जेव्हा तुम्ही मानवजातीच्या मूलभूत कार्यांशी परिचित होतात, तेव्हा तुम्हाला असे वाटते की विज्ञानाच्या विकासासह, उत्तरांपेक्षा अधिक प्रश्न आहेत. 1980 आणि 1990 च्या दशकात, आण्विक जीवशास्त्र आणि अनुवांशिकतेने पेशी आणि सेल्युलर परस्परसंवादांबद्दलची आमची समज वाढवली. इंटरसेल्युलर परस्परसंवादाचे नियमन करणार्‍या सेल्युलर घटकांचा संपूर्ण वर्ग वेगळा केला गेला आहे. बहुपेशीय मानवी शरीराचे कार्य आणि विशेषतः रोगप्रतिकारक प्रणालीच्या पेशींचे कार्य समजून घेण्यासाठी हे महत्त्वाचे आहे. परंतु दरवर्षी जीवशास्त्रज्ञांना यातील अधिकाधिक इंटरसेल्युलर घटक सापडतात आणि संपूर्ण जीवाचे चित्र पुन्हा तयार करणे अधिकाधिक कठीण होत जाते. त्यामुळे उत्तरांपेक्षा जास्त प्रश्न आहेत.

मानवी शरीराची अक्षम्यता आणि त्याच्या अभ्यासाच्या मर्यादित शक्यतांमुळे असा निष्कर्ष निघतो की तात्काळ आणि त्यानंतरच्या संशोधनाची प्राधान्ये आवश्यक आहेत. अशी प्राथमिकता आज जिवंत मानवी शरीराच्या पेशींची ऊर्जा आहे. शरीरातील ऊर्जेचे उत्पादन आणि पेशींची ऊर्जा देवाणघेवाण याबाबतची अपुरी माहिती गंभीर वैज्ञानिक संशोधनात अडथळा ठरते.

पेशी ही शरीराची मूलभूत संरचनात्मक एकक आहे: सर्व अवयव आणि ऊतक पेशींनी बनलेले असतात. सेल एनर्जी आणि इंटरसेल्युलर एनर्जी परस्परसंवादाबद्दल पुरेशी माहिती नसल्यास औषधे किंवा नॉन-औषध पद्धती विकसित केल्या गेल्या असतील तर त्यांच्या यशावर विश्वास ठेवणे कठीण आहे. पुरेशी उदाहरणे दिली जाऊ शकतात जिथे मोठ्या प्रमाणावर वापरलेले आणि शिफारस केलेले उपाय आरोग्यासाठी हानिकारक आहेत.

आरोग्य सेवेमध्ये ठोस दृष्टीकोन प्रबळ आहे. पदार्थ म्हणजे पदार्थ. बरे करण्याचे तर्क अत्यंत सोपे आहे: शरीराला आवश्यक पदार्थ (पाणी, अन्न, जीवनसत्त्वे, ट्रेस घटक आणि आवश्यक असल्यास औषधे) प्रदान करा आणि शरीरातून चयापचय उत्पादने काढून टाका (मूत्र, अतिरिक्त चरबी, क्षार, विष इ. .). औषधांचा विस्तार विजय मिळवत आहे. अनेक देशांतील लोकांच्या नवीन पिढ्या मोठ्या प्रमाणावर प्रयोगात स्वेच्छेने सहभागी होत आहेत. औषध उद्योग नवीन रुग्णांची मागणी करतो. तथापि, तेथे कमी आणि कमी निरोगी लोक आहेत.

लोकप्रिय औषध मार्गदर्शकाच्या निर्मात्याला एकदा विचारले गेले की त्याला वैयक्तिकरित्या किती औषधे वापरायची आहेत. काहीही नाही, उत्तर होते. वरवर पाहता, या हुशार माणसाला सेल बायोकेमिस्ट्रीचे उत्कृष्ट ज्ञान होते आणि ते या ज्ञानाचा जीवनात चांगला उपयोग करण्यास सक्षम होते.

सजीव पदार्थाच्या सूक्ष्म कणाची कल्पना करा, लंबवर्तुळाकार, डिस्क, बॉलच्या रूपात, अंदाजे 8-15 मायक्रॉन (µm) व्यासाचा, जो त्याच वेळी सर्वात जटिल स्व-नियमन प्रणाली आहे. सामान्य जिवंत पेशीला विभेदित असे म्हणतात, जसे की त्याची रचना करणारे अनेक घटक एकमेकांच्या सापेक्षपणे स्पष्टपणे विभक्त आहेत यावर जोर देतात. "अविभेदित सेल" ची संकल्पना, एक नियम म्हणून, सुधारित, उदाहरणार्थ, कर्करोगाच्या पेशीशी संबंधित आहे. विभेदित पेशी केवळ रचना, अंतर्गत चयापचय, परंतु विशेषीकरणात देखील भिन्न असतात, उदाहरणार्थ, मूत्रपिंड, यकृत आणि हृदयाच्या पेशी.

सर्वसाधारणपणे, सेलमध्ये तीन घटक असतात: सेल झिल्ली, सायटोप्लाझम, न्यूक्लियस. सेल झिल्लीची रचना, एक नियम म्हणून, तीन-, चार-स्तर पडदा आणि बाह्य शेल समाविष्ट करते. झिल्लीचे दोन स्तर लिपिड्स (चरबी) चे बनलेले असतात, ज्यातील मोठ्या प्रमाणात असंतृप्त चरबी असतात - फॉस्फोलिपिड्स. सेल झिल्लीमध्ये एक अतिशय जटिल रचना आणि विविध कार्ये आहेत. झिल्लीच्या दोन्ही बाजूंवरील संभाव्य फरक अनेक शंभर मिलिव्होल्ट असू शकतो. झिल्लीच्या बाह्य पृष्ठभागावर नकारात्मक विद्युत शुल्क असते.

सामान्यतः, सेलमध्ये एक केंद्रक असतो. जरी दोन किंवा अधिक केंद्रके असलेल्या पेशी आहेत. न्यूक्लियसचे कार्य आनुवंशिक माहिती संग्रहित करणे आणि प्रसारित करणे आहे, उदाहरणार्थ, सेल विभाजनादरम्यान, तसेच सेलमधील सर्व शारीरिक प्रक्रिया नियंत्रित करणे. न्यूक्लियसमध्ये डीएनए रेणू असतात जे सेलचा अनुवांशिक कोड धारण करतात. न्यूक्लियस दोन-स्तरांच्या पडद्यामध्ये बंद आहे.

सायटोप्लाझम सेलचा मोठा भाग बनवतो आणि त्यात स्थित ऑर्गेनेल्स आणि समावेशांसह एक सेल द्रव आहे. ऑर्गेनेल्स हे साइटोप्लाझमचे कायमचे घटक आहेत जे विशिष्ट महत्त्वपूर्ण कार्ये करतात. यापैकी, आपल्याला मायटोकॉन्ड्रियामध्ये सर्वात जास्त स्वारस्य आहे, ज्यांना कधीकधी सेलचे पॉवरहाऊस म्हटले जाते. प्रत्येक माइटोकॉन्ड्रिअनमध्ये दोन झिल्ली प्रणाली असतात: बाह्य आणि आतील. बाह्य झिल्ली गुळगुळीत आहे, त्यात लिपिड्स आणि प्रथिने तितकेच प्रतिनिधित्व करतात. आतील पडदा मानवी शरीरातील सर्वात जटिल प्रकारच्या पडदा प्रणालीशी संबंधित आहे. त्यात अनेक पट असतात, ज्याला स्कॅलॉप्स (क्रिस्टे) म्हणतात, ज्यामुळे पडद्याच्या पृष्ठभागावर लक्षणीय वाढ होते. या पडद्याला मायटोकॉन्ड्रियाच्या आतील जागेत निर्देशित केलेल्या मशरूम-आकाराच्या वाढीच्या संचाच्या रूपात प्रस्तुत केले जाऊ शकते. प्रत्येक माइटोकॉन्ड्रियामध्ये 10 ते 4-10 ते 5 अशी वाढ होते.

याव्यतिरिक्त, आतील माइटोकॉन्ड्रियल झिल्लीमध्ये आणखी 50-60 एंजाइम आहेत, विविध प्रकारच्या रेणूंची एकूण संख्या 80 पर्यंत पोहोचते. हे सर्व रासायनिक ऑक्सिडेशन आणि ऊर्जा चयापचयसाठी आवश्यक आहे. या झिल्लीच्या भौतिक गुणधर्मांपैकी, एखाद्याने उच्च विद्युत प्रतिरोधकता लक्षात घेतली पाहिजे, जे तथाकथित संयुग्मित झिल्लीचे वैशिष्ट्य आहे, जे चांगल्या कॅपेसिटरप्रमाणे ऊर्जा जमा करण्यास सक्षम आहेत. आतील माइटोकॉन्ड्रियल झिल्लीच्या दोन्ही बाजूंचा संभाव्य फरक सुमारे 200-250 mV आहे.

उदाहरणार्थ, हेपॅटोसाइट लिव्हर सेलमध्ये सुमारे 2000 माइटोकॉन्ड्रिया असल्यास सेल किती जटिल आहे याची कोणीही कल्पना करू शकते. परंतु सेलमध्ये इतर अनेक ऑर्गेनेल्स, शेकडो एंजाइम, हार्मोन्स आणि इतर जटिल पदार्थ आहेत. प्रत्येक ऑर्गेनेलचे स्वतःचे पदार्थ असतात; त्यात काही भौतिक, रासायनिक आणि जैवरासायनिक प्रक्रिया केल्या जातात. सायटोप्लाज्मिक स्पेसमधील पदार्थ समान गतिमान स्थितीत असतात; ते सतत ऑर्गेनेल्ससह आणि त्याच्या पडद्याद्वारे सेलच्या बाह्य वातावरणासह देवाणघेवाण करतात.

तांत्रिक तपशिलांसाठी मी नॉन-स्पेशलिस्ट वाचकाची माफी मागतो, परंतु निरोगी होऊ इच्छिणाऱ्या प्रत्येक व्यक्तीसाठी सेलबद्दलच्या या कल्पना जाणून घेणे उपयुक्त आहे. आपण निसर्गाच्या या चमत्काराची प्रशंसा केली पाहिजे आणि त्याच वेळी जेव्हा आपण उपचार करतो तेव्हा पेशीच्या कमकुवतपणाचा विचार केला पाहिजे. मी निरीक्षण केले आहे की जेव्हा सामान्य एनालगिनमुळे तरुण निरोगी व्यक्तीमध्ये टिश्यू एडेमा होतो. हे आश्चर्यकारक आहे की, विचार न करता, इतर कशा सहजतेने गोळ्या गिळतात!

जर आपण पेशींच्या ऊर्जेबद्दल बोललो नाही तर सेल्युलर कार्याच्या जटिलतेची समज पूर्ण होणार नाही. सेलमधील ऊर्जा विविध कार्ये करण्यासाठी खर्च केली जाते: यांत्रिक - द्रवपदार्थाची हालचाल, ऑर्गेनेल्सची हालचाल; रासायनिक - जटिल सेंद्रिय पदार्थांचे संश्लेषण; इलेक्ट्रिकल - प्लाझ्मा झिल्लीवरील विद्युत क्षमतांमध्ये फरक निर्माण करणे; ऑस्मोटिक - सेलमध्ये आणि मागे पदार्थांचे वाहतूक. सर्व प्रक्रियांची यादी करण्याचे कार्य स्वतःला सेट केल्याशिवाय, आम्ही स्वतःला सुप्रसिद्ध विधानापर्यंत मर्यादित ठेवतो: पुरेशा ऊर्जा पुरवठ्याशिवाय, सेलचे पूर्ण कार्य साध्य करणे शक्य नाही.

सेलला आवश्यक ऊर्जा कोठून मिळते? वैज्ञानिक सिद्धांतांनुसार, पोषक तत्वांची (कार्बोहायड्रेट, चरबी, प्रथिने) रासायनिक ऊर्जा एडेनोसाइन ट्रायफॉस्फेट (एटीपी) च्या मॅक्रोएर्जिक (खूप ऊर्जा असलेल्या) बंधांच्या उर्जेमध्ये रूपांतरित होते. या प्रक्रिया पेशींच्या मायटोकॉन्ड्रियामध्ये प्रामुख्याने ट्रायकार्बोक्झिलिक ऍसिड सायकल (क्रेब्स सायकल) आणि ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन दरम्यान केल्या जातात. जेव्हा मॅक्रोएर्जिक बंध तुटले जातात तेव्हा एटीपीमध्ये साठवलेली ऊर्जा सहजपणे सोडली जाते, परिणामी, शरीरात उर्जेचा वापर केला जातो.

तथापि, या कल्पना ऊतींमधील ऊर्जा पुरवठा आणि ऊर्जा देवाणघेवाण, तसेच सेल ऊर्जा आणि इंटरसेल्युलर परस्परसंवादाची स्थिती यांच्या परिमाणात्मक आणि गुणात्मक वैशिष्ट्यांचे वस्तुनिष्ठ मूल्यांकन करण्यास परवानगी देत ​​​​नाहीत. सर्वात महत्वाच्या प्रश्नाकडे (जी. एन. पेट्राकोविच) लक्ष दिले पाहिजे, ज्याचे उत्तर पारंपारिक सिद्धांताद्वारे दिले जाऊ शकत नाही: इंटरसेल्युलर परस्परसंवाद कोणत्या घटकांमुळे केला जातो? शेवटी, एटीपी तयार होतो आणि वापरला जातो, ऊर्जा सोडते, मायटोकॉन्ड्रियाच्या आत.

दरम्यान, अवयव, ऊती, पेशी यांच्या ऊर्जा पुरवठ्याच्या कल्याणावर शंका घेण्यास पुरेशी कारणे आहेत. या बाबतीत एखादी व्यक्ती फारशी परिपूर्ण नसते असे थेट म्हटले जाऊ शकते. हे थकवा द्वारे पुरावा आहे की अनेकांना दररोज अनुभव येतो आणि जो लहानपणापासूनच एखाद्या व्यक्तीला त्रास देऊ लागतो.

गणना दर्शविते की जर मानवी शरीरात उर्जा या प्रक्रियांमुळे (क्रेब्स सायकल आणि ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन) तयार केली गेली असेल तर कमी भाराने, उर्जेची तूट 30-50% असेल आणि उच्च भारावर - पेक्षा जास्त. 90%. अमेरिकन शास्त्रज्ञांच्या अभ्यासाद्वारे याची पुष्टी झाली आहे, ज्यांनी निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की माइटोकॉन्ड्रिया एखाद्या व्यक्तीला ऊर्जा प्रदान करण्याच्या दृष्टीने योग्यरित्या कार्य करत नाही.

जर दोन घटना घडल्या नसत्या तर पेशी आणि ऊतींच्या ऊर्जेबद्दलचे प्रश्न कदाचित बराच काळ रस्त्याच्या कडेला राहिले असते, ज्याच्या बाजूने सैद्धांतिक आणि व्यावहारिक औषध हळूहळू पुढे जात आहे. आम्ही श्वासोच्छवासाच्या नवीन गृहीतकाबद्दल आणि अंतर्जात श्वसनाच्या शोधाबद्दल बोलत आहोत.

सेलमधील ऊर्जेची निर्मिती, संचय आणि वितरण ही सर्वात जटिल समस्यांपैकी एक आहे.

पेशी ऊर्जा कशी निर्माण करते?शेवटी, त्यात ना अणुभट्टी आहे, ना पॉवर प्लांट, ना स्टीम बॉयलर, अगदी लहान. सेलच्या आत तापमान स्थिर आणि खूप कमी आहे - 40 ° पेक्षा जास्त नाही. आणि असे असूनही, पेशी इतक्या प्रमाणात आणि इतक्या लवकर पदार्थांवर प्रक्रिया करतात की कोणतेही आधुनिक संयोजन त्यांचा हेवा करेल.

हे कसे घडते? प्राप्त ऊर्जा सेलमध्ये का राहते आणि उष्णतेच्या स्वरूपात का सोडली जात नाही? सेल ऊर्जा कशी साठवते? या प्रश्नांची उत्तरे देण्यापूर्वी, असे म्हटले पाहिजे की सेलमध्ये प्रवेश करणारी ऊर्जा ही यांत्रिक किंवा विद्युतीय नसून सेंद्रिय पदार्थांमध्ये असलेली रासायनिक ऊर्जा आहे. या टप्प्यावर, थर्मोडायनामिक्सचे नियम लागू होतात. जर रासायनिक संयुगेमध्ये ऊर्जा समाविष्ट असेल, तर ती त्यांच्या ज्वलनाने सोडली जाणे आवश्यक आहे आणि एकूणच उष्णतेच्या संतुलनासाठी ते त्वरित किंवा हळूहळू जळले की नाही हे महत्त्वाचे नाही. सेल दुसरा मार्ग निवडतो.

साधेपणासाठी, सेलची तुलना "पॉवर प्लांट" शी करूया. विशेषत: अभियंत्यांसाठी, आम्ही जोडतो की सेलचा "पॉवर प्लांट" थर्मल आहे. आता आपण ऊर्जा उद्योगाच्या प्रतिनिधींना स्पर्धेसाठी आव्हान देऊ या: इंधनापासून अधिक ऊर्जा कोण मिळवेल आणि ती अधिक आर्थिकदृष्ट्या वापरेल - सेल किंवा कोणताही, सर्वात किफायतशीर, थर्मल पॉवर प्लांट?

उत्क्रांतीच्या प्रक्रियेत, सेलने त्याचे "पॉवर प्लांट" तयार केले आणि सुधारले. निसर्गाने आपल्या सर्व अंगांची काळजी घेतली आहे. सेलमध्ये "इंधन", "मोटर-जनरेटर", "पॉवर रेग्युलेटर", "ट्रान्सफॉर्मर सबस्टेशन" आणि "हाय-व्होल्टेज ट्रान्समिशन लाइन्स" असतात. हे सर्व कसे दिसते ते पाहूया.

सेलद्वारे बर्न केलेले मुख्य "इंधन" कार्बोहायड्रेट आहे. त्यापैकी सर्वात सोपी ग्लुकोज आणि फ्रक्टोज आहेत.

दैनंदिन वैद्यकीय सरावातून हे ज्ञात आहे की ग्लुकोज हे एक आवश्यक पोषक तत्व आहे. गंभीर कुपोषित रूग्णांमध्ये, ते थेट रक्तप्रवाहात शिरेच्या आत दिले जाते.

अधिक जटिल शर्करा देखील ऊर्जा स्त्रोत म्हणून वापरल्या जातात. उदाहरणार्थ, सामान्य साखर, ज्याचे वैज्ञानिक नाव "सुक्रोज" आहे आणि त्यात ग्लुकोजचे 1 रेणू आणि फ्रक्टोजचे 1 रेणू असतात, अशी सामग्री म्हणून काम करू शकते. प्राण्यांमध्ये, ग्लायकोजेन हे इंधन आहे, एक पॉलिमर ज्यामध्ये ग्लुकोजचे रेणू साखळीत जोडलेले असतात. वनस्पतींमध्ये, ग्लायकोजेन सारखा पदार्थ असतो - हे सुप्रसिद्ध स्टार्च आहे. ग्लायकोजेन आणि स्टार्च दोन्ही राखीव पदार्थ आहेत. पावसाळ्याच्या दिवसासाठी ते दोन्ही पुढे ढकलले आहेत. स्टार्च सामान्यतः वनस्पतीच्या भूगर्भातील भागांमध्ये आढळतो, जसे की कंद, बटाट्यांप्रमाणे. वनस्पतींच्या पानांच्या लगद्याच्या पेशींमध्ये देखील भरपूर स्टार्च असते (सूक्ष्मदर्शकाखाली, स्टार्चचे दाणे बर्फाच्या लहान तुकड्यांसारखे चमकतात).

ग्लायकोजेन प्राण्यांमध्ये यकृतामध्ये जमा होते आणि तेथून ते आवश्यकतेनुसार वापरले जाते.

ग्लुकोजपेक्षा अधिक जटिल, शर्करा त्यांच्या मूळ "बिल्डिंग ब्लॉक्स्" - वापरण्यापूर्वी ग्लूकोज रेणूंमध्ये मोडणे आवश्यक आहे. तेथे विशेष एन्झाईम आहेत जे कात्रीसारखे, स्टार्चच्या लांब साखळ्या आणि ग्लायकोजेन स्वतंत्र मोनोमरमध्ये कापतात - ग्लूकोज आणि फ्रक्टोज.

कार्बोहायड्रेट्सच्या कमतरतेसह, वनस्पती त्यांच्या "भट्टी" मध्ये सेंद्रीय ऍसिड वापरू शकतात - सायट्रिक, मॅलिक इ.

उगवण करणारे तेलबिया चरबी वापरतात, जी प्रथम तोडली जाते आणि नंतर साखरेमध्ये रूपांतरित होते. हे यावरून लक्षात येते की बियाण्यांमधील फॅट जसजसे खाल्ले जाते तसतसे साखरेचे प्रमाण वाढते.

तर, इंधनाचे प्रकार सूचीबद्ध आहेत. पण पिंजरा लगेच जाळणे फायद्याचे नाही.

पेशीमध्ये साखर रासायनिक पद्धतीने जाळली जाते. सामान्य ज्वलन म्हणजे ऑक्सिजनसह इंधनाचे संयोजन, त्याचे ऑक्सीकरण. परंतु ऑक्सिडेशनसाठी, पदार्थाला ऑक्सिजनसह एकत्र करणे आवश्यक नाही - जेव्हा हायड्रोजन अणूंच्या रूपात इलेक्ट्रॉन काढून टाकले जातात तेव्हा त्याचे ऑक्सिडीकरण होते. अशा प्रकारच्या ऑक्सिडेशनला म्हणतात निर्जलीकरण("हायड्रोज" - हायड्रोजन). साखरेमध्ये अनेक हायड्रोजन अणू असतात आणि ते सर्व एकाच वेळी विभागले जात नाहीत, उलट बदलले जातात. सेलमधील ऑक्सिडेशन विशेष एंजाइमच्या संचाद्वारे केले जाते जे ऑक्सिडेशन प्रक्रियेस गती देतात आणि निर्देशित करतात. एंजाइमचा हा संच आणि त्यांच्या कार्याचा कठोर क्रम सेल्युलर एनर्जी जनरेटरचा आधार बनतो.

सजीवांमध्ये ऑक्सिडेशनच्या प्रक्रियेला श्वसन म्हणतात, म्हणून आपण खाली ही अधिक समजण्यायोग्य अभिव्यक्ती वापरू. इंट्रासेल्युलर श्वसन, श्वासोच्छवासाच्या शारीरिक प्रक्रियेशी साधर्म्य म्हणून नाव दिले गेले आहे, त्याचा त्याच्याशी जवळचा संबंध आहे. श्वासोच्छवासाच्या प्रक्रियेबद्दल आपण नंतर अधिक बोलू.

चला पॉवर प्लांटसह सेलची तुलना सुरू ठेवूया. आता आपल्याला त्यात पॉवर प्लांटचे ते भाग शोधण्याची आवश्यकता आहे, ज्याशिवाय ते निष्क्रिय होईल. हे स्पष्ट आहे की कर्बोदकांमधे आणि चरबी जाळण्यापासून मिळणारी ऊर्जा ग्राहकांना पुरवली जाणे आवश्यक आहे. याचा अर्थ एक सेल्युलर, "हाय-व्होल्टेज ट्रान्समिशन लाइन" आवश्यक आहे. सामान्य पॉवर प्लांटसाठी, हे तुलनेने सोपे आहे - टायगा, स्टेप्स, नद्यांवर उच्च-व्होल्टेज तारा ओढल्या जातात आणि त्यांच्याद्वारे वनस्पती आणि कारखान्यांना ऊर्जा पुरवली जाते.

सेलचे स्वतःचे, सार्वत्रिक "उच्च व्होल्टेज वायर" देखील आहे. केवळ त्यामध्ये, ऊर्जा रासायनिकरित्या प्रसारित केली जाते आणि अर्थातच, एक रासायनिक कंपाऊंड "वायर" म्हणून कार्य करते. त्याच्या ऑपरेशनचे तत्त्व समजून घेण्यासाठी, आम्ही पॉवर प्लांटच्या ऑपरेशनमध्ये एक लहान गुंतागुंत ओळखतो. आपण असे गृहीत धरू की उच्च-व्होल्टेज लाइनमधून वीज ग्राहकांना तारांद्वारे पुरवली जाऊ शकत नाही. या प्रकरणात, उच्च-व्होल्टेज लाइनवरून इलेक्ट्रिक बॅटरी चार्ज करणे, त्यांना ग्राहकांपर्यंत पोहोचवणे, वापरलेल्या बॅटरी परत पाठवणे इत्यादी सर्वात सोपी असेल. ऊर्जा क्षेत्रात, हे नक्कीच फायदेशीर नाही. एक पिंजरा सारखी पद्धत खूप फायदेशीर आहे.

सेलमधील बॅटरी म्हणून, एक कंपाऊंड वापरला जातो जो जवळजवळ सर्व जीवांसाठी सार्वत्रिक आहे - एडेनोसिन ट्रायफॉस्फोरिक ऍसिड (आम्ही याबद्दल आधीच बोललो आहोत).

इतर फॉस्फोथर बॉण्ड्सच्या (2-3 किलोकॅलरीज) उर्जेच्या विपरीत, एटीपीमधील टर्मिनल (विशेषत: अत्यंत) फॉस्फेट अवशेषांची बंधनकारक ऊर्जा खूप जास्त आहे (16 किलोकॅलरीजपर्यंत); म्हणून या कनेक्शनला म्हणतात macroergic».

शरीरात जिथे ऊर्जा लागते तिथे एटीपी आढळतो. विविध यौगिकांचे संश्लेषण, स्नायूंचे कार्य, प्रोटोझोआमध्ये फ्लॅगेलाची हालचाल - एटीपी सर्वत्र ऊर्जा वाहून नेतात.

सेलमधील "चार्जिंग" एटीपी खालीलप्रमाणे होते. अॅडेनोसिन डायफॉस्फोरिक अॅसिड - एडीपी (1 फॉस्फरस अणूशिवाय एटीपी) ऊर्जा सोडण्याच्या जागेसाठी योग्य आहे. जेव्हा उर्जा बांधली जाऊ शकते, तेव्हा ADP फॉस्फरससह एकत्रित होते, जे सेलमध्ये मोठ्या प्रमाणात असते आणि या कनेक्शनमध्ये ऊर्जा "इम्युर" करते. आता आम्हाला वाहतुकीची गरज आहे. यात विशेष एंजाइम असतात - फॉस्फोफेरेसेस ("फेरा" - मी कॅरी करतो), जे मागणीनुसार एटीपी "पकडतात" आणि ते कृतीच्या ठिकाणी हस्तांतरित करतात. पुढे शेवटचे, अंतिम "पॉवर प्लांट युनिट" - स्टेप-डाउन ट्रान्सफॉर्मर्सचे वळण येते. त्यांनी व्होल्टेज कमी केले पाहिजे आणि ग्राहकांना आधीच सुरक्षित प्रवाह द्यावा. ही भूमिका त्याच फॉस्फोफेरेसद्वारे केली जाते. एटीपीपासून दुसर्या पदार्थात उर्जेचे हस्तांतरण अनेक टप्प्यात केले जाते. प्रथम, एटीपी या पदार्थासह एकत्रित होते, नंतर फॉस्फरस अणूंची अंतर्गत पुनर्रचना होते आणि शेवटी, कॉम्प्लेक्स खंडित होते - एडीपी वेगळे केले जाते आणि उर्जा समृद्ध फॉस्फरस नवीन पदार्थावर "लटकत" राहतो. नवीन पदार्थ जास्त उर्जेमुळे अधिक अस्थिर असल्याचे दिसून येते आणि विविध प्रतिक्रियांसाठी सक्षम आहे.

व्ही.एन. सेलुयानोव, व्ही.ए. रायबाकोव्ह, एम.पी. शेस्ताकोव्ह

धडा १

१.१.३. सेल बायोकेमिस्ट्री (ऊर्जा)

स्नायूंचे आकुंचन, मज्जातंतूंच्या आवेग प्रसारित करणे, प्रथिने संश्लेषण इत्यादी प्रक्रिया ऊर्जा खर्चासह येतात. पेशी केवळ एटीपीच्या स्वरूपात ऊर्जा वापरतात. एटीपीमध्ये असलेल्या ऊर्जेचे प्रकाशन एटीपीस एंजाइममुळे केले जाते, जे सेलच्या सर्व ठिकाणी असते जेथे ऊर्जा आवश्यक असते. जसजशी उर्जा सोडली जाते तसतसे ADP, F, N रेणू तयार होतात. मुख्यतः CRF च्या पुरवठ्यामुळे ATP resynthesis चालते. जेव्हा CrF आपली ऊर्जा ATP च्या पुनर्संश्लेषणासाठी सोडून देतो तेव्हा Cr आणि F तयार होतात. हे रेणू सायटोप्लाझममधून पसरतात आणि ATP च्या संश्लेषणाशी संबंधित एन्झाइमॅटिक क्रियाकलाप सक्रिय करतात. एटीपी निर्मितीचे दोन मुख्य मार्ग आहेत: अॅनारोबिक आणि एरोबिक (ऑलिक I.V., 1990; खोचचका पी., सोमेरो जे., 1988, इ.).

अॅनारोबिक मार्गकिंवा अॅनारोबिक ग्लायकोलिसिससारकोप्लाज्मिक रेटिक्युलमच्या झिल्लीवर आणि सारकोप्लाझममध्ये स्थित एन्झाइमॅटिक सिस्टमशी संबंधित आहे. जेव्हा Kr आणि F या एन्झाइम्सच्या पुढे दिसतात, तेव्हा रासायनिक अभिक्रियांची साखळी सुरू होते, ज्या दरम्यान ग्लायकोजेन किंवा ग्लुकोज एटीपी रेणूंच्या निर्मितीसह पायरुवेटमध्ये विघटित होते. CRP च्या पुनर्संश्लेषणासाठी ATP रेणू लगेचच त्यांची ऊर्जा सोडून देतात आणि ADP आणि F पुन्हा ग्लायकोलिसिसमध्ये नवीन ATP रेणू तयार करण्यासाठी वापरले जातात. पायरुवेटमध्ये रूपांतरणासाठी दोन शक्यता आहेत:

1) Acetyl coenzyme A मध्ये बदला, कार्बन डायऑक्साइड, पाणी आणि ATP रेणू तयार करण्यासाठी मायटोकॉन्ड्रियामध्ये ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन करा. या चयापचय मार्गाला - ग्लायकोजेन-पायरुवेट-माइटोकॉन्ड्रिया-कार्बन डायऑक्साइड आणि पाणी - म्हणतात. एरोबिक ग्लायकोलिसिस.

2) LDH M (स्नायू-प्रकार लैक्टेट डिहायड्रोजनेज) एन्झाइमच्या मदतीने, पायरुवेटचे लैक्टेटमध्ये रूपांतर होते. हा चयापचय मार्ग - ग्लायकोजेन-पायरुवेट-लैक्टेट - म्हणतात अॅनारोबिक ग्लायकोलिसिसआणि हायड्रोजन आयनांची निर्मिती आणि संचय यासह आहे.

एरोबिक मार्ग,किंवा ऑक्सिडेटिव्ह फॉस्फोरिलेशन, माइटोकॉन्ड्रियल प्रणालीशी संबंधित. मायटोकॉन्ड्रियल सीपीकेसच्या मदतीने मायटोकॉन्ड्रियाजवळ जेव्हा सीआर आणि एफ दिसतात, तेव्हा मायटोकॉन्ड्रियामध्ये तयार झालेल्या एटीपीमुळे सीआरएफ पुनर्संश्लेषण होते. ADP आणि P नवीन ATP रेणू तयार करण्यासाठी मायटोकॉन्ड्रियामध्ये परत येतात. एटीपी संश्लेषणासाठी दोन चयापचय मार्ग आहेत:

1) एरोबिक ग्लायकोलिसिस;
2) लिपिडचे ऑक्सीकरण (चरबी).

एरोबिक प्रक्रिया हायड्रोजन आयनच्या शोषणाशी संबंधित असतात आणि मंद स्नायू तंतूंमध्ये (हृदय आणि डायाफ्रामचे MF), LDH H (हृदयाच्या प्रकारातील लैक्टेट डिहायड्रोजनेज) एन्झाइम प्रबळ होते, जे अधिक तीव्रतेने लैक्टेटचे पायरुवेटमध्ये रूपांतरित करते. म्हणून, मंद स्नायू तंतू (एसएमएफ) च्या कार्यादरम्यान, लैक्टेट आणि हायड्रोजन आयनचे जलद उन्मूलन होते.

MW मध्ये लैक्टेट आणि H मध्ये वाढ झाल्यामुळे चरबीचे ऑक्सिडेशन रोखले जाते आणि तीव्र चरबीचे ऑक्सिडेशन सेलमध्ये सायट्रेट जमा होण्यास कारणीभूत ठरते आणि ते ग्लायकोलिसिस एन्झाईम्स प्रतिबंधित करते.

कोणत्याही जीवाच्या अस्तित्वाची पूर्वअट म्हणजे पोषक तत्वांचा सतत पुरवठा आणि पेशींमध्ये होणाऱ्या रासायनिक अभिक्रियांच्या अंतिम उत्पादनांचे सतत प्रकाशन. रासायनिक घटकांच्या अणूंचा (प्रामुख्याने कार्बन अणू) स्त्रोत म्हणून जीवांद्वारे पोषक तत्वांचा वापर केला जातो, ज्यापासून सर्व संरचना बांधल्या जातात किंवा नूतनीकरण केले जातात. पोषक तत्वांव्यतिरिक्त, शरीराला पाणी, ऑक्सिजन आणि खनिज क्षार देखील मिळतात. सेंद्रिय पदार्थ जे पेशींमध्ये प्रवेश करतात (किंवा प्रकाशसंश्लेषण दरम्यान संश्लेषित) ते बिल्डिंग ब्लॉक्समध्ये मोडले जातात - मोनोमर्स आणि शरीराच्या सर्व पेशींना पाठवले जातात. या पदार्थांच्या रेणूंचा काही भाग या जीवामध्ये अंतर्भूत असलेल्या विशिष्ट सेंद्रिय पदार्थांच्या संश्लेषणावर खर्च केला जातो. प्रथिने, लिचिड, कार्बोहायड्रेट्स, न्यूक्लिक अॅसिड आणि इतर पदार्थ पेशींमध्ये संश्लेषित केले जातात जे विविध कार्ये करतात (इमारत, उत्प्रेरक, नियामक, संरक्षणात्मक इ.). पेशींमध्ये प्रवेश करणार्‍या कमी आण्विक वजनाच्या सेंद्रिय यौगिकांचा आणखी एक भाग एटीपीच्या निर्मितीमध्ये जातो, ज्याच्या रेणूंमध्ये थेट कार्य करण्यासाठी ऊर्जा असते. शरीरातील सर्व विशिष्ट पदार्थांच्या संश्लेषणासाठी, त्याची अत्यंत क्रमबद्ध संस्था राखण्यासाठी, पेशींमधील पदार्थांची सक्रिय वाहतूक, एका पेशीतून दुसऱ्या पेशीत, शरीराच्या एका भागातून दुसऱ्या भागात, मज्जातंतूंच्या आवेगांच्या संक्रमणासाठी ऊर्जा आवश्यक असते. जीवांची हालचाल आणि शरीराचे तापमान स्थिर राखणे (पक्षी आणि सस्तन प्राण्यांमध्ये) आणि इतर कारणांसाठी. पेशींमध्ये पदार्थांच्या परिवर्तनाच्या वेळी, चयापचय अंतिम उत्पादने तयार होतात, जी शरीरासाठी विषारी असू शकतात आणि त्यातून उत्सर्जित होतात (उदाहरणार्थ, अमोनिया). अशा प्रकारे, सर्व सजीव सतत पर्यावरणातील काही पदार्थ घेतात, त्यांचे रूपांतर करतात आणि अंतिम उत्पादने वातावरणात सोडतात. शरीरात होणाऱ्या रासायनिक अभिक्रियांच्या संपूर्णतेला चयापचय किंवा चयापचय म्हणतात. प्रक्रियेच्या सामान्य दिशेवर अवलंबून, अपचय आणि अॅनाबोलिझम वेगळे केले जातात.

अपचय (विसर्जन) हा प्रतिक्रियांचा एक संच आहे ज्यामुळे अधिक जटिल संयुगे तयार होतात. कॅटाबॉलिक प्रतिक्रियांमध्ये, उदाहरणार्थ, मोनोमर्सवर पॉलिमरच्या हायड्रोलिसिसच्या प्रतिक्रिया आणि नंतरचे कार्बन डायऑक्साइड, पाणी, अमोनिया, म्हणजेच ऊर्जा चयापचय प्रतिक्रिया, ज्या दरम्यान सेंद्रिय पदार्थांचे ऑक्सिडीकरण केले जाते आणि एटीपीचे संश्लेषण केले जाते. अॅनाबॉलिझम (अ‍ॅसिमिलेशन) हा साध्या पदार्थांपासून जटिल सेंद्रिय पदार्थांच्या संश्लेषणासाठी प्रतिक्रियांचा संच आहे. यामध्ये, उदाहरणार्थ, नायट्रोजन स्थिरीकरण आणि प्रथिने जैवसंश्लेषण, प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान कार्बन डाय ऑक्साईड आणि पाण्यापासून कार्बोहायड्रेट्सचे संश्लेषण, पॉलिसेकेराइड्स, लिपिड्स, न्यूक्लियोटाइड्स, डीएनए, आरएनए आणि इतर पदार्थांचे संश्लेषण. सजीवांच्या पेशींमधील पदार्थांच्या संश्लेषणास बहुतेकदा प्लास्टिक एक्सचेंज असे संबोधले जाते आणि एटीपीच्या संश्लेषणासह पदार्थांचे विघटन आणि त्यांचे ऑक्सिडेशन याला ऊर्जा चयापचय म्हणतात. दोन्ही प्रकारचे चयापचय कोणत्याही पेशीच्या आणि परिणामी, कोणत्याही जीवाच्या महत्त्वपूर्ण क्रियाकलापांचा आधार बनतात आणि एकमेकांशी जवळून संबंधित असतात. अॅनाबोलिझम आणि कॅटाबोलिझमच्या प्रक्रिया शरीरात डायनॅमिक समतोल स्थितीत असतात किंवा त्यापैकी एकाचा तात्पुरता प्रसार असतो. कॅटाबॉलिक प्रक्रियांपेक्षा अॅनाबॉलिक प्रक्रियेच्या प्राबल्यमुळे वाढ होते, ऊतींचे द्रव्यमान जमा होते आणि कॅटाबॉलिक - ऊतींच्या संरचनांचा आंशिक नाश, ऊर्जा सोडणे. अॅनाबोलिझम आणि कॅटाबोलिझमचे समतोल किंवा समतोल नसलेले गुणोत्तर वयावर अवलंबून असते. बालपणात, अॅनाबोलिझमची प्रक्रिया प्रामुख्याने असते आणि वृद्ध वयात - अपचय. प्रौढांमध्ये, या प्रक्रिया संतुलित असतात. त्यांचे प्रमाण एखाद्या व्यक्तीने केलेल्या आरोग्याच्या स्थितीवर, शारीरिक किंवा मानसिक-भावनिक क्रियाकलापांवर देखील अवलंबून असते.

82. ओपन थर्मोडायनामिक सिस्टम्सची एन्ट्रॉपी, प्रिगोगिनचे समीकरण.

एन्ट्रॉपी हे मुक्त ऊर्जेच्या अपव्ययाचे एक मोजमाप आहे, म्हणून स्थिर अवस्थेतील कोणतीही खुली टी/डी प्रणाली मुक्त ऊर्जेच्या कमीत कमी अपव्ययाकडे झुकते. जर काही कारणास्तव सिस्टम स्थिर अवस्थेपासून विचलित झाली, तर सिस्टम किमान एन्ट्रॉपीकडे झुकत असल्यामुळे, त्यात अंतर्गत बदल घडून येतात आणि ती स्थिर स्थितीकडे परत येते. ओपन सिस्टम, थर्मोडायनामिक पर्यावरणासह पदार्थ आणि उर्जेची देवाणघेवाण करण्यास सक्षम प्रणाली. खुल्या प्रणालीमध्ये, उष्णता प्रणाली आणि त्यामध्ये दोन्ही वाहते.

पोस्ट्युलेट I.R. प्रिगोजीन असे आहे की खुल्या प्रणालीच्या एन्ट्रॉपी डीएसमध्ये एकूण बदल एकतर बाह्य वातावरणासह (deS) विनिमय प्रक्रियेमुळे किंवा अंतर्गत अपरिवर्तनीय प्रक्रियांमुळे (diS): dS = deS + diS स्वतंत्रपणे होऊ शकतात. प्रिगोगिनचे प्रमेय. स्थिर बाह्य पॅरामीटर्ससह स्थिर स्थितींमध्ये, अपरिवर्तनीय प्रक्रियांच्या घटनेमुळे खुल्या प्रणालीमध्ये एन्ट्रॉपी उत्पादनाचा दर वेळेत स्थिर असतो आणि परिमाणात कमी असतो. diS / dt मि.

एककोशिकीय जीव दिसण्यापासून सेल न्यूक्लियसचा "शोध" आणि इतर अनेक नवकल्पनांच्या जन्मापर्यंत एक अब्जाहून अधिक वर्षे गेली आहेत. त्यानंतरच पहिल्या बहुपेशीय प्राण्यांसाठी रस्ता खुला झाला, ज्याने प्राणी, वनस्पती आणि बुरशी या तीन राज्यांना जन्म दिला. युरोपियन शास्त्रज्ञांनी या परिवर्तनासाठी एक नवीन स्पष्टीकरण दिले आहे, जे आतापर्यंत अस्तित्वात असलेल्या कल्पनांच्या विरूद्ध चालते.

हे सामान्यतः मान्य केले जाते की प्रथम अधिक परिपूर्ण अणु पेशी जुन्या उर्जा यंत्रणेवर अवलंबून असलेल्या प्रोकॅरिओट्सपासून जन्माला आल्या आणि नंतर भरती झालेल्यांनी मायटोकॉन्ड्रिया प्राप्त केले. नंतरच्यांना युकेरियोट्सच्या पुढील उत्क्रांतीत महत्त्वाची भूमिका सोपविण्यात आली होती, परंतु त्याच्या पायावर असलेल्या कोनशिलाची भूमिका नाही.

“आम्ही दाखवून दिले आहे की पहिला पर्याय काम करणार नाही. पेशीची जटिलता विकसित करण्यासाठी, त्याला मायटोकॉन्ड्रिया आवश्यक आहे, ”मार्टिन स्पष्ट करतात. "आमची गृहीते पारंपारिक मताचे खंडन करते की युकेरियोटिक पेशींच्या संक्रमणासाठी फक्त योग्य उत्परिवर्तन आवश्यक आहे," लेन त्याला प्रतिध्वनी देतात.

ते एकत्र विकसित झाले, तर एंडोसिम्बिओन्टने हळूहळू एक कौशल्य - एटीपीचे संश्लेषण केले. आतील पेशीचा आकार कमी झाला आणि त्याची काही दुय्यम जीन्स न्यूक्लियसमध्ये हस्तांतरित केली. त्यामुळे मायटोकॉन्ड्रियाने मूळ डीएनएचा फक्त तोच भाग राखून ठेवला जो त्यांना "जिवंत उर्जा संयंत्र" म्हणून काम करण्यासाठी आवश्यक होता.

पेशीच्या आत माइटोकॉन्ड्रिया (फ्लोरेस ग्रीन). इनसेट: मार्टिन (डावीकडे) आणि लेन. नवीन अभ्यासाचे तपशील निसर्ग लेख आणि UCL प्रेस रिलीजमध्ये आढळू शकतात (डग्लस क्लाइन, molevol.de, nick-lane.net द्वारे फोटो).

ऊर्जेच्या बाबतीत मायटोकॉन्ड्रियाच्या देखाव्याची तुलना कार्ट नंतर रॉकेटच्या शोधाशी केली जाऊ शकते, कारण न्यूक्लियस नसलेल्या पेशींपेक्षा अणुकोशिका सरासरी एक हजार पट मोठ्या असतात.

नंतरचे, असे दिसते की, डिव्हाइसच्या आकारात आणि जटिलतेमध्ये देखील वाढू शकते (येथे वेगळी धक्कादायक उदाहरणे आहेत). परंतु या मार्गावर, लहान प्राण्यांना एक पकड आहे: ते भूमितीयदृष्ट्या वाढतात, पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळाचे प्रमाण वेगाने कमी होते.

दरम्यान, साध्या पेशी त्यांना झाकणाऱ्या झिल्लीच्या मदतीने ऊर्जा निर्माण करतात. त्यामुळे मोठ्या प्रोकेरियोटिक सेलमध्ये नवीन जनुकांसाठी भरपूर जागा असू शकतात, परंतु या "सूचनां" नुसार प्रथिने संश्लेषित करण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा नसते.

बाह्य झिल्लीच्या पटांमध्ये एक साधी वाढ विशेषतः परिस्थिती वाचवत नाही (जरी अशा पेशी ज्ञात आहेत). शक्ती वाढविण्याच्या या पद्धतीसह, ऊर्जा प्रणालीच्या ऑपरेशनमध्ये त्रुटींची संख्या देखील वाढते. सेलमध्ये अवांछित रेणू जमा होतात ज्यामुळे ते नष्ट होऊ शकते.

एका पेशीमधील माइटोकॉन्ड्रियाची संख्या (लाल रंगात दर्शविली जाते) एका प्रत (बहुधा युकेल्युलर युकेरियोट्समध्ये) पासून दोन हजारांपर्यंत (उदाहरणार्थ, मानवी यकृत पेशींमध्ये) (ओड्रा नोएलचे चित्रण) पर्यंत बदलते.

मायटोकॉन्ड्रिया हा निसर्गाचा एक तेजस्वी आविष्कार आहे. त्यांची संख्या वाढवून, सेलची बाह्य पृष्ठभाग न वाढवता ऊर्जा क्षमता वाढवणे शक्य आहे. शिवाय, प्रत्येक माइटोकॉन्ड्रिअनमध्ये अंगभूत नियंत्रण आणि दुरुस्ती यंत्रणा देखील असते.

आणि नवीनतेचा आणखी एक प्लस: माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए लहान आणि खूप किफायतशीर आहे. त्याची कॉपी करण्यासाठी खूप संसाधनांची आवश्यकता नाही. परंतु जीवाणू, त्यांची उर्जा क्षमता वाढवण्यासाठी, त्यांच्या संपूर्ण जीनोमच्या अनेक प्रती तयार करू शकतात. परंतु अशा विकासामुळे त्वरीत उत्साही गतिरोध होतो.

वेगवेगळ्या पेशींच्या ऊर्जेची आणि त्यांच्या योजनांची तुलना. अ) - सरासरी प्रोकेरियोट ( एस्चेरिचिया), ब) एक खूप मोठा प्रोकेरियोट आहे ( थिओमार्गारीटा) आणि (c) मध्य युकेरियोट ( युग्लेना).
आकृत्या दाखवतात (वरपासून खालपर्यंत): पॉवर (वॅट्स) प्रति ग्रॅम सेल (डी), पॉवर (फेमटोवॅट्स) प्रति जनुक (ई), आणि पॉवर (पिकोवॅट) प्रति हॅप्लॉइड जीनोम (एफ) (निक लेन, विल्यम यांचे चित्र मार्टिन/नेचर).

कामाच्या लेखकांनी गणना केली की सरासरी युकेरियोटिक सेल सैद्धांतिकदृष्ट्या सरासरी जीवाणूपेक्षा 200,000 पट अधिक जनुक वाहून नेऊ शकते. युकेरियोट्सला मोठ्या संख्येने शेल्फ् 'चे अव रुप असलेले लायब्ररी मानले जाऊ शकते - ते आपल्या हृदयाच्या सामग्रीसह पुस्तकांनी भरा. बरं, अधिक विस्तारित जीनोम हा सेलची रचना आणि त्याच्या चयापचय, नवीन नियामक सर्किट्सचा उदय होण्याच्या पुढील सुधारणेचा आधार आहे.