21.1: Енергія, життя та біохімічні реакції

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21667

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Мета 1
Завдання 2

Життя вимагає енергії. Наприклад, тваринам потрібна теплова енергія для підтримки температури тіла, механічна енергія для переміщення кінцівок та хімічна енергія для синтезу сполук, необхідних їхнім клітинам. Живі клітини залишаються організованими і функціонують належним чином лише за рахунок постійного постачання енергією. Але використовувати можна тільки конкретні форми енергії. Постачання рослини енергією, утримуючи її в полум'ї, не продовжить йому життя. З іншого боку, зелена рослина здатна поглинати променисту енергію сонця, найбагатшого джерела енергії для життя на землі. Рослини використовують цю енергію спочатку для утворення глюкози, а потім для отримання інших вуглеводів, а також ліпідів і білків. На відміну від рослин, тварини не можуть безпосередньо використовувати енергію сонця для синтезу нових сполук. Вони повинні харчуватися рослинами або іншими тваринами, щоб отримати вуглеводи, жири та білки та хімічну енергію, що зберігається в них. Після перетравлення та транспортування до клітин молекули поживних речовин можуть бути використані будь-яким з двох способів: як будівельні блоки для виготовлення нових частин клітин або ремонту старих або «спалених» для енергії.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Деякі енергетичні перетворення в живих системах. Рослини і тварини існують в циклі; кожен вимагає продуктів іншого.

Тисячі скоординованих хімічних реакцій, які підтримують клітини живими, називаються разом метаболізмом. Взагалі метаболічні реакції поділяються на два класи: розщеплення молекул для отримання енергії - катаболізм, а побудова нових молекул, необхідних живим системам, - це анаболізм.

Визначення: Метаболіт

Будь-яке хімічна сполука, яке бере участь в метаболічній реакції, є метаболітом.

Велика частина енергії, необхідної тваринам, виробляється з ліпідів і вуглеводів. Ці види палива повинні бути окислені або «спалені», щоб енергія вивільнялася. Процес окислення в кінцевому підсумку перетворює ліпідний або вуглевод у вуглекислий газ (CO ₂) і воду (H ₂ O).

Вуглеводи:

\[\ce{C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 670 kcal} \nonumber \]

Ліпідний:

\[\ce{C16H32O2 + 23O2 → 16CO2 + 16H2O + 2,385 kcal} \nonumber \]

Ці два рівняння узагальнюють біологічне спалювання вуглеводів і ліпідів клітиною через дихання. Дихання - це збірна назва всіх обмінних процесів, в яких газоподібний кисень використовується для окислення органічної речовини до вуглекислого газу, води та енергії.

Як і спалювання загального палива, яке ми спалюємо в наших будинках та автомобілі (дрова, вугілля, бензин), дихання використовує кисень з повітря для розщеплення складних органічних речовин до вуглекислого газу та води. Але енергія, що виділяється при спалюванні деревини, виявляється цілком у вигляді тепла, а надлишок теплової енергії не тільки марний, але і шкідливий для живої клітини. Живі організми замість цього зберігають більшу частину енергії дихання, виділяючи його в серію ступеневих реакцій, які виробляють аденозинтрифосфат (АТФ) або інші сполуки, які в кінцевому підсумку призводять до синтезу АТФ. Решта енергії виділяється у вигляді тепла і проявляється як температура тіла.