Bioenergie (știință)

Bioenergetica  este o știință interdisciplinară, o ramură a biologiei care studiază totalitatea proceselor de transformare a resurselor externe în muncă utilă din punct de vedere biologic în sistemele vii. În mod tradițional, această știință explorează procese precum respirația celulară , fotofosforilarea , energizarea membranei și transportul aferent, precum și alte moduri prin care organismele obțin energie. În plus, domeniul de aplicare al acestei științe include studiul mitocondriilor ca sisteme de reglare, rolul lor în moartea programată a celulelor și țesuturilor.

Istorie

Istoria numelui

Pentru prima dată cuvântul bioenergetică a fost folosit în 1956 de laureatul Nobel A. Szent-Györgyi . El a dat acest nume micii sale monografii, în care, după ce a dat frâu liber imaginației, și-a conturat ipotezele despre funcționarea ființelor vii și aprovizionarea lor cu energie. Majoritatea ipotezelor exprimate în carte nu au fost confirmate, dar această carte a fost citită de tânărul de atunci V.P. Skulachev .

În 1968, în orașul italian Polignano a Mare a avut loc o conferință despre fosforilarea oxidativă , la care au participat luminate ale vremii precum E. Slater, L. Ernester și H. Krebs . La una dintre întâlniri, a fost luată în considerare în mod special problema cum să denumească o nouă ramură a biologiei care studiază mecanismele moleculare ale aprovizionării cu energie a organismelor. V.P. Skulachev, care a fost prezent la întâlnire, avea un nivel slab de limba engleză, așa că discursul său în această limbă a sunat oarecum simplu. Auzind că discuția s-a îndreptat către nume lungi și complexe de două sau mai multe cuvinte, s-a ridicat și a sugerat să denumească noua știință bioenergetică. La întrebarea prezentatorului E. Slater, care sunt argumentele sale, Skulachev a ezitat și a spus că în urmă cu trei ani a organizat un departament de bioenergie la Universitatea din Moscova , care funcționează cu succes și, prin urmare, își propune să dea acest nume unei noi științe . În ciuda unui astfel de răspuns, discuția a dus totuși în mod surprinzător la faptul că numele a fost acceptat și fixat în practica științifică [1] .

Ulterior, în ciuda protestelor lui V.P. Skulachev, în presă și mass-media, noul termen a fost adoptat de psihici . Procesul a început în Rusia, dar în curând s-a răspândit în străinătate. Drept urmare, cea mai recentă ediție a Encyclopædia Britannica dă două semnificații acestui cuvânt - „bioenergetică științifică” și „ bioenergetică paraștiințifică ” [1] [2] .

Repere

Data nașterii bioenergeticii poate fi considerată 1961, când Peter Mitchell și-a publicat teoria chimiosmotică explicând mecanismul fosforilării respiratorii și fotosintetice [3] . Pentru aceasta, deși nu a fost pe deplin dovedit atunci, a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1978. Aceasta a fost urmată în 1961 de descoperirea lui Robert K. Crane a contraportului de glucoză dependent de sodiu 4] . În 1988 , H. Michel , J. Deisenhofer și R. Huber au devenit laureați ai premiului Nobel , care au reușit să analizeze difracția cu raze X a complexului de centre de reacție fotosintetice . În 1997, P. D. Boyer și J. Walker au primit același premiu pentru studiul lor asupra proton ATP sintazei , iar împreună cu ei I. H. Skow  pentru descoperirea Na + /K + ATPazei . De remarcat, de asemenea, descoperirea lui G. Kremer, D. D. Neumeyer și X. Wang a rolului central al mitocondriilor în moartea celulară programată. În ultimul deceniu, numărul publicațiilor pe această temă a crescut foarte mult [5] .

Legile bioenergiei

Conform ideilor moderne, există trei forme de energie convertibilă în organismele vii: o formă citosolică solubilă în apă sub formă de ATP și două forme de membrană sub forma unei diferențe de potențiale electrochimice ale protonului ( ∆ μ H + ) și sodiu ( ∆ μ Na + ). Echivalenții de reducere, cum ar fi NAD , NADP , FAD și diferite proteine ​​redox, cum ar fi ferredoxinele , nu sunt considerați de majoritatea oamenilor de știință ca o formă separată de energie din cauza funcțiilor lor limitate. Toate cele trei forme de energie pot fi convertite reciproc una în alta și, adesea, toate trei sunt prezente în același organism, așa cum se întâmplă la eucariote . Împreună, aceste trei forme de energie sunt cheltuite pentru totalitatea muncii care are loc în organism: chimică, electrică, osmotică, mecanică și munca de generare a căldurii. Pe baza observațiilor empirice, s-au format următoarele trei principii care descriu utilizarea acestor trei forme de energie de către celulă [6] :

Prima lege a bioenergeticii

O celulă vie evită utilizarea directă a energiei resurselor externe atunci când efectuează o muncă utilă. Mai întâi, transformă această energie într-o formă convertibilă de ATP, ∆ μ Na + sau ∆ μ H + , apoi o folosește în diferite procese consumatoare de energie.

A doua lege a bioenergeticii

Orice celulă vie are cel puțin două forme de energie convertibilă - ATP și ∆ μ H + sau ∆ μ Na + .

A treia lege a bioenergeticii

O celulă își poate satisface toate nevoile energetice dacă este posibil să obțină cel puțin una dintre cele trei forme convertibile de energie din resurse energetice externe.

Note

  1. ↑ 1 2 Skulachev, 2010 , p. 8-10.
  2. ↑ Bioenergetică . Merriam webster . O companie Encyclopædia Britannica. Consultat la 9 octombrie 2016. Arhivat din original pe 10 octombrie 2016.
  3. ↑ Peter Mitchell. Cuplarea fosforilării la transferul de electroni și hidrogen printr-un mecanism de tip chimio-osmotic  (engleză)  // Nature : journal. - 1961. - Vol. 191 , nr. 4784 . - P. 144-148 . - doi : 10.1038/191144a0 . — PMID 13771349 .
  4. ↑ Robert K. Crane, D. Miller și I. Bihler. „Restricțiile asupra posibilelor mecanisme de transport intestinal al zaharurilor”. În: Membrane Transport and Metabolism. Actele unui simpozion desfășurat la Praga, 22-27 august 1960. Editat de A. Kleinzeller și A. Kotyk. Academia Cehă de Științe, Praga, 1961, pp. 439-449.
  5. ↑ Skulachev, 2010 , p. 9.
  6. ↑ Skulachev V.P. Legile bioenergeticii. // SOZH, 1997, nr. 1, p. 9-14.

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice