Kapag nakilala mo ang mga pangunahing gawain ng sangkatauhan, madalas mong naiisip ang iyong sarili na sa pag-unlad ng agham, mas maraming tanong kaysa sa mga sagot. Noong 1980s at 1990s, pinalawak ng molecular biology at genetics ang aming pang-unawa sa mga cell at cellular interaction. Ang isang buong klase ng mga cellular factor na kumokontrol sa intercellular interaction ay nahiwalay. Mahalaga ito para maunawaan ang paggana ng multicellular na katawan ng tao at lalo na ang mga selula ng immune system. Ngunit bawat taon ay natutuklasan ng mga biologist ang higit pa sa mga intercellular factor na ito at nagiging mas mahirap na muling likhain ang isang larawan ng isang buong organismo. Kaya, mas maraming tanong kaysa sa mga sagot.

Ang hindi pagkaubos ng katawan ng tao at ang limitadong mga posibilidad ng pag-aaral nito ay humantong sa konklusyon na ang agaran at kasunod na mga prayoridad sa pananaliksik ay kinakailangan. Ang gayong priyoridad ngayon ay ang enerhiya ng mga selula ng isang buhay na katawan ng tao. Ang hindi sapat na kaalaman tungkol sa paggawa ng enerhiya at pagpapalitan ng enerhiya ng mga selula sa katawan ay nagiging hadlang sa seryosong siyentipikong pananaliksik.

Ang cell ay ang pangunahing istrukturang yunit ng katawan: lahat ng mga organo at tisyu ay binubuo ng mga selula. Mahirap umasa sa tagumpay ng mga gamot o non-drug na pamamaraan kung ang mga ito ay binuo nang walang sapat na kaalaman tungkol sa cell energy at intercellular energy interaction. Sapat na mga halimbawa ang maaaring ibigay kung saan ang malawakang ginagamit at inirerekomendang mga remedyo ay nakakapinsala sa kalusugan.

Ang substantive na diskarte ay nangingibabaw sa pangangalagang pangkalusugan. Ang sangkap ay sangkap. Ang lohika ng pagpapagaling ay napaka-simple: bigyan ang katawan ng mga kinakailangang sangkap (tubig, pagkain, bitamina, mga elemento ng bakas, at, kung kinakailangan, mga gamot) at alisin ang mga produktong metabolic mula sa katawan (dumi, labis na taba, asin, lason, atbp. .). Ang pagpapalawak ng mga gamot ay patuloy na nagtatagumpay. Ang mga bagong henerasyon ng mga tao sa maraming bansa ay nagiging boluntaryong kalahok sa isang malakihang eksperimento. Ang industriya ng gamot ay nangangailangan ng mga bagong pasyente. Gayunpaman, may mas kaunti at mas kaunting mga malusog na tao.

Minsang tinanong ang lumikha ng isang sikat na gabay sa droga tungkol sa kung ilang gamot ang personal niyang kailangang subukan. Wala, ang sagot. Maliwanag, ang matalinong taong ito ay may napakatalino na kaalaman sa cell biochemistry at nagawa niyang gamitin ang kaalamang ito sa mabuting paggamit sa buhay.

Isipin ang isang maliit na butil ng buhay na bagay, sa anyo ng isang ellipsoid, disk, bola, humigit-kumulang 8-15 microns (µm) ang lapad, na sa parehong oras ay ang pinaka kumplikadong self-regulating system. Ang isang ordinaryong buhay na cell ay tinatawag na differentiated, na parang binibigyang-diin na ang maraming elemento na bumubuo sa komposisyon nito ay malinaw na pinaghihiwalay sa isa't isa. Ang konsepto ng "walang pagkakaiba-iba ng cell", bilang panuntunan, ay kabilang sa isang binagong, halimbawa, isang selula ng kanser. Ang mga differentiated na mga cell ay naiiba hindi lamang sa istraktura, panloob na metabolismo, kundi pati na rin sa pagdadalubhasa, halimbawa, mga selula ng bato, atay, at puso.

Sa pangkalahatan, ang isang cell ay binubuo ng tatlong bahagi: cell lamad, cytoplasm, nucleus. Ang komposisyon ng lamad ng cell, bilang panuntunan, ay may kasamang tatlong-, apat na layer na lamad at isang panlabas na shell. Ang dalawang layer ng lamad ay binubuo ng mga lipid (taba), ang karamihan ay unsaturated fats - phospholipids. Ang cell lamad ay may napakakomplikadong istraktura at magkakaibang mga pag-andar. Ang potensyal na pagkakaiba sa magkabilang panig ng lamad ay maaaring ilang daang millivolts. Ang panlabas na ibabaw ng lamad ay naglalaman ng negatibong singil sa kuryente.

Karaniwan, ang isang cell ay may isang nucleus. Bagama't may mga selula na may dalawa o higit pang nuclei. Ang function ng nucleus ay upang mag-imbak at magpadala ng namamana na impormasyon, halimbawa, sa panahon ng cell division, pati na rin upang kontrolin ang lahat ng physiological na proseso sa cell. Ang nucleus ay naglalaman ng mga molekula ng DNA na nagdadala ng genetic code ng cell. Ang nucleus ay nakapaloob sa isang dalawang-layer na lamad.

Ang cytoplasm ay bumubuo sa karamihan ng cell at isang cell fluid na may mga organelles at mga inklusyon na matatagpuan dito. Ang mga organelles ay mga permanenteng bahagi ng cytoplasm na gumaganap ng mga tiyak na mahahalagang tungkulin. Sa mga ito, kami ay pinaka-interesado sa mitochondria, na kung minsan ay tinatawag na mga powerhouse ng cell. Ang bawat mitochondrion ay may dalawang sistema ng lamad: panlabas at panloob. Ang panlabas na lamad ay makinis, ang mga lipid at protina ay pantay na kinakatawan dito. Ang panloob na lamad ay kabilang sa mga pinaka kumplikadong uri ng mga sistema ng lamad sa katawan ng tao. Naglalaman ito ng maraming fold, na tinatawag na scallops (cristae), dahil sa kung saan ang ibabaw ng lamad ay tumataas nang malaki. Ang lamad na ito ay maaaring ilarawan bilang isang hanay ng mga hugis na kabute na mga paglaki na nakadirekta sa panloob na espasyo ng mitochondria. Mayroong 10 hanggang 4-10 hanggang 5 tulad ng mga paglaki sa bawat mitochondria.

Bilang karagdagan, mayroong 50-60 higit pang mga enzyme sa panloob na mitochondrial membrane, ang kabuuang bilang ng mga molekula ng iba't ibang uri ay umabot sa 80. Ang lahat ng ito ay kinakailangan para sa kemikal na oksihenasyon at metabolismo ng enerhiya. Kabilang sa mga pisikal na katangian ng lamad na ito, dapat tandaan ng isa ang mataas na paglaban ng elektrikal, na katangian ng tinatawag na conjugating membranes, na may kakayahang mag-ipon ng enerhiya tulad ng isang mahusay na kapasitor. Ang potensyal na pagkakaiba sa magkabilang panig ng panloob na mitochondrial membrane ay humigit-kumulang 200-250 mV.

Maaaring isipin ng isang tao kung gaano kumplikado ang isang cell kung, halimbawa, ang isang hepatocyte liver cell ay naglalaman ng humigit-kumulang 2000 mitochondria. Ngunit mayroong maraming iba pang mga organelles sa cell, daan-daang enzymes, hormones at iba pang kumplikadong mga sangkap. Ang bawat organelle ay may sariling hanay ng mga sangkap; ang ilang pisikal, kemikal at biochemical na proseso ay isinasagawa dito. Ang mga sangkap sa puwang ng cytoplasmic ay nasa parehong dynamic na estado; patuloy silang nakikipagpalitan sa mga organelles at sa panlabas na kapaligiran ng cell sa pamamagitan ng lamad nito.

Humihingi ako ng paumanhin sa Reader - hindi espesyalista para sa mga teknikal na detalye, ngunit kapaki-pakinabang na malaman ang mga ideyang ito tungkol sa cell para sa bawat taong gustong maging malusog. Dapat nating hangaan ang himalang ito ng kalikasan at kasabay nito ay isaalang-alang ang mga kahinaan ng cell kapag ginagamot natin. Naobserbahan ko kapag ang ordinaryong analgin ay humantong sa tissue edema sa isang batang malusog na tao. Ito ay kamangha-manghang kung paano, nang hindi nag-iisip, kung gaano kadali ang iba na lumulunok ng mga tabletas!

Ang pag-unawa sa pagiging kumplikado ng paggana ng cellular ay hindi magiging kumpleto kung hindi natin pag-uusapan ang tungkol sa enerhiya ng mga selula. Ang enerhiya sa cell ay ginugol sa pagsasagawa ng iba't ibang gawain: mekanikal - ang paggalaw ng likido, ang paggalaw ng mga organelles; kemikal - synthesis ng mga kumplikadong organikong sangkap; elektrikal - ang paglikha ng isang pagkakaiba sa mga potensyal na elektrikal sa mga lamad ng plasma; osmotic - ang transportasyon ng mga sangkap sa cell at likod. Nang hindi itinatakda sa ating sarili ang gawain ng paglilista ng lahat ng mga proseso, kinukulong natin ang ating sarili sa kilalang pahayag: nang walang sapat na suplay ng enerhiya, ang buong paggana ng cell ay hindi makakamit.

Saan nakukuha ng cell ang enerhiya na kailangan nito? Ayon sa mga siyentipikong teorya, ang kemikal na enerhiya ng mga sustansya (carbohydrates, fats, proteins) ay binago sa enerhiya ng macroergic (na naglalaman ng maraming enerhiya) na mga bono ng adenosine triphosphate (ATP). Ang mga prosesong ito ay isinasagawa sa mitochondria ng mga cell pangunahin sa tricarboxylic acid cycle (Krebs cycle) at sa panahon ng oxidative phosphorylation. Ang enerhiya na nakaimbak sa ATP ay madaling ilalabas kapag ang mga macroergic bond ay nasira, bilang isang resulta, ang pagkonsumo ng enerhiya sa katawan ay ibinibigay.

Gayunpaman, hindi pinapayagan ng mga ideyang ito ang isang layunin na pagtatasa ng dami at husay na katangian ng supply ng enerhiya at pagpapalitan ng enerhiya sa mga tisyu, pati na rin ang estado ng enerhiya ng cell at intercellular na pakikipag-ugnayan. Ang pansin ay dapat bayaran sa pinakamahalagang tanong (G. N. Petrakovich), na hindi masasagot ng tradisyonal na teorya: dahil sa anong mga kadahilanan ang intercellular na pakikipag-ugnayan ay isinasagawa? Pagkatapos ng lahat, ang ATP ay nabuo at natupok, naglalabas ng enerhiya, sa loob ng mitochondria.

Samantala, may sapat na mga dahilan upang pagdudahan ang kagalingan ng suplay ng enerhiya ng mga organo, tisyu, mga selula. Maaari pa ngang direktang sabihin na ang isang tao ay hindi masyadong perpekto sa bagay na ito. Ito ay pinatunayan ng pagkapagod na nararanasan ng marami araw-araw, at nagsisimulang inisin ang isang tao mula pagkabata.

Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na kung ang enerhiya sa katawan ng tao ay ginawa dahil sa mga prosesong ito (ang Krebs cycle at oxidative phosphorylation), kung gayon sa isang mababang pagkarga, ang kakulangan ng enerhiya ay magiging 30-50%, at sa isang mataas na pagkarga - higit sa 90%. Ito ay kinumpirma ng mga pag-aaral ng mga Amerikanong siyentipiko, na dumating sa konklusyon na ang mitochondria ay hindi gumagana ng maayos sa mga tuntunin ng pagbibigay ng enerhiya sa isang tao.

Ang mga tanong tungkol sa enerhiya ng mga selula at tisyu ay malamang na nanatili sa gilid ng kalsada sa loob ng mahabang panahon, kung saan ang teoretikal at praktikal na gamot ay dahan-dahang gumagalaw, kung ang dalawang kaganapan ay hindi nangyari. Pinag-uusapan natin ang Bagong Hypothesis ng Respiration at ang pagtuklas ng Endogenous Respiration.

Ang isa sa mga pinaka-kumplikadong isyu ay ang pagbuo, akumulasyon at pamamahagi ng enerhiya sa cell.

Paano gumagawa ng enerhiya ang isang cell? Pagkatapos ng lahat, wala itong nuclear reactor, o power plant, o steam boiler, kahit na ang pinakamaliit. Ang temperatura sa loob ng cell ay pare-pareho at napakababa - hindi hihigit sa 40 °. At sa kabila nito, ang mga cell ay nagpoproseso ng ganoong dami ng mga sangkap at napakabilis na ang anumang modernong pagsasama ay maiinggit sa kanila.

Paano ito nangyayari? Bakit ang natanggap na enerhiya ay nananatili sa cell, at hindi inilabas sa anyo ng init? Paano nag-iimbak ng enerhiya ang isang cell? Bago sagutin ang mga tanong na ito, dapat sabihin na ang enerhiya na pumapasok sa cell ay hindi mekanikal o elektrikal, ngunit kemikal na enerhiya na nakapaloob sa mga organikong sangkap. Sa puntong ito, pumapasok ang mga batas ng thermodynamics. Kung ang enerhiya ay nakapaloob sa mga compound ng kemikal, dapat itong ilabas sa pamamagitan ng kanilang pagkasunog, at para sa kabuuang balanse ng init ay hindi mahalaga kung sila ay masunog kaagad o unti-unti. Pinipili ng cell ang pangalawang landas.

Para sa pagiging simple, ihambing natin ang cell sa isang "power plant". Lalo na para sa mga inhinyero, idinagdag namin na ang "power plant" ng cell ay thermal. Ngayon, hamunin natin ang mga kinatawan ng enerhiya sa isang kompetisyon: sino ang makakakuha ng mas maraming enerhiya mula sa gasolina at gagamitin ito nang mas matipid - isang cell o alinman, ang pinaka-ekonomiko, thermal power plant?

Sa proseso ng ebolusyon, nilikha at pinahusay ng cell ang "power plant" nito. Inalagaan ng kalikasan ang lahat ng bahagi nito. Ang cell ay naglalaman ng "fuel", "motor-generator", "power regulators", "transformer substations" at "high-voltage transmission lines". Tingnan natin kung ano ang hitsura ng lahat.

Ang pangunahing "gatong" na sinunog ng cell ay carbohydrates. Ang pinakasimpleng sa kanila ay glucose at fructose.

Ito ay kilala mula sa pang-araw-araw na medikal na kasanayan na ang glucose ay isang mahalagang sustansya. Sa malubhang malnourished na mga pasyente, ito ay ibinibigay sa intravenously, direkta sa daluyan ng dugo.

Ang mas kumplikadong mga asukal ay ginagamit din bilang mga mapagkukunan ng enerhiya. Halimbawa, ang ordinaryong asukal, na may siyentipikong pangalan na "sucrose" at binubuo ng 1 molekula ng glucose at 1 molekula ng fructose, ay maaaring magsilbi bilang isang materyal. Sa mga hayop, ang glycogen ay isang gasolina, isang polimer na binubuo ng mga molekula ng glucose na naka-link sa isang kadena. Sa mga halaman, mayroong isang sangkap na katulad ng glycogen - ito ang kilalang almirol. Parehong glycogen at starch ay mga reserbang sangkap. Pareho silang ipinagpaliban para sa isang tag-ulan. Ang almirol ay karaniwang matatagpuan sa ilalim ng lupa na bahagi ng halaman, tulad ng mga tubers, tulad ng mga patatas. Mayroon ding maraming almirol sa mga selula ng pulp ng mga dahon ng halaman (sa ilalim ng mikroskopyo, ang mga butil ng almirol ay kumikinang na parang maliliit na piraso ng yelo).

Naiipon ang glycogen sa mga hayop sa atay at ginagamit mula doon kung kinakailangan.

Ang lahat ng mas kumplikado kaysa sa glucose, ang mga asukal ay dapat na hatiin sa kanilang orihinal na "mga bloke ng gusali" - mga molekula ng glucose bago ang pagkonsumo. May mga espesyal na enzyme na pumuputol, tulad ng gunting, mahabang chain ng starch at glycogen sa magkahiwalay na monomer - glucose at fructose.

Sa kakulangan ng carbohydrates, ang mga halaman ay maaaring gumamit ng mga organikong acid sa kanilang "pugon" - sitriko, malic, atbp.

Ang mga buto ng langis na tumutubo ay kumakain ng taba, na unang nasira at pagkatapos ay na-convert sa asukal. Ito ay makikita mula sa katotohanan na habang ang taba sa mga buto ay natupok, ang nilalaman ng asukal ay tumataas.

Kaya, nakalista ang mga uri ng gasolina. Ngunit hindi kapaki-pakinabang para sa hawla na sunugin ito kaagad.

Ang mga asukal ay sinusunog sa cell sa kemikal na paraan. Ang normal na pagkasunog ay ang kumbinasyon ng gasolina na may oxygen, ang oksihenasyon nito. Ngunit para sa oksihenasyon, ang isang sangkap ay hindi kailangang pagsamahin sa oxygen - ito ay na-oxidized kapag ang mga electron ay inalis mula dito sa anyo ng mga atomo ng hydrogen. Ang ganitong uri ng oksihenasyon ay tinatawag dehydrogenation("hydros" - hydrogen). Ang mga asukal ay naglalaman ng maraming mga atomo ng hydrogen, at ang mga ito ay nahahati hindi nang sabay-sabay, ngunit sa turn. Ang oksihenasyon sa cell ay isinasagawa ng isang hanay ng mga espesyal na enzyme na nagpapabilis at nagdidirekta sa proseso ng oksihenasyon. Ang hanay ng mga enzyme na ito at ang mahigpit na pagkakasunud-sunod ng kanilang trabaho ay bumubuo sa batayan ng cellular energy generator.

Ang proseso ng oksihenasyon sa mga nabubuhay na organismo ay tinatawag na paghinga, kaya gagamitin natin ang mas mauunawaang ekspresyong ito sa ibaba. Ang intracellular respiration, na pinangalanan sa pamamagitan ng pagkakatulad sa physiological na proseso ng paghinga, ay malapit na nauugnay dito. Pag-uusapan natin ang higit pa tungkol sa mga proseso ng paghinga mamaya.

Ipagpatuloy natin ang paghahambing ng isang cell sa isang planta ng kuryente. Ngayon ay kailangan nating hanapin sa loob nito ang mga bahagi ng planta ng kuryente, kung wala ito ay tatakbo nang walang ginagawa. Malinaw na ang enerhiya na nakuha mula sa pagsunog ng carbohydrates at taba ay dapat ibigay sa mamimili. Nangangahulugan ito na kailangan ng cellular, "high-voltage transmission line". Para sa isang ordinaryong planta ng kuryente, ito ay medyo simple - ang mga high-voltage na wire ay hinihila sa ibabaw ng taiga, steppes, ilog, at ang enerhiya ay ibinibigay sa mga halaman at pabrika sa pamamagitan ng mga ito.

Ang cell ay mayroon ding sarili nitong unibersal na "high voltage wire". Sa loob lamang nito, ang enerhiya ay ipinapadala sa kemikal, at, siyempre, ang isang kemikal na tambalan ay nagsisilbing isang "kawad". Upang maunawaan ang prinsipyo ng pagpapatakbo nito, ipinakilala namin ang isang maliit na komplikasyon sa pagpapatakbo ng planta ng kuryente. Ipagpalagay natin na ang enerhiya mula sa isang mataas na boltahe na linya ay hindi maibibigay sa consumer sa pamamagitan ng mga wire. Sa kasong ito, magiging pinakamadaling singilin ang mga de-koryenteng baterya mula sa isang mataas na boltahe na linya, dalhin ang mga ito sa mamimili, ibalik ang mga ginamit na baterya, atbp. Sa sektor ng enerhiya, ito ay, siyempre, hindi kumikita. Ang isang katulad na paraan ng hawla ay lubhang kapaki-pakinabang.

Bilang isang baterya sa cell, isang tambalan ang ginagamit na pangkalahatan para sa halos lahat ng mga organismo - adenosine triphosphoric acid (napag-usapan na natin ito).

Hindi tulad ng enerhiya ng iba pang mga phosphoester bond (2-3 kilocalories), ang nagbubuklod na enerhiya ng terminal (lalo na ang matinding) phosphate residues sa ATP ay napakataas (hanggang sa 16 kilocalories); kaya ang koneksyon na ito ay tinatawag macroergic».

Ang ATP ay matatagpuan sa katawan kung saan kinakailangan ang enerhiya. Ang synthesis ng iba't ibang mga compound, ang gawain ng mga kalamnan, ang paggalaw ng flagella sa protozoa - ATP ay nagdadala ng enerhiya sa lahat ng dako.

Ang "Pagcha-charge" ng ATP sa cell ay nangyayari tulad ng sumusunod. Adenosine diphosphoric acid - Ang ADP (ATP na walang 1 phosphorus atom) ay angkop para sa lugar ng paglabas ng enerhiya. Kapag ang enerhiya ay maaaring itali, ang ADP ay pinagsama sa phosphorus, na nasa malalaking dami sa cell, at "i-immures" ang enerhiya sa koneksyon na ito. Ngayon kailangan namin ng transportasyon. Binubuo ito ng mga espesyal na enzyme - phosphopherase ("fera" - dinadala ko), na, kung hinihiling, "grab" ang ATP at ilipat ito sa lugar ng pagkilos. Susunod ay ang pagliko ng huling, huling "power plant unit" - mga step-down na transformer. Dapat nilang babaan ang boltahe at magbigay ng ligtas na kasalukuyang sa mamimili. Ang papel na ito ay ginagampanan ng parehong phosphopherase. Ang paglipat ng enerhiya mula sa ATP sa isa pang sangkap ay isinasagawa sa maraming yugto. Una, ang ATP ay pinagsama sa sangkap na ito, pagkatapos ay isang panloob na muling pagsasaayos ng mga atomo ng posporus ay nangyayari, at, sa wakas, ang kumplikado ay nasira - ang ADP ay pinaghiwalay, at ang mayaman sa enerhiya na posporus ay nananatiling "nakabitin" sa bagong sangkap. Ang bagong sangkap ay lumalabas na mas hindi matatag dahil sa labis na enerhiya at may kakayahang iba't ibang mga reaksyon.

V. N. Seluyanov, V. A. Rybakov, M. P. Shestakov

Kabanata 1

1.1.3. Cell biochemistry (enerhiya)

Ang mga proseso ng pag-urong ng kalamnan, paghahatid ng nerve impulse, synthesis ng protina, atbp. ay may kasamang mga gastos sa enerhiya. Ang mga cell ay gumagamit lamang ng enerhiya sa anyo ng ATP. Ang pagpapakawala ng enerhiya na nilalaman sa ATP ay isinasagawa salamat sa enzyme ATPase, na naroroon sa lahat ng mga lugar ng cell kung saan kinakailangan ang enerhiya. Habang inilalabas ang enerhiya, nabubuo ang mga molekula ng ADP, F, N. Ang resynthesis ng ATP ay isinasagawa pangunahin dahil sa supply ng CRF. Kapag binigay ng CrF ang enerhiya nito para sa resynthesis ng ATP, nabubuo ang Cr at F. Ang mga molekulang ito ay kumakalat sa cytoplasm at pinapagana ang aktibidad ng enzymatic na nauugnay sa synthesis ng ATP. Mayroong dalawang pangunahing paraan ng pagbuo ng ATP: anaerobic at aerobic (Aulik I.V., 1990; Khochachka P., Somero J., 1988, atbp.).

anaerobic na landas o anaerobic glycolysis nauugnay sa mga enzymatic system na matatagpuan sa lamad ng sarcoplasmic reticulum at sa sarcoplasm. Kapag lumitaw ang Kr at F sa tabi ng mga enzyme na ito, inilulunsad ang isang kadena ng mga reaksiyong kemikal, kung saan ang glycogen o glucose ay nabubulok upang mag-pyruvate sa pagbuo ng mga molekulang ATP. Ang mga molekula ng ATP ay agad na nagbibigay ng kanilang enerhiya para sa resynthesis ng CRP, at ang ADP at F ay muling ginagamit sa glycolysis upang bumuo ng isang bagong molekula ng ATP. Ang Pyruvate ay may dalawang posibilidad para sa conversion:

1) Maging Acetyl coenzyme A, sumailalim sa oxidative phosphorylation sa mitochondria upang bumuo ng mga molekula ng carbon dioxide, tubig at ATP. Ang metabolic pathway na ito - glycogen-pyruvate-mitochondria-carbon dioxide at tubig - ay tinatawag na aerobic glycolysis.

2) Sa tulong ng enzyme LDH M (muscle-type lactate dehydrogenase), ang pyruvate ay na-convert sa lactate. Ang metabolic pathway na ito - glycogen-pyruvate-lactate - ay tinatawag anaerobic glycolysis at sinamahan ng pagbuo at akumulasyon ng mga hydrogen ions.

aerobic na paraan, o oxidative phosphorylation, na nauugnay sa mitochondrial system. Kapag lumitaw ang Cr at F malapit sa mitochondria sa tulong ng mitochondrial CPKase, ang CrF resynthesis ay nangyayari dahil sa ATP na nabuo sa mitochondria. Ang ADP at P ay ibinalik sa mitochondria upang bumuo ng isang bagong molekula ng ATP. Mayroong dalawang metabolic pathway para sa ATP synthesis:

1) aerobic glycolysis;
2) oksihenasyon ng mga lipid (taba).

Ang mga proseso ng aerobic ay nauugnay sa pagsipsip ng mga hydrogen ions, at sa mabagal na mga hibla ng kalamnan (MF ng puso at diaphragm), ang enzyme LDH H (uri ng puso na lactate dehydrogenase) ay nangingibabaw, na mas intensive na nagko-convert ng lactate sa pyruvate. Samakatuwid, sa panahon ng paggana ng mabagal na mga fibers ng kalamnan (SMF), mayroong isang mabilis na pag-aalis ng lactate at hydrogen ions.

Ang pagtaas ng lactate at H sa MW ay humahantong sa pagsugpo ng fat oxidation, at ang intensive fat oxidation ay humahantong sa akumulasyon ng citrate sa cell, at pinipigilan nito ang glycolysis enzymes.

Ang isang kinakailangan para sa pagkakaroon ng anumang organismo ay isang patuloy na supply ng mga sustansya at isang patuloy na paglabas ng mga panghuling produkto ng mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa mga selula. Ang mga sustansya ay ginagamit ng mga organismo bilang pinagmumulan ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal (pangunahin ang mga atomo ng carbon), kung saan ang lahat ng mga istruktura ay binuo o na-renew. Bilang karagdagan sa mga sustansya, ang tubig, oxygen, at mga mineral na asin ay pumapasok din sa katawan. Ang mga organikong sangkap na nakapasok sa mga selula (o na-synthesize sa panahon ng photosynthesis) ay nahahati sa mga bloke ng gusali - mga monomer at ipinadala sa lahat ng mga selula ng katawan. Ang bahagi ng mga molekula ng mga sangkap na ito ay ginugol sa synthesis ng mga tiyak na organikong sangkap na likas sa organismong ito. Ang mga cell ay nag-synthesize ng mga protina, lychids, carbohydrates, nucleic acid at iba pang mga sangkap na gumaganap ng iba't ibang mga function (gusali, catalytic, regulasyon, proteksiyon, atbp.). Ang isa pang bahagi ng mababang molekular na timbang na mga organikong compound na pumapasok sa mga selula ay napupunta sa pagbuo ng ATP, ang mga molekula na naglalaman ng enerhiya na direktang inilaan para sa paggawa. Ang enerhiya ay kinakailangan para sa synthesis ng lahat ng mga tiyak na sangkap ng katawan, pagpapanatili ng mataas na pagkakasunud-sunod na samahan, aktibong transportasyon ng mga sangkap sa loob ng mga cell, mula sa isang cell patungo sa isa pa, mula sa isang bahagi ng katawan patungo sa isa pa, para sa paghahatid ng mga nerve impulses, paggalaw ng mga organismo, pagpapanatili ng pare-parehong temperatura ng katawan (sa mga ibon at mammal) at para sa iba pang layunin. Sa kurso ng pagbabagong-anyo ng mga sangkap sa mga cell, ang mga produkto ng pagtatapos ng metabolismo ay nabuo, na maaaring nakakalason sa katawan at pinalabas mula dito (halimbawa, ammonia). Kaya, ang lahat ng nabubuhay na organismo ay patuloy na kumakain ng ilang mga sangkap mula sa kapaligiran, binabago ang mga ito at naglalabas ng mga huling produkto sa kapaligiran. Ang kabuuan ng mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa katawan ay tinatawag na metabolismo o metabolismo. Depende sa pangkalahatang direksyon ng mga proseso, ang catabolism at anabolism ay nakikilala.

Ang catabolism (dissimilation) ay isang hanay ng mga reaksyon na humahantong sa pagbuo ng mga simpleng compound mula sa mas kumplikado. Kasama sa mga reaksyon ng catabolic, halimbawa, ang mga reaksyon ng hydrolysis ng mga polimer sa mga monomer at ang pagkasira ng huli sa carbon dioxide, tubig, ammonia, i.e., mga reaksyon ng metabolismo ng enerhiya, kung saan ang mga organikong sangkap ay na-oxidize at ang ATP ay synthesize. Ang anabolismo (assimilation) ay isang hanay ng mga reaksyon para sa synthesis ng mga kumplikadong organikong sangkap mula sa mas simple. Kabilang dito, halimbawa, ang nitrogen fixation at biosynthesis ng protina, ang synthesis ng carbohydrates mula sa carbon dioxide at tubig sa panahon ng photosynthesis, ang synthesis ng polysaccharides, lipids, nucleotides, DNA, RNA at iba pang mga sangkap. Ang synthesis ng mga sangkap sa mga selula ng mga nabubuhay na organismo ay madalas na tinutukoy bilang plastic metabolism, at ang pagkasira ng mga sangkap at ang kanilang oksihenasyon, na sinamahan ng synthesis ng ATP, ay tinatawag na metabolismo ng enerhiya. Ang parehong uri ng metabolismo ay bumubuo ng batayan ng mahahalagang aktibidad ng anumang selula, at, dahil dito, ng anumang organismo, at malapit na nauugnay sa isa't isa. Ang mga proseso ng anabolism at catabolism ay nasa katawan sa isang estado ng dynamic na balanse o pansamantalang pagkalat ng isa sa kanila. Ang pamamayani ng mga anabolic na proseso sa catabolic ay humahantong sa paglaki, akumulasyon ng mass ng tissue, at catabolic - sa bahagyang pagkasira ng mga istraktura ng tissue, paglabas ng enerhiya. Ang estado ng equilibrium o non-equilibrium ratio ng anabolism at catabolism ay depende sa edad. Sa pagkabata, ang mga proseso ng anabolismo ay namamayani, at sa edad ng senile - catabolism. Sa mga matatanda, ang mga prosesong ito ay nasa balanse. Ang kanilang ratio ay nakasalalay din sa estado ng kalusugan, pisikal o psycho-emosyonal na aktibidad na ginagawa ng isang tao.

82. Entropy ng bukas na thermodynamic system, ang equation ng Prigogine.

Ang entropy ay isang sukatan ng dissipation ng libreng enerhiya, samakatuwid, ang anumang bukas na t/d system sa isang nakatigil na estado ay may posibilidad na ang pinakamababang pagwawaldas ng libreng enerhiya. Kung sa ilang kadahilanan ang sistema ay lumihis mula sa nakatigil na estado, kung gayon bilang isang resulta ng sistema na nag-aalaga sa pinakamababang entropy, ang mga panloob na pagbabago ay nangyayari sa loob nito, na ibinabalik ito sa nakatigil na estado. Buksan ang sistema, thermodynamic isang sistemang may kakayahang makipagpalitan ng bagay at enerhiya sa kapaligiran. Sa isang bukas na sistema, ang init ay dumadaloy mula sa system at papunta dito.

Postulate I.R. Ang Prigogine ay ang kabuuang pagbabago sa entropy dS ng isang bukas na sistema ay maaaring mangyari nang nakapag-iisa dahil sa mga proseso ng palitan sa panlabas na kapaligiran (deS) o dahil sa panloob na hindi maibabalik na mga proseso (diS): dS = deS + diS. Ang teorama ni Prigogine. Sa mga nakatigil na estado na may nakapirming panlabas na mga parameter, ang rate ng produksyon ng entropy sa isang bukas na sistema dahil sa paglitaw ng mga hindi maibabalik na proseso ay pare-pareho sa oras at minimal sa magnitude. diS / dt min.

Mahigit sa isang bilyong taon na ang lumipas mula sa paglitaw ng mga unicellular na organismo hanggang sa "imbensyon" ng cell nucleus at ang pagsilang ng maraming iba pang mga inobasyon. Noon lamang nabuksan ang daan patungo sa mga unang multicellular na nilalang, na nagbunga ng tatlong kaharian ng mga hayop, halaman at fungi. Ang mga siyentipikong Europeo ay naglagay ng bagong paliwanag para sa pagbabagong ito, na sumasalungat sa mga ideyang umiiral na hanggang ngayon.

Karaniwang tinatanggap na sa una ay mas perpektong mga nuclear cell ang ipinanganak mula sa mga prokaryote, umaasa sa mga lumang mekanismo ng enerhiya, at sa kalaunan ay nakuha ng mga rekrut ang mitochondria. Ang huli ay itinalaga ng isang mahalagang papel sa karagdagang ebolusyon ng mga eukaryote, ngunit hindi ang papel ng pundasyon na nasa mismong pundasyon nito.

"Ipinakita namin na ang unang pagpipilian ay hindi gagana. Upang mabuo ang pagiging kumplikado ng cell, kailangan nito ng mitochondria, "paliwanag ni Martin. "Ang aming hypothesis ay pinabulaanan ang tradisyonal na pananaw na ang paglipat sa mga eukaryotic na selula ay nangangailangan lamang ng tamang mutasyon," sabi ni Lane sa kanya.

Sila ay binuo nang sama-sama, habang ang endosymbiont ay unti-unting hinahasa ang isang kasanayan - ang synthesis ng ATP. Ang panloob na selula ay bumaba sa laki at inilipat ang ilan sa mga pangalawang gene nito sa nucleus. Kaya pinanatili ng mitochondria ang bahagi lamang ng orihinal na DNA na kailangan nilang magtrabaho bilang isang "living power plant".

Mitochondria sa loob ng cell (fluoresce green). Mga Inset: Martin (kaliwa) at Lane. Ang mga detalye ng bagong pag-aaral ay matatagpuan sa artikulo ng Kalikasan at ang press release ng UCL (mga larawan ni Douglas Kline, molevol.de, nick-lane.net).

Ang hitsura ng mitochondria sa mga tuntunin ng enerhiya ay maihahambing sa pag-imbento ng isang rocket pagkatapos ng isang cart, dahil ang mga nuclear cell ay nasa average na isang libong beses na mas malaki sa dami kaysa sa mga cell na walang nucleus.

Ang huli, tila, ay maaari ding lumaki sa laki at pagiging kumplikado ng aparato (may mga nakahiwalay na kapansin-pansin na mga halimbawa dito). Ngunit sa landas na ito, ang maliliit na nilalang ay may nahuhuli: habang lumalaki sila sa geometriko, mabilis na bumababa ang ratio ng surface area sa volume.

Samantala, ang mga simpleng cell ay bumubuo ng enerhiya sa tulong ng isang lamad na sumasaklaw sa kanila. Kaya't sa isang malaking prokaryotic cell ay maaaring maraming puwang para sa mga bagong gene, ngunit wala itong sapat na enerhiya upang mag-synthesize ng mga protina ayon sa "mga tagubilin" na ito.

Ang isang simpleng pagtaas sa mga fold ng panlabas na lamad ay hindi partikular na nai-save ang sitwasyon (bagaman ang mga naturang cell ay kilala). Sa ganitong paraan ng pagtaas ng kapangyarihan, ang bilang ng mga error sa pagpapatakbo ng sistema ng enerhiya ay tumataas din. Naiipon ang mga hindi gustong molekula sa selula na maaaring sirain ito.

Ang bilang ng mitochondria (ipinapakita sa pula) sa isang cell ay nag-iiba mula sa isang kopya (karamihan sa mga single-celled eukaryotes) hanggang dalawang libo (halimbawa, sa mga selula ng atay ng tao) (ilustrasyon ni Odra Noel).

Ang mitochondria ay isang napakatalino na imbensyon ng kalikasan. Sa pamamagitan ng pagtaas ng kanilang bilang, posible na madagdagan ang potensyal ng enerhiya ng cell nang hindi lumalaki ang panlabas na ibabaw nito. Bukod dito, ang bawat mitochondrion ay mayroon ding built-in na kontrol at mga mekanismo ng pagkumpuni.

At isa pang plus ng innovation: ang mitochondrial DNA ay maliit at napakatipid. Hindi ito nangangailangan ng maraming mapagkukunan upang kopyahin ito. Ngunit ang bakterya, upang madagdagan ang kanilang mga kakayahan sa enerhiya, ay maaari lamang lumikha ng maraming kopya ng kanilang buong genome. Ngunit ang gayong pag-unlad ay mabilis na humahantong sa isang masiglang hindi pagkakasundo.

Paghahambing ng enerhiya ng iba't ibang mga cell at ang kanilang mga scheme. a) – karaniwang prokaryote ( Escherichia), b) ay isang napakalaking prokaryote ( Thiomargarita) at (c) gitnang eukaryote ( Euglena).
Ang mga diagram ay nagpapakita (mula sa itaas hanggang sa ibaba): kapangyarihan (watts) bawat gramo ng cell (d), kapangyarihan (femtowatts) bawat gene (e), at kapangyarihan (picowatts) bawat haploid genome (f) (mga paglalarawan ni Nick Lane, William Martin/Kalikasan) .

Ang mga may-akda ng trabaho ay kinakalkula na ang average na eukaryotic cell ay maaaring theoretically magdala ng 200,000 beses na mas maraming mga gene kaysa sa average na bacterium. Ang mga eukaryote ay maaaring ituring na isang aklatan na may malaking bilang ng mga istante - punan ito ng mga aklat sa nilalaman ng iyong puso. Well, ang isang mas pinalawig na genome ay ang batayan para sa karagdagang pagpapabuti ng istraktura ng cell at metabolismo nito, ang paglitaw ng mga bagong regulatory circuit.