ბიოენერგია (მეცნიერება)

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                ბიოენერგია (მეცნიერება)

მეციერება - ბიოლოგიური ენერგეტიკა

ბიოენერგია (ბიოლოგიური ენერგია) არის ინტერდისციპლინარული მეცნიერება, ბიოლოგიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ცოცხალ სისტემებში გარე რესურსების ბიოლოგიურად სასარგებლო სამუშაოდ გადაქცევის პროცესების ერთობლიობას.

ტრადიციულად, ეს მეცნიერება სწავლობს ისეთ პროცესებს, როგორიცაა უჯრედული სუნთქვა, ფოტოფოსფორილირება, მემბრანის ენერგიიზაცია და მასთან დაკავშირებული ტრანსპორტი, აგრეთვე ორგანიზმების ენერგიის მიღების სხვა გზები. გარდა ამისა, ამ მეცნიერების სფერო მოიცავს მიტოქონდრიების, როგორც მარეგულირებელი სისტემების შესწავლას და მათ როლს უჯრედებისა და ქსოვილების დაპროგრამებულ სიკვდილში.

ტერმინი - სიტყვა ბიოენერგია პირველად 1956 წელს გამოიყენა ნობელის პრემიის ლაურეატმა A. Szent-Györgyi-მ. მან ეს სახელი დაარქვა თავის პატარა მონოგრაფიას, რომელშიც გამოაქვეყნა თავისი ჰიპოთეზები ცოცხალი არსებების ფუნქციონირებისა და მათი ენერგიით მომარაგების შესახებ.

1968 წელს იტალიის ქალაქ Polignano a Mare-ში ჩატარდა კონფერენცია ოქსიდაციური ფოსფორილირების შესახებ, რომელსაც ესწრებოდნენ იმ დროის ისეთი მნათობები, როგორებიც იყვნენ ე. სლეიტერი, ლ. ერნესტერი და ჰ. კრებსი. ერთ-ერთ შეხვედრაზე კონკრეტულად განიხილეს საკითხი, რა ვუწოდოთ ბიოლოგიის ახალ ფილიალს, რომელიც სწავლობს ორგანიზმების ენერგიის მიწოდების მოლეკულურ მექანიზმებს. შეხვედრაზე დამსწრე ვ. გაიგო, რომ დისკუსია ორი ან მეტი სიტყვის რთული გრძელი სახელებისკენ იყო მიმართული, ის ადგა და შესთავაზა ახალ მეცნიერებას ბიოენერგია ეწოდოს. წამყვანის ე.სლეიტერის კითხვაზე, რა არგუმენტები ჰქონდა, სკულაჩოვი ყოყმანობდა და თქვა, რომ სამი წლის წინ მოსკოვის უნივერსიტეტში მოაწყო ბიოენერგეტიკის განყოფილება, რომელიც წარმატებით ფუნქციონირებს და ამიტომ სთავაზობს ახალ მეცნიერებას ამ სახელით დაერქვას. ამ პასუხის მიუხედავად, დისკუსიამ საოცრად მიგვიყვანა იმ ფაქტამდე, რომ სახელწოდება იქნა მიღებული და კონსოლიდირებული სამეცნიერო პრაქტიკაში.

მოგვიანებით, პრესაში და მედიაში ვ.პ. სკულაჩოვის პროტესტის მიუხედავად, ახალი ტერმინი მიიღეს ექსტრასენსებმა. პროცესი რუსეთში დაიწყო, მაგრამ მალე საზღვარგარეთაც გავრცელდა. შედეგად, ენციკლოპედია ბრიტანიკას უახლესი გამოცემა ამ სიტყვის ორ მნიშვნელობას ანიჭებს - „მეცნიერული ბიოენერგია“ და „პარამეცნიერული ბიოენერგია“.

ამბავი

ბიოენერგიის დაბადების თარიღად შეიძლება ჩაითვალოს 1961 წელი, როდესაც პიტერ მიტჩელმა გამოაქვეყნა თავისი ქიმიოსმოტიკური თეორია, რომელიც ხსნიდა რესპირატორული და ფოტოსინთეზური ფოსფორილირების მექანიზმს . ამ თეორიისთვის, თუმცა იმ დროს ბოლომდე არ იყო დადასტურებული, მან მიიღო ნობელის პრემია ქიმიაში 1978 წელს. ამას მოჰყვა 1961 წელს რობერტ კ. კრეინის მიერ ნატრიუმზე დამოკიდებული გლუკოზის კონტრსპორტის აღმოჩენა. 1988 წელს ნობელის პრემიის ლაურეატები იყვნენ H. Michel, J. Deisenhofer და R. Huber, რომლებმაც მიაღწიეს წარმატებას ფოტოსინთეზური რეაქციის ცენტრების კომპლექსის რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზში. 1997 წელს P. D. Boyer და J. Walker მიენიჭათ იგივე პრიზი პროტონ ATP სინთეზის შესწავლისთვის და მათთან ერთად I. H. Skow Na+/K+ ATPase-ს აღმოჩენისთვის. აქვე უნდა აღინიშნოს გ.კრემერის, დ.დ.ნიუმეიერის და კს. ვანგი მიტოქონდრიის ცენტრალურ როლზე დაპროგრამებულ უჯრედულ სიკვდილში. ბოლო ათწლეულში ამ თემაზე პუბლიკაციების რაოდენობა მნიშვნელოვნად გაიზარდა.

ბიოენერგეტიკის კანონები

თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, ცოცხალ ორგანიზმებში არსებობს კონვერტირებადი ენერგიის სამი ფორმა: წყალში ხსნადი ციტოზოლური ფორმა ATP-ის სახით და ორი მემბრანული ფორმა პროტონის (∆μH+) და ნატრიუმის ელექტროქიმიური პოტენციალის სხვაობის სახით. ∆μNa+). შემცირების ეკვივალენტები, როგორიცაა NAD, NADP, FAD და სხვადასხვა რედოქს ცილები, როგორიცაა ფერედოქსინები, მეცნიერთა უმეტესობის მიერ არ განიხილება ენერგიის ცალკეულ ფორმად მათი შეზღუდული ფუნქციების გამო. ენერგიის სამივე ფორმა შეიძლება გარდაიქმნას ერთმანეთში და ხშირად სამივე იმყოფება იმავე ორგანიზმში, როგორც ეს ხდება ევკარიოტებში. ენერგიის ეს სამი ფორმა ერთად იხარჯება ორგანიზმში მიმდინარე სამუშაოების მთლიანობაზე: ქიმიურ, ელექტრო, ოსმოსურ, მექანიკურ და სითბოს გამომუშავებაზე. ემპირიულ დაკვირვებებზე დაყრდნობით ჩამოყალიბდა შემდეგი სამი პრინციპი, რომელიც აღწერს უჯრედის მიერ ენერგიის ამ სამი ფორმის გამოყენებას :

ბიოენერგიის პირველი კანონი

ცოცხალი უჯრედი თავს არიდებს გარე რესურსებიდან ენერგიის პირდაპირ გამოყენებას სასარგებლო სამუშაოს შესრულებისას. იგი ჯერ ამ ენერგიას გარდაქმნის ATP-ის, ∆μNa+ ან ∆μH+ კონვერტირებად ფორმად, შემდეგ კი იყენებს მას სხვადასხვა ენერგო ინტენსიურ პროცესებში.

ბიოენერგიის მეორე კანონი

ნებისმიერ ცოცხალ უჯრედს აქვს კონვერტირებადი ენერგიის მინიმუმ ორი ფორმა - ATP და ∆μH+ ან ∆μNa+.

ბიოენერგიის მესამე კანონი

უჯრედს შეუძლია დააკმაყოფილოს ყველა მისი ენერგეტიკული მოთხოვნილება, თუ შესაძლებელია ენერგიის სამი კონვერტირებადი ფორმისგან მინიმუმ ერთის მიღება გარე ენერგეტიკული რესურსებიდან.

იხ. ვიდეო - Bioenergetics