Большая Советская энциклопедия II

БИОЭНЕРГЕТИКА

биологическая энергетика, изучает механизмы преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов. Иначе говоря, Б. рассматривает явления жизнедеятельности в их энергетическом аспекте. Методы и подходы к изучаемым явлениям, применяемые в Б., — физико-химические, объекты и задачи — биологические. Т. о., Б. стоит на стыке этих наук и является частью молекулярной биологии (См. Молекулярная биология),биофизики (См. Биофизика) и биохимии (См. Биохимия).
Началом Б. можно считать работы немецкого врача Ю. Р. Майера, открывшего закон сохранения и превращения энергии (1841) на основе исследования энергетических процессов в организме человека. Суммарное изучение процессов, являющихся источниками энергии для живых организмов (см. Дыхание,Брожение), и энергетического баланса организма, его изменений при различных условиях (покой, труд разной интенсивности, окружающая температура) долгое время являлось основным содержанием Б. (см. Основной обмен,Теплоотдача,Теплопродукция). В середине 20 в., в связи с общим направлением развития биологических наук, центральное место в Б. заняли исследования механизма преобразования энергии в живых организмах.
Все исследования в области Б.основываются на единственно научной точке зрения, согласно которой к явлениям жизни полностью применимы законы физики и химии, а к превращениям энергии в организме — основные начала термодинамики (См. Термодинамика).Однако сложность и специфичность биологических структур и реализующихся в них процессов обусловливают ряд глубоких различий между Б. и энергетикой неорганического мира, в частности технической энергетикой. Первая фундаментальная особенность Б. заключается в том, что организмы — Открытые системы, функционирующие лишь в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Термодинамика таких систем существенно отличается от классической. Основополагающее для классической термодинамики понятие о равновесных состояниях заменяется представлением о стационарных состояниях; второе начало термодинамики (принцип возрастания энтропии (См. Энтропия)) получает иную формулировку в виде Пригожина теоремы (См. Пригожина теорема). Вторая важнейшая особенность Б. связана с тем, что процессы в клетках протекают в условиях отсутствия перепадов температуры, давления и объёма; в силу этого переход теплоты в работу в организме невозможен и тепловыделение представляет невозвратимую потерю энергии. Поэтому в ходе эволюции организмы выработали ряд специфических механизмов прямого преобразования одной формы свободной энергии в другую, минуя её переход в тепло. В организме лишь небольшая часть освобождающейся энергии превращается в тепло и теряется. Большая её часть преобразуется в форму свободной химической энергии особых соединений, в которых она чрезвычайно мобильна, т. е. может и при постоянной температуре превращаться в иные формы, в частности совершать работу или использоваться для Биосинтезасвесьма высоким кпд, достигающим, например при работе мышцы, 30%.
Одним из основных результатов развития Б. в последние десятилетия является установление единообразия энергетических процессов во всём живом мире — от микроорганизмов до человека. Едиными для всего растительного и животного мира оказались и те вещества, в которых энергия аккумулируется в подвижной, биологически усвояемой форме, и процессы, с помощью которых такое аккумулирование осуществляется. Такое же единообразие установлено и в процессах использования аккумулированной в этих веществах энергии. Например, структура сократительных белков и механизм механо-химического эффекта (т. е. превращения химической энергии в работу) в основном одни и те же при движении жгутиков у простейших, опускании листиков мимозы или при сложнейших движениях птиц, млекопитающих и человека. Подобное единообразие характерно не только для явлений, изучаемых Б., но и для других присущих всему живому функций: хранения и передачи наследственной информации, основных путей биосинтеза, механизма ферментативных реакций.
Веществами, через которые реализуется энергетика организмов, являются макро-эргические соединения (См. Макроэргические соединения), характеризующиеся наличием фосфатных групп. Роль этих соединений в процессах превращения энергии в организме впервые установил, изучая мышечное сокращение, советский биохимик В. А. Энгельгардт. В дальнейшем работами многих исследователей было показано, что эти соединения участвуют в аккумуляции и трансформации энергии при всех жизненных процессах. Энергия, освобождающаяся при отщеплении фосфатных групп, может использоваться для синтеза биологически важных веществ с повышенным запасом свободной энергии и для процессов жизнедеятельности, связанных с превращением свободной химической энергии в работу (механическую, активного переноса веществ, электрическую и т.д.). Важнейшим из этих соединений веществом, играющим для всего живого мира роль почти единственного трансформатора и передатчика энергии, является аденозинтрифосфорная кислота — АТФ (см. Аденозинфосфорные кислоты),расщепляющаяся до аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) или аденозинмонофосфорной кислоты (АМФ). Гидролиз АТФ, т. е. отщепление от неё конечной фосфатной группы, протекает по уравнению:
АТФ + H2O → АДФ + фосфат
и сопровождается уменьшением свободной энергии на значение ΔF. Если эта реакция протекает при концентрации всех реагентов и продуктов в 1,0 Моль при 25°С и pH 7,0, то свободная энергия АДФ оказывается меньше свободной энергии АТФ на 29,3кдж(7000кал). В клетке это изменение свободной энергии больше: ΔF=50кдж/моль(12 000кал/моль). Значения ΔF для реакции АТФ→АДФ выше, чем у большинства реакций Гидролиза.Макроэргическими называют и сами связи третьей (конечной) и второй фосфатных групп в молекуле АТФ и аналогичные связи в других макроэргических соединениях. Эти связи обозначают знаком Биоэнергетика (тильда); например, формулу АТФ можно записать так: аденин — рибоза — фосфат Биоэнергетика фосфат Биоэнергетика фосфат. Говоря об энергии макроэргических связей, в Б. имеют в виду не действительную энергию ковалентной связи между атомами фосфора и кислорода (или азота), как это принято в физической химии, а лишь разность между значениями свободной энергии (ΔF) исходных реагентов и продуктов реакций гидролиза АТФ или других аналогичных реакций. «Энергия связи» в этом смысле, строго говоря, не локализована в данной связи, а характеризует реакцию в целом.
Энергия макроэргических связей АТФ является универсальной формой запасания свободной энергии для всего живого мира: все преобразования энергии в процессах жизнедеятельности осуществляются через аккумуляцию энергии в этих связях и её использование при их разрыве. Значение ΔF для этих реакций представляет собой как бы «биологический квант» энергии, т.к. все преобразования энергии в организмах происходят порциями, примерно равными ΔF. При ферментативном гидролизе АТФ в клетке отщепляющаяся фосфатная группа всегда переносится на субстрат, запас энергии в котором оказывается в результате больше, чем в исходном соединении.
Обмен веществ (метаболизм) в клетке состоит из непрерывно совершающихся распада сложных веществ до более простых (катаболические процессы) и синтеза более сложных веществ (анаболические процессы). Катаболические процессы являются экзергоническими, т. е. идут с уменьшением свободной энергии (ΔF<0); анаболические процессы — эндергонические, они протекают с увеличением свободной энергии (ΔF>0). Согласно общим законам термодинамики, экзергонические процессы могут протекать спонтанно, самопроизвольно, процессы же эндергонические требуют притока свободной энергии извне. В клетке это осуществляется благодаря сопряжению обоих процессов: одни используют энергию, освобождаемую при протекании других. Это сопряжение, лежащее в основе всего метаболизма и жизнедеятельности клетки, совершается при посредстве системы АТФ—АДФ, создающей промежуточные, обогащенные энергией соединения.
Например, синтез сахарозы из глюкозы и фруктозы происходит за счёт энергии, освобождающейся при реакции гидролиза АТФ, путём образования промежуточного активированного соединения — глюкозо-1-фосфата: 1) АТФ + глюкоза→АДФ + глюкозо-1-фосфат; 2) глюкозо-1-фосфат + фруктоза→ сахароза + фосфат. Суммарная реакция: АТФ + глюкоза+фруктоза→АДФ + сахароза + фосфат.
Энергетический баланс процесса: АТФ→АДФ + фосфат — 29,3кдж/моль(—7000кал/моль) (уменьшение свободной энергии); глюкоза + фруктоза→сахароза + 23кдж/моль(+5500кал/моль) (увеличение свободной энергии). Потеря энергии на тепло 6,3кдж/моль(1500кал/моль), т. е. кпд процесса 79%.
По такому же типу осуществляется сопряжение реакций и при синтезе других сложных соединений (липидов, полисахаридов, белков и нуклеиновых кислот). В этих процессах, кроме АТФ, принимают участие и некоторые аналогичные соединения, в которые, вместо аденина, входят другие азотистые основания (гуанин-, цитозин-, уридин-, тимидинтрифосфаты или креатинфосфаты). При синтезе белков и нуклеиновых кислот от АТФ отщепляется не одна концевая фосфатная группа, а две последние (пирофосфат). Т. о., все процессы накопления (аккумулирования) энергии в организмах должны сводиться к процессам образования АТФ, т. е. фосфорилирования (См. Фосфорилирование) (включения фосфатных групп в АДФ или АМФ).
Энергетика процессов метаболизма, в которых энергия сохраняет форму химической, в основных чертах ясна, но этого нельзя сказать о процессах, в которых энергия переходит из химической формы в механическую работу или какой-нибудь иной вид энергии (например, электрический). Так, известно, например, что работа, совершаемая сокращающейся мышцей, производится за счёт энергии, освобождающейся при гидролизе АТФ, но механизм этого преобразования энергии ещё не ясен. Выяснение интимных механизмов механо-химического эффекта и других превращений химической энергии — важная и актуальная задача Б., успешное решение которой может открыть путь к прямому преобразованию химической энергии в механическую и электрическую без промежуточного «разорительного» превращения её в тепло.
Основным и практически единственным источником энергии для жизни на Земле является энергия излучения Солнца, часть которой поглощается пигментами растений и некоторых бактерий и в процессе Фотосинтеза аккумулируется автотрофными организмами (См. Автотрофные организмы)в форме химической энергии: частью в виде АТФ (процессы фотосинтетического фосфорилирования), частью в виде энергии некоторых специфических соединений (восстановленных никотинамид-адениндинуклеотидов), являющихся важнейшими промежуточными аккумуляторами энергии. Весь дальнейший процесс синтеза углеводов (См. Углеводы), а затем и липидов (См. Липиды),белков (См. Белки) и других компонентов клетки осуществляется в цикле темновых ферментативных реакций за счёт энергии указанных выше соединений.
При реакции синтеза углеводов [суммарно: 6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2] увеличение свободной энергии ΔF=2,87Мдж/моль(686 000кал/моль), а теплосодержание продуктов (молярная энтальпия) изменяется на величину ΔН=2,82Мдж/моль(673 000кал/моль). Т. о., углеводы, липиды, белки и другие пищевые продукты представляют собой форму долговременного хранения поглощённой растением энергии излучения.
В гетеротрофных организмах (См. Гетеротрофные организмы) АТФ образуется в процессе дыхания на промежуточных стадиях окисления пищевых веществ до CO2и воды. В этом процессе около 40—50% свободной энергии переходит в энергию макроэргических связей АТФ, а остальная теряется в виде тепла. Общее количество энергии, запасаемой растениями в год (при упрощённом предположении, что весь углерод фиксируется в виде глюкозы), равно примерно 1018—1021дж,что составляет лишь 0,001 от общего потока падающей на Землю солнечной энергии (1024дж/год.).
Некоторое количество энергии накапливается и в процессах Хемосинтеза за счёт окисления восстановленных неорганических соединений, но вклад этих процессов в энергетику биосферы (См. Биосфера) невелик.
Сказанное выше характеризует только суммарный баланс энергии в процессах её аккумуляции и использования. Изучение первичных механизмов миграции энергии (См. Миграция энергии) на клеточном и молекулярном уровнях показало, что решающую роль в них играет транспорт электронов по цепи передатчиков. В отдельных звеньях этой цепи окислительно-восстановительных реакций происходит освобождение небольших порций свободной энергии, примерно соответствующих значениям ΔF для макроэргических связей АТФ.
Дальнейшее изучение проблем Б., в частности механизмов преобразования химической энергии в работу, требует перехода к рассмотрению этих процессов на субмолекулярном уровне, где вступают в силу законы квантовой физики и химии.
Лит.:Виноградов М. И., Очерки по энергетике мышечной деятельности человека, Л., 1941; Сент-Дьердьи А., Биоэнергетика, пер. с англ., М., 1960; его же, Введение в субмолекулярную биологию, пер. с англ., М., 1964; Пасынский А. Г., Биофизическая химия, М., 1963; Горизонты биохимии. Сб. ст., под ред. Л. А. Тумермана, пер. с англ., М., 1964; Пюльман Б., Пюльман А., Квантовая биохимия, пер. с англ., М., 1965; Ленинджер Л., Митохондрия, пер. с англ., М., 1966; Леман Г., Практическая физиология труда, пер. с нем., М., 1967; Рэкер Э., Биоэнергетические механизмы, пер. с англ., М., 1967; Lehninger A. L., Bioenergetics, N.Y., 1965; Current topics in bioenergetics, ed. D. R. Sanadi, v. 1—2, N. Y., 1966-67.
Л. А. Тумерман.

  1. биоэнергетика—создатель А. Лоуэн. Согласно ему основная цель терапии возвращение человека к его первичной природе к состоянию искреннего удовольствия свободы телодвижений раскрепоще...Словарь практического психолога
  2. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА совокупность процессов преобразования энергии в биол. системах а также раздел биологии изучающий эти процессы. Существование живых организмов и биосферы в ц...Биологический энциклопедический словарь
  3. биоэнергетика—создатель А. Лоуэн. Согласно ему основная цель терапии возвращение человека к его первичной природе к состоянию искреннего удовольствия свободы телодвижений раскрепоще...Большая психологическая энциклопедия
  4. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА биологическая энергетика изучает механизмы преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов. Иначе говоря Б. рассматривает явления жизнедеяте...Большая советская энциклопедия
  5. биоэнергетика—греч. bios energeia деятельность отрасль молекулярной биологии биофизики и биохимии изучает механизмы преобразования энергии в ходе жизнедеятельности организмов....Большая энциклопедия по психиатрии
  6. биоэнергетика—ж. bioenergetica Итальянорусский словарь. Синонимы биология энергетика...Большой итальяно-русский и русско-итальянский словарь
  7. биоэнергетика—совокупность процессов превращения энергии в живом организме в т. ч. извлечение энергии из окружающей среды ее аккумулирование и использование для жизнедеятельности орган...Большой медицинский словарь
  8. биоэнергетика—bioenergetics...Большой русско-английский словарь биологических терминов
  9. биоэнергетика—сущ. жен. рода только ед. ч....Большой русско-украинский словарь
  10. биоэнергетика—наука изучающая механизмы преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов. Б. является частью молекулярной биологии биофизикиi и биохимии.i Все исследован...Большой энциклопедический политехнический словарь
  11. биоэнергетика—изучает механизмы и закономерности преобразования энергиив процессах жизнедеятельности организмов энергетические процессы вбиосфере....Большой энциклопедический словарь II
  12. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА изучает механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов энергетические процессы в биосфере....Большой энциклопедический словарь III
  13. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА изучает механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов энергетические процессы в биосфере....Большой Энциклопедический словарь V
  14. биоэнергетика—изучает механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов энергетич. процессы в биосфере. Синонимы биология энергетика...Естествознание. Энциклопедический словарь
  15. биоэнергетика—биоэнергетика...Қазақша-орысша биологиялық терминдер сөздігі
  16. биоэнергетика—Iсовокупность процессов превращения энергии которые происходят в организме и обеспечивают его жизнедеятельность. Изучение биоэнергетических процессов имеет большое значен...Медицинская энциклопедия
  17. биоэнергетика—приставка БИО корень ЭНЕРГ суффикс ЕТ суффикс ИК окончание А Основа слова БИОЭНЕРГЕТИКВычисленный способ образования слова Приставочносуффиксальный или префиксальнос...Морфемный разбор слова по составу
  18. биоэнергетика—Начальная форма Биоэнергетика слово обычно не имеет множественного числа единственное число женский род именительный падеж неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  19. биоэнергетика—междисциплинарная наука исследующая энергетические процессы в клетках тканях особях экосистемах и т. д. сами эти процессы механизмы закономерности возникновения и преобр...Начала современного естествознания
  20. биоэнергетика—биоэнергетика ж. Раздел биологии в котором изучаются механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов....Новый толково-словообразовательный словарь русского языка
  21. биоэнергетика—. Первоначально изучение передачи энергии между живыми системами. . Термин используемый для обозначения формы психотерапии разработанной на основе теорий Вильгельма Рейха...Оксфордский толковый словарь по психологии
  22. биоэнергетика—. Первоначально изучение передачи энергии между живыми системами. . Термин используемый для обозначения формы психотерапии разработанной на основе теорий Вильгельма Рейха...Оксфордский толковый словарь по психологии
  23. биоэнергетика—биоэнергетика биоэнергетика и...Орфографический словарь
  24. биоэнергетика—u ж биология энергетика...Орфографический словарь русского языка
  25. биоэнергетика—биоэнергетика...Орысша-қазақша «Көлік және қатынас жолдары» терминологиялық сөздік
  26. биоэнергетика—биоэнергетика...Орысша-қазақша «Энергетика» терминологиялық сөздік
  27. биоэнергетика—.Биоэнергетика сфера деятельности по обеспечению энергетических потребностей человека основанная на принципах или ресурсах живой природы направленная на сохранение естес...Официальная терминология
  28. биоэнергетика—bionergtique f...Политехнический русско-французский словарь
  29. биоэнергетика—Орфографическая запись слова биоэнергетика Ударение в слове биоэнергетика Деление слова на слоги перенос слова биоэнергетика Фонетическая транскрипция слова биоэнергетика...Полный фонетический разбор слов
  30. биоэнергетика—В психотерапии термином Б. обозначается группа разнообразных психотерапевтических подходов школ самосовершенствования и целительства предполагающих наличие особой энергет...Психотерапевтическая энциклопедия
  31. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА. В психотерапии термином Б. обозначается группа разнообразных психотерапевтических подходов школ самосовершенствования и целительства предполагающих наличие...Психотерапевтическая энциклопедия II
  32. биоэнергетика—биоэнергетика иСинонимы биология энергетика...Русский орфографический словарь
  33. биоэнергетика—ж. bioenergetics...Русско-английский медицинский словарь
  34. биоэнергетика—bioenergetics биоэнергетика м.ubioenergeticsСинонимы биология энергетика...Русско-английский политехнический словарь
  35. биоэнергетика—ж. парапсихол....Русско-английский психологический словарь
  36. биоэнергетика—ж....Русско-английский словарь по физике
  37. биоэнергетика—bioenergetics...Русско-английский словарь по электронике
  38. биоэнергетика—bioenergetics биология энергетика...Русско-английский технический словарь
  39. биоэнергетика—Бяэнергетыка...Русско-белорусский словарь
  40. биоэнергетика—бяэнергетыка жен.i...Русско-белорусский словарь II
  41. биоэнергетика—бiяэнергеuтыка кi...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
  42. биоэнергетика—бiяэнергетыка кi...Русско-белорусский физико-математический словарь
  43. биоэнергетика—ж. bioenergetica f biodinamica f...Русско-итальянский политехнический словарь
  44. биоэнергетика—биоэнергетика...Русско-казахский терминологический словарь «Архитектура и строительство»
  45. биоэнергетика—биоэнергетика...Русско-казахский терминологический словарь «Биология»
  46. биоэнергетика—биоэнергетика...Русско-казахский терминологический словарь «Медицина»
  47. биоэнергетика—Синонимы биология энергетика...Русско-китайский словарь
  48. биоэнергетика—Bioenergetik...Русско-немецкий политехнический словарь
  49. биоэнергетика—bionergtique...Русско-французский медицинский словарь
  50. биоэнергетика—bionergtique...Русско-французский словарь по химии
  51. биоэнергетика—биоэнергетика биология энергетика...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  52. биоэнергетика—биоэнергетика и Синонимы биология энергетика...Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
  53. биоэнергетика—Энергетика основанная на использовании биотопливаСловарь бизнестерминов.Академик.ру биология энергетика...Словарь бизнес терминов
  54. биоэнергетика—отрасль биологии исследующая механизмы превращения энергии в процессах жизнедеятельности организмов. Связана с биофизикой биохимией молекулярной биологией и др. Б. охваты...Словарь ботанических терминов
  55. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА [lt гр. bios жизнь energeia деятельность] отрасль молекулярной биологии биофизики и биохимии изучающая механизмы преобразования энергии в ходе жизнедеят...Словарь иностранных слов русского языка
  56. биоэнергетика—биоэнергетика совокупность процессов превращения энергии в живом организме в т. ч. извлечение энергии из окружающей среды ее аккумулирование и использование для жизнедея...Словарь медицинских терминов
  57. биоэнергетика—биоэнергетика сущ. колво синонимов биология энергетика Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы биология энергетика...Словарь синонимов II
  58. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА изучает механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов энергетические процессы в биосфере....Современный энциклопедический словарь
  59. биоэнергетика—биоэнергетика [см. био. анергетико] отрасль молекулярной биологии биофизики и биохимии изучающая механизмы преобразования энергии в ходе жизнедеятельности организмов....Толковый словарь иностранных слов
  60. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА ж. Раздел биологии в котором изучаются механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов....Толковый словарь русского языка
  61. биоэнергетика—Ударение в слове биоэнергетикаУдарение падает на букву еБезударные гласные в слове биоэнергетика...Ударение и правописание
  62. биоэнергетика—Rzeczownik биоэнергетика f bioenergetyka f...Универсальный русско-польский словарь
  63. биоэнергетика—наука о превращении энергии в живых организмах. Изучает одну из универсальных фций живых существ способность к энергообеспечению жизнедеятельности в результате использов...Химическая энциклопедия
  64. биоэнергетика—энергетика основанная на использовании биотоплива....Экологический словарь II
  65. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА раздел биологии изучающий процессы превращения энергии в биологических системах. См. также Биотермогенез Биоэнергияi. dd Экологический энциклопедический сло...Экологический словарь
  66. биоэнергетика—Генетик Генет Ген Гектор Гектар Гекат Геб Гарт Гарин Гарик Гак Гаити Гаер Габон Габион Бэр Бтр Брон Брокат Брикет Бриг Бретонка Брек Брегет Брег Браток Братик Брат Брак Б...Электронный словарь анаграмм русского языка
  67. биоэнергетика—БИОЭНЕРГЕТИКА изучает механизмы и закономерности преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов энергетические процессы в биосфере....Энциклопедический словарь естествознания