Законы биоэнергетики в клетках • Биоэнергетика — междисциплинарная наука, раздел биологии, изучающий совокупность процессов преобразования внешних ресурсов в биологически полезную работу в живых системах. Традиционно эта наука исследует такие процессы, как клеточное дыхание, фотофосфорилирование, энергизация мембран и связанный с этим транспорт, а также другие способы получения организмами энергии. Кроме того, в сферу этой науки входит изучение митохондрий как регуляторных систем, их роли в запрограммированной гибели клеток и тканей. • Живая клетка избегает использования энергии внешних ресурсов для совершения полезной работы непосредственно. • Прежде чем эта энергия будет использована (утилизирована) клеткой, она должна превратиться в одну из 3 конвертируемых форм: АТФ, протонный потенциал на мембране, натриевый потенциал на мембране. I закон. • Любая живая клетка располагает, по меньшей мере, двумя (из трех перечисленных в первом законе) конвертируемыми формами энергии: АТФ (в цитозоле); протонным или натриевым потенциалом (в мембране). • Например, кишечная палочка (Е. colt) обычно использует все три конвертируемые формы энергии, но при низкой концентрации Н+ в окружающей щелочной среде переходит преимущественно на натриевую энергетику. При этом содержание Na-K-АТФазы в плазмолемме возрастает в 40 раз. Благодаря эффекту обращения Na-KАТФаза работает как АТФсинтетаза. Так энергетические потребности этой бактерии удовлетворяются двумя конвертируемыми формами: натриевым потенциалом на плазмолемме и АТФ в цитозоле. • В клетках растений натриевый потенциал в обычных условиях не вносит существенного вклада в энергетику. Она обеспечивается АТФ и протонным потенциалом на тилакоидной мембране. • В клетках животных конвертированными формами энергии служат АТФ в цитозоле и протонный потенциал на митохондриальной мембране. II закон. • Клетка способна удовлетворить все свои потребности в энергии, если за счет внешних ресурсов, источником которых является Солнце, образуется хотя бы одна их трех конвертируемых форм энергии, поскольку из нее в клетке могут образовываться другие. • Например, морская бактерия Propinigenium modestus имеет единственную конвертируемую форму энергии − натриевый потенциал на плазмолемме, но путем обращения K-Na-вой помпы возможен синтез АТФ, вследствие чего клетка использует две формы энергии. У морских бактерий доминирует натриевая энергетика. Это не свойственно другим бактериям, а также клеткам растений и животных. III закон. Энергетика растительной клетки Энергетика животной клетки 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. Функции клеточного дыхания • Невожно, в какой «валюте» поступил «доход». Главное, чтобы «валюта» была конвертируемая. Но очень часто живая клетка располагает несколькими источниками энергии. Так, животные клетки могут использовать для энергообеспечения как дыхание, так и гликолиз — бескислородное извлечение энергии из органических веществ. Однако, как правило, даже в самых сложных случаях какой-то один процесс доминирует в каждый конкретный момент времени, чтобы смениться другим при изменении условий. В наиболее эволюционно продвинутой животной клетке имеются все три вида «энергетической валюты» — это увеличивает ее способность к выживанию и выполнению ответственных функций в организме. Вывод
