Глава 11. Использование энергии

Каждая живая клетка - это сложная, высокоупорядоченная система. Как показали эксперименты, содержимое клетки находится в состоянии непрерывной активности; различные вещества все время входят в клетку и выходят из нее наружу. Все реакции, протекающие в клетке, можно подразделить на две группы. Анаболические реакции - это реакции синтеза крупных молекул из более мелких и простых; для этих процессов необходима затрата энергии (т.е. это эндергонические процессы):

(где ΔG - изменение свободной энергии для данной реакции).

Катаболические реакции - это реакции распада крупных молекул на более мелкие и простые, обычно с выделением энергии (т.е. это экзергонические процессы):

Иногда образовавшиеся более простые молекулы могут затем вновь использоваться для биосинтеза.

([Примечание. Важно отметить, что не во всякой катаболической реакции высвобождается энергия. Некоторые реакции распада, назначение которых состоит в том, чтобы избавить клетку от нежелательных веществ, являются эндергоническими.])

Совокупность катаболических и анаболических реакций, протекающих в клетке в любой данный момент, составляет ее метаболизм:

Поступающие в клетку органические вещества служат для нее источником, во-первых, небольших "строительных блоков", используемых для биосинтеза новых клеточных компонентов или замены компонентов, отслуживших свой срок, и, во-вторых, источником химической энергии. Когда в клетке происходит расщепление питательных веществ, обычно высвобождается энергия. Значительную ее часть клетка использует на поддержание своих жизненных процессов. Энергия поступает в различные участки клетки и переходит из одной формы в другую. Каждая форма энергии служит затем для выполнения в клетке определенной работы. Это может быть биосинтез, механическая работа, клеточное деление, активный транспорт, осмос, а в некоторых специализированных клетках - мышечное сокращение, биолюминесценция или электрические разряды (рис. 11.1). Наиболее пригодна для использования в живой клетке химическая энергия, так как она может быстро передаваться из одной части клетки в другую (а также из клетки в клетку) и расходоваться экономно - строго отмеренными порциями, там и тогда, где и когда это необходимо. Первоисточником всей энергии служит Солнце. В живых организмах энергия легко переходит из одной формы в другую, но включиться в пищевые цепи солнечная энергия может лишь после того, как она будет поглощена зелеными растениями (автотрофами) и преобразована их содержащими хлорофилл клетками в процессе фотосинтеза в химическую энергию, заключенную либо в глюкозе (простой сахар), либо в крахмале (полисахарид). Часть этой энергии высвобождается и расходуется растениями для их собственных нужд. Животные вынуждены пользоваться готовым источником энергии (т. е. пищей). Для некоторых (травоядных) животных таким источником энергии служат растения, которыми они питаются; другие (плотоядные) питаются тканями травоядных животных (см. гл. 12).

Рис. 11.1. Обмен энергией между средой и гетеротрофной клеткой. Важно помнить, что при переходе энергии из одной формы в другую часть ее теряется - рассеивается в виде тепла