Приведите примеры организмов которые используют энергию химических связей: приведите примеры организмов, которые используют энергию: а) химических связей органических

приведите примеры организмов, которые используют энергию: а) химических связей органических

Даражарнақтылар класы мен қосжарнақтылар класы​

3 тапсырма қандай болады

помогите пожалуйста сделать это​

СРОЧНО СОЧ ПО ЕСЕТСВ !!!, ДАМ 25 БАЛЛОВ !!!!​

Почему мы считаем , что осьминоги-моллюски? А) у них есть 8 щупалец. Б) у них нет раковины. В) у них есть мантийная полость. Г) у них есть большие гла … за с хрусталиком. Д)у них развитый головной мозг.

1. Мектеп жанындағы аумақтан едәуір бірдей табиғат үлескісін тандап алыңдар. 2. Осы экожүйедегі жансыз (өлі) табиғат құрамбөліктеріне жоспар бойынша с … ипаттама беріңдер: топырақ түсі, құрылымы (сазды немесе күмды), ауа райы, климаттық жағдайлар (температура, ылғалдылық, жауын-шашынның, шықтың түсуі), ауа жағдайы (ластануы, тозаң- данғандығы). 3. Бұл экожүйедегі жанды (тірі) табиғат құрамбөліктерін қараң- дар, оларды сипаттаңдар. Өсімдіктің қанша түрін санадыңдар? Сендерге таныс түр бар ма? Мұғалім өсімдіктің қандай түрімен таныстырды? Экожүйедегі орташа, ең биік және ең аласа шөптесін өсімдіктерді табыңдар. Қандай жануарларды көрдіңдер? 4. Лупа арқылы топырақтың бетін қараңдар. Үшкір таяқшамен топырақтың бетін қазып көріңдер. Содан кейін топырақты тағы лупа арқылы қараңдар. Не байқадыңдар? Сипаттама беріңдер. 5. Сипатталған экожүйеде жасанды құрамбөліктер бар ма? Ол суарылады ма? Ол жердің топырағына тыңайтқыштар енгізіледі ме? Мәдени өсімдіктер өсіріледі ме? 6. Сендер қарастырған экожүйе табиғи ма, әлде жасанды ма? Анықтаңдар. Экожүйе құрамбөліктерінің өзара байланысы туралы қорытынды жасаңдар. Олардың барлығы қажет пе? Экожүйе құрам- бөліктерінің біреуінің жойылуы қандай өзгерістер туғызуы мүмкін? 1 маdе лhdeli Konarmi пжжжж комектесндершшшш

СРОЧНО мини сообщение о плазме. По биологии ​

Вопросы для итоговой проверки знаний 1. Чем трехслойные многоклеточные плоские и круглые черви отличают- ся от двуслойных многоклеточных кишечнополост … ных? 2. Чем отличаются по строению плоские и круглые черви? Какие прогрес- Сивные особенности свойственны круглым червям? 3. Какие приспособления к паразитическому образу жизни характерны Для сосальщиков и ленточных червей? 4. Приведите примеры жизненных циклов со сменой поколений и с раз- ным типом размножения у плоских червей и без смены поколений у круглых червей. 5. Какими паразитическими плоскими и круглыми червями может зара- зиться человек при употреблении загрязненной пищи, при питье воды из водоемов, при поедании непроваренной рыбы, свиного или коровьего мя- ca? 6. Чем отличаются разные классы плоских червей: Ресничные, Сосаль- щики и Ленточные? 7. От каких предков произошли плоские черви? Каковы мнения ученых о происхождении паразитических плоских червей? 8. Приведите примеры окончательного и промежуточного хозяев паразитических червей. 9. Охарактеризуйте экологическое многообразие круглых червей. При- ведите примеры видов, обитающих в различных средах жизни. 10. От каких предков произошли круглые черви? Приведите доказатель- ства, 11. Каково значение плоских и круглых червей в природе? Какие парази- тические черви (гельминты) опасны для человека и домашних животных? даю 90 балов​

Укажіть довжину полінуклеотидного ланцюга в нм, якщо він складається з 345 нуклеотидів. A 103,5 Б 116,96 в 117,3 г 117,64​

Рассмотри рисунок. Размножение медуз цифры.png Определи, что обозначено цифрой 2. Ответ: . Определи животное, для которого характерен такой жизненный … цикл: красный коралл актиния аурелия​

§24. Общая характеристика обмена веществ и преобразование энергии

 

1. Какие понятия пропущены в биологических «уравнениях» и заменены вопросительными знаками?

Обмен веществ = ? + энергетический обмен

Анаболизм + ? = метаболизм

Ассимиляция + диссимиляция = ?

В первом «уравнении» вопросительным знаком заменено понятие «пластический обмен», во втором – «катаболизм», в третьем – «обмен веществ (метаболизм)».

 

2. Какие процессы называют ассимиляцией и диссимиляцией? Приведите примеры.

Ассимиляция (анаболизм, пластический обмен) – совокупность реакций синтеза сложных органических соединений из более простых веществ. Реакции пластического обмена идут с затратами (поглощением) энергии. Процессами ассимиляции являются: фотосинтез, биосинтез ДНК (репликация), биосинтез РНК, белков, липидов, полисахаридов и т.д.

Диссимиляция (катаболизм, энергетический обмен) – процессы расщепления сложных органических соединений до более простых веществ, которые сопровождаются выделением (высвобождением) энергии химических связей расщепляемых соединений. К процессам диссимиляции относится брожение и клеточное дыхание.

 

3. Чем автотрофные организмы принципиально отличаются от гетеротрофных?

Автотрофные организмы (большинство растений и водорослей, некоторые бактерии) способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофные организмы (животные, грибы, многие протисты и бактерии, бесхлорофилльные растения-паразиты) нуждаются в поступлении готовых органических соединений поскольку не способны синтезировать их из неорганических веществ.

 

4. Для осуществления каких процессов организмы используют энергию АТФ?

Молекулы АТФ, синтезированные в ходе реакций энергетического обмена, служат поставщиками энергии для процессов синтеза органических веществ, активного транспорта веществ через плазмалемму, деления клеток, передачи нервных импульсов. Благодаря энергии АТФ осуществляются все виды движения (в том числе и мышечного), поддерживается постоянная температура тела у птиц и млекопитающих и т.д.

 

5. В каких случаях процессы энергетического обмена в организме преобладают над процессами пластического обмена и наоборот?

Например, в молодых организмах преобладают процессы пластического обмена, благодаря чему обеспечивается запасание веществ, интенсивный рост и развитие организма. В старом организме, как правило, преобладают процессы энергетического обмена. То же самое наблюдается при высоких физических нагрузках и недостатке питательных веществ.

Интенсивность процессов энергетического и пластического обмена регулируется нервной системой и гормонами. Например, адреналин сдвигает баланс в сторону энергетического обмена, а инсулин и соматотропин (гормон роста) – в сторону пластического обмена.

 

6. Приведите примеры преобразования энергии в живом организме.

Например, при расщеплении питательных веществ высвобождается энергия, заключённая в их химических связях. Часть этой энергии рассеивается в виде тепла (т.е. преобразуется в тепловую), другая часть запасается в виде молекул АТФ. Работа мышц сопровождается преобразованием энергии макроэргических связей АТФ в механическую и тепловую энергию. В процессе фотосинтеза происходит преобразование световой энергии в энергию химических связей органических веществ.

 

7. Докажите справедливость утверждения: «Ассимиляция и диссимиляция — две стороны единого процесса обмена веществ и преобразования энергии в живых организмах».

Вещества, образующиеся в ходе энергетического обмена, могут использоваться в пластическом обмене – для синтеза более сложных органических веществ. И наоборот, продукты ассимиляции могут подвергаться расщеплению и служить источником энергии в процессах диссимиляции. АТФ, которая образуется в ходе энергетического обмена, расщепляется до АДФ и H

3PO₄ и служит источником энергии для реакций пластического обмена.

Таким образом, ассимиляция и диссимиляция – две взаимосвязанные стороны единого процесса обмена веществ и преобразования энергии в живых организмах.

 

8. Суточная норма углеводов для взрослого человека составляет 5—8 г на 1 кг массы тела (в зависимости от энергетических затрат организма). При окислении 5 г углеводов выделяется 88 кДж энергии, что достаточно для нагревания 1 кг тела человека от температуры 36,6ºС до температуры 62ºС. Попробуйте самостоятельно произвести этот несложный расчёт на основании знаний, полученных при изучении физики в 8-м классе. Учтите, что средняя удельная теплоемкость человеческого тела 3,47 кДж/(кг • ºС). К чему могло бы привести разогревание клеток тела человека до такой температуры? Почему этого на самом деле не происходит?

На уроках физики в 8-м классе учащиеся решали задачи, связанные с применением формулы расчёта количества теплоты:

Q = cm (t₂ – t₁),

где Q – количество теплоты, с – удельная теплоёмкость, m – масса тела, t₂ и t₁ – конечная и начальная температуры соответственно.

В нашем случае Q = 88 кДж, с = 3,47 кДж/(кг • ºС), m = 1 кг, t

1 = 36,6ºС.

● Рассчитаем, на сколько градусов Цельсия могла бы повыситься температура тела человека:

t₂ – t₁ = Q / cm = 88 кДж : (3,47 кДж/(кг • ºС) × 1 кг) ≈ 25,36ºС.

● Найдём конечную температуру тела человека:

t₂ ≈ 36,6ºС + 25,36ºС ≈ 62ºС.

Разогревание клеток тела человека до такой температуры привело бы к денатурации большинства белков, прекращению ферментативных процессов, частичному плавлению ДНК и в конечном итоге, к гибели клеток. Однако на самом деле этого не происходит, т.к. процесс расщепления и окисления углеводов осуществляется постепенно, поэтапно, и лишь часть высвобождаемой энергии преобразуется в тепловую, а другая часть запасается в макроэргических связях молекул АТФ.

Дашков М.Л.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

 

< Предыдущая		Следующая >

Приведите примеры организмов, которые используют энергию;а) химических связей органических веществ пищи;б) солнечного света.

Количеством перегноя (гумуса) 

11 месяцев назад

Растения.
Зеленые, покрытосеменные.
Цветут, растут, плодоносят.
Растенье — земли украшенье.
Жизнь.

Гомозиготными плодами

1 вариант:
1-1; 2-1; 3-2; 4-4; 5-4; 6-3; 7-1; 8-4; 9-3; 10-1; 11-2; 12-4
2 вариант:
1-4; 2-2; 3-2; 4-1; 5-3; 6-4; 7-1; 8-4; 9-1; 10-3; 11-2; 12-3

Рептилії і амфібії мають ряд подібностей, наприклад, вони обидва холоднокровні, відкладають яйця, хребетні і т.д. Однак, рептилії і амфібії мають ряд відмінностей: біологічна класифікація, анатомія, фізіологія і т.д. Зовнішній вигляд. Найбільш видима різниця між рептиліями і амфібіями в структурі поверхні тіла. Рептилії покриті лускою або шипами. Це дозволяє їм з легкістю міняти шкіру. Амфібії вологі і, в основному гладкі, іноді злегка слизові або липкі. Ще одне видиме відмінність у рептилій пальці з кігтями, а в амфібій вони відсутні. Розмноження. Обидва класи розмножуються, відкладаючи яйця, але їх структури різні. Яйця рептилій мають жорсткі, шкірясті оболонки, які, як правило, закладені в гніздах або під землею. Амфібії відкладають яйця із захисної мембрани і, як правило, розташовують їх на стеблах рослин під водою. Життєві етапи. Коли вилуплюються дитинчата рептилій, вони виглядають, як мініатюрна версія батька. Після вилуплення амфібії з’являються у формі пуголовка, який дихає зябрами.

Плодородие почвы: повышение урожайности с помощью ядерных методов

Содействие продовольственной безопасности и экологической устойчивости в сельскохозяйственных системах требует комплексного подхода к управлению плодородием почв, который помогает увеличить объем производства сельскохозяйственных культур, сводя к минимуму извлечение запасов питательных веществ из почвы и ухудшение ее физических и химических свойств, что может привести к деградации земель и в том числе к эрозии почв. Подобная методика управления плодородием почв предусматривает применение удобрений и органических веществ, севооборот с бобовыми и использование улучшенной зародышевой плазмы, а также требует знания того, как адаптировать эти практики к местным условиям.

Объединенный отдел ФАО/МАГАТЭ содействует государствам-членам в разработке и внедрении технологий, основанных на ядерных, с тем чтобы оптимизировать практику улучшения плодородия почв, тем самым способствуя интенсификации производства сельскохозяйственных культур и сохранению природных ресурсов.

Другие подходы к эффективному повышению плодородия почв

Комплексное управление плодородием почв преследует цель увеличения эффективности использования питательных веществ в сельском хозяйстве и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Этого можно добиться за счет использования зернобобовых культур, которые улучшают плодородие почв за счет биологической фиксации азота, и применения химических удобрений.

Будь то выращивание бобовых на зерно, в качестве сидерата, для пастбищ или в качестве посадок для агролесомелиоративных систем, главная ценность бобовых культур заключается в их способности фиксировать атмосферный азот, что позволяет уменьшить объем использования коммерческих азотных удобрений и нарастить плодородие почв. Бобовые, способные к связыванию азота, являются основой для устойчивых систем ведения сельского хозяйства, в которых используется комплексное управление питательными веществами. Применение азота-15 позволяет оценить динамику и взаимодействие между различными источниками в сельскохозяйственных системах, включая фиксацию азота бобовыми и утилизацию азота почвы и азота удобрений сельскохозяйственными растениями, как при возделывании монокультур, так и в случае смешанных систем земледелия.

Плодородность почв можно дополнительно улучшить за счет включения покровных культур, которые добавляют органические вещества в почву, что приводит к улучшению ее структуры и способствует созданию здоровой плодородной почвы; используя сидерат или выращивание бобовых с целью фиксации азота из воздуха в процессе биологической фиксации; путем применения микродоз удобрений, с целью восполнения потерь, вызванных поглощением растениями и другими процессами; а также за счет сокращения потерь путем выщелачивания под корневой зоной с использованием воды и питательных веществ улучшенного качества.

Чем помогают ядерные и изотопные методы

Изотопы азота-15 и фосфора-32 используются для отслеживания оборота меченых азотных и фосфорных удобрений в почвах, культурах и воде, позволяя получать количественные данные об эффективности использования, круговороте, остаточных эффектах и трансформации этих удобрений. Подобные сведения имеют ценность при разработке усовершенствованных стратегий применения удобрений. Изотопная методика с применением азота-15 также используется для количественного определения объема азота, связанного из атмосферы путем биологической фиксации бобовыми.

Изотопная сигнатура углерода-13 помогает количественному изучению использования пожнивных остатков с целью стабилизации почвы и повышения ее плодородности. Методика также позволяет оценить эффекты консервационных мер, например, влияние использования пожнивных остатков на влажность и качество почв. Эти сведения позволяют идентифицировать происхождение и относительный вклад различных типов сельскохозяйственных растений в почвенное органическое вещество.

70 направлений деятельности ООН: изменяя мир к лучшему

Мир и безопасность

 

Сотрудники полиции МООНЮС из отдела защиты детей посещают школу. Фото ООН / Дж.С Макилвайн

 

 

1. Поддержание мира и безопасности

За последние шесть десятилетий ООН создала и направила в «горячие точки» планеты 69 миссий по поддержанию мира и наблюдению. Благодаря этому была достигнута нормализация обстановки, что позволило многим странам преодолеть последствия конфликтов. В настоящее время в мире осуществляется 16 миротворческих операций, в которых участвуют около 125 000 отважных мужчин и женщин из 120 стран мира, которые отправляются туда, куда не могут или не желают отправляться другие.

2. Установление мира

Благодаря посредническим усилиям ООН или действиям третьих сторон при поддержке ООН третьих сторон с 1990-х годов прошлого века удалось положить конец многим конфликтам. Речь идет, в частности, о конфликтах в Сьерра-Леоне, Либерии, Бурунди и конфликте между северной и южной частями Судана и Непале. Согласно результатам проведенных исследований деятельность ООН по установлению и поддержанию мира и предотвращению конфликтов стала одним из главных факторов 40-процентного сокращения с 1990-х годов прошлого века числа конфликтов в мире. Используя превентивную дипломатию и другие формы превентивных действий, ООН сумела предотвратить многие потенциальные конфликты. Кроме того, осуществляемые ООН 11 миротворческие миссии на местах участвуют в урегулировании постконфликтных ситуаций и занимаются миростроительством.

3. Укреплeниe мирa

Комиссия по миростроительству который поддерживает усилия по установлению мира в странах, переживших конфликты, и является важным инструментом международного сообщества для решения более широких задач по обеспечению мира и безопасности. Комиссия по миростроительству выполняeт следующие функции: обеспечивает взаимосвязь всех участвующих сторон, включая международных доноров, международные финансовые учреждения, национальные правительства, страны, предоставляющие воинские контингенты; мобилизует ресурсы; и рекомендует комплексные стратегии постконфликтного миростроительства и восстановления. Путем обеспечения своевременного финансирования Фонд миростроительствa способствует реализации 222 проектов в 22 странах.

4. Предотвращение распространения ядерного оружия

На протяжении более пяти десятилетий Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) выполняет функции мирового инспектора в ядерной области. Эксперты МАГАТЭ следят за тем, чтобы подлежащие контролю ядерные материалы использовались исключительно в мирных целях. На настоящий момент у Агентства имеются соглашения о гарантиях с более чем 180 государствами.

5. Расчистка территорий от противопехотных мин

ООН помогает уничтожать противопехотные мины в приблизительно 30 странах и территориях, в том числе в Афганистане, Боснии и Герцеговине, Демократической Республике Конго, Ираке, Колумбии, Ливии Мозамбике и Судане. От противопехотных мин ежегодно погибают или получают увечья тысячи мирных граждан. ООН также обучает людей тому, как избежать опасности, помогает жертвам обрести самостоятельность, оказывает содействие странам в уничтожении запасов противопехотных мин и ратует за участие всех членов международного сообщества в договорах, касающихся противопехотных мин.

6. Содействиe разоружению

Важнейшей целью Организации Объединенных Наций в области обеспечения мира и безопасности является всеобщее разоружение и ограничение вооружений. ООН добивается предотвращения распространения а, в конечном итоге, и полной ликвидации ядерного оружия, уничтожения химического оружия и запрета биологического оружия. Кроме того, ООН активно препятствует распространению наземных мин, стрелкового оружия и легких вооружений. Договоры ООН являются правовой основой для усилий в области разоружения: Конвенция о химическом оружии былa ратифицированa 190 государствами, Конвенция о запрещении мин — 162 государствами, а Договор о торговле оружием — 69 государствами. Зачастую миротворцы ООН обеспечивают реализацию соглашений в области разоружения между воюющими сторонами. В Сальвадоре, Сьерра-Леоне, Либерии и других странах, этa работа привелa к демобилизации, а также сдаче оружия воюющими сторонами и его последующей утилизации в рамках общего мирного соглашения.

7. Борьба с терроризмом

Государства-члены координируют свои усилия по борьбе с терроризмом в рамках Организации Объединенных Наций. В 2006 году Организация Объединенных Наций приняла глобальную стратегию противодействия терроризму — первый в истории случай, когда все страны выработали глобальныйй подход к борьбе с терроризмом. Учреждения и программы Организации Объединенных Наций оказали странам помощь в практическом осуществлении общей стратегии, оказали им юридическую помощь и содействовали международному сотрудничеству в борьбе с терроризмом. Организация Объединенных Наций обеспечила также нормативную базу для борьбы с терроризмом. Под эгидой Организации Объединенных Наций были проведены переговоры, завершившиеся принятием 14 глобальных международно-правовых документов, в том числе заключением договоров о борьбе с захватом заложников, угоном воздушных судов, бомбовым терроризмом, финансированием терроризма и о борьбе с ядерным терроризмом.

8. Предотвращение геноцида

Организация Объединенных Наций подняла вопрос о принятии первого в истории договора по борьбе с геноцидом — действий, совершаемых с целью уничтожения определенной национальной, этнической, расовой или религиозной группы людей. Конвенция о предупреждении преступления геноцида и наказании за него (1948 год) былa ратифицированa 146 государствами, которые признают что геноцид независимо от того, совершается ли он в мирное или военное время, является преступлением, которое нарушает нормы международного права, и против которого они обязуются принимать меры предупреждения и карать за его совершение. Международный трибунал по бывшей Югославии, Международный трибунал по Руанде, смешанныe уголовныe суды, созданныe совместно Королевским правительством Камбоджи и ООН, являются примером тoгo, что такие преступления признаются незаконными. Программa просветительской деятельности «Холокост и ООН» стремится напомнить миру об уроках, которые нужно извлечь из Холокоста для предотвращения геноцида. Специальный советник Генерального секретаря по предупреждению геноцида следит зa опасными ситуациями, доводит иx до сведения Генерального секретаря и Совета Безопасности, и выносит соответствующие рекомендации.

9. Борьба с сексуальным насилием в конфликтах

Изнасилование женщин чаcтo является орудием войны. По существующим оценкам, 60 000 женщин были изнасилованы во время гражданской войны в Сьерра-Леоне (1991–2002 гг.), до 60 000 женщин в бывшей Югославии (1992–1995 гг.), до 250 000 женщин во время геноцида в Руанде (1994 год), более чем 40 000 женщин в Либерии (1989–2003 гг.) и, по меньшей мере, 200 000 женщин в Демократической Республике Конго, начиная с 1998 года. Сексуальное насилие характернo для многих конфликтoв oт Афганистана дo Иракa и oт Сомали дo Сирии. Специальный представитель Генерального секретаря по вопросу о сексуальном насилии в условиях конфликта помогaeт странам разрабатывать и реализовывать законы, предусматривающие уголовную ответственность за изнасилование в военное время, и призванные положить конец безнаказанности; помогaeт странам разработать программы помощи жертвам в их реабилитации; реализует программы обучения полицейских, прокуроров и судей; поддерживает развитие специализированных подразделений женщин-полицейских, которые расследуют обвинения в изнасиловании.

Экономическое развитие

 

Строительные рабочие за делом, Тяньцзинь. Китай. Фото: Янг Айдзюнь / Всемирный банк

 

 

10. Содействие развитию

ООН занимается вопросами повышения уровня жизни людей, развития у них необходимых для этого навыков и развития человеческого потенциала в мире, направляя на эти цели имеющиеся ресурсы. Начиная с 2000 года, она руководствуется в своей деятельности Целями развития тысячелетия (Декларация тысячелетия). Практически все средства, направляемые ООН в рамках оказания помощи в целях развития, формируются за счет взносов стран-доноров. Так,Программа развития ООН (ПРООН), сотрудники которой работают в 170 странах, оказывает поддержку в осуществлении более чем 4800 проектах, направленных на сокращение масштабов нищеты, содействие благому управлению, урегулирование кризисов и сохранение окружающей среды. Детский фонд ООН (ЮНИСЕФ) осуществляет свою деятельность в более чем 150 странах, занимаясь главным образом вопросами защиты детей, иммунизации, образования для девочек и чрезвычайной помощью. Конференция ООН по торговле и развитию (ЮНКТАД) содействует тому, чтобы развивающиеся страны в максимальной степени использовали имеющиеся у них возможности в сфере торговли. Всемирный банкпредоставляет развивающимся странам кредиты и субсидии, при этом с 1947 года он оказал поддержку в осуществлении более 12 000 проектов в области развития более чем в 170 странах.

11. Сокращение масштабов нищеты

Международный фонд сельскохозяйственного развития(МФСР) предоставляет под небольшой процент ссуды и субсидии для наиболее бедных слоев населения, проживающих в сельских районах. За период с 1978 года МФСР инвестировал более 15 млрд. долл. США для оказания помощи более 430 миллионам женщин и мужчин в выращивании и продаже продуктов питания и в увеличении их доходов и обеспечения средствами к существованию их семей. В настоящее время МФСР оказывает поддержку в реализации более 240 программ и проектов в 147 странах.

12. Развитие Африки в центре внимания

Оказание помощи Африке по-прежнему является одним из приоритетных направлений деятельности ООН. В 2001 году главы африканских государств приняли свой собственный план — Новое партнерство в интересах развития Африки, который в 2002 году получил одобрение Генеральной Ассамблеи как основной механизм оказания международной поддержки Африке. Африканский континент получает 36 процентов всего объема средств, расходуемых системой ООН на цели развития, больше чем какие-либо другие регионы мира. Все учреждения ООН разработали специальные программы в интересах Африки.

13. Содействие благополучию женщин

Структура «ООН-женщины» оказывает содействие в обеспечении равенства и расширения возможностей женщин. Структура оказывает поддержку в осуществлении программ в более чем 100 странах, для того чтобы положить конец насилию в отношении женщин, обратить вспять распространение ВИЧ/СПИДа, оказать поддержку участию женщин в политической жизни и содействовать их экономической безопасности, например путем расширения их доступа на рынок труда и их прав на землевладение и наследование имущества. Международный учебный и научно-исследовательский институт по улучшению положения женщин (МУНИУЖ), также являющийся составной частью структуры «ООН-женщины», осуществляет для этого исследования, ориентированные на практические действия, и содействует созданию потенциала, необходимого для решения проблем безопасности, развития, участия в политических вопросах и миграции. Все учреждения ООН обязаны учитывать в своей деятельности нужды женщин.

14. Создание условий для предпринимательской деятельности

Деятельность ООН благоприятствует деловой активности. Благодаря принятию путем переговоров общеприемлемых технических норм в таких разнообразных областях, как статистика, торговое право, таможенные процедуры, интеллектуальная собственность, авиация, транспортные перевозки и электросвязь, Организация обеспечивает «мягкую» инфраструктуру для глобальной экономики, содействуя тем самым экономической деятельности и сокращая накладные расходы. Она обеспечила основу для инвестиций в экономику развивающихся стран, содействуя стабильности и поощряя благое управление, ведя борьбу с коррупцией и добиваясь проведения разумной экономической политики и принятия законодательства, способствующего развитию предпринимательской деятельности.

15. Поддержка промышленного сектора

Организация Объединенных Наций по промышленному развитию (ЮНИДО) выполняет посредническую роль в вопросах, касающихся сотрудничества в промышленном секторе, поощрения предпринимательства, инвестиций, передачи технологии и рентабельного и устойчивого промышленного развития по линии Север-Юг и Юг-Юг. Организация помогает странам адаптироваться к процессу глобализации и бороться с нищетой.

16. Борьба с голодом

Глобальные усилия по борьбе с голодом возглавляет Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО). Главной целью деятельности ФАО является обеспечение всеобщей продовольственной безопасности, при которой людям всех стран был бы обеспечен регулярный доступ к достаточному количеству высококачественных продуктов питания, для того чтобы они могли вести активный и здоровый образ жизни. Предоставляя услуги как развитым, так и развивающимся странам, ФАО выполняет роль нейтрального форума, в рамках которого все государства участвуют как равные партнеры в переговорах с целью достижения соглашений и обсуждают вопросы политики. ФАО также помогает развивающимся странам модернизировать и совершенствовать методы ведения сельского хозяйства, лесоводства и рыболовства таким образом, чтобы обеспечить сохранение природных ресурсов и улучшить питание.

17. Улучшение глобальных торговых отношений

Конференция ООН по торговле и развитию (ЮНКТАД) оказывает развивающимся странам помощь в проведении переговоров с целью заключения торговых соглашений и установлении преференциального режима для их экспорта. Благодаря организованным ЮНКТАД переговорам были заключены международные соглашения о сырьевых товарах, которые обеспечивают развивающимся странам справедливые цены на их товары; ЮНКТАД также содействует повышению эффективности их торговой инфраструктуры и помогает им диверсифицировать свое производство и интегрироваться в глобальную экономику.

18. Содействие экономическим реформам

Всемирный банк и Международный валютный фонд оказали многим странам помощь в совершенствовании структуры управления их экономикой, предоставили странам временную финансовую помощь для преодоления трудностей, обусловленных их торговым балансом, и предложили помощь в профессиональной подготовке сотрудников государственных учреждений, ведающих финансовыми вопросами.

19. Поддержка гражданскoй авиации

Цель Международнoй организации гражданской авиации (ИКАО) состоит в удовлетворении потребностей жителей планеты в безопасных, эффективных и экономичных международных воздушных перевозках и обеспечении безопасного и планомерного развития международной гражданской авиации в мире. ИКАО способствует созданию и эксплуатации воздушных судов в мирных целях, увеличению числа авиалиний, аэропортов и расширению использования навигационного оборудования. ИКАО принимает меры по минимизации воздействия авиации на окружающую среду за счет сокращения авиационной эмиссии. Международная гражданской авиация — первая отрасль, поставившая цель заморозить объемы выбросов углерода на уровне показателей 2020 года и достичь двухпроцентного ежегодного ростa эффективности в использовании топливa. Благодаря деятельности ИКАО гражданскaя авиация стала самым безопасным видoм транспорта. В 1947 году, из 21 млн. авиапассажиров, 590 погибли в авиационных катастрофах; в 2013 году — из 3,1 млрд. авиапассажиров погибли 173 пассажирa.

20. Улучшение морского судоходства

Международная морская организация (ИМО) отвечает за повышение надежности и безопасности судоходства и за предотвращение загрязнения морской среды, обеспечивает механизмы международного сотрудничества в разработке норм и правил, связанных с техническими вопросами, влияющими на международное судоходство. Благодаря деятельности ИМО, снизилось число кораблекрушений, сократилось количество случаев гибели людей, а также сократилось количество аварий при транспортировке топлива. Положительная тенденция сохраняется, несмотря на увеличение объемов морских перевозок. В 2013 году объем морских перевозок достиг 9,6 млрд. тонн.

21. Мобилизация мирового сообщества на решительные действия в поддержку детей

От Афганистана до Ливана и от Судана до бывшей Югославии — повсюдуЮНИСЕФ выступил с новаторской инициативой проведения «дней спокойствия» и открытия «коридоров мира» для доставки вакцин и другой жизненно необходимой помощи, в которой так нуждаются дети, оказавшиеся заложниками вооруженных конфликтов. В 193 странах Конвенция о правах ребенка приобрела силу закона. После проведения в 2002 году специальной сессии Генеральной Ассамблеи ООН, посвященной детям, правительства 190 стран взяли на себя обязательствавыполнить в конкретно определенные сроки задачи в области здравоохранения, образования, защиты от жестокого обращения, эксплуатации и насилия и борьбы против ВИЧ/ СПИДа.

22. Преобразование трущоб в нормальное жилье

В настоящее время в городах проживает половина всего человечества. Они являются крупными центрами национального производства и потребления — экономических и социальных процессов, которые обеспечивают создание богатства и возможностей. Однако население городов также страдает от болезней и преступности, загрязнения и нищеты. Более половины населения многих городов в развивающихся странах проживает в городских трущобах, где практически или совершенно отсутствуют нормальное жилье, водоснабжение и канализация. Программа ООН по населенным пунктам (ООН-Хабитат), в рамках которой осуществляется около 100 технических программ и проектов примерно в 60 странах, стремится вместе с правительствами, местными властями и неправительственными организациями найти новаторские решения проблем больших и малых городов. Речь идет о создании для городской бедноты гарантий против необоснованного выселения, что в свою очередь будет стимулировать инвестиции в жилищное строительство и обеспечение основных услуг для бедных слоев населения.

23. Обеспечение на местах доступа к глобальной сети

Всемирный почтовый союз (ВПС) содействует обмену международными почтовыми отправлениями и развивает структуру социальных, культурных и коммерческих связей между людьми и деловыми кругами, используя с этой целью современные услуги и товары. Около 640 тысяч функционирующих в мире почтовых отделений образуют одну из самых глобальных сетей, которая содействует передаче информации, товаров и денежных средств. Интернет и новые технологии открыли новые возможности для почтовых служб, особенно в сфере электронной торговли, поскольку товары, заказанные в режиме онлайн, пока еще нельзя отправлять электронным способом. Почта по-прежнему является важнейшим связующим звеном между физическими, цифровыми и финансовыми операциями и одним из ключевых партнеров глобального развития.

24. Совершенствование глобальной электросвязи

Международный союз электросвязи (МСЭ) содействует объединению усилий правительств и промышленных кругов и координирует функционирование глобальных сетей и служб электросвязи. МСЭ координирует совместное использование диапазона радиоволн, поощряет международное сотрудничество в распределении спутниковых орбит, предпринимает усилия для совершенствования инфраструктуры электросвязи в развивающихся странах и проводит переговоры об установлении общемировых стандартов, обеспечивающих бесперебойное взаимное соединение широкого спектра коммуникационных систем. От широкополосного Интернета до технологий беспроводной связи последнего поколения, от навигационного обеспечения воздушных и морских судов до радиоастрономии и спутниковой метеорологии, от услуг телефонной связи до систем телевещания и коммуникационных сетей нового поколения — во всех этих секторах МСЭ готов обеспечить связь людей во всем мире. Деятельность МСЭ способствовала тому, что сектор телекоммуникаций превратился в глобальную индустрию, стоимость которой составляет 2,1 трлн. долл. США.

25. Содействие международнoму туризму

В 2014 году 1,1 млрд. человек совершали поездки за границу. В 2014 году объем экспортных поступлений от туристической деятельности составил 1,5 трлн. долл. США. Всемирная туристская организация финансирует и реализует проекты развития в сфере туризма, передает опыт туристской деятельности развивающимся странам в целях обеспечения устойчивого развития. ВТООН является исполнительным агентством Программы развития ООН. Ответственность, надежность и общедоступность — этим принципам ВТООН призывает следовать в туристической сфере. ВТООН распространяет информацию о положении дел в туристическом секторе, способствует проведению конкурентоспособной и устойчивой политики в сфере туризма, улучшению подготовки кадров в этой области, и делаeт туризм инструментом развития на основе проектов технической помощи в более чем 100 странах. Глобальный этический кодекс туризма необходим для того, чтобы помочь максимально увеличить выгоду от развития туризма для населения, и свести к минимуму отрицательные последствия такой деятельности для окружающей среды.

26. Мобилизация добровольцев для развития и мира

Программа добровольцев ООН (ДООН) способствует развитию добровольчества для обеспечения мира и развития во всем мире. Добровольчество может изменить темпы и характер развития, общество, и самих добровольцев. В деятельности ДООН ежегодно участвуют около 8 000 женщин и мужчин из более 160 стран мира. Работая в 130 странах, добровольцы поддерживают проекты развития по линии миротворческих и гуманитарных операций. Более 75 процентов из них приезжают из развивающихся стран, и приблизительно треть работают в качестве добровольцев в собственных странах.

27. OOН кaк Аналитический центр

Организация Объединенных Наций занимается активной исследовательской деятельностью для решения глобальных задач. Отдел народонаселения ООН является ведущим центром изучения тенденций в области народонаселения и проведения демографических оценок. Статистический Отдел ООН является центром глобальной статистической системы. Отдел занимается составлением и распространением экономических, демографических, социальных, гендерных, экологических и энергетических статистическиx данных. В ежегодном Докладе о развитии человека Программы развития Организации Объединенных Наций содержатся объективные данные об основных вопросах развития, а также приводится индекс человеческого развития. Обзор Организации Объединенных Наций — Обзор мирового экономического и социального положения; oбзор Всемирнoгo Банкa — Доклад о мировом развитии; Перспективы развития мировой экономики — Международного валютного фонда и другиe исследования призвaны помочь политикам принимать обоснованные решения.

Социальное развитие

 

Девочки из местного горного племени хохочут на качелях в Сапе, Вьетнам. Фото ООН / Кибае Парк

 

 

28. Повышение уровня грамотности и улучшение положения в области образования

В настоящее время 84 процента взрослого населения умеет читать и писать, а 91 процент детей посещают начальную школу. В настоящее время поставлена цель обеспечить, чтобы к 2015 году все дети получали полное начальное образование. Программы, содействующие образованию и улучшению положения женщин, а также расширению их прав, способствовали тому, что уровень грамотности среди женщин возрос до 79,9 процентов в 2011 году. Теперь поставлена цель обеспечить, чтобы к 2015 году все девочки получали полное начальное и среднее образование.

29. Сохранение исторических, культурных, архитектурных и природных памятников

Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) оказывает помощь 137 странам в охране памятников старины, а также исторических, культурных и природных объектов. Она организовала переговоры с целью заключения международных конвенций, призванных обеспечить сохранение культурных ценностей, культурного разнообразия и выдающихся культурных и природных объектов. Более 1000 таких объектов были признаны объектами всемирного наследия.

30. Содействие научным и культурным обменам

ЮНЕСКО содействует сотрудничеству в сфере образования и науки, защите культурного наследия и развитию форм культурного самовыражения, в том числе меньшинств и коренных народов. Инициатива «Взаимодействие с академическими кругами», к которой присоединилoсь около 1200 филиалoв академических институтов, обеспечивает платформу, позволяющую Организации Объединенных Наций и академическому сообществу совместно работать над осуществлением задач и мандата Организации в целях формирования единой глобальной культуры интеллектуальной и социальной ответственности перед обществом.

31. Решение глобальных проблем

Университет Организации Объединенных Наций представляет собой международное сообщество ученых, занятых исследовательской работой, подготовкой аспирантов, распространением знаний c 13 научно-исследовательскими и учебными институтaми и программaми в 12 странах мира. Университет работает с ведущими университетами и научно-исследовательскими институтами, изучая такие вопросы, как глобальное изменение климата, устойчивое развитие, методы обеспечения развития, а также вопросы, касающиеся таких областей, как наука и техника, инновации и общество. Преподавательская деятельность аспирантов Университетa способствует распространению знаний в развивающихся странах.

32. Принимая на себя инициативу по глобальным вопросам

Первая конференция Организации Объединенных Наций по окружающей среде (Стокгольм, 1972 год) привлекла внимание мирового сообщества к проблемам экологического неблагополучия, сложившегося на планете, побуждая правительствa к конкретной деятельности. Первая Всемирная конференция по положению женщин (Мехико, 1985 год) положилa начало международному диалогу с целью улучшения положения женщин. Другие знаковые события включают: первую Международную конференцию по правам человека (Тегеран, 1968 год), первую Всемирную конференцию по народонаселению (Бухарест, 1974 год) и первую Всемирную климатическую конференцию (Женева, 1979 год). В этиx событияx приняли участие эксперты и политики, а также активисты из разных стран мира, что способствовалo углублению понимания, накоплению и распространению знаний и информации. Последующие конференции помогли сохранить интерес к этим проблемам.

Права человека

 

Участник одиннадцатой сессии Постоянного форума ООН по вопросам коренных народов в традиционном костюме. Фото ООН / Девра Берковиц

 

 

33. Поощрение прав человека

С момента принятия Генеральной Ассамблей в 1948 году Всеобщей декларации прав человека Организация Объединенных Наций оказала содействие в принятии и осуществлении десятков всеобъемлющих соглашений о политических, гражданских, экономических, социальных и культурных правах. Расследуя индивидуальные жалобы, правозащитные органы ООН привлекают внимание международной общественности к случаям пыток, исчезновения людей, произвольного задержания и других нарушений прав человека и способствуют оказанию международным сообществом давления на правительства, чтобы побудить их улучшить положение в области прав человека в своих странах.

34. Содействие развитию демократии

ООН поощряет и укрепляет демократические институты и демократические методы управления во всем мире, содействуя, в частности, участию людей в свободных и справедливых выборах. ООН оказала помощь в проведении выборов более чем 100 странам, причем часто в решающие моменты их истории. В 1990-е годы ООН организовала проведение или мониторинг исторических выборов в Камбодже, Сальвадоре, Южной Африке, Мозамбике и Тимор-Лешти. Совсем недавно ООН предоставила важную помощь во время выборов в Афганистане, Бурунди, Демократической Республике Конго, Ираке, Непале, Сьерра-Леоне и Судане.

35. Содействие достижению самоопределения и независимости

В 1945 году — когда была создана Организация Объединенных Наций — 750 млн. человек (почти треть населения земного шара) проживали в несамоуправляющихся территориях, находившихся в зависимости от колониальных держав. ООН содействовала достижению независимости более чем 80 странами, которые в настоящее время являются суверенными государствами.

36. Искоренение апартеида в Южной Африке

Организация Объединенных Наций, которая прибегла к различным мерам — от введения эмбарго на поставки оружия до принятия Конвенции против апартеида в спорте, — сыграла решающую роль в деле ликвидации системы апартеида. В результате прошедших в 1994 году выборов, в которых было разрешено участвовать всем южноафриканцам на равноправной основе, было сформировано многорасовое правительство.

37. Защита прав женщин

Одной из долгосрочных задач ООН является улучшение положения женщин и расширение их прав и возможностей, для того чтобы они могли в большей мере распоряжаться своей судьбой. ООН провела впервые в истории Всемирную конференцию по положению женщин (Мехико, 1975 год), которая наряду с проведенными в период Десятилетия женщин ООН (1976–1985 годы) двумя всемирными конференциями и Всемирной конференцией в Пекине (1995 год) определила повестку дня для защиты прав женщин и содействия гендерному равенству. Подписанная в 1979 году Конвенция ООН о ликвидации всех форм дискриминации в отношении женщин, которую ратифицировали 188 стран, сыграла важную роль в поощрении прав женщин во всем мире.

38. Борьба с насилием в отношении женщин

Тридцать пять процентов женщин во всем мире сталкивались с физическим и сексуальным насилием. 603 миллионa женщин живут в странах, в которых насилие в семье не считается преступлением. Kаждая четвертая женщинa подвергается физическому или сексуальному насилию во время беременности. C насилием в семье по-прежнему мирятся во многих обществах. Для решения этой проблемы, cтруктурa ООН-Женщины стремится привлечь к своей деятельности мужчин и юношей, работает с местным населением и поддерживает принятие законов по по борьбе с домашним и сексуальным насилием. Целевой фонд Организации Объединенных Наций по искоренению насилия в отношении женщин выделил средства в объеме 103 миллионов долл. США на реализацию 393 инициатив в 136 странах и территориях. Всемирная кампания “Сообща покончим с насилием в отношении женщин” содействует привлечению внимания к проблеме насилия в отношении женщин и девочек и способствует мобилизации политическoй воли и выделению средств для борьбы с этим злом.

39. Содействие обеспечению достойных условий труда

Международная организация труда (МОТ) установила стандарты и основополагающие принципы, а также закрепила права на трудовую деятельность, включая свободу ассоциаций и право на ведение переговоров о заключении коллективных трудовых соглашений, искоренение всех форм принудительного труда, ликвидацию детского труда и искоренение дискриминации на рабочем месте. Основными направлениями деятельности МОТ являются содействие обеспечению занятости, социальной защиты для всех и активному социальному диалогу между организациями работодателей и трудящихся и правительствами стран.

40. Поощрение свободы печати и свободы слова

Стремясь обеспечить положение, при котором все люди могли бы получать информацию, не подверженную цензуре и отражающую культурное разнообразие, ЮНЕСКО помогает развивать и укреплять средства массовой информации и оказывает поддержку независимым издателям газет и вещательным компаниям. ЮНЕСКО также стоит на страже свободы печати и публично осуждает такие грубые нарушения, как убийства и задержания журналистов.

41. Поощрение прав инвалидов

ООН возглавляет борьбу за обеспечение полного равенства инвалидов, поощряя их участие в социальной, экономической и политической жизни. ООН доказала, что инвалиды являются одним из важных ресурсов общества, и стала инициатором заключения первого в истории договора о защите их прав и достоинства во всех странах мира — Конвенции о правах инвалидов 2006 года, которую ратифицировали 150 стран.

42. Улучшение положения коренных народов

ООН обратила внимание мирового сообщества на исключительно несправедливое отношение к 370–500 миллионам человек, принадлежащих к числу коренных народов, проживающих примерно в 90 странах мира, которые являются одними из наиболее обездоленных и уязвимых групп населения в мире. Постоянный форум по вопросам коренных народов, в состав которого входят 16 членов, добивается улучшения положения коренных народов повсюду в мире во всех областях, касающихся развития, культуры, прав человека, охраны окружающей среды, образования и здравоохранения. Экспертный механизм по правам коренных народов вносит предложения по улучшению ситуации с правами коренных народов.

Окружающая среда

 

Йокюльсадлон, большая ледниковая лагуна на юго-востоке Исландии. Лагуна появилась здесь после того, как ледник начал таять со стороны Атлантического океана. Фото ООН/ Эскиндер Дебебе

 

 

43. Поиск глобального решения проблемы изменения климата

Изменение климата представляет собой глобальную проблему, которая требует глобального решения. ООН возглавляет усилия, призванные дать научную оценку последствий этой проблемы и содействовать ее политическому решению.Межправительственная группа по изменению климата, в работе которой участвуют 2000 ведущих ученых, занимающихся проблемой изменения климата, публикует каждые пять-шесть лет всеобъемлющие научные оценки: в 2007 году она сделала окончательный вывод о том, что изменение климата — это реальный факт и что одной из основных его причин является деятельность человека. В настоящее время 196 участников Рамочной конвенции ООН об изменении климата проводят переговоры с целью заключения соглашений по сокращению выбросов в атмосферу, способствующих изменению климата, которые помогут странам бороться с последствиями. Ведущую роль в информировании общественности об этой проблеме играют Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) и другие учреждения системы ООН.

44. Помощь странам в преодолении последствий изменения климата

ООН оказывает развивающимся странам помощь в решении проблем, обусловленных глобальным изменением климата. Тридцать восемь учреждений ООН создали партнерство, с целью найти всеобъемлющее решение этой проблемы. Так, Глобальный экологический фонд, объединяющий 39 учреждений ООН, финансирует осуществление проектов в развивающихся странах. Являясь финансовым механизмом Конвенции по климату, он выделяет примерно 550 млн. долл. США в год на осуществление проектов, направленных на поиск новых технологий, повышение энергоэффективности, поиск возобновляемых источников энергии и создание устойчивых транспортных систем.

45. Охрана окружающей среды

ООН занимается решением глобальных экологических проблем. Являясь международным форумом для формирования консенсуса и заключения путем переговоров соглашений, ООН занимается решением таких глобальных проблем, как изменение климата, истощение озонового слоя, токсичные отходы, обезлесение и исчезновение биологических видов, а также загрязнение воздуха и воды. До тех пор, пока не будут решены эти проблемы, обеспечить долгосрочную устойчивость рынков и экономических хозяйств не удастся, поскольку экологические потери ведут к истощению природного «капитала», который обеспечивает основу для экономического роста и самого существования человечества.

46. Защита озонового слоя

Программа ООН по окружающей среде и Всемирная метеорологическая организация играют важную роль в определении масштабов ущерба, причиненного озоновому слою Земли. Реализация положений договора, известного как Монреальский протокол, позволила странам осуществлять поэтапный отказ от химических веществ, которые вызывают истощение озонового слоя, и заменять их безопасными веществами. Это поможет уберечь миллионы людей от такого заболевания, как рак кожи, которое является следствием повышенной ультрафиолетовой радиации.

47. Обеспечение населения безопасной питьевой водой

В период Международного десятилетия снабжения питьевой водой и санитарии (1981–1990 годы) более миллиарда человек впервые в своей жизни получили доступ к безопасной питьевой воде. К 2002 году доступ к безопасной питьевой воде получили еще 1,1 миллиарда человек. Проведение в 2003 году Международного года пресной воды помогло яснее осознать важность сохранения этого ценного ресурса. В ходе Международного десятилетия действий «Вода для жизни» (2005–2015 годы) предусматривается сократить вдвое долю населения, не имеющего доступа к безопасной питьевой воде, вдвое.

48. Борьба с истощением рыбных запасов

Около 90% запасов крупных морских промысловых рыб эксплуатируются почти на грани их устойчивых пределов или даже за этой гранью. ФАО осуществляет мониторинг в области глобального рыболовства и статуса запасов диких рыб, а также работает со странами в деле улучшения управления рыболовством, искоренения незаконного промысла, поощрения ответственной международной торговли рыбой и защиты исчезающих видов и окружающей среды.

49. Запрещение токсичных химических веществ

Для того чтобы избавить мир от когда-либо созданных наиболее опасных химических веществ, была принята Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях. Эта Конвенция, которую ратифицировали 179 стран, направлена на запрещение использования 23 опасных пестицидов и промышленных химикатов, которые могут привести к гибели людей, поразить их нервную и иммунную системы, вызвать рак и нарушения репродуктивной системы и помешать нормальному развитию детей. Другие конвенции и планы действий ООН помогают сохранить биоразнообразие, обеспечить охрану находящихся под угрозой исчезновения биологических видов, бороться с опустыниванием, очищать моря и ограничить трансграничное перемещение опасных отходов.

Международное право

 

Дворец мира в Гааге, Нидерланды, местопребывание Международного Суда (МС). Фото ООН / МС / Йерун Боуман

 

 

50. Уголовное преследование военных преступников

Учрежденные ООН трибуналы для бывшей Югославии и Руанды, которые осуществляют уголовное преследование и осуждают военных преступников, содействовали расширению международного гуманитарного и международного уголовного права по вопросам геноцида и других нарушений международного права. Оба эти трибунала содействовали восстановлению мира и справедливости в пострадавших странах в соответствующих регионах. Международный уголовный суд является независимым, постоянно действующим судом, который проводит расследования и в уголовном порядке преследует лиц, обвиняемых в наиболее тяжких международных преступлениях — геноциде, преступлениях против человечности и военных преступлениях, — в случаях, когда национальные власти не желают или не способны сделать это. На рассмотрение Суда переданы дела, касающиеся ситуаций в 9 странах. Суд уже утвердил себя в качестве основного элемента системы международного уголовного правосудия. Действующие при поддержке ООН суды в Камбодже, Ливане и Сьерра-Леоне и осуществляют уголовное преследование тех, кто несет ответственность за серьезные нарушения международного права, в том числе за массовые убийства и военные преступления.

51. Укрепление международного права

Благодаря усилиям ООН в результате переговоров было заключено свыше 560 многосторонних договоров, в том числе договоров, касающихся прав человека,борьбы с терроризмом и международной преступностью, проблем беженцев,разоружения, торговли, сырьевых товаров, режима океанов и многих других вопросов.

52. Судебные решения по наиболее важным международным спорам

Международный Суд (МС), вынося решения и давая консультативные заключения, помогает разрешать международные споры, в частности по территориальным вопросам, морским границам, дипломатическим сношениям, ответственности государств, обращению с иностранцами и применению силы.

53. Содействие экологической стабильности и регламентации использования ресурсов Мирового океана

ООН возглавила международные усилия по регламентации использования ресурсов океана в рамках единого договора. Принятая в 1982 году Конвенция ООН по морскому праву, которая получила практически всемирное признание, обеспечивает нормативную базу для всех видов деятельности в морях и океанах. В Конвенции закреплены нормы, определяющие создание морских зон, права и обязанности прибрежных государств и государств, не имеющих выхода к морю, в том числе в вопросах судоходства, охраны морской среды, проведения морских научных исследований, а также сохранения и устойчивого использования морских живых ресурсов.

54. Борьба с международной преступностью

Управление ООН по наркотикам и преступности (УНП ООН) предпринимает совместно со странами и организациями усилия для борьбы с транснациональной организованной преступностью, оказывая юридическую и техническую помощь вборьбе с коррупцией, отмыванием денег, торговлей наркотиками и незаконным ввозом мигрантов, а также укрепляя системы уголовного правосудия. Оно оказывает странам помощь в усилиях по предупреждению терроризма, играет ведущую роль в глобальной борьбе с незаконной торговлей людьми и вместе соВсемирным банком оказывает странам помощь в возвращении активов, украденных коррумпированными лидерами. Оно играет ведущую роль в заключении и реализации соответствующих международных договоров, таких какКонвенция ООН против коррупции и Конвенция ООН против транснациональной организованной преступности.

55. Решение мировой проблемы наркотиков

Управление ООН по наркотикам и преступности (УНПООН), руководствуясь положениями трех основных конвенций ООН по контролю над наркотиками, предпринимает усилия для сокращения предложения и спроса на незаконные наркотические вещества. Совместно со странами Управление осуществляет деятельность в области совершенствования системы здравоохранения и общественной безопасности в целях предупреждения злоупотреблений наркотическими средствами, лечения последствий такого злоупотребления иборьбы с ним. Усилия по решению глобальной проблемы злоупотребления наркотическими средствами позволили обратить вспять 25-летнюю тенденцию расширения масштабов злоупотребления наркотиками и предотвратили пандемию. Тем не менее нескольким странам и регионам по-прежнему угрожает нестабильность, обусловленная возделыванием наркотических культур и торговлей наркотиками. Именно поэтому Управление принимает особенно активное участие в борьбе с наркотиками в Афганистане, странах Андского региона, Центральной Азии, Мьянме и Западной Африке.

56. Поощрение творчества и новаторской деятельности

Всемирная организация интеллектуальной собственности (ВОИС) содействует охране прав интеллектуальной собственности и добивается того, чтобы все страны могли воспользоваться преимуществами эффективной системы интеллектуальной собственности. Интеллектуальная собственность, которая по сути представляет собой механизм, разработанный для признания и вознаграждения работы изобретателей и творческих работников за их изобретательность и мастерство при соблюдении общественных интересов, содействует поощрению развития и созданию богатств. Предусмотренные в системе интеллектуальной собственности меры стимулирования содействуют развитию творческой деятельности людей, раздвигая границы науки и технологии и обогащая мир науки и искусства.

Гуманитарные вопросы

 

Суданская женщина с детьми в провинции Восточный Джебел/ Марра, Южный Дарфур. Фото ООН / Оливье Шассо

 

 

57. Гуманитарная помощь беженцам

С 1951 года более 60 миллионов беженцев, спасавшихся от преследований, насилия и войн, получили помощь по линии Управления Верховного комиссара ООН по делам беженцев (УВКБ). В этих непрекращающихся усилиях нередко участвуют и другие учреждения. УВКБ стремится к долгосрочному или «прочному» решению проблем беженцев, помогая им вернуться в страны своего происхождения, если позволяют условия, или помогая им интегрироваться в странах своего убежища, или переселиться в третьи страны. Более 26 миллионов беженцев, лиц, ищущих убежища, и внутренне перемещенных лиц, главным образом женщин и детей, получают от ООН продукты питания, жилье, медицинскую помощь, образование и помощь по репатриации.

58. Помощь палестинским беженцам

В рамках энергичных усилий, предпринимаемых мировым сообществом для установления прочного мира между израильтянами и палестинцами,Ближневосточное агентство ООН для помощи палестинским беженцам и организации работ (БАПОР) — учреждение, которое занимается оказанием чрезвычайной помощи и содействует развитию человеческого потенциала, — предоставляет помощь уже четвертому поколению палестинских беженцев в сфере образования, здравоохранения, социальных услуг, микрофинансирования, а также оказывает чрезвычайную помощь. На сегодняшний день в списках БАПОР насчитывается 4,7 миллиона беженцев на Ближнем Востоке, получающих от Агентства помощь, зашиту и пропагандистско-консультационные услуги.

59. Помощь пострадавшим от стихийных бедствий

Во время стихийных бедствий и в чрезвычайных ситуациях ООН выполняет роль координатора и мобилизует помощь для пострадавших. Действуя сообща с правительствами, движением Красного Креста/Красного Полумесяца и основными организациями и донорами, ООН оказывает жизненно необходимую гуманитарную помощь. Призывы ООН об оказании чрезвычайной гуманитарной помощи помогают ежегодно собирать средства в размере нескольких миллиардов долларов США.

60. Смягчение последствий стихийных бедствий

Всемирная метеорологическая организация (ВМО) помогает уберечь миллионы людей от катастрофических последствий как стихийных, так и антропогенных бедствий. Ее система раннего предупреждения, которая насчитывает тысячи наземных контрольно-измерительных устройств и использует системы спутникового наблюдения, позволяет с большой точностью предсказывать стихийные бедствия, сообщать информацию о разливах нефти и утечках химических веществ и ядерных материалов и предсказывать продолжительные засухи. Она также помогает эффективно распределять продовольственную помощь в регионах, пострадавших от засухи.

61. Обеспечение продуктами питания наиболее остро нуждающихся слоев населения

Всемирная продовольственная программа (ВПП) является самым крупным гуманитарным учреждением в мире, которое борется с голодом по всему миру, распределяя продовольственную помощь в чрезвычайных ситуациях и работая с органами на местах в деле улучшения питания и создания устойчивых сообществ. Ежегодно ВПП оказывает помощь в среднем 80 миллионам голодающих в 80 странах, предоставляя продукты питания бедным и недоедающим слоям населения. ВПП активно работает над достижением глобальной цели «Нулевой голод». В 2014 году помощь ВПП в виде бесплатных обедов или еды, которую можно брать домой, получили более 17 миллионов детей. В последнее время ВПП все чаще использует механизм денежных переводов, благодаря которому нуждающиеся люди могут покупать продовольствие. В 2014 году помощь такого рода получили около девяти миллионов человек. Также ВПП предоставляет необходимую поддержку всему гуманитарному сообществу в таких областях, как авиация, материально-техническое обеспечение, телекоммуникации.

Здравоохранение

 

Девочке делают прививку от кори в школе в Монголии. ЮНИСЕФ / B. Сокол

 

 

62. Содействие обеспечению репродуктивного здоровья и здоровья матери

Содействуя утверждению права каждого человека самостоятельно решать в рамках программ добровольного планирования семьи вопрос о том, сколько и когда иметь детей и с какими интервалами между деторождениями,Фонд ООН в области народонаселения(ЮНФПА) помогает людям делать осознанный выбор, а семьям, особенно женщинам, — в большей мере распоряжаться своей жизнью. В результате, в развивающихся странах уменьшилось число детей в семьях — с шести в 60-е годы прошлого века до трех в настоящее время, — благодаря чему темпы прироста населения в мире замедлились. В связи с сокращением числа нежелательных беременностей сократилось также число случаев материнской смертности и рискованных абортов. В 1969 году, когда ЮНФПА только начинал свою деятельность, методы регулирования размеров семьи использовали менее 20 процентов супружеских пар; в настоящее время их доля составляет 63 процента. ЮНФПА и некоторые партнеры также оказывают содействие в обеспечении родовспоможения квалифицированным медицинским персоналом и доступа к неотложной акушерской помощи, добиваясь снижения материнской смертности. ЮНФПА оказывает поддержку в осуществлении инициатив, направленных на обеспечение безопасного материнства в более чем 90 странах.

63. Борьба с ВИЧ/СПИДом

Объединенная программа ООН по ВИЧ/СПИДу (ЮНЭЙДС) осуществляет координацию глобальных действий по борьбе с этой эпидемией, которая охватила примерно 35 миллиона человек. Сотрудники Программы работают более чем в 80 странах, стремясь обеспечить всеобщий доступ к услугам по профилактике и лечению ВИЧ, а также уменьшить уязвимость отдельных лиц и общин и смягчить последствия эпидемии. В ЮНЭЙДС заняты эксперты 11 участвующих в ней организаций системы ООН.

64. Искоренение полиомиелита

Глобальная инициатива по искоренению полиомиелита — самая масштабная из когда-либо предпринимавшихся международных кампаний в области здравоохранения — помогла покончить с полиомиелитом во всех странах, за исключением трех: Афганистана, Нигерии и Пакистана. Благодаря этой инициативе, которую возглавили Всемирная организация здравоохранения, ЮНИСЕФ, Международная ассоциация клубов «Ротари» и центры по борьбе с болезнями и их профилактике Соединенных Штатов, более 10 миллионов человек, которые оказались бы парализованными в результате этого заболевания, сохранили способность ходить. Эта болезнь, которая некогда превращала в инвалидов детей в 125 странах, скоро будет искоренена окончательно.

65. Искоренение оспы

Благодаря предпринимавшимся на протяжении 13 лет усилиям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 1980 году было официально объявлено о полном искоренении оспы на нашей планете. Это позволяет экономить примерно 1 млрд. долл. США в год на вакцинацию и мониторинг — сумму, которая почти в три раза превышает объем расходов, потребовавшихся на то, чтобы покончить с этой болезнью.

66. Борьба с тропическими заболеваниями, на которые не обращалось достаточно внимания

Благодаря осуществляемой Всемирной организацией здравоохранения программе в 10 странах Западной Африки была сокращена речная слепота (онхоцеркоз), что позволило включить в сельскохозяйственный оборот до 25 миллионов гектаров плодородных земель. В настоящее время благодаря осуществлению Африканской программы борьбы с онхоцеркозом борьба с этой болезнью ведется еще в 19 странах. В результате усилий, предпринятых учреждениями ООН в Северной Африке, в 1991 году была искоренена наводившая на население ужас личинка мясной мухи — паразита, питающегося плотью человека и животных. В настоящее время почти полностью искоренен драконтиаз (дракункулез) и ведется борьба с другими ранее игнорировавшимися болезнями, такими как проказа, которая была искоренена в 119 из 122 стран, где наблюдалась ее эндемия, филяриатоз лимфоузлов, шистосомоз и летаргический энцефалит (африканский трипаносомоз человека).

67. Борьба с распространением эпидемий

Всемирная организация здравоохранения помогла остановить распространение тяжелого острого респираторного синдрома (атипичной пневмонии). В марте 2003 года Организация предупредила о глобальной опасности и рекомендовала незамедлительно ограничить поездки. Тем самым руководство Организации помогло предотвратить распространение этого нового заболевания, которое вполне могло перерасти в глобальную эпидемию. ВОЗ ежегодно изучает свыше 200 новых вспышек этого заболевания, и в 15–20 случаях для борьбы с ним требуются меры международного характера. Примерами других наиболее серьезных заболеваний, в борьбе с которыми ВОЗ играет ведущую роль в глобальном масштабе, являются ебола, менингит, желтая лихорадка, холера и грипп, в том числе птичий грипп.

68. Борьба за всеобщую иммунизацию

С помощью мер по иммунизации ежегодно удается сохранить жизни более 2 миллионов человек. Благодаря усилиям Всемирной организации здравоохранения, ЮНИСЕФ, других организаций и правительств в настоящее время примерно 84 процента всех детей в мире делают коклюшно-дифтеритно-столбнячные прививки — это на 20 процентов больше, чем в 1980 году. За период с 2000 по 2012 год смертность от кори сократилась на 78 процентов в мире. Постепенно устраняются препятствия на пути внедрения новых вакцин, а контакты, которые устанавливаются в ходе иммунизации, используются для предоставления дополнительной помощи, позволяющей сохранить жизнь людей, в частности для обеспечения населения обработанными инсектицидами противомоскитными сетками и включения в рацион питания витамина A в целях предотвращения истощения организма.

69. Сокращение детской смертности

В 1990 году умирал каждый десятый ребенок в возрасте до пяти лет. Однако к 2013 году благодаря регидратационной терапии, обеспечению населения чистой питьевой водой и мерам санитарного контроля, а также другим принятым учреждениями ООН мерам в области здравоохранения и питания коэффициент детской смертности в развивающихся странах снизился до уровня менее чем 1:20. Теперь поставлена цель сократить к 2015 году уровень смертности детей в возрасте до пяти лет на две трети по сравнению с 1990 годом.

70. Охрана здоровья потребителей

В целях обеспечения безопасности поступающих в открытую продажу продуктов питания ФАО и Всемирная организация здравоохранения совместно с государствами-членами установили нормы для более 200 наименований продуктов питания, допустимые нормы для более чем 3200 загрязнителей продуктов питания и правила переработки, транспортировки и хранения продуктов питания. Стандарты маркировки и описания продуктов питания призваны не допустить дезинформации потребителей. Сегодня из одной части земного шара в другую перевозится больше продуктов питания чем когда бы то ни было, и ООН добивается того, чтобы эти продукты были доброкачественными.

Личная безопасность в современной жизни

XXI век принес людям не только достижения в области технического прогресса, облегчившие жизнь, но и массу проблем, затрудняющих ее, а иногда делающих просто невыносимой. Болезни, изменение климата, нарушение экологического равновесия, войны и т.д. Все это таким или иным образом отражается на нас.

Многие считают, что эти беды обойдут их стороной, никакие глобальные проблемы не коснутся. Но дело в том, что большие катаклизмы порождают малые, которые, возможно заденут вас или ваших близких.

Сегодня бедой нашей страны стал разгул вседозволенности и бесконтрольности, породивший рост преступности. Причем преступления становятся жестокими и изощренными. Самыми распространенными уголовными преступлениями в наше время считаются убийства, наркоторговля, угон автомобилей, рэкет, грабежи и кражи. От них не застрахованы ни простые граждане, ни известные люди.

Как же защититься от всех напастей и крушений, которые могут коснуться нас в повседневной жизни? Вот здесь появляется понятие безопасности, обеспечение которой и позволяет в какой-то мере застраховаться от всевозможных проблем и включает в себя комплекс мер, направленных на сохранение вашей жизни и членов вашей семьи, личного имущества.

Соблюдение элементарных правил личной безопасности помогает человеку, как доказывает жизнь, избежать различных физических и моральных травм.

Данный материал представляет Вашему вниманию аспекты проблемы обеспечения безопасности человека в современном обществе. Однако предугадать все ситуации, которые может при готовить жизнь, вряд ли под силу кому-либо. Поэтому советы, которые представлены далее, не являются панацеей от всех бед. Возможно вы столкнетесь с явлением не затронутыми в нашем разделе. В этом случае, мы надеемся, вы сможете найти правильное решение, используя наши советы как базу. Искушенному читателю что-то может показаться смешным и обыденным, но тем не мнение не стоит перелистывать страницу или бросать чтение на середине журнала, ведь добрый совет сможет однажды спасти вам жизнь.

Энергичный, но добродушный шлепок акушерки по «пятой точке» вводит младенца в мир жизнедеятельности, дает ему возможность набрать в легкие воздуха, как бы командует: «Живи.», «Выживай!». С момента появления на Божий свет человека подстерегают опасности. Возможно, они и одержали бы победу над человеческим родом, но у разумного человека есть основной метод зашиты от козней «беса» опасности – БЕЗОПАСНОСТЬ.

Эта богиня Доброты на протяжении тысячелетий, верно, служит человеку, отражая опасности щитом, на котором алмазом опыта жизнедеятельности выгравирован девиз: «Предупрежден, значит вооружен». С древних времен обеспечение персональной безопасности и сохранение здоровья — один из важнейших практических интересов человечества.

Недаром кардинал и генералиссимус Франции Ришелье оставил будущим поколениям мудрое наставление: «… Безопасность – это категория неизмеримо более высокая, чем величие».

В условиях современного общества вопросы безопасности жизнедеятельности резко обострились и приняли характерные черты проблемы выживания человека, то есть «остаться в живых, уцелеть, уберечься от гибели».

Поэтому, как ради себя, так и ради других, следует знать основы безопасности жизнедеятельности. Это то же самое, что использование ремня безопасности во время управления автомобилем. Это выражение уважения к человеку. Это жизнеутверждающая позиция.

«Зри в корень», – говорил гениальный Козьма Прутков. Давайте вместе «позрим», что такое безопасность, безопасный.

Этимология слова: БЕЗ + ОПАСНЫЙ = БЕЗОПАСНЫЙ.

Опасный – «содержащий в себе возможность бедствия, несчастья», «способный причинить кому-либо зло, вред» и т.п. В памятниках древнерусской письменности XI века встречается в форме «опасъный» – «охранительный, тщательный». Впоследствии слабый «ъ» исчез, звук «с» отвердел. Значение, вероятно, развивалось следующим образом: «заботливый» — «предостерегающий», далее «внушающий опасение, осторожность», «грозящий опасностью» — «способный причинить несчастье». Приставка без (безо, безъ) выражает значение «не имеющий чего-либо». На базе предложного сочетания «без опаса» (опасъ — охрана, защита) образовано прилагательное «безопасный» — «не грозящий опасностью», «защищенный». В словаре русского языка С. Л. Ожегова говорится: «Безопасность – положение, при котором не угрожает опасность кому-нибудь, чему-нибудь».

Безопасность жизнедеятельности — это состояние окружающей среды, при котором с определенной вероятностью исключено причинение вреда существованию человека.

Уже у древних римлян понятие безопасность (лат. seciaitas) олицетворяло общественную и личную безопасность, гарантированную властями. Ее культовое значение отразилось даже в монетных знаках.

Безопасность и жизнедеятельность взаимосвязаны.

Жизнедеятельность – сложный биологический процесс, происходящий в организме человека, позволяющий сохранить здоровье и работоспособность. Необходимым и обязательным условием протекания биологического процесса является деятельность. В широком смысле это слово означает разносторонний процесс создания человеком условий для своего существования и развития. Основными видами деятельности человека являются труд, учение, игра. Другие виды деятельности – общественно-политическая, педагогическая, военная и т.д. возникли благодаря труду, который всегда носил общественный характер.

В процессе разнообразной активной деятельности человек вступает во взаимодействие с окружающей средой. Под этим понятием понимают все то, что нас окружает, что прямо или косвенно воздействует на нашу повседневную жизнь и деятельность.

Окружающая среда оказывает постоянное воздействие на здоровье человека посредством материальных факторов: физических, химических и биологических. Безусловно, что на человека, как социальное существо, непосредственное влияние оказывают и психогенные факторы.

В ходе длительной эволюции человек приспособился к природной окружающей среде» и любые ее изменения неблагоприятно влияют на его здоровье. Организму человека свойственно. безболезненно переносить те или иные воздействия лишь до тех пор, пока они не превышают пределов адаптационных возможностей человека. В противном случае происходит повреждение организма, которое при достижении определенной степени изменений квалифицируется как несчастный случай (травма) или заболевание.

Повреждение организма может, произойти в результате как непосредственных контактных внешних воздействий (механических, электрических, химических и т.п.), так и дистанционных (теплового, светового и пр.). Повреждения могут возникать сразу после воздействия или спустя определенное время после него (например, после радиационного облучения).

Опасные и вредные факторы обычно имеют внешне определенные пространственные области их проявления, так называемые опасные зоны.

Нахождение человека в опасной зоне является одним из условий возникновения повреждения организма. При этом опасный фактор (опасность) должен обладать достаточной энергией, чтобы вызвать повреждение организма.

Но в большинстве случаев люди сами не придают должного значения скрытой опасности и поступают себе во вред. Характерный пример пренебрежительного отношения к опасности — нарушение правил уличного движения. Вряд ли найдется пешеход, не знающий, для чего установлены светофоры. И, тем не менее, многие идут на красный свет. Итог этому — примерно половина дорожных происшествий происходит по вине пешеходов.

Жизнь – дело рискованное. «Для того чтобы жить, надо больше мужества, чем для того, чтобы умереть», – утверждал итальянский драматург Витторио Альфьери. Это действительно так. С опасностями человек столкнулся с момента своего появления на Земле. Вначале это были природные опасности: пониженная или повышенная температура воздуха, атмосферные осадки, солнечная радиация, молнии, встречи с дикими животными, ядовитыми насекомыми и растениями, стихийные явления природы (землетрясения, наводнения, ураганы, лесные пожары и т.д.).

С развитием человеческого общества к природным опасностям непрерывной чередой прибавлялись техногенные опасности, то есть рожденные техникой. Научно-технический прогресс, наряду с благами, принес и неисчислимые бедствия, как человеку, так и окружающей среде.

Техногенные опасности могут проявляться в виде аварий технических систем, пожаров, взрывов и других трудно предсказуемых событий. Попадая в зону действия подобных экстремальных ситуаций, люди рискуют получить травмы различной степени тяжести.

Следует заметить, что человек и сам является часто источником опасности. Своими действиями или бездействием он может создать для себя и окружающих реальную угрозу жизни и здоровью. Опасности, создаваемые человеком, очень разнообразны. Войны, социально-политические конфликты, преступления, проституция, наркомания, СПИД, голод, нищета, бескультурье – эти и другие пороки человеческого общества – социальные опасности.

Таким образом, опасности окружающего мира условно разделены на три четко выделенные группы: природные, техногенные и социальные.

Ученые пришли к выводу, что какой бы деятельностью ни занимался человек, где бы он ни находился, всегда рядом с ним существуют скрытые силы, представляющие для него угрозу. Это – потенциальные, то есть возможные опасности (потенциальный в переводе с латинского означает «скрытая сила»).

Постоянное наличие вокруг нас потенциальных опасностей вовсе не значит, что несчастье обязательно произойдет. Для этого необходимы определенные условия. Эти условия называют причинами.

Причиной несчастного случая очень часто служит наша собственная беспечность или неосторожность окружающих. Для сохранения своего здоровья и жизни необходимо хорошо знать и своевременно устранять причины, при которых происходит превращение потенциальных опасностей в действительные.

Уберечься от несчастья удается не всегда, поскольку некоторые опасности не зависят от наших действий, проявляются внезапно, не оставляя времени на размышление, на спасение. Например, взрыв, землетрясение, ураган.

В книге «Дианетика» (Современная наука душевного здоровья) Рон Хаббард пишет: «Существует пять разновидностей реакций человека на источник опасности. Пять направлений он может выбрать для решения любой проблемы. Действия его также можно оценить пятью разными способами. Сравнение с черной пантерой является здесь удачным.

Давайте предположим, что черная пантера в плохом настроении сидит в доме человека по имени Гарик. Гарику надо идти спать на второй этаж. Но на ступеньках – черная пантера. Проблема заключается в том, как подняться по лестнице. Существует всего пять действий, которые Гарик может предпринять:

1. может атаковать пантеру;
2. может убежать из дома и от пантеры;
3. может использовать другую лестницу и избежать встречи с черной пантерой;
   
4. может игнорировать животное (представить, что ее нет и попытаться пройти мимо нее) и
5. может сдаться пантере.

Вот пять механизмов:

• атаковать;
• отступить;
• избежать;
• проигнорировать;
• сдаться.

Любые действия подпадают под эти категории. И все они отмечаются в жизни. Все реакции можно разрешить «одним из указанных пяти способов». До тех пор, пока человек атакует действительно существующую угрозу, он находится в неплохой форме, он «нормальный»!

ПРЕОДОЛЕНИЕ ЗОНЫ РИСКА И СТРАХА

С первых минут появления на свет и до дней последних человек постоянно пребывает в «зоне риска». Какие только напасти ни подкарауливают его на жизненном пути. Такой авторитет в области безопасности, как, например, английская фирма «Artur D. Littre», занимающаяся уже более 100 лет вопросами безопасности, пришла к выводу, что опасность может быть оценена количественно, например, величиной риска. Под риском как количественной мерой опасности обычно подразумевают возможность (либо вероятность) возникновения нежелательного события за определённый отрезок времени.

В таблице приведена вероятность риска стать жертвой некоторых видов опасностей в течение года.

Вид опасности Вероятность случаев в году

Общий риск 1 из 700

Автомобильные катастрофы 1 из 4,000

Преступления 1 из 4,000

Отравление 1 из 5,000

Умышленное убийство 1 из 7,000

Утопление 1 из 10,000

Падение 1 из 25,000

Пожар и ожог 1 из 28,000

Авиакатастрофа 1 из 50,000

Электрический ток 1 из 65,000

Железная дорога 1 из 150,000

Промышленная авария, катастрофа 1 из 170,000

Стихийное бедствие 1 из 1,600,000

Авария на ядерном реакторе 1 из 300,000,000

Чтобы противостоять эпидемии насилия, опасности и страха, необходимо знать два ограничивающих момента:

• до какого предела дойти, где грань между страхом губительным и страхом, данным человеку во спасение;
• необходимо твердое знание заповедей безопасного поведения, ибо оно переходит в новое качество – имидж силы, уверенности, безопасности.

Пословица гласит: «Не тот пропал, кто в беду попал, а тот пропал, кто духом упал». Присутствие духа значительно увеличивает шансы на спасение человека в любой ситуации.

ПРИСУТСТВИЕ ДУХА

Природное это качество или его можно воспитать? Вот несколько примеров.

Настоящим кошмаром во время боевых действий на Тихом океане для американских летчиков и моряков стали акулы. Пережить воздушный бой или торпедную атаку было, по словам ветеранов, гораздо легче, чем качаться в шлюпке или на плотике под палящим тропическим солнцем и гадать, кто появится раньше – спасательное судно или черный плавник. Педантичные янки собрали громадный объем данных по случаям нападения акул на одиночных людей и группы моряков, уцелевших после потопления их судов, потратили значительные средства на поиск всевозможных средств борьбы с морскими разбойницами. Испытывались химические вещества предположительно годные для отпугивания акул, различные виды оружия, но самое главное — вырабатывались рекомендации по поведению людей, подвергающихся опасности. После того как выяснилась практически полная неэффективность всех химикалий, а также способность, например, большой белой акулы без видимого неудовольствия переносить попадания в голову пуль полной обоймы армейского кольта калибра 11.43, основное внимание сосредоточили на выяснении ключевого вопроса: что же привлекает акулу к потенциальной жертве?

Ученые пришли к парадоксальному выводу: основной приманкой для вечно голодной хищницы является не запах крови и тем более не внешний вид непривычных для океанской пустыни предметов — спасательных плотиков или болтающихся в надувных жилетах двуногих. Оставалось предположить, что существует некая «эманация страха», выделяемая людьми. Физический носитель этой эманации – гипотетическое вещество, которое вырабатывает организм запаниковавшего человека, так и не был установлен, но справедливость заключения американцев позже подтверждалась и аквалангистами команды Кусто, достаточно бесцеремонно обращавшимися с «белыми убийцами», и работами специалистов, изучавших многовековой опыт традиционных культур ныряльщиков за жемчугом.

Бытующие сейчас представления об энерго-информационном обмене позволяют связать этот пример со случаем, вошедшим в число легенд о мастерах японских будо. Холодной осенней ночью хромоногий воин пытался одолеть один из поросших густым лесом перевалов горной области Кай – домена князя Такэда. Это был будущий главный советник князя и его лучший полководец Ямамото Канноцукэ. В чащобе самурая ожидала встреча со стаей голодных волков. Первым побуждением мастера клинка было намерение перерубить подбиравшихся поближе серых хищников. Однако воспитанное с детских лет глубокое уважение к мечу – святыне для средневекового члена японской воинской касты – заставило Канноцукэ выпустить рукоять. Оскорбить клинок кровью животного самурай не захотел, однако выбираться из смертельно опасного положения было необходимо.

На помощь воину пришло искусство управления внутренней энергией Киай, секретная техника, культивируемая в японских школах традиционного будо. Зажав большие пальцы рук в ладони методом «крепкого сжатия», Канноцукэ расправил плечи, распрямился и захромал навстречу волкам. Завороженные образом проявленной мощи, изливаемым вовне потоком энергии, звери присели на хвосты и не осмелились атаковать необычного человека.

Как и любое искусство, имеющее целью раскрыть внутренний потенциал человека, Киай-до опирается на несколько простых аксиом. Человек обладает неким количеством вселенской энергии ки (японское прочтение китайского термина «ци»), стоит как полноправный участник в цепи энергообмена Небо-Человек-Земля. Каждое физическое действие человека, каждое душевное движение или мысль пронизаны ки. Концентрируя и распределяя ки, осознанно используя его в любом виде деятельности, человек способен существенно улучшить достигаемые результаты. Естественно, что самым важным для самураев было боевое применение ки – и как средства поражения, и как средства реанимации раненых и контуженных. Стоит спутать или прервать поток своего ки при выполнении удара или блока, инициатива перейдет к противнику. Стоит вложить в пущенную стрелу силу всей полноты своего бытия – она пронижет и двойной доспех, и каменную скалу.

Любого самурая готовили к управлению своим и чужим ки. Строго говоря, название искусства Киай-до значит «Путь единения ки», возможно – своего ки и энергии противника. Разумеется, такое объединение в японском смысле слова и означает контроль, управление, владение.

Считалось, что мастера Киай-до способны пересылать свое ки без помощи физического тела, и рассказы о подвигах прославленных воинов это подтверждают: убить врага насыщенным ки, особо модулированным криком, или вернуть к жизни впавшего в кому соратника было для них достаточно обычным делом. Развитое ки было залогом неуязвимости в бою, выносливости в походе, стойкости организма во время эпидемий.

Похожие школы существовали и существуют не только в Японии. И единственным, пожалуй, отличием Киай-до и схожего по идеологии, но гораздо более популярного современного воинского искусства Айки-до от других эзотерических систем Востока и Запада состоит в том, что японцы говорят не о накоплении внутренней энергии, а о постоянном изливании своего ки вовне.

Современному человеку стоит обратить внимание на следующие аксиомы Киай-до: страх спутывает ваше ки, а проникновение внешнего потока подчиняет вас чужой воле. Используя этот традиционный восточный понятийный аппарат, легко объяснить, что же происходит с человеком, попавшим в экстремальную ситуацию.

Онемение, пересохшее горло, «ватные» руки и ноги, вросшие в землю, пустота в голове, состояние паники, охватившее всё существо находящегося в опасности человека, – типичные симптомы «спутанного» ки. Таким образом, состояние духа напрямую влияет на способность адекватно реагировать на угрозу – отбиваться, бежать или хотя бы по делу ответить подошедшему к вам в темном переулке гражданину.

Второй аспект проблемы – влияние присутствия духа на излучение вовне своего или втягивание в себя внешнего потока. Утратив самообладание, человек неизбежно подчиняется чужой воле, открывается внешнему ки. В образовавшуюся потенциальную яму, пустоту рано или поздно внедряется чужая сила.

Именно эту пустоту безошибочно чувствуют хищники — волки и акулы, а также хищники мира людей – преступники. Состояние пустоты, дефицит жизненной силы и воли, по которому бандиты выделяют жертву среди уличной толпы, на языке современных специалистов по выживанию в условиях каменных джунглей называется виктимностью.

Виктимология – это учение о поведении жертвы, которое объясняет, чем руководствуется уличный грабитель или насильник во время выбора жертвы.

Новый термин «виктимология» представляет собой сложное словообразование от латинского «виктима», что означает «жертва» и греческого «логос» – знание, наука.

Выдающийся американский специалист в данной области профессор Бетти Грейсон путем серии исследований показала, что преступнику требуется в среднем семь секунд для визуальной оценки потенциального объекта для нападения – его физической подготовки, темперамента и тому подобного. Точно, хотя и бессознательно, преступник отмечает все: неуверенность взгляда, вялую осанку, несмелость движений, психическую подавленность, физические недостатки, утомление – словом все, что сыграет ему на руку.

Чтобы выделить и классифицировать основные личностные особенности потенциальной жертвы, Грейсон засняла на видеопленку пешеходов, принадлежащих к разным возрастным и социальным группам. Запись была продемонстрирована заключенным, отбывающим срок в различных тюрьмах США. Предположения исследователя подтвердились: подавляющее большинство осужденных, которые были опрошены по отдельности, выбрали из массовки одних и тех же людей, которые, по их мнению, могли бы стать легкой добычей.

В результате математического анализа выяснилось, что потенциальную жертву преступники часто выделяют по некоторым отличительным особенностям, движений. Это может быть их общая несогласованность, неуклюжесть походки – слишком размашистая или семенящая, которая привлекает внимание на фоне единого людского потока.

А доктор Джоуэл Кирх, спортивный психолог и основатель Американского спортивного института, вместе со своим сотрудником Джорджем Леонардо подвели итог этой работы, определив две обобщенные категории людей: так называемую «группу риска» и тех, кому практически не грозит опасность стать объектом нападения. Первых условно можно назвать хлюпиками: они плохо физически организованы, расслаблены и несобранны психически. Вторые уверены в себе, как говорится, «ладно скроены, крепко сшиты», они смотрят и ступают уверенно.

Человеку, который чувствует себя относящимся к группе риска, для начала следует изучить себя: походку, жесты, мимику и заняться их коррекцией. Практически каждый человек в той или иной степени наделен артистическими способностями. Внушить себе уверенный стиль поведения и следовать ему среди уличной толпы может любой.

Уверенно поднятая голова» прямой спокойный взгляд позволят создать вам некий защитный психологический щит. Этим вы исполните наставление мудрого Соломона: «Не соревнуй человеку, поступающему насильственно, и не избирай ни одного из его путей».

Быть и казаться — совсем не одно и то же. Можно выглядеть донельзя «крутым», завести соответствующий «прикид», выражение лица, цветные наколки и машину «для мужчин, не привыкших чувствовать себя вторыми», но любая собака, тем более профессиональные «душеведы» – преступники — моментально поймут, что, кроме «понта», у этого человека ничего нет. Бандитов не зря называют волками – межличностные отношения в их среде очень похожи на динамичный, постоянно возобновляемый баланс сил в стае серых хищников. Ситуация, в которой одно слово или поступок могут кардинально изменить ранг человека в сложной, но понятной для всех членов сообщества иерархии, заставляет с особым вниманием относиться не только к собственным действиям, но и к малейшим оттенкам душевных движений других. В результате даже не самые выдающиеся люди этой субкультуры моментально различают фальшь, двоемыслие.

Внутренняя сила и органично связанное с ней ощущение неуязвимости, безопасности есть то, что имитировать невозможно. Поэтому человеку, не желающему попасть из трудного положения в труднейшее, следует прежде всего четко представить — до какого предела он сможет дойти, отстаивая принятый образ.

Понять, чем вы на самом деле располагаете, – значит сделать первый шаг к новой силе и новым возможностям. Аура безопасности станет реальной защитой.

Функции живого вещества — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Живое вещество играет огромную роль в развитии нашей планеты.

К такому выводу пришёл русский учёный В. И. Вернадский, исследовав состав и эволюцию земной коры. Он доказал, что полученные данные не могут быть объяснены лишь геологическими причинами, без учёта роли живого вещества в геохимической миграции атомов.

 

Начиная с момента зарождения, жизнь постоянно развивается и усложняется, оказывая воздействие на окружающую среду, изменяя её. Таким образом, эволюция биосферы протекает параллельно с историческим развитием органической жизни.

Время жизни на Земле измеряется примерно 3,7–4,1 миллиардами лет. Возможно, что примитивные формы жизни появились ещё раньше. Но первые следы своего пребывания они оставили \(2,5\)–\(3\) млрд лет назад. С этого времени произошли коренные изменения поверхности планеты и сформировалось до \(5\) млн видов животных, растений и микроорганизмов. На Земле возникло живое вещество, заметно отличающееся от неживой материи.

 

Развитие жизни привело к появлению новой общепланетной структурной оболочки биосферы, тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества.

Биосфера — не только сфера распространения жизни, но и результат её деятельности.

Особое место среди живых организмов заняли растения, потому что они обладают способностью к фотосинтезу. Они продуцируют практически всё органическое вещество на планете (растений насчитывается почти \(300\) тыс. видов).

Функции живого вещества

В. И. Вернадский дал представление об основных биогеохимических функциях живого вещества.

1. Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей её по цепям питания, рассеиванием.

Эта функция — одна из важнейших. В её основе лежит процесс фотосинтеза, в результате которого происходит аккумуляция солнечной энергии и её последующее перераспределение между компонентами биосферы.

 

Биосферу можно сравнить с огромной машиной, работа которой зависит от одного решающего фактора — энергии: не будь её, всё немедленно остановилось бы.
В биосфере роль основного источника энергии играет солнечное излучение.

Биосфера аккумулирует энергию, приходящую из Космоса на нашу планету.

Живые организмы не просто зависят от лучистой энергии Солнца, они выступают как гигантский аккумулятор (накопитель) и уникальный трансформатор (преобразователь) этой энергии.

Это происходит следующим образом. Растения-автотрофы (и микроорганизмы-хемотрофы) создают органическое вещество. Все остальные организмы планеты — гетеротрофы. Они используют созданное органическое вещество в пищу, что приводит к возникновению сложных последовательностей синтеза и распада органических веществ. Это-то и является основой биологического круговорота химических элементов в биосфере.

Стало быть, живые организмы есть важнейшая биохимическая сила, преобразующая земную кору.

 

Миграция и разделение химических элементов на земной поверхности, в почве, в осадочных породах, атмосфере и гидросфере осуществляются при непосредственном участии живого вещества. Поэтому в геологическом разрезе живое вещество, атмосфера, гидросфера и литосфера — это взаимосвязанные части единой, непрерывно развивающейся планетарной оболочки — биосферы.

2. Газовая функция — способность изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

Преобладающая масса газов на планете имеет биогенное происхождение.

Пример:

кислород атмосферы накоплен за счёт фотосинтеза.

3. Концентрационная функция — способность организмов концентрировать в своём теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей организмы средой на несколько порядков.

Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы.

Пример:

среди них на первом месте стоит углерод. Содержание углерода в углях по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть — концентратор углерода и водорода, так как имеет биогенное происхождение. Среди металлов по концентрации первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены из остатков животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода — водоросли ламинарии, железа и марганца — особые бактерии. Позвоночными животными накапливается фосфор, сосредотачиваясь в их костях.

Результат концентрационной деятельности — залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т. п.

4. Окислительно-восстановительная функция связана с интенсификацией под влиянием живого вещества процессов как окисления благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления прежде всего в тех случаях, когда идёт разложение органических веществ при дефиците кислорода.

Пример:

восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводорода, а также метана. Это, в частности, делает практически безжизненными глубинные слои болот, а также значительные придонные толщи воды (например, в Чёрном море).

Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах.

5. Деструктивная функция — разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных веществ.

Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни — грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).

6. Транспортная функция — перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочёвках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других функций).

С ней в конечном счёте связано преобразование физико-химических параметров среды. Подробнее о ней см. в разделе «Средообразующая роль живых организмов».

Энергия и обмен веществ | Безграничная биология

Роль энергии и метаболизма

Всем организмам требуется энергия для выполнения задач; метаболизм — это набор химических реакций, которые высвобождают энергию для клеточных процессов.

Цели обучения

Объясните важность обмена веществ

Основные выводы

Ключевые моменты

• Все живые организмы нуждаются в энергии для роста и воспроизводства, поддержания своей структуры и реагирования на окружающую среду; метаболизм — это набор процессов, делающих энергию доступной для клеточных процессов.
• Метаболизм — это комбинация химических реакций, которые являются спонтанными и высвобождают энергию, и химических реакций, которые не являются спонтанными и требуют энергии для протекания.
• Живые организмы должны получать энергию через пищу, питательные вещества или солнечный свет, чтобы выполнять клеточные процессы.
• Транспортировка, синтез и распад питательных веществ и молекул в клетке требуют использования энергии.

Ключевые термины

• метаболизм : полный набор химических реакций, происходящих в живых клетках
• биоэнергетика : изучение преобразований энергии, происходящих в живых организмах
• энергия : работоспособность

Энергия и обмен веществ

Все живые организмы нуждаются в энергии для роста и воспроизводства, поддержания своей структуры и реагирования на окружающую среду.Метаболизм — это набор поддерживающих жизнь химических процессов, которые позволяют организмам преобразовывать химическую энергию, хранящуюся в молекулах, в энергию, которая может использоваться для клеточных процессов. Животные потребляют пищу, чтобы восполнить энергию; их метаболизм расщепляет углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты, чтобы обеспечить химическую энергию для этих процессов. В процессе фотосинтеза растения преобразуют световую энергию солнца в химическую энергию, хранящуюся в молекулах.

Биоэнергетика и химические реакции

Ученые используют термин биоэнергетика для обсуждения концепции потока энергии через живые системы, такие как клетки.Клеточные процессы, такие как построение и разрушение сложных молекул, происходят в результате пошаговых химических реакций. Некоторые из этих химических реакций являются спонтанными и высвобождают энергию, тогда как другие требуют энергии для протекания. Все химические реакции, происходящие внутри клеток, включая те, которые используют энергию, и те, которые высвобождают энергию, являются метаболизмом клетки.

Большая часть энергии прямо или косвенно исходит от Солнца. : Большинство форм жизни на Земле получают энергию от Солнца.Растения используют фотосинтез для улавливания солнечного света, а травоядные животные поедают эти растения для получения энергии. Плотоядные животные поедают травоядных, а разлагатели переваривают растительную и животную материю.

Клеточный метаболизм

Каждое задание, выполняемое живыми организмами, требует энергии. Энергия необходима для выполнения тяжелой работы и упражнений, но люди также расходуют много энергии во время размышлений и даже во время сна. Для каждого действия, требующего энергии, происходит множество химических реакций, обеспечивающих химическую энергию системам тела, включая мышцы, нервы, сердце, легкие и мозг.

Живые клетки каждого организма постоянно используют энергию для выживания и роста. Клетки расщепляют сложные углеводы на простые сахара, которые клетка может использовать для получения энергии. Мышечные клетки могут потреблять энергию для построения длинных мышечных белков из небольших молекул аминокислот. Молекулы могут быть изменены и транспортироваться по клетке или могут быть распределены по всему организму. Так же, как энергия требуется как для строительства, так и для сноса здания, энергия требуется как для синтеза, так и для разрушения молекул.

Многие клеточные процессы требуют постоянного снабжения энергией, обеспечиваемой клеточным метаболизмом. Сигнальные молекулы, такие как гормоны и нейротрансмиттеры, должны быть синтезированы и затем транспортированы между клетками. Патогенные бактерии и вирусы попадают в организм и разрушаются клетками. Клетки также должны экспортировать отходы и токсины, чтобы оставаться здоровыми, и многие клетки должны плавать или перемещать окружающие материалы посредством биения клеточных придатков, таких как реснички и жгутики.

Еда дает энергию для таких действий, как полет. : Колибри нужна энергия, чтобы поддерживать длительные периоды полета.Колибри получает энергию от приема пищи и преобразования питательных веществ в энергию посредством ряда биохимических реакций. Летные мышцы птиц чрезвычайно эффективны в производстве энергии.

Типы энергии

Различные типы энергии включают кинетическую, потенциальную и химическую энергию.

Цели обучения

Различия между видами энергии

Основные выводы

Ключевые моменты

• Все организмы используют разные формы энергии для поддержания биологических процессов, которые позволяют им расти и выживать.
• Кинетическая энергия — это энергия, связанная с движущимися объектами.
• Потенциальная энергия — это тип энергии, связанный со способностью объекта выполнять работу.
• Химическая энергия — это энергия, выделяющаяся при разрыве химических связей, которая может быть использована для метаболических процессов.

Ключевые термины

• химическая энергия : Чистая потенциальная энергия, высвобождаемая или поглощаемая в ходе химической реакции.
• потенциальная энергия : энергия, которой обладает объект из-за его положения (в гравитационном или электрическом поле) или его состояния (в виде растянутой или сжатой пружины, в качестве химического реагента или из-за наличия массы покоя).
• кинетическая энергия : энергия, которой обладает объект из-за его движения, равная половине массы тела, умноженной на квадрат его скорости.

Энергия — это свойство объектов, которое может быть передано другим объектам или преобразовано в другие формы, но не может быть создано или уничтожено. Организмы используют энергию для выживания, роста, реакции на раздражители, размножения и для всех типов биологических процессов. Потенциальная энергия, хранящаяся в молекулах, может быть преобразована в химическую энергию, которая в конечном итоге может быть преобразована в кинетическую энергию, позволяющую организму двигаться.В конце концов, большая часть энергии, используемой организмами, преобразуется в тепло и рассеивается.

Кинетическая энергия

Энергия, связанная с движущимися объектами, называется кинетической энергией. Например, когда самолет находится в полете, он очень быстро движется по воздуху, выполняя работу по изменению своего окружения. Реактивные двигатели преобразуют потенциальную энергию топлива в кинетическую энергию движения. Крушащий шар может нанести большой урон даже при медленном движении.Однако все еще разрушающийся шар не может выполнять никакой работы и, следовательно, не имеет кинетической энергии. Ускоряющаяся пуля, идущий человек, быстрое движение молекул в воздухе, выделяющих тепло, и электромагнитное излучение, такое как солнечный свет, — все они обладают кинетической энергией.

Потенциальная энергия

Что, если тот же самый неподвижный шар для разрушения поднять на два этажа над автомобилем с краном? Если подвешенный шар для разрушения не движется, связана ли с ним энергия? Да, разрушающий шар обладает энергией, потому что разрушающий шар может выполнять свою работу.Эта форма энергии называется потенциальной энергией, потому что объект может выполнять работу в данном состоянии.

Объекты переносят свою энергию между потенциальным и кинетическим состояниями. Поскольку разрушающий шар неподвижно висит, он имеет кинетическую [latex] \ text {0%} [/ latex] и [latex] \ text {100%} [/ latex] потенциальную энергию. Как только мяч выпущен, его кинетическая энергия увеличивается по мере того, как мяч набирает скорость. В то же время мяч теряет потенциальную энергию при приближении к земле. Другие примеры потенциальной энергии включают энергию воды, удерживаемой за плотиной, или человека, который собирается прыгнуть с парашютом из самолета.

Зависимость потенциальной энергии от кинетической энергии : Вода за плотиной имеет потенциальную энергию. Движущаяся вода, например, в водопаде или быстро текущей реке, обладает кинетической энергией.

Химическая энергия

Потенциальная энергия связана не только с расположением материи, но и со структурой материи. Пружина на земле обладает потенциальной энергией, если она сжата, как и натянутая резинка. Тот же принцип применим к молекулам. На химическом уровне связи, которые удерживают атомы молекул вместе, обладают потенциальной энергией.Этот тип потенциальной энергии называется химической энергией, и, как и вся потенциальная энергия, ее можно использовать для выполнения работы.

Например, химическая энергия содержится в молекулах бензина, которые используются в автомобилях. Когда газ воспламеняется в двигателе, связи в его молекулах разрываются, и выделяемая энергия используется для приведения в движение поршней. Потенциальная энергия, хранящаяся в химических связях, может использоваться для выполнения работы для биологических процессов. Различные метаболические процессы разрушают органические молекулы, чтобы высвободить энергию для роста и выживания организма.

Химическая энергия : Молекулы в бензине (октановое число, указанная химическая формула) содержат химическую энергию. Эта энергия преобразуется в кинетическую энергию, которая позволяет автомобилю мчаться по гоночной трассе.

Метаболические пути

Анаболический путь требует энергии и строит молекулы, в то время как катаболический путь производит энергию и разрушает молекулы.

Цели обучения

Опишите два основных типа метаболических путей

Основные выводы

Ключевые моменты

• Метаболический путь — это серия химических реакций в клетке, которые создают и разрушают молекулы для клеточных процессов.
• Анаболические пути синтезируют молекулы и требуют энергии.
• Катаболические пути расщепляют молекулы и производят энергию.
• Поскольку почти все метаболические реакции происходят не спонтанно, белки, называемые ферментами, помогают облегчить эти химические реакции.

Ключевые термины

• катаболизм : деструктивный метаболизм, обычно включающий выделение энергии и расщепление материалов
• фермент : глобулярный белок, катализирующий биологическую химическую реакцию
• анаболизм : конструктивный метаболизм тела в отличие от катаболизма

Метаболические пути

Процессы производства и расщепления углеводных молекул иллюстрируют два типа метаболических путей.Метаболический путь — это последовательный ряд взаимосвязанных биохимических реакций, которые преобразуют молекулу или молекулы субстрата через ряд промежуточных продуктов метаболизма, в конечном итоге приводя к конечному продукту или продуктам. Например, один путь метаболизма углеводов расщепляет большие молекулы на глюкозу. Другой метаболический путь может превращать глюкозу в большие молекулы углеводов для хранения. Первый из этих процессов требует энергии и называется анаболическим. Второй процесс производит энергию и называется катаболическим.Следовательно, метаболизм состоит из этих двух противоположных путей:

1. Анаболизм (строительные молекулы)
2. Катаболизм (разрушение молекул)

Анаболические и катаболические пути : Анаболические пути — это те пути, которые требуют энергии для синтеза более крупных молекул. Катаболические пути — это те пути, которые генерируют энергию, расщепляя более крупные молекулы. Оба типа путей необходимы для поддержания энергетического баланса клетки.

Анаболические пути

Анаболические пути требуют ввода энергии для синтеза сложных молекул из более простых.Одним из примеров анаболического пути является синтез сахара из CO ₂ . Другие примеры включают синтез больших белков из строительных блоков аминокислот и синтез новых цепей ДНК из строительных блоков нуклеиновых кислот. Эти процессы имеют решающее значение для жизни клетки, происходят постоянно и требуют энергии, обеспечиваемой АТФ и другими высокоэнергетическими молекулами, такими как НАДН (никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФН.

Катаболические пути

Катаболические пути включают разложение сложных молекул на более простые, высвобождая химическую энергию, хранящуюся в связях этих молекул.Некоторые катаболические пути могут захватывать эту энергию для производства АТФ, молекулы, используемой для питания всех клеточных процессов. Другие запасающие энергию молекулы, такие как липиды, также расщепляются посредством аналогичных катаболических реакций, высвобождая энергию и производя АТФ.

Важность ферментов

Химические реакции в метаболических путях редко происходят спонтанно. Каждая стадия реакции ускоряется или катализируется белком, называемым ферментом. Ферменты важны для катализирования всех типов биологических реакций: тех, которые требуют энергии, а также тех, которые выделяют энергию.

Метаболизм углеводов

Организмы расщепляют углеводы для производства энергии для клеточных процессов, а фотосинтезирующие растения производят углеводы.

Цели обучения

Анализировать важность углеводного обмена для производства энергии

Основные выводы

Ключевые моменты

• Распад глюкозы, которую живые организмы используют для производства энергии, описывается уравнением: [латекс] {\ text {C}} _ ​​{6} {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ {6} +6 {\ text {O}} _ {2} \ rightarrow 6 {\ text {CO}} _ {2} +6 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + \ text {энергия} [/ латекс].
• Процесс фотосинтеза, который растения используют для синтеза глюкозы, описывается уравнением: [латекс] 6 \ text {CO} _ {2} +6 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + \ text { энергия} \ rightarrow {\ text {C}} _ ​​{6} {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ {6} +6 \ text {O} _ {2} [/ латекс].
• Глюкоза, которая потребляется, используется для производства энергии в форме АТФ, который используется для выполнения работы и химических реакций в клетке.
• Во время фотосинтеза растения превращают световую энергию в химическую энергию, которая используется для создания молекул глюкозы.

Ключевые термины

• аденозинтрифосфат : многофункциональный нуклеозидтрифосфат, используемый в клетках в качестве кофермента, часто называемый «молекулярной единицей энергетической валюты» при внутриклеточной передаче энергии
• глюкоза : простой моносахарид (сахар) с молекулярной формулой C6h22O6; это основной источник энергии для клеточного метаболизма

Метаболизм углеводов

Углеводы — одна из основных форм энергии для животных и растений.Растения вырабатывают углеводы, используя световую энергию солнца (в процессе фотосинтеза), в то время как животные едят растения или других животных для получения углеводов. Растения хранят углеводы в длинных полисахаридных цепях, называемых крахмалом, в то время как животные хранят углеводы в виде молекулы гликогена. Эти большие полисахариды содержат много химических связей и, следовательно, хранят много химической энергии. Когда эти молекулы расщепляются во время метаболизма, энергия химических связей высвобождается и может быть использована для клеточных процессов.

Все живые существа используют углеводы как форму энергии. : Растения, такие как дуб и желудь, используют энергию солнечного света для производства сахара и других органических молекул. И растения, и животные (например, эта белка) используют клеточное дыхание для получения энергии из органических молекул, изначально производимых растениями

Производство энергии из углеводов (клеточное дыхание)

Метаболизм любого моносахарида (простого сахара) может производить энергию для использования клеткой.Избыточные углеводы хранятся в виде крахмала в растениях и в виде гликогена у животных, готовые к метаболизму, если потребность организма в энергии внезапно возрастет. Когда эта потребность в энергии увеличивается, углеводы расщепляются на составляющие моносахариды, которые затем распределяются по всем живым клеткам организма. Глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) является распространенным примером моносахаридов, используемых для производства энергии.

Внутри клетки каждая молекула сахара расщепляется в ходе сложной серии химических реакций.Поскольку химическая энергия высвобождается из связей в моносахариде, она используется для синтеза высокоэнергетических молекул аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ — это основная энергетическая валюта всех клеток. Точно так же, как доллар используется в качестве валюты для покупки товаров, клетки используют молекулы АТФ для немедленной работы и проведения химических реакций.

Распад глюкозы во время метаболизма — клеточное дыхание — можно описать уравнением:

[латекс] {C} _ {6} {H} _ {12} {O} _ {6} +6 {O} _ {2} \ rightarrow 6 {CO} _ {2} +6 {H} _ {2} О + энергия [/ латекс]

Производство углеводов (фотосинтез)

Растения и некоторые другие виды организмов производят углеводы в процессе фотосинтеза.Во время фотосинтеза растения превращают световую энергию в химическую энергию, превращая молекулы углекислого газа (CO ₂ ) в молекулы сахара, такие как глюкоза. Поскольку этот процесс включает в себя создание связей для синтеза большой молекулы, для его продолжения требуется ввод энергии (света). Синтез глюкозы путем фотосинтеза описывается этим уравнением (обратите внимание, что оно является обратным предыдущему уравнению):

[латекс] 6CO_ {2} +6 {H} _ {2} O + энергия \ rightarrow {C} _ {6} {H} _ {12} {O} _ {6} + 6O_ {2} [/ латекс]

В рамках химических процессов растений молекулы глюкозы могут объединяться с другими типами сахаров и превращаться в них.В растениях глюкоза хранится в форме крахмала, который может снова расщепляться на глюкозу посредством клеточного дыхания, чтобы поставлять АТФ.

Cell Energy, Функции клеток | Изучайте науку в Scitable

Рис. 5. Молекула АТФ

АТФ состоит из аденозинового основания (синий), рибозного сахара (розовый) и фосфатной цепи. Высокоэнергетическая фосфатная связь в этой фосфатной цепи является ключом к потенциалу хранения энергии АТФ.

Конкретный энергетический путь, который использует клетка, во многом зависит от того, является ли эта клетка эукариотом или прокариотом. Эукариотические клетки используют три основных процесса для преобразования энергии, содержащейся в химических связях молекул пищи, в более удобные для использования формы — часто богатые энергией молекулы-носители. Аденозин-5′-трифосфат, или АТФ, является самой распространенной молекулой энергоносителя в клетках.Эта молекула состоит из азотистое основание (аденин), сахар рибоза и три фосфатные группы. Слово аденозин относится к аденину и сахару рибозы. Связь между вторым и третий фосфат представляет собой высокоэнергетическую связь (рис. 5).

Первый процесс в пути эукариотической энергии — это гликолиз , что буквально означает «расщепление сахара». Во время гликолиза отдельные молекулы глюкозы расщепляются и в конечном итоге превращаются в две молекулы вещества, называемого пируватом ; поскольку каждая глюкоза содержит шесть атомов углерода, каждый образующийся пируват содержит всего три атома углерода.Гликолиз на самом деле представляет собой серию из десяти химических реакций, требующих ввода двух молекул АТФ. Этот ввод используется для генерации четырех новых молекул АТФ, что означает, что гликолиз приводит к чистому приросту двух АТФ. Также производятся две молекулы НАДН; эти молекулы служат переносчиками электронов для других биохимических реакций в клетке.

Гликолиз — это древний основной путь производства АТФ, который встречается почти во всех клетках, как у эукариот, так и у прокариот. Этот процесс, который также известен как ферментация , происходит в цитоплазме и не требует кислорода.Однако судьба пирувата, образующегося во время гликолиза, зависит от присутствия кислорода. В отсутствие кислорода пируват не может быть полностью окислен до диоксида углерода, поэтому возникают различные промежуточные продукты. Например, при низком уровне кислорода клетки скелетных мышц полагаются на гликолиз, чтобы удовлетворить свои интенсивные потребности в энергии. Эта зависимость от гликолиза приводит к накоплению промежуточного звена, известного как молочная кислота, из-за которого в мышцах человека может возникать ощущение, будто они «горят».«Точно так же дрожжи, которые являются одноклеточными эукариотами, производят спирт (вместо углекислого газа) в условиях дефицита кислорода.

Напротив, когда кислород доступен, пируваты, продуцируемые гликолизом, становятся входом для следующей части пути эукариотической энергии. На этом этапе каждая молекула пирувата в цитоплазме попадает в митохондрию, где она превращается в ацетил-КоА , двухуглеродный носитель энергии, а ее третий углерод соединяется с кислородом и выделяется в виде диоксида углерода.В то же время также генерируется носитель NADH. Затем ацетил-КоА вступает в путь, называемый циклом лимонной кислоты , который является вторым основным энергетическим процессом, используемым клетками. Восьмиступенчатый цикл лимонной кислоты генерирует еще три молекулы НАДН и две другие молекулы-носители: FADH ₂ и GTP (рис. 6, в середине).

Рис. 6. Метаболизм в эукариотической клетке: гликолиз, цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование

Гликолиз происходит в цитоплазме.Внутри митохондрии цикл лимонной кислоты происходит в митохондриальном матриксе, а окислительный метаболизм происходит во внутренних складчатых митохондриальных мембранах (кристах).

Третий важный процесс в пути эукариотической энергии включает цепей переноса электронов , катализируемых несколькими белковыми комплексами, расположенными во внутренней мембране митохондрий.Этот процесс, называемый окислительным фосфорилированием , передает электроны от NADH и FADH ₂ через мембранные белковые комплексы и, в конечном итоге, к кислороду, где они объединяются с образованием воды. Когда электроны проходят через белковые комплексы в цепи, через митохондриальную мембрану образуется градиент ионов водорода или протонов. Клетки используют энергию этого протонного градиента для создания трех дополнительных молекул АТФ для каждого электрона, перемещающегося по цепи.В целом, комбинация цикла лимонной кислоты и окислительного фосфорилирования дает гораздо больше энергии, чем ферментация — в 15 раз больше энергии на молекулу глюкозы! Вместе эти процессы, которые происходят внутри митохондий, цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование, называются дыханием , , термин, используемый для процессов, которые сочетают поглощение кислорода и производство углекислого газа (рис. 6).

Цепь переноса электронов в митохондриальной мембране — не единственная цепь, которая генерирует энергию в живых клетках.В растительных и других фотосинтетических клетках хлоропласты также имеют цепь переноса электронов, которая собирает солнечную энергию. Даже при том, что они не содержат миткондрии или хлороплатсс, у прокариот есть другие типы энергодобывающих цепей переноса электронов внутри своих плазматических мембран, которые также генерируют энергию.

Катализ и использование энергии клетками — Молекулярная биология клетки

Одно свойство живых существ, прежде всего, заставляет их казаться почти чудесным образом отличными от неживой материи: они создают и поддерживают порядок во вселенной, которая всегда стремится к еще большему беспорядку ().Чтобы создать такой порядок, клетки живого организма должны совершать нескончаемый поток химических реакций. В некоторых из этих реакций небольшие органические молекулы — аминокислоты, сахара, нуклеотиды и липиды — разбираются или модифицируются для снабжения многих других малых молекул, которые необходимы клетке. В других реакциях эти небольшие молекулы используются для создания чрезвычайно разнообразного диапазона белков, нуклеиновых кислот и других макромолекул, которые наделяют живые системы всеми их наиболее отличительными свойствами.Каждую клетку можно рассматривать как крошечную химическую фабрику, производящую миллионы реакций каждую секунду.

Рисунок 2-33

Порядок в биологических структурах. Четко определенные, богато украшенные и красивые пространственные узоры можно найти на всех уровнях организации живых организмов. В порядке увеличения размера: (A) молекулы белка в оболочке вируса; (B) регулярный массив микротрубочек (подробнее …)

Клеточный метаболизм организован ферментами

Химические реакции, которые выполняет клетка, обычно происходят только при температурах, которые намного выше, чем те, которые существуют внутри клеток.По этой причине каждая реакция требует определенного повышения химической активности. Это требование имеет решающее значение, поскольку оно позволяет клетке контролировать каждую реакцию. Контроль осуществляется через специализированные белки, называемые ферментами , каждый из которых ускоряет или катализирует , что является лишь одним из многих возможных видов реакций, которые может претерпеть конкретная молекула. Реакции, катализируемые ферментами, обычно соединяются последовательно, так что продукт одной реакции становится исходным материалом или субстратом для следующей ().Эти длинные линейные пути реакций, в свою очередь, связаны друг с другом, образуя лабиринт взаимосвязанных реакций, которые позволяют клетке выживать, расти и воспроизводиться ().

Рисунок 2-34

Как набор реакций, катализируемых ферментами, порождает метаболический путь. Каждый фермент катализирует определенную химическую реакцию, оставляя фермент неизменным. В этом примере набор ферментов, действующих последовательно, преобразует молекулу A в молекулу F, образуя (подробнее …)

Рисунок 2-35

Некоторые метаболические пути и их взаимосвязи в типичной клетке.На диаграмме показано около 500 общих метаболических реакций, каждая молекула метаболического пути представлена ​​закрашенным кружком, как в желтой рамке на рис. 2-34. (подробнее …)

В клетках происходят два противоположных потока химических реакций: (1) катаболические пути , расщепляют пищу на более мелкие молекулы, тем самым генерируя полезную форму энергии для клетки и некоторых небольших молекул. которые необходимы клетке в качестве строительных блоков, и (2) анаболический или биосинтетический , пути используют энергию катаболизма для управления синтезом многих других молекул, образующих клетку.Вместе эти два набора реакций составляют метаболизм клетки ().

Рисунок 2-36

Схематическое изображение взаимосвязи между катаболическим и анаболическим путями метаболизма. Как предлагается здесь, поскольку большая часть энергии, хранящейся в химических связях молекул пищи, рассеивается в виде тепла, требуемая масса пищи (подробнее …)

Многие детали клеточного метаболизма составляют традиционную тему биохимия и нам здесь не о чем беспокоиться.Но общие принципы, по которым клетки получают энергию из окружающей среды и используют ее для создания порядка, занимают центральное место в клеточной биологии. Мы начнем с обсуждения того, почему для поддержания живых организмов необходим постоянный приток энергии.

Биологический порядок становится возможным благодаря высвобождению тепловой энергии из клеток

Универсальная тенденция вещей к беспорядку выражается в фундаментальном законе физики — втором законе термодинамики — который гласит, что во Вселенной или в любой изолированной системе (совокупность материи, полностью изолированной от остальной Вселенной) степень беспорядка может только увеличиваться.Этот закон имеет настолько глубокие последствия для всего живого, что его стоит переформулировать по-разному.

Например, мы можем представить второй закон в терминах вероятности и заявить, что системы будут спонтанно изменяться в сторону тех устройств, которые имеют наибольшую вероятность. Если мы рассмотрим, например, коробку со 100 монетами, лежащую орлом вверх, серия несчастных случаев, которая нарушит работу коробки, будет иметь тенденцию сдвигать устройство в сторону смеси из 50 орлов и 50 решек. Причина проста: существует огромное количество возможных комбинаций отдельных монет в смеси, которые могут достичь результата 50 — 50, но только одно возможное расположение, которое поддерживает ориентацию всех монет орлом вверх.Поскольку смесь 50 — 50 является наиболее вероятной, мы говорим, что она более «неупорядоченная». По той же причине обычным явлением является то, что жизненное пространство человека становится все более беспорядочным без преднамеренных усилий: движение к беспорядку — это спонтанный процесс , требующий периодических усилий, чтобы обратить его вспять ().

Рисунок 2-37

Повседневная иллюстрация спонтанного стремления к беспорядку. Чтобы обратить вспять эту тенденцию к беспорядку, требуются преднамеренные усилия и вложение энергии: это не спонтанно.Фактически, исходя из второго закона термодинамики, мы можем быть уверены (подробнее …)

Количество беспорядка в системе может быть определено количественно. Величина, которую мы используем для измерения этого беспорядка, называется энтропией системы: чем больше беспорядок, тем больше энтропия. Таким образом, третий способ выразить второй закон термодинамики — сказать, что системы будут спонтанно изменяться в сторону устройств с большей энтропией.

Живые клетки — выживанием, ростом и формированием сложных организмов — создают порядок и, таким образом, могут показаться противоречащими второму закону термодинамики.Как это возможно? Ответ заключается в том, что клетка не является изолированной системой: она принимает энергию из окружающей среды в виде пищи или в виде фотонов от солнца (или даже, как в некоторых хемосинтезирующих бактериях, только от неорганических молекул), а затем использует эту энергию для создания порядка внутри себя. В ходе химических реакций, порождающих порядок, часть энергии, используемой клеткой, преобразуется в тепло. Тепло выделяется в окружающую среду клетки и нарушает ее, так что общая энтропия — энтропия клетки плюс ее окружение — увеличивается, как того требуют законы физики.

Чтобы понять принципы, управляющие этим преобразованием энергии, представьте клетку как сидящую в море материи, представляющую остальную вселенную. По мере того, как клетка живет и растет, она создает внутренний порядок. Но он выделяет тепловую энергию, синтезируя молекулы и собирая их в клеточные структуры. Тепло — это энергия в ее наиболее неупорядоченной форме — беспорядочное столкновение молекул. Когда клетка передает тепло морю, она увеличивает интенсивность молекулярных движений там (тепловое движение), тем самым увеличивая хаотичность или беспорядок в море.Второй закон термодинамики выполняется, потому что увеличение количества порядка внутри ячейки более чем компенсируется большим уменьшением порядка (увеличением энтропии) в окружающем море материи ().

Рисунок 2-38

Простой термодинамический анализ живой клетки. На диаграмме слева молекулы клетки и остальной Вселенной (море вещества) изображены в относительно неупорядоченном состоянии. На диаграмме справа ячейка заняла (подробнее…)

Откуда берется тепло, выделяемое ячейкой? Здесь мы сталкиваемся с еще одним важным законом термодинамики. Первый закон термодинамики гласит, что энергия может быть преобразована из одной формы в другую, но не может быть создана или разрушена. Некоторые формы энергии проиллюстрированы на. Количество энергии в разных формах будет меняться в результате химических реакций внутри клетки, но первый закон говорит нам, что общее количество энергии всегда должно быть одинаковым.Например, животная клетка принимает пищу и преобразует часть энергии, присутствующей в химических связях между атомами этих молекул пищи (энергия химической связи), в случайное тепловое движение молекул (тепловая энергия). Это преобразование химической энергии в тепловую необходимо, если реакции внутри клетки должны привести к тому, что Вселенная в целом станет более неупорядоченной, как того требует второй закон.

Рисунок 2-39

Некоторые взаимные преобразования между различными формами энергии.В принципе, все формы энергии взаимопревращаемы. Во всех этих процессах сохраняется общее количество энергии; таким образом, например, исходя из высоты и веса кирпича в первом примере, (подробнее …)

Ячейка не может получить никакой выгоды от выделяемой ею тепловой энергии, если только реакции выделения тепла внутри ячейки напрямую не связаны к процессам, которые порождают молекулярный порядок. Именно тесная связь производства тепла с увеличением, чтобы отличает метаболизм элемента от расточительного сжигания топлива в огне.Позже в этой главе мы проиллюстрируем, как происходит это сцепление. На данный момент достаточно признать, что прямая связь «сжигания» молекул пищи с созданием биологического порядка необходима, если клетки хотят создавать и поддерживать остров порядка во вселенной, стремящейся к хаосу.

Фотосинтезирующие организмы используют солнечный свет для синтеза органических молекул

Все животные живут за счет энергии, хранящейся в химических связях органических молекул, созданных другими организмами, которые они принимают в пищу.Молекулы в пище также содержат атомы, необходимые животным для создания новой живой материи. Некоторые животные получают пищу, поедая других животных. Но в нижней части пищевой цепи животных находятся животные, которые едят растения. Растения, в свою очередь, улавливают энергию непосредственно от солнечного света. В результате вся энергия, используемая клетками животных, в конечном итоге происходит от солнца.

Солнечная энергия проникает в живой мир через фотосинтез растений и фотосинтезирующие бактерии. Фотосинтез позволяет преобразовывать электромагнитную энергию солнечного света в энергию химической связи в клетке.Растения могут получать все необходимые им атомы из неорганических источников: углерод из атмосферного углекислого газа, водород и кислород из воды, азот из аммиака и нитратов в почве, а также другие элементы, необходимые в меньших количествах, из неорганических солей в почве. Они используют энергию, которую получают от солнечного света, для превращения этих атомов в сахара, аминокислоты, нуклеотиды и жирные кислоты. Эти небольшие молекулы, в свою очередь, превращаются в белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды, из которых состоит растение.Все эти вещества служат молекулами пищи для животных, если позже растения будут съедены.

Реакции фотосинтеза проходят в два этапа (). На первом этапе энергия солнечного света улавливается и временно сохраняется в виде энергии химической связи в специализированных небольших молекулах, которые действуют как переносчики энергии и реактивных химических групп. (Мы обсудим эти активированные молекулы-носители позже.) Молекулярный кислород (газ O ₂ ), образующийся при расщеплении воды светом, выделяется как побочный продукт на этой первой стадии.

Рисунок 2-40

Фотосинтез. Два этапа фотосинтеза. Энергоносители, созданные на первом этапе, представляют собой две молекулы, которые мы вскоре обсудим, — АТФ и НАДФН.

На втором этапе молекулы, которые служат в качестве носителей энергии, используются для содействия процессу фиксации углерода , в котором сахара производятся из газообразного диоксида углерода (CO ₂ ) и воды (H ₂ O), тем самым обеспечивая полезный источник накопленной энергии химических связей и материалов — как для самого растения, так и для всех животных, которые его едят.Мы описываем элегантные механизмы, лежащие в основе этих двух стадий фотосинтеза в главе 14.

Чистый результат всего процесса фотосинтеза, когда речь идет о зеленом растении, можно просто описать в уравнении

Произведенные сахара: затем используется как источник энергии химической связи и как источник материалов для создания множества других малых и больших органических молекул, необходимых для растительной клетки.

Клетки получают энергию за счет окисления органических молекул

Все животные и растительные клетки питаются энергией, хранящейся в химических связях органических молекул, будь то сахара, которые растение фотосинтезировало в качестве пищи для себя, или смесь крупных и небольшие молекулы, которые съело животное.Чтобы использовать эту энергию для жизни, роста и воспроизводства, организмы должны извлекать ее в пригодной для использования форме. Как у растений, так и у животных энергия извлекается из молекул пищи в процессе постепенного окисления или контролируемого сжигания.

Атмосфера Земли содержит большое количество кислорода, и в присутствии кислорода наиболее энергетически стабильной формой углерода является CO ₂ , а водородной формы H ₂ O. Таким образом, ячейка может получать энергия от сахаров или других органических молекул, позволяя их атомам углерода и водорода объединяться с кислородом с образованием CO ₂ и H ₂ O соответственно — процесс, называемый дыханием.

Фотосинтез и дыхание — взаимодополняющие процессы (). Это означает, что транзакции между растениями и животными не всегда односторонние. Растения, животные и микроорганизмы вместе существовали на этой планете так долго, что многие из них стали неотъемлемой частью окружающей среды других. Кислород, выделяемый при фотосинтезе, потребляется при сгорании органических молекул почти всеми организмами. И некоторые из молекул CO ₂ , которые сегодня закреплены в органических молекулах посредством фотосинтеза в зеленом листе, вчера были выброшены в атмосферу в результате дыхания животного или грибка или бактерии, разлагающих мертвое органическое вещество.Таким образом, мы видим, что использование углерода образует огромный цикл, который включает биосферу (все живые организмы на Земле) в целом, пересекая границы между отдельными организмами (). Точно так же атомы азота, фосфора и серы перемещаются между живым и неживым мирами в циклах, в которых участвуют растения, животные, грибы и бактерии.

Рисунок 2-41

Фотосинтез и дыхание как взаимодополняющие процессы в живом мире. Фотосинтез использует энергию солнечного света для производства сахаров и других органических молекул.Эти молекулы, в свою очередь, служат пищей для других организмов. Многие из этих организмов (подробнее …)

Рисунок 2-42

Углеродный цикл. Отдельные атомы углерода включаются в органические молекулы живого мира в результате фотосинтетической активности растений, бактерий и морских водорослей. Они передаются животным, микроорганизмам и органическому материалу в почве и океанах в (подробнее …)

Окисление и восстановление с участием переноса электронов

Клетка не окисляет органические молекулы за один этап, как это происходит, когда органический материал сжигается в огонь.Благодаря использованию ферментных катализаторов метаболизм протекает через большое количество реакций, которые редко включают прямое добавление кислорода. Прежде чем мы рассмотрим некоторые из этих реакций и их цель, нам нужно обсудить, что подразумевается под процессом окисления.

Окисление в используемом выше смысле не означает только присоединение атомов кислорода; скорее, это применимо в более общем плане к любой реакции, в которой электроны передаются от одного атома к другому.Окисление в этом смысле означает удаление электронов, а восстановление — обратное окислению — означает добавление электронов. Таким образом, Fe ²⁺ окисляется, если он теряет электрон, чтобы стать Fe ³⁺ , а атом хлора восстанавливается, если он получает электрон, чтобы стать Cl ^—. Поскольку количество электронов в химической реакции сохраняется (нет потерь или усиления), окисление и восстановление всегда происходят одновременно: то есть, если одна молекула получает электрон в реакции (восстановление), вторая молекула теряет электрон (окисление). .Когда молекула сахара окисляется до CO ₂ и H ₂ O, например, молекулы O ₂ , участвующие в образовании H ₂ O, получают электроны и, таким образом, считаются восстановленными.

Термины «окисление» и «восстановление» применяются даже тогда, когда существует только частичный сдвиг электронов между атомами, связанными ковалентной связью (). Когда атом углерода становится ковалентно связанным с атомом с сильным сродством к электронам, таким как, например, кислород, хлор или сера, он отдает больше, чем равную ему долю электронов, и образует полярную ковалентную связь : положительный заряд ядра углерода теперь несколько больше, чем отрицательный заряд его электронов, поэтому атом приобретает частичный положительный заряд и, как говорят, окисляется.И наоборот, атом углерода в связи C-H имеет немного больше, чем его доля электронов, и поэтому говорят, что он сокращен (см.).

Рисунок 2-43

Окисление и восстановление. (A) Когда два атома образуют полярную ковалентную связь (см. Стр. 54), считается, что атом, имеющий большую долю электронов, сокращается, в то время как другой атом получает меньшую долю электронов и, как говорят, окисляться. Уменьшенный (подробнее …)

Когда молекула в клетке улавливает электрон (e ^— ), она часто одновременно улавливает протон (H ⁺ ) (протоны свободно доступны в воде. ).Итоговым эффектом в этом случае является добавление атома водорода к молекуле

Даже если задействован протон плюс электрон (а не только электрон), такие реакции гидрирования , , являются восстановлением, и наоборот, реакций дегидрирования , являются окислениями. Особенно легко определить, окисляется или восстанавливается органическая молекула: восстановление происходит, если количество ее связей C-H увеличивается, тогда как окисление происходит, если количество ее связей C-H уменьшается (см.).

Клетки используют ферменты, чтобы катализировать окисление органических молекул небольшими шагами, посредством последовательности реакций, которые позволяют собирать полезную энергию. Теперь нам нужно объяснить, как работают ферменты, и некоторые ограничения, при которых они действуют.

Ферменты снижают барьеры, блокирующие химические реакции

Рассмотрим реакцию

Бумага легко горит, выделяя в атмосферу энергию в виде тепла и воды, а также углекислый газ в виде газов, но дым и пепел никогда самопроизвольно не выводят эти сущности из окружающей среды. нагретая атмосфера и воссоздавая себя в бумаге.Когда бумага горит, ее химическая энергия рассеивается в виде тепла — не теряется во Вселенной, поскольку энергия никогда не может быть создана или уничтожена, а безвозвратно рассеивается в хаотических случайных тепловых движениях молекул. В то же время атомы и молекулы бумаги становятся рассредоточенными и разупорядоченными. На языке термодинамики произошла потеря свободной энергии , то есть энергии, которую можно использовать для выполнения работы или проведения химических реакций. Эта потеря отражает потерю упорядоченности в способах хранения энергии и молекул в бумаге.Вскоре мы обсудим свободную энергию более подробно, но общий принцип достаточно ясен интуитивно: химические реакции протекают только в том направлении, которое ведет к потере свободной энергии; Другими словами, спонтанное направление любой реакции — это направление, которое идет «под гору». Реакция «под гору» в этом смысле часто называют энергетически благоприятной .

Хотя наиболее энергетически выгодная форма углерода в обычных условиях — это CO ₂ , а форма водорода — как H ₂ O, живой организм не исчезает в клубе дыма, и книга в ваших руках не горит.Это связано с тем, что молекулы как в живом организме, так и в книге находятся в относительно стабильном состоянии, и они не могут быть переведены в состояние с более низкой энергией без ввода энергии: другими словами, молекуле требуется энергия активации — толчок через энергетический барьер — прежде, чем он сможет подвергнуться химической реакции, которая оставит его в более стабильном состоянии (). В случае горящей книги энергия активации обеспечивается теплом зажженной спички. Для молекул в водном растворе внутри клетки удар дается необычно энергичным случайным столкновением с окружающими молекулами — столкновениями, которые становятся более сильными при повышении температуры.

Рисунок 2-44

Важный принцип энергии активации. Соединение X находится в стабильном состоянии, и для его преобразования в соединение Y требуется энергия, даже если Y имеет более низкий общий уровень энергии, чем X. Это преобразование не произойдет, поэтому, если соединение (подробнее …)

В живой клетке преодолению энергетического барьера в значительной степени способствует специальный класс белков — ферменты. Каждый фермент прочно связывается с одной или двумя молекулами, называемыми субстратами, и удерживает их таким образом, что значительно снижает энергию активации конкретной химической реакции, которой могут подвергаться связанные субстраты.Вещество, которое может снизить энергию активации реакции, называется катализатором; Катализаторы увеличивают скорость химических реакций, поскольку они позволяют гораздо большей части случайных столкновений с окружающими молекулами выталкивать субстраты за энергетический барьер, как показано на рис. Ферменты являются одними из наиболее эффективных известных катализаторов, ускоряющих реакции в 10 ¹⁴ раз, и, таким образом, они позволяют реакциям, которые в противном случае не происходили бы, протекать быстро при нормальных температурах.

Рисунок 2-45

Снижение энергии активации значительно увеличивает вероятность реакции. Популяция идентичных молекул субстрата будет иметь диапазон энергий, который будет распределен, как показано на графике, в любой момент времени. Различные энергии возникают в результате столкновений (подробнее …)

Ферменты также обладают высокой избирательностью. Каждый фермент обычно катализирует только одну конкретную реакцию: другими словами, он избирательно снижает энергию активации только одной из нескольких возможных химических реакций, которые могут пройти его связанные молекулы субстрата.Таким образом, ферменты направляют каждую из множества различных молекул в клетке по определенным реакционным путям ().

Рисунок 2-46

Аналогии с плавающим шаром для ферментативного катализа. (A) Барьерная перегородка снижена, чтобы представить ферментативный катализ. Зеленый шар представляет собой потенциальный ферментный субстрат (соединение X), уровень энергии которого колеблется вверх и вниз из-за постоянных встреч с (подробнее …)

Успех живых организмов объясняется способностью клетки вырабатывать ферменты многих типов, каждый с точно заданными свойствами.Каждый фермент имеет уникальную форму, содержащую активный центр , карман или бороздку в ферменте, в которую могут поместиться только определенные субстраты (). Как и все другие катализаторы, сами молекулы ферментов остаются неизменными после участия в реакции и, следовательно, могут функционировать снова и снова. В главе 3 мы подробнее обсудим, как работают ферменты, после того, как подробно рассмотрим молекулярную структуру белков.

Рисунок 2-47

Как работают ферменты. Каждый фермент имеет активный сайт, с которым связываются одна или две молекулы субстрата , образуя комплекс фермент-субстрат.В активном центре происходит реакция с образованием комплекса фермент-продукт. Затем высвобождается продукт , позволяющий ферменту (подробнее …)

Как ферменты находят свои субстраты: важность быстрой диффузии

Типичный фермент катализирует реакцию около тысячи молекул субстрата каждую секунду. Это означает, что он должен быть в состоянии связать новую молекулу субстрата за доли миллисекунды. Но как ферменты, так и их субстраты присутствуют в клетке в относительно небольшом количестве.Как они так быстро находят друг друга? Быстрое связывание возможно, потому что движения, вызванные тепловой энергией, чрезвычайно быстры на молекулярном уровне. Эти молекулярные движения можно в общих чертах разделить на три вида: (1) движение молекулы из одного места в другое ( поступательное движение, ), (2) быстрое возвратно-поступательное движение ковалентно связанных атомов относительно одного другой (колебания) и (3) вращения. Все эти движения важны для сближения поверхностей взаимодействующих молекул.

Эти скорости молекулярных движений могут быть измерены различными спектроскопическими методами. Это указывает на то, что большой глобулярный белок постоянно переворачивается, вращаясь вокруг своей оси около миллиона раз в секунду. Молекулы также находятся в постоянном поступательном движении, что заставляет их очень эффективно исследовать пространство внутри клетки, блуждая по ней — процесс, называемый диффузией. Таким образом, каждая молекула в клетке каждую секунду сталкивается с огромным количеством других молекул.Когда молекулы в жидкости сталкиваются и отскакивают друг от друга, отдельная молекула сначала движется в одну сторону, затем в другую, причем ее путь составляет случайное блуждание (). При таком блуждании среднее расстояние, которое каждая молекула проходит (по прямой) от своей начальной точки, пропорционально квадратному корню из затраченного времени: то есть, если молекуле требуется в среднем 1 секунда, чтобы пройти 1 мкм, требуется 4 секунды, чтобы пройти 2 мкм, 100 секунд, чтобы пройти 10 мкм, и так далее.

Рисунок 2-48

Случайное блуждание.Молекулы в растворе перемещаются случайным образом из-за непрерывного толчка, который они получают при столкновении с другими молекулами. Это движение позволяет небольшим молекулам быстро диффундировать из одной части клетки в другую, как описано в (подробнее …)

Внутри клетки очень тесно (). Тем не менее эксперименты, в которых флуоресцентные красители и другие меченые молекулы вводятся в клетки, показывают, что небольшие органические молекулы диффундируют через водянистый гель цитозоля почти так же быстро, как через воду.Например, небольшой органической молекуле требуется всего около одной пятой секунды, чтобы диффундировать на расстояние 10 мкм. Таким образом, диффузия является эффективным способом перемещения небольших молекул на ограниченные расстояния в клетке (типичная животная клетка имеет диаметр 15 мкм).

Рисунок 2-49

Строение цитоплазмы. Рисунок выполнен примерно в масштабе и подчеркивает скученность цитоплазмы. Показаны только макромолекулы: РНК показаны синим, рибосом — зеленым, и белки — красным. Ферменты и другие макромолекулы диффундируют (подробнее …)

Поскольку ферменты движутся в клетках медленнее, чем субстраты, мы можем думать о них как о неподвижных. Скорость встречи каждой молекулы фермента со своим субстратом будет зависеть от концентрации молекулы субстрата. Например, некоторые распространенные субстраты присутствуют в концентрации 0,5 мМ. Поскольку чистая вода составляет 55 M, на каждые 10 ⁵ молекул воды в клетке приходится только одна такая молекула субстрата.Тем не менее, активный центр молекулы фермента, связывающей этот субстрат, будет подвергаться бомбардировке примерно 500 000 случайных столкновений с молекулой субстрата в секунду. (При концентрации субстрата в десять раз меньше, количество столкновений падает до 50 000 в секунду и т. Д.) Случайное столкновение между поверхностью фермента и совпадающей поверхностью его молекулы субстрата часто сразу же приводит к образованию фермента — субстрат комплекс, готовый к реакции. Реакция, в которой ковалентная связь разрывается или образуется, теперь может происходить очень быстро.Если оценить, насколько быстро молекулы движутся и реагируют, наблюдаемые скорости ферментативного катализа не кажутся такими уж удивительными.

Как только фермент и субстрат столкнулись и должным образом прижались друг к другу в активном центре, они образуют несколько слабых связей друг с другом, которые сохраняются до тех пор, пока случайное тепловое движение не заставит молекулы снова диссоциировать. В целом, чем сильнее связывание фермента и субстрата, тем медленнее их скорость диссоциации. Однако, когда две сталкивающиеся молекулы имеют плохо совпадающие поверхности, образуется мало нековалентных связей и их общая энергия ничтожна по сравнению с энергией теплового движения.В этом случае две молекулы диссоциируют так же быстро, как и собираются вместе. Это то, что предотвращает образование неправильных и нежелательных ассоциаций между несовпадающими молекулами, например, между ферментом и неправильным субстратом.

Изменение свободной энергии для реакции определяет, может ли оно произойти

Теперь мы должны сделать небольшое отступление, чтобы ввести некоторые фундаментальные химические аспекты. Клетки — это химические системы, которые должны подчиняться всем химическим и физическим законам. Хотя ферменты ускоряют реакции, сами по себе они не могут вызвать возникновение энергетически неблагоприятных реакций.С точки зрения аналогии с водой, ферменты сами по себе не могут заставить воду бежать в гору. Клетки, однако, должны делать это, чтобы расти и делиться: они должны строить высокоупорядоченные и богатые энергией молекулы из маленьких и простых. Мы увидим, что это осуществляется с помощью ферментов, которые напрямую соединяют энергетически благоприятных реакций, выделяющих энергию и выделяющих тепло, с энергетически неблагоприятными реакциями, которые производят биологический порядок.

Прежде чем исследовать, как достигается такая связь, мы должны более внимательно рассмотреть термин «энергетически выгодный.Согласно второму закону термодинамики, химическая реакция может протекать спонтанно, только если она приводит к чистому увеличению беспорядка во Вселенной (см.). Критерий увеличения беспорядка во Вселенной удобнее всего выразить через величину, называемую свободной энергией: G , системы. Значение G представляет интерес только тогда, когда в системе происходит изменение и изменение G , обозначенное Δ G (дельта G ), является критическим.Предположим, что рассматриваемая система представляет собой набор молекул. Как объяснено на Панели 2-7 (стр. 122–123), свободная энергия была определена таким образом, что Δ G непосредственно измеряет количество беспорядка, создаваемого во Вселенной, когда происходит реакция, в которой участвуют эти молекулы. Энергетически выгодные реакции , по определению, — это те, которые уменьшают свободную энергию или, другими словами, имеют отрицательное значение Δ G и приводят в беспорядок Вселенную ().

Панель 2-7

Свободная энергия и биологические реакции.

Рисунок 2-50

Различие между энергетически выгодными и энергетически неблагоприятными реакциями.

Знакомый пример энергетически выгодной реакции в макроскопическом масштабе — это «реакция», посредством которой сжатая пружина расслабляется до расширенного состояния, высвобождая накопленную упругую энергию в виде тепла в окружающую среду; Примером в микроскопическом масштабе является растворение соли в воде. Напротив, энергетически неблагоприятных реакций с положительным положительным Δ G — например, те, в которых две аминокислоты соединяются вместе, образуя пептидную связь, — сами по себе создают порядок во Вселенной.Следовательно, эти реакции могут иметь место только в том случае, если они связаны со второй реакцией с отрицательным Δ G , настолько большим, что Δ G всего процесса будет отрицательным ().

Рисунок 2-51

Как реакционная связь используется для запуска энергетически неблагоприятных реакций.

Концентрация реагентов влияет на ΔG

Как мы только что описали, реакция A ⇌ B будет идти в направлении A → B, когда соответствующее изменение свободной энергии Δ G будет отрицательным, как натянутая пружина. предоставленный самому себе, расслабится и потеряет накопленную энергию в окружающую среду в виде тепла.Однако для химической реакции Δ G зависит не только от энергии, запасенной в каждой отдельной молекуле, но также от концентраций молекул в реакционной смеси. Помните, что Δ G отражает степень, в которой реакция создает более неупорядоченное — другими словами, более вероятное — состояние Вселенной. Вспоминая нашу аналогию с монетой, очень вероятно, что монета перевернется с головы на хвост, если в качающейся коробке 90 орлов и 10 решек, но это менее вероятное событие, если в коробке 10 орлов и 90 решек.Точно по той же причине для обратимой реакции A ⇌ B большой избыток A над B будет иметь тенденцию приводить реакцию в направлении A → B; то есть будет тенденция к тому, что будет больше молекул, совершающих переход A → B, чем молекул, совершающих переход B → A. Следовательно, Δ G становится более отрицательным для перехода A → B (и более положительный для перехода B → A) при увеличении отношения A к B.

Какая разница концентраций необходима для компенсации данного уменьшения энергии химической связи (и сопутствующего тепловыделения)? Ответ интуитивно не очевиден, но его можно определить с помощью термодинамического анализа, который позволяет разделить зависимую от концентрации и независимую от концентрации части изменения свободной энергии.Таким образом, Δ G для данной реакции может быть записано как сумма двух частей: первая, называемая стандартным изменением свободной энергии , Δ G ° , зависит от внутренних свойств реагирующих молекул; второй зависит от их концентрации. Для простой реакции A → B при 37 ° C,

, где Δ G в килокалориях на моль, [A] и [B] обозначают концентрации A и B, ln — натуральный логарифм, а 0,616 — RT. — произведение газовой постоянной R и абсолютной температуры T.

Обратите внимание, что Δ G равно значению Δ G °, когда молярные концентрации A и B равны (ln 1 = 0). Как и ожидалось, Δ G становится более отрицательным по мере уменьшения отношения B к A (ln числа <1 отрицательно).

Химическое равновесие достигается, когда эффект концентрации просто уравновешивает толчок, придаваемый реакции Δ G °, так что нет чистого изменения свободной энергии для движения реакции в любом направлении ().Здесь Δ G = 0, поэтому концентрации A и B таковы, что

Рисунок 2-52

Химическое равновесие. Когда реакция достигает равновесия, прямой и обратный поток реагирующих молекул равны и противоположны.

, что означает, что существует химическое равновесие при 37 ° C, когда

показывает, как равновесное отношение A к B (выраженное как константа равновесия, К ) зависит от значения Δ G °.

Таблица 2-5

Взаимосвязь между стандартным изменением свободной энергии, ΔG ° и константой равновесия.

Важно понимать, что когда фермент (или любой катализатор) снижает энергию активации реакции A → B, он также снижает энергию активации реакции B → A точно на такую ​​же величину (см.). Следовательно, прямая и обратная реакции будут ускоряться ферментом в один и тот же фактор, а точка равновесия реакции (и Δ G °) остается неизменной ().

Рисунок 2-53

Ферменты не могут изменить точку равновесия реакций. Ферменты, как и все катализаторы, одинаково ускоряют прямую и обратную скорость реакции. Следовательно, как для катализированных, так и для некаталитических реакций, показанных здесь, количество (подробнее …)

Для последовательных реакций, ΔG ° значения являются добавочными

Ход большинства реакций можно предсказать количественно. Был собран большой объем термодинамических данных, которые позволяют рассчитать стандартное изменение свободной энергии Δ G ° для большинства важных метаболических реакций клетки.Общее изменение свободной энергии для метаболического пути тогда представляет собой просто сумму изменений свободной энергии на каждой из составляющих его ступеней. Рассмотрим, например, две последовательные реакции

, где значения Δ G ° равны +5 и -13 ккал / моль соответственно. (Напомним, что моль — это 6 × 10 ²³ молекул вещества.) Если эти две реакции происходят последовательно, Δ G ° для связанной реакции будет -8 ккал / моль. Таким образом, неблагоприятная реакция X → Y, которая не будет происходить самопроизвольно, может быть вызвана благоприятной реакцией Y → Z при условии, что вторая реакция следует за первой.

Таким образом, клетки могут вызвать энергетически неблагоприятный переход X → Y, если к ферменту, катализирующему реакцию X → Y, добавить второй фермент, который катализирует энергетически благоприятную реакцию , Y → Z. Y → Z будет тогда действовать как «сифон», чтобы управлять преобразованием всей молекулы X в молекулу Y, а затем в молекулу Z (). Например, несколько реакций в длинном пути, который превращает сахара в CO ₂ и H ₂ O, были бы энергетически невыгодными, если бы их рассматривать отдельно.Но путь, тем не менее, быстро завершается, потому что общая Δ G ° для серии последовательных реакций имеет большое отрицательное значение.

Рисунок 2-54

Как энергетически неблагоприятная реакция может быть вызвана второй, следующей за реакцией. (A) В равновесии молекул X в два раза больше, чем молекул Y, потому что X имеет более низкую энергию, чем Y. (B) В равновесии молекул Z в 25 раз больше (подробнее …)

Но формируется последовательный путь не подходит для многих целей.Часто желаемый путь — это просто X → Y без дальнейшего превращения Y в какой-либо другой продукт. К счастью, есть и другие, более общие способы использования ферментов для объединения реакций. Как это работает — это тема, которую мы обсудим дальше.

Активированные молекулы-носители необходимы для биосинтеза

Энергия, выделяемая при окислении молекул пищи, должна временно сохраняться, прежде чем она может быть направлена ​​на построение других малых органических молекул, а также более крупных и сложных молекул, необходимых клетке.В большинстве случаев энергия хранится в виде энергии химической связи в небольшом наборе активированных «молекул-носителей», которые содержат одну или несколько богатых энергией ковалентных связей. Эти молекулы быстро диффундируют по клетке и тем самым переносят свою энергию связи от мест генерации энергии к местам, где энергия используется для биосинтеза и другой необходимой клеточной деятельности ().

Рисунок 2-55

Перенос энергии и роль активированных носителей в метаболизме. Выступая в качестве энергетических челноков, активированные молекулы-носители выполняют свою функцию посредников, которые связывают распад молекул пищи и высвобождение энергии (катаболизм) с (более…)

Активированные носители накапливают энергию в легко заменяемой форме, либо в виде легко переносимой химической группы, либо в виде высокоэнергетических электронов, и они могут выполнять двойную роль в качестве источника энергии и химических групп в биосинтетических реакциях. По историческим причинам эти молекулы также иногда называют коферментами . Наиболее важными из активированных молекул-носителей являются АТФ и две тесно связанные друг с другом молекулы, НАДН и НАДФН, о чем мы вскоре подробно поговорим.Мы увидим, что клетки используют активированные молекулы-носители как деньги для оплаты реакций, которые иначе не могли бы произойти.

Образование активированного носителя связано с энергетически выгодной реакцией

Когда молекула топлива, такая как глюкоза, окисляется в клетке, реакции, катализируемые ферментами, гарантируют, что большая часть свободной энергии, которая высвобождается при окислении, улавливается в химически полезной форме, а не в виде тепла. Это достигается с помощью сопряженной реакции, в которой энергетически выгодная реакция используется для запуска энергетически неблагоприятной, которая производит активированную молекулу-носитель или какой-либо другой полезный накопитель энергии.Механизмы связывания требуют ферментов и являются основополагающими для всех энергетических трансакций клетки.

Природа сопряженной реакции проиллюстрирована механической аналогией, в которой энергетически выгодная химическая реакция представлена ​​камнями, падающими со скалы. Энергия падающих камней обычно полностью расходуется в виде тепла, выделяемого трением, когда камни ударяются о землю (см. Диаграмму падающего кирпича в). Однако при тщательном проектировании часть этой энергии можно было бы использовать вместо того, чтобы приводить в движение лопастное колесо, которое поднимает ведро с водой ().Поскольку теперь камни могут достигать земли только после перемещения лопастного колеса, мы говорим, что энергетически благоприятная реакция падения камня была непосредственно соединена с энергетически неблагоприятной реакцией подъема ведра с водой. Обратите внимание: поскольку часть энергии используется для выполнения работы в (B), камни ударяются о землю с меньшей скоростью, чем в (A), и, соответственно, меньше энергии расходуется в виде тепла.

Рисунок 2-56

Механическая модель, иллюстрирующая принцип связанных химических реакций.Спонтанная реакция, показанная на (A), может служить аналогией прямого окисления глюкозы до CO ₂ и H ₂ O, которое выделяет только тепло. В (B) та же реакция сопряжена (подробнее …)

Точно аналогичные процессы происходят в клетках, где ферменты играют роль лопаточного колеса в нашей аналогии. Посредством механизмов, которые будут обсуждаться позже в этой главе, они связывают энергетически благоприятную реакцию, такую ​​как окисление пищевых продуктов, с энергетически неблагоприятной реакцией, такой как образование активированной молекулы-носителя.В результате количество тепла, выделяемого в результате реакции окисления, уменьшается ровно на количество энергии, которое хранится в богатых энергией ковалентных связях активированной молекулы-носителя. Активированная молекула-носитель, в свою очередь, улавливает пакет энергии размера, достаточного для запуска химической реакции в другом месте клетки.

АТФ — наиболее широко используемая молекула активированного носителя

Самым важным и универсальным из активированных носителей в клетках является АТФ (аденозинтрифосфат).Подобно тому, как энергия, хранящаяся в поднятом ведре с водой, может использоваться для приведения в действие самых разных гидравлических машин, АТФ служит удобным и универсальным хранилищем или валютой энергии для запуска множества химических реакций в клетках. АТФ синтезируется в энергетически неблагоприятной реакции фосфорилирования, в которой фосфатная группа добавляется к АДФ (аденозиндифосфату). При необходимости АТФ отдает свой энергетический пакет за счет энергетически выгодного гидролиза до АДФ и неорганического фосфата ().Затем регенерированный АДФ доступен для использования в другом раунде реакции фосфорилирования, в результате которого образуется АТФ.

Рисунок 2-57

Гидролиз АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Два крайних фосфата в АТФ удерживаются в остальной части молекулы за счет высокоэнергетических фосфоангидридных связей и легко переносятся. Как указано, вода может быть добавлена ​​к АТФ для образования АДФ и неорганических (подробнее …)

Энергетически выгодная реакция гидролиза АТФ сочетается со многими в противном случае неблагоприятными реакциями, посредством которых синтезируются другие молекулы.Мы встретимся с некоторыми из этих реакций позже в этой главе. Многие из них включают перенос концевого фосфата в АТФ на другую молекулу, что иллюстрируется реакцией фосфорилирования в.

Рисунок 2-58

Пример реакции переноса фосфата. Поскольку богатая энергией фосфоангидридная связь в АТФ преобразуется в фосфоэфирную связь, эта реакция является энергетически выгодной, имея большое отрицательное значение Δ G . В реакциях этого типа участвуют (подробнее…)

АТФ — самый распространенный активный носитель в клетках. Например, он используется для снабжения энергией многих насосов, транспортирующих вещества в клетку и из нее (обсуждается в главе 11). Он также приводит в действие молекулярные моторы, которые позволяют мышечным клеткам сокращаться, а нервным клеткам транспортировать материалы от одного конца своих длинных аксонов к другому (обсуждается в главе 16).

Энергия, запасенная в АТФ, часто используется для соединения двух молекул

Ранее мы обсуждали один способ, которым энергетически выгодная реакция может быть связана с энергетически неблагоприятной реакцией, X → Y, чтобы она могла происходить.В этой схеме второй фермент катализирует энергетически выгодную реакцию Y → Z, притягивая в процессе все X к Y (см.). Но когда требуется продукт Y, а не Z, этот механизм бесполезен.

Частым типом реакции, который необходим для биосинтеза, является реакция, в которой две молекулы, A и B, соединяются вместе с образованием AB в энергетически неблагоприятной реакции конденсации

Существует косвенный путь, который позволяет AH и B-OH образуют AB, в котором реакция протекает в результате гидролиза АТФ.Здесь энергия гидролиза АТФ сначала используется для преобразования B-OH в промежуточное соединение с более высокой энергией, которое затем напрямую реагирует с A-H с образованием A-B. Простейший возможный механизм включает перенос фосфата от АТФ к B-OH с образованием B-OPO ₃ , и в этом случае путь реакции состоит только из двух этапов:

Реакция конденсации, которая сама по себе является энергетически невыгодной, является вынуждается происходить из-за того, что он непосредственно связан с гидролизом АТФ в пути реакции, катализируемой ферментами ().

Рисунок 2-59

Пример энергетически неблагоприятной биосинтетической реакции, вызванной гидролизом АТФ. (A) Схематическое изображение образования AB в реакции конденсации, описанной в тексте. (B) Биосинтез общей аминокислоты глутамина. (подробнее …)

Биосинтетическая реакция именно этого типа используется для синтеза аминокислоты глутамина, как показано на. Вскоре мы увидим, что очень похожие (но более сложные) механизмы также используются для производства почти всех больших молекул клетки.

НАДН и НАДФН являются важными переносчиками электронов

Другие важные активированные молекулы-носители участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и обычно являются частью связанных реакций в клетках. Эти активированные носители предназначены для переноса электронов высокой энергии и атомов водорода. Наиболее важными из этих электронных носителей являются NAD ⁺ (никотинамидадениндинуклеотид) и близкородственная молекула НАДФ ⁺ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат).Позже мы исследуем некоторые реакции, в которых они участвуют. NAD ⁺ и NADP ⁺ каждый улавливает «пакет энергии», соответствующий двум высокоэнергетическим электронам плюс протон (H ⁺ ), который превращается в NADH ( восстановленный никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФН ( восстановленный фосфат никотинамидадениндинуклеотида ) соответственно. Следовательно, эти молекулы также можно рассматривать как переносчики гидрид-ионов (H ⁺ плюс два электрона или H ^— ).

Подобно АТФ, НАДФН является активированным носителем, который участвует во многих важных биосинтетических реакциях, которые в противном случае были бы энергетически неблагоприятными. НАДФН производится по общей схеме, представленной на рис. Во время особого набора энергоемких катаболических реакций атом водорода плюс два электрона удаляются из молекулы субстрата и добавляются к никотинамидному кольцу NADP ⁺ с образованием NADPH. Это типичная реакция окисления-восстановления; субстрат окисляется, а НАДФ ⁺ восстанавливается.Структуры NADP ⁺ и NADPH показаны на.

Рисунок 2-60

НАДФН, важный переносчик электронов. (A) НАДФН образуется в реакциях общего типа, показанных слева, в которых два атома водорода удаляются из субстрата. Окисленная форма молекулы-носителя, NADP ⁺ , получает один атом водорода (подробнее …)

Ион гидрида, переносимый NADPH, легко отделяется в последующей реакции окисления-восстановления, потому что кольцо может достичь большего стабильное расположение электронов без него.В этой последующей реакции, которая регенерирует NADP ⁺ , именно NADPH окисляется, а субстрат восстанавливается. НАДФН является эффективным донором своего гидрид-иона другим молекулам по той же причине, по которой АТФ легко переносит фосфат: в обоих случаях перенос сопровождается большим отрицательным изменением свободной энергии. Один пример использования НАДФН в биосинтезе показан на.

Рисунок 2-61

Заключительный этап одного из биосинтетических путей, ведущих к холестерину.Как и во многих других биосинтетических реакциях, восстановление связи C = C достигается переносом иона гидрида от молекулы-носителя НАДФН, плюс протона (H ⁺ ) от (подробнее …)

различие одной фосфатной группы не влияет на свойства переноса электронов НАДФН по сравнению с НАДН, но имеет решающее значение для их отличительных ролей. Экстрафосфатная группа НАДФН находится далеко от области, участвующей в переносе электрона (см.), И не имеет значения для реакции переноса.Однако это придает молекуле НАДФН форму, немного отличающуюся от формы НАДН, и поэтому НАДФН и НАДН связываются в качестве субстратов с различными наборами ферментов. Таким образом, два типа носителей используются для переноса электронов (или ионов гидрида) между различными наборами молекул.

Почему должно быть это разделение труда? Ответ заключается в необходимости независимого регулирования двух наборов реакций переноса электрона. НАДФН работает в основном с ферментами, которые катализируют анаболические реакции, поставляя высокоэнергетические электроны, необходимые для синтеза богатых энергией биологических молекул.НАДН, напротив, играет особую роль в качестве промежуточного звена в катаболической системе реакций, которые генерируют АТФ за счет окисления молекул пищи, о чем мы вскоре поговорим. Генез НАДН из НАД ⁺ и НАДФН из НАДФ ⁺ происходит разными путями и независимо регулируется, так что клетка может независимо регулировать подачу электронов для этих двух противоположных целей. Внутри ячейки отношение NAD ⁺ к NADH поддерживается на высоком уровне, тогда как отношение NADP ⁺ к NADPH остается низким.Это обеспечивает большое количество NAD ⁺ , которое действует как окислитель, и большое количество NADPH, которое действует как восстанавливающий агент, что требуется для их особой роли в катаболизме и анаболизме, соответственно.

В клетках много других активированных молекул-носителей

Другие активированные носители также собирают и переносят химическую группу в легко переносимой высокоэнергетической связи (). Например, кофермент A несет ацетильную группу в легко переносимой связи, и в этой активированной форме он известен как ацетил-Коэнзим A (ацетилкофермент A).Структура ацетил-КоА проиллюстрирована на; он используется для добавления двух углеродных единиц в биосинтезе более крупных молекул.

Таблица 2-6

Некоторые молекулы активированного носителя, широко используемые в метаболизме.

Рисунок 2-62

Структура важной активированной молекулы-носителя ацетил-КоА. Модель, заполняющая пространство, показана над конструкцией. Атом серы (желтый) образует тиоэфирную связь с ацетатом. Поскольку это высокоэнергетическая связь, высвобождающая большое количество свободного (больше…)

В ацетил-КоА и других молекулах-носителях переносимая группа составляет лишь небольшую часть молекулы. Остальное состоит из большой органической части, которая служит удобной «ручкой», облегчая распознавание молекулы-носителя специфическими ферментами. Как и в случае с ацетил-КоА, эта часть ручки очень часто содержит нуклеотид, что является любопытным фактом, который может быть пережитком ранней стадии эволюции. В настоящее время считается, что основными катализаторами ранних форм жизни — до ДНК или белков — были молекулы РНК (или их близкие родственники), как описано в главе 6.Возникает соблазн предположить, что многие из молекул-носителей, которые мы находим сегодня, возникли в этом более раннем мире РНК, где их нуклеотидные части могли быть полезны для связывания их с ферментами РНК.

Примеры типов реакций переноса, катализируемых активированными молекулами-носителями АТФ (перенос фосфата) и НАДФН (перенос электронов и водорода), были представлены в и, соответственно. Реакции других активированных молекул-носителей включают перенос метильной, карбоксильной или глюкозной группы с целью биосинтеза.Требуемые активированные носители обычно образуются в реакциях, связанных с гидролизом АТФ, как в примере на. Следовательно, энергия, которая позволяет их группам использовать для биосинтеза, в конечном итоге исходит из катаболических реакций, которые генерируют АТФ. Подобные процессы происходят при синтезе очень больших молекул клетки — нуклеиновых кислот, белков и полисахаридов, которые мы обсудим далее.

Рисунок 2-63

Реакция переноса карбоксильной группы с использованием активированной молекулы-носителя.Карбоксилированный биотин используется ферментом пируваткарбоксилаза для переноса карбоксильной группы при производстве оксалоацетата, молекулы, необходимой для цикла лимонной кислоты. Акцептор (подробнее …)

Синтез биологических полимеров требует ввода энергии

Как обсуждалось ранее, макромолекулы клетки составляют подавляющее большинство ее сухой массы, то есть массы, не связанной с водой ( видеть ). Эти молекулы состоят из субъединиц (или мономеров), которые связаны вместе в реакции конденсации , в которой составляющие молекулы воды (ОН плюс Н) удаляются из двух реагентов.Следовательно, обратная реакция — распад всех трех типов полимеров — происходит при катализируемом ферментами добавлении воды ( гидролиз ). Эта реакция гидролиза является энергетически выгодной, тогда как реакции биосинтеза требуют затрат энергии и являются более сложными ().

Рисунок 2-64

Конденсация и гидролиз как противоположные реакции. Макромолекулы клетки представляют собой полимеры, которые образуются из субъединиц (или мономеров) в результате реакции конденсации и разрушаются при гидролизе.Все реакции конденсации энергетически невыгодны. (подробнее …)

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), белки и полисахариды — это полимеры, которые образуются путем повторного добавления субъединицы (также называемой мономером) на один конец растущей цепи. Реакции синтеза этих трех типов макромолекул описаны в. Как указано, стадия конденсации в каждом случае зависит от энергии гидролиза нуклеозидтрифосфата. И все же, за исключением нуклеиновых кислот, в молекулах конечного продукта не осталось фосфатных групп.Как реакции, высвобождающие энергию гидролиза АТФ, связаны с синтезом полимера?

Рисунок 2-65

Синтез полисахаридов, белков и нуклеиновых кислот. Синтез каждого вида биологического полимера включает потерю воды в реакции конденсации. Не показано потребление высокоэнергетических нуклеозидтрифосфатов, необходимое для (подробнее …)

Для каждого типа макромолекул существует катализируемый ферментами путь, который напоминает описанный ранее для синтеза аминокислоты глутамина (см. ).Принцип точно такой же, в том, что группа ОН, которая будет удалена в реакции конденсации, сначала активируется, вступая в высокоэнергетическую связь со второй молекулой. Однако фактические механизмы, используемые для связывания гидролиза АТФ с синтезом белков и полисахаридов, более сложны, чем механизмы, используемые для синтеза глутамина, поскольку для образования окончательной высокоэнергетической связи, которая разрывается во время синтеза, требуется ряд высокоэнергетических промежуточных продуктов. стадия конденсации (обсуждается в главе 6 для синтеза белка).

Существуют пределы того, что каждый активированный носитель может делать при биосинтезе. Δ G для гидролиза АТФ до АДФ и неорганического фосфата (P _i ) зависит от концентраций всех реагентов, но в обычных условиях в ячейке он составляет от -11 до -13 ккал / моль. . В принципе, эту реакцию гидролиза можно использовать для запуска неблагоприятной реакции с Δ G , возможно, +10 ккал / моль, при условии, что доступен подходящий путь реакции.Однако для некоторых биосинтетических реакций даже -13 ккал / моль может быть недостаточно. В этих случаях путь гидролиза АТФ может быть изменен таким образом, чтобы он вначале производил АМФ и пирофосфат (PP _i ), который затем сам подвергается гидролизу на следующей стадии (). Весь процесс обеспечивает полное изменение свободной энергии примерно -26 ккал / моль. Важной биосинтетической реакцией, которая запускается таким образом, является синтез нуклеиновой кислоты (полинуклеотида), как показано на.

Рисунок 2-66

Альтернативный путь гидролиза АТФ, при котором пирофосфат сначала образуется, а затем гидролизуется.Этот путь высвобождает примерно вдвое больше свободной энергии, чем реакция, показанная ранее на рис. 2-57. (A) В двух последовательных реакциях гидролиза, (подробнее …)

Рисунок 2-67

Синтез полинуклеотида, РНК или ДНК, представляет собой многоступенчатый процесс, управляемый гидролизом АТФ. На первом этапе нуклеозидмонофосфат активируется последовательным переносом концевых фосфатных групп от двух молекул АТФ. Высокоэнергетический (подробнее …)

Интересно отметить, что реакции полимеризации, в результате которых образуются макромолекулы, могут быть ориентированы одним из двух способов, вызывая либо головную, либо конечную полимеризацию мономеров.При полимеризации с головкой реактивная связь, необходимая для реакции конденсации, переносится на конец растущего полимера, и поэтому ее необходимо регенерировать каждый раз при добавлении мономера. В этом случае каждый мономер несет с собой реактивную связь, которая будет использоваться при добавлении следующего мономера в ряду. В хвостовой полимеризации реактивная связь, переносимая каждым мономером, вместо этого используется немедленно для его собственного присоединения ().

Рисунок 2-68

Ориентация активных промежуточных продуктов в реакциях биологической полимеризации.Рост головы полимера сравнивается с его альтернативным ростом хвоста. Как указано, эти два механизма используются для производства разных биологических макромолекул.

В следующих главах мы увидим, что используются оба этих типа полимеризации. Синтез полинуклеотидов и некоторых простых полисахаридов происходит, например, путем полимеризации хвоста, тогда как синтез белков происходит путем процесса полимеризации в голове.

Резюме

Живые клетки очень упорядочены и должны создавать порядок внутри себя, чтобы выжить и расти.Это термодинамически возможно только из-за постоянного поступления энергии, часть которой должна выделяться из клеток в окружающую их среду в виде тепла. В конечном итоге энергия исходит от электромагнитного излучения солнца, которое стимулирует образование органических молекул в фотосинтезирующих организмах, таких как зеленые растения. Животные получают энергию, поедая эти органические молекулы и окисляя их в серии катализируемых ферментами реакций, которые связаны с образованием АТФ — общей валюты энергии во всех клетках.

Чтобы сделать возможным постоянное создание порядка в клетках, энергетически выгодный гидролиз АТФ сочетается с энергетически неблагоприятными реакциями. В биосинтезе макромолекул это достигается путем переноса фосфатных групп с образованием реакционноспособных фосфорилированных промежуточных продуктов. Поскольку энергетически неблагоприятная реакция теперь становится энергетически выгодной, считается, что гидролиз АТФ запускает реакцию. Полимерные молекулы, такие как белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, собираются из небольших активированных молекул-предшественников за счет повторяющихся реакций конденсации, которые запускаются таким образом.Другие реактивные молекулы, называемые активными носителями или коферментами, переносят другие химические группы в процессе биосинтеза: НАДФН переносит водород в виде протона плюс два электрона (ион гидрида), например, тогда как ацетил-КоА переносит ацетильную группу.

4.9 Энергетические потребности живых существ — Биология человека

Создал: CK-12 / Адаптировал Кристин Миллер

Рис. 4.9.1. Все живые существа нуждаются в энергии для поддержания гомеостаза. Эти ездовые собаки используют энергию, когда тянут их.

Эти красивые ездовые собаки — чудо обмена веществ. При беге на 160 километров (около 99 миль) в день каждый из них будет потреблять и сжигать около 12 тысяч калорий — около 240 калорий на фунт в день, что эквивалентно примерно 24 Биг-Маку! Напротив, спортсмен, работающий на выносливость, обычно сжигает всего около 100 калорий на фунт (0,45 кг) каждый день. Ученых заинтриговал удивительный метаболизм ездовых собак, хотя они до сих пор не определили, как они расходуют столько энергии.Но одно можно сказать наверняка: всем живым существам нужна энергия для всего, что они делают, будь то бег или моргание глазом. Фактически, каждая клетка вашего тела постоянно нуждается в энергии только для выполнения основных жизненных процессов. Вы, наверное, знаете, что получаете энергию от еды, которую едите, но откуда она берется? Как он может содержать энергию? И как ваши клетки получают энергию из пищи?

В научном мире энергия определяется как способность выполнять работу. Часто можно увидеть действие энергии в живых существах: птица летит по воздуху, светлячок светится в темноте, собака виляет хвостом.Это очевидные способы использования энергии живыми существами, но живые существа также постоянно используют энергию менее очевидными способами.

Внутри каждой клетки всех живых существ энергия необходима для осуществления жизненных процессов. Энергия требуется для разрушения и наращивания молекул, а также для транспортировки многих молекул через плазматические мембраны. Вся работа в жизни требует энергии. Также много энергии просто теряется в окружающую среду в виде тепла. История жизни — это история потока энергии — ее захвата, изменения формы, использования для работы и потери в виде тепла.Энергия (в отличие от материи) не может быть переработана, поэтому организмы требуют постоянного поступления энергии. Жизнь работает на химической энергии. Откуда живые организмы получают эту химическую энергию?

Химическая энергия, в которой нуждаются организмы, поступает из пищи. Еда состоит из органических молекул, которые хранят энергию в своих химических связях. Что касается получения пищи для получения энергии, существует два типа организмов: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы

Автотрофы — это организмы, которые захватывают энергию из неживых источников и передают ее в живую часть экосистемы.Они также могут готовить себе еду. Большинство автотрофов используют энергию солнечного света для приготовления пищи в процессе фотосинтеза . Только определенные организмы, такие как растения, водоросли и некоторые бактерии, могут производить пищу посредством фотосинтеза. Некоторые фотосинтезирующие организмы показаны на Рисунке 4.9.2.

	Рис. 4.9.2 Фотосинтетические автотрофы, которые производят пищу, используя энергию солнечного света, включают растения (слева), водоросли (в центре) и некоторые бактерии (справа).

Автотрофами также называют производителей . Они производят пищу не только для себя, но и для всех других живых существ (известных как потребители). Вот почему автотрофы составляют основу пищевых цепочек, таких как пищевая цепь, показанная на рисунке 4.9.3.

Рисунок 4.9.3 Пищевые цепи: водные и наземные экосистемы.

Пищевая цепочка показывает, как энергия и материя перетекают от производителей к потребителям. Материя перерабатывается, но энергия должна продолжать поступать в систему.Откуда эта энергия?

Посмотрите видео «Простая история фотосинтеза и еды — Аманда Отен» от TED-Ed, чтобы узнать больше о фотосинтезе:

Простая история фотосинтеза и еды — Аманда Отен, TED-Ed, 2013.

Гетеротрофы

Гетеротрофы — живые существа, которые не могут самостоятельно готовить себе пищу. Вместо этого они получают пищу, потребляя другие организмы, поэтому их также называют потребителями .Они могут потреблять автотрофов или других гетеротрофов. К гетеротрофам относятся все животные и грибы, а также многие одноклеточные организмы. На рис. 4.9.3 все организмы являются потребителями, за исключением трав и фитопланктона. Как вы думаете, что случилось бы с потребителями, если бы все производители исчезли с Земли?

Организмы в основном используют два типа молекул для химической энергии: глюкозу и АТФ. Обе молекулы используются в качестве топлива во всем живом мире. Обе молекулы также играют ключевую роль в процессе фотосинтеза.

Глюкоза

Глюкоза — простой углевод с химической формулой C ₆ H ₁₂ O ₆ . Он хранит химическую энергию в концентрированной стабильной форме. В вашем теле глюкоза — это форма энергии, которая переносится в вашей крови и поглощается каждым из ваших триллионов клеток. Глюкоза — конечный продукт фотосинтеза и почти универсальная пища для жизни. На рисунке 4.9.4 вы можете увидеть, как фотосинтез сохраняет энергию солнца в молекуле глюкозы, а затем как клеточное дыхание разрывает связи в глюкозе, чтобы получить энергию.

Рис. 4.9.4 Передача энергии при фотосинтезе и клеточном дыхании.

ATP

Если вы помните из раздела 3.7 Нуклеиновые кислоты, АТФ (аденозинтрифосфат) — это молекула, несущая энергию, которую клетки используют для питания большинства клеточных процессов (проводимость нервных импульсов, синтез белка и активный транспорт являются хорошими примерами клеточных процессов, которые зависят от АТФ как их источник энергии). АТФ производится во время первой половины фотосинтеза, а затем используется для получения энергии во второй половине фотосинтеза, когда образуется глюкоза.АТФ высвобождает энергию, когда он отказывается от одной из трех своих фосфатных групп (Pi) и превращается в АДФ (аденозиндифосфат, который имеет две фосфатные группы), как показано на рисунке 4.9.5. Таким образом, расщепление АТФ на АДФ + Pi является катаболической реакцией с высвобождением энергии (экзотермической). АТФ производится из комбинации АДФ и пи, анаболической реакции, требующей энергии (эндотермической).

Рис. 4.9.5. АТФ (аденозин-TRI-фосфат) может быть преобразован в ADP (аденсозин-DI-фосфат) для высвобождения энергии, хранящейся в химических связях между второй и третьей фосфатной группой.

Почему организмам нужны и глюкоза, и АТФ

Зачем живым существам глюкоза, если АТФ — это молекула, которую клетки используют для получения энергии? Почему бы автотрофам просто не сделать АТФ и не покончить с этим? Ответ находится в «упаковке». Молекула глюкозы содержит больше химической энергии в меньшем «пакете», чем молекула АТФ. Глюкоза также более стабильна, чем АТФ. Следовательно, глюкоза лучше для хранения и транспортировки энергии. Глюкоза, однако, слишком эффективна для использования клетками. АТФ, с другой стороны, содержит ровно столько энергии, сколько необходимо для поддержания жизненных процессов в клетках.По этим причинам живым существам необходимы и глюкоза, и АТФ.

Поток энергии через живые организмы начинается с фотосинтеза. Этот процесс сохраняет энергию солнечного света в химических связях глюкозы. Разрывая химические связи в глюкозе, клетки высвобождают накопленную энергию и вырабатывают необходимый им АТФ. Процесс, в котором глюкоза расщепляется и образуется АТФ, называется клеточное дыхание .

Фотосинтез и клеточное дыхание — две стороны одной медали.Это видно на рисунке 4.9.6. Продукты одного процесса являются реагентами другого. Вместе эти два процесса накапливают и высвобождают энергию в живых организмах. Эти два процесса также работают вместе, чтобы рециркулировать кислород в атмосфере Земли.

Рисунок 4.9.6 На этой диаграмме сравниваются фотосинтез и клеточное дыхание. Он также показывает, как связаны эти два процесса.

• Энергия — это способность выполнять работу. Он необходим всем живым существам и каждой живой клетке для осуществления жизненных процессов, таких как разрушение и создание молекул, а также транспортировка множества молекул через клеточные мембраны.
• Форма энергии, в которой живые существа нуждаются для этих процессов, — химическая энергия, и она поступает из пищи. Пища состоит из органических молекул, которые хранят энергию в своих химических связях.
• Автотрофы сами готовят себе еду. Например, растения получают пищу путем фотосинтеза. Автотрофов еще называют производителями.
• Гетеротрофы получают пищу, поедая другие организмы. Гетеротрофы также известны как потребители.
• Организмы в основном используют молекулы глюкозы и АТФ для получения энергии.Глюкоза — это компактная, стабильная форма энергии, которая переносится кровью и поглощается клетками. АТФ содержит меньше энергии и используется для питания клеточных процессов.
• Поток энергии через живые существа начинается с фотосинтеза, в результате которого образуется глюкоза. В процессе, называемом клеточным дыханием, клетки организмов расщепляют глюкозу и вырабатывают необходимый им АТФ.

1. Определите энергию.
2. Зачем живым существам энергия?
4. Сравните и сопоставьте два основных способа получения энергии организмами.
5. Опишите роли и взаимоотношения энергетических молекул глюкозы и АТФ.
6. Обобщите, как энергия течет через живые существа.
7. Почему преобразование АТФ в АДФ высвобождает энергию?

Изучение биологии: автотрофы против гетеротрофов, Махалодотком, 2011.

Передача энергии на трофических уровнях, Teacher’s Pet, 2015.

Атрибуции

Химические связи — Принципы биологии

Как элементы взаимодействуют друг с другом, зависит от того, как расположены их электроны и сколько отверстий для электронов существует во внешней области, где электроны присутствуют в атоме.Электроны существуют на энергетических уровнях, которые образуют оболочки вокруг ядра. Ближайшая оболочка может вместить до двух электронов. Ближайшая к ядру оболочка всегда заполняется первой, прежде чем можно будет заполнить любую другую оболочку. Водород имеет один электрон; следовательно, в самой нижней оболочке занято только одно место. Гелий имеет два электрона; следовательно, он может полностью заполнить нижнюю оболочку двумя своими электронами. Если вы посмотрите на таблицу Менделеева, вы увидите, что водород и гелий — единственные два элемента в первой строке.Это потому, что в их первой оболочке есть только электроны. Водород и гелий — единственные два элемента, которые имеют самую низкую оболочку и не имеют других оболочек.

Второй и третий энергетические уровни могут содержать до восьми электронов. Восемь электронов расположены в четырех парах, и одна позиция в каждой паре заполняется электроном до того, как любые пары будут сформированы.

Еще раз взглянув на таблицу Менделеева (рис. 1), вы заметите, что там семь строк. Эти строки соответствуют количеству оболочек, которые имеют элементы в этой строке.Элементы в определенной строке имеют увеличивающееся количество электронов по мере того, как столбцы перемещаются слева направо. Хотя у каждого элемента одинаковое количество оболочек, не все оболочки полностью заполнены электронами. Если вы посмотрите на вторую строку периодической таблицы, вы найдете литий (Li), бериллий (Be), бор (B), углерод (C), азот (N), кислород (O), фтор (F), и неон (Ne). Все они имеют электроны, которые занимают только первую и вторую оболочки. Литий имеет только один электрон во внешней оболочке, бериллий имеет два электрона, бор имеет три и так далее, пока вся оболочка не будет заполнена восемью электронами, как в случае с неоном.

Не все элементы имеют достаточно электронов, чтобы заполнить свои внешние оболочки, но атом наиболее стабилен, когда все позиции электронов на внешней оболочке заполнены. Из-за этих вакансий во внешних оболочках мы видим образование химических связей или взаимодействия между двумя или более одинаковыми или разными элементами, которые приводят к образованию молекул. Чтобы достичь большей стабильности, атомы будут стремиться полностью заполнить свои внешние оболочки и связываться с другими элементами для достижения этой цели, разделяя электроны, принимая электроны от другого атома или отдавая электроны другому атому.Поскольку внешние оболочки элементов с низкими атомными номерами (вплоть до кальция с атомным номером 20) могут содержать восемь электронов, это называется правилом октетов. Элемент может отдавать, принимать или делиться электронами с другими элементами, чтобы заполнить свою внешнюю оболочку и удовлетворить правилу октетов.

Когда атом не содержит равного количества протонов и электронов, он называется ионом . Поскольку количество электронов не равно количеству протонов, каждый ион имеет чистый заряд.Положительные ионы образуются при потере электронов и называются катионами. Отрицательные ионы образуются за счет приобретения электронов и называются анионами.

Например, у натрия только один электрон на внешней оболочке. Натрию требуется меньше энергии, чтобы отдать один электрон, чем принять еще семь электронов, чтобы заполнить внешнюю оболочку. Если натрий теряет электрон, у него теперь будет 11 протонов и только 10 электронов, а общий заряд останется +1. Теперь он называется ионом натрия.

У атома хлора семь электронов на внешней оболочке.Опять же, для хлора более энергоэффективно получить один электрон, чем потерять семь. Следовательно, он стремится получить электрон, чтобы создать ион с 17 протонами и 18 электронами, придавая ему чистый отрицательный (–1) заряд. Теперь он называется хлорид-ионом. Это движение электронов от одного элемента к другому называется переносом электронов. Как показано на рисунке 1, атом натрия (Na) имеет только один электрон в своей внешней оболочке, тогда как атом хлора (Cl) имеет семь электронов в своей внешней оболочке.Атом натрия отдаст свой один электрон, чтобы опустошить свою оболочку, а атом хлора примет этот электрон, чтобы заполнить свою оболочку, став хлоридом. Оба иона теперь удовлетворяют правилу октетов и имеют полные внешние оболочки. Поскольку количество электронов больше не равно количеству протонов, каждый теперь является ионом и имеет заряд +1 (натрий) или –1 (хлорид).

Рис. 1 Элементы имеют тенденцию заполнять свои внешние оболочки электронами. Для этого они могут отдавать или принимать электроны от других элементов.

Ионные связи

Существует четыре типа связей или взаимодействий: ионные, ковалентные, водородные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Ионные и ковалентные связи — это сильные взаимодействия, для разрыва которых требуется больше энергии. Когда элемент отдает электрон из своей внешней оболочки, как в примере с атомом натрия выше, образуется положительный ион (рис. 2). Элемент, принимающий электрон, теперь заряжен отрицательно. Поскольку положительный и отрицательный заряды притягиваются, эти ионы остаются вместе и образуют ионную связь , или связь между ионами.Элементы связываются вместе с электроном одного элемента, оставаясь преимущественно с другим элементом. Когда ионы Na ⁺ и Cl ^— объединяются, чтобы произвести NaCl, электрон от атома натрия остается с другими семью от атома хлора, и ионы натрия и хлорида притягиваются друг к другу в решетке ионов с чистым нулем. плата.

Рисунок 2 При образовании ионного соединения металлы теряют электроны, а неметаллы приобретают электроны для достижения октета.

Ковалентные облигации

Другой тип прочной химической связи между двумя или более атомами — это ковалентная связь . Эти связи образуются, когда электрон разделяется между двумя элементами, и являются самой прочной и наиболее распространенной формой химической связи в живых организмах. Ковалентные связи образуются между элементами, из которых состоят биологические молекулы в наших клетках. В отличие от ионных связей ковалентные связи не диссоциируют в воде.

Интересно, что химики и биологи по-разному измеряют прочность связи.Химики измеряют абсолютную прочность связи (теоретическую прочность), в то время как биологов больше интересует, как эта связь ведет себя в биологической системе, которая обычно представляет собой водную (на водной основе). В воде ионные связи распадаются гораздо легче, чем ковалентные связи, поэтому биологи сказали бы, что они слабее ковалентных связей. Если вы посмотрите в учебник химии, вы увидите нечто иное. Это отличный пример того, как одна и та же информация может привести к разным ответам в зависимости от точки зрения, с которой вы ее смотрите.

Атомы водорода и кислорода, которые объединяются в молекулы воды, связаны ковалентными связями. Электрон от атома водорода делит свое время между внешней оболочкой атома водорода и неполной внешней оболочкой атома кислорода. Чтобы полностью заполнить внешнюю оболочку атома кислорода, необходимы два электрона от двух атомов водорода, отсюда и индекс «2» в H ₂ O. Электроны распределяются между атомами, разделяя их время на «заполнение» внешняя оболочка каждого.Это совместное использование является более низким энергетическим состоянием для всех задействованных атомов, чем если бы они существовали без заполненных внешних оболочек.

Есть два типа ковалентных связей: полярные и неполярные. Неполярные ковалентные связи образуются между двумя атомами одного и того же элемента или между разными элементами, которые в равной степени разделяют электроны. Например, атом кислорода может связываться с другим атомом кислорода, чтобы заполнить их внешние оболочки. Эта ассоциация неполярна, потому, что электроны будут равномерно распределены между каждым атомом кислорода.Между двумя атомами кислорода образуются две ковалентные связи, потому что кислород требует, чтобы два общих электрона заполняли его внешнюю оболочку. Атомы азота образуют три ковалентные связи (также называемые тройными ковалентными) между двумя атомами азота, потому что каждому атому азота требуется три электрона, чтобы заполнить его внешнюю оболочку. Другой пример неполярной ковалентной связи обнаружен в молекуле метана (CH ₄ ). У атома углерода четыре электрона во внешней оболочке, и ему нужно еще четыре, чтобы заполнить его. Он получает эти четыре из четырех атомов водорода, каждый из которых обеспечивает один.Все эти элементы делят электроны в равной степени, создавая четыре неполярные ковалентные связи (рис. 3).

В полярной ковалентной связи электроны, разделяемые атомами, проводят больше времени ближе к одному ядру, чем к другому ядру. Из-за неравномерного распределения электронов между разными ядрами возникает слегка положительный (δ +) или слегка отрицательный (δ–) заряд. Ковалентные связи между атомами водорода и кислорода в воде являются полярными ковалентными связями. Общие электроны проводят больше времени рядом с ядром кислорода, придавая ему небольшой отрицательный заряд, чем они проводят рядом с ядрами водорода, придавая этим молекулам небольшой положительный заряд.

Рис. 3 Молекула воды (слева) изображает полярную связь со слегка положительным зарядом на атомах водорода и слегка отрицательным зарядом на кислороде. Примеры неполярных связей включают метан (в центре) и кислород (справа).

Водородные облигации

Ионные и ковалентные связи — это прочные связи, для разрыва которых требуется значительная энергия. Однако не все связи между элементами являются ионными или ковалентными связями. Могут образоваться и более слабые связи. Это притяжения, возникающие между положительными и отрицательными зарядами, для разрушения которых не требуется много энергии.Две часто встречающиеся слабые связи — это водородные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Эти связи создают уникальные свойства воды и уникальные структуры ДНК и белков.

Когда образуются полярные ковалентные связи, содержащие атом водорода, атом водорода в этой связи имеет слегка положительный заряд. Это связано с тем, что общий электрон сильнее притягивается к другому элементу и от ядра водорода. Поскольку атом водорода слегка положителен (δ +), он будет притягиваться к соседним частичным отрицательным зарядам (δ–).Когда это происходит, происходит слабое взаимодействие между зарядом δ + атома водорода одной молекулы и зарядом δ– другой молекулы. Это взаимодействие называется водородной связью. Этот тип облигации распространен; например, жидкая природа воды обусловлена ​​водородными связями между молекулами воды (рис. 4). Водородные связи придают воде уникальные свойства, поддерживающие жизнь. Если бы не водородная связь, вода была бы газом, а не жидкостью при комнатной температуре.

Рис. 4 Водородные связи образуются между слегка положительными (δ +) и слегка отрицательными (δ–) зарядами полярных ковалентных молекул, таких как вода.

Водородные связи могут образовываться между разными молекулами, и они не всегда должны включать молекулу воды. Атомы водорода в полярных связях внутри любой молекулы могут образовывать связи с другими соседними молекулами. Например, водородные связи удерживают вместе две длинные нити ДНК, чтобы придать молекуле ДНК характерную двухцепочечную структуру. Водородные связи также ответственны за некоторые трехмерные структуры белков.

Взаимодействия Ван-дер-Ваальса

Подобно водородным связям, ван-дер-ваальсовы взаимодействия представляют собой слабое притяжение или взаимодействие между молекулами.Они возникают между полярными ковалентно связанными атомами в разных молекулах. Некоторые из этих слабых притяжений вызваны временными частичными зарядами, которые образуются при движении электронов вокруг ядра. Эти слабые взаимодействия между молекулами важны в биологических системах.

Список литературы

Если не указано иное, изображения на этой странице лицензированы OpenStax в соответствии с CC-BY 4.0.

OpenStax, Концепции биологии. OpenStax CNX. 22 марта 2017 г. https://cnx.org/contents/[email protected]: IBRqRY3C @ 8 / Строительные блоки молекулы

Химические связи и реакции в живых существах

Обзор
Химические вещества образуют основные строительные блоки материи как в живых, так и в неживых вещах. Молекулы образованы химическими связями, которые соединяют элементы и образуют вещества. Химические реакции лежат в основе превращений молекул в совершенно разные вещества, высвобождения энергии и процессов жизни.

Ионные химические связи
Ионные связи образуются за счет электронного притяжения.Самый простой и распространенный пример — это притяжение между натрием (химическое название Na) и хлором (Cl) с образованием NaCl, хлорида натрия, обычной поваренной соли. Самый внешний уровень атома натрия имеет только один электрон и может легко отказаться от него в химической реакции. Самый внешний уровень атома хлора, напротив, имеет 7 электронов и может легко отобрать электрон у другого атома. Когда атом натрия отдает свой электрон, он заряжается слегка положительно, а когда атом хлора получает электрон, он заряжается слегка отрицательно.Положительно заряженный атом натрия и отрицательно заряженный атом хлора удерживаются вместе в соединении ионной связью.

Ковалентные химические связи
Ковалентные химические связи прочнее ионных, потому что более одного элемента разделяют электроны. Молекула воды, или H ₂ O, является одним из наиболее распространенных примеров. Атомы водорода разделяют электроны с атомами кислорода, а атомы кислорода также разделяют электроны с атомами водорода, поэтому связь работает в обоих направлениях.Метан — еще одно распространенное соединение. Углерод (C) делит электроны с 4 атомами водорода (H ₄ ), а атомы водорода делят электроны с атомами углерода в ковалентных связях.

Общие элементы для жизни
Такие элементы, как водород (H), углерод (C), азот (N) и кислород (O), являются наиболее распространенными элементами в жизни, составляющими более 99% живых существ. Натрий (S), магний (Mg), калий (K), кальций (Ca), фосфор (P), сера (S) и хлор (Cl) составляют менее 0.7%, хотя они имеют решающее значение для определенных химических реакций. Другие микроэлементы включают ванадий (V), хром (Cr), марганец (Mn), молибден (Mo), железо (Fe), кобальт (Co), медь (Cu), цинк (Zn), кремний (Si), олово. (Sn), селен (Se) и йод (I).

Химические реакции
Химические реакции происходят, когда связи между атомами в соединении разрушаются, так что могут образовываться новые связи между атомами. Самый распространенный способ — за счет тепловой энергии. Например, если сахар нагреть до определенной точки, он станет черным, образуя углерод, и выделит водяной пар и диоксид углерода.Поскольку большинство химических реакций в живых организмах потребляют больше энергии, чем создают, живым организмам нужна пища для большинства процессов.

Заинтересованы в репетиторстве по науке? Узнайте больше о том, как мы помогаем тысячам студентов каждый учебный год.

SchoolTutoring Academy — ведущая компания в сфере образовательных услуг для школьников и школьников. Мы предлагаем учебные программы для учащихся K-12, AP и колледжей. Чтобы узнать больше о том, как мы помогаем родителям и ученикам в Кенай, AK, посетите: Репетиторство в Кенай, AK

Организация потоков материи и энергии в организмах — чудо науки

Конечные точки диапазона

для LS1.C

из A Framework for K-12 Science Education: практики, сквозные концепции и основные идеи (страницы 147-148)

К концу 2 класса . Всем животным нужна пища, чтобы жить и расти. Они получают пищу из растений или других животных. Для жизни и роста растениям нужны вода и свет.

К концу 5 класса. Животные и растения в равной степени нуждаются в воздухе и воде, животные должны принимать пищу, а растениям нужен свет и минералы; анаэробная жизнь, например бактерии в кишечнике, функционирует без воздуха.Пища обеспечивает животных материалами, необходимыми для восстановления и роста тела, а также переваривается, чтобы высвободить энергию, необходимую для поддержания тепла тела и движения. Растения получают свой материал для роста в основном из воздуха, воды и технологических веществ, которые они сформировали для поддержания своих внутренних условий (например, ночью).

К концу восьмого класса Растения, водоросли (включая фитопланктон) и многие микроорганизмы используют энергию света для производства сахара (пищи) из углекислого газа из атмосферы и воды в процессе фотосинтеза, который также выделяет кислород.Эти сахара можно использовать немедленно или хранить для выращивания или дальнейшего использования. Животные получают пищу, поедая растения или других животных. Внутри отдельных организмов пища проходит через серию химических реакций, в которых она расщепляется и перестраивается, чтобы сформировать новые молекулы, чтобы поддержать рост или высвободить энергию. У большинства животных и растений кислород вступает в реакцию с углеродсодержащими молекулами (сахарами), выделяя энергию и производя углекислый газ; анаэробные бактерии удовлетворяют свои потребности в энергии в других химических процессах, не требующих кислорода.

К концу 12 класса. В процессе фотосинтеза световая энергия преобразуется в накопленную химическую энергию путем преобразования углекислого газа и воды в сахара и выделяемый кислород. Образованные таким образом молекулы сахара содержат углерод, водород и кислород; их углеводородные скелеты используются для производства аминокислот и других углеродных молекул, которые могут быть собраны в более крупные молекулы (такие как белки или ДНК), используемые, например, для формирования новых клеток.