Индекс активности участника

Формально живые организмы решают ту же задачу, что и топливные элементы,- окисляют органические соединения (то есть пищу), а освободившаяся энергия преобразуется в механическую (движение) или электрическую (нервный импульс). Интересно, что в процессе обмена веществ из пищи получаются более ценные в энергетическом отношении продукты (происходит обогащение биологического "топлива"), и энергетическая фабрика клетки получает приспособленный к ее нуждам высококалорийный продукт.

Схема такого устройства показана на цветной вкладке. Взвесь каких-то одноклеточных организмов, например, дрожжей, находится в жидкости, содержащей питательные вещества, в герметичном сосуде. Само по себе пребывание в анаэробных условиях резко активирует обмен веществ, клетка активно поглощает пищу, превращая ее в угольную кислоту и водород, присоединенный к переносчику. А тот, взаимодействуя с пировиноградной кислотой, передает ей два атома водорода. Образуется молочная кислота, которая тут же проникает из клетки наружу и окисляется на электроде, превращаясь обратно в пировиноградную кислоту. При этом остаются на электроде два иона водорода и два электрона, сообщая ему отрицательный электрический заряд. Пировиноградная кислота возвращается в клетку, где снова участвует в том же цикле превращений.

18.05.2024

Сложные предложения

Еще заманчивее эта идея выглядит для создания искусственного сердца. Нет сомнения, что для этого нужен электрический двигатель, но где взять для него источник энергии? Гипотетический электрохимический элемент, в котором окисляется молочная кислота, здесь может оказаться очень полезным, так как у сердечных больных образуется много молочной кислоты, но она не может использоваться из-за недостатка кислорода. В этом случае решались бы сразу две задачи - и получения энергии для искусственного сердца и утилизации избытка молочной кислоты.

Другое сопоставление, правда, внешнее, подчеркивает интересную и важную закономерность. Единственный топливный элемент, который нашел реальное применение в технике, использует в качестве окисляемого вещества водород. В клетках за миллионы лет эволюции прочно укрепился биохимический механизм, в котором непосредственным субстратом (топливом) служит также водород, но присоединенный к НАД. Он по физическим и химическим свойствам заметно отличается от газообразного водорода, в частности уступает по теплотворной способности, но все же это две формы одного и того же вещества, которое является самым богатым в природе концентратом энергии. Очевидно, поэтому водород оказался самым подходящим топливом и для клеток и для топливных элементов. Проблема (для техники) заключается в том, где взять его в достаточном количестве и как транспортировать.

18.05.2024

Встроенный запуск словаря

Формально живые организмы решают ту же задачу, что и топливные элементы,- окисляют органические соединения (то есть пищу), а освободившаяся энергия преобразуется в механическую (движение) или электрическую (нервный импульс). Интересно, что в процессе обмена веществ из пищи получаются более ценные в энергетическом отношении продукты (происходит обогащение биологического "топлива"), и энергетическая фабрика клетки получает приспособленный к ее нуждам высококалорийный продукт.

У некоторых живых организмов, например, бабочек и пауков, существует аналогичная система дыхательных трубочек-трахей, по которым кислород поступает непосредственно к органам дыхания. Если бы на нашей планете атмосфера состояла из чистого кислорода, то дыхательные трубочки-трахеи могли бы удовлетворить потребности и более крупных организмов (по мере расходования кислорода в трахеи поступали бы его новые порции). Однако кислород занимает лишь пятую часть воздуха нашей планеты, а остальные приходятся на азот. По этой причине, если дыхание интенсивное, а трубка длинная, весь кислород расходуется, и трахея оказывается заполненной азотом. Нужен какой-то более эффективный механизм. У более высокоорганизованных животных кислород поступает к тканям с гемоглобином, это в десятки раз увеличивает транспортные возможности жидкости. Например, в крови человека с гемоглобином связано примерно в 100 раз больше кислорода, нежели растворено в самой жидкости. Несмотря на это, возможности гемоглобина как транспортного средства большинству техников должны показаться очень скромными. Так, 1 молекула гемоглобина при самых благоприятных обстоятельствах может перенести 4 молекулы кислорода, но поскольку гемоглобин - это белок с молекулярной массой 64000 даль-тон, а молекулярная масса кислорода всего 32 дальтона, то оказывается, что полезная нагрузка составляет всего одну пятисотую. Ситуация примерно такая же, как если бы человек, весящий 80 килограммов, поехал в гости на сорокатонном паровозе! Обычно же ситуация еще хуже - в реальных условиях полезная нагрузка составляет одну тысячную или еще меньше. Выручает лишь быстрая оборачиваемость - в организме человека эритроцит в среднем за одну минуту успевает три раза загрузиться кислородом в легких и отдать его тканям.

18.05.2024

Введена система ученых званий

Окисление субстрата кислородом воздуха в клетке это не одноэтапный процесс, а несколько последовательных химических реакций. Все вместе их часто называют дыхательной цепью. У "ее, как у всякой цепи, два конца-один называется кислородным, другой субстратным. Это позволяет сопоставить процессы на кислородном электроде топливного элемента с кислородным концом цепи, а события на водородном электроде - с субстратным концом дыхательной цепи.

или просто субстратом). Разумеется, для того, чтобы пища стала субстратом, обычно нужны промежуточные этапы, которые в сумме составляют промежуточный обмен веществ, в том числе процесс пищеварения.

18.05.2024