Глава 5.3. Биоэнергетика на уровне организма.
Энергообеспечение любого организма происходит в конечном итоге за счет высвобождения энергии химических связей органических веществ. Поскольку процессы расщепления органических веществ происходят в любом организме постоянно, тогда как уровень энергозатрат значительно колеблется, а также из-за того, что для запуска процесса расщепления органического вещества также требуется энергия, каждая клетка должна иметь определенный энергетический запас, который может быть использован в любой необходимый момент. Таким аккумулятором энергии в живых клетках являются молекулы АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Особенностью этой молекулы является то, что она очень легко отдает энергию химической связи с остатком фосфорной кислоты, и эта энергия может быть использована для обеспечения любых химических процессов в клетке.
В процессе энергетического обмена любой клетки выделяют один или два этапа:
1.Бескислородный - общий для всех живых клеток. На этом этапе за счет энергии двух молекул АТФ идет расщепление одной простых шестиуглеродной(6С) органической молекул (типа глюкозы) на две трехуглеродные(3С) молекулы. В результате этого расщепления выделяется энергия, позволяющая синтезировать 4 молекулы АТФ. Этот этап остается единственным для всех анаэробных организмов.
2. Кислородный - Аэробные организмы, поглощая в процессе дыхания кислород, обеспечивают себя значительно большими энергоресурсами. Образовавшиеся в результате бескислородного этапа трехуглеродные молекулы(3С) включаются в цикл ферментативных реакций расщепления до образования углекислого газа и водорода. В результате освобождается энергия, достаточная для синтеза шести молекул АТФ.
Взаимодействие образовавшегося водорода с поглощенным кислородом воздуха идет в клетках постепенно, благодаря системе переноса электронов с мембраны на мембрану. В результате высвобождающаяся энергия постепенно аккумулируется в виде 30 молекул АТФ. Таким образом, эта реакция обеспечивает восемнадцатикратное увеличение выхода энергии на одну органическую молекулу.
1) б/O2: 6С - 2АТФ
3С
3С + E
+4АТФ
2) с участием O2: CO2 + H CO2 + H + E 6АТФ
H + O2 H2O + E 30АТФ
Глава 5.4. Природа устойчивости живых систем.40
Равновесие в живой природе является динамическим, а именно живые системы постоянно выполняют работу против равновесия, соответствующего требованиям законов физики и химии. Иными словами, живые системы постоянно нуждаются в энергии и веществе для поддержания физической неустойчивости. То есть с точки зрения законов термодинамики живые системы – это открытые системы, равновесие которых определяется минимальным изменением энтропии (стр. 19). Более того, эта физическая неустойчивость и низкая энтропия могут не только поддерживаться, но и усиливаться.
Пример: Развитие оплодотворенной яйцеклетки приводит к образованию сложной дифференцированной структуры многоклеточного организма, т.е. еще более неустойчивой упорядоченной системы. При этом в организме создается депо энергетических запасов, превышающих текущие энергозатраты организма на данной стадии развития но обеспечивающие энергией развитие следующей более сложной стадии К моменту достижения физической зрелости и прекращения дальнейшего развития накопленное энергетическое депо значительно превышает текущие затраты энергии, что обеспечивает эффективную реакцию организма даже на экстремальные изменения внешних условий. Однако, так как полное расходование накопленного в расчете на дальнейшее развитие энергоресурса невозможно, действующий в живых клетках принцип Ле-Шателье (стр. 29) приводит к уменьшению накопления новых энергоресурсов. В результате, эффективность реакций организма на изменение внешних условий снижается. В итоге организм снижает жизненную активность. Из-за этого, объем энергетического депо не только перестает увеличиваться, но и продолжает уменьшаться, еще больше снижая эффективность реакций. Организм стареет и движется к равновесному состоянию в физическом смысле, т.е. смерти.