Bioenergetică (biologie)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Bioenergetica este ramura biochimiei care studiază toate procesele prin care celulele folosesc, stochează și schimbă energie . Este o zonă de cercetare biologică care implică studiul proceselor celulare precum respirația celulară și a multor alte procese metabolice care pot duce la producerea și utilizarea energiei sub formă de molecule de ATP .

Energie și organisme biologice

Bioenergetica este acea parte a biochimiei care se ocupă cu energia implicată în formarea și ruperea legăturilor chimice din moleculele aparținând organismelor biologice.

Creșterea, dezvoltarea și metabolismul sunt câteva dintre subiectele fundamentale în studiul organismelor biologice. Pentru toate aceste procese biologice, rolul energiei este crucial. capacitatea de a obține energie printr-o varietate de căi metabolice este o proprietate a tuturor organismelor vii. Viața este strict dependentă de transformările energetice; ființele vii supraviețuiesc datorită schimburilor de energie interne și externe.

În cadrul unui organism viu, legăturile chimice sunt create și distruse ca urmare a schimbului și transformării energiei. Energia este pusă la dispoziție pentru utilizare ca lucru mecanic sau în alte procese chimice și metabolice, când legăturile slabe sunt distruse pentru a forma legături mai puternice. Producția de legături puternice permite eliberarea de energie utilizabilă.

Ființele vii pot obține energie din substanțe organice sau anorganice. De exemplu, litotrofii sunt capabili să oxideze minerale precum nitrații sau unii compuși ai sulfului (sulf elementar, sulfiți și hidrogen sulfurat ) pentru a produce ATP. Cu fotosinteza , autotrofii pot produce ATP prin valorificarea energiei luminoase . Heterotrofii trebuie să consume compuși organici pentru a supraviețui, dintre care majoritatea sunt carbohidrați , grăsimi și proteine . Cantitatea de energie efectiv obținută de organism este mai mică decât cea totală conținută în alimente, din cauza ineficiențelor în digestie, metabolism și termogeneză . [1]

Pentru a elibera energie, compușii sunt în general combinați cu oxigen , deși diferite organisme sunt capabile să efectueze oxidarea anaerobă a unor substanțe. Legăturile care alcătuiesc moleculele de nutrienți și oxigenul liber sunt relativ slabe în comparație cu cele care leagă dioxidul de carbon de apă. Utilizarea acestor compuși este o formă de ardere lentă. Din acest motiv, conținutul de energie al alimentelor poate fi estimat datorită unei bombe calorimetrice . Substanțele sunt oxidate suficient de încet încât să nu apară foc. Acest proces eliberează energie pe măsură ce se formează legături mai puternice. Această cantitate de energie poate fi transformată în căldură sau o parte din aceasta poate fi utilizată de organism în alte scopuri, cum ar fi ruperea altor legături pentru a declanșa reacții chimice.

Organismele vii produc ATP din diverse surse de energie prin fosforilare oxidativă . Legăturile fosfat terminale ale ATP sunt relativ slabe în comparație cu legăturile formate prin divizarea ATP în adenozin monofosfat și fosfat dizolvat în apă. Prin urmare, energia eliberată este energia de hidratare. Acest proces de hidroliză ATP este utilizat ca o baterie, pentru a stoca energia în pachete pentru a fi utilizate pentru metabolismul intermediar. Utilizarea energiei chimice derivată din rearanjarea legăturilor chimice moleculare alimentează procesele biologice ale fiecărui organism biologic.

Tipuri de reacții

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Free Energy și Gibbs Free Energy .
  • Exergonic : este o reacție spontană care eliberează energie. Este favorizat din punct de vedere termodinamic. Reacția trebuie declanșată cu o energie inițială (energie de activare), care duce reactanții de la o configurație stabilă la una instabilă și foarte energică. Reactivii sunt de obicei molecule complexe, care sunt descompuse în produse mai simple. Întreaga reacție este de obicei catabolică. Eliberarea de energie, numită și energie liberă , este un ΔG negativ, deoarece există o pierdere de energie datorită legăturilor formate de produse.
  • Endoergonic : este o reacție anabolică care consumă energie. posedă un ΔG pozitiv deoarece energia este necesară pentru a rupe legăturile.

Energia liberăG ) obținută sau pierdută într-o rație poate fi calculată: Δ G = Δ H - T Δ S.

Mai mult, având în vedere reacția:

avem:

unde este:

Cotransport

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Transport activ .

În august 1960, Robert K. Crane a prezentat pentru prima dată descoperirea cotransportului sodiu-glucoză ca mecanism de absorbție a glucozei intestinale. [2] Descoperirea lui Crane a fost prima propunere de cotransport în biologie și a fost cel mai important eveniment de absorbție a carbohidraților din secolul al XX-lea. [3] [4]

Teoria chemiosmotică

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: teoria chemiosmotică .

Una dintre cele mai mari realizări ale bioenergeticii este teoria chemosmotică a lui Peter D. Mitchell , care descrie funcția protonilor dizolvați în apă în producția de ATP în organitele celulare, cum ar fi mitocondriile [5] . Au fost înțelese alte surse celulare de ATP, cum ar fi glicoliza , dar acest tip de procese pentru cuplarea directă a activității enzimatice pentru producerea de ATP nu sunt, în majoritatea celulelor, principala sursă de energie chimică utilizabilă. Cuplarea chimiosmotică este principalul proces de producere a energiei în celule, este de fapt utilizat în cloroplaste și în diferite organisme unicelulare, pe lângă mitocondrii.

Bilanțul energetic

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Buget (fenomene de transport) .

Bilanțul energetic este homeostazia energetică a sistemelor vii. Se măsoară cu următoarea ecuație:
energie absorbită = căldură internă produsă + muncă externă + energie stocată .

Notă

  1. ^ (EN) FAO, Calculul conținutului energetic al alimentelor - Factorii de conversie a energiei pe fao.org. Adus la 25 mai 2010 .
  2. ^ (EN) Robert K. Crane, D. Miller, I. Bihler (Editat de A. și A. Kleinzeller Kotyk, Academia de Științe din Republica Cehă), Restricțiile privind posibilele mecanisme de transport intestinal al zaharurilor în transportul cu membrană și Metabolism. Lucrările unui simpozion desfășurat la Praga, 22-27 august 1960 , 1961, pp. 439-449. .
  3. ^ (EN) Ernest M. Wright, Eric Turk, Familia de transport de glucoză sodică SLC5 în Pflügers Arch, n. 447, 2004, p. 510. Adus la 25 mai 2010 (arhivat din original la 28 martie 2020) .
  4. ^ (EN) Boyd, CAR, Fapte, fantezii și distracție în fiziologia epitelială , în Fiziologia experimentală, vol. 93, nr. 3, 2008, p. 304. Adus la 25 mai 2010 (arhivat din original la 10 decembrie 2012) .
  5. ^ (EN) Peter Mitchell, Cuplarea fosforilării la transferul de electroni și hidrogen printr-un mecanism de tip chimio-osmotic , în Nature, vol. 191, 1961, pp. 144-148, DOI : 10.1038 / 191144a0 . Entrez PubMed 13771349

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

  • The Bioenergetics Molecular & Cellular, Gordon Research Conferences ( link ).
Controlul autorității Tezaur BNCF 15802 · LCCN (EN) sh85014133 · GND (DE) 4112769-9 · BNF (FR) cb119423031 (data)