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.

Кроме того, проводя параллель между биологическим окислением и окислением водорода в топливном элементе, мы будем иметь в виду элемент Грова. Это наиболее разработанный вид топливного элемента, можно сказать, классический. В нем на одном из электродов газообразный водород превращается в ионы водорода и переходит в раствор, а электроны остаются на электроде, сообщая ему отрицательный заряд. На другом электроде в раствор переходит газообразный кислород, при этом он реагирует с водой и превращается в ионы гидроксила, а электрод приобретает положительный заряд. В целом идет химическая реакция между кислородом и водородом с образованием воды, при этом от одного электрода к другому течет электрический ток.

17.05.2024

Сложные предложения

Кроме того, проводя параллель между биологическим окислением и окислением водорода в топливном элементе, мы будем иметь в виду элемент Грова. Это наиболее разработанный вид топливного элемента, можно сказать, классический. В нем на одном из электродов газообразный водород превращается в ионы водорода и переходит в раствор, а электроны остаются на электроде, сообщая ему отрицательный заряд. На другом электроде в раствор переходит газообразный кислород, при этом он реагирует с водой и превращается в ионы гидроксила, а электрод приобретает положительный заряд. В целом идет химическая реакция между кислородом и водородом с образованием воды, при этом от одного электрода к другому течет электрический ток.

Итак, между топливным элементом и дыхательной цепью, как мы видим, существует определенная аналогия-и там и тут электроны передаются от водорода к кислороду, при этом выделяется энергия в такой форме, которая может быть использована потребителем. Однако эта аналогия не слишком глубокая: в элементе Грова водород газообразный - в клетке он присоединен к переносчику, в топливном элементе генерируется электрический ток - в клетке синтезируются макроэрги, но имеется ли в ней нечто аналогичное электрическому току, точно неизвестно.

17.05.2024

Встроенный запуск словаря

Схожие графики цитометрии, вызвавшие сомнения у редакционных коллегий журналов//Nature Схожие графики цитометрии, вызвавшие сомнения у редакционных коллегий журналов//Nature Два графика, опубликованные в Nature, показывают данные цитометрии (подсчета клеток) после внедрения в спинной мозг разных клеток, взятых у старых и молодых мышей. Они находятся не в самой статье, а в приложениях к ней (рисунок S3b). Два практически идентичных графика, отражающих подсчет клеток после модификации костеобразующих клеток, лишенных одного из белков, появились и в тексте статьи в Blood (рисунок 6c).

В любой клетке, как и в топливном элементе, основным субстратом служит водород. Однако в клетке он находится не в свободном, газообразном состоянии, а связан с переносчиком (газообразный водород, выделяющийся в атмосферу, образуют лишь некоторые виды бактерий). Переносчики водорода - целая группа химических соединений, среди которых наибольшее значение имеет никотинамидаде-ниндинуклеотид (НАД). Это сложное соединение с молекулярной массой 633 дальтона способно переносить всего два атома водорода с общей массой равной двум. Эффективность почти такая же низкая, как у гемоглобина, однако фактически НАД работает значительно эффективнее, так как оборачиваемость у него очень высока - до нескольких тысяч в минуту. Это ведь внутриклеточный переносчик, и расстояния, на которые он транспортирует водород, измеряются микрометрами или их долями.

17.05.2024

Введена система ученых званий

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.

Таким образом, задача заключается в том, чтобы атомы водорода, которые образуются внутри клеток, не расходовались (не окислялись) там для собственных нужд, а выводились "челноком" наружу для окисления в топливном элементе. Первую часть задачи выполнить относительно просто - надо либо поместить клетку в бескислородные (анаэробные) условия, либо разрушить кислородный конец дыхательной цепи сильнодействующим средством, например, окисью углерода или цианистой кислотой. Подобрать подходящий "челнок" значительно труднее. Пожалуй, лучше всего для этого подходит система из молочной и пировиноградной кислот, которые относительно хорошо проникают через большинство клеточных мембран.

17.05.2024