Всім привіт! Цю статтю я хотів присвятити клітинному ядру та ДНК. Але перед цим потрібно торкнутися того, як клітина зберігає і використовує енергію (спасибі). Ми стосуватимемося питань пов'язаних з енергією майже скрізь. Давайте заздалегідь у них розберемося.

З чого можна отримувати енергію? Та з усього! Рослини використовують світлову енергію. Деякі бактерії також. Тобто органічні речовини синтезуються із неорганічних за рахунок світлової енергії. + Є хемотрофи. Вони синтезують органічні речовини з неорганічних за рахунок енергії окислення аміаку, сірководню та інших речовин. А чи є ми з вами. Ми – гетеротрофи. Хто це? Це ті, хто не вміє синтезувати органічні речовини із неорганічних. Тобто хемосинтез та фотосинтез, це не для нас. Ми беремо готову органіку (з'їдаємо). Розбираємо її на шматочки і або використовуємо як будівельний матеріалабо руйнуємо для отримання енергії.
Що ми можемо розбирати на енергію? Білки (спочатку розбираючи їх на амінокислоти), жири, вуглеводи та етиловий спирт(але це за бажанням). Тобто всі ці речовини можуть бути використані як джерела енергії. Але для її зберігання ми використовуємо жири та вуглеводи. Люблю вуглеводи! У нашому тілі основним запасним вуглеводом є глікоген.

Він складається із залишків глюкози. Тобто це довгий, розгалужений ланцюжок, що складається з однакових ланок (глюкози). За потреби в енергії ми відщеплюємо по одному шматочку з кінця ланцюга і окислюючи його отримуємо енергію. Такий спосіб отримання енергії характерний для всіх клітин тіла, але особливо багато глікогену в клітинах печінки та м'язової тканини.

Тепер поговоримо про жир. Він зберігається у спеціальних клітинах сполучної тканини. Ім'я їм – адипоцити. По суті, це клітини з величезною жировою краплею всередині.

При необхідності організм дістає жир з цих клітин, частково розщеплює і транспортує. За місцем доставки відбувається остаточне розщеплення з виділенням та перетворенням енергії.

Досить популярне питання: «Чому не можна зберігати всю енергію у вигляді жиру чи глікогену?».
У цих джерел енергії різне призначення. З глікогену енергію можна одержати досить швидко. Його розщеплення починається майже відразу після початку м'язової роботи, досягаючи піку до 1-2 хвилини. Розщеплення жирів протікає на кілька порядків повільніше. Тобто, якщо ви спите, або повільно кудись йдете - у вас постійна витрата енергії, і її можна забезпечити розщеплюючи жири. Але як тільки ви вирішите прискоритися (упали сервери, побігли піднімати), різко знадобляться багато енергіїта швидко її отримати розщеплюючи жири не вийде. Тут нам і потрібний глікоген.

Є ще одна важлива відмінність. Глікоген пов'язує багато води. Приблизно 3 г води на 1 г глікогену. Тобто для 1 кг глікогену це вже 3 кг води. Не оптимально… Із жиром простіше. Молекули ліпідів (жири=ліпіди), у яких запасається енергія не заряджені, на відміну молекул води і глікогену. Такі молекули називається гідрофобними (дослівно, що бояться води). Молекули води ж поляризовані. Приблизно це виглядає.

По суті, позитивно заряджені атоми водню взаємодіють із негативно зарядженими атомами кисню. Виходить стабільний та енергетично вигідний стан.
Тепер представимо молекули ліпідів. Вони не заряджені та не можуть нормально взаємодіяти з поляризованими молекулами води. Тому суміш ліпідів із водою енергетично невигідна. Молекули ліпідів не здатні адсорбувати воду, як це робить глікоген. Вони «купкуються» у так звані ліпідні краплі, оточуються мембраною з фосфоліпідів (одна їхня сторона заряджена та звернена до води зовні, друга – не заряджена і дивиться на ліпіди краплі). У результаті, у нас є стабільна система, що ефективно зберігає ліпіди і нічого зайвого.

Окей, ми розібралися з тим, у яких формах зберігається енергія. А що з нею відбувається далі? Ось відщепили молекулу глюкози від глікогену. Перетворили її на енергію. Що це означає?
Зробимо невеликий відступ.

У клітині відбувається близько 1.000.000.000 реакцій кожну секунду. При протіканні реакції одна речовина трансформується на іншу. Що при цьому відбувається із його внутрішньою енергією? Вона може зменшуватися, збільшуватися чи змінюватися. Якщо зменшується -> відбувається виділення енергії. Якщо збільшується -> потрібно взяти енергію з-за. Організм зазвичай поєднує такі реакції. Тобто енергія, що виділилася при перебігу однієї реакції, йде на проведення другої.

Так от в організмі є спеціальні сполуки, макроерги, які здатні накопичувати та передавати енергію в ході реакції. У їхньому складі є одна, або кілька хімічних зв'язків, у яких накопичується ця енергія. Тепер можна повернутись до глюкози. Енергія, що виділилася при її розпаді, запасеться у зв'язках цих макроергів.

Розберемо з прикладу.

Найпоширенішим макроергом (енергетичною валютою) клітини є АТФ (аденозинтрифосфат).

Виглядає приблизно так.

До його складу входить азотна підстава аденін (одна з 4, що використовуються для кодування інформації в ДНК), цукор рибозу і три залишки фосфорної кислоти (тому і АденозинТРИфосфат). Саме зв'язках між залишками фосфорної кислоти накопичується енергія. При відщепленні одного залишку фосфорної кислоти утворюється АДФ (аденозиндіфосфат). АДФ може виділяти енергію, відриваючи ще один залишок і перетворюючись на АМФ (АденозинМОНОфосфат). Але ефективність відщеплена другого залишку набагато нижча. Тому, як правило, організм прагне з АДФ знову отримати АТФ. Відбувається це приблизно так. При розпаді глюкози, енергія, що виділяється, витрачається на утворення зв'язку між двома залишками фосфорної кислоти і утворення ATP. Процес багатостадійний і поки що ми його опустимо.

АТФ, що вийшов, є універсальним джерелом енергії. Він використовується скрізь, починаючи від синтезу білка (для поєднання амінокислот потрібна енергія), закінчуючи м'язовою роботою. Моторні білки, що здійснюють м'язове скорочення, використовують енергію, запасену в АТФ, для зміни своєї конформації. Зміна конформації – це переорієнтування однієї частини великої молекули щодо іншої. Виглядає приблизно так.

Тобто хімічна енергія зв'язку перетворюється на механічну енергію. Ось реальні прикладибілків, які використовують АТФ для роботи.

Знайомтесь, це міозин. Моторний білок. Він здійснює переміщення великих внутрішньоклітинних утворень та бере участь у скороченні м'язів. Зверніть увагу, у нього є дві "ніжки". Використовуючи енергію запасену в 1 молекулі АТФ, він здійснює одну конформаційну зміну, по суті один крок. Самий наочний прикладпереходу хімічної енергії АТФ до механічної.

Другий приклад – Na/K насос. На першому етапі він пов'язує три молекули Na та одну АТФ. Використовуючи енергію АТФ, він змінює конформацію, викидаючи Na із клітини. Потім він пов'язує дві молекули калію і, повертаючись до вихідної конформації, переносить калій клітину. Штука дуже важлива, дозволяє підтримувати рівень внутрішньоклітинного Na в нормі.

А якщо серйозно, то:

Пауза. Навіщо нам АТФ? Чому ми не можемо використовувати запасену в глюкозі енергію безпосередньо? Банально, якщо окислити глюкозу до CO2 за раз, миттєво виділиться екстремально багато енергії. І більша її частина розсіється у вигляді тепла. Тому реакція розбивається на стадії. На кожній виділяється трохи енергії, вона запасається, і реакція триває доки речовина повністю не окислиться.

Підсумую. Запасається енергія у жирах та вуглеводах. З вуглеводів її можна отримати швидше, але в жирах можна запасти більше. Для проведення реакцій клітина використовує високоенергетичні сполуки, в яких запасається енергія розпаду жирів, вуглеводів і т.д. По суті, бери та використовуй. Проте чи не єдине. Але про це згодом.

P.S. Я спробував максимально спростити матеріал, тому виникли деякі неточності. Прошу ревних біологів мені пробачити.

Теги: Додати теги

Коли знайомишся з фундаментальними працями людства, нерідко ловиш себе на думці, що з розвитком науки питань стає більше, ніж відповідей. У 80-х та 90-х роках молекулярна біологіяі генетика розширили уявлення про клітини і клітинну взаємодію. Було виділено цілий клас клітинних факторів, які регулюють міжклітинну взаємодію. Це має важливе значеннядля розуміння функціонування багатоклітинного людського організму і особливо клітин імунної системи. Але з кожним роком біологи відкривають все більше подібних міжклітинних факторів і все важче відтворити картину цілісного організму. Таким чином, питань виникає більше, ніж виникає відповідей.

Невичерпність людського організму та обмежені можливостійого вивчення приводять до висновку про необхідність найближчих та наступних пріоритетів досліджень. Таким пріоритетом на сьогоднішній день є енергетика клітин живого людського організму. Недостатні знання про енерговиробництво та енергообмін клітин в організмі стає перешкодою для серйозних наукових досліджень.

Клітина є основною структурною одиницеюорганізму: всі органи та тканини складаються з клітин. Важко розраховувати на успіх лікарських засобів або немедикаментозних методів, якщо вони розробляються без достатніх знань про енергетику клітин та міжклітинну енергетичну взаємодію. Можна навести достатньо прикладів, коли засоби, що широко використовуються і рекомендуються, завдають шкоди здоров'ю.

Пануючим у охороні здоров'я є субстанційний підхід. Субстанція – речовина. Логіка лікування гранично проста: забезпечити організм необхідними речовинами(Вода, їжа, вітаміни, мікроелементи, а при необхідності ліки) і вивести з організму продукти обміну (екскременти, надлишкові жири, солі, токсини і т. д.). Експансія лікарських засобів продовжує тріумфувати. Нові покоління людей багатьох країнах стають добровільними учасниками широкомасштабного експерименту. Індустрія ліків потребує нових хворих. Проте, здорових людейстає дедалі менше.

У творця популярного довідника по лікарським засобамякось запитали, скільки ліків йому особисто довелося випробувати. Жодного - була відповідь. Очевидно, цей розумна людинамав блискучі знання про біохімію клітини та вмів з користю застосовувати ці знання у житті.

Уявіть собі мініатюрну частинку живої матерії, у формі еліпсоїда, диска, кулі, приблизно 8-15 мікрон (мкм) у поперечнику, що одночасно є складною саморегулюючою системою. Звичайну живу кліткуназивають диференційованою, як би підкреслюючи, що безліч елементів, що входять до її складу, чітко розділені один до одного. Поняття "недиференційована клітина", як правило, належить видозміненій, наприклад, раковій клітині. Диференційовані клітини відрізняються не тільки будовою, внутрішнім обміном, а й спеціалізацією, наприклад, ниркові, печінкові, серцеві клітини.

У випадку клітина складається з трьох компонентів: клітинної оболонки, цитоплазми, ядра. До складу клітинної оболонки, як правило, входить три-, чотиришарова мембрана і зовнішня оболонка. Два шари мембрани складаються з ліпідів (жирів), основну частину яких складають ненасичені жири- фосфоліпіди. Мембрана клітини має дуже складну будову та різноманітні функції. Різниця потенціалів з обох боків мембрани може становити кілька сотень мілівольт. Зовнішня поверхня мембрани містить негативний електричний заряд.

Як правило, клітина має одне ядро. Хоча є клітини, які мають два ядра і більше. Функція ядра полягає в зберіганні і передачі спадкової інформації, наприклад, при розподілі клітини, а також в управлінні всіма фізіологічними процесами в клітині. У ядрі містяться молекули ДНК, що несуть генетичний код клітини. Ядро укладено у двошарову мембрану.

Цитоплазма становить основну масу клітини і є клітинною рідиною з розташованими в ній органелами і включеннями. Органелли – постійні компоненти цитоплазми, що виконують специфічні важливі функції. З них нас найбільше цікавлять мітохондрії, які іноді називають електростанціями клітини. Кожна мітохондрія має дві мембранні системи: зовнішню та внутрішню. Зовнішня мембранагладка, в ній порівну представлені ліпіди та білки. Внутрішня мембрана належить до найскладніших типів мембранних систем людського організму. У ній безліч складок, званих гребінцями (христами), за рахунок яких мембранна поверхня суттєво збільшується. Можна уявити цю мембрану у вигляді множини грибоподібних виростів, спрямованих у внутрішній простір мітохондрії. На одну мітохондрію припадає 10 4-10 5 ступеня таких виростів.

Крім того, у внутрішній мітохондріальній мембрані присутні ще 50-60 ферментів, загальне числомолекул різних типівдосягає 80. Все це необхідно для хімічного окислення та енергетичного обміну. Серед фізичних властивостей цієї мембрани слід зазначити високу електричний опір, що характерно для так званих сполучних мембран, здатних акумулювати енергію подібно до хорошого конденсатора. Різниця потенціалів з обох боків внутрішньої мітохондріальної мембрани становить близько 200-250 мВ.

Можна уявити, наскільки складна клітина, якщо, наприклад, печінкова клітина гепатоцит містить близько 2000 мітохондрій. Але ж у клітці безліч інших органел, сотні ферментів, гормонів та інших складних речовин. Кожна органела має свій набір речовин, у ній здійснюються певні фізичні, хімічні та біохімічні процеси. У такому ж динамічному стані знаходяться речовини в цитоплазматичному просторі, вони безперервно обмінюються з органелами і з зовнішнім оточенням клітин через її мембрану.

Перепрошую у Читача - нефахівця за технічні деталі, але ці уявлення про клітину корисно знати кожній людині, яка бажає бути здоровою. Ми маємо захоплюватися цим дивом природи та одночасно враховувати слабкі сторониклітки, коли займаємося лікуванням. Мені доводилося спостерігати, коли звичайний анальгін приводив до набряків тканин у молодої здорової людини. Вражає, як не замислюючись, з якою легкістю інші ковтають пігулки!

Уявлення про складність клітинного функціонування будуть не повними, якщо ми не розповімо про енергетику клітин. Енергія в клітині витрачається виконання різної роботи: механічну - рух рідини, рух органел; хімічну - синтез складних органічних речовин; електричну - створення різниці електричних потенціалів на плазматичних мембранах; Осмотична - транспорт речовин всередину клітини і назад. Не ставлячи собі завдання перерахувати всі процеси, обмежимося відомим твердженням: без достатнього забезпечення енергією може бути досягнуто повноцінне функціонуванняклітини.

Звідки клітка отримує необхідну їй енергію? Згідно науковим теоріямхімічна енергія поживних речовин(вуглеводів, жирів, білків) перетворюється на енергію макроергічних (що містять багато енергії) зв'язків аденозинтрифос-фату (АТФ). Ці процеси здійснюються в мітохондріях клітин переважно у циклі трикарбонових кислот (цикл Кребса) та при окисному фосфорилюванні. Запасена в АТФ енергія легко звільняється при розриві макроергічних зв'язків, в результаті забезпечуються енерговитрати в організмі.

Однак ці уявлення не дозволяють дати об'єктивну оцінку кількісних та якісних характеристик енергозабезпечення та енергообміну в тканинах, а також стану енергетики клітин та міжклітинної взаємодії. Слід звернути увагу на найважливіше питання(Г. Н. Петракович), на який не може відповісти традиційна теорія: за рахунок яких факторів здійснюється міжклітинна взаємодія? Адже АТФ утворюється та витрачається, виділяючи енергію, усередині мітохондрії.

Тим часом є достатньо підстав сумніватися в добробуті енергозабезпечення органів, тканин, клітин. Можна навіть прямо стверджувати, що людина в цьому відношенні дуже недосконала. Про це свідчить втома, яку щодня багато хто відчуває, і яка починає докучати людині з дитячого віку.

Проведені розрахунки показують, що якби енергія в людському організмі вироблялася за рахунок зазначених процесів (цикл Кребса та окисне фосфорилювання), то за малого навантаження енергетичний дефіцит становив би 30-50%, а при великому навантаженні - більше 90%. Це підтверджують дослідження американських учених, які дійшли висновку про недостатнє функціонування мітохондрій щодо забезпечення людини енергією.

Питання про енергетику клітин та тканин можливо ще довго залишалися б на узбіччі дороги, якою повільно рухається теоретична та практична медицина, якби не відбулися дві події. Мова йдепро Нову гіпотезу дихання та відкриття Ендогенного Дихання.

У хімічних реакціях при утворенні зв'язків між простими молекулами енергія споживається, а за розриву виділяється.

У процесі фотосинтезу у зелених рослин енергія сонячного світлаперетворюється на енергію хімічних зв'язків, що виникають між молекулами Вуглекислий газта води. Утворюється молекула глюкози: CO2 + H2O + Q (енергія) = C6H12O6.

Глюкоза є основним джерелом енергії для людини та більшості тварин.

Процес засвоєння цієї енергії називають "окисне фосфорилювання". Енергія (Q), що виділяється при окисленні, відразу використовується на фосфорилювання аденозиндифосфорної кислоти (АДФ):

АДФ + Ф + Q (енергія) = АТФ

Виходить "універсальна енергетична валюта" клітини аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Вона може будь-якої миті бути використана на будь-яку корисну організмуроботу чи зігрівання.

АТФ®АДФ+Ф+Q (енергія)

Процес окислення глюкози проходить у 2 етапи.

1. Анаеробне (безкисневе) окислення, або гліколіз, відбувається на гладкій ендоплазматичній мережі клітини. В результаті цього глюкоза виявляється розірваною на 2 частини, а енергії, що виділилася, достатньо для синтезу двох молекул АТФ.

2. Аеробне (кисневе) окиснення. Дві частини від глюкози (2 молекули піровиноградної кислоти) за наявності кисню продовжують низку окислювальних реакцій. Цей етап протікає на мітохондріях і призводить до подальшого розриву молекул та виділення енергії.

Результатом другого етапу окислення однієї молекули глюкози є утворення 6 молекул вуглекислого газу, 6 молекул води та енергії, якої достатньо для синтезу 36 молекул АТФ.

Як субстрати для окислення на другому етапі можуть використовуватися не тільки молекули, отримані з глюкози, але і молекули, отримані в результаті окислення ліпідів, білків, спиртів та інших енергоємних сполук.

Активна форма оцтової кислоти- А-КоА (ацетил коензим А, або ацетил кофермент А) - це проміжний продукт окислення всіх цих речовин (глюкози, амінокислот, жирних кислотта інших).

А-КоА є точкою перетину вуглеводного, білкового та ліпідного обмінів.

При надлишку глюкози та інших енергонесучих субстратів організм починає депонувати їх. В цьому випадку, глюкоза окислюється звичайним шляхом до молочної та піровиноградної кислоти, потім до А-КоА. Далі, А-КоА стає базою для синтезу молекули жирних кислот та жирів, які депонуються у підшкірній жировій клітковині. Навпаки, при нестачі глюкози, її синтезують із білків та жирів через А-КоА (глюконеогенез).

При необхідності можуть поповнюватися запаси замінних амінокислот для будівництва деяких білків.

АТФ - головний переносникенергії у клітці.Для будь-яких проявів життєдіяльності клітин необхідна енергія. Автотрофні організми отримують вихідну енергію від сонця в ході реакцій фотосинтезу, гетеротрофні ж як джерело енергії використовують органічні сполуки, що надходять з їжею. Енергія запасається клітинами у хімічних зв'язках молекул АТФ ( аденозинтрифосфат), які являють собою нуклеотид, що складається з трьох фосфатних груп, залишку цукру (рибози) та залишку азотистої основи(Аденіна).

Зв'язок між фосфатними залишками отримав назву макроергічної, оскільки при її розриві виділяється велика кількістьенергії. Зазвичай клітина отримує енергію з АТФ, відщеплюючи тільки кінцеву фосфатну групу. При цьому утворюється АДФ (аденозиндіфосфат), фосфорна кислота та звільняється 40 кДж/моль.

Молекули АТФ відіграють роль універсальної енергетичної монети розмінної клітини. Вони поставляються до місця протікання енергоємного процесу, будь ферментативний синтез органічних сполук, робота білків-молекулярних моторів або мембранних транспортних білків та ін Зворотний синтез молекул АТФ здійснюється шляхом приєднання фосфатної групи до АДФ з поглинанням енергії. Запасання клітиною енергії як АТФ здійснюється під час реакцій енергетичного обміну. Він тісно пов'язаний із пластичним обміном, у ході якого клітина виробляє необхідні для її функціонування органічні сполуки.

Обмін речовин та енергії у клітині (метаболізм).

Метаболізмом позначають сукупність всіх реакцій пластичного та енергетичного обміну, пов'язаних між собою. У клітинах постійно йде синтез вуглеводів, складних жирів, нуклеїнових кислот. Одним з найважливіших процесіву пластичному обміні є біосинтез білків. Синтез сполук у ході реакцій пластичного обміну завжди енерговитратний і відбувається за неодмінної участі АТФ.

Одним із джерел енергії для утворення АТФ служить ферментативне розщеплення органічних сполук, що надходять у клітину (білків, жирів і вуглеводів). У ході цього процесу вивільняється енергія, що акумулюється в АТФ. Особливу роль енергетичному обміні клітини грає розщеплення глюкози. Цей цукор синтезується в результаті реакцій фотосинтезу і може накопичуватися у клітинах у вигляді полісахаридів: крохмалю та глікогену. При необхідності полісахариди розпадаються, а молекули глюкози зазнають ряду послідовних перетворень.

Перший етап, який отримав назву гліколіз, проходить у цитоплазмі клітин і не потребує кисню. Внаслідок послідовних реакцій за участю ферментів глюкоза розпадається на дві молекули. піровиноградної кислоти. При цьому задіяні дві молекули АТФ, а енергії, що вивільняється при розщепленні хімічних зв'язків, вистачає на виробництво чотирьох молекул АТФ. У результаті енергетичний вихід гліколізу невеликий і становить дві молекули АТФ:

З 6 Н 12 О 6 → 2С 3 Н 4 О 3 + 4Н + + 2АТФ

В анаеробних умовах (за відсутності кисню) подальші перетворення пов'язані з різними типами бродінь.

Всім відомо молочнокисле бродіння(скисання молока), яке проходить завдяки діяльності молочнокислих грибків та бактерій. За механізмом воно подібне до гліколізу, тільки остаточним продуктом тут є молочна кислота. Цей тип бродіння проходить у клітинах при дефіциті кисню, наприклад, в м'язах, що інтенсивно працюють. Близько до молочного та спиртове бродіння. Відмінність полягає лише в тому, що продуктами спиртового бродіння є етиловий спирт і вуглекислий газ.

Наступний етап, під час якого піровиноградна кислотаокислюється до вуглекислого газу та води, отримав назву клітинного дихання. Пов'язані з диханням реакції проходять у мітохондріях рослинних і тваринних клітин і лише за наявності кисню. У внутрішньому середовищімітохондрій відбувається ряд хімічних перетвореньаж до кінцевого продукту - вуглекислого газу. При цьому на різних етапахцього процесу утворюються проміжні продукти розпаду вихідної речовини із відщепленням атомів водню. Атоми водню, у свою чергу, беруть участь у низці інших хімічних реакцій, Результатом яких є виділення енергії та «консервація» її в хімічних зв'язках АТФ та утворення молекул води. Стає зрозумілим, що саме для того, щоб зв'язати відщеплені атоми водню, потрібен кисень. Цей ряд хімічних перетворень досить складний і відбувається за участю внутрішніх мембран мітохондрій, ферментів, білків-переносників.

Клітинне дихання має надзвичайно високу ефективність. Відбувається енергетичний синтез 30 молекул АТФ, ще дві молекули утворюються при гліколізі та шість молекул АТФ утворюються як результат перетворень на мембранах мітохондрій продуктів гліколізу. Усього в результаті окислення однієї молекули глюкози утворюється 38 молекул АТФ:

З 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О + 38АТФ

У мітохондріях проходять кінцеві етапи окислення не лише цукрів, а й інших органічних сполук – білків та ліпідів. Ці речовини використовуються клітинами, головним чином, коли добігає кінця запас вуглеводів. Спочатку витрачається жир, при окисленні якого виділяється значно більше енергії, ніж з рівного обсягу вуглеводів і білків. Тому жир у тварин є основним «стратегічним резервом» енергетичних ресурсів. У рослин роль енергетичного резервуграє крохмаль. При зберіганні він займає значно більше місця, ніж енергетично еквівалентна кількість жиру. Для рослин це не є перешкодою, оскільки вони нерухомі і не носять, як тварини, запаси на собі. Витягти ж енергію з вуглеводів можна набагато швидше, ніж із жирів. Білки виконують в організмі багато важливі функціїтому залучаються в енергетичний обмін тільки при вичерпанні ресурсів цукрів і жирів, наприклад, при тривалому голодуванні.

Фотосинтез.Фотосинтез – це процес, під час якого енергія сонячних променівперетворюється на енергію хімічних зв'язків органічних сполук. У рослинних клітинахпов'язані з фотосинтезом процеси протікають у хлоропластах. Усередині цієї органели знаходяться системи мембран, в які вбудовані пігменти, що вловлюють променисту енергію сонця. Основний пігмент фотосинтезу – хлорофіл, який поглинає переважно сині та фіолетові, а також червоні промені спектру. Зелене світло при цьому відображається, тому сам хлорофіл і частини рослин, що містять його, здаються зеленими.

Розрізняють хлорофіли a, b, c, d, формули яких мають незначні розрізнення. Головний з них – хлорофіл aбез нього фотосинтез неможливий. Інші хлорофіли, звані допоміжними, здатні вловлювати світло дещо іншої хвилі, ніж хлорофіл aщо розширює спектр поглинання світла при фотосинтезі. Ту ж роль грають і каротиноїди, які сприймають кванти синього та зеленого світла. У різних групах рослинних організміврозподіл додаткових хлорофілів неоднаковий, що використовується в систематиці.

Власне уловлювання та перетворення променистої енергії відбувається під час світловий фази. При поглинанні квантів світла хлорофіл перетворюється на збуджений стан і стає донором електронів. Його електрони передаються від одного білкового комплексу до іншого ланцюгом перенесення електронів. Білки цього ланцюга, як і пігменти, зосереджені на внутрішній мембрані хлоропластів. При переході електрона ланцюга переносників він втрачає енергію, яка використовується для синтезу АТФ.

Під впливом сонячного світла у хлоропластах відбувається також розщеплення молекул води – фотоліз, у своїй виникають електрони, які відшкодовують втрати їх хлорофілом; в якості побічного продуктупри цьому утворюється кисень.

Таким чином, функціональний зміст світлової фази полягає в синтезі АТФ і НАДФ Н шляхом перетворення світлової енергії в хімічну.

З усіх пігментів, що вловлюють кванти світла, тільки хлорофіл aздатний передавати електрони у ланцюг переносу. Інші пігменти спочатку передають енергію збуджених світлом електронів хлорофілу a, А від нього вже починається описаний вище ланцюжок реакцій світлової фази.

Для реалізації темнової фазифотосинтезу світло не потрібне. Суть процесів, що проходять тут, полягає в тому, що отримані у світлову фазу молекули використовуються в серії хімічних реакцій, що «фіксують» 2 у формі вуглеводів. Всі реакції темнової фази здійснюються всередині хлоропластів, а речовини, що звільняються при «фіксації» вуглекислоти, знову використовуються в реакціях світлової фази.

Сумарне рівняння фотосинтезу має вигляд:

6СО 2 + 6Н 2 О –→ С 6 Н 12 О 6 + 6О 2

Взаємозв'язок та єдність процесів пластичного та енергетичного обміну.Процеси синтезу АТФ відбуваються в цитоплазмі (гліколіз), в мітохондріях ( клітинне дихання) та у хлоропластах (фотосинтез). Усі здійснюються під час цих процесів реакції – це реакції енергетичного обміну. Запасена у вигляді АТФ енергія, витрачається у реакціях пластичного обміну для необхідних життєдіяльності клітини білків, жирів, вуглеводів і нуклеїнових кислот. Зауважимо, що темнова фаза фотосинтезу – це ланцюг реакцій пластичного обміну, а світлова – енергетичного.