Енергетичний баланс організму. Макроергічні сполуки

Обмін речовин в організмі тісно пов'язаний з обміном енергії. Постійне надходження та використання енергії є необхідною умовою існування живих організмів як відкритих систем. За рахунок надходження енергії забезпечується підтримання стабільного, впорядкованого стану живої системи, що запобігає дезорганізації, хаосу та її загибелі. Енергія необхідна організму для забезпечення таких процесів: виконання різної роботи (механічної, осмотичної, фізичної); руху, скорочення та розслаблення м’язів; синтезу та розщеплення різних сполук; транспорту речовин та іонів; гомеостазу; виконання специфічних функцій, що забезпечують процеси життядіяльності.

У процесі еволюції в живих організмах сформувались механізми, які забезпечують сприймання або вилучення енергії, генерацію, акумулювання її та використання організмом. Різні форми енергії, що існують у живих системах – хімічна, електрична, світлова, теплова, можуть взаємоперетворюватись одна в одну.

Залежно від способу вилучення енергії всі живі організми поділяють на фото- і хемотрофи. Фототрофи у вигляді джерела енергії використовують енергію квантів світла. До фототрофів належать зелені організми, водорості, деякі бактерії. Дані організми синтезують складні органічні сполуки з неорганічних (СО2 і Н2О) за рахунок енергії сонячного випромінювання, тобто вони здатні до сприймання і перетворення енергії електромагнітних коливань потоку сонячного випромінювання на енергію хімічних зв’язків органічних сполук. За типом живлення дані організми належать до аутотрофних. Хемотрофні організми у вигляді джерела енергії використовують енергію окиснення органічних сполук чи неорганічних сполук. У першому випадку їх відносять до органотрофів, а в другому – до літотрофів. За типом живлення хемотрофні організми є гетеротрофами.

Гетеротрофи не можутьсинтезувати складні органічні сполуки з неорганічних і використовувати їх в готовому вигляді. До гетеротрофів належать організми людини, тварини та деякі мікроорганізми.

Під час перетворення зв’язків рівень загальної потенціальної енергії змінюється. При цьому енергія, що міститься в хімічних зв’язках, розсіюється у вигляді теплоти частково, тобто вивільнення енергії проходить не одномоментно, а поступово і частина її використовується для виконання роботи. В зв’язку з цим у клітині різних температурних змін не спостерігається. Зміна ентальпії (∆Н) при розриві хімічних зв’язків має такий вираз:

∆H=∆F+ρ∆V,

де ∆F- зміна загальної енергії системи; ρ- тиск; ∆V- зміна об’єму.

Оскільки в біологічних системах зміною об’єму можна знехтувати, то ∆H≈∆F.

Зміну вільної енергії системи можна визначити як ту частину зміни загальної енергії, яка може бути використана для виконання роботи системою, що прагне до рівноваги за нормальних умов. Так, зміна вільної енергії в ході реакції А→В дорівнює

∆G◦=∆H-Т∆S,

звідси ∆H=∆G◦+ Т∆S, де ∆G◦- зміна стандартної вільної енергії системи; ∆H- зміна загальної енергії системи; Т- абсолютна температура; ∆S- зміна енергїї.

Ентропія – це частина загальної системи, яка не використовується для виконання роботи і розсіюється у вигляді теплоти. При будь-якому перетворенні енергії значення енропії збільшується.

В організмі існує тісний взаємозв’язок між процесами звільнення та використання енергії. Основна маса енергії, акумульованої в хімічних зв’язках органічних сполук, виділяється при катаболізмі на другому і третьому етапах (анаеробне та аеробне окиснення). Однак виділена енергія не використовується безпосередньо для потреб організму, а попередньо перетворюється на доступну форму. Такою універсальною сполукою є АТФ, яка може бути в ролі донора, акцептора та трансформатора енергії. Однак енергія окиснення органічних сполук на АТФ не передається, оскільки в клітині безпосередня передача енергії від низько- до високоенергетичних сполук не відбувається. Цей процес здійснюється за участю посередників- макроергічних сполук, які утворюються під час окиснення субстратів,і нагромаджують енергію окиснення в макроергічних зв’язках.

Макроергічні зв’язки -це зв’яки, при перетворенні яких рівень зміни вільної енергії становлять понад 20 кДЖ/моль. Макроергічні зв’язки позначають знаком тільда~. Якщо при перетворенні зв’язків рівень зміни вільної енергії становить 12-20 кДЖ/моль,такі сполуки є нормальними в енергетичному відношенні.

Макроергічні сполуки, як правило, містять фосфорну групу в α- положенні, яка при розриві макроергічного зв’язку може переноситись на інші сполуки у вигляді – активного фосфорилу:

Дата добавления: 2014-01-04