Biochemia komórki (energetyka). Główne źródła energii w komórce Tlen: życiodajna konieczność

Jeden z najbardziej złożone problemy- powstawanie, gromadzenie i dystrybucja energii w komórce.

W jaki sposób komórka wytwarza energię? Przecież nie ma tam ani reaktora jądrowego, ani elektrowni, ani kotła parowego, nawet najmniejszego. Temperatura wewnątrz ogniwa jest stała i bardzo niska – nie przekracza 40°. A mimo to komórki przetwarzają tak wiele substancji i tak szybko, że pozazdroszczyłaby im każda współczesna roślina.

Jak to się stało? Dlaczego powstała energia pozostaje w ogniwie i nie jest uwalniana w postaci ciepła? Jak komórka magazynuje energię? Zanim odpowiemy na te pytania, należy stwierdzić, że energia wchodząca do ogniwa nie jest energią mechaniczną czy elektryczną, ale energią chemiczną zawartą w ogniwie materia organiczna Oh. Na tym etapie wchodzą w życie prawa termodynamiki. Jeśli energia zawarta jest w związkach chemicznych, to musi zostać uwolniona poprzez ich spalanie i w ogóle bilans cieplny nie ma znaczenia, czy wypalą się natychmiast, czy stopniowo. Komórka wybiera drugą ścieżkę.

Dla uproszczenia porównajmy komórkę do „elektrowni”. Specjalnie dla inżynierów dodamy, że „elektrownia” ogniwa jest cieplna. A teraz rzućmy wyzwanie przedstawicielom branży energetycznej do rywalizacji: kto wydobędzie więcej energii z paliwa i wykorzysta ją bardziej oszczędnie – ogniwo czy jakakolwiek, najbardziej ekonomiczna elektrownia cieplna?

W procesie ewolucji komórka stworzyła i udoskonaliła swoją „elektrownię”. Natura zadbała o wszystkie swoje części. Ogniwo zawiera „paliwo”, „silnik-generator”, „regulatory mocy”, „podstacje transformatorowe” i „linie przesyłowe wysokiego napięcia”. Zobaczmy jak to wszystko wygląda.

Głównym „paliwem” spalanym przez komórkę są węglowodany. Najprostsze z nich to glukoza i fruktoza.

Od codziennego praktyka lekarska Wiadomo, że glukoza jest niezbędnym składnikiem odżywczym. Pacjentom poważnie niedożywionym podaje się go dożylnie, bezpośrednio do krwi.

Jako źródła energii wykorzystuje się także bardziej złożone cukry. Na przykład zwykły cukier, który ma nazwa naukowa Za taki materiał może służyć „sacharoza” i składająca się z 1 cząsteczki glukozy i 1 cząsteczki fruktozy. U zwierząt paliwem jest glikogen, polimer składający się z cząsteczek glukozy połączonych łańcuchem. Rośliny zawierają substancję podobną do glikogenu – jest to dobrze znana skrobia. Zarówno glikogen, jak i skrobia są substancjami magazynującymi. Obydwa odłożone na deszczowy dzień. Skrobię zwykle można znaleźć w podziemnych częściach rośliny, takich jak bulwy ziemniaków. Dużo skrobi znajduje się także w miazdze komórek liści roślin (pod mikroskopem ziarna skrobi błyszczą jak małe kawałki lodu).

Glikogen gromadzi się w wątrobie zwierząt i stamtąd jest wykorzystywany w miarę potrzeb.

Wszystkie cukry bardziej złożone niż glukoza muszą przed spożyciem rozłożyć się na swoje pierwotne „cegiełki” – cząsteczki glukozy. Istnieją specjalne enzymy, które niczym nożyczki tną długie łańcuchy skrobi i glikogenu na pojedyncze monomery - glukozę i fruktozę.

Jeśli brakuje węglowodanów, rośliny mogą wykorzystywać w swojej „palenisku” kwasy organiczne - cytrynowy, jabłkowy itp.

Kiełkujące nasiona oleiste zużywają tłuszcz, który jest najpierw rozkładany, a następnie przekształcany w cukier. Wynika to wyraźnie z faktu, że w miarę spożywania tłuszczu zawartego w nasionach wzrasta zawartość cukru.

Tak więc wymienione są rodzaje paliwa. Ale ogniwu nie opłaca się od razu go spalić.

Cukry są spalane chemicznie w komórce. Konwencjonalne spalanie to połączenie paliwa z tlenem, jego utlenienie. Ale aby się utlenić, substancja nie musi łączyć się z tlenem - utlenia się, gdy zostaną z niej usunięte elektrony w postaci atomów wodoru. To utlenianie nazywa się odwodornienie(„hydros” - wodór). Cukry zawierają wiele atomów wodoru i nie są oddzielane wszystkie na raz, ale jeden po drugim. Utlenianie w komórce odbywa się za pomocą zestawu specjalnych enzymów, które przyspieszają i kierują procesami utleniania. Ten zestaw enzymów i ścisła kolejność ich działania stanowią podstawę komórkowego generatora energii.

Proces utleniania w organizmach żywych nazywa się oddychaniem, więc dalej będziemy używać tego bardziej zrozumiałego wyrażenia. Oddychanie wewnątrzkomórkowe, nazwane tak przez analogię proces fizjologiczny oddychanie jest z nim bardzo ściśle powiązane. O procesach oddychania powiemy więcej w dalszej części.

Kontynuujmy porównywanie ogniwa z elektrownią. Teraz musimy znaleźć w nim te części elektrowni, bez których będzie ona działać na biegu jałowym. Oczywistym jest, że energia uzyskana ze spalania węglowodanów i tłuszczów musi zostać dostarczona konsumentowi. Oznacza to, że potrzebna jest komórkowa „linia przesyłowa wysokiego napięcia”. W przypadku konwencjonalnej elektrowni jest to stosunkowo proste - nad tajgą, stepami, rzekami rozciągnięte są przewody wysokiego napięcia, a za ich pośrednictwem energia dostarczana jest do zakładów i fabryk.

Klatka posiada również swój własny, uniwersalny „przewód wysokiego napięcia”. Tylko w nim energia jest przenoszona chemicznie i, oczywiście, służy jako „druty” związek chemiczny. Aby zrozumieć zasadę jego działania, wprowadźmy małą komplikację do działania elektrowni. Załóżmy, że energia z linii wysokiego napięcia nie może być dostarczana do odbiorcy za pomocą przewodów. W takim przypadku najłatwiej byłoby ładować z linii wysokiego napięcia baterie elektryczne, transport ich do konsumenta, transport zużytych baterii z powrotem itp. W energetyce jest to oczywiście nieopłacalne. I podobna metoda jest bardzo korzystna dla komórki.

Komórka wykorzystuje związek uniwersalny dla niemal wszystkich organizmów – kwas adenozynotrójfosforowy (już o tym rozmawialiśmy) jako baterię w ogniwie.

W przeciwieństwie do energii innych wiązań fosfoestrowych (2-3 kilokalorii), energia wiązania końcowych (zwłaszcza najbardziej zewnętrznych) reszt fosforanowych w ATP jest bardzo wysoka (do 16 kilokalorii); dlatego takie połączenie nazywa się „ makroergiczny».

ATP występuje w organizmie wszędzie tam, gdzie potrzebna jest energia. Synteza różnych związków, praca mięśni, ruch wici u pierwotniaków – ATP przenosi energię wszędzie.

„Ładowanie” ATP w komórce odbywa się w ten sposób. Kwas adenozynodifosforowy - ADP (ATP bez 1 atomu fosforu) nadaje się do miejsca, w którym uwalniana jest energia. Kiedy energia może zostać związana, ADP łączy się z tą w duże ilości w komórce fosforem i „nasyca” energią to wiązanie. Teraz potrzebujemy wsparcia transportowego. Składa się ze specjalnych enzymów - fosfoferaz („fera” - noszę), które na żądanie „wychwytują” ATP i przenoszą go na miejsce działania. Następnie przychodzi kolej na ostatni, ostatni „jednostka elektrowni” - transformatory obniżające. Muszą obniżyć napięcie i zapewnić konsumentowi bezpieczny prąd. Tę rolę pełnią te same fosfoferazy. Przeniesienie energii z ATP do innej substancji następuje w kilku etapach. Najpierw ATP łączy się z tą substancją, następnie następuje wewnętrzne przegrupowanie atomów fosforu, aż w końcu kompleks ulega rozpadowi - oddziela się ADP, a na nowej substancji „wisi” bogaty w energię fosfor. Nowa substancja okazuje się znacznie bardziej niestabilna ze względu na nadmiar energii i zdolna do różnych reakcji.

Nie da się zrozumieć budowy i „działania” ludzkiego ciała bez zrozumienia, jak zachodzi metabolizm w komórce. Każdy żywa komórka musi stale wytwarzać energię. Potrzebuje energii do wytworzenia ciepła i syntezy (tworzenia) niektórych niezbędnych substancji chemicznych, takich jak białka lub substancja dziedziczna. Energia Komórka potrzebuje tego, żeby się poruszać. Komórki ciała, zdolne do wykonywania ruchów, nazywane są muskularnymi. Mogą się skurczyć. To wprawia w ruch nasze ręce, nogi, serce i jelita. Wreszcie do produkcji potrzebna jest energia Elektryczność: dzięki niemu niektóre części ciała „komunikują się” z innymi. A połączenie między nimi zapewniają przede wszystkim komórki nerwowe.

Skąd komórki czerpią energię? Odpowiedź brzmi: to im pomaga ATP. Pozwól mi wyjaśnić. Komórki spalają składniki odżywcze, uwalniając przy tym pewną ilość energii. Używają go do syntezy czegoś specjalnego Substancja chemiczna, która gromadzi tak potrzebną im energię. Substancja ta nazywa się adenozynotrifosforan(w skrócie ATP). Kiedy cząsteczka ATP zawarta w komórce ulega rozkładowi, uwalniana jest zmagazynowana w niej energia. Dzięki tej energii komórka może wytwarzać ciepło, prąd elektryczny, syntetyzować substancje chemiczne czy wykonywać ruchy. W skrócie, ATP aktywuje cały „mechanizm” komórki.

Tak wygląda cienki, zabarwiony krąg tkanki pobranej... pod mikroskopem. przysadka mózgowa- wyrostek mózgowy wielkości grochu. Czerwone, żółte, niebieskie, fioletowe plamy i plamy w kolorze cielistym- Ten komórki z jądrami. Każdy typ komórek przysadki mózgowej wydziela jeden lub więcej ważnych hormonów.

Porozmawiajmy teraz bardziej szczegółowo o tym, jak komórki uzyskują ATP. Znamy już odpowiedź. Komórki spalić składniki odżywcze. Mogą to zrobić na dwa sposoby. Po pierwsze, spalaj węglowodany, głównie glukozę, przy braku tlenu. W wyniku tego powstaje substancja, którą chemicy nazywają kwasem pirogronowym, a sam proces rozkładu węglowodanów nazywa się glikolizą. W wyniku glikolizy powstaje zbyt mało ATP: rozpadowi jednej cząsteczki glukozy towarzyszą powstawanie tylko dwóch cząsteczek ATP. Glikoliza jest mało wydajna – to najstarsza forma pozyskiwania energii. Pamiętaj, że życie powstało w wodzie, czyli w środowisku, w którym było bardzo mało tlenu.

Po drugie, komórki ciała spalają kwas pirogronowy, tłuszcze i białka w obecności tlenu. Wszystkie te substancje zawierają węgiel i wodór. W tym przypadku spalanie zachodzi w dwóch etapach. Najpierw ogniwo pobiera wodór, następnie natychmiast zaczyna rozkładać pozostałą ramę węglową i się jej pozbywa dwutlenek węgla- Poprzez Błona komórkowa zabiera go na zewnątrz. W drugim etapie ekstrahuje się wodór składniki odżywcze. Tworzy się woda i uwalniana jest duża ilość energii. Komórki mają go w wystarczającej ilości, aby zsyntetyzować wiele cząsteczek ATP (utlenianie np. dwóch cząsteczek kwasu mlekowego, produktu redukcji kwasu pirogronowego, daje 36 cząsteczek ATP).

Opis ten wydaje się suchy i abstrakcyjny. Tak naprawdę każdy z nas widział, jak zachodzi proces wytwarzania energii. Pamiętacie reportaże telewizyjne z portów kosmicznych o startach rakiet? Wznoszą się w górę dzięki niesamowitej ilości energii uwalnianej podczas… utleniania wodoru, czyli spalania go w tlenie.

Rakiety kosmiczne o wysokości wieży pędzą w niebo dzięki ogromnej energii uwalnianej podczas spalania wodoru w czystym tlenie. Ta sama energia podtrzymuje życie w komórkach naszego ciała. Tylko w nich reakcja utleniania przebiega etapami. Ponadto zamiast energii cieplnej i kinetycznej nasze komórki najpierw wytwarzają paliwo komórkowe” – ATP.

Ich zbiorniki paliwa są wypełnione ciekłym wodorem i tlenem. Kiedy silniki się uruchamiają, wodór zaczyna się utleniać, a ogromna rakieta szybko wznosi się w niebo. Być może wydaje się to niewiarygodne, a jednak: ta sama energia, która unosi rakietę kosmiczną w niebo, wspiera także życie w komórkach naszego ciała.

Tyle że w ogniwach nie następuje eksplozja i nie buchnie z nich snop płomienia. Utlenianie zachodzi etapami, dlatego zamiast energii cieplnej i kinetycznej powstają cząsteczki ATP.

W reakcjach chemicznych, gdy tworzą się wiązania między prostymi cząsteczkami, energia jest zużywana, a po rozerwaniu energia jest uwalniana.

Podczas procesu fotosyntezy u roślin zielonych energia światła słonecznego zamieniana jest na energię. wiązania chemiczne, powstające pomiędzy cząsteczkami dwutlenku węgla i wody. Powstaje cząsteczka glukozy: CO 2 + H 2 O + Q (energia) = C 6 H 12 O 6.

Glukoza jest głównym źródłem energii dla ludzi i większości zwierząt.

Proces asymilacji tej energii nazywany jest „fosforylacją oksydacyjną”. Energia (Q) uwolniona podczas utleniania jest natychmiast wykorzystywana do fosforylacji kwasu adenozynodifosforowego (ADP):

ADP+P+Q (energia)=ATP

Okazuje się, że „uniwersalną walutą energetyczną” komórki jest kwas adenozynotrójfosforowy (ATP). Można go używać w dowolnym momencie do dowolnego celu przydatne dla organizmu pracować lub się ogrzać.

ATP®ADP+P+Q (energia)

Proces utleniania glukozy przebiega w 2 etapach.

1. Beztlenowe (beztlenowe) utlenianie, czyli glikoliza, zachodzi w gładkiej siateczce śródplazmatycznej komórki. W rezultacie glukoza zostaje rozdarta na 2 części, a uwolniona energia wystarczy do syntezy dwóch cząsteczek ATP.

2. Utlenianie tlenowe (tlenowe). Dwie części glukozy (2 cząsteczki kwasu pirogronowego) w obecności tlenu kontynuują szereg reakcji oksydacyjnych. Ten etap zachodzi w mitochondriach i prowadzi do dalszego rozkładu cząsteczek i uwolnienia energii.

W wyniku drugiego etapu utleniania jednej cząsteczki glukozy powstaje 6 cząsteczek dwutlenku węgla, 6 cząsteczek wody i energia, która wystarcza do syntezy 36 cząsteczek ATP.

Jako substraty do utleniania w drugim etapie można wykorzystać nie tylko cząsteczki powstałe z glukozy, ale także cząsteczki powstałe w wyniku utleniania lipidów, białek, alkoholi i innych związków energochłonnych.

Aktywna forma kwas octowy- A-CoA (acetylokoenzym A lub acetylokoenzym A) jest Produkt pośredni utlenianie wszystkich tych substancji (glukozy, aminokwasów, Kwasy tłuszczowe i inni).

A-CoA jest punktem przecięcia metabolizmu węglowodanów, białek i lipidów.

Przy nadmiarze glukozy i innych substratów energetycznych organizm zaczyna je odkładać. W tym przypadku glukoza jest utleniana zwykłą drogą do kwasu mlekowego i pirogronowego, a następnie do A-CoA. Ponadto A-CoA staje się podstawą syntezy cząsteczek kwasów tłuszczowych i tłuszczów, które odkładają się w podskórnej tkance tłuszczowej. I odwrotnie, gdy brakuje glukozy, jest ona syntetyzowana z białek i tłuszczów poprzez A-CoA (glukoneogeneza).

W razie potrzeby można uzupełnić rezerwy aminokwasów niezbędnych do budowy niektórych białek.

Od pojawienia się organizmów jednokomórkowych do „wynalezienia” jądra komórkowego i narodzin szeregu innych innowacji minęło ponad miliard lat. Dopiero wtedy otworzyła się droga dla pierwszych stworzeń wielokomórkowych, które dały początek trzem królestwom zwierząt, roślin i grzybów. Europejscy naukowcy przedstawili nowe wyjaśnienie tej transformacji, które jest sprzeczne z wcześniejszymi pomysłami.

Powszechnie przyjmuje się, że najpierw z prokariotów rodziły się bardziej zaawansowane komórki jądrowe, opierając się na starych mechanizmach energetycznych, a dopiero później nowi rekruci nabyli mitochondria. Tym ostatnim przypisano ważną rolę w dalszej ewolucji eukariontów, ale nie rolę kamienia węgielnego leżącego u jej podstaw.

„Pokazaliśmy, że pierwsza opcja nie zadziała. Aby komórka mogła rozwinąć złożoność, potrzebuje mitochondriów” – wyjaśnia Martin. „Nasza hipoteza obala tradycyjny pogląd, że przejście do komórek eukariotycznych wymagało jedynie odpowiednich mutacji” – powtarza Lane.

Rozwijały się razem, podczas gdy endosymbiont stopniowo doskonalił jedną umiejętność - syntezę ATP. Wewnętrzna komórka zmniejszył się i przeniósł część swoich mniejszych genów do jądra. Zatem mitochondria zachowały tylko tę część pierwotnego DNA, której potrzebowały, aby działać jako „żywa elektrownia”.

Mitochondria wewnątrz komórki (fluorescencyjna zieleń). Wstawka: Martin (po lewej) i Lane. Szczegóły nowych badań można znaleźć w artykule w Nature i komunikacie prasowym UCL (zdjęcia: Douglas Kline, molevol.de, nick-lane.net).

Wygląd mitochondriów pod względem energetycznym można porównać do wynalezienia rakiety za wózkiem, ponieważ komórki jądrowe mają średnio tysiąc razy większą objętość niż komórki bez jądra.

Wydaje się, że ten ostatni może również zwiększyć rozmiar i złożoność urządzenia (tutaj jest kilka uderzających przykładów). Ale na tej ścieżce maleńkie stworzenia napotykają pewien problem: w miarę geometrycznego wzrostu stosunek powierzchni do objętości szybko maleje.

Tymczasem proste komórki wytwarzają energię za pomocą pokrywającej je membrany. Zatem duża komórka prokariotyczna może mieć mnóstwo miejsca na nowe geny, ale po prostu nie ma wystarczającej ilości energii, aby syntetyzować białka zgodnie z tymi „instrukcjami”.

Samo zwiększenie fałd błony zewnętrznej tak naprawdę nie pomaga w tej sytuacji (chociaż takie komórki są znane). Przy takim sposobie zwiększania mocy zwiększa się także ilość błędów w działaniu systemu energetycznego. Niepożądane cząsteczki gromadzą się w komórce i mogą ją zniszczyć.

Liczba mitochondriów (pokazana na czerwono) w pojedynczej komórce waha się od pojedynczej kopii (głównie u jednokomórkowych eukariontów) do dwóch tysięcy (na przykład w komórkach ludzkiej wątroby) (ilustracja: Odra Noel).

Mitochondria są genialnym wynalazkiem natury. Zwiększając ich liczbę, możliwe jest zwiększenie możliwości energetycznych ogniwa bez powiększania jego zewnętrznej powierzchni. Co więcej, każde mitochondria mają również wbudowane mechanizmy kontrolne i naprawcze.

I kolejny plus innowacji: mitochondrialne DNA jest małe i bardzo ekonomiczne. Kopiowanie go nie wymaga wielu zasobów. Ale bakterie, aby zwiększyć swoje możliwości energetyczne, mogą jedynie stworzyć wiele kopii całego swojego genomu. Jednak taki rozwój szybko prowadzi do energetycznego ślepego zaułka.

Porównanie energii różne komórki i ich schematy. a) – przeciętny prokariota ( Escherichia), b) – bardzo duży prokariota ( Thiomargarita) i (c) przeciętny eukariont ( Euglena).
Diagramy przedstawiają (od góry do dołu): moc (waty) na gram komórki (d), moc (femtowaty) na gen (e) i moc (pikowaty) na haploidalny genom (f) (ilustracje: Nick Lane, William Marcin/Natura).

Autorzy pracy obliczyli, że przeciętna komórka eukariotyczna może teoretycznie przenosić 200 tysięcy razy więcej genów niż przeciętna bakteria. Eukarionty można traktować jak bibliotekę z wieloma półkami - wypełnij ją książkami do woli. Otóż ​​bardziej rozbudowany genom jest podstawą do dalszego doskonalenia struktury komórki i jej metabolizmu, powstawania nowych łańcuchów regulacyjnych.

Warunkiem istnienia każdego organizmu jest stały dopływ składników odżywczych i stała selekcja produkty końcowe reakcje chemiczne zachodzące w komórkach. Składniki odżywcze są wykorzystywane przez organizmy jako źródło atomów pierwiastki chemiczne(głównie atomy węgla), z których budowane lub odnawiane są wszystkie konstrukcje. Oprócz składników odżywczych organizm otrzymuje także wodę, tlen i sole mineralne. Substancje organiczne, które dostają się do komórek (lub syntetyzowane podczas fotosyntezy) są rozkładane na elementy budulcowe – monomery i wysyłane do wszystkich komórek organizmu. Część cząsteczek tych substancji jest zużywana na syntezę określonych substancji organicznych do danego organizmu. Komórki syntetyzują białka, lipidy, węglowodany, kwasy nukleinowe i inne substancje, które działają różne funkcje(budowlane, katalityczne, regulacyjne, ochronne itp.). Kolejna część o niskiej masie cząsteczkowej związki organiczne wchodząc do komórek, trafia do powstania ATP, którego cząsteczki zawierają energię przeznaczoną bezpośrednio do wykonania pracy. Energia jest niezbędna do syntezy wszystkich specyficznych substancji organizmu, utrzymania jego wysoce uporządkowanej organizacji, aktywnego transportu substancji w komórkach z jednej komórki do drugiej, z jednej części ciała do drugiej, do transmisji Impulsy nerwowe, ruch organizmów, utrzymanie stała temperatura ciał (u ptaków i ssaków) oraz do innych celów. Podczas przemian substancji w komórkach powstają produkty końcowe metabolizmu, które mogą być toksyczne dla organizmu i są z niego usuwane (na przykład amoniak). Zatem wszystkie żywe organizmy stale pobierają ze środowiska określone substancje, przekształcają je i uwalniają do środowiska produkty końcowe. Zespół reakcji chemicznych zachodzących w organizmie nazywa się metabolizmem lub metabolizmem. W zależności od ogólnego kierunku procesów wyróżnia się katabolizm i anabolizm.

Katabolizm (dysymilacja) to zespół reakcji prowadzących do powstania prostych związków ze związków bardziej złożonych. Do reakcji katabolicznych zalicza się np. reakcje hydrolizy polimerów do monomerów i rozkładu tych ostatnich na dwutlenek węgla, wodę, amoniak, czyli reakcje wymiany energii, podczas których następuje utlenianie substancji organicznych i synteza ATP. Anabolizm (asymilacja) to zespół reakcji syntezy złożonych substancji organicznych z prostszych. Obejmuje to na przykład wiązanie azotu i biosyntezę białek, syntezę węglowodanów z dwutlenku węgla i wody podczas fotosyntezy, syntezę polisacharydów, lipidów, nukleotydów, DNA, RNA i innych substancji. Syntezę substancji w komórkach organizmów żywych określa się często mianem metabolizmu plastycznego, a rozkład substancji i ich utlenianie towarzyszy syntezie ATP, -metabolizm energetyczny. Obydwa rodzaje metabolizmu stanowią podstawę aktywności życiowej każdej komórki, a tym samym każdego organizmu i są ze sobą ściśle powiązane. Procesy anabolizmu i katabolizmu zachodzą w organizmie w stanie dynamicznej równowagi lub przejściowej dominacji jednego z nich. Przewaga procesów anabolicznych nad katabolicznymi prowadzi do wzrostu i akumulacji masy tkankowej, natomiast procesy kataboliczne prowadzą do częściowego zniszczenia struktur tkankowych i uwolnienia energii. Stan równowagi lub nierównowagowy stosunek anabolizmu i katabolizmu zależy od wieku. W dzieciństwo Przeważają procesy anabolizmu, a u osób starczych – katabolizmu. U dorosłych procesy te są w równowadze. Ich stosunek zależy także od stanu zdrowia oraz wykonywanej przez człowieka aktywności fizycznej lub psycho-emocjonalnej.

82. Entropia otwartych układów termodynamicznych, równanie Prigogine’a.

Entropia jest miarą rozpraszania darmowej energii, dlatego każdy otwarty układ t/d w stanie stacjonarnym ma tendencję do minimalizowania rozpraszania darmowej energii. Jeżeli z przyczyn układ odszedł od stanu stacjonarnego, to w wyniku dążenia układu do minimalnej entropii powstają w nim zmiany wewnętrzne, przywracając go do stanu stacjonarnego. Układ otwarty, termodynamiczny. system, z którym można się komunikować środowisko materia i energia. W otwarty system przepływ ciepła jest możliwy zarówno z systemu, jak i do niego.

Postulat I.R. Prigogine zakłada, że ​​całkowita zmiana entropii dS układu otwartego może nastąpić niezależnie lub w wyniku procesów wymiany z otoczenie zewnętrzne(deS) lub w wyniku wewnętrznych procesów nieodwracalnych (diS): dS = deS + diS. Twierdzenie Prigogine'a. W stanach stacjonarnych o stałych parametrach zewnętrznych tempo wytwarzania entropii w układzie otwartym jest zdeterminowane występowaniem procesów nieodwracalnych, jest stałe w czasie i ma minimalną wielkość. diS / dt  min.