Главная страница

Преобразование и передача энергии внутри клетки

      Преобразование энергии в ходе химических реакций

Все химические реакции по признаку знака разности ΔG суммарного химического потенциала продуктов и субстратов реакции разделяются на две группы:

экзергические, если ΔG < 0, и

эндергические, если ΔG > 0.

    В случае экзергической реакции избыточная энергия ΔG субстратов выделяется либо в виде кинетической энергии движения атомов в молекулах продуктов реакции, либо в виде возбуждения электронных оболочек этих атомов и переходу некоторых электронов на более высокий температурный уровень. /*В обоих случаях в естественных условиях, т.е. без принятия специальных мер, выделившаяся энергия через короткое время переходит в тепло – кинетическая энергия после взаимодействия с соседними атомами и молекулами, а энергия возбуждённых электронов – после излучения кванта энергии. В результате повышается внутренняя энергия и температура среды */

    При эндергической реакции недостаток ΔG энергии у субстратов должен быть компенсирован либо совершением механической работы, связанной с перемещением отдельных атомов молекул субстратов, либо поглощением кванта энергии излучения и переходом какого-либо электрона на более высокий уровень. /*И тот, и другой эффект может быть достигнут, в частности, за счёт поглощения тепла, т.е. за счёт уменьшения внутренней энергии среды и соответствующего понижения температуры*/.  

      Преобразователи энергии в живой клетке

С точки зрения энергетики все используемые живой клеткой аппараты можно разделить на следующие группы:

·       электро-химические преобразователи (технический аналог – шаговые электродвигатели), применяемые для зарядки мобильных аккумуляторов, в которых механическая энергия, необходимая для осуществления эндергической реакции синтеза молекул АТФ получается с помощью линейного ускорителя протонов, использующего энергию внутримембранного электрического поля клеточного конденсатора; 

·       электро-механические преобразователи (технический аналог – роторные и линейные электродвигатели), в которых энергия внутримембранного электрического поля клеточного конденсатора, преобразованная в механическую энергию в линейном ускорителе протонов, используется для привода движителей клетки – жгутиков и ресничек;

·       фото-электрические преобразователи (технический аналог – фотоэлементы), использующие энергию электромагнитного излучения для зарядки клеточного конденсатора;       

·       хемо-электрические преобразователи (технический аналог – топливные элементы) – аппараты, осуществляющие зарядку клеточных аккумуляторов в митохондриях , используя энергию экзергической реакции окисления водорода;

·       хемо-механические преобразователи (устройства, не имеющие аналогов в современной технике /*в двигателях внутреннего сгорания и других машинах, использующих сгорание топлива, химическая энергия сначала преобразуется в тепло, а затем тепло – в механическую работу*/), в которых энергия, запасённая в мобильных аккумуляторах, непосредственно преобразуется в механическую работу (скользящее движение бактерий, везикулярный внутриклеточный транспорт макромолекул в эукариотных клетках, сокращение мышечных волокон у животных и т.д.); 

• хемо-химические преобразователи или ферменты (устройства, не имеющие аналогов в современной технике), осуществляющие одновременно две химические реакции, одна из которых обязательно является экзергической и может покрыть выделяющейся энергией ΔG потребности в энергии другой, эндергической реакции.

      Передача энергии при работе преобразователей

    Ферменты

В ферментах экзергическая и эндергическая реакция осуществляются каждая на своём активном центре, которые пространственно отделены друг от друга.

Выделившаяся на экзергическом активном центре порция энергии ΔG может быть передана на эндергический активный центр только при выполнении условий:

• энергия ΔG выделилась на экзергическом активном центре только в виде кинетической энергии атомов

   /*энергия, выделившаяся в виде излучения, не может быть передана по определённому адресу*/;

• выделившаяся энергия должна быть передана на эндергический активный центр до того, как она рассеется в виде тепла, т.е. до того, как получившие энергию атомы успеют бесконтрольно провзаимодействовать со своими соседями.

  /* последнее условие может быть выполнено только тогда, когда существует специальный энергопровод, соединяющий экзергический активный центр с эндергическим*/;. 

• переданная по энергопроводу порция энергии должна поступить на эндергический активный центр без существенных потерь и не расплываясь во времени, т.е. в виде уединённой волны, сохраняющей свою форму и энергию, или, иначе говоря, в виде солитона.

С другой стороны, возможность распространения солитонов в полипептидных цепях, составляющих основную массу фермента, была показано в работах А.С. Давыдова и др. авторов.   

• В ферментах энергия передаётся с экзергического активного центра на эндергический в виде солитонов по специальным полипептидным энергопроводам.

    Хемо-механические преобразователи

Порция энергии ΔG, выделившаяся в экзергическом активном центре, на котором происходит гидролиз АТФ, должна быть передана до перехода в тепло тем участкам молекул миозина, кинезина или динеина, которые, перемещаясь в сторону сопротивляющейся силы, производят механическую работу. Передача энергии по тем же соображениям, что и в случае ферментов, может быть осуществлена только в виде солитонов по соответствующему солитонопроводу – полипептидной цепи.

/* Этот вопрос был подробно рассмотрен Давыдовым, предложившим свою модель мышечного сокращения*/

    Хемо-электрические преобразователи

Местом выделения энергии является выходящая на отрицательную сторону внутренней мембраны митохондрии часть т.н. комплекса IV, где происходит соединение одной молекулы кислорода О₂ с четырьмя электронами и четырьмя протонами с образованием двух молекул воды – главная экзергическая реакция, обеспечивающая энергией необходимое для зарядки клеточного аккумулятора митохондрий перенесение электронов через мембрану с положительной строны на отрицательную.

В результате экзергической реакции выделяется энергия в виде кинетической энергии некоторых, пока не известных атомов, а затем эта энергия передаётся некоторым, также пока не известным способом молекулам цитохрома а и цитохрома а₃, непосредственно осуществляющим перенос электронов через мембрану.   

Автор настоящей работы делает попытку дать объяснение этим процессам с использованием гипотезы о порфириновых осцилляторах.  

    Фото-электрические преобразователи

 

 

Работа над файлом должна быть продолжена 

 

 И.С. Житомирский

Дата последнего обновления:  26.04.08

Главная страница