Получение и потребление энергии в процессе метаболизма
Энергия - это центральная тема в биохимии; клетки и организмы зависят от снабжения энергии, ее притока, тогда как объекты неживой природы стремятся в состояние с минимальной энергией. Реакции синтеза в клетке требуют затрат энергии. Хранение и экспрессия генетической информации также требуют затрат энергии, без которой структуры богатые информацией становятся беспорядочными и малозначимыми. В клетках реализуются высокоэффективные механизмы поглощения энергии солнечного света, или извлечения химической энергии посредством окисления продуктов питания и т.д.
Организмы никогда не находятся в равновесии с окружающей средой. Благодаря мембранам молекулы и ионы, находящиеся в живом организме, различаются по типу и концентрации от тех, которые находятся в окружении. В процессе роста организма энергия пищи используется для построения сложных молекул и концентрирования ионов в клетках относительно окружения. Когда организм погибает, он теряет способность получать энергию окисления пищи, без энергии мертвое тело не может поддерживать концентрационный градиент и ионы покидают его.
А. [К+] рыба > [К+] озеро Б. [К+]тело = [К+] озеро
[Na+] рыба > [Na+] озеро [Na+] тело = [Na+] озеро
[Сl-] рыба > [Сl-] озеро [Сl-] тело = [Сl-] озеро
В. ДНК, РНК, белки, полисахариды и другие - лизис → мономерные субъединицы, НРО42- ,СО2, NH3.
Г. Простейшие вещества служат источником пищи для фитопланктона, который в свою очередь используется в питании более крупных организмов.
Хотя химический состав организма почти постоянен во времени, населенность молекул внутри клетки или организма далека от статики. Молекулы синтезируются и затем разрушаются в процессе непрерывных химических реакций, включая постоянный поток массы и энергии через систему.
Когда r1 = г2 + г3 + г4 концентрация глюкозы в крови постоянна.
Организмы обмениваются энергией и веществом с их окружением. В химии реакции, которые идут с уменьшением свободной энергии называются экзоэргоническими, с увеличением - эндоэргоническими.
Свободная энергия, G
Координата реакции
Т.к. величина DG(A→С) отрицательна, заключительная реакция является экзоэргонической и идет спонтанно. В биохимических процессах энергия, выделяемая в результате экзоэргонической химической реакции, используется в реакции эндоэргонической, эти реакции связаны между собой, продукт первой реакции является реагентом второй реакции. Живые организмы - это открытые системы, они обмениваются веществом и энергией с окружением.
Живые организмы используют две стратегии снабжения энергией от окружающей среды:
1) они поглощают химические компоненты, которые служат им химическим топливом;
2) они используют энергию солнечного света для осуществления экзоэргонических фотохимических реакций, которые в свою очередь связаны с эндоэргоническими реакциями.
