Различия в преобразованиях энергии в технике и в живых организмах.

В технике основным источником энергии является сжигание топлива или преобразование ядерной энергии в тепловую. Часть полученного тепла в различного рода двигателях используется для получения работы, а другая часть отдаётся в окружающую среду.

В живых организмах свободная энергия, получаемая при усвоении пищи, почти целиком выделяется в ходе биологического окисления, происходящего на внутренних мембранах митохондрий. Примерно 50% этой энергии диссипирует (выделяется в виде тепла, которое целиком уходит в окружающую среду). Остальные 50% тратятся на синтез так называемых макроэргов – веществ, обеспечивающих энергией все клетки организма. Важнейшим из таких веществ является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

Работа в живом организме производится за счёт энергии, выделяющейся при отщеплении от АТФ концевой фосфатной группы НРО₃ (обычно обозначаемой одно буквой Ф) и переносе этой группы на какое-то другое вещество, чаще всего – на воду:

АТФ-аза

↓

А-Ф-Ф~Ф + Н₂О → А-Ф-Ф + Н₃ РО₄ + энергия (около30 кДж/моль)

(АТФ) (АДФ)

Реакция катализируется ферментом АТФ-азой. Количество энергии, выделяющееся при переносе фосфатной группы, может колебаться (в зависимости от условий реакции) от 26 до 38 килоджоулей на моль; обычно принимают среднюю цифру 30 кДж на моль. Другими словами, изменение химического потенциала при отщеплении фосфатной группы примерно равно 30 кДж/моль.

На совершение работы используется около 40% этой энергии, или 20% от исходной энергии пищи. Остальная энергия опять-таки превращается в тепло и уходит из организма. Таким образом, КПД организма составляет около 20%. Разумеется, эти цифры, (как и многие дальнейшие) справедливы только в среднем; в разных организмах и в различных условиях они могут заметно различаться.

Резюмируя, можно сказать, что живые организмы отличаются прежде всего тем, что роль промежуточного звена между источником свободной энергии и работой в них выполняет не тепловая энергия, а химическая (энергия АТФ и других макроэргов). Сказанное можно пояснить такой схемой:

В технике В организме

Топливо Пища

100% 50%

50%

Химическая

Тепловая энергия

энергия АТФ

20% 30%

Работа Тепло в окружающую среду Работа

Синтез макроэргов происходит, и основном, за счёт окисления мономеров, на которые расщепляются в кишечнике пищевые продукты. Важнейшим из этих мономеров является глюкоза. За счёт энергии, выделяющейся при окислении 1 моля глюкозы, может синтезироваться 36 молей АТФ. Это так называемый аэробный синтез; он требует расхода кислорода. Кроме того, 2 моля АТФ могут синтезироваться без участия кислорода при других реакциях (анаэробный синтез). Таким образом, за счёт энергии 1 моля глюкозы всего может синтезироваться 38 молей АТФ. Близкие цифры характерны и для других макроэргов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: