Перетворення енергії в організмі

В організм тварин енергія надходить в складі поживних речовин корму (їжі). Потенційна енергія білків, жирів, вуглеводів акумульована в хімічних зв'язках їх молекул. Ця енергія повинна забезпечити витрати на підтримку життя і синтез продукції (молока, яєць, вовни, білка і жиру в тілі, зростання).

Звільнення енергії поживних речовин відбувається незначною мірою при перетравленні високомолекулярних сполук до мономерів в шлунково-кишковому тракті, а головним чином в клітинах органів і тканин. Енергетика обміну в клітинах грунтується на 3-х головних принципах, які відрізняють її від енергетичних процесів в неживій природі:

1) хімічна енергія перетворюється в роботу і інші форми енергії без попереднього перетворення її в теплову. Організм - це хемодінаміческій, а не теплової двигун, енергія використовується в ньому з більшою ефективністю;

2) звільнення енергії відбувається поетапно, невеликими порціями, що оберігає організм від «енергетичного вибуху» і забезпечує більш повну утилізацію енергії;

3) збереження і використання енергії, що звільнилася при розпаді вуглеводів, білків і жирів, здійснюється шляхом перетворення її в енергію інших речовин (макроергів) головним чином АТФ, що є біологічними акумуляторами енергії.

Звільнення і акумуляція енергії в клітинах відбуваються в процесі біологічного окислення в циклі трикарбонових кислот із звільненням водню H2 і утворенням вуглекислого газу, CO2.

Основна кількість що утворюється водню за допомогою специфічних переносників коферментів дегідрогеназ (НАД, НАДФ, ФАД) надходить в так звану ланцюг біологічного окислення або дихальний ланцюг. У дихального ланцюга відбувається окислення водню (поетапний перехід електронів з більш високого на більш низький енергетичний рівень) і передача його на кінцевий акцептор - кисень. В ході процесу постійно звільняється енергія, яка частково (30-40%) виділяється у вигляді тепла, в основному (60-70%) акумулюється в макроергічних зв'язках АТФ.

Шлях синтезу АТФ за рахунок енергії, що утворилася при окисленні водню в дихальному ланцюзі, називається окислювальним фосфорилюванням. Повне окислення глюкози дає 38 молекул АТФ.

Енергія АТФ, фіксована в її фосфатних зв'язках велика, в середньому (без урахування джерела освіти) - 42 кДж / моль (10 ккал / моль). Однак, на освіту 1 благаючи АТФ з вуглеводів необхідно 74 кДж, з жирів - 75-84 кДж, з амінокислот - 92 кДж. Отже, перетворення вуглеводів в АТФ більш ефективно, ніж з білків.

АТФ - це «поточний» джерело енергії для організму, її запаси порівняно невеликі і постійно оновлюються. Резервним джерелом енергії є глікоген печінки і м'язів, кетонові тіла, тригліцериди жирової тканини.

Хімічна енергія у вигляді АТФ є універсальною «енергетичної валютою» може необоротно перетворюватися в усі форми енергії (механічну, електричну, теплову). Енергія АТФ забезпечує процеси м'язового скорочення, активного мембранного транспорту, передачі інформації, біосинтезу.

Як і утворення АТФ, її розпад і перенесення енергії пов'язані з енергетичними затратами. Ця енергія (що становить близько половини всієї хімічної енергії АТФ) не може бути використана організмом, звільняється у вигляді первинного тепла і виводиться з організму.

Таким чином, потенційна енергія поживних речовин = втрат тепла + виконана робота + енергія відкладення продукції.

В кінцевому підсумку енергія виконаної роботи перетворюється в теплову і виділяється у вигляді вторинного тепла. (Тепло при роботі серця, тертя крові про судини, при скороченні м'язів).

Так як всі джерела енергії можуть бути перетворені в тепло для їх вираження використовують теплові одиниці.

Одиниці енергії. Енергію вимірюють в калоріях або джоулях. 1 калорія дорівнює кількості тепла, необхідного для підвищення температури 1 мл води на 1 º в проміжку між 14,5-15,5ºС. Джоуль - це енергія необхідна для прискорення тепла масою 1 кг на 10 см / сек. 1кал = 4,184 Дж. 1 джоуль (Дж) = 0,239 кал. Калорія і джоуль - дуже маленькі величини, тому вимірювання проводять в кілокалорії (1000 калорій), килоджоулях (1000 джоулів), мегакалоріях (1 млн. Калорій) і мегаджоулях (1 млн. Джоулів)

1 л кисню (в окислювальному метаболізмі) = 20,08 кДж