Индекс активности участника

Познакомимся с устройством кислородного конца дыхательной цепи. Как в живой клетке, так и в топливном элементе все химические реакции происходят либо в водной фазе, либо "а границе жидкой и твердой фаз, поэтому участвовать в реакции может только кислород, растворенный в воде. Но как и все газы, кислород плохо растворим, поэтому возникают "транспортные трудности", а значит, и многочисленные способы их преодоления. Самое простое транспортное средство - это система тонких трубочек-трахей, по которым газ поступает непосредственно в зону реакции. Для этого в кислородных электродах устраивают два типа пор: одни смачивающиеся (гидрофильные) - по ним проникает водный раствор, другие несмачивающиеся (гидрофобные) - по ним внутрь электрода проникает газ.

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.

22.05.2024

Сложные предложения

Это очень важный этап биологического окисления. Здесь химическая энергия самых разнообразных органических соединений почти без потерь передается водоро- ду, то есть превращается в такую форму, которая может утилизироваться как энергетической системой клетки, так и топливным элементом. Если знание каких-либо механизмов биологического окисления может принести пользу большой энергетике, то это относится прежде всего к тому, как всю химическую энергию топлива передать водороду.

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.

22.05.2024

Встроенный запуск словаря

Таким образом, мы видим, что дыхательная цепь клетки окисляет водород подобно топливному элементу, но у нее имеется еще и дополнительный механизм, добывающий водород. Спрашивается, можно ли топливному элементу приделать аналогичную "приставку", которая также будет вырабатывать водород, используя самое разнообразное "местное" сырье?

Разумеется, нет, но все же подавляющая часть тех атомов водорода, которые переносит НАД, происходит не из пищевых веществ, а из... молекул воды. На предварительном этапе биологического окисления происходит суммарная реакция: в которой каждый окисляемый атом углерода реагирует с двумя молекулами воды, при этом образуется углекислый газ, а четыре освободившихся атома водорода идут к переносчикам и далее на дыхательную цепь.

22.05.2024

Введена система ученых званий

При этом заметим, что с позиций энергетика КПД мышечной работы совсем неплохой - около 30 процентов, стало быть, учиться есть чему. И учтем, что во всех клетках главные биохимические реакции, в том числе биологического окисления, очень схожи. Это объясняется тем, что они сложились очень давно - еще на заре эволюции, более миллиарда лет тому назад, и хорошо отшлифованы временем.

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.

22.05.2024