Энергия жизни: «Энергия Жизни» — Клинико-диагностический центр в Белгороде

Расписание приема врачей

Авершина Ольга Викторовна	Гинеколог-эндокринолог	Пн — Пт — с 14.00 до 19.30;
Гайворонская Елена Юрьевна	Акушер-гинеколог	Ср, Сб — с  9.30 до 13.00;
Лихачева Ольга Валерьевна	Акушер-гинеколог	Вт — с 10.00 до 19.00 Сб — с 10.00 до 15.00
Самборская Наталья Ивановна	Акушер-гинеколог	Ср — с 17.00-19.00;
Кравцова Наталья Анатольевна	Уролог — андролог	Вт, Чт — с 15.00 до 19.00;
Кузьмин Дмитрий Борисович	Уролог-андролог	Пн, Ср, Пт — с 9.00 до 15.00; Вт, Чт — с 15.00 до 19.00; Сб — с 9.00 до 15.00
Любушкин Алексей Васильевич	Уролог-андролог	Пн, Ср, Пт — с 15.00 до 19.00; Вт, Чт — с 9.30 до 15.00; Сб — с 9. 00 до 15.00
Подгорная Александра Анатольевна	Врач ультразвуковой диагностики	Пн, Ср, Пт — с 15.30 до 19.00;
Воронкин Андрей Александрович	Врач ультразвуковой диагностики	Вт, Ср, Пт — с 08.00 до 14:00;
Шестаков Игорь Алексеевич	Врач эндоскопист, хирург, колопроктолог	Пн, Ср, Пт — с 9.00 до 15.00; Вт, Чт — с 15.00 до 19.00; Сб — с 9.00 до 15.00
Кличко Вадим Эдуардович	Врач колопроктолог, эндоскопист	Пн-Пт — с 15.00 до 19.00
Шестакова Вера Егоровна	Врач терапевт, гастроэнтеролог	Пн, Ср, Пт — с 9.00 до 15.00; Вт, Чт — с 15.00 до 19.00; Сб — с 9.00 до 15.00
Костоглодова Наталья Сергеевна	Врач сосудистый хирург	Вт, Чт — с 16.00 до 19.00 Сб — с 9.00 до 15.00

Клиника «Энергия Жизни» — 37 врачей, 264 отзыва | Мурманск

Как представить Вас читателям нашего сайта ПроДокторов? Ибрагимов Ренат Рушанович — врач уролог-андролог, специалист по интимной пластике, основатель и руководитель семейной клиники «Энергия Жизни».

Расскажите, пожалуйста, о том, как Вы выбрали свою профессию.

В детстве я очень много болел, и поэтому встречи с врачами были очень частыми. К счастью, на моем пути встречались профессионалы своего дела. Мне очень нравились и они, и их красивые белоснежные халаты. Было ощущение, что они настоящие волшебники. Уже с семи лет я твердо был уверен, что стану доктором. В 11 классе я настоял на переводе в «медицинский класс» с углубленным изучением таких предметов как: физика, химия и биология — это был первый шаг. Затем, конечно, был медицинский университет, ординатура, аспирантура, многочисленные профессиональные курсы и обучения. Сейчас я занимаюсь своим любимым делом. На мой взгляд, эта самая благородная профессия.

Пожалуйста, расскажите о себе как о главном враче.

Главная задача руководителя — это организация бесперебойной работы лучших в своем деле врачей, внедрение новейших безопасных методов лечения и обследований, создание комфортных и доступных условий для пациентов и персонала клиники. Вообще, я очень трепетно отношусь к своей команде. Стараюсь, чтобы каждый сотрудник использовал свой потенциал, а работа в нашем коллективе была комфортной и приносила сотрудникам не только профессиональное, но и материальное удовлетворение. Но я не только главный врач, я активно практикующий уролог, поэтому продолжаю учиться, развиваться не только как администратор, а прежде всего как врач.

У Вас есть личный рецепт успеха? Расскажите о нём.

Секрет успеха очень прост: делать то, что любишь, а любить то, что делаешь. А что касается секрета успеха клиники — это сочетание дружной команды, взаимопомощи и профессионализма.

Что Вы могли бы рассказать о себе вне профессии — интересные факты или поступки?

Я женат. У нас двое детей. Кстати, с будущей супругой я познакомился еще в медицинском классе, она тоже врач. Мы очень любим путешествовать. Обожаю рыбалку и охоту. Активно занимаюсь спортом.

Если бы вы поймали золотую рыбку, то какие бы три желания загадали?

Как рыбак со стажем, именно золотую рыбку я бы отпустил, очень серьезное искушение таким образом менять ход времени и жизни.

Я стараюсь рассчитывать на себя, и все желания я исполню для себя сам.

Представим, что Вы смогли воспользоваться машиной времени. Какой момент Вы хотели бы изменить в своей жизни?

Если честно, то никакой. Да, были победы и поражения, белые и черные полосы в жизни, но именно они давали толчок к росту и силу добиться поставленной цели. А для меня главное — это результат.

На какой вопрос Вам хотелось бы самому ответить, но вам его никогда не задают?

Кем бы Вы были, если бы не стали врачом?

Представим, что Вас пригласили на 15-минутную аудиенцию к Президенту РФ. О чем Вы поговорили бы с ним за это время?

Наверное, предложил бы президенту съездить вместе на рыбалку. Ну а там обсудили бы проблемы российской медицины.

Скажите, что такое медицина для Вас? Как Вы её воспринимаете?

Буду краток: медицина — это вся моя жизнь, любимое дело, которым занимаюсь уже 18 лет.

Что такое здоровый образ жизни в вашем понимании и придерживаетесь ли Вы его в действительности?

Здоровый образ жизни — это золотая середина во всем, а, главное, разумность в своих действиях. Также это спорт, здоровое питание, сон, отдых. Стараюсь придерживаться, но не всегда получается.

Давайте перейдем к лечебному учреждению, которым Вы руководите. В чём, с Вашей точки зрения, его ключевое отличие от других?

Семейная клиника «Энергия Жизни» — это многопрофильная клиника, расположенная в самом центре города, оснащена самым современным и качественным оборудованием и командой профессионалов. В основе — индивидуальный подход к каждому пациенту, а главное, это доброжелательная атмосфера. С самой первой минуты вы не ощутите страх «белых халатов», а, напротив, словно вы пришли в гости к друзьям или домой(светлый уютный интерьер, дизайнерское оформление, приятная музыка и отсутствие скопления людей).

Какие исторические моменты оказали наибольшее влияние на становление учреждения, которым Вы теперь руководите?

Наверное, правильнее будет сказать не про какое-то конкретное историческое событие, а простое человеческое желание исполнить свою мечту. Это уже далеко не первый проект, и я надеюсь не последний. Отдельное спасибо любимой супруге, которая всегда рядом со мной.

Хотелось бы поинтересоваться, что нового внедрено в работу учреждения за время Вашей работы?

За время работы мы максимально внедрили самые современные и передовые технологии, расширили штат узкопрофильных специалистов, установили новое программное обеспечение, произвели переход на электронное ведение медицинской документации. Ну и самое главное, собрали команду врачей, у которой большое будущее.

Какие показатели, с Вашей точки зрения, наиболее ярко характеризуют лечебное учреждение, которым Вы руководите?

Рекомендации и положительные отзывы наших пациентов — это и есть самый важный показатель нашей работы.

Какие методики диагностики или лечения в Вашем лечебном учреждении Вы назвали бы уникальными?

Мужская и женская интимная пластика, плазмолифтинг, бесплодие, малоинвазивные операции(хирургия одного дня).

Какие перспективы Вы видите дальнейшего развития учреждения в современных условиях?

Мы планируем расширить спектр медицинских услуг: организовать прием новых специалистов, активно использовать возможности телемедицины и внедрить в клиническую практику новейшее для Мурманской области оборудование.

Не останавливаться на достигнутом и двигаться только вперед!

И в завершение нашего разговора, что Вы хотите пожелать читателям?

Здоровья физического и душевного. А если случится недуг, то не занимайтесь самолечением, а обращайтесь за квалифицированной медицинской помощью.

Энергия жизни

Лечебный  Комплекс  «Энергия жизни»

для активных и динамичных людей

Комплекс  направлен  на повышение жизненного тонуса, физической активности и работоспособности.

Рекомендуемый курс от 5 дней

Основные показания:

• Психоэмоциональные стрессы, перегрузки
• Частые простудные заболевания
• Снижение иммунитета
• Нарушения сна
• Синдром хронической усталости

Ожидаемый  эффект:

• Восстановление внутреннего эмоционального равновесия и гармонии
• Коррекция и активизация обмена веществ
• Снижение интоксикации организма
• Укрепление иммунитета
• Повышение жизненного тонуса

Перечень  услуг, включенный в лечебный комплекс:

Прием  врача терапевта: осмотр, назначение процедур с учетом показаний и противопоказаний, рекомендации для сохранения восстановительного эффекта.

Аппаратная  физиотерапия: электролечение, магнитотерапия, лазеролечение, УЗТ. Процедура повышает естественный и местный иммунитет, обладает  противовоспалительным, тонизирующим действием, снимает болевой синдром.

Озонотерапия:  внутривенная, камерная газация, обкалывание проблемных зон. Процедура оказывает антибактериальное, антивирусное, противовоспалительное и иммуномодулирующее действие, снижает уровень холестерина, уровень сахара крови, усиливает микроциркуляцию и обмен веществ, насыщает ткани организма кислородом, повышает активность системы антиоксидантной защиты

Спелеотерапия  (соляная пещера). Процедура  улучшает  работу  иммунной системы, состояние кожи, нормализует кровообращение и работу сердечно-сосудистой дыхательной системы, положительно влияет на психоэмоциональное состояние

Классический  ручной  массаж  Процедура  восстанавливает работу всех функции организма, улучшает кровообращение, нормализует отток лимфы, снимает мышечную усталость, повышает защитные силы организма

Фитотерапия:  фиточаи  по  назначению  врача. Рекомендуется  применение с фитобальзамами и целебным кавказским медом. Способствует общему оздоровлению организма, снижает проявления хронических заболеваний, усиливает действие остальных процедур

Кислородный коктейль: насыщенный кислородом напиток на основе сока. Повышает уровень кислорода в организме,  нормализует артериальное давление, благотворно влияет на деятельность ЖКТ, улучшает защитные функции организма.

Стоимость комплекса 1700 руб/сут.

Запишитесь на консультацию к нашим специалистам: +7(862) 444 09 11.

Главная — Благотворительный фонд «Энергия жизни»

Специальное питание для Кати

25 апреля 2021

Катя Христенко — наш маленький ангел, которому постоянно нужна помощь. В результате тяжелых родов малышка получила сильную асфиксию и врачи дают неутешительные прогнозы с точки зрения дальнейшей двигательной активности Катюши. Но родители не сдаются и каждый день продолжают бороться за здоровье дочери, которой требуются дорогостоящие лекарства, реабилитационные программы и специальное питание. Мы по возможности помогаем, чем можем. Спасибо всем, кто с нами!

Подробнее…

Вкусные подарки к праздничному столу

08 марта 2021

Поздравляем наших самых любимых, дорогих и красивых мам, бабушек, девочек с весенним и солнечным праздником — Международным женским Днем! Пусть наступившая весна принесет улыбки, радость, позитив, новые планы и надежды! Уже традиционно партнеры фонда из ассоциации фермерских хозяйств Санкт-Петербурга балуют наших детей и их родителей свежайшими и вкусными фермерскими продуктами, которые привозятся прямо к праздничному столу. Отдельное спасибо всем волонтерам за помощь в доставке!

Подробнее…

Благотворительный концерт в Белом зале

01 февраля 2021

30 января наши дети были приглашены на замечательный благотворительный концерт Адмиралтейского военного оркестра в Белый зал Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Адмиралтейский оркестр Ленинградской военно-морской базы — это блестящая виртуозность и тончайшая интонация, изысканная нюансировка, яркое красочное звучание и поистине безграничный репертуар. Ребята смогли насладиться звуками духовых музыкальных инструментов, зарядиться позитивом и отличным настроением!

Подробнее…

С Новым 2021 годом!

31 декабря 2020

Мы от всей души поздравляем наших дорогих детей, их родителей и особенно врачей с Новым годом! Всем здоровья, здоровья и еще раз здоровья! Наши врачи — настоящие герои 2020 года! Мы вновь вспомнили о том, что дружба, взаимопомощь, профессионализм, вера в себя, самоотверженность, способны творить чудеса! Давайте и в новом году не забывать об этом, бережно относиться к своему здоровью и здоровью наших родных и близких!

С Новым годом, пусть он непременно будет счастливым!

Подробнее…

Подведены итоги экологического конкурса «Энергия жизни»

В понедельник, 14 декабря, в 13. 00 на базе МБОУ СОШ № 165 (ул. Бердышева, 15) состоится награждение победителей экологического конкурса дизайн-проектов цветочной клумбы «Энергия жизни». За право представлять свои дизайн-проекты боролись четыре команды учащихся образовательных организаций микрорайона ОбьГЭС.

Конкурс предполагал разработку, защиту и реализацию дизайн-проекта цветочной клумбы размером 2×1,5 метров (возле остановки наземного транспорта «ГЭС»).

Весной 2021 года в рамках федеральной благотворительной экологической акции «оБЕРЕГАй» планируется продолжить изображение «Реки добра» на парапете набережной ГЭС (еще 400 метров), а возле — высадить клумбы. Эти мероприятия помогут гармонично завершить композицию набережной, созданную руками волонтеров-активистов экологического движения.

Участники представили дизайны клумб. В проекте «Солнце» (команда лицея № 12) финалисты взяли за основу символ солнца как основного источника жизни на земле. Основная задумка проекта «Источник энергии» (команда лицея № 12) — пиктограмма, содержащая символику воды, воздуха и солнца. Команда школы № 165 в своем проекте «Яркое лето» сделала акцент на использование нерегулярных планировок и ярких цветов.

Ребята из школы № 112 создали проект «Свет маяка» — макет маяка с подсветкой.

Подводя итоги конкурса, члены жюри единогласно выбрали победителей: ими стала команда школы № 112. Также жюри приняло решение учредить спецприз для команды школы № 165, чтобы дать возможность реализовать свой проект.

Организаторы конкурса: НООО «Социальное партнерство» и МАОУ «Центр образования имени Героя Советского Союза В. А. Бердышева». Партнеры — филиал ПАО «РусГидро» — «Новосибирская ГЭС» и комитет охраны окружающей среды мэрии города Новосибирска.

Изменено 11.12.2020 17:53:02 Просмотров:

«Не меньше 40 доноров на каждую тысячу жителей – именно столько по статистике требуется стране, чтобы полностью закрыть потребность отечественной медицины в крови и ее компонентах. Такого количества будет достаточно и для переливаний, и для производства всевозможных препаратов, способных спасать жизни. Наши выезды к нижегородским энергетикам уже стали доброй традицией. Здесь работают отзывчивые, неравнодушные к чужой беде люди».

                                  Олег Дунаев, руководитель выездной  бригады медиков НОЦК.

МРСК Центра и Приволжья – одна из первых энергокомпаний в Нижегородской области, выступивших с инициативой – провести совместную донорскую акцию с областным центром крови им. Н.Я. Климовой (ГБУЗ НО «НОЦК»). Впервые подобное мероприятие прошло в июне 2012 года. Тогда донорами стали 50 энергетиков. С каждым разом поток желающих помочь донорской кровью нуждающимся не иссякал.

За это время почти все энергетики-доноры приобрели статус «постоянных», так как сдают кровь в шестой — седьмой раз, а кто-то в десятый. Это значит, что их кровь наиболее безопасна и будет направлена пациентам в самое ближайшее время. За годы участия в акции энергетики компании сдали более 290 порций донорской крови.

Донором мог стать любой желающий, не имеющий серьезных проблем со здоровьем. Выездная бригада медиков НОЦК принимала доноров непосредственно в здании компании. На несколько часов актовый зал исполнительного аппарата компании превратился в центр переливания крови, где потенциальные доноры смогли пройти все необходимые процедуры, предшествующие донации: регистрацию, медицинский осмотр, где измеряется давление, и определяются группа крови и гемоглобин и сладкий завтрак.

По словам сотрудников компании, кровь сдается не для галочки, не для отчета, а для того, чтобы частичка жизненной энергии передалась человеку, который находится в беде. По традиции все средства, выделенные в качестве материальной компенсации каждому донору, направляются на поддержку подшефного детского дома – школы-интерната №8.

Отметим, что по результатам регионального этапа всероссийского конкурса «МедиаТЭК-2016» донорская акция, ежегодно проводимая пресс-центром ПАО «МРСК Центра и Приволжья», признана лучшим региональным проектом в категории «социальная и экологическая инициатива», а пресс-центр компании, как постоянный организатор акции – победителем в категории «Пресс-службы, службы по связям с общественностью региональных компаний ТЭК». ичка жизненной энергии передалась человеку, который находится в беде. По традиции все средства, выделенные в качестве материальной компенсации каждому донору, направляются на поддержку подшефного детского дома – школы-интерната №8.

— Впервые я принял участие в акции просто ради интереса: хотел узнать, каково это быть донором. И, если честно, тогда мне эта процедура не понравилась — стало плохо во время сдачи крови. Впечатления были настолько сильные, что целый год я не мог решиться на то, чтобы сдать кровь повторно. Но желание помочь людям перевесило, и я снова принял участие в акции. Во второй раз все прошло хорошо, и теперь сдавать кровь – это моя традиция. Главное — накануне хорошо выспаться и правильно питаться.

Антон Мирясов

— Мое здоровье мне позволяет не пропускать ни одной донорской акции, проходящей у нас в компании. То есть я сдаю кровь дважды в год. Но вообще девушки могут делать это и чаще — до 4 раз за год. К этому я и стремлюсь.

Ирина Гущина

— С того момента, как у нас в компании проводится акция «Энергия жизни», я всегда принимаю в ней участие. Недавно я узнала, что у меня редкая, так называемая «чистая» кровь, она пойдет ребенку, который нуждается в срочном переливании. Меня предупредили, чтобы я не удивлялась, если мне позвонят с приглашением сдать кровь в срочном порядке.

Яна Сошилова

Фотогалерея

2017 год

2016 год

2015 год

2014 год

2013 год

2012 год

Более 90 сотрудников Красноярскэнергосбыта сдали кровь в ходе донорского марафона «Энергия жизни»

В День Донора, проходящий 28 апреля в московском офисе, филиалах и компаниях Группы РусГидро, в Красноярскэнергосбыте завершился донорский марафон «Энергия жизни», стартовавший в Красноярском отделении компании в январе 2021 года. В марафоне приняли участие сотрудники энергосбытовой компании из Красноярска, Канска, Ачинска, Минусинска и других населенных пунктов Красноярского края. Всего кровь сдало более 90 сотрудников ПАО «Красноярскэнергосбыт».  Банк Красноярского центра крови №1 в этих городах пополнился на 40 литров крови, которая будет направлена для помощи пострадавшим в пожарах и авариях, пациентам при операциях, детям с лейкозом.

Сотруднице Лесосибирского межрайонного отделения Ольге Легаловой во время марафона было присвоено звание Почетного донора. За 10 лет донорства контролер управления работы с физическими лицами сдала кровь и ее компоненты 61 раз. В первый раз она сдавала кровь для своей знакомой, которой потребовалась срочная операция, а в шестидесятый – отозвалась на призыв об экстренной помощи коллеге из ПАО «Красноярскэнергосбыт».

«К сожалению, обычно люди решаются стать донорами только когда в беду попадают их близкие. Но все мы должны помнить, что кровь требуется для спасения людей каждую минуту, и ее ничем не заменить, это уникальное вещество, источником которого может стать только человек. Поэтому я стараюсь не только сама регулярно сдавать кровь, но и вовлекаю в донорское движение своих друзей и коллег, считаю это своей социальной миссией», — отмечает Ольга Легалова.

Сотрудники Красноярскэнергосбыта участвуют в Днях донора уже 8 лет, и за это время сдали уже около 270 литров крови. В 2015 году акция, в которой ранее участвовали только сотрудники красноярских офисов, переросла в краевой донорский марафон «Энергия жизни». Ежегодно к нему подключаются все подразделения компании в городах и районах Красноярского края, где есть возможность организовать сдачу крови.

«Сейчас кровь особенно ценна, ведь огромное количество потенциальных доноров получили медицинские отводы на полгода после того, как переболели ковидом. Обычно в наших марафонах участвует 120-160 доноров, в этом году отбор смогли пройти только чуть больше 90 человек. Тем ценнее тот факт, что, понимая особую ценность каждого литра крови в период ее острого дефицита, сотрудники услышали призыв Центра крови и мобилизовались. Для многих это стало стимулом впервые принять участие в акции», — поделился исполнительный директор ПАО «Красноярскэнергосбыт» Олег Дьяченко.

РусГидро поддерживает участие работников в социальных волонтерских проектах и активно развивает благотворительное движение Компания регулярно проводит дни донора, ярмарки и акции по сбору средств для экстренно нуждающихся, развивает корпоративное волонтерство.

Донорство способствует обновлению крови, что чрезвычайно полезно: это профилактика болезней сердца и сосудов, иммунной системы, нарушений пищеварения, работы печени и поджелудочной железы. Один донор, сдающий 450 мл крови, спасает две жизни – чужую и свою.

facebook

twitter

вконтакте

одноклассники

google+

мой мир

28.04.2021

Магаданэнерго готовится к пожароопасному сезону

28. 04.2021

Волжская ГЭС работает в режиме специального обводнительного попуска в низовья Волги

Энергия жизни

В последних двух темах мы узнали, насколько организован, чтобы делать живые существа. Мы видели, как люди открыли:

(1) концепция, что потомки похожи на своих родителей, потому что они наследуют генов , которые определяют их физические характеристики

(2) что каждый человек уникален, потому что он сочетает в себе гены от обоих родителей

(3) идея о том, что мутации могут происходить из-за механизмов наследство не идеальное

(4) идея о том, что физические характеристики вида будут эволюционируют с течением времени, если некоторые вариации повышают шансы человека на выживание и воспроизвести

(5) как молекулярные свойства ДНК объясняют все это свойства биологической наследственности

ДНК действительно можно описать как первопричину биологической организации материи, потому что она:

(1) несет информацию в виде последовательности нуклеотидов

(2) служит шаблоном для управления синтезом идентичных Молекула ДНК, позволяющая живым клеткам самовоспроизводиться.

Это действительно замечательная история. Но даже если ты понять, как биологическая информация передается от родителей к потомство, вы еще не до конца объяснили, как можно организовать материю в виде живых существ. Помните из нашего предыдущего обсуждения термодинамика, что все системы стремятся к увеличению энтропии. В организация материи в живых существах представляет собой противоположный процесс. систематическое уменьшение энтропии.Еще ни одна система, взятая в целом, не может испытывать общего уменьшения энтропии. Так как возможна жизнь?

Простой ответ на этот вопрос: если учесть вся система, частью которой являются живые существа, не уменьшается энтропия. Организационные процессы, происходящие в живых существах, требуют энергии, и эта энергия возникает в результате химических реакций, высвобождающих энергию. Итак, чтобы полностью понять, как живые существа могут существовать, нужно понять, где энергия исходит от того, что поддерживает их организацию и как живые существа используют эту энергию для производства организации.

Рассмотренная глубоко, эта тема довольно сложна и включает в себя изрядное количество детальной биохимии, но общие принципы участвуют в передаче энергии в живых существах, не так уж сложно понимать. Проще говоря, растения (а также бактерии и водоросли) захватывают световая энергия поступает от солнца в процессе, называемом фотосинтезом, и они использовать эту энергию для производства органических молекул, таких как сахар, жиры, белки, и т.п.Растения вырабатывают эти молекулы, чтобы питать свои корни, цветы, и другие части растения, которые не могут осуществлять фотосинтез. Но эти самые органические молекулы также могут использоваться в качестве источников топлива другими организмами. Как в результате появились такие организмы, как животные и грибы, которые не могут фотосинтез, но полностью зависит от получения молекул пищи от других живых существ вещи. Они разрушают эти высокоэнергетические молекулы пищи, высвобождая достаточно энергия, позволяющая им поддерживать свою организацию, перемещаться в поисках пищи, расти, воспроизводить и так далее.

История о том, как ученые первоначально думали о рост растений и использование пищи животными, и как они постепенно появились в нашем нынешнем понимании этих процессов, это увлекательный пример научный метод в работе в области биологии.

В этой главе мы сначала рассмотрим, что люди знал о росте растений и животных до того, как кто-то начал смотреть на вопрос научно.Затем мы расскажем об эволюции научных размышления об употреблении пищи животными и о том, как циркулирует кровь питает ткани человека. Эти учетные записи приведут нас к порогу подробные биохимические эксперименты в 20 веках, которые полностью описал клеточный метаболизм. Поскольку полное описание этих процессы включали очень много индивидуальных экспериментов, мы только резюмируем основные направления этих последних событий.

Что было известно о растениях и животных?

Задолго до того, как кто-либо задумывался о растениях и животных с научной точки зрения люди накопили довольно внушительный запас знание того, как работают эти существа. Не только мы сами животных, но люди в течение последних десяти тысяч лет выращивали обоих животных и растения как источники пищи и одежды. За счет тщательного ухода за своими стадами и зерновыми культурами, люди выработали довольно детальное понимание того, животные и растения должны выжить и что им навредит.Мы увидим что ученые, изучающие жизнь, не обязательно узнали все они могли получить от фермеров, которые заботились о живых существах, но Тем не менее будет полезно рассмотреть основные вещи, о которых люди уже знали жизнь до того, как ученые начали изучать проблему.

К 17 ^-м годам люди наверняка знали, что растениям нужна вода, так как они засыхают, когда нет дождя. Они должны как минимум в какой-то степени осознали, что большинству или всем растениям нужно солнце, так как они растут лучше в поле, чем под деревом.Также европейцы, описывая Карибские острова в 16 ^-м годах заметили, как быстро растения расти там, потому что солнце находится выше в небе. Общеизвестный факт, что растения лучше расти летом, чем зимой, можно интерпретировать с точки зрения сокращение дней зимой, иначе люди могли предположить эффект температуры на рост растений.

У людей также были веские основания полагать, что растения производят что-то из почвы, поскольку фермеры давно узнали, что поле может быть истощенным после всего лишь нескольких лет использования его для выращивания сельскохозяйственных культур, и что он восстанавливается, если не используется в течение нескольких лет.Задолго до химических удобрений были введены, фермеры добавляли навоз на свои поля, чтобы стимулировать рост урожая. В старые навозы входили фекалии сельскохозяйственных животных, водоросли, морские ракушки и даже рыба. Ценность этой практики естественным образом побудила людей думают, что растения в каком-то смысле нуждаются в пище, как животные, и что эти вещества дали растениям необходимый питательный материал.

Наконец, фермеры хорошо знали, что растения вырастают из семена, полученные от взрослых растений того же типа. Они зарезервировали часть урожая каждый год, чтобы сеять весной, чтобы получить урожай в следующие годы урожай. Идея семени как содержащего порождающий принцип, из которого жизнь приходит даже имела духовные последствия, например, ее путь в библейские притчи.

Те основные моменты, что потребность растений в воде, солнечном свете, и что-то из почвы, а также генеративный потенциал seedspretty хорошо обобщает то, что люди знали о росте и питании растений.Фермеры накопили обширные практические знания о том, какие растения росли лучше всего. в какое время года, каким растениям нужно больше воды, чем другим, каким более устойчивая к тени, как максимально увеличить семенной продуктивность отдельных растений, и т. д., но, вероятно, ничего другого, касающегося роста и питания растений в Генеральная.

Что знали люди в 17 ^— гг. животные? Как и в случае с растениями, люди наверняка знали, что животным нужна вода, поскольку они испытали ужасы жажды даже на себе. Также как растения, животные действительно вырастают от маленьких детей до взрослых взрослых. Причина младенцев до недавнего времени была загадкой для многих культур, даже связь с половой акт не всегда признавался. У человека и других млекопитающих развитие плода происходит в пределах тело, поэтому его нельзя наблюдать. Фермеры, конечно, знали, что цыплята вылупляются из яиц, что яйца нужно держать в тепле, и что процесс вынашивания занимает несколько недель.Некоторые люди также знали о более сложных процессы развития, происходящие у таких организмов, как лягушки и насекомые.

Животные отличаются от растений очевидной необходимостью для определенных видов твердых веществ в пищу. Трудно сказать, насколько систематически они были бы в описывающий , из которых твердых веществ образовали хорошая еда и которая не сделала. Вряд ли они могли не заметить, что еда неизменно происходит от живых существ, растений или животных.Конечно нет из всего живого материала можно сделать хорошую еду люди редко едят дерево или кости, но больше важен тот факт, что неживые вещества, такие как грязь и песок, никогда не являются основа здорового питания. Они знали, что некоторые вещества были вкуснее для них, и что эти вещества, как правило, являются хорошими источниками питания, поскольку хорошо. Многие зерна, которые были основой рациона большинства людей, сотни много лет назад у них не было особого вкуса, если они не были приправлены пряностями, но, по крайней мере, они были вкуснее чем дерево или песок.

Было бы также очевидно, что животным нужен воздух, и не только фермерам. Каждый может испытать ужас того, что не может дышать. Наблюдая за дыханием всех других крупных животных, люди могли сделать вывод: что у них должна быть такая же отчаянная потребность дышать, как и у нас. Также дыхание непрерывно на протяжении всей жизни, и до недавнего времени наиболее очевидным признаком смерть наступила при остановке дыхания. Еще один признак смерти (по крайней мере, у млекопитающих) в том, что тело остывает.Это привело к тому, что люди стали ассоциировать тепло, которое люди и многие другие животные выделяются при условии, что они живы.

Это краткое резюме должно дать некоторое представление о том, какой материал люди должны были работать, чтобы сформировать свое мнение о росте и питание живых существ. Научные исследования, начатые в 17^{-х гг. век вырос из этого материала. Однако, как мы увидим, рабочий ученые не всегда обращали внимание на факты, которые были бы очевидны любому фермер.Это, конечно, простительно, поскольку у фермеров есть специальные знания. об этом не все знают, и ученые редко бывают одновременно фермерами. Мы можем быть более осведомленными о некоторых вещах, которые игнорировали ученые, но у нас есть полезно знать, как на самом деле работают процессы роста и питания, поэтому Также несправедливо сравнивать их базу знаний с нашей.}

Ранние представления о питании животных

В этой области, как и во многих других, Аристотель установил концептуальный стандарт, над которым люди работали веками позже.Идеи Аристотеля о питании животных основывались на греческой идее четыре элемента: земля, воздух, огонь и вода. В системе Аристотеля материал живых существ состояла из комбинации этих четырех элементов. Так же, пища, которую едят животные, состоит из части земли, части воздуха, части огня и часть воды. Он считал, что мы едим, чтобы восполнить потерянный материал. из наших тканей в результате износа. Каждая из наших тканей состоит определенной смеси четырех элементов, например, мышцы содержат больше вода, чем кожа, и кожа содержит больше воды, чем кости.Чтобы заменить потерянное материал из данной ткани, пищевой материал просто необходимо обработать, чтобы что он содержит ту же смесь элементов, что и добавляемая ткань к. Эта реорганизация веществ в пищеварении контролируется питательными веществами. душа.

мысли Аристотеля о питании были пересмотрены и расширен выдающимся римским врачом Галеном, жившим в 2 ^{г. —} г. век н.э. биологические и медицинские доктрины Галена были построены на Аристотеле. писаний сотен лет назад, но Гален также сделал наблюдения и добавил свои собственные концепции.Гален оставил нам поразительно большое тело сочинений, и он пользовался таким большим уважением среди всех, кто читал его работы для столетия спустя, что он фактически подавил дальнейшую творческую мысль в биология и медицина. Как и в случае с Аристотелем, люди средневековья могли не представляю, что знает лучше, чем Гален, поэтому они были склонны принимать его взгляды некритично.

В системе Галенса пищеварение состоит из серии смесей. в котором грубый материал пищи очищен и адаптирован, чтобы сделать его пригодным для потребление органами животных.Пища всасывается в кишечнике в первую очередь состряпано в печени. Очищенный продукт этой смеси поступает в сердце через то, что мы теперь называем воротной веной, большим кровеносным сосудом между печенью и сердцем. Материал далее придумывается в сердце, производящее кровь. Эта кровь течет из сердца к остальным тело (через артерии и вены), где все различные ткани принимают что им нужно от него, чтобы восполнить утерянный материал.Дополнительный смесь происходит в мозгу, производя более очищенную жидкость в желудочки головного мозга и (как полагал Гален) нервы, сообщающиеся между мозгом и телом.

Прежде чем кровь покинет сердце, также происходит обмен материала с легкими. По словам Галена, большая часть крови течет справа желудочек сердца к левому желудочку через маленькие отверстия во внутренней стенке сердца. Тем не менее, некоторые отходы якобы текут справа желудочек сердца в легкие, откуда он выбрасывается в воздух, когда мы выдох.Легкие также забирают воздух и сообщают его левому желудочку сердце. Когда кровь подвергается воздействию воздуха в левом желудочке, загадочный выпускается вещество под названием пневма . Эта пневма, согласно Галену, является жизненным духом, делающим жизнь возможной. и производит жизненное тепло, характерное для жизни людей и животных. Из-за образования пневмы в левом желудочке кровь становится красной.

Система

Галенса во многом основана на его анатомических особенностях. наблюдения, которые он проводил в основном с животными, потому что человеческое вскрытие был запрещен во времена Римской империи.Некоторые из анатомически правильных компонентов Модель Галенса включала связь между печенью и сердцем, поток кровь из правого желудочка в легкие, сообщение из легких в левый желудочек красный цвет крови, покидающей левый желудочек, и наличие жидкости в желудочках головного мозга. В этом отношении Система Галенса (хотя в большинстве случаев неверная) соответствовала информации. доступный в свое время. Однако в остальном система Галенс категорически противоречит некоторым простым фактам об анатомии человека, о которых Гален не знал потому что римский закон запрещал ему вскрывать человеческие трупы.

Одна существенная ошибка Галена заключалась в том, что он подумал, что кровь течет прямо из правого желудочка сердца в левый желудочек посредством отверстий во внутренней стенке сердца. Нет таких дыр, и фактически вся кровь из правого желудочка перекачивается в легкие, где он выделяет углекислый газ и поглощает кислород, прежде чем вернуться в сердце. В первые годы научной революции (в 16 ^{-е гг. века), анатомы эпохи Возрождения начали бороться с несоответствиями между сочинениями Галена и тем, что они находили в своих собственных исследованиях.Например, великий анатом эпохи Возрождения Андреас Везалий откровенно признал, что не смог найти дыр во внутренней стенке сердца, но он рассудил, что кровь все еще может течь из правого желудочка в левый, поскольку Гален свидетельствовал, что именно это и происходит. В 1550-х годах два других анатомы называли Майкла Серветуса и Реальдо Колумба более или менее одновременно издавали книги, в которых отвергали понятие дыр Галена. во внутренней стене сердца.Они правильно утверждали, что все крови в правом желудочке сначала поступают в легкие и затем вернемся к сердцу. С их стороны потребовалось настоящее мужество, чтобы задавать вопросы Галену. заявлений, как потому, что Гален пользовался огромным уважением, так и потому, что его мысли по этим вопросам стали связаны с христианскими представлениями о взаимодействие души и тела.}

В 1620-х годах Уильям Харви исполнил серию эксперименты, которые дополнили идеи Сервета и Колумба.Харвей майор вывод, как мы обсуждали в главе 8, заключался в том, что кровь не просто течет из сердца, к тканям как в артериях, так и в венах, но что кровь циркулирует по телу , оставляя сердце в артериях и возвращение к сердцу в венах. Harveys аргументы в пользу этой точки зрения представляют собой интересную комбинацию теоретическое и экспериментальное мышление.

Сначала Харви исследовал анатомию сердца и наблюдал работа сердца, как оно билось у еще живого животного.Кстати, экспериментальные операции, которые он проводил на живых животных без анестезии, пример вивисекции. Эта варварская практика была критически важна для ранний прогресс науки физиологии. В конце концов, однако, ученые признали, насколько болезненны такие процедуры для экспериментальных субъектом, и они отказались разрешить такие жестокие действия больше. Так получилось, что эта смена взглядов совпала с открытием первого анестетики в середине 19 ^-го гг.Было ли это к счастью, ученым по крайней мере не пришлось прекращать все физиологические эксперименты, так как впоследствии они смогли продолжить их работа с использованием должным образом анестезированных субъектов.

Основываясь на своих наблюдениях за сердцами животных, Харви решил: что сердце на самом деле построено из мышечной ткани, которая генерирует силу сокращаясь, как это делают скелетные мышцы. Желудочки сокращаются вместе, что не имеет смысла, если кровь должна течь из одного желудочка в другой, как подумал Гален.Харви также отметил, что клапаны в сердце Похоже, они созданы для откачки крови из желудочков. Поэтому он пришел к выводу, что сердце функционирует как насос, выталкивая кровь из желудочек при каждом сокращении.

Харви теперь мог рассчитать количество перекачиваемой жидкости. из сердца с каждым сокращением. Основываясь на его измерениях объема левого желудочка, он подсчитал, что каждое сердцебиение должно перекачивать около двух унции крови.Если кровь просто течет от сердца к тканям, где она всасывается, перекачка сердца даст десять фунтов крови салфетки за одну минуту! Ясно, что это намного больше, чем количество еды. потребляется за тот же период времени. Этот простой расчет убедил Харви что кровь должна циркулировать из сердце к тканям и обратно.

Если кровь циркулирует, то некоторые кровеносные сосуды должны сообщать кровь прочь от сердце, а другие сообщают обратно к сердцу.Чтобы увидеть, в каком направлении течет кровь в венах, Харви использовал жгуты для прерывания кровотока в венах руки. Он нашел эту кровь всегда накапливается на стороне жгута на расстоянии от сердца, как если бы венозная кровь текла на обратно к сердцу. Если, с другой стороны, рука, венозная кровь течет из р. сердца к тканям, оно должно было скопиться на стороне жгута ближе к сердцу.

Эксперименты Харвея сегодня с нашей точки зрения просты и убедительный.Тем не менее, как мы указывали в главе 8, было несогласие с выводами Харвея. Подобное противодействие неизбежно в любое время человек оспаривает устоявшиеся взгляды, какими бы убедительными они ни были. Люди просто привыкают к определенному мышлению, а они этого не делают. с готовностью передумают.

Некоторое сопротивление, однако, было результатом Харвейса. неспособность объяснить , как кровь обеспечивает питание для тканей, если оно не съедается тканями, а просто циркулирует от сердца к тканям и обратно.Кроме того, Харви не удалось установить связь между артериальной сетью и венозной сеть кровеносных сосудов. Фактическое соединение происходит в крошечных сосудах, называемых капилляры в тканях, но Харви не мог исследовать ткани микроскопически, иначе он увидел бы капилляры.

Несмотря на сопротивление, Харвей получил новые взгляды поддержка в течение 17 ^-го века. Его эксперименты были настолько прямолинейный и легко воспроизводимый, и его рассуждения были настолько убедительными, что его взгляды неизбежно возобладают.Волнение, вызванное Харвейсом открытия вдохновили на дальнейшие анатомические и физиологические исследования системы кровообращения, в том числе открытие позднее в 17 век лимфатической системы и капиллярных сетей, по которым течет кровь от артерий к венам.

Питание как замена утраченного материала

Как описано ранее, Аристотель и Гален рассматривали питание как замена материала, потерянного из тканей.Открытия Харви бросили вызов Галеновской модели кровотока, но они не разрешили вопрос, для чего нужна кровь. Спустя годы после открытий Харвея люди продолжал рассматривать пищу в первую очередь как источник нового материала для замены того, что потеряны из тканей в результате износа, а также для смазки мышцы и суставы.

В конце 18-го ^-го -го и начале 19-го ^-го века, эта точка зрения была связана с возникшей идеей о том, что ткани животных состоят из ячеек.Микроскопические исследования крови выявили наличие глобулы вещества, которое мы теперь называем эритроцитами и лейкоцитами. С несовершенные микроскопические исследования тканей животных также показали, что глобулы также присутствовали там, ученые предположили, что ткани перестраивается путем ассимиляции глобул крови в ткани. Рост ткани может аналогичным образом можно объяснить с точки зрения ассимиляции все большего числа глобул в ткани, заставляя их расширяться наружу.Примерно в то же время Джон Хантер предположил, что включение крови в растущие ткани было связано со свертыванием крови, происходящим в ранах.

Гипотеза глобуляристов была в конечном итоге отвергнута на основании по ряду наблюдений, некоторые из которых были опубликованы Йоханнесом Мллером, а некоторые — Теодор Шванн. Во-первых, кровяные тельца не выглядели одинаковыми. размер как глобулы сообщается в тканях. Во-вторых, часть крови, которая было показано, что сгустки представляют собой жидкую фракцию, называемую плазмой, а не клеточные доля.В-третьих, мышечная ткань состоит из длинных фиброзных клеток. а не глобулярные клетки. И, наконец, Шванн описал сотовую связь. мембрана, выстилающая стенки капилляров. Поскольку в этом нет пробелов мембрана, предполагаемые глобулы проходят через нее, чтобы попасть из крови в ткань, и поэтому материал, попадающий в ткани, должен быть в виде отдельных молекулы.

На основании этих открытий гипотеза глобуляристов был более или менее полностью дискредитирован примерно к 1835 году.Тем не менее, люди рассматривали питание в первую очередь с точки зрения ассимиляции молекул в ткани. Более полного понимания питания не было до появления нового наука термодинамики позволила людям объединить идею питания как ассимиляции с идеей питания как горения, которая обсуждается в следующий раздел.

Пищевая ценность при сжигании

Идея о том, что жизнь зависит от внутреннего огня, была вокруг тысячи лет.Тепло, излучаемое людьми, когда они живы, и тот факт, что они остывают, когда умирают, должно быть очевидный и довольно поразительный факт даже для самых ранних людей. Аристотель верил в существование врожденного тепла, которое животные не могли жить без. Гален говорил о жизненном тепле, связанном с пневмой в кровь. И эта идея сохранялась сотни лет, пока Галенс мышление начало дискредитироваться в период раннего Возрождения.

Появление пороха в Европе в средние века. повлиял на раннее Возрождение мышления о жизни как о горении. Как только Декарт объяснил живые существа по аналогии с механическими устройствами своего день, и как сегодня люди пытаются объяснить мозг, используя аналогию компьютер, ученые эпохи Возрождения рассматривали все формы горения в связи с порох.

Основным ингредиентом пороха является нитрат калия, который в эпоху Возрождения назывался селитрой.Другой ключ ингредиент пороха — сера. Идея в 17 ^-м веках была что все формы горения, включая, например, вулканы, происходили, когда сернистый материал воспламенялся селитрой. Объясняя дыхание, поэтому люди предположили, что должна быть какая-то воздушная селитра. который вдыхается и выделяет тепло в теле, когда он реагирует с сернистый материал в живой ткани. Такого мнения придерживался ряд выдающиеся 17 ученых ^– веков, в том числе Роберт Бойль, Роберт Гук, Йоханнес Мэйоу и Томас Уиллис.

Эти ранние химические рассуждения были прерваны Возникновение механистической точки зрения Декарта и его последователя. В ятромеханики объяснили живые существа, используя механические, а не химические аналогии. Например, они считали, что животный жар возникает из-за трения в движение частей тела, так же как трение вызывает нагрев в машинах. Мы уже обсудили ограничения в механистических теориях этого время.В конце концов, эти ограничения заставили людей снова обратиться к химические эксперименты для понимания.

Следующий большой шаг вперед в понимании дыхания как своего рода горение было произведено Лавуазье и его сотрудником Пьером Лапласом, в статье, опубликованной в 1780 году. Лавуазье и Лаплас выполнили серию экспериментов по горению и дыханию, с помощью которых они намеревались чтобы показать, что дыхание — это разновидность медленного горения.В своем ключевом эксперименте они производили углекислый газ, сжигая определенное количество цели или позволяя морской свинке дышать в течение определенного периода времени. Они также измерили тепло, выделяемое при сжигании угля, по сравнению с дыханием морской свинки. Они обнаружили, что примерно такое же количество тепла было произведено по сравнению с количество производимого углекислого газа, независимо от того, нагревается ли тепло и углерод диоксид был произведен при сгорании или дыхании.

Из этого эксперимента Лавуазье и Лаплас пришли к выводу, что производство тепла и углекислого газа были связаны, и что лежащие в основе Процесс горения был таким же, как и при дыхании.Как они выразились:

Следовательно, дыхание горение, правда, очень медленное, но в остальном совершенно похоже на горение уголь; это происходит внутри легких, не производя заметных свет, потому что освобожденная материя огня немедленно поглощается влажность этих органов.

Этот вывод также предлагает объяснение того, как животные используют пищу, поскольку другие эксперименты уже показали, что пищевые материалы можно сжечь, выделяя тепло.Лавуазье и Лаплас утверждали, что еда необходимо животным так же, как масло нужно для хранения лампы горение без пищи, внутренний огонь погаснет.

Как мы видим сейчас, Лавуазье и Лаплас придерживались этой точки зрения. наоборот: они думали, что тепло необходимо для жизни, а еда была просто способом поддерживая тепло тела, в то время как мы рассматриваем тепло в первую очередь как побочный продукт метаболизма активность у животных. Но эта перспектива не могла возникнуть, пока люди не начал думать о тепле как об одном из видов энергии.

Эксперимент Лавуазье и Лапласа — интересный пример того, насколько легче оценить прорыв задним числом чем в то время. Мы можем не согласиться с их общей интерпретацией их выводы, но с учетом нашего текущего понимания химии и энергетика горения и дыхания, мы все еще можем восхищаться фундаментальными Принцип выявлен в их экспериментах. Теперь мы понимаем, что тепло высвобождается, когда органические молекулы превращаются в углекислый газ и воду.Мы знаем что количество выделяемого тепла действительно связано с количеством углерода диоксид произведен. Мы знаем, что в конечном итоге химические реакции, участвующие в горение и дыхание — то же самое, только реакции дыхания включают больше промежуточных стадий. Но в то время, когда Лавуазье и Лаплас опубликовали свои результаты, их коллеги не имели этих представлений и могли лишь судить об обоснованности своих выводы, основанные на том, что было известно в то время.

Современников Лавуазье не убедила его идея дыхание как разновидность горения, и не без уважительной причины. Методы использованные для измерения количества выделяемого тепла были довольно приблизительными, а некоторые экспериментальные переменные нельзя было адекватно контролировать, как обычно случай с любым новым экспериментом. Кроме того, было произведено примерно на 20% больше тепла, относительно к количеству произведенного углекислого газа, при дыхании, чем при горении.Лавуазье и Лаплас остались довольны что числа были так почти равны. Но более точные измерения тепла постановка Дюлонга и Деспреца, опубликованная независимо в 1822 и 1824 годах, подтвердили, что дыхание животных действительно выделяет больше тепла, чем сжигание древесного угля относительно количества производимого углекислого газа. Последующие эксперименты также показали, что количество кислорода, потребляемого животные могут быть слишком большими, чтобы учесть количество производимого углекислого газа.Эти и другие наблюдения представляли трудности для Лавуазье. элегантное уравнение дыхания с горением. В конце концов, все заработало , но в то время никто не мог с уверенностью предсказать, какой финал вывод был бы.

Еще одна тема для дискуссий в то время касалась того, где происходит горение. Лавуазье утверждал, что кислород потребляется, а тепло выпущен в легкие. Другие спрашивали, почему, если это так, не легкие? заметно горячее остального тела? Имея это в виду, другие Исследователи продемонстрировали выделение тепла не только легкими, но и другими тканями.Лаззаро Спалланцани также наблюдал образование углекислого газа в различные ткани от многих разных животных, включая червей, кожу земноводных, а различные части рыб изучались изолированно от остальных тело. Александр фон Гумбольдт продемонстрировал отслоение мышечной ткани. выживает дольше, когда ему доступно больше кислорода, что свидетельствует о том, что мышца ткань использует кислород. Помните также, что эксперименты Ingen-Housz показали что растения потребляют кислород и производят углекислый газ в темноте.Все из этого результаты показали, что легкие не нужны для производства углерода. диоксид и выделение тепла при дыхании.

Если дыхание происходит по всему телу, кислород попавший в легкие, должен каким-то образом быть передан остальному телу. В Кровь сразу же стала рассматриваться как вероятный переносчик кислорода. В разница в цвете артериальной и венозной крови была известна по крайней мере со времен Галенса, как мы уже отмечали.Фактически, Лавуазье предположил, что покраснение крови при воздействии кислорода может быть связано с красным цветом оксидов металлов, таких как ртуть и свинец.

Хотя он сам никогда не публиковал эту точку зрения, Джозеф Луи В 1790-х годах Лагранж предположил, что:

В ходе Кислород мало-помалу выходил из состояния растворение, чтобы частично соединиться с углеродом и частично с водород крови, и, таким образом, с образованием угольной кислоты и воды, которые устанавливаются освобождаются от венозной крови, как только она покидает правую часть сердца попасть в легкие.

Густав Магнус позже смог подтвердить, что кровь переносит газы, показывая, что кислород и углекислый газ на самом деле растворяется в обычной крови, и эта артериальная кровь содержит больше кислорода, чем венозная кровь делает. Вслед за Лагранжем он предположил, что горение требует место в крови капилляров, так как она течет по тканям. Этот был в 1830-х гг. Однако в 1850 году Георг Либих продемонстрировал, что мышцы по-прежнему производят углекислый газ при перфузии дистиллированной водой, а чем кровь.Это открытие свидетельствует о том, что дыхание происходит внутри клетки различных тканей, а не капилляры. В роли Морица Траубе высказал эту гипотезу в 1861 г .:

Свободный кислород входит в растворенном состоянии через стенки капилляров и соединяется с мышечным волокном в рыхлый химическая комбинация, которая способна снова отдавать этот кислород другим вещества, растворенные в мышечной жидкости и обладающие повышенным сродством к кислород; и тогда он может принять новый кислород.

Это близко к правде, хотя Траубе все еще оставался неясным. о многих деталях. Последующие эксперименты были необходимы, чтобы показать, что красные кровяные тельца переносят кислород, а не жидкую часть крови (плазма), и установить роль белков гемоглобина как кислорода перевозчики. Кроме того, Траубе не мог адекватно объяснить, как использовался кислород. в тканях. Понимание этого появилось только в 20 ^-й -й. век.

Последним шагом в понимании дыхания было признание того, что все дыхание происходит в клетках. Эта идея была на самом деле выраженный Шванном в конце 1830-х годов в его формулировке теории клетки. Но это не было общепринятым, пока Эдуард Пфлюгер не отстаивал эту позицию. в двух статьях 1870-х гг. На самом деле Пфлюгер не представил никаких принципиально новых экспериментальные данные, но он настаивал на том, что дыхание — это общее свойство всех живых существ, включая насекомых, эмбрионы животных и растения.Экспериментальная основа для идей Пфлюгерса уже была доступна в экспериментов Ingen-Housz по высвобождению CO ₂ растениями, почти 100 лет назад, и в экспериментах 19 веков Георга Либиха и другие, которые мы только что описали.

Питание животных как высвобождение энергии

В последних двух разделах мы видели развитие два направления мысли о питании животных точка зрения о том, что еда — это материя, чтобы восполнить потерю материала из тканей, и идея о том, что еда является топливом для вид медленного горения, происходящего в тканях.За период у нас В начале 19^-го -х годов эти две линии мысли развивались более или менее независимо друг от друга и не эффективно примирились. Лавуазье предположил, что еда необходима для дать топливо, чтобы поддерживать медленное сгорание дыхания, но он не понять, почему это дыхание необходимо. В этом разделе мы обсудим, как применение к кормлению животных новой науки термодинамики в середина и конец 19 ^гг. века позволили людям впервые понять, почему еда действительно так необходим для жизни животных.

Но сначала, чтобы вы могли оценить, куда собирались вот как мы теперь понимаем питание. Пища нам нужна по двум причинам: как источник энергии и как источник определенных органических молекул. Большинство из пища, которую мы принимаем, используется в качестве энергии, и для этой цели любая органическая молекула почти так же хорошо, как и любой другой. Вот почему людям может сойти с рук создание Один источник пищи — большая часть их рациона, например, картофель или пицца. Но если мы не могут получить определенные молекулы, такие как некоторые аминокислоты, которые мы используем для производства белки, множество различных типов молекул, которые вместе называемые витаминами, определенными минералами и т. д., то наши клетки не будут способны выполнять определенные функции, и мы станем хилыми.

Молекулы пищи производятся другими живыми существами, что мы едим. Молекулы пищи могут использоваться нами в качестве источников энергии, потому что они состоят из относительно слабых, менее стабильных химических связей. Когда эти слабые связи перестраиваются, чтобы произвести более сильные связи (с помощью химических реакции), затем выделяется энергия. Эту энергию можно использовать для создания силы или он может рассеиваться в виде тепла.Горение — это название процесса, в котором молекулы с относительно слабыми связями реагируют с кислородом с образованием молекул с более сильные связи. Химические вещества с особенно слабыми, нестабильными связями выделяют отличный много тепла при сгорании, поэтому они могут быть сожжены. Поскольку энергия выделяется при сгорании молекул пищи, мы описываем более слабый химический Связи, из которых состоят такие молекулы, хранят химическую потенциальную энергию. Они также могут называться высокоэнергетическими связями.

Для синтеза высокоэнергетических молекул пищи из более стабильных, молекулы с более низкой энергией, необходим источник энергии. На этой земле источник энергии, которая управляет подавляющим большинством биосинтеза, — это световая энергия исходящий от солнца. Растения, водоросли и бактерии эволюционировали на молекулярном уровне. механизмы для использования энергии фотонов света и использования этой энергии для синтеза органических молекул, таких как сахар, жиры, белки и т. д.

Но ничего из этого нельзя было оценить, пока люди не разработал понятие энергии и научился определять относительную количество потенциальной энергии в разных молекулах.Ученые, чьи работы мы правильно описали до сих пор, что свет необходим для фотосинтез и что атомы углерода, водорода и кислорода в углероде молекулы диоксида и воды используются в качестве сырья для производства органических молекулы. Но эти ученые не понимали, что углекислый газ и вода состоит из особо прочных химических связей и поэтому имеет относительно низкая потенциальная энергия, в то время как органические молекулы состоят из более слабых химические связи и, следовательно, имеют более высокую потенциальную энергию.Не ценит это, они не могли понять , почему свет необходим для фотосинтеза.

Как вы, возможно, помните ранее в этом семестре, наука термодинамики возникла, когда люди поняли, что энергия может быть преобразована из одной формы в другую, но никогда не создавались и не уничтожались. Например, потенциальный энергия может накапливаться, когда объекты движутся против гравитационного притяжения, но для этого нужна работа, а работа — это просто приложение энергии в этом чехол, кинетическая энергия.Одно особенно важное преобразование энергии в Ранним развитием термодинамики было преобразование кинетической энергии в тепло. Мы обсуждали, как Томсон и Джоуль пришли к пониманию того, что тепло возникает, когда движение вызывает трение. Постепенно тепло стали понимать как один вид энтропии — случайное движение отдельных молекул, которые производят материал.

Когда мы вводили термодинамику, мы говорили о химическом энергия как потенциальная энергия в более слабых, менее стабильных химических связях, но мы не описал, как люди это оценили.Как и в случае с наукой о термодинамики в целом, наблюдения, которые привели к открытию термодинамика химических веществ сосредоточена на выделении тепла. Многие химические вещества могут сжигаться для выделения тепла, в том числе органических химикатов. Древесина использовалась гоминиды в качестве источника топлива для производства тепла на протяжении более миллиона лет. Каменный уголь, который также состоит из органических молекул, использовался в качестве топлива китайцами. много сотен лет назад и позже сыграли важную роль в промышленном Революция, начавшаяся в конце 18 ^-го века.

Когда люди поняли, что тепло — это всего лишь одна из форм энергии, они также естественно осознали, что любые вещества, которые можно сжечь, выделяя тепло, должны содержать энергию в своем химическом составе. Они также разработали приборы для измерения количества тепла, выделенного конкретным химическим веществом. реакции, чтобы определить, сколько потенциальной энергии содержится в реагенты относительно продуктов. Единица измерения этого химического вещества потенциальная энергия была (и есть) калорией: количество энергии, необходимое для повысить температуру одного грамма воды на один градус по Цельсию.

Чтобы узнать, сколько энергии было выделено в конкретном химической реакции, они просто измерили, насколько температура известного количество воды было увеличено, когда эта реакция могла произойти. С использованием при таком подходе химики могли точно определить, сколько энергии было выделено когда определенные молекулы пищи вступали в реакцию с кислородом с образованием углерода диоксид и вода. В 1870-х годах Джоспех Уиллард Гиббс описал уравнение что позволило химикам более легко определять относительные количества химических потенциальная энергия в реагентах и ​​продуктах любой химической реакции.

Когда-то люди осознали, что молекулы пищи являются источниками энергии, тогда они могли бы взглянуть на фотосинтез и дыхание совершенно по-новому. способ. Поскольку при сгорании молекул пищи образуется углекислый газ и вода высвобождает энергию, тогда для производства молекул пищи и кислорода необходимо энергия. Как только это было осознано, не потребовалось много воображения, чтобы понять почему солнечный свет необходим для фотосинтеза. Как мы увидим в следующем раздел, простое осознание того, что солнечный свет является источником энергии, все еще оставляет без ответа многие вопросы о фотосинтезе, например вопрос , как эта энергия используется для синтезировать органические молекулы, но это, безусловно, начало.

Применение термодинамического мышления к дыханию позволили людям лучше понять, для чего используется еда. Лавуазье уже было показано, что при сгорании молекул пищи выделяется тепло, но позже ученые поняли, что выделение тепла не главная причина энергия в молекулах пищи высвобождается. Юлиус Майер и Герман Гельмгольц предположил правильно, что эта энергия частично используется для создания силы в мышцы.Мы не могли бы поднимать тяжелые предметы, если бы у нас не было источника энергия, которая в наших мышцах преобразуется в кинетическую энергию. Макс Рубнер впоследствии выполнили множество экспериментов, чтобы выяснить, насколько калорийность потреблялась животными, какие молекулы были наиболее важными источниками энергии, и сколько энергии было преобразовано в кинетическую энергию в мышцах.

Эти концепции могут показаться очевидными сегодня, но до этого время, люди на самом деле, кажется, не задавались вопросом, откуда берется энергия благодаря этому животные могут генерировать силу, необходимую для движения их тел.Это как если бы они считали само собой разумеющимся, что животные обладают способностью двигаться, как это была какая-то жизненная сила. Идея о том, что животные просто трансформируют химическое вещество потенциальная энергия пищи в кинетическую энергию в мышцах — еще один шаг к чисто механистическому объяснению живых существ. Это позволило ученые рассматривают животных как биологические эквиваленты паровых двигателей. которые использовались для преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию во время промышленного Революция.

Постепенно люди осознали, что поколение макроскопических сил, как в мышцах, — это только одно из применений энергия. По мере того как биологи начали больше описывать деятельность живых клеток, они пришли к выводу, что энергия также необходима для уменьшения энтропии на клеточном уровне синтезировать органические молекулы, транспортировать молекулы, создать структуру из хаоса. Конечная судьба большей части высвободившейся энергии от молекул пищи действительно тепло (как думал Лавуазье), но это промежуточное использование этой энергии, делающее жизнь возможной.

Энергия жизни | Журнал The Scientist Magazine®

Широкое разнообразие биохимических способов существования отражает миллиарды лет эволюции, адаптации и дифференциации ниш, а не стандартизированную характеристику биологической стойкости.

Мы с нервным волнением наблюдаем, как Джейсон собирает неповрежденную пробку донных отложений, укладывает ее в корзину для образцов и начинает долгое путешествие обратно на поверхность. (См. Фотографию ниже.)

Океан богат загадочными существами, и хотя щупальца и острозубые могут быть кошмаром в стиле Гори, скромные микробы также заслуживают одобрения как одни из самых экзотических с биологической точки зрения обитателей морских глубин. Эти одноклеточные организмы нашли способы «дышать» металлами, выживать без кислорода и связывать углерод в биомассу несколькими различными способами, что позволяет им справляться почти со всем спектром экстремальных физических и химических явлений, которые может предложить наша планета.

Например, морской архей Geogemma barossii может выжить при температуре 121 ° C (250 ° F), в то время как другие микробы сохраняют метаболическую активность при температурах до -20 ° C в сибирской вечной мерзлоте. Бактерия Deinococcus radiodurans остается жизнеспособной после облучения в 1000 раз превышающей смертельную для человека дозу облучения, а водный архей Ferroplasma acidarmanus может противостоять чрезвычайно кислой воде со значением pH до 0. Такие яркие подвиги заслужили эти и другие микробы. титул «экстремофилы» — любители экстремальных условий.Но какими бы замечательными ни были их метаболические способности, называть их «экстремальными» в некоторой степени ориентировано на человека. Из-за нашей собственной потребности в кислороде и узких допустимых диапазонов температуры, солености, давления, pH и радиации выживание других организмов в широком диапазоне окружающей среды кажется нам экстремальным. Но для микроба, который стал зависеть от обилия ионов водорода в кислых горячих источниках, апартаменты с кондиционером в отеле Ritz представляют собой угрозу. Большое разнообразие биохимических способов существования отражает миллиарды лет эволюции, адаптации и дифференциации ниш, а не стандартизированную характеристику биологической стойкости.

Чтобы название «экстремофил» было широко значимым, оно должно относиться к более объективной мере экстремальности — полезной способности, реализуемой в ответ на общий вызов. Одна из таких проблем, с которой должны столкнуться все живые организмы, — это получение химической энергии для запуска клеточных реакций. Возможно, способы, которыми организмы справляются с этой задачей, могут отделить по-настоящему трудолюбивые от просто жизнеспособных.

Энергия жизни

ОКЕАНИЧЕСКИЕ ЭКСТРЕМЫ: Эта экспериментальная установка на хребте Гидрат у побережья Орегона исследует микробный метаболизм в глубоководных метильных потоках, в которых обитает множество, казалось бы, странных существ, включая некоторых поистине экстремальных архей и бактерий, которые не могут выжить друг без друга.ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ ДЖЕФФРИ МАРЛОУ Энергия — это валюта биологии. Собирая электроны из огромного количества исходных материалов, организмы Земли производят аденозинтрифосфат (АТФ), который поддерживает биологические реакции. В случае млекопитающих и большинства эукариот сахара и другие органические молекулы являются обычными источниками электронов, окисление которых стимулирует выработку АТФ. Бактерии и археи могут использовать целый ряд других химических веществ, от сульфидов до железа и аммония.

Клетки захватывают эти богатые электронами молекулы и захватывают их электроны, которые прыгают вниз по цепи переноса электронов в митохондриальной или клеточной мембране.Когда электроны движутся вдоль мембраны к конечному акцептору электронов, протоны перекачиваются изнутри клетки во внешнюю, создавая химический градиент. Наконец, протоны возвращаются в клетку, снимая химическое давление и генерируя АТФ. С каждой реакцией, требующей энергии, от строительства жгутиков до деления и роста клеток, клетки используют свой банк АТФ.

Широкое разнообразие биохимических способов существования отражает миллиарды лет эволюции, адаптации и дифференциации ниш, а не стандартизированную характеристику биологической стойкости.

Этот элегантный, многоступенчатый процесс является неотъемлемой частью жизни, какой мы ее знаем, но проблемы с энергией присутствуют всегда. Если, например, электрические потенциалы донора и акцептора электронов слишком близко выровнены, то будет невозможно выжать много энергии из их взаимодействия. Концентрации реагентов и скорость, с которой ферменты могут их мобилизовать, также являются ключевыми факторами. Эти два компонента — величина энергии, получаемой от конкретной пары, и скорость таких реакций — определяют, сколько энергии может произвести клетка.

Вторую половину уравнения — стоимость жизни, так сказать, — часто бывает труднее оценить. Составление списка биохимических частей конкретной клетки — одна из проблем. Отдельные биосинтетические пути — например, производство липидов из производных глицерина — относительно хорошо охарактеризованы в «стандартных» условиях, но постоянно меняющаяся химическая среда клетки может сделать базовые расчеты неточными. Если рассматривать миллионы таких реакций, погрешность может составлять значительную часть доступной энергии.И это только с учетом биосинтеза нового клеточного материала. В большинстве сред микробы всегда должны проявлять бдительность в отношении биохимического разрушения, вызванного стрессами окружающей среды, требуя резервов энергии для восстановления старых ферментов или заделки дыр в клеточных стенках. Конкуренция между жителями может также потребовать дополнительных затрат энергии, например, заставляя жгутики плавать в поисках пищи или вырабатывая молекулы антибиотиков, чтобы держать хищных соседей в страхе.

Однако если мы сможем оценить, сколько энергии требуется для выживания, и сравнить это с тем, сколько энергии доступно для извлечения из окружающей среды, мы сможем начать рассматривать «экстремальные» организмы более объективно.Некоторые из самых «экзотических» сред действительно предлагают роскошный энергетический баланс; настоящими экстремофилами являются микробы с низкой доступностью чистой энергии, независимо от того, живут ли они дорогостоящим существованием в высокоэнергетической среде или аскетической жизнью в энергетической пустыне.

ЭКСТРЕМОМЕТР: Экстремофилам обычно присваивают свой драматический титул через призму человеческого комфорта. Микробы, которые могут выжить в обжигающей или холодной воде, возможно, не борются за свою жизнь, несмотря на то, что они обитают в среде, которая будет верной смертью для любого млекопитающего.Возможно, лучший способ оценить экстремальность вида — это рассмотреть его энергичный банковский счет: кто комфортно живет в темноте, а кто просто скользит мимо?
См. Полную инфографику: JPG | PDF

© М.И. WALKER / НАУЧНЫЙ ИСТОЧНИК; © ДЭВИД ШАРФ / НАУЧНЫЙ ИСТОЧНИК; ШОН МАКГЛИНН; © BSIP / SCIENCE SOURCE

Легкая жизнь

Высокая доступность энергии, низкое энергопотребление

Горячие источники Йеллоустонского национального парка представляют собой уникально красивые палитры: концентрические кольца переходят от синего в центре бассейнов к зеленому, затем к желтому, оранжевому и красному на периферии воды.(См. Фотографию выше.) Завораживающие визуальные эффекты резко контрастируют с влажными, сернистыми запахами, доносящимися до ваших ноздрей, и суровыми предупреждениями знаков и рейнджеров о необходимости держаться на расстоянии. На этом потустороннем фоне открытие в 1966 году жизнеспособных клеток, живущих в сверхгорячей воде, стало неожиданностью, заставившей пересмотреть пределы микробов. В конце концов, температура воды часто выходит за пределы допустимого диапазона большинства известных организмов. Например, почти все ферменты E. coli разворачиваются и становятся неэффективными при 60 ° C (140 ° F).

Микробы из горячих источников традиционно называли «экстремофилами», но их активный банковский счет, как правило, не оправдывает ожиданий. Как и их родственники с умеренной температурой, обитающие в океанах планеты, термофильные цианобактерии получают энергию за счет световых реакций, которые мобилизуют электроны из воды. Вдоль внешних краев термальных источников много света, генерирующего энергию, и процветают цианобактерии. Действительно, яркие цвета, которые мы видим, являются обильными микробными пигментами, которые покрывают поверхности известняка.

Это не означает, что жизнь при высоких температурах легка. Напротив, только через ряд сложных молекулярных адаптаций, закодированных тонкими изменениями в геномах термофилов, эта запретная ниша стала пригодной для жилья. Стабильность белков — это, пожалуй, главная проблема для жизни при высоких температурах. Более высокая тепловая энергия заставляет гиперактивные атомы вибрировать с большей кинетической энергией, угрожая структурной целостности молекул, которые выполняют биохимические реакции. Если серосодержащие цистеиновые аминокислоты стратегически расположены внутри белковых структур, дисульфидные мостики могут образовывать межатомные опорные пучки, которые сопротивляются разворачиванию.Некоторые термофильные ферменты также имеют более крупные гидрофобные ядра, удаленные от открытых активных центров белков, которые действуют как дополнительный клей для борьбы с термической дестабилизацией. Другие адаптации, такие как более простые белковые складки или меньшее количество связанных ионов металлов, дополнительно защищают от молекулярной дестабилизации перед лицом теплового стресса. ¹

Развитие способности выдерживать высокие температуры, возможно, было непростым делом, а затраты на биосинтетическое строительство могли создать некоторые препятствия, но, похоже, окупаемость того стоила.Создавая термостойкие ферменты, цианобактерии, населяющие горячие источники, могут фотосинтезировать в относительном мире, вдали от безумного кормления хищных микробов или более крупных существ в таких средах обитания, как поверхность океана. Таким образом, хотя горячие источники Йеллоустоуна могут показаться экстремальной средой, не все микробы, которые их населяют, борются за выживание.

Дорогой образ жизни

Высокая доступность энергии, высокие требования к энергии

ИЗГОТОВИТЕЛИ МЕТАНА: У берегов Вирджинии пузырьки метана, выходящие из донных отложений, поддерживают множество форм жизни, в том числе некоторые действительно экстремальные микробы.ПРОГРАММА NOAA OKEANOS EXPLORER, 2013 ROV ВСТРЕЧАЕТСЯ И ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ Нет необходимости отправляться на дно океана или в горячий источник, чтобы найти микробы, живущие на грани энергетической возможности. Иногда самые замечательные места обитания находятся на вашем собственном заднем дворе, под хорошо ухоженным мятликом Кентукки или беспорядочным набором садовой мебели. «Обычные» почвы умеренного пояса относятся к одной из самых богатых микробной средой на планете, где в каждой щепотке грязи содержится до миллиарда клеток, а там, внизу, идет тотальная биохимическая война.

Среди наиболее ярких обитателей этого плотного микробного мегаполиса — представители бактериального рода Streptomyces : жилистые палочковидные организмы, образующие сети сантиметрового размера, разветвляющиеся через почву. Streptomyces получают энергию за счет гетеротрофии, потребления органических молекул, таких как сахара, аминокислоты или ароматические соединения. Это энергетически сочные молекулы, и их много, учитывая высокую плотность растений в окрестностях, но это далеко не бесплатный обед.(См. «Микробиом почвы», The Scientist , январь 2013 г.)

Streptomyces захватывают органические молекулы в основном за счет выделения ферментов в почву, чтобы получить доступ к богатым энергией полимерам и разложить их, прежде чем другие конкуренты смогут добраться до них. Это смелая стратегия, уязвимая для хищений со стороны халявщиков, без каких-либо гарантий, что обработанный материал вернется в тот же организм, у которого возникли проблемы с производством фермента. Но в масштабе шансы становятся более приемлемыми, а выгода от деградированных органических веществ, которые попадают в тот или иной Streptomyces, перевешивает неэффективность стратегии.Создание большой сети взаимосвязанных ячеек — единственный вариант, который делает этот расточительный подход оправданным.

Чтобы название «экстремофил» было широко значимым, оно должно относиться к более объективной мере экстремальности — полезной способности, реализуемой в ответ на общий вызов.

Кислород является акцептором электронов с наивысшим потенциалом на рынке, и перенос электронов на O ₂ обеспечивает наибольший выигрыш в расчете на одну молекулу-донор электронов.Это делает верхние, проницаемые кислородом слои почвы очень востребованной недвижимостью, но за это приходится платить. В исследовании 2005 года геомикробиологи Том Макколлом из Университета Колорадо в Боулдере и один из нас (Аменд, затем в Вашингтонском университете в Сент-Луисе) рассчитали энергетические затраты на синтез обширного списка биомолекул, включая аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, сахариды и амины из неорганических молекул-предшественников. ² Мы обнаружили, что затраты на биосинтез были на самом деле выше — более чем на порядок — в условиях насыщения кислородом, чем в анаэробных условиях.Частично это несоответствие связано с тем, что многие прекурсоры должны быть восстановлены из своего окисленного состояния до создания биомолекул, но это предполагает, что энергетическая выгода от использования кислорода в качестве акцептора электронов может быть необходимой доплатой, а не банковским вложением.

Возможно, самая впечатляющая адаптация Streptomyces — это замечательный набор антибиотиков этого рода, которые могут атаковать клеточные стенки или механизмы синтеза белка конкурентов. Но это большое и сложное оружие требует большого потока богатых электронами промежуточных продуктов и перепрофилирования клеточных цепочек поставок.Анализ, проведенный Дж. Стефаном Рокемом из Еврейского университета в Иерусалиме, показал, что производство антибиотиков представляет собой огромную утечку для биосинтетических путей, часто обходя более половины имеющихся запасов строительных блоков-прекурсоров (таких как пируват или ацетил-КоА), которые могут в противном случае можно использовать для создания биомассы и создания новых клеток. ³ Но синтез антибиотиков, хотя и является дорогостоящим, имеет решающее значение для выживания в этой многолюдной среде, сводя к минимуму конкуренцию за столь необходимые ресурсы.С энергетической точки зрения Streptomyces — экстремальный организм, который прячется у всех на виду.

Просто по телефону

Низкое энергопотребление, низкое энергопотребление

Когда Jason вытаскивают обратно на палубу, доверху набитый образцами из глубоководных просачиваний метана, Atlantis становится ульем активности. Мы сносим керны донных отложений вместе с кусками карбонатных пород в бортовую лабораторию, где они разделяются и передаются для экспериментов.Жидкость извлекается для геохимических измерений, а несколько граммов осадка замораживаются для ДНК и микроскопических анализов. Отдельную аликвоту набирают в блестящий серебряный майларовый мешок, смешивают с фильтрованной морской водой и химическими веществами, меченными изотопами, и промывают газом азотом и метаном. Пакет запечатывают и откладывают в сторону, временную капсулу нужно открыть несколько месяцев спустя, чтобы определить, сколько изотопно-меченого субстрата было поглощено таинственным процессом анаэробного окисления метана.

В конечном итоге мы находим подтверждение причудливого биологического партнерства, действующего на грани того, что энергетически возможно. ^4,5,6 Как было обнаружено в других местах утечки метана по всему миру, определенные типы архей и бактерий собираются вместе в многоклеточные скопления, с десятками, сотнями, а иногда и тысячами микробов, связанных взаимной энергетической необходимостью. Детали ассоциации все еще обсуждаются, но похоже, что партнеры-археи окисляют метан и передают электроны бактериям, чтобы обеспечить восстановление сульфата до сульфида, генерируя энергию для питания клеточных функций.(См. «Провода под напряжением», The Scientist , май 2013 г.) Примечательно, что когда данные по энергетике сокращаются, археи оказываются в красном цвете — их половина расположения, похоже, не производит достаточно энергии для их собственного выживания. Это означает, что реакция восстановления сульфата, выполняемая их бактериальными партнерами, должна обеспечивать энергией оба вида. Как работает этот мутуализм, особенно в рамках эволюции, далеко не ясно.

Энергетические потребности для биосинтеза относительно низкие, учитывая очень медленные темпы роста этих организмов, удваивающиеся только каждые несколько месяцев.Тем не менее, учитывая сложность извлечения и распределения энергии в среде просачивания метана, анаэробные партнерства, окисляющие метан, заслуживают звания экстремофилов, поскольку характеризуются энергетической структурой. Будем надеяться, что будущие исследования осветят природу этого симбиоза и дадут представление о том, как энергетически невероятное становится возможным, распутывая сложности этих и других медленно растущих экстремофилов.

Невозможная ситуация

Низкая доступность энергии, высокие требования к энергии

ТЕПЛОНОБИТЕЛЬ: Гипертермофильные микробы, такие как этот, изолированные из гидротермального источника в Тихом океане, не обязательно должны считаться экстремофильными.Также необходимо учитывать доступность энергии и образ жизни микробов. © DEREK LOVLEY / KAZEM KASHEFI / SCIENCE SOURCE Окончательная перестановка соотношений энергетических затрат и выгод кажется бесполезной: более высокие потребности в энергии, чем объемы поставки, не дают результата. сделать для устойчивой ситуации. И хотя рост в таких условиях кажется невозможным (за заметным исключением тесно связанного метаболизма, подобного описанному выше), недостаток энергии не обязательно означает гибель клеток.

Когда дела становятся тяжелыми, некоторые виды микробов, такие как бактерия Bacillus subtilis , переходят в режим гибернации, выключают печь и свет перед формированием спасательного плота, который, мы надеемся, переправит их на более зеленые пастбища.Этот процесс называется споруляцией, и это решение — вопрос жизни и смерти, который нельзя принимать легкомысленно. B. subtilis обычно встречается в почвенных средах, подверженных перепадам доступности энергии из-за застоев или голода. Когда одна из этих клеток ощущает стресс, связанный с питательными веществами, она использует запасы энергии, активируя жгутики для поиска пищи, наполняя окружающую среду антибиотиками, чтобы убить конкурентов, или отчаянно импортируя чужеродные фрагменты ДНК в надежде, что новая возможность станет билетом. плохой ситуации.Если ничего не помогает, он копирует свой генетический материал и делит его на защитную капсулу, которая может выдерживать экстремальную жару, радиацию, химический стресс, высыхание и энергетически неприемлемые условия. Датчики, расположенные на внешней поверхности спор, исследуют окружающую среду на предмет более дружелюбного окружения и оценивают возможность возвращения к более активному образу жизни. Включение питания — это чрезвычайно энергичное мероприятие, которое позволяет полностью воскреснуть только при идеальных обстоятельствах.Таким образом, хотя такое поведение можно считать экстремальным само по себе, спорообразователи уклоняются от истинного испытания своей экстремофильной природы, выжидая невозможное в состоянии метаболической гибернации.

Переосмысление крайностей

На протяжении тысячелетий микробы искали лазейки и экспериментировали с новыми молекулярными машинами, пытаясь закрепиться там, где другие не могут. От почвы на заднем дворе до просачиваний метана на морское дно, эти экстремофилы зарабатывают на жизнь, обнаруживая адаптации к уравнению энергии, которые могут указывать нам на другие организмы, ожидающие открытия в свете фар будущего космического корабля-робота.

Многие из наиболее многообещающих астробиологических целей в нашей солнечной системе вполне могут обладать базовыми требованиями для жизни, такими как жидкая вода и ключевые элементы, но чистая доступность энергии неизвестна. Озера Титана, самого большого спутника Сатурна, имеют много органического топлива, но поддерживать жизнеспособную микросреду, вероятно, будет очень сложно из-за отсутствия подходящего растворителя при таких низких температурах. С другой стороны, недра Марса может испытывать недостаток в легко доступных источниках энергии, но при относительно небольшом количестве очевидных опасностей возможно существование низкоэнергетического образа жизни.

Исследователям еще предстоит в полной мере оценить разнообразие биоэнергетических режимов на Земле. Продолжая исследовать морское дно или недра планеты, мы находим новые геохимические коктейли, требующие микробных инноваций. Итак, вернувшись на «Атлантиду», мы загружаем Джейсона очищенными пробирками и отправляем нашего робота-эмиссара в еще одно путешествие в неизвестность в поисках новых микробных реакций на экстремальные условия глубин.

Джеффри Марлоу — кандидат наук-геобиологов Калифорнийского технологического института и автор статей по телефону Wired .Ян Аменд — профессор наук о Земле и биологии в Университете Южной Калифорнии, где он руководит Центром исследований темной энергии биосферы.

Каталожные номера

1. К. Вьей, Г.Дж. Зейкус, «Гипертермофильные ферменты: источники, применение и молекулярные механизмы термостабильности», Microbiol Mol Biol R , 65: 1-43, 2001.
2. Т. Макколлом, Дж. П. Аменд, «Термодинамическая оценка потребности в энергии для синтеза биомассы хемолитоавтотрофными микроорганизмами в кислородных и бескислородных средах», Geobiology , 3: 135-44, 2005.
3. J.S. Рокем и др., «Системная биология производства антибиотиков микроорганизмами», Nat Prod Rep , 24: 1262-87, 2007.
4. А. Боэтиус и др., «Консорциум морских микробов, по-видимому, опосредующий анаэробное окисление метана», Nature , 407: 623-26, 2000.
5. J.J. Марлоу и др., «Структура микробного обилия и разнообразия, связанных с отложениями и карбонатами из среды просачивания метана в Хайдрат-Ридж, штат Орегон», Front Mar Sci , doi: 10.3389 / fmars.2014.00044, 2014.
6. J.J. Марлоу и др., «Карбонатная метанотрофия представляет собой нераспознанный сток метана в глубоком море», Nat Comm , 5: 5094, 2014.

Энергия для жизни — Eniscuola

Энергия для жизни

Всем живым существам нужен источник энергии для активации химических реакций. Например, чтобы зажечь спичку, требуется какой-то источник энергии, чтобы вызвать реакцию. В этом случае нужно просто потереть верхнюю часть о шероховатую поверхность, чтобы получить тепло и сделать ее легкой.Это случай «энергии активации».
Почти во всех экспериментах, о которых мы говорили в других главах, в качестве источников энергии использовались электрические разряды, ультрафиолетовый свет и тепло. Однако эти источники энергии могут быть вредными для живых молекул, потому что слишком большое количество тепла может разрушить молекулы и коацерваты в них, нанеся непоправимый ущерб.
Изначальная Земля не имела достаточно толстой и плотной атмосферы, поэтому ультрафиолетовое излучение могло уничтожить все на поверхности планеты.Это заблокировало эволюцию организмов в областях, пораженных этой энергией. Как электрические разряды, так и ультрафиолетовые лучи, как правило, были активны в атмосфере, тогда как жизнь почти наверняка зародилась в воде или в защищенных влажных местах. Следовательно, другие формы энергии должны были помочь зарождению жизни на Земле.
Со временем разбавленный горячий суп, который был найден во впадинах на поверхности Планеты, начал остывать, и реакция замедлилась. В этот момент считается, что должны были появиться новые вещества, способные помогать химическим реакциям.Эти вещества действительно существуют в каждом живом организме: ферменты.
Ферменты активируют химические реакции в живых существах даже при таких низких температурах, что они не могут обеспечить необходимую энергию для их запуска.
Ферменты обычно состоят из двух частей: белковой и небелковой. Белковая часть включает так называемый «активный центр», что означает область, которая прилипает к молекулам, на которые она действует. Другая небелковая часть часто является витамином и помогает белковой части в ее функции.
Ферменты могут функционировать и вне живой клетки, и это было полезно во многих лабораторных экспериментах.
Сегодня живые существа склонны использовать сахар в качестве источника энергии. Сахар или углеводы — это молекулы, образованные углеродом, кислородом и водородом, которые синтезируются зелеными растениями. Существовали ли эти вещества в первозданном океане?
Мелвин Кальвин смог ответить на этот вопрос с помощью нового эксперимента. Он обнаружил химические соединения, отличные от тех, которые использовались в экспериментах Миллера, но которые, тем не менее, могли существовать в примитивной атмосфере с излучением высокой энергии.Таким образом, Кальвин смог получить новые молекулы, такие как простые сахара, такие как глюкоза.
Благодаря специфическим ферментам глюкоза и другие подобные сахара могут создавать более сложные структуры, такие как крахмал и целлюлоза.
Первобытные океаны могли содержать молекулы глюкозы, которые можно было бы использовать в качестве источника энергии, но требуется много энергии активации, чтобы разрушить связи между атомами глюкозы и произвести другую энергию. Таким образом, предположительно, существовал механизм, аналогичный тому, который происходит в наши дни у живых существ, а это означает, что они должны связывать некоторые атомы с молекулой, которую необходимо разделить, чтобы они привлекали электроны, которые образуют связь, ослабляющую молекулярную структуру и разрывающуюся. это вниз.В случае глюкозы группы фосфора (группа атомов фосфора, кислорода и водорода) связываются с молекулой сахара и превращают ее в глюкозо-фосфат, более слабую молекулу, чем исходная, которая, следовательно, требует меньше энергии активации для разрушения. АТФ (кислотный аденозинтрифосфат) — это химическое соединение, которое поставляет не только энергию для добавления фосфорных групп к глюкозе, но и необходимую фосфорную группу для ослабления молекулы.

Энергия жизни

Энергия жизни.

Научно-популярная книга Гая Брауна

Лауреат премии Wellcome Trust

Amazon.com
«Энергия» — это слово, которое часто используется в широком смысле для обозначения любого из множества расплывчатых понятий, скрытых в духовности и психологии. , наряду с его более приземленным техническим значением в физике. Принимая, а не отвергая нашу двусмысленность, биохимик Гай Браун показывает нам, как E в E = mc2 влияет и информирует наши клетки, тела и умы в книге «Энергия жизни: наука о том, что заставляет наш разум и тело работать».Как работающий ученый, специализирующийся на биоэнергетике человека, Брауну необходимо знать, как сохранить все свои естественные концепции энергии отдельными, но связанными, и он делится с читателем своим пониманием того, как все это сочетается друг с другом.
Начиная с введения в основы физического понимания энергии и термодинамики, которые легко усваиваются даже английскими майорами, он переходит к анализу того, как это качество материи питает нашу повседневную жизнь, от солнечной и геотермальной радиации до пластин крыльев буйвола и поддержания настороженность на общих собраниях.Чувства сексуальной и умственной энергии не исключены из его анализа; на самом деле, поскольку они привлекают внимание большинства читателей, автор достаточно сообразителен, чтобы выделить их. Практические советы по поддержанию энергетического баланса питания, чтобы оставаться здоровым и бодрствовать, переплетаются с более теоретической информацией, и эта синергия делает книгу «Энергия жизни» воодушевляющей. — Роб Лайтнер

От Publishers Weekly
В любой день вы можете проявлять — или нуждаться, или хотеть — «энергию»: готовность к работе, которая позволяет вам подать заявку на работу, запустить вниз по улице или просто прочтите эту страницу.Ваше тело также требует и получает (обрабатывая пищу и кислород) «энергию» в том смысле, в котором это слово используют физики, — то, что вашему мозгу нужно в форме глюкозы, и то, что микроскопические тела называют упаковкой митохондрий в виде химического вещества под названием АТФ. . Браун, биохимик из Кембриджского университета, написал доступную книгу об обоих видах энергии и связях между ними. Он объясняет, как энергия циркулирует в организме на молекулярном уровне и как она контролирует то, что происходит в органах и организмах.АТФ, митохондрии и ионы кальция начинают работать всякий раз, когда вы двигаете мышцами. У вас, вашей кошки и ее блох есть «скорость метаболизма», скорость, с которой организм использует энергию: умножьте скорость метаболизма на продолжительность жизни для разных животных, и вы обнаружите, что «общее количество энергии, затрачиваемой на средняя продолжительность жизни примерно одинакова «среди видов — хотя люди составляют исключение, живущие дольше, чем мы« должны ». У мозга есть свои системы, с помощью которых энергия и информация циркулируют каждую минуту и ​​каждый день.Выяснив роль этих систем в сексе и сне, Браун заканчивает несколько банальной главой об эмоциональной энергии и усталости, рекомендуя регулярные упражнения и «достижимые» умственные цели. Некоторые читатели могут возразить против быстрого темпа Брауна и обнаружить несколько чрезмерных упрощений; однако большинство будет приветствовать это знающее введение в «энергию тела и энергию ума, что это такое, как мы ее получаем и как снова теряем». (Апрель)
Copyright 2000 Reed Business Information, Inc.

Amazon
Загадка человеческой энергии раскрыта.Биолог Гай Браун предлагает первое популярное введение в передовую науку биоэнергетики, которое дает новое понимание энергии жизни. Мы все знаем, что что-то происходит с нашим энергетическим уровнем во время сахарного «прилива», или «кофе», или после послеобеденного сна, но теперь каждый может понять, как отлаженно работает человеческая энергетическая машина, благодаря ясному обзору Брауна. как энергия проходит через нас как на микроуровне наших клеток, так и на макроуровне нашего поведения.

На микроуровне основная энергия нашего тела — это неистовое движение внутри наших клеток, которое приводится в действие теплом тела. Ядро, митохондрии и все десять тысяч крошечных бимолекулярных машин, которые производят и транспортируют молекулы вокруг клетки, не сидят неподвижно внутри клеточной мембраны, а движутся, как если бы они были шариками жевательной резинки в вибрирующей машине для жевательной резинки. Это движение приводит каждый элемент клетки в контакт друг с другом каждые несколько секунд и позволяет энергии клетки течь.Энергия исходит от митохондрий, этих странных, генетически отличных от них маленьких животных, которые нагревают наши тела и потребляют всю пищу, которую мы едим, и кислород, которым мы дышим. Браун завершил прорывную работу с митохондриями и объяснил, как они вторглись в наши клетки сотни миллионов лет назад. За последние несколько лет он и его коллеги показали, как эти захватчики обладают властью жизни или смерти над каждой нашей клеткой, над самой нашей жизнью.

Углеводы, жиры и белки, которые мы едим, составляют основное топливо митохондрий, но наш мозг работает только на глюкозе — специфическом и даже токсичном химическом веществе, когда его слишком много в крови, что хорошо известно любому диабетику.Этот источник энергии ума находится в очень ограниченном количестве в наших телах, потому что мы можем хранить его очень мало. Браун предполагает, что мы склонны есть слишком много жиров, потому что мы созданы, чтобы перестать быть голодными, когда мы съели достаточно углеводов, из которых мы производим глюкозу. Употребление жиров не заставляет нас чувствовать себя «сытыми» так быстро или одинаково. По этой причине в макромире богатых обществ мы должны напоминать себе о важности относительно высокоуглеводной диеты с относительно низким содержанием жиров.

Браун исследует энергетическую динамику наших спортивных ограничений и нашего возбужденного ума. Он демонстрирует силу коричневой мышцы, богатой митохондриями, и высокую скорость белой мышцы, бедной митохондриями. Секс, который неожиданно начинается с электрической энергии в ядрах клеток гипоталамуса мозга, увеличивает частоту сердечных сокращений, артериальное давление, частоту дыхания и мышечное напряжение, быстро окутывая тело потоком энергии, достигая кульминации в оргазме. В конечном счете, Браун показывает, что все процессы в разуме и теле являются потоками краткосрочной или долгосрочной энергии, которые наиболее эффективны, когда мы следуем простому плану сбалансированной диеты и регулярных упражнений.

Построенная на основе оригинальных исследований, изучения исторического значения энергии и новейших перспектив Лаборатории Брауна в знаменитых залах биохимии Кембриджа, эта книга является сокровищницей человечества. наука для тех, кто интересуется тем, как работает наша жизненная сила. Интересно то, что Браун приходит к выводу, что более важно строить свою жизнь на науке о долгосрочном и краткосрочном уровне энергии, чем на отслеживании потребления калорий или даже нашего банковского баланса.Независимо от того, следуем мы этому совету или нет, вот развлекательное и научное руководство для владельцев человеческого тела, в котором прославляется «создатель и разрушитель всего сущего», Энергия жизни.

Энергия для жизни (1,07 в F17)

Цели обучения

1. Определите автотрофов и гетеротрофов и узнайте, как они получают энергию и материю.
2. Знайте, что биоэнергетическая химия с использованием АТФ, окислительно-восстановительных реакций и хемиосмоса универсальна для всех живых организмов на Земле.
3. Объясните два механизма фосфорилирования, которые клетки используют для получения энергии в форме АТФ.
4. Следуйте по траекториям электронов и ионов водорода, чтобы установить градиенты протонов для синтеза АТФ.

Метаболическая энергия для жизни в конечном итоге исходит от солнца [по материалам Openstax Biology]

Живые клетки каждого организма постоянно используют энергию. Питательные вещества и другие вещества импортируются, метаболизируются (расщепляются), синтезируются в новые молекулы и переносятся по клетке и всему организму.Например, большие белки, из которых состоят ваши мышцы, активно строятся из более мелких молекул. Напротив, сложные молекулы, такие как углеводы, расщепляются на простые сахара, которые клетка использует для получения энергии. Подобно тому, как энергия требуется как для строительства, так и для сноса здания, энергия требуется как для синтеза, так и для разрушения этих молекул.

Энергия для этой работы внутри живых организмов поступает либо напрямую от солнца для автотрофов , также называемых фотосинтезаторами.К ним относятся растения, множество бактерий и некоторые археи. Организмы, которые не могут фотосинтезировать, называются гетеротрофами , и они получают энергию, поедая другие живые организмы. Когда один организм ест другой, часть энергии, которую он хранит в сахарах в тканях, передается потребителю. Ученые называют эту передачу или поток энергии через живую систему биоэнергетикой . Биоэнергетика описывает потоки энергии через все типы живых систем, от клеток до экосистем, как показано на рисунке ниже.

Энергия проходит через различные организмы в экосистеме (оранжевые стрелки) и теряется в виде тепла (желтые стрелки). Материя, такая как углерод, азот и другие питательные вещества, циркулирует по экосистеме (черные стрелки).

Энергия перетекает от съеденного организма к потребителю со средней потерей энергии 90% или потерей энергии на нагрев и распад разложителями.Напротив, накопление химической энергии солнечного света посредством фотосинтеза намного более эффективно, хотя много солнечной энергии не используется фотосинтезаторами.

Когда энергия накапливается внутри клетки, нарастают ступенчатые химические реакции и разрушают сложные молекулы. Некоторые из этих химических реакций являются спонтанными и высвобождают энергию, тогда как другие требуют энергии для протекания. Точно так же, как живые существа должны постоянно потреблять пищу, чтобы восполнить то, что было использовано, клетки должны постоянно производить больше энергии, чтобы восполнить энергию, используемую многими химическими реакциями, которые постоянно происходят. Сумма всех химических реакций, происходящих внутри клетки, включая те, которые используют энергию, и те, которые высвобождают энергию, и есть метаболизм клетки.

Обмен веществ расщепляет углеводы

Метаболизм сахара (простого углевода) — классический пример многих клеточных процессов, которые используют и производят энергию. Живые существа потребляют сахар в качестве основного источника энергии, потому что молекулы сахара имеют много энергии, хранящейся в их связях. Распад глюкозы, простого сахара, описывается этим химическим уравнением:

Дыхание: C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂ → 6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия

Это выглядит довольно просто, но расщепление глюкозы включает серию сложных химических реакций, называемых гликолизом и циклом лимонной кислоты.Мы говорим, что клетка, которая расщепляет сахар с помощью этих реакций, дышит, или подвергается дыханию . Большинство живых организмов дышат, и за исключением случаев ферментация используется для расщепления углеводов.

При фотосинтезе вырабатываются углеводы

Некоторые организмы, а именно растения, многие бактерии и археи, могут запускать химические реакции, противоположные дыханию. Они используют фотосинтез для хранения захваченной энергии в химических связях углеводов (сахаров).Во время фотосинтеза растения используют энергию солнечного света для преобразования газообразного диоксида углерода (CO ₂ ) в молекулы сахара, такие как глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆ ). Синтез глюкозы описывается этим уравнением, которое должно показаться странно знакомым, потому что оно противоположно предыдущему уравнению!

Фотосинтез: 6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂

Поскольку в процессе фотосинтеза образуются более крупные молекулы, накапливающие энергию, необходимо расходовать некоторую энергию.Энергетическая валюта всех клеток — это очень высокоэнергетическая молекула, называемая АТФ или аденозинтрифосфат . Точно так же, как мы используем доллары в качестве валюты для покупки товаров, клетки используют молекулы АТФ в качестве энергетической валюты для выполнения немедленной работы. Сахар (глюкоза) хранится либо в крахмале, либо в гликогенной цепи многих более мелких молекул глюкозы. Подобные цепочки накопления энергии расщепляются на глюкозу, которую можно переработать, чтобы снабдить клетку молекулами АТФ для работы.

Как вы можете видеть на изображении ниже, АТФ — это небольшая, относительно простая молекула с потенциалом быстрого всплеска энергии в химических связях между бета- и гамма-фосфатными группами.

Аденозинтрифосфат, или АТФ, представляет собой небольшой сахар, который служит основной энергетической валютой клетки, накапливая химическую энергию в связях между бета- и гамма-фосфатными группами [Изображение предоставлено: Openstax Biology]

Отрезание гамма-группы высвобождает энергию для поддержки различных клеточных реакций и процессов. Разрыв оставляет после себя аденозиндифосфат (АДФ) и одну неорганическую фосфатную группу (P _i ). Поскольку эта реакция происходит с использованием молекулы воды, она считается реакцией гидролиза.Мы говорим, что АТФ гидролизуется до АДФ в следующей реакции: АТФ + H ₂ O → ADP + Pi + свободная энергия.

Обратная реакция ADP + Pi + свободная энергия → ATP + H ₂ O регенерирует ATP из ADP + P _i . Клетки полагаются на регенерацию АТФ так же, как люди полагаются на регенерацию потраченных денег за счет своего рода дохода. Регенерация АТФ требует ввода свободной энергии.

Энергетический метаболизм универсален в жизни на Земле [адаптировано из Jung Choi]

Теперь, когда мы знаем ключевые элементы биоэнергетики, мы можем исследовать энергетические процессы, фундаментальные для всех живых клеток.Ученые предполагают, что процессы, исследуемые ниже, вероятно, присутствовали в последнем универсальном общем предке (LUCA) всего живого на Земле.

Все клетки — бактерии, археи, эукарии — используют энергию, выделяемую при гидролизе АТФ до АДФ и неорганического фосфата, для выполнения большей части работы внутри клетки. Как клетки производят АТФ? Клетки могут регенерировать АТФ из АДФ любым из двух способов: либо путем фосфорилирования на уровне субстрата, либо путем окислительного фосфорилирования.

Фосфорилирование на уровне субстрата означает, что фосфат переносится на АДФ из органического соединения (субстрата).Некоторые ферменты в реакциях гликолиза и цикла лимонной кислоты производят АТФ посредством фосфорилирования на уровне субстрата. Однако в этих реакциях используется лишь небольшая часть потенциальной энергии глюкозы, поэтому лишь небольшое количество АТФ производится за счет фосфорилирования на уровне субстрата в клетках, подвергающихся дыханию. Фосфорилирование на уровне субстрата ферментами гликолиза является основным источником АТФ только в клетках, подвергающихся ферментации (ферментативные клетки выполняют гликолиз, но не дышат).Все другие организмы используют гораздо более эффективный тип фосфорилирования, описанный ниже.

Окислительное фосфорилирование — это, по-видимому, более сложный процесс, при котором протонодвижущая сила через мембрану заставляет ферментный комплекс АТФ-синтазы (молекулярный механизм) производить АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Окислительное фосфорилирование позволяет клетке высвобождать большое количество свободной энергии и делает подавляющее большинство АТФ в дышащих клетках. Удивительно, но окислительное фосфорилирование оказалось не менее древним, чем гликолиз и ферментация, и действует в средах как с кислородом, так и без него.

Энергия для синтеза АТФ посредством фосфорилирования на уровне субстрата или окислительного фосфорилирования поступает от органических молекул (таких как сахара и углеводы), или от солнечного света, или от неорганических доноров электронов. Метаболические химические реакции захватывают энергию из этих различных источников (органические соединения, солнечный свет или химические вещества) и связывают их с синтезом АТФ из АДФ.

Клеточное дыхание возникает, когда химические окислительно-восстановительные реакции переносят электроны

В метаболических реакциях большая часть свободной энергии выделяется химическими реакциями, известными как окислительно-восстановительные реакции.В окислительно-восстановительных реакциях электроны передаются между молекулами. Молекула, которая получает электроны, восстанавливается на ; молекула, которая теряет электроны, на окисляется, , так «окислительно-восстановительный» получил свое название. Вы можете использовать фразу «OIL RIG», чтобы помнить, что окисление — это потеря, сокращение — это прибыль. Различные молекулы имеют разную тенденцию к получению электронов, что называется окислительно-восстановительным потенциалом. Окислительно-восстановительная реакция между парой молекул с большой разницей окислительно-восстановительного потенциала приводит к большому высвобождению свободной энергии.

Энергетический метаболизм клеток включает серию окислительно-восстановительных реакций. Гетеротрофы окисляют (отбирают электроны) органические молекулы (пища) и отдают эти электроны молекуле-переносчику электронов, называемой НАД + (в окисленной форме), которая принимает электроны из пищи, превращаясь в НАДН (восстановленную форму). Затем НАДН возвращается к НАД +, отдавая электроны (восстанавливая) белок-акцептор электронов в мембране, тем самым снова окисляясь до НАД +. В мембране электроны передаются вниз по цепи переноса электронов, состоящей из ряда мембранных белков и молекул с увеличивающимся окислительно-восстановительным потенциалом.Компоненты цепи переноса электронов используют последовательное высвобождение свободной энергии для перекачки протонов через мембрану против их электрохимического градиента.

Цепь переноса электронов, часть клеточного дыхания, переносит электроны от доноров к акцепторам, действующим в клеточной мембране. Процесс генерирует градиент протонов в форме ионов водорода за пределами мембраны. [Изображение изменено К. Спенсером из общедоступного изображения Викимедиа, сделанного Фвасконселлосом.]

Результирующий градиент концентрации H + (pH) через мембрану является формой накопленной энергии, аналогичной электрической батарее. В конце цепи переноса электронов находится терминальный акцептор электронов. Конечным акцептором электронов является молекулярный кислород (O2) при аэробном дыхании, как у людей; дыхание в отсутствие кислорода обнаруживается у многих архей, бактерий и некоторых эукарий, и использует другие молекулы, такие как нитрат, железо или сульфат, чтобы принять конечный электрон.

Клеточное дыхание — это каскад переноса электронов (окислительно-восстановительные реакции), который завершается восстановлением концевого акцептора электронов .Количество энергии, выделяемой этими окислительно-восстановительными реакциями, и, следовательно, количество энергии, доступной для синтеза АТФ, зависит от окислительно-восстановительного потенциала концевого акцептора электронов. Кислород (O ₂ ) имеет наибольший окислительно-восстановительный потенциал, и, таким образом, дыхание в богатой кислородом среде, такой как нынешняя среда Земли, приводит к большему количеству синтезированного АТФ. Бактерии и археи (и некоторые эукарии) могут использовать другие терминальные акцепторы электронов с более низким окислительно-восстановительным потенциалом, когда кислород недоступен; тип дыхания производит меньше АТФ.

Хемиосмос образует АТФ с использованием протонного градиента

Все бактерии и археи поддерживают протонный градиент (градиент pH) на своих плазматических мембранах. Внутренняя часть ячейки относительно щелочная, а внешняя — относительно кислая. 1000-кратная разница в концентрациях протонов на мембране приводит к возникновению протонной движущей силы, состоящей как из химического градиента концентрации протонов, так и из градиента напряжения на мембране. Свободная энергия высвобождается за счет возврата протонов через мембрану вниз по градиентам их концентрации и напряжения.Клеточная мембрана относительно непроницаема для протонов, поэтому энергия, выделяемая при диффузии протонов через транспортные белки и протонные каналы, может использоваться клеткой для выполнения работы, такой как активный транспорт веществ через мембрану и синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата. . Синтез АТФ за счет диффузии протонов называется хемиосмосом .

АТФ-синтаза — это ионный канал, который проходит через мембрану. Он использует градиент ионов водорода в качестве движущей силы протонов, чтобы стимулировать образование АТФ из АДФ и неорганического фосфата.[Изображение изменено К. Спенсером из изображения Викимедиа, сделанного Фвасконцеллосом в открытом доступе.]

У эукариот митохондрии и хлоропласты поддерживают протонный градиент на своих внутренних мембранах. Поскольку обе эти органеллы предположительно произошли от прокариотических эндосимбионтов, внутренняя митохондриальная мембрана и тилакоидная мембрана гомологичны исходным плазматическим мембранам предковых эндосимбионтов. И митохондрии, и хлоропласты используют протонный градиент для хемиосмотического синтеза АТФ и активного транспорта метаболитов в органеллы и из них.

АТФ-синтазы в митохондриях, хлоропластах и ​​бактериях все структурно сходны и очень гомологичны на уровне молекулярных последовательностей (Watt et al. 2010). АТФ-синтазы архей менее близки, но похожи друг на друга. Генерация протонного градиента через мембрану и хемиосмос универсальны для жизни на Земле и являются фундаментальными способами существования клеток. Лейн и его коллеги предполагают, что «сила протонов» могла быть самой ранней формой энергетического метаболизма, существенной для последнего универсального общего предка, LUCA, и предшествовавшего ему (Lane, 2009; Lane et al.2010).

Артикул:

Lane, N 2009 Был ли наш старейший предок скалой на протонной энергии? New Scientist 19 октября 2009 г. http://www.newscientist.com/article/mg20427306.200-was-our-oldest-ancestor-a-protonpowered-rock.html?page=1

Lane, N, JF Allen, W. Martin 2010 Как компания LUCA зарабатывала на жизнь? Хемиосмос в зарождении жизни. BioEssays DOI 10.1002 / bies.200

1

Watt, IN, MG Montgomery, MJ Runswick, AGW Leslie, JE Walker 2010 Биоэнергетические затраты на создание молекулы аденозинтрифосфата в митохондриях животных PNAS 107: 16823-16827 doi: 10.1073 / пнас.1012260107

Энергия и жизнь

Поток энергии в живых существах (рис. 31.1).

Энергетика .

Потенциальная энергия и кинетическая энергия (рис. 6.1) Фильм

Энергия может существовать в различных формах (механический, тепловой, звуковой, электрический ток, свет, радиоактивный радиация). Химическая промышленность реакции включают создание и разрушение связи между атомами.

Изучение энергии называется термодинамикой.

Законы термодинамики

Первый закон Термодинамика

Второй закон термодинамики утверждает, что беспорядок ( энтропия, Рис. 6.3) во вселенной увеличивается.

Химическая промышленность Реакция (рис. 6.4)

реактивы

подложки

товаров .

экзергонический .

эндергоник

энергия активации Movie

ферменты Рис. 6,5

Как работают ферменты — Рис. 6.6. Кино.

биохимический путь Рис. 6.7. Кино 2.

Ферменты чувствительны к окружающей среде Фиг. 6,8

ингибиторы Фиг. 6.10

Как Клетки используют энергию

Молекула в клетках, обеспечивающая такие энергия — аденозинтрифосфат ( ATP ).

Молекулы АТФ состоят из сахара, основного аденина и трех фосфатов. группы, между которыми существуют высокоэнергетические связи. (Рисунок. 6.11)

Ферменты расщепляют АТФ для удаления терминала фосфатная группа, высвобождая энергию, которая удерживалась в связи, и образуя аденозиндифосфат ( ADP ).(Рисунок. 6.12)

Как клетки приобретают энергию

Фотосинтез

Фотосинтез Изображение Изображение Изображение

хлоропластов

(1) энергия солнечного света захват

(2) превращение АТФ из энергия

(3) с использованием АТФ для производства органических соединения из диоксида углерода .

6CO ₂ + 12H ₂ O + солнечный свет> C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6H ₂ O + 6O ₂

светозависимые реакции

светонезависимых реакции.

фотонов .

Диапазон видимого света

электромагнитный спектр. (рис. 7.1)

пигментов (рис. 7.2)

хлорофиллы а и b и каротиноиды Рис. 7.3

вспомогательные пигменты , (рис. 7.4)

Сотовая связь Дыхание

Аэробика Дыхание (рис.8.2) Изображение

Гликолиз , происходит в цитоплазма клетки, не нуждается в кислороде и может переноситься каждым живым существо. (Выход 2 АТФ)

Вторая стадия, окисление , происходит в митохондриях , которые только эукариот обладают . (Урожайность 34-36 СПС)

Анаэробный Дыхание — Выполняется только гликолиз с выходом 2 АТФ.

Ферментация — некоторые организмов, которые могут использовать кислород, могут в его отсутствие использовать путь брожения после гликолиза.

лактат (молочная кислота) ферментация

бактерии

мышечных клеток

Спиртовая ферментация .

Назад к календарю или далее лекция

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

.

No related posts.