Energia w przyrodzie
Energia jest miarą zdolności danego układu do wykonywania pracy. Energia w przyrodzie występuje w różnych formach – jako energia cieplna, energia elektryczna, energia mechaniczna, energia chemiczna czy energia fal elektromagnetycznych. W układzie zamkniętym zgodnie z zasadą zachowania energii suma wszystkich rodzajów energii jest stała w czasie – energia nie może zostać utworzona na nowo ani zostać zniszczona, możliwa jest tylko przemiana jednych form energii w inne. Życie na Ziemi uwarunkowane jest więc nieustannym jednokierunkowym przepływem energii.
Piramida energii przedstawiająca przepływ energii pomiędzy kolejnymi poziomami troficznymi. Wikimedia.org
Metabolizm
Metabolizm obejmuje wszystkie przemiany materii i energii zachodzące w żywych organizmach. Procesy te składają się z wielu różnych reakcji chemicznych, które przeważnie wchodzą w skład szlaków metabolicznych – ciągów reakcji, których wynikiem jest wytworzenie określonych produktów.Wyróżnia się trzy główne rodzaje szlaków metabolicznych:
- szlaki anaboliczne – procesy endoergiczne wymagające dostarczenia energii, w wyniku których powstają produkty o wyższym poziomie energetycznym niż substraty; np. synteza związków złożonych ze związków prostych podczas fotosyntezy, biosyntezy białka;
- szlaki kataboliczne – procesy egzoergicznej, przebiegające z uwalnianiem energii, w wyniku których powstają produkty o niższym poziomie energetycznym niż substraty, np. reakcje rozpadu związków złożonych na proste zachodzące podczas oddychania komórkowego;
- szlaki amfiboliczne – procesy prowadzące do powstania związków prostszych lub bardziej złożonych w zależności od stanu energetycznego komórki, np. glikoliza, glukoneogeneza, cykl Krebsa.
Schemat reakcji rozpadu złożonych związków organicznych (białek, polisacharydów oraz tłuszczów). Wikimedia.org
Źródłem energii dla organizmów żywych są głównie reakcje utleniania zredukowanych substancji nieorganicznych lub złożonych związków węgla (węglowodanów, lipidów i białek) przy wykorzystaniu różnych akceptorów elektronów (tlenu lub utlenionych związków nieorganicznych). Związki węgla zredukowanego zawierają dużo więcej energii niż związki węgla utlenionego, dlatego też proces ich redukcji wymaga dostarczenia energii. Energia ta uwalniana jest ponownie podczas ich utleniania i wykorzystywana jest do przeprowadzania procesów życiowych.
Przenośniki energii w komórce
Głównym przenośnikiem energii w komórkach żywych jest adenozyno-5′-trifosforan (ATP) zbudowany z adeniny, rybozy i trzech reszt fosforanowych. Związek ten powstaje w wyniku kowalencyjnego przyłączania reszty fosforanowej (Pi) do adenozynodifosforanu (ADP) podczas fosforylacji podczas fotosyntezy i oddychania komórkowego.Wyróżnia się trzy zasadnicze sposoby tworzenia się wiązań wysokoenergetycznych w ATP:
- fosforylacja substratowa – bezpośrednie przeniesienie grupy fosforanowej na ADP z wykorzystaniem energii substratu organicznego, proces nie wymaga udziału tlenu, zachodzi w początkowych etapach oddychania komórkowego;
- fosforylacja fotosyntetyczna (fotofosforylacja) – przemiana energii świetlnej na energię chemiczną wiązań ATP podczas fazy jasnej fotosyntezy;
- fosforylacja oksydacyjna – do syntezy ATP wykorzystywana jest energia elektronów przekazywanych z wodoru na atomy tlenu podczas utleniania zredukowanych nukleotydów (NADH i FADH₂).
Budowa syntazy ATP – enzymu katalizującego syntezę ATP w trakcie fosforylacji fotosyntetycznej. Wikimedia.org
Przenośnikami energii mogą być również inne związki organiczne, takie jak guanozyno-5′-trifosforan (GTP), który bierze udział w reakcjach fosforylacji i dostarcza energię w procesach transkrypcji i translacji oraz fosfokreatyna biorąca udział w reakcji syntezy ATP katalizowanej przez kinazę keratynową w tkankach o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym (np. w tkance mięśniowej).
Schemat cząsteczki ATP. Związek ten składa się z adeniny, rybozy i grup fosforanowych (P) połączonych wiązaniami wysokoenergetycznymi (x). Wikimedia.org
Bibliografia
- “Nowa Encyklopedia Powszechna PWN”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997;
- Eldra Pearl Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee; “Biologia”; Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1996;
- Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. VII-IX”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1999;
- January Weiner; “Życie i ewolucja biosfery – podręcznik ekologii ogólnej”; ydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008;
- Grażyna Łabno; “Ekologia. Słownik encyklopedyczny”; Wydawnictwo Europa, Warszawa 2006;
- promil
