Обмен энергии

Обмену веществ сопутствует обмен энергии. Каждое органическое соединение живой материи обладает определенным запасом энергии, которая заключена в химических связях между атомами. При разрыве химической связи происходит изменение уровня свободной энергии соединения. Если изменение уровня свободной энергии соединения при разрыве химической связи составляет более 25 кДж/моль, такая связь называется макроэргической. Не следует путать свободную энергию соединения с энергией связи, под которой понимается энергия, необходимая для разрыва связи между двумя атомами в любой молекуле. Соединения, содержащие макроэргические связи, называются макроэргическими.

В таблице 6 приведены данные по изменению уровня свободной энергии некоторых соединений при гидролизе их фосфатных связей.

Таблица 6

Стандартная свободная энергия гидролиза (ΔG°) некоторых органических соединений

Соединение - ΔG°, кДж/моль
Фосфоенолпировиноградная кислота 61,7
Карбамоилфосфат 51,5
1,3 - Дифосфоглицериновая кислота 49,1
Креатинфосфат 40,1
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) 32,5
Аденозиндифосфорная кислота (АДФ) 28,3
Глюкозо - 1 - фосфат 20,8
Фруктозо - 6 - фосфат 15,8
Глюкозо - 6 - фосфат 13,8

68

Структурные формулы большинства указанных в таблице 6 соединений будут представлены ниже при изучении соответствующих обменов веществ. В данном разделе приведем структурные формулы двух соединений, которые играют важную роль в энергообеспечении мышечной работы - АТФ и креатинфосфата:

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)
Креатинфосфат (Кф)
Креатинфосфат (Кф)

Ключевым веществом в энергетическом обмене является АТФ, так как, с одной стороны, она возникает из других макроэргических соединений в ходе некоторых реакций, а с другой, существует много процессов, в ходе которых синтезируются макроэргические соединения при участии АТФ. АТФ является главным используемым непосредственно донором свободной энергии. В клетках организма АТФ расходуется после ее образования в течение 1 мин. Оборот АТФ очень высок. Например, человек в покое расходует около 40 кг АТФ за 24 ч, а в период интенсивной работы скорость использования АТФ достигает 0,5 кг за 1 минуту.

Однако АТФ - главное макроэргическое вещество организма - не является соединением, наиболее "богатым" энергией, а находится в середине энергетической шкалы.

Освобождение энергии фосфатной связи АТФ возможно двумя путями. Первый путь - это отщепление концевого фосфата, в результате образуется АДФ и фосфорная кислота:

АТФ → АДФ + Н3РО4

Другой путь освобождения энергии фосфатной связи АТФ - пирофосфатное расщепление:

АТФ → АМФ + Н4Р2О7

Пирофосфатное расщепление в биологических процессах встречается реже. Примером может служить образование аминоациладенилатов и ацил-КоА. Схемы этих процессов будут представлены в соответствующих разделах.

69

Подводя итог, можно сказать, что основными функциями метаболизма являются:

  • Распад структурных компонентов клетки;
  • Аккумуляция энергии, извлекаемой при распаде химических веществ;
  • Использование энергии для синтеза необходимых молекулярных компонентов и совершения работы.

Молодой растущий организм характеризуется преобладанием анаболических процессов над катаболическими. Это и понятно. Анаболические процессы обеспечивают рост организма, увеличение объема тканей и органов. Различия в средней скрости синтеза и распада веществ наиболее выражены сразу после рождения. К 17 - 19 годам в организме устанавливается динамическое равновесие между этими двумя фазами метаболизма. С этого возраста рост организма практически прекращается. К пожилому возрасту начинают преобладать катаболические процессы, что приводит к уменьшению содержания в организме ряда важнейших для жизнедеятельности веществ. Следствием этого является снижение силы мышц и функциональных возможностей внутренних органов.

Окружающая среда воздействует на организм порой разрушающе. В организме есть механизмы, способные поддерживать его в нормальном состоянии. Поддержание постоянного внутреннего состояния организма называется гомеостазом и является следствием метаболизма.

70

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.