معلومة

الطاقة الحيوية للتحولات الحيوية: هل يوجد فائض من الطاقة؟

الطاقة الحيوية للتحولات الحيوية: هل يوجد فائض من الطاقة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

من خلال التحويل الحيوي ، أعني عملية جرثومية يتم خلالها استخدام خلايا الراحة من أجل تحويل ركيزة إلى منتج مرغوب فيه ، بدون نمو الخلية. على سبيل المثال ، في هذه الورقة ، استخدموا اكتوباكيللوس روتيري لتحويل الجلسرين إلى 3 هيدروكسي بروبيونالديهيد ، بينما L. reuteri لا يمكن أن تنمو على الجلسرين. في الأساس ، أثناء التحولات الحيوية ، تنتج الخلايا الطاقة لعملية التمثيل الغذائي الخاصة بها ، ولكنها لا تنمو.

من المفترض أن تضمن الطاقة التي تنتجها الخلايا تكلفة صيانتها النشطة. كنت أتساءل ماذا يحدث للخلايا إذا كان اكتساب الطاقة يفوق احتياجات الصيانة؟ هل هناك نوع من التنظيم المتساوي لنسبة ATP / ADP؟ إذا لم يكن الأمر كذلك ، فماذا يمكن أن تكون عواقب الكثير من ATP؟


توازن الطاقة

في علم الأحياء ، توازن الطاقة، أو ال التحكم الاستتباري لتوازن الطاقة، هي عملية بيولوجية تتضمن التنظيم المتساوي المنسق لاستهلاك الطعام (تدفق الطاقة) وإنفاق الطاقة (تدفق الطاقة). [1] [2] [3] يلعب الدماغ البشري ، وخاصة منطقة ما تحت المهاد ، دورًا مركزيًا في تنظيم توازن الطاقة وتوليد الشعور بالجوع من خلال دمج عدد من الإشارات البيوكيميائية التي تنقل المعلومات حول توازن الطاقة. [2] [3] [4] يتم تحويل خمسين بالمائة من الطاقة الناتجة عن استقلاب الجلوكوز على الفور إلى حرارة. [5]

يعد توازن الطاقة جانبًا مهمًا من جوانب الطاقة الحيوية.


الطاقة الحيوية للتحولات الحيوية: هل يوجد فائض من الطاقة؟ - مادة الاحياء

كاثلين م. بوثام ، دكتوراه ، دكتوراه في العلوم ، وأمبير بيتر أ.مايز ، دكتوراه ، دكتوراه في العلوم

بعد دراسة هذا الفصل ، يجب أن تكون قادرًا على:

اذكر القانونين الأول والثاني للديناميكا الحرارية وافهم كيفية تطبيقهما على الأنظمة البيولوجية.

اشرح ما هو المقصود بمصطلحات الطاقة الحرة ، والإنتروبيا ، والمحتوى الحراري ، والطارد للطاقة ، والإيرجونيك.

نقدر كيف يمكن أن تكون التفاعلات التي تكون مفعمة بالحيوية مدفوعة بالاقتران مع تلك التفاعلات شديدة الطاقة في الأنظمة البيولوجية.

افهم دور الفوسفات عالي الطاقة ، ATP ، و nucleotide triphosphates في نقل الطاقة الحرة من عمليات الطاقة المفرطة إلى العمليات endergonic ، وتمكينها من العمل كـ "عملة طاقة" للخلايا.

أهمية الطب الحيوي

الطاقة الحيوية ، أو الديناميكا الحرارية الكيميائية الحيوية ، هي دراسة تغيرات الطاقة المصاحبة للتفاعلات الكيميائية الحيوية. النظم البيولوجية هي في الأساس متساوي الحرارة واستخدام الطاقة الكيميائية لتشغيل العمليات الحية. كيف يحصل الحيوان على الوقود المناسب من طعامه لتوفير هذه الطاقة هو أمر أساسي لفهم التغذية الطبيعية والتمثيل الغذائي. الموت من مجاعة يحدث عندما يتم استنفاد احتياطيات الطاقة المتاحة ، وترتبط أشكال معينة من سوء التغذية باختلال توازن الطاقة (حاله طبيبة وهي الهزال الشديد). تتحكم هرمونات الغدة الدرقية في معدل إطلاق الطاقة (معدل الأيض) ، وينتج المرض عند حدوث خلل وظيفي. التخزين الزائد لأسباب الطاقة الزائدة بدانة، وهو مرض شائع بشكل متزايد في المجتمع الغربي ، ويؤدي إلى العديد من الأمراض ، بما في ذلك أمراض القلب والأوعية الدموية ومرض السكري من النوع 2 ، ويقلل من متوسط ​​العمر المتوقع.

الطاقة المجانية هي الطاقة المفيدة في أي نظام

تغيير جيبس ​​في الطاقة الحرة (AG) هو ذلك الجزء من التغيير الكلي للطاقة في نظام متاح للقيام بالعمل و mdashie ، الطاقة المفيدة ، والمعروفة أيضًا باسم الإمكانات الكيميائية.

تتوافق الأنظمة البيولوجية مع القوانين العامة للديناميكا الحرارية

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على ذلك تظل الطاقة الإجمالية للنظام ، بما في ذلك محيطه ، ثابتة. وهذا يعني أنه ضمن النظام الكلي ، لا تُفقد الطاقة أو تُكتسب أثناء أي تغيير. ومع ذلك ، يمكن نقل الطاقة من جزء من النظام إلى جزء آخر أو يمكن تحويلها إلى شكل آخر من أشكال الطاقة. في الأنظمة الحية ، يمكن تحويل الطاقة الكيميائية إلى حرارة أو إلى طاقة كهربائية أو مشعة أو ميكانيكية.

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على ذلك يجب زيادة الانتروبيا الكلية للنظام إذا كانت العملية ستحدث بشكل عفوي. غير قادر علي هو مدى اضطراب أو عشوائية النظام ويصبح الحد الأقصى مع اقتراب التوازن. في ظل ظروف درجة حرارة وضغط ثابتين ، فإن العلاقة بين تغير الطاقة الحرة (& Deltaجي) لنظام رد الفعل والتغيير في الانتروبيا (& دلتاس) يتم التعبير عنها بالمعادلة التالية ، التي تجمع بين قانونين الديناميكا الحرارية:

أين & دلتاح هو التغيير في الطاقة الداخلية الكامنة (حرارة و تي هي درجة الحرارة المطلقة.

في التفاعلات البيوكيميائية ، منذ & دلتاح يساوي تقريبًا & دلتاه، التغيير الكلي في الطاقة الداخلية للتفاعل ، يمكن التعبير عن العلاقة المذكورة أعلاه بالطريقة التالية:

إذا & دلتاجي سلبيًا ، يستمر التفاعل تلقائيًا مع فقدان الطاقة الحرة ، أي أنه كذلك قوي. إذا ، بالإضافة إلى ذلك ، & Deltaجي كبير الحجم ، فإن التفاعل يكتمل تقريبًا ولا رجوع عنه في الأساس. من ناحية أخرى ، إذا & دلتاجي يكون موجبًا ، ويستمر التفاعل فقط إذا كان بالإمكان اكتساب طاقة حرة ، أي يكون كذلك إندرجونيك. إذا كان حجم الدلتا بالإضافة إلى ذلكجي عظيم ، والنظام مستقر ، مع وجود ميل ضئيل أو معدوم لحدوث رد فعل. إذا & دلتاجي هو صفر ، والنظام في حالة توازن ولا يحدث أي تغيير صاف.

عندما تكون المواد المتفاعلة موجودة بتركيزات 1.0 مول / لتر ، ودلتاجي 0 هو التغيير القياسي في الطاقة الحرة. بالنسبة للتفاعلات البيوكيميائية ، يتم تعريف الحالة القياسية على أنها تحتوي على درجة حموضة تبلغ 7.0. يتم الإشارة إلى التغيير القياسي في الطاقة الحرة في هذه الحالة القياسية بواسطة & Deltaجي 0 ’.

يمكن حساب التغير القياسي في الطاقة الحرة من ثابت التوازن كمكافئ.

أين ص هو ثابت الغاز و تي هي درجة الحرارة المطلقة (الفصل 8). من المهم ملاحظة أن الدلتا الفعليةجي قد تكون أكبر أو أصغر من & دلتاG 0 ' اعتمادًا على تركيزات المواد المتفاعلة المختلفة ، بما في ذلك المذيب والأيونات المختلفة والبروتينات.

في نظام كيميائي حيوي ، يسرع الإنزيم فقط من تحقيق التوازن ولا يغير التركيزات النهائية للمواد المتفاعلة عند التوازن.

العمليات EndERGONIC التي تتم من خلال الاقتران بالعمليات التجريبية

العمليات الحيوية و mdasheg ، والتفاعلات الاصطناعية ، وتقلص العضلات ، وتوصيل النبضات العصبية ، والنقل النشط و mdashob الحصول على الطاقة عن طريق الارتباط الكيميائي ، أو اقتران، للتفاعلات المؤكسدة. في أبسط أشكاله ، يمكن تمثيل هذا النوع من أدوات التوصيل كما هو موضح في الشكل 11-1. يحدث تحويل المستقلب A إلى المستقلب B مع إطلاق الطاقة الحرة ويقترن بتفاعل آخر يتطلب طاقة حرة لتحويل المستقلب C إلى مستقلب D. الشروط قوي و إندرجونيك، بدلاً من المصطلحات الكيميائية العادية "طاردة للحرارة" و "ماص للحرارة" ، تستخدم للإشارة إلى أن العملية مصحوبة بفقدان أو اكتساب ، على التوالي ، للطاقة الحرة بأي شكل ، وليس بالضرورة كحرارة. في الممارسة العملية ، لا يمكن أن توجد عملية endergonic بشكل مستقل ، ولكن يجب أن تكون مكونًا من نظام مزدوج للطاقة ، حيث يكون صافي التغيير الكلي مفرطًا. تسمى ردود الفعل المفرطة الهدم (بشكل عام ، انهيار أو أكسدة جزيئات الوقود) ، في حين أن التفاعلات التركيبية التي تكوّن المواد تسمى بناء. تشكل العمليات التقويضية والابتنائية مجتمعة الأيض.

الشكل 11 - 1 اقتران طارد للطاقة لتفاعل مائي.

إذا كان رد الفعل هو مبين في الشكل 11-1 هو الانتقال من اليسار إلى اليمين ، فإن العملية الكلية يجب أن تكون مصحوبة بفقدان الطاقة الحرة مثل الحرارة. يمكن تصور إحدى الآليات المحتملة للاقتران إذا شارك وسيط إلزامي مشترك (I) في كلا التفاعلين ، أي ،

تقترن بعض التفاعلات الباهظة للطاقة والتفاعلات الداخلية في النظم البيولوجية بهذه الطريقة. يحتوي هذا النوع من النظام على آلية مضمنة للتحكم البيولوجي في معدل العمليات المؤكسدة حيث أن الوسيط الإلزامي المشترك يسمح بمعدل استخدام منتج المسار الاصطناعي (D) لتحديد المعدل الذي يكون عنده A مؤكسد. في الواقع ، توفر هذه العلاقات أساسًا لمفهوم التحكم في الجهاز التنفسي، العملية التي تمنع الكائن الحي من الاحتراق خارج نطاق السيطرة. يتم توفير امتداد لمفهوم الاقتران من خلال تفاعلات نزع الهيدروجين ، والتي تقترن بالهدرجة بواسطة ناقل وسيط (الشكل 11 - 2).

شكل 11-2 اقتران تفاعلات نزع الهيدروجين وتفاعلات الهدرجة بواسطة مادة حاملة وسيطة.

هناك طريقة بديلة لاقتران مادة طاردة للطاقة بعملية إندرجونيك وهي تخليق مركب ذو إمكانات عالية الطاقة في تفاعل الطاقة المفرطة ودمج هذا المركب الجديد في التفاعل المثير للطاقة ، وبالتالي التأثير على انتقال الطاقة الحرة من المثير للطاقة إلى مسار إندرجونيك (الشكل 11-3). الميزة البيولوجية لهذه الآلية هي أن مركب الطاقة الكامنة العالية ،

/> ، على عكس I في النظام السابق ، لا يلزم أن يكون مرتبطًا هيكليًا بـ A أو B أو C أو D ، مما يسمح /> بالعمل كمحول للطاقة من مجموعة واسعة من التفاعلات الطاردة للطاقة إلى نطاق واسع بنفس القدر من التفاعلات المندفعة للطاقة أو العمليات ، مثل التخليق الحيوي ، والتقلص العضلي ، والإثارة العصبية ، والنقل النشط. في الخلية الحية ، المركب الوسيط أو الناقل الرئيسي عالي الطاقة (المعين

في الشكل 11-3) يكون ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) (الشكل 11-4).

الشكل 11-3 نقل الطاقة الحرة من تفاعل طارد للطاقة إلى تفاعل مائي عبر مركب وسيط عالي الطاقة (

).

الشكل 11-4 ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) وثنائي فوسفات الأدينوزين يظهر كمجمعات المغنيسيوم.

تلعب الفوسفات عالية الطاقة دورًا مركزيًا في التقاط الطاقة ونقلها

من أجل الحفاظ على العمليات الحية ، يجب على جميع الكائنات الحية الحصول على إمدادات الطاقة المجانية من بيئتها. ذاتية التغذية تستخدم الكائنات الحية عمليات مجازة بسيطة ، مثل طاقة ضوء الشمس (النباتات الخضراء) ، والتفاعل Fe 2+ و rarrFe 3+ (بعض البكتيريا). من ناحية أخرى، عضوية التغذية تحصل الكائنات الحية على طاقة مجانية عن طريق اقتران عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها بتفكك الجزيئات العضوية المعقدة في بيئتها. في كل هذه الكائنات الحية ، يلعب ATP دورًا مركزيًا في نقل الطاقة الحرة من طارد للطاقة إلى العمليات endergonic (الشكل 11-3). ATP عبارة عن ثلاثي فوسفات نيوكليوزيد يحتوي على الأدينين والريبوز وثلاث مجموعات فوسفات. في تفاعلاته في الخلية ، يعمل كمركب Mg 2+ (الشكل 11-4).

أصبحت أهمية الفوسفات في التمثيل الغذائي الوسيط واضحة مع اكتشاف دور ATP ، ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) (الشكل 11-4) والفوسفات غير العضوي (صأنا) في تحلل السكر (الفصل الثامن عشر).

القيمة المتوسطة للطاقة المجانية للتحلل المائي لـ ATP لها أهمية حيوية في الطاقة الحيوية

تظهر الطاقة القياسية الحرة للتحلل المائي لعدد من الفوسفات المهم كيميائيًا في الجدول 11-1. يمكن الحصول على تقدير للميل المقارن لكل مجموعة من مجموعات الفوسفات للانتقال إلى متقبل مناسب من & دلتاجي 0 'من التحلل المائي عند 37 درجة مئوية. تقسم قيمة التحلل المائي للفوسفات الطرفي لـ ATP القائمة إلى مجموعتين. الفوسفات منخفض الطاقة، يتجلى في إستر فوسفات الموجود في المواد الوسيطة لتحلل السكر ، جي 0 'أصغر من قيم ATP ، بينما في الفوسفات عالي الطاقة القيمة أعلى من قيمة ATP. مكونات هذه المجموعة الأخيرة ، بما في ذلك ATP ، عادة ما تكون أنهيدريد (على سبيل المثال ، 1-فوسفات من 1،3-بيسفوسفوجليسيرات) ، إينول فوسفات (على سبيل المثال ، فسفوينول بيروفات) ، وفوسفوجوانيدين (على سبيل المثال ، فوسفات الكرياتين ، أرجينين فوسفات).

الجدول 11-1 الطاقة القياسية الحرة للتحلل المائي لبعض الفوسفات العضوية ذات الأهمية البيوكيميائية

يشير إلى أن المجموعة المرتبطة بالسند ، عند النقل إلى متقبل مناسب ، ينتج عنها نقل أكبر كمية من الطاقة الحرة. لهذا السبب ، فإن المصطلح إمكانية نقل المجموعة، بدلاً من "السندات عالية الطاقة" ، يفضلها البعض. وبالتالي ، يحتوي ATP على مجموعتين من الفوسفات عالي الطاقة ويحتوي ADP على مجموعة واحدة ، في حين أن الفوسفات في AMP (أدينوسين أحادي الفوسفات) من النوع منخفض الطاقة لأنه رابط استر عادي (الشكل 11-5).

الشكل 11-5 يوضح هيكل ATP و ADP و AMP موضع وعدد الفوسفات عالي الطاقة (

).

يسمح الموقع الوسيط لـ ATP بلعب دور مهم في نقل الطاقة. يرجع التغير العالي في الطاقة الحرة في التحلل المائي لـ ATP إلى تخفيف تنافر الشحنة لذرات الأكسجين سالبة الشحنة المجاورة وتثبيت نواتج التفاعل ، وخاصة الفوسفات ، مثل هجين الرنين (الشكل 11-6). "المركبات عالية الطاقة" الأخرى هي استرات الثيول التي تشتمل على أنزيم أ (على سبيل المثال ، أسيتيل- CoA) ، وبروتين ناقل الأسيل ، وإسترات الأحماض الأمينية المشاركة في تخليق البروتين ، و S أدينوسيل ميثيونين (ميثيونين نشط) ، و UDPGlc (جلوكوز يوريدين ثنائي الفوسفات) ، و PRPP ( 5-فوسفوريبوزيل -1 بيروفوسفات).

الشكل 11-6 تغيير الطاقة الحرة على التحلل المائي لـ ATP إلى ADP.

تعمل فوسفات الطاقة العالية باعتبارها "عملة الطاقة" للخلية

ATP قادر على العمل كمانح للفوسفات عالي الطاقة لتكوين تلك المركبات الموجودة تحته الجدول 11-1. وبالمثل ، مع الإنزيمات الضرورية ، يمكن لـ ADP قبول فوسفات عالي الطاقة لتكوين ATP من تلك المركبات الموجودة أعلى ATP في الجدول. في الواقع ، أ دورة ATP / ADP يربط تلك العمليات التي تولد

لتلك العمليات التي تستخدم

(الشكل 11-7)، تستهلك باستمرار ATP وتجدده. يحدث هذا بمعدل سريع جدًا نظرًا لأن إجمالي تجمع ATP / ADP صغير للغاية وكافي للحفاظ على نسيج نشط لبضع ثوانٍ فقط.

الشكل 11-7 دور دورة ATP / ADP في نقل الفوسفات عالي الطاقة.

هناك ثلاثة مصادر رئيسية ل

المشاركة في الحفاظ على الطاقة أو التقاط الطاقة:

1. الفسفرة المؤكسدة. أكبر مصدر كمي ل

في الكائنات الهوائية. تأتي الطاقة المجانية من أكسدة سلسلة الجهاز التنفسي باستخدام الجزيئي O2 داخل الميتوكوندريا (الفصل الثاني عشر).

2. تحلل السكر. تشكيل صافي من اثنين

ينتج عن تكوين اللاكتات من جزيء جلوكوز واحد ، يتم إنشاؤه في تفاعلين يتم تحفيزهما بواسطة فوسفوجليسيرات كيناز وبيروفات كيناز ، على التوالي (الشكل 18-2).

3. دورة حامض الستريك. واحد

يتم إنشاؤه مباشرة في الدورة عند خطوة السكسينات ثيوكيناز (الشكل 17-3).

الفوسفاجين تعمل كأشكال تخزين من الفوسفات عالي الطاقة وتشمل فوسفات الكرياتين ، والذي يحدث في العضلات الهيكلية للفقاريات والقلب والحيوانات المنوية والدماغ ، وفوسفات الأرجينين الذي يحدث في عضلات اللافقاريات. عندما يتم استخدام ATP بسرعة كمصدر للطاقة للتقلص العضلي ، يسمح الفوسفاجين بالحفاظ على تركيزاته ، ولكن عندما تكون نسبة ATP / ADP عالية ، يمكن أن يزيد تركيزهم ليكون بمثابة مخزن للفوسفات عالي الطاقة (الشكل 11-8).

الشكل 11-8 نقل الفوسفات عالي الطاقة بين ATP والكرياتين.

عندما يعمل ATP كمانح للفوسفات لتكوين تلك المركبات ذات الطاقة الحرة الأقل للتحلل المائي (الجدول 11-1) ، يتم تحويل مجموعة الفوسفات دائمًا إلى مجموعة منخفضة الطاقة ، على سبيل المثال

يسمح ATP بربط التفاعلات غير المواتية للديناميكا الحرارية مع التفاعلات المواتية

فسفرة الجلوكوز إلى الجلوكوز 6 فوسفات ، وهو أول تفاعل لتحلل السكر (الشكل 18-2) ، شديد الحساسية ولا يمكن أن يستمر في ظل الظروف الفسيولوجية:

لكي يحدث ، يجب أن يقترن التفاعل بآخر و mdashmore exergonic و mdashreaaction مثل التحلل المائي للفوسفات الطرفي لـ ATP.

متي (1) و (2) إلى جانب تفاعل محفز بواسطة هيكسوكيناز ، فإن فسفرة الجلوكوز تتم بسهولة في تفاعل طارد للطاقة يكون في ظل الظروف الفسيولوجية غير قابل للانعكاس. تتبع العديد من ردود أفعال "التنشيط" هذا النمط.

Adenylyl Kinase (Myokinase) يحول بين نيوكليوتيدات Adenine

هذا الإنزيم موجود في معظم الخلايا. يحفز التفاعل التالي:

1. الفوسفات عالي الطاقة في ADP لاستخدامه في تخليق ATP.

2. تم تكوين AMP نتيجة للعديد من التفاعلات التنشيطية التي تتضمن ATP ، ليتم استعادتها عن طريق إعادة الفسفرة إلى ADP.

3. يزيد AMP في التركيز عندما ينضب ATP ويعمل كإشارة أيضية (خيفي) لزيادة معدل التفاعلات التقويضية ، والتي بدورها تؤدي إلى توليد المزيد من ATP (الفصل 20).

عندما يشكل ATP AMP ، بيروفوسفات غير عضوي (PPأنا) ويتم إنتاج

يمكن أيضًا تحلل ATP مباشرةً إلى AMP ، مع إطلاق PPأنا. (الجدول 11-1). يحدث هذا ، على سبيل المثال ، في تنشيط الأحماض الدهنية طويلة السلسلة (الفصل 22).

يصاحب هذا التفاعل فقدان الطاقة الحرة كحرارة ، مما يضمن أن تفاعل التنشيط سيذهب إلى اليمين ويساعده أيضًا الانقسام المائي لـ PPأنا، محفزًا بيروفوسفاتيز غير عضوي، وهو رد فعل كبير ودلتاجي 0 بوصة من -19.2 كيلوجول / مول. لاحظ أن عمليات التنشيط عبر مسار البيروفوسفات تؤدي إلى فقدان اثنين

بدلاً من واحد ، كما يحدث عند ADP و P.أنا تتشكل.

مزيج من التفاعلات المذكورة أعلاه يجعل من الممكن إعادة تدوير الفوسفات وتبادل نيوكليوتيدات الأدينين (الشكل 11-9).

الشكل 11-9 دورات الفوسفات وتبادل نيوكليوتيدات الأدينين.

تشارك النوكليوزيدات الأخرى في نقل الفوسفات عالي الطاقة

عن طريق الانزيم نيوكليوزيد ثنائي فوسفات كينازيمكن تصنيع UTP و GTP و CTP من ثنائي الفوسفات الخاص بهم ، على سبيل المثال ، يتفاعل UDP مع ATP لتشكيل UTP.

كل هذه ثلاثي الفوسفات تشارك في الفسفرة في الخلية. وبالمثل ، فإن كينازات أحادي الفوسفات النوكليوزيدية تحفز تكوين نيوكليوزيد ثنائي الفوسفات من أحادي الفوسفات المقابل.

وبالتالي ، فإن adenylyl kinase هو كيناز أحادي الفوسفات متخصص.

تستخدم النظم البيولوجية الطاقة الكيميائية لتشغيل العمليات الحية.

تحدث التفاعلات المفرطة بشكل تلقائي مع فقدان الطاقة الحرة (& Deltaجي سلبي). تتطلب تفاعلات Endergonic اكتساب طاقة مجانية (& Deltaجي موجب) ويحدث فقط عندما يقترن بردود فعل مفرطة.

يعمل ATP باعتباره "عملة الطاقة" للخلية ، حيث يقوم بنقل الطاقة المجانية المشتقة من المواد ذات الإمكانات العالية للطاقة إلى تلك ذات إمكانات الطاقة المنخفضة.

de Meis L: مفهوم مركبات الفوسفات الغنية بالطاقة: الماء ، ونقل ATPases ، وطاقة الانتروبيا. قوس Biochem Biophys 1993306: 287.

Frey PA، Arabhahi A: تغيير قياسي في الطاقة الحرة للتحلل المائي لجسر ألفا وبيتا فوسفوانهيدريد في ATP. الكيمياء الحيوية 199534: 11307.

هارولد إف إم: القوة الحيوية: دراسة الطاقة الحيوية. فريمان ، 1986.

هاريس دا: الطاقة الحيوية في لمحة: مقدمة مصورة. دار نشر بلاكويل ، 1995.

Haynie D: الديناميكا الحرارية البيولوجية. مطبعة جامعة كامبريدج ، 2008.

Jencks WP: الطاقات الحرة للتحلل المائي ونزع الكربوكسيل. في: كتيب الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ، الحجم 1. البيانات الفيزيائية والكيميائية. Fasman GD (محرر). مطبعة CRC ، 1976: 296-304.

كلوتس إم: مقدمة في علم الطاقة الجزيئي الحيوي. المطبعة الأكاديمية ، 1986.

نيكولس د ، فيرجسون ف: الطاقة الحيوية. إلسفير ، 2003.

إذا كنت صاحب حقوق الطبع والنشر لأي مادة واردة على موقعنا وتعتزم إزالتها ، فيرجى الاتصال بمسؤول الموقع للحصول على الموافقة.


تعديل البروتينات عن طريق مستقلبات الإيثانول التفاعلية: هيكل إضافة ، والعواقب الوظيفية والمرضية

5-Deoxy-D-xylulose-1-phosphate (DXP) Adducts

تم عرض تكوين DXP من الأسيتالديهيد والفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات لأول مرة بواسطة Meyerhof وآخرون. (1936) باستخدام مستخلصات العضلات لتحفيز التفاعل. ويعتقد أن الإنزيمات المحللة للجلوكوز ألدولاز وثلاثي إيزوميراز متورطة. تم العثور على هذه الإنزيمات في كل نوع من الخلايا تقريبًا مما يشير إلى أن معظم الخلايا قد تكون قادرة على تصنيع DXP إذا كان الأسيتالديهيد متاحًا. جاء الدليل على تكوين DXP في الكبد من الدراسات التي أجراها هوبرمان الذي أظهر أن مستخلصات الكبد متناثرة. فى الموقع مع [3 H] أسيتالديهيد يحتوي على كمية صغيرة من مركب غير متطاير موسوم إشعاعيًا شديد الحموضة ، يحتوي على الفوسفات. تكهن هوبرمان أن هذا المركب هو DXP الذي تشكل بفعل الألدولاز على الأسيتالديهيد وفوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون وأكد ذلك من خلال المقارنة الكروماتوجرافية مع DXP المركب كيميائيًا. وصف هوبرمان أيضًا تركيب DXP باستخدام خلايا الدم الحمراء ، وهي الخلايا التي تخضع لتحلل السكر لتوفير ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات في نظام غير معقد بالتأثيرات التنظيمية لتنفس الميتوكوندريا (Hoberman ، 1979 أ). أظهرت الدراسات اللاحقة أن DXP يمكن أن يتفاعل مع الهيموجلوبين لتشكيل معقد ثابت لتكرار الترسيب بواسطة حمض ثلاثي كلورو أسيتيك (Hoberman ، 1979 ب). من المحتمل أن يتشكل هذا التقارب من خلال سلسلة من التفاعلات المشابهة لتلك الخاصة بالجليكشن غير الإنزيمي. في البداية ، من المحتمل أن يشكل DXP قاعدة شيف على مجموعة أمينية تخضع بعد ذلك لإعادة ترتيب أمادوري لتنتج أخيرًا إضافة كيتوامين (الشكل 6). يحتوي المنتج على مجموعة α-hydroxyketone والتي يمكن أن تتفاعل مع مجموعة أمينية أخرى بطريقة مماثلة ويمكن أن تسبب ارتباطًا متقاطعًا إذا كانت المجموعة الأمينية الثانية على ببتيد مختلف. جزء من ال في المختبر تظهر الدراسة أن DXP يتفاعل مع الهيموجلوبين لإنتاج تعديلات تساهمية ، ولا يوجد دليل لإثبات أن تقاربات مماثلة تتشكل في الجسم الحي.

الشكل 6. مخطط محتمل لتشكيل adducts بواسطة DXP.


مؤتمر النظم الإيكولوجية لبحر ساليش

يعتبر مصب نهر فريزر رابطًا رئيسيًا في سلسلة من الموائل الساحلية في المحيط الهادئ التي تدعم الطيور المائية المهاجرة والشتاء ، وتتلاقى العديد من الطيور هنا أثناء الرحلات باتجاه الشمال والجنوب. ما بين 800000 و 2.3 مليون طائر مائي يستخدم المصب من سبتمبر حتى أبريل ، بما في ذلك أعداد كبيرة من wigeon الأمريكية ، مالارد ، البنتيل الشمالي ، سكوتير الأمواج ، أوزة الثلج والبرانت. تستخدم الطيور المائية بشكل أساسي الأراضي الزراعية ، والمياه العذبة والأراضي الرطبة معتدلة الملوحة ، والموائل الواقعة بين المد والجزر مثل طبقات عشبة الأنقليس ، وكلها لا تزال تفقد أو تتدهور بسبب النمو السكاني والزحف العمراني. استخدمنا نموذجًا للطاقة الحيوية (TRUEMET) لربط أهداف تجمعات الطيور المائية بشكل صريح بأهداف الموائل للحفاظ على الأراضي الزراعية. يشير TRUEMET إلى ما إذا كان هناك فائض أو عجز في الموائل لمستوى معين من السكان. قمنا بدمج خمسة من أكثر الأنواع وفرة في نقابتين للبحث عن الطعام: "الرعاة" تضمنت الوزة الأمريكية والأوز الثلجية ، و "الدابلرز" تضمنت البطة ، والبنتيل الشمالي ، والبط البري ذي الأجنحة الخضراء. قمنا بتقييم الظروف اعتبارًا من عام 2009 واختبرنا مجموعة متنوعة من السيناريوهات التي تتضمن تغييرات في توافر الموائل ، بما في ذلك الخسائر المستقبلية في الموائل الزراعية أو الموائل المدية. أشارت نتائج النموذج إلى أن الرعاة عانوا من فائض من الطاقة خلال موسم عدم التزاوج ، ولكن كان من المتوقع أن يتحول هذا إلى عجز بحلول منتصف الشتاء في غضون 20 عامًا في ظل السيناريوهات المحتملة. بالنسبة للمبتدئين ، تجاوز الطلب العرض بحلول ديسمبر ، وتفاقم الوضع فقط في ظل السيناريوهات المستقبلية. وسيتطلب ضمان استمرار وجودهم بالمستويات الحالية في مواجهة ضغوط التنمية المتزايدة استراتيجية حماية متعددة الأوجه لكل من المد والجزر والحفاظ على الأراضي الزراعية. وضعنا هدفًا لموائل العلف المحافظة بنسبة 50٪ من احتياجات الطاقة لطيور الماء على الأراضي الزراعية خلال فترات الهجرة والشتاء ، والتي تعادل 15000 × 10 ^ 6 كيلو كالوري من الطاقة. من منظور برنامج الموئل ، سيتطلب ذلك حماية الأراضي الزراعية وتشجيع زراعة العلف الأخضر في المناظر الطبيعية الأوسع.

عنوان الجلسة

مراقبة الطيور الساحلية في بحر ساليش

الكلمات الدالة

الطيور المائية ، الطاقة الحيوية ، TruMet ، Ducks Unlimited Canada

مسار المؤتمر

SSE7: الرصد: الأنواع والموائل

اسم المؤتمر

مؤتمر النظم الإيكولوجية لبحر ساليش (2018: سياتل ، واشنطن).

نوع الوثيقة

معرف SSEC

تاريخ البدء

تاريخ الانتهاء

نوع العرض

النوع / النموذج

العروض التقديمية (الأحداث التواصلية)

المستودع المساهمة

المحتوى الرقمي الذي تم توفيره بواسطة أرشيفات الجامعة ، والموارد التراثية ، والمكتبات الغربية ، وجامعة ويسترن واشنطن.

الموضوعات - موضوعي (LCSH)

الطيور المائية - الهجرة - العوامل المناخية - كولومبيا البريطانية - طائر نهر فريزر المائي - الموئل - الحماية - كولومبيا البريطانية - نهر فريزر

التغطية الجغرافية

نهر فريزر (قبل الميلاد) بحر ساليش (قبل الميلاد وواشنطن)

حقوق

يتم عرض هذا المورد للأغراض التعليمية فقط وقد يخضع لقوانين حقوق النشر الأمريكية والدولية. لمزيد من المعلومات حول الحقوق أو الحصول على نسخ من هذا المورد ، يرجى الاتصال بأرشيف الجامعة ، والموارد التراثية ، والمكتبات الغربية ، وجامعة واشنطن الغربية ، بيلينجهام ، واشنطن 98225-9103 ، الولايات المتحدة الأمريكية (360-650-7534 [email protected]) و الرجوع إلى اسم المجموعة والمعرف. يجب أن تُنسب أي مواد تم الاستشهاد بها إلى سجلات مؤتمرات النظم البيئية لبحر ساليش ، وأرشيفات الجامعات ، والموارد التراثية ، والمكتبات الغربية ، وجامعة واشنطن الغربية.

لغة

صيغة

متضمن في

يشارك

استخدام نموذج للطاقة الحيوية لتحديد أهداف موطن الطيور المائية في دلتا نهر فريزر

يعتبر مصب نهر فريزر رابطًا رئيسيًا في سلسلة من الموائل الساحلية في المحيط الهادئ التي تدعم الطيور المائية المهاجرة والشتاء ، وتتلاقى العديد من الطيور هنا أثناء الرحلات باتجاه الشمال والجنوب. ما بين 800000 و 2.3 مليون طائر مائي يستخدم المصب من سبتمبر حتى أبريل ، بما في ذلك أعداد كبيرة من wigeon الأمريكية ، مالارد ، البنتيل الشمالي ، سكوتير الأمواج ، أوزة الثلج والبرانت. تستخدم الطيور المائية بشكل أساسي الأراضي الزراعية ، والمياه العذبة والأراضي الرطبة معتدلة الملوحة ، والموائل الواقعة بين المد والجزر مثل طبقات عشبة الأنقليس ، وكلها لا تزال تفقد أو تتدهور بسبب النمو السكاني والزحف العمراني. استخدمنا نموذجًا للطاقة الحيوية (TRUEMET) لربط أهداف تجمعات الطيور المائية بشكل صريح بأهداف الموائل للحفاظ على الأراضي الزراعية. يشير TRUEMET إلى ما إذا كان هناك فائض أو عجز في الموائل لمستوى معين من السكان. قمنا بدمج خمسة من أكثر الأنواع وفرة في نقابتين للبحث عن الطعام: "الرعاة" تضمنت wigeon الأمريكي وأوز الثلج ، و "dabblers" تضمنت البطة ، والبنتيل الشمالي ، والبط البري ذي الأجنحة الخضراء. قمنا بتقييم الظروف اعتبارًا من عام 2009 واختبرنا مجموعة متنوعة من السيناريوهات التي تتضمن تغييرات في توافر الموائل ، بما في ذلك الخسائر المستقبلية في الموائل الزراعية أو الموائل المدية. أشارت نتائج النموذج إلى أن الرعاة عانوا من فائض من الطاقة خلال موسم عدم التزاوج ، ولكن كان من المتوقع أن يتحول هذا إلى عجز بحلول منتصف الشتاء في غضون 20 عامًا في ظل السيناريوهات المحتملة. بالنسبة للمبتدئين ، تجاوز الطلب العرض بحلول ديسمبر ، وتفاقم الوضع فقط في ظل السيناريوهات المستقبلية. سيتطلب ضمان استمرار وجودهم عند المستويات الحالية في مواجهة ضغوط التنمية المتزايدة استراتيجية حماية متعددة الأوجه لكل من المد والجزر والحفاظ على الأراضي الزراعية. وضعنا هدفًا لموائل العلف المحافظة بنسبة 50٪ من احتياجات الطاقة لطيور الماء على الأراضي الزراعية خلال فترات الهجرة والشتاء ، وهو ما يعادل 15000 × 10 ^ 6 كيلو كالوري من الطاقة. من منظور برنامج الموئل ، سيتطلب ذلك حماية الأراضي الزراعية وتشجيع زراعة العلف الأخضر في المناظر الطبيعية الأوسع.


مراجعة شاملة للطاقة الحيوية للأحماض الدهنية وأيض الجلوكوز في القلب السليم والفشل في حالة غير السكري

يتم تحديد وظيفة القلب من خلال قدرته على توصيل النتاج القلبي الكافي لتلبية متطلبات الجسم أثناء الراحة والجهد. للقيام بهذا الدور ، يُظهر القلب قدرة رائعة على تنظيم توليد الطاقة واستهلاكها بإحكام. يعتمد إنتاج الطاقة ونقلها داخل خلايا عضلة القلب بشكل أساسي على عملية الفسفرة المؤكسدة. في القلب الفاشل ، هناك عدم توازن بين عمل الجهاز القلبي والطاقة اللازمة لتوليد هذا العمل. أدى وجود عدم التطابق هذا إلى ظهور المفهوم المعروف باسم نظرية تجويع الطاقة. يلخص هذا المفهوم ملاحظات مثل استهلاك الركيزة المضطرب ، ونقل الطاقة غير الكافي والابتلاع ، وانخفاض توافر الركيزة والأكسجين ، وتناقص إنتاج الطاقة في القلب الفاشل. قد ينتج تناقص الطاقة الخلوية المتاحة أيضًا عن انخفاض التخليق الحيوي للميتوكوندريا وتخليق البروتينات ومن الفوضى المعمارية الخلوية العالمية. في جوهرها ، تفترض نظرية تجويع الطاقة أن وظيفة المضخة القلبية تنخفض بسبب انخفاض الأكسجين وتوافر الركيزة ، وبالتالي يؤدي إلى تجويع كامل للطاقة النظامية في الجسم. أدى هذا الإطار المعرفي الجديد إلى تشجيع اتجاهات جديدة في "نهج علاجي استقلابي" للقلب الفاشل.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


مناقشة

كانت أنماط إزدواج الشكل الجنسي في العين رمادية فاتحة اللون والجثم الأصفر متشابهة جدًا ، مما يشير إلى أن القوى التطورية و / أو القيود المماثلة قد تعمل على تاريخ حياة كل من هذه الأسماك وثيقة الصلة. هذا جدير بالملاحظة ، نظرًا للاختلافات البيئية بين الأنواع آكلة اللحوم في المقام الأول ، وتعيش في المتوسط ​​ضعف طول الفرخ ، والتي عادة ما تكون آكلة للحيوان / عاشقة للحيوانات. يشير هذا التشابه في ازدواج الشكل الجنسي بين الأنواع إلى أن الاختلافات في الطاقة الحيوية بين ذكر وأنثى الفرخ الأصفر الموصوف هنا ربما تنطبق أيضًا على العين رمادية فاتحة اللون ، وربما الأنواع الأخرى التي تظهر تاريخ حياة مماثل (Roff 1983).

نتائجنا لا تدعم فرضية سابقة (هندرسون وآخرون. 2003) أن انخفاض كفاءة نمو الذكور يرجع إلى زيادة النشاط المرتبط بالتكاثر. بالنظر إلى خصائص النمو وحدها ، يمكن للمرء أن يستنتج أن الذكور يستثمرون أكثر في التكاثر مقارنة بالإناث بسبب تقديرات الذكور ز- كانت القيم أعلى بمقدار 1-2-1 3 مرات من تلك التي لوحظت عند الإناث. بالنسبة للجثم وسمك رمادية فاتحة اللون وسمك الفرخ الأصفر (وكذلك أنواع الأسماك الأخرى) ، فقد تبين أن تقديرات الأنثى ز استنادًا إلى نموذج النمو ثنائي الطور ، ترتبط (وتساوي تقريبًا) بمؤشر الغدد التناسلية الأنثوي (Shuter وآخرون. 2005). لأن إنتاج الغدد التناسلية هو تكلفة حيوية رئيسية للتكاثر عند الإناث ، تقديرات الإناث ز يبدو أنه يوفر مقياسًا جيدًا للاستثمار الإنجابي. الامتداد المنطقي لهذه الحجة هو أن التقديرات القائمة على النمو للذكور ز تعكس تكاليف الإنجاب للذكور. وهكذا ، يمكن للمرء أن يستنتج أن الذكور يصلون إلى حجم مقارب أصغر لأن خسائر الطاقة المرتبطة بالتكاثر أعلى للذكور منها للإناث. إذا كان هذا هو الحال ، فيجب أن يكشف تحليل الطاقة الحيوية عن نشاط أيضي أعلى في الذكور بعد النضج. لم يكن هذا مدعومًا من خلال نتائج دراستنا للطاقة الحيوية لسمك الفرخ الأصفر التي تشير إلى أن الفروق المرتبطة بالجنس في معدل النمو ترجع إلى انخفاض اكتساب الطاقة والاستيعاب لدى الذكور مقارنة بالإناث في بداية النضج. لا يمكن تفسير انخفاض معدل نمو الذكور في الفرخ الأصفر الناضج جنسياً والجذر الفاتح من خلال فرضية النشاط (أي الذكور الأكثر نشاطًا) لأن تقديرات إجمالي تكاليف التمثيل الغذائي للذكور كانت أقل من الإناث.

تتسق ملاحظتنا لانخفاض الاستهلاك والنشاط الأيضي في ذكر الفرخ مع فرضية روف (1983) القائلة بأن حجم الذكور الأصغر في التليوست بالنسبة للإناث (في غياب السلوك الإقليمي أو رعاية الوالدين) هو استجابة انتقائية لزيادة البقاء على قيد الحياة عن طريق تقليل نشاط البحث عن الطعام. ، على افتراض أن زيادة النشاط تستلزم زيادة خطر الافتراس. كما أبلغ تطبيق سابق لنموذج توازن كتلة الزئبق عن نشاط أعلى في الإناث ايسوكس لوسيوس (تروديل وآخرون. 2000). لم يكن الاختلاف أكبر بشكل ملحوظ منه عند الذكور ، ولكنه استند إلى عينة صغيرة نسبيًا من السكان. وبالمثل ، فإن تطبيق نموذج 137 C سجل أيضًا نشاطًا أعلى في الإناث إي لوسيوس و سالفلينوس نامايكوش بناءً على عدد صغير (من واحد إلى ثلاثة) من الملاحظات (Rowan & Rasmussen 1996). خلصت دراسة أخرى فحصت تركيزات الزئبق بين الأجناس في أربعة أنواع من الأسماك المركزية إلى أن معدلات البحث عن العلف للذكور انخفضت مقارنةً بالإناث عند بداية النضج (Nicoletto & Hendricks 1988). قد تنطبق النتائج التي توصلنا إليها أيضًا بشكل عام على الأنواع التي يظهر فيها الجنس الأصغر (ذكر أو أنثى) نشاطًا منخفضًا والبحث عن الطعام. على سبيل المثال ، ذكر أكبر أناكس جونيوس (damselflies) were found to be more active than smaller females during foraging trials ( Fuselier وآخرون. 2007 ).

However, the hypothesis presented by Henderson وآخرون. (2003 ) is not without support in the literature. Reproductively active male gerrids (hemipteran water striders) exhibited greater activity than immatures or mature females, but were also the poorest foragers ( Blanckenhorn & Perner 1996 ). Also, female Coenagrion puella (damselflies) were less active than males in the presence of food and predators, and emerged at larger sizes ( Mikolajewski وآخرون. 2005 ). Given literature support for both the reduced foraging hypothesis ( Roff 1983 ) and the increased activity hypothesis ( Henderson وآخرون. 2003 ), feeding and activity budgets should be considered together when attempting to explain proximate mechanisms of SSD.

Our results indicate that the onset of sexual maturity plays a major role in generating SSD in percids. Bioenergetic differences between male and female yellow perch were obvious only after the onset of maturity, when many organisms experience changes in endocrine activity. Laboratory experiments by Malison وآخرون. (1985 , 1988 ) demonstrated that consumption and FCE differences between male and female yellow perch probably result from differential hormonal effects on males and females at the onset of maturation. In yellow perch, ovarian oestrogens stimulated and testicular androgens inhibited growth ( Malison وآخرون. 1985 ). However, the effect was observed only in larger juveniles, suggesting that the action of these hormones would manifest in fish where a certain maturational status had been achieved. Growth and consumption of larger juvenile male and female yellow perch fed بالشهرة الإعلانية both increased when individuals were exposed to oestrogens ( Malison وآخرون. 1988 ). Consistent with our bioenergetic results, Malison وآخرون. (1988 ) observed faster female growth, higher consumption and higher FCE relative to males regardless of oestrogen exposure level. Analogous negative effects of androgens on consumption and FCE have been documented in juvenile Eurasian perch (P. fluviatilis Mandiki وآخرون. 2004 Mandiki وآخرون. 2005 ), where consumption rates increased in females exposed to oestrogens and decreased in males exposed to androgens. The action of both these hormones (positive effect of oestrogens on female growth, negative effects of androgens on male growth) and the dependence of hormone action on perch developmental stage corresponds with our observed onset of SSD in yellow perch and walleye at sexual maturation. Hormonal activity has also been tied to changes in maturation status, SSD and metabolic rate in other taxonomic groups ( Cox وآخرون. 2005 John-Alder, Cox & Taylor 2007 Wudy, Hartman & Remer 2007 ).

Bioenergetic submodels of consumption and respiration were parameterized originally under the assumption that males and females have comparable physiology ( Kitchell وآخرون. 1977 ), and potential gender differences in these submodels have not been evaluated. Although published accounts show that standard metabolism and assimilation efficiencies can differ between males and females ( Shillington 2005 Valle وآخرون. 2005 ), sufficient data are currently lacking to parameterize accurately gender-based submodels for consumption and metabolism in percids. However, our analysis best reflects the evaluation of gender differences between male and female fish given the manner in which these submodels were parameterized, as we examined residual differences of bioenergetic patterns from the common slope (across both sexes) with body weight. Clearly, this work calls for investigations into the dependence of bioenergetic and contaminant allometries on gender. In the absence of this information, our findings suggest that investigators use caution in interpreting bioenergetic results from models applied to both males and females in the absence of information regarding population sex ratio.

One aspect of our bioenergetic analysis that remains difficult to resolve is that relative differences in FCE residuals between males and females are greater than would be expected by the male–female differences in bioenergetic residuals of loss terms. Total metabolism, egestion and excretion residuals were all higher in females than in males, after controlling for body size and temperature differences among sexes and lakes, which seems inconsistent with the greater observed growth per unit energy consumed in females. The reason for this apparent discrepancy is not clear however, it suggests further that conventional mercury accumulation or bioenergetics models may be incapable of accurately modelling gender differences, as these models do not reflect potential physiological differences between sexes (e.g. Malison وآخرون. 1985 , 1988 Mandiki وآخرون. 2004 , 2005 ). Gender differences in assimilation could explain some of the discrepancy outlined above if the assimilation of energy (and/or Hg) from diet is higher in males under the influence of hormones associated with the onset of maturity (e.g. Valle وآخرون. 2005 ), then consumption estimates for males would be overestimated. A reduction in male consumption estimates would reduce the observed difference in FCE residuals between male and female perch and help to resolve this apparent discrepancy. Similarly, if standard metabolic rates (i.e. weight exponent of standard metabolism) were higher in males than in females (e.g. Shillington 2005 ), total metabolic costs of males in this study might be underestimated. Another possibility is that females are experiencing compensatory growth as a response to more variable intake relative to males. Fish undergoing compensatory growth due to variable intake have higher growth efficiencies and/or assimilation than those with constant intake ( Skalski وآخرون. 2005 ). Also, bioenergetics models applied to fish exposed to variable intake have underestimated consumption ( Whitledge وآخرون. 1998 ). However, it is not clear why female perch might demonstrate more variable intake patterns than males.

In summary, our study provides a test of two competing hypotheses for the explanation of female-biased SSD in two species of fish, and highlights the importance of measuring both consumption and activity costs in evaluating proximate mechanisms for SSD. Our study and the literature reviewed here suggests that sex-specific bioenergetics models are warranted. Further, we provide a detailed comparison of SSD in yellow perch and walleye, and demonstrate important similarities between these species that transcend the trophic differences that separate them.


مراجع

Advanced Nutrition and Human Metabolism, 3 rd Edition. Groff JL, Gropper SS. 1999. Delmar Publishers, Inc.

Anatomy & Physiology, 4 th Edition. Thibodeau GA, Patton KT. 1999. Mosby, Inc.

Exercise Endocrinology, 2 nd Edition. Borer KT. 2003. Human Kinetics.

Illustrated Principles of Exercise Physiology, 1 st Edition. Axen K, Axen KV. 2001. Prentice Hall.

Food, Nutrition & Diet Therapy, 11 th Edition. Mahan LK, Escott-Stump S. 2004. Saunders.

Nutrition and Diagnosis-Related Care, 5 th Edition. Escott-Stump S. 2002. Lippincott Williams & Wilkins.

The Merck Manual, 17 th Edition. Beers MH, Berkow R. 1999. Merck Research Laboratories.

Forbes GB. Body fat content influences the body composition response to nutrition and exercise. Ann N Y Acad Sci 2000904:359.

Prentice A, Jebb S. Energy intake/physical activity interactions in the homeostasis of body weight regulation. Nutr Rev 200462:S98.

Rampone AJ, Reynolds PJ. Obesity: thermodynamic principles in perspective. Life Sci 198843:93.

Berthoud HR. Multiple neural systems controlling food intake and body weight. Neurosci Biobehav Rev 200226:393.

Jequier E. Leptin signaling, adiposity, and energy balance. Ann NY Acad Sci 2002967:379.

Buchholz AC, Schoeller DA. Is a calorie a calorie? Am J Clin Nutr 200479:899S.

Nutrition and the Strength Athlete. Volek, J. 2001. Chapter 2. Edited by Catherine G. Ratzin Jackson. اضغط CRC.

Essen-Gustavsson B & Tesch PA. Glycogen and triglycerides utilization in relation to muscle metabolic characteristics in men performing heavy resistance exercise. Eur J Appl Physiol 199061:5.

MacDougall JD, Ray S, McCartney N, Sale D, Lee P, Gardner S. Substrate utilization during weightlifting. Med Sci Sports Exerc 198820:S66.

Tesch PA, Colliander EB, Kaiser P. Muscle Metabolism during intense, heavy resistance exercise. Eur J Appl Physiol 198655:362.

Cori CF. The fate of sugar in the animal body. I. The rate of absorption of hexoses and pentoses from the intestinal tract. J Biol Chem 192566:691.

Nutrition for Sport and Exercise, 2nd Edition. Berning J & Steen S. Chapter 2. 1998. Aspen Publication.

Pitkanen H, Nykanen T, Knuutinen J, Lahti K, Keinanen O, Alen M, Komi P, Mero A. Free Amino Acid pool and Muscle Protein Balance after Resistance Exercise. Med Sci Sports Exerc 200335:784.

Ivy JL. Muscle glycogen synthesis before and after exercise. Sports Med 197711:6.

Chandler RM, Byrne HK, Patterson JG, Ivy JL. Dietary supplements affect the anabolic hormones after weight-training exercise. J Appl Physiol 199476:839.

Ganong WF (2001) Endocrine functions of the pancreas & regulation of carbohydrate metabolism. In: Review of Medical Physiology. New York: McGraw-Hill, pp. 322-343.

Guyton AC, Hall JE (2000) Insulin, glucagon, and diabetes mellitus. In: Textbook of Medical Physiology. Philadelphia: W. B. Saunders, pp. 884-898.

Jentjens R & Jeukendrup A. Determinants of Post-Exercise Glycogen Synthesis during short term recovery. Sports Med 200333:117.

Levenhagen DK, Gresham JD, Carlson MG, Maron DJ, Borel MJ, Flakoll PJ. Postexercise nutrient intake timing in humans is critical to recovery of leg glucose and protein homeostasis. Am J Physiol Endocrinol Metab 2001280:E982.

Borsheim E, Tipton KD, Wolf SE, Wolfe RR. Essential amino acids and muscle protein recovery from resistance exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab 2002283:E648.

Mattes RD, et al. Impact of peanuts and tree nuts on body weight and healthy weight loss in adults. J Nutr 2008138:1741S-1745S.

Berthoud HR. Multiple neural systems controlling food intake and body weight. Neurosci Biobehav Rev 200226:393-428.

Stice E, et al. Psychological and behavioral risk factors for obesity onset in adolescent girls: a prospective study. J of Consulting and Clinical Psychology 200573:195-202.

Shunk JA & Birch LL. Girls at risk for overweight at age 5 are at risk for dietary restraint, disinhibited overeating, weight concerns, and greater weight gain from 5 to 9 years. J Am Diet Assoc 2004104:1120-1126.

Tanofsky-Kraff M, et al. A prospective study of psychological predictors of body fat gain among children at high risk for adult obesity. Pediatrics 2006117:1203-1209.


Bioenergetics of bioconversions: is there a surplus of energy? - مادة الاحياء

Dr. Molly Roberts completed her PhD with Dr. Emily Carrington in 2019 in the Biology Department at UW. Her research involved both experimental work at FHL and fieldwork at Penn Cove Shellfish in Coupeville, WA. Prior to her time in graduate school she was a technician in the FHL Ocean Acidification Environmental Laboratory. She is now working with Dr. Sarah Gilman to predict barnacle growth at a field site at Friday Harbor using an energetics framework.

Mussels are bivalve mollusks that live in a wave-swept environment, and the ability to strongly anchor to the habitat is key to their survival. Mussels attach to surfaces by producing a network of protein-based fibers called byssal threads (Figure 1). I was interested in the cost of producing these threads, and the effect of food availability and energetics on their production. I worked with two species, Mytilus trossulus و Mytilus galloprovincialis, a native mussel species and an identical-looking cultured mussel species, both of which end up in stores and restaurants in Washington. Fig. 1: Mussels anchor themselves to their habitat by producing a network of collagen-like fibers known as byssal threads. Credit: E. Carrington.

The question that remained was: what does this loss of growth tell us about the energetic cost of producing byssal threads? I calculated the cost of thread production with a bioenergetics model using information about how much energy it takes to grow new tissue, and the relationship between growth and the number of threads made (Scope for Growth). I found that for mussels in the control group, about 10% of the energy budget was spent on byssal thread production, but that this ranged up to 50% of the energy budget for mussels whose byssal threads were severed daily. In other words, mussels being "forced" to make new threads frequently had much less energy available for growth.

Finally, I was interested in whether these ideas also held in a mussel aquaculture setting. I worked with Penn Cove Shellfish in Coupeville, WA. At this farm mussels are grown on ropes that hang vertically in the water (Figure 3). The seawater conditions at the farm provided a "natural experiment" to test whether mussels that have greater resources­ – given food availability and seawater temperature­ – produced a greater number of byssal threads. Would fluctuations in temperature and food availability over time end up affecting byssal thread production or growth? To answer this question, I used published relationships between temperature, feeding rate and respiration to calculate mussel energy surplus under different conditions, and measured growth and byssal thread production. I found that the calculated energy surplus فعلت correlate with mussel growth over the two-year period, but this value was ليس a predictor of the quantity of byssal threads produced by mussels at the farm. Instead, mussels experiencing longer periods of low oxygen and acidic water produced fewer byssal threads.


Paper on the origin of life (abiogenesis) shows bioenergetic properties of living cells came from nothing more than rocks, water, and carbon dioxide

The author of the paper, Nick Lane, has written some great popular books on evolution. My favorite one was "Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the Meaning of Life." A little bit of a hyped up title but overall a great description of how mitochondria most likely developed with eukaryotic cells and the impact that's had. I would highly recommend his books to anyone who's interested in these subjects.

I agree, that is a great book.

Ok, so the core argument in this paper seems to be that a) a common feature of life as we know it is the harnessing of energy in the form of ion gradients across membranes and b) these gradients can be shown to form naturally from otherwise inert materials in situations like undersea vents, therefore demonstrating that life as we know it is a kind of byproduct of energy. Am I getting that right? Any science ppl able to comment? Extremely succinct and provable origin of life hypothesis.

Yep - that's a perfect TLDR. Lets hope it's provable! Nick Lane actually has a ɻio-reactor' running in the basement of my university labs trying to test just that.

I'm not exactly a 'science person' but overall yes. However, use of ion gradients is a well established fact and has been essential to biochemistry for a long time, however the bigger question was exactly how the use of gradients came into being, which is proposed in this paper. The fact that these gradients are so complicated nowadays is what raised a lot of questions. They have essentially drawn out, "step-by-step" how these gradients could have come into being, likely derived from the non-living chemical gradients in rocks in sea floor vents. Later on, the use of a membrane transporter, a protein, that sends protons one way and sodium the other was one of the first steps in changing from simpler, proton gradients (present in lots of non-living things), to more complex, chemical gradients (like sodium ions and, later on, even more complicated transmitters).

I believe the biggest point of their paper is actually that changing from a proton pump in protocells to a sodium pump appears to be both energetically neutral (in terms of costs), and possible with the genes and proteins present.

The use of ion gradients over membranes for energy con- servation, as in chemiosmotic coupling, is as universal as the genetic code itself, yet its origins are obscure. Insofar as phylogenetics can give any indication of the deepest branches of a ‘‘tree of life,’’ autotrophic, chemiosmotic cells invariably cluster at its base (Say and Fuchs, 2010 Stetter, 2006 Maden, 1995). Although there is little doubt that the last universal common ancestor (LUCA) was chemiosmotic with a mem- brane-bound ATP synthase (Mulkidjanian et al., 2007), how proton and sodium pumping across membranes arose has rarely been addressed. The issue harbors several severe evolutionary problems, but important clues to the early evolution of energy conservation are emerging from biochemical studies of metha- nogens and acetogens that live from the reduction of CO2, using electrons from H2 (Fuchs, 2011 Kaster et al., 2011 Buckel and Thauer, 2012).

I believe that the second law of physics is that all things left alone deteriorate, or something to that effect. So for this to happen, what outside force operated on it to make it do the opposite?

EDIT: Please don't downvote the parent comment. He's asking a legitimate question that deserves an answer.

The second law of thermodynamics states that the entropy of an isolated system never decreases, because isolated systems spontaneously evolve towards thermodynamic equilibrium -- the state of maximum entropy.

The key phrase to note in relation to your question is "isolated system." The earth is not an isolated system. As someone else noted, the earth receives energy from its sun.

It is important to note that the earth is not an isolated system: it receives energy from the sun, and radiates energy back into space. The second law doesn't claim that the entropy of any part of a system increases: if it did, ice would never form and vapor would never condense, since both of those processes involve a decrease of entropy. Rather, the second law says that the total entropy of the whole system must increase. Any decrease of entropy (like the water freezing into ice cubes in your freezer) must be compensated by an increase in entropy elsewhere (the heat released into your kitchen by the refrigerator).


Gas Biological Conversions: The Potential of Syngas and Carbon Dioxide as Production Platforms

Contemporary challenges in decreasing Green House Gas emissions and finding alternative carbon and energy sources for fueling our society brought in the forefront processes based on biological conversions of gaseous substrates, such as syngas and carbon dioxide. Generation of synthesis gas or syngas (a gaseous mixture mainly of CO, H2 وشارك2 generated during thermal decomposition of carbonaceous material in the presence of limited amount of an oxidizing agent) is known since the beginning of the 17th century and discovery of Fischer–Tropsch synthetic route in the beginning of the 20th century allowed the development of various routes for chemical catalytic synthesis of fuels and chemicals from syngas. Biological processing of syngas came in the forefront much later, following important advances within Microbiology and Biochemistry disciplines. This thermo-biochemical route for production of low-value products like fuels is considered competitive and advantageous compared to the thermochemical route when small-scale installations are concerned. Production of higher value products via the carboxylate platform is also a promising, and certainly worth-investigating route. Biological conversion of syngas and valorization of CO2 via biological means, besides contributing in greening our world, come with similar product portfolio and share the same technological challenges. Therefore, the target of the current study is to provide an overview of the latest scientific advances within syngas and CO2 valorization to fuels and chemicals and industrial applications and propose a way forward taking into account contemporary challenges and needs.

Graphical Abstract

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


شاهد الفيديو: ما هي الطاقة الحيوية (قد 2022).