Биоэнергетика клеток и ее связь с подвижностью микроорганизмов

Учебные материалы по биологии / Идентификация микроводорослей Euglena glacilis и анализ их чувствительности к ингибирующим веществам / Биоэнергетика клеток и ее связь с подвижностью микроорганизмов

Страница 1

Живая клетка избегает прямого использования энергии внешних ресурсов для совершения полезной работы. Она сначала превращает их в одну из трех конвертируемых форм энергии ("энергетических валют"), а именно: в АТФ, протонный или натриевый потенциал, которые затем расходуются для осуществления различных энергоемких процессов.

Любая живая клетка обеспечивает свои энергетические потребности за счет внешних ресурсов. Как ресурсы, так и потребности отличаются большим разнообразием. Ресурсами могут служить свет (для зеленых растений и некоторых бактерий) и многочисленные питательные вещества, расщепляющиеся в клетке до менее энергетически ценных конечных продуктов. Что касается потребностей, то они складываются из различных энергоемких процессов, необходимых для совершения отдельных видов полезной работы клетки и организма. Даже у простейших живых существ, каковыми являются бактерии, таких процессов насчитывается несколько десятков. Поэтому неудивительно, что живая клетка располагает особой "энергетической валютой", играющей роль посредника между процессами запасания энергии и ее траты. Долгое время считалось, что единственным типом такой "валюты" служат так называемые высокоэнергетические химические соединения, а среди них прежде всего аденозинтрифосфат (АТФ). Однако последние работы биоэнергетиков опровергли эту догму. Оказалось, что клетка располагает не одним, а тремя типами "энергетической валюты". Наряду с АТФ такую роль выполняют протонный и натриевый потенциалы на биологических мембранах.

В результате этого учеными были сформулированы три закона биоэнергетики. Кратко их суть сводится к следующим положениям:

Первый закон биоэнергетики:

Живая клетка не использует "впрямую" внешние ресурсы для получения энергии, необходимой для обеспечения внутренних процессов. Клетка "конвертирует" энергию внешних ресурсов в одну из трех внутренних "энергетических валют": в АТФ, натриевый или протонный (водородный) потенциал, которые затем расходуются для осуществления различных энергоемких процессов.

Второй закон биоэнергетики:

Живая клетка в результате эволюции приобрела способность использовать как минимум две "энергетических валюты": водорастворимую (АТФ) и связанную с мембраной - натриевый или водородный потенциал.

Третий закон биоэнергетики:

"Энергетические валюты" клетки могут превращаться одна в другую. Поэтому получения хотя бы одной из них за счет внешних ресурсов достаточно для поддержания жизнедеятельности.

В наиболее эволюционно продвинутой животной клетке имеются все три вида "энергетической валюты" - это увеличивает ее способность к выживанию и выполнению ответственных функций в организме.

Функции клеточного дыхания

Функции, возлагаемые на процесс легочного дыхания, тоже достаточно разнообразны. В упрощенном виде они могут быть разбиты на четыре группы:

запасание "энергетической валюты" в конвертируемой форме АТФ или протонного потенциала;

выделение энергии в виде тепла;

образование веществ, необходимых клетке для ее существования;

удаление веществ, наличие которых во внутренней среде клетки нежелательно [12].

Нескончаемый поток энергии в клетке, поток энергии от одной клетки к другой или от одного организма к другому и составляет сущность жизни. Живые клетки обладают сложными и эффективными системами для превращения одного вида энергии в другой. Превращения энергии происходят главным образом в двух структурах - в хлоропластах, имеющихся у зеленых растений, и в митохондриях, имеющихся в клетках как растений, так и животных. Изучением превращений энергии в живых организмах занимается биоэнергетика.

В живом мире различают три основных вида превращения энергии:

. Лучистая энергия солнечного света улавливается имеющимся в зеленых растениях зеленым пигментом хлорофиллом и превращается в процессе так называемого фотосинтеза в химическую энергию, которая используется для синтеза из двуокиси углерода и воды углеводов и других сложных молекул. Энергия солнечного света, представляющая собой одну из форм кинетической энергии, превращается таким образом в один из типов потенциальной энергии. Химическая энергия запасается в молекулах углеводов и других питательных веществ в форме энергии связей между входящими в их состав атомами.

2. Химическая энергия углеводов и других молекул превращается в процессе клеточного дыхания в биологически доступную энергию макроэргических фосфатных связей. Такого рода превращения энергии осуществляются в митохондриях.

. Превращение энергии, происходящее при использовании клеткой химической энергии этих фосфатных связей для работы: механической работы - при мышечном сокращении, электрической работы - при передаче нервного импульса, осмотической работы - при передвижении молекул против градиента концентраций, химической работы - при синтезе молекул в процессе роста. Часть энергии при этом теряется, рассеиваясь в форме тепла. Растения и животные выработали в процессе эволюции весьма эффективные преобразователи энергии для осуществления этих процессов, а также весьма тонкие регуляторные системы, дающие клетке возможность приспосабливаться к изменениям окружающих условий.