Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Внутриклеточный поток энергии

Поток энергии у представителей разных групп организмов обес­печивается механизмами энергообеспечения— брожением, фото-или хемосинтезом, дыханием.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадле­жит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низ­кокалорийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного «топлива» в виде аденотнтрифосфата (АТФ). Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения (напри­мер, креатинфосфат), в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы —химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, регуляторную. Макроэргическими называют соедине­ние, в химических связях которого запасена энергия в форме, доступной для использования в биологических процессах. Универ­сальным соединением такого рода и служит АТФ, Основное коли­чество энергии заключено в связи, присоединяющей третий остаток фосфорной кислоты.

Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окис­лительного фосфорилирования а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэробный гликолиз. Из двух механизмов, обеспечива­ющих жизнедеятельность клетки энергией, анаэробный гликолиз менее эффективен. В связи с неполным (в отсутствие кислорода) окислением, прежде всего глюкозы, в процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергии. Недоокисленные про­дукты гликолиза (пируват) поступают в митохондрии, где в условиях полного окисления, сопряженного с фосфорилированием АДФ до АТФ, отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию.

Из преобразователей энергии химических связей АТФ в работу наиболее изучена механохимическая система поперечно-полосатой мышцы. Она состоит из сократительных белков (актомиозиновый комплекс) и фермента аденозинтрифосфатазы, расщепляющего АТФ с высвобождением энергии.

Особенность потока энергии растительной клетки состоит в наличии фотосинтеза — механизма преобразования энергии сол­нечного света в энергию химических связей органических веществ.

Механизмы энергообеспечения клетки отличаются эффектив­ностью. Коэффициенты полезного действия хлоропласта и мито­хондрии, достигая соответственно 25 и 45—60%, существенно пре­восходят аналогичный показатель паровой машины (8%) или дви­гателя внутреннего сгорания (17%).

Клетка как целостная структура.

Коллоидная система протоплазмы

Выше мы познакомились с различными по строению и функ­циям клеточными структурами. Однако, взаимодействуя с окружа­ющей средой и отвечая на регуляторные стимулы, клетка ведет себя как целостная структура. Об этом свидетельствует однотипность реакции разных видов клеток на действие раздражителей, вызыва­ющих переход клетки в возбужденное состояние¹.

Важная роль в функциональном объединении структурных ком­понентов и компартментов клетки принадлежит свойствам живой протоплазме. В целом ее принято рассматривать как особую мно­гофазную коллоидную систему, или биоколлоид. От банальных коллоидных систем биоколлоид отличается сложностью дисперсной фазы. Основу ее составляют макромолекулы, которые присутствуют либо в составе плотных микроскопически видимых структур (органелл), либо в диспергированном состоянии, близком к растворам или рыхлым сетеобразным структурам типа гелей.

Будучи коллоидным раствором в физико-химическом смысле; биоколлоид благодаря наличию липидов и крупных частиц прояв­ляет одновременно свойства соответственно эмульсии и суспензии. На обширных поверхностях макромолекул оседают разнообразные «примеси», что ведет к изменению агрегатного состояния протоп-лазмы.._;

Между крайними полюсами организации протоплазмы в виде вязких гелей и растворов имеются переходные состояния. При указанных переходах совершается работа, в результате которой осуществляются различные внутриклеточные превращения — об­разование мембран, сборка микротрубочек или микрофиламентов из субъединиц, выброс из клетки секрета, изменение геометрии белковых молекул, приводящее к торможению или усилению фер­ментативной активности. Особенностью биоколлоида является так­же и то, что в физиологических условиях переходы протоплазмы из одного агрегатного состояния в другое (в силу наличия особого ферментативного механизма) обратимы.

Названное свойство биоколлоида обеспечивает клетке способ­ность при наличии энергии многократно совершать работу в ответ на действие стимулов.