Получение и потребление энергии в процессе метаболизма

Энергия - это центральная тема в биохимии; клетки и организмы зависят от снабжения энергии, ее притока, тогда как объекты неживой природы стремятся в состояние с минимальной энергией. Реакции синтеза в клетке требуют затрат энергии. Хранение и экспрессия генетической информации также требуют затрат энергии, без которой структуры богатые информацией становятся беспорядочными и малозначимыми. В клетках реализуются высокоэффективные механизмы поглощения энергии солнечного света, или извлечения химической энергии посредством окисления продуктов питания и т.д.

Организмы никогда не находятся в равновесии с окружающей средой. Благодаря мембранам молекулы и ионы, находящиеся в живом организме, различаются по типу и концентрации от тех, которые находятся в окружении. В процессе роста организма энергия пищи используется для построения сложных молекул и концентрирования ионов в клетках относительно окружения. Когда организм погибает, он теряет способность получать энергию окисления пищи, без энергии мертвое тело не может поддерживать концентрационный градиент и ионы покидают его.

А. [К⁺] рыба > [К⁺] озеро Б. [К⁺]тело = [К⁺] озеро

[Na⁺] рыба > [Na⁺] озеро [Na⁺] тело = [Na⁺] озеро

[Сl^-] рыба > [Сl^-] озеро [Сl^-] тело = [Сl^-] озеро

В. ДНК, РНК, белки, полисахариды и другие - лизис → мономерные субъединицы, НРО₄^2-,СО₂, NH₃.

Г. Простейшие вещества служат источником пищи для фитопланктона, который в свою очередь используется в питании более крупных организмов.

Хотя химический состав организма почти постоянен во времени, населенность молекул внутри клетки или организма далека от статики. Молекулы синтезируются и затем разрушаются в процессе непрерывных химических реакций, включая постоянный поток массы и энергии через систему.

Когда r₁ = г₂ + г₃ + г₄ концентрация глюкозы в крови постоянна.

Организмы обмениваются энергией и веществом с их окружением. В химии реакции, которые идут с уменьшением свободной энергии называются экзоэргоническими, с увеличением - эндоэргоническими.

Свободная энергия, G

Координата реакции

Т.к. величина DG(A→С) отрицательна, заключительная реакция является экзоэргонической и идет спонтанно. В биохимических процессах энергия, выделяемая в результате экзоэргонической химической реакции, используется в реакции эндоэргонической, эти реакции связаны между собой, продукт первой реакции является реагентом второй реакции. Живые организмы - это открытые системы, они обмениваются веществом и энергией с окружением.

Живые организмы используют две стратегии снабжения энергией от окружающей среды:

1) они поглощают химические компоненты, которые служат им химическим топливом;

2) они используют энергию солнечного света для осуществления экзоэргонических фотохимических реакций, которые в свою очередь связаны с эндоэргоническими реакциями.