протека- [c.208]

Структурная и молекуля1рная организация биологических мембран. Эта проблема — одна из актуальнейших в современной биологии. Ее решение позволит не только адекватно представить структурную и функциональную организацию клетки, но и активно воздействовать на нее. Мембраны образуют большие площади и играют универсальную регуляторную роль. Функции биологических мембран многообразны активный транспорт веществ, общая н избирательная диффузия небольших молекул и рюнов, регулирование транспорта ионов и продуктов метаболизма внутри клеток, преобразование световой энергии в химическую энергию АТФ и энергии биологического окисления в химическую энергию макроэргических фосфорных связей. Мембраны поддерживают неравномерное распределение ионов (например, калия, натрия, хлора) между протопластом и окружающей средой и обусловливают появление разности биоэлектрических потенциалов. [c.65]

Сегодня оживленно обсуждается проблема зеленой энергетики . Уровень наших знаний и техники позволяет по-иовому подойти к растениям как источнику энергии при этом важно, что в отличие от ископаемых видов топлива системы биологического преобразования энергии представляют собой восстанавливающийся источник. Последнее обстоятельство, по мнению многих ученых, дает возможность [c.14]

В мембранах липиды образуют биологические барьеры и оболочки, тогда как специфические функции мембран, такие, как, например, транспорт, передача сигнала и преобразование энергии, выполняются белками [19, 695—697]. Информация об аминокислотных последовательностях во внутримембранных частях белков крайне ограниченна известно, что в них имеются довольно протяженные участки неполярных остатков [698]. Наиболее подробная информация о третичной структуре получена для мембранного белка из Яй-loba terium lialobium [699, 700]. Субъединица этого белка состоит в основном из семи параллельных или антипараллельных а-спиралей, вытянутых от одной поверхности мембраны до другой. Другая хорошо исследованная система обсуждается ниже. [c.267]

Четвертый, не менее существенный аргумент состоит в том, что сколько-нибудь сложная машина может работать непрерывно лишь путем периодического преобразования энергии в работу. Периодичность свойственна любым движущимся устройствам — одним из величайших изобретений Homo sapiens было колесо (см., впрочем, с. 413). Очевидно, что сложная живая система, обладающая автономным существованием, эволюционно достигает уровня периодически работающей машины — мы имеем в виду системы дыхания и кровообращения. Движения животного — бег гепарда, прыжки кенгуру, полет птицы, плавание рыбы, скольжение змеи, движение ресничек инфузории — представляют собой периодические, зачастую автоволновые процессы превращения химической энергии в механическую работу (гл. 12). Теоретическое и экспериментальное исследование химических и биологических периодических явлений имеет поэтому весьма важное вначение для биофизики, биохимии, физиологии, для биологии в целом. [c.515]

Выше мы показали, что характерная для полимеров способность к сильным обратимым деформациям позволяет, в принципе, использовать длиноцепные молекулы для преобразования тепловой или химической энергии в механическую работу. Естественно предположить, что деформация полимерных тел всегда связана с конформационными изменениями отдельных молекул. Нет никаких априорных причин и для исключения биологических процессов, сопряженных с макроскопическими изменениями размеров, из этой общей категории, хотя в отдельных специальных случаях механизмы деформации могут быть иной природы. С другой стороны, было бы удивительно, если бы природа не использовала конформационную изменчивость макромолекул [51]. [c.207]

Поскольку у всех видов живых организмов макромолекулы образуются одним и тем же способом всего лищь из нескольких десятков молекул, играющих роль строительных блоков, было высказано предположение, что все живые организмы произошли от одной первичной линии клеток. Согласно этому предположению, первые возникшие на Земле и выжившие клетки бьши построены всего из нескольких десятков различных органических молекул, причем каждая из них в отдельности и все они вместе взятые оказались наделенными химическими и физическими свойствами в таком благоприятном сочетании, что это позволило им функционировать в качестве строительных блоков макромолекул и осуществлять столь важные для живых клеток процессы, как преобразование энергии и самовоспроизведение. Такой набор первичных биомолекул, вероятно, сохранялся в ходе биологической эволюции в течение миллиардов лет вследствие его уникальной пригодности для реализации процессов жизнедеятельности. [c.72]

Энергия активации является таким показателем, который можно использовать для анализа биохимических процессов и решения биологических проблем. А. В. Благовещенский совместно со своими сотрудниками установил, что величина р. может являться надежным показателем качества ферментов, и тем самым создал возможность практического использования энергии активации для биохимических исследований. Для этой цели ферментативный процесс определяется при двух температурах и, исходя из полученных скоростей или их констант, вычисляется энергия активации. В основе расчетов лежит фqpмyлa Аррениуса, которая приводилась уже выше. Произведя соответствующие математические преобразования, можно получить пригодное для вычисления выражение для [c.98]

Появлеине фотосинтеза стало возможным лишь после ряда важных изменений в биохимических механизмах живых систем и накопления достаточных количеств СО2 в окружающей среде. Способность улавливать энергию солнечных лучей и преобразовывать ее в биологически полезную форму не могла развиться раньше, чем появились пигментные соединения типа хлорофиллов и цитохромов. Хлорофиллы поглощают солнечное излучение, и в результате электроны переходят на более высокий энергетический уровень. Затем эти электроны перетекают по цито-хромам в электронпереносящей цепи, и в этом процессе энергия каждого электрона последовательно уменьшается небольшими скачками, причем значительная часть высвобождающейся энергии улавливается в биологически полезной форме (АТФ и НАДФ-Н). Эта последовательность событий — поглощение энергии солнечного света пигментными веществами, а затем преобразование ее в форму, доступную для использования в процессах метаболизма, — представляет собой первый фотосинтетиче-ский механизм, возникший в ходе эволюции, и называется фотофосфорилированием. [c.39]

К таким выводам приходишь, прочитав книгу Функциональные полимеры , изданную в 1980 г. в Японии издательством Иванами . Книга состоит из шести глав, написанных известными японскими учеными под общей редакцией Норио Исэ и Ивао Табуси. В сравнительно небольшой по объему книге авторам удалось в сжатой форме изложить данные по методам введения в полимеры различных функциональных групп (в том числе весьма сложных фрагментов биологических структур), исследованию их каталитической активности в различных химических превращениях, процессах переноса, накопления и преобразования энергии, передачи информации. [c.6]

Можно считать, ЧТО время применения синтетических полимеров в этой области еще не наступило. Биологические системы в качестве преобразователей энергии обладают рядом достоинств и недостатков. В частности, такие системы являются автономными самовосстанавливаю-щимися и т. п. Обычно преобразование энергии осуществляется непрерывно и регулируется условиями внешней среды. Последнее условие в значительной степени снижает эффективность природных преобразователей энергии (например, в фотосинтезе). [c.146]

Как следует из этой таблицы, животные чувствительны к разным формам энергии, однако все они должны быть преобразованы в электрическую. Структуры, преобразующие энергию сигнала в электрическую (нервный импульс), распространяющуюся по аксонам, называются биологическими трансдукторами, а сам процесс преобразования — трансдукцией. [c.316]