Большая советская энциклопедия

БИОЭНЕРГЕТИКА

БИОЭНЕРГЕТИКА,биологическая энергетика, изучает механизмы преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов. Иначе говоря, Б. рассматривает явления жизнедеятельности в их энергетич. 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 частьюмолекулярной биологии, биофизикиибиохимии.

Началом Б. можно считать работы нем. врача Ю. Р.Майера,открывшего закон сохранения и превращения энергии (1841) на основе исследования энергетич. процессов в организме человека. Суммарное изучение процессов, являющихся источниками энергии для живых организмов (см.Дыхание, Брожение),и энергетич. баланса организма, его изменений при различных условиях (покой, труд разной интенсивности, окружающая темп-ра) долгое время являлось основным содержанием Б. (см.Основной обмен, Теплоотдача, Теплопродукция).В середине 20 в., в связи с общим направлением развития биологич. наук, центральное место в Б. заняли исследования механизма преобразования энергии в живых организмах.

Все исследования в области Б. основываются на единственно науч. точке зрения, согласно к-рой к явлениям жизни полностью применимы законы физики и химии, а к превращениям энергии в организме - осн. началатермодинамики.

Однако сложность и специфичность биологич. структур и реализующихся в них процессов обусловливают ряд глубоких различий между Б. и энергетикой неор-ганич. мира, в частности технич. 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 классич. термодинамики понятие о равновесных состояниях заменяется представлением о стационарных состояниях; второе начало термодинамики (принцип возрастанияэнтропии)получает иную формулировку в видеПригожина теоремы.Вторая важнейшая особенность Б. связана с тем, что процессы в клетках протекают в условиях отсутствия перепадов темп-ры, 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 специфич. 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 хим. энергии особых соединений, в к-рых она чрезвычайно мобильна, т. е. может и при постоянной темп-ре превращаться в иные формы, в частности совершать работу или использоваться длябиосинтеза свесьма высоким кпд, достигающим, напр, при работе мышцы, 30%.

Одним из осн. результатов развития Б. в последние десятилетия является установление единообразия энергетических процессов во всём живом мире - от микроорганизмов до человека. Едиными для всего растит, и животного мира оказались и те вещества, в к-рых энергия аккумулируется в подвижной, биологически усвояемой форме, и процессы, с помощью к-рых такое аккумулирование осуществляется. Такое же единообразие установлено и в процессах использования аккумулированной в этих веществах энергии. Например, структура сократит, белков и механизм механо-химич. эффекта (т. е. превращения химич. 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 др. присущих всему живому функций: хранения и передачи наследств, информации, осн. путей биосинтеза, механизма ферментативных реакций.

Веществами, через к-рые реализуется энергетика организмов, являютсямакроэргические соединения,характеризующиеся наличием фосфатных групп. Роль этих соединений в процессах превращения энергии в организме впервые установил, изучая мышечное сокращение, сов. биохимик В. А.Энгелъгардт.В дальнейшем работами мн. 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 химич. 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 к-та - АТФ (см.Аденозинфосфорные кислоты),расщепляющаяся до аденозиндифосфорной к-ты (АДФ)или аденозинмонофосфорной к-ты (АМФ). Гидролиз АТФ, т. е. отщепление от неё конечной фосфатной группы, протекает по уравнению:

АТФ + Н2О -> АДФ + фосфат

и сопровождается уменьшением свободной энергии на значение дельта F. Если эта реакция протекает при концентрации всех реагентов и продуктов в 1,0мольпри 25°С и рН 7,0, то свободная энергия АДФ оказывается меньше свободной энергии АТФ на 29,3кдж.(7000кал).В клетке это изменение свободной энергии больше: дельта F = 50кдж/моль(12 000кал/моль).Значения ДР для реакции АТФ->АДФ выше, чем у большинства реакцийгидролиза.Макроэргическими называют и сами связи третьей (конечной) и второй фосфатных групп в молекуле АТФ и аналогичные связи в др. макроэргических соединениях. Эти связи обозначают знаком ~ (тильда); напр., формулу АТФ можно записать так: аденин - рибоза -фосфат ~ фосфат ~ 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 физич. химии, а лишь разность между значениями свободной энергии (дельта F) исходных реагентов и продуктов реакций гидролиза АТФ или др. 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 дельта F для этих реакций представляет собой как бы "биологический квант" энергии, т. к. все преобразования энергии в организмах происходят порциями, примерно равными дельта F. При ферментативном гидролизе АТФ в клетке отщепляющаяся фосфатная группа всегда переносится на субстрат, запас энергии в к-ром 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 (дельта F<0); анаболические процессы -эндергонические, они протекают с увеличением свободной энергии (дельта F>0). Согласно общим законам термодинамики, экзергонич. 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 сопрялсение, лежащее в основе всего метаболизма и жизнедеятельности клетки, совершается при посредстве системы АТФ - АДФ, создающей промежуточные, обогащённые энергией соединения.

Напр., синтез сахарозы из глюкозы и фруктозы происходит за счёт энергии, освобождающейся при реакции гидролиза АТФ, путём образования промежуточного активированного соединения - глю-козо-1-фосфата: 1) АТФ + глюкоза -> -> АДФ + глюкозо-1-фосфат; 2) глюкозо-1-фосфат + фруктоза ->сахароза + фосфат. Суммарная реакция: АТФ + глюкоза + фруктоза -> АДФ + сахароза + фосфат.

Энергетич. 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 др. сложных соединений (липидов, полисахаридов, белков и нуклеиновых к-т). В этих процессах, кроме АТФ, принимают участие и нек-рые аналогичные соединения, в к-рые, вместо аденина, входят др. азотистые основания (гуанин-, цитозин-, уридин-, тимидинтрифосфаты или креатинфосфаты). При синтезе белков и нуклеиновых к-т 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(включения фосфатных групп в АДФ или АМФ).

Энергетика процессов метаболизма, в к-рых энергия сохраняет форму химической, в основных чертах ясна, но этого нельзя сказать о процессах, в к-рых энергия переходит из химич. формы в механич. работу или какой-нибудь иной вид энергии (напр., электрический). Так, известно, напр., что работа, совершаемая сокращающейся мышцей, производится за счёт энергии, освобождающейся при гидролизе АТФ, но механизм этого преобразования энергии ещё не ясен. Выяснение интимных механизмов механохимич. эффекта и др. превращений химич. энергии - важная и актуальная задача Б., успешное решение к-рой может открыть путь к прямому преобразованию химич. энергии в механическую и электрическую без промежуточного "разорительного" превращения её в тепло.

Осн. и практически единственным источником энергии для жизни на Земле является энергия излучения Солнца, часть к-рой поглощается пигментами растений и нек-рых бактерий и в процессефотосинтезааккумулируетсяавтотрофными организмамив форме химич. энергии: частью в виде АТФ (процессы фотосинтетич. фосфорилирования), частью в виде энергии нек-рых специфич. соединений (восстановленных никотин-амид-адениндинуклеотидов), являющихся важнейшими промежуточными аккумуляторами энергии. Весь дальнейший процесс синтезауглеводов,а затем илипидов, белкови др. компонентов клетки осуществляется в цикле темновых ферментативных реакций за счёт энергии указанных выше соединений.

При реакции синтеза углеводов [суммарно: 6СО2+6Н2О -> C6Hi2O6+ 6O2] увеличение свободной энергии дельта F=2,87Мдж/моль(686 000кал/моль),а теплосодержание продуктов (молярная энтальпия) изменяется на величину дельта Н=2,82Мдж/молъ(673 000кал/моль).Т. о., углеводы, липиды, белки и др. пищевые продукты представляют собой форму долговременного хранения поглощённой растением энергии излучения.

Вгетеротрофных организмахАТФ образуется в процессе дыхания на промежуточных стадиях окисления пищевых веществ до СО2и воды. В этом процессе ок. 40-50% свободной энергии переходит в энергию макроэргич. связей АТФ, а остальная теряется в виде тепла. Общее кол-во 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).

Нек-рое кол-во энергии накапливается и в процессаххемосинтезаза счёт окисления восстановленных неорганич. соединений, но вклад этих процессов в энергетикубиосферыневелик.

Сказанное выше характеризует только суммарный баланс энергии в процессах её аккумуляции и использования. Изучение первичных механизмовмиграции энергиина 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 дельта F для макроэргич. связей АТФ.

Дальнейшее изучение проблем Б., в частности механизмов преобразования химич. 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; П а с ы н с к и й 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; Л е м а н Г., Практическая физиология труда, пер. с нем., М., 1967; Рэкер Э., Биоэнергетические механизмы, пер. с англ., М., 1967; Lеhninger A. L., Bioenergetics, N. Y., 1965; Current topics in bioenergetics, ed. D. R. Sa-nadi, 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—биологическая энергетика изучает механизмы преобразования энергии в процессах жизнедеятельности организмов. Иначе говоря Б. рассматривает явления жизнедеятельности в их э...Большая Советская энциклопедия II
  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