Ang katawan ay patuloy na nauugnay sa pagpapalitan ng enerhiya. Ang mga reaksyon ng metabolismo ng enerhiya ay nangyayari palagi, kahit na tayo ay natutulog. Pagkatapos ng kumplikadong mga pagbabago sa kemikal, ang mga sangkap ng pagkain ay na-convert mula sa mataas na molekular na timbang sa mga simple, na sinamahan ng pagpapalabas ng enerhiya. Ito ang lahat ng pagpapalitan ng enerhiya.

Ang pangangailangan ng enerhiya ng katawan habang tumatakbo ay napakataas. Halimbawa, ang 2.5-3 na oras ng pagtakbo ay kumonsumo ng humigit-kumulang 2,600 calories (ito ay isang marathon na distansya), na makabuluhang lumampas sa pagkonsumo ng enerhiya ng isang taong namumuno sa isang laging nakaupo na pamumuhay bawat araw. Sa panahon ng karera, ang katawan ay kumukuha ng enerhiya mula sa mga reserba ng kalamnan glycogen at taba.

Ang muscle glycogen, isang kumplikadong kadena ng mga molekula ng glucose, ay naiipon sa mga aktibong grupo ng kalamnan. Ang aerobic glycolysis at dalawa pang kemikal na proseso ay nagko-convert ng glycogen sa adenosine triphosphate (ATP).

Ang molekula ng ATP ay ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya sa ating katawan. Ang pagpapanatili ng balanse ng enerhiya at metabolismo ng enerhiya ay nangyayari sa antas ng cell. Ang bilis at tibay ng mananakbo ay nakasalalay sa paghinga ng hawla. Samakatuwid, upang makamit ang pinakamataas na resulta, kinakailangang magbigay ng oxygen sa cell para sa buong distansya. Ito ay para sa pagsasanay.

Enerhiya sa katawan ng tao. Mga yugto ng metabolismo ng enerhiya.

Palagi kaming tumatanggap at gumugugol ng enerhiya. Sa anyo ng pagkain, nakukuha natin ang mga pangunahing sustansya, o yari na organikong bagay, ito protina, taba at carbohydrates. Ang unang yugto ay ang panunaw, walang inilalabas na enerhiya na maiimbak ng ating katawan.

Ang proseso ng pagtunaw ay hindi naglalayong makakuha ng enerhiya, ngunit sa pagbagsak ng malalaking molekula sa maliliit. Sa isip, ang lahat ay dapat hatiin sa mga monomer. Ang mga carbohydrates ay pinaghiwa-hiwalay sa glucose, fructose at galactose. Mga taba - sa gliserol at mataba acids, protina sa amino acids.

Mga selula ng paghinga

Bukod sa panunaw, may pangalawang bahagi o yugto. Ito ay paghinga. Kami ay humihinga at nagbobomba ng hangin sa mga baga, ngunit hindi ito ang pangunahing bahagi ng paghinga. Ang paghinga ay kapag ang ating mga selula ay gumagamit ng oxygen upang magsunog ng mga sustansya hanggang sa tubig at carbon dioxide para sa enerhiya. Ito ang huling yugto ng pagkuha ng enerhiya na nagaganap sa bawat isa sa ating mga selula.

Ang pangunahing pinagmumulan ng nutrisyon ng tao ay ang mga karbohidrat na naipon sa mga kalamnan sa anyo ng glycogen; ang glycogen ay karaniwang sapat para sa 40-45 minuto ng pagtakbo. Pagkatapos ng panahong ito, ang katawan ay dapat lumipat sa ibang pinagkukunan ng enerhiya. Ito ay mga taba. Ang taba ay isang alternatibong enerhiya sa glycogen.

alternatibong enerhiya- nangangahulugan ito ng pangangailangang pumili ng isa sa dalawang pinagmumulan ng enerhiya o taba o glycogen. Ang ating katawan ay maaaring tumanggap ng enerhiya mula sa isang mapagkukunan lamang.

Ang long-distance na pagtakbo ay naiiba sa short-distance na pagtakbo dahil ang katawan ng stayer ay hindi maiiwasang lumipat sa paggamit ng taba ng kalamnan bilang karagdagang pinagkukunan ng enerhiya.

Ang mga fatty acid ay hindi ang pinakamahusay na kapalit para sa carbohydrates, dahil ang kanilang paglabas at paggamit ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya at oras. Ngunit kung ang glycogen ay tapos na, ang katawan ay walang pagpipilian kundi ang gumamit ng mga taba, sa gayon ay nakakakuha ng kinakailangang enerhiya. Lumalabas na ang taba ay palaging isang reserbang opsyon para sa katawan.

Tandaan na ang mga taba na ginagamit kapag tumatakbo ay mga taba na matatagpuan sa mga hibla ng kalamnan, hindi mataba na mga layer na sumasakop sa katawan.

Kapag nasusunog o nahati ang anumang organikong bagay, ang mga basura sa produksyon ay nakuha, ito ay carbon dioxide at tubig. Ang aming mga organic ay mga protina, taba at carbohydrates. Ang carbon dioxide ay inilalabas kasama ng hangin, at ang tubig ay ginagamit ng katawan o ilalabas sa pawis o ihi.

Ang pagtunaw ng mga sustansya, ang ating katawan ay nawawalan ng kaunting enerhiya nito sa anyo ng init. Kaya't ang makina sa kotse ay uminit at nawawalan ng enerhiya sa kawalan, at ang mga kalamnan ng mananakbo ay gumugugol ng malaking halaga ng enerhiya. pagpapalit ng enerhiyang kemikal sa enerhiyang mekanikal. Bukod dito, ang kahusayan ay halos 50%, iyon ay, kalahati ng enerhiya ay napupunta sa hangin sa anyo ng init.

Ang mga pangunahing yugto ng metabolismo ng enerhiya ay maaaring makilala:

Kumakain tayo upang makakuha ng mga sustansya, masira ang mga ito, pagkatapos ay sa tulong ng oxygen, nagaganap ang proseso ng oksihenasyon, bilang isang resulta nakakakuha tayo ng enerhiya. Ang bahagi ng enerhiya ay laging umaalis sa anyo ng init, at iniimbak namin ang bahagi nito. Ang enerhiya ay nakaimbak sa anyo ng isang kemikal na tambalang tinatawag na ATP.

Ano ang ATP?

Ang ATP ay adenosine triphosphate, na may malaking kahalagahan sa metabolismo ng enerhiya at mga sangkap sa mga organismo. Ang ATP ay isang unibersal na pinagmumulan ng enerhiya para sa lahat ng mga biochemical na proseso sa mga sistema ng buhay.

Sa katawan, ang ATP ay isa sa mga pinaka-madalas na na-renew na mga sangkap, kaya sa mga tao, ang habang-buhay ng isang molekula ng ATP ay mas mababa sa isang minuto. Sa araw, ang isang molekula ng ATP ay dumadaan sa average na 2000-3000 na mga siklo ng resynthesis. Ang katawan ng tao ay nag-synthesize ng humigit-kumulang 40 kg ng ATP bawat araw, ngunit naglalaman ng halos 250 g sa anumang naibigay na sandali, iyon ay, halos walang supply ng ATP sa katawan, at para sa normal na buhay kinakailangan na patuloy na mag-synthesize ng mga bagong molekula ng ATP.

Konklusyon: Ang ating katawan ay maaaring mag-imbak ng enerhiya para sa sarili nito sa anyo ng isang kemikal na tambalan. Ito ay ATP.

Ang ATP ay binubuo ng nitrogenous base adenine, ribose at triphosphate - phosphoric acid residues.

Ito ay nangangailangan ng maraming enerhiya upang lumikha ng ATP, ngunit kapag ito ay nawasak, ang enerhiya na ito ay maaaring ibalik. Ang ating katawan, na nagsisisira ng mga sustansya, ay lumilikha ng isang molekula ng ATP, at pagkatapos, kapag nangangailangan ito ng enerhiya, sinisira nito ang molekula ng ATP o tinatanggal ang mga bono ng molekula. Sa pamamagitan ng pagtanggal ng isa sa mga residue ng phosphoric acid, makakakuha ka ng humigit-kumulang -40 kJ. ⁄ mol.

Palagi itong nangyayari dahil patuloy tayong nangangailangan ng enerhiya, lalo na habang tumatakbo. Ang mga mapagkukunan ng pagpasok ng enerhiya sa katawan ay maaaring magkakaiba (karne, prutas, gulay, atbp.) . Ang panloob na mapagkukunan ng enerhiya ay pareho - ito ay ATP. Ang buhay ng isang molekula ay wala pang isang minuto. samakatuwid, ang katawan ay patuloy na nasisira at nagpaparami ng ATP.

Paghahati ng enerhiya. Enerhiya ng cell

Dissimilation

Nakukuha natin ang pangunahing enerhiya mula sa glucose sa anyo ng isang molekulang ATP. Dahil kailangan natin ng enerhiya sa lahat ng oras, ang mga molekula na ito ay papasok sa katawan kung saan kinakailangan upang magbigay ng enerhiya.

Ang ATP ay nagbibigay ng enerhiya, at sa parehong oras ay nahati sa ADP - adenosine diphosphate. Ang ADP ay ang parehong molekula ng ATP, tanging walang isang phosphoric acid residue. Ang ibig sabihin ng Di ay dalawa. Ang glucose, paghahati, nagbibigay ng enerhiya, na kinukuha ng ADP at ibinabalik ang balanse ng phosphorus nito, na nagiging ATP, na muling handang gumastos ng enerhiya. Nangyayari ito sa lahat ng oras.

Ang prosesong ito ay tinatawag na - dissimilation(pagkasira) Sa kasong ito, upang makakuha ng enerhiya, kinakailangan upang sirain ang molekula ng ATP.

Asimilasyon

Ngunit mayroon ding isa pang proseso. Maaari kang bumuo ng iyong sariling mga sangkap sa paggasta ng enerhiya. Ang prosesong ito ay tinatawag na - asimilasyon... Gumawa ng mas malalaking substance mula sa mas maliliit. Produksyon ng sarili nating mga protina, nucleic acid, taba at carbohydrates.

Halimbawa_ kumain ka ng isang piraso ng karne, Ang karne ay isang protina na dapat hatiin sa mga amino acid, mula sa mga amino acid na ito ang sarili nilang mga protina ay kokolektahin o synthesize, na magiging iyong mga kalamnan. Ito ay kukuha ng kaunting enerhiya.

Pagkuha ng enerhiya. Ano ang glycolysis?

Ang isa sa mga proseso ng pagkuha ng enerhiya para sa lahat ng nabubuhay na organismo ay glycolysis. Ang glycolysis ay matatagpuan sa cytoplasm ng alinman sa ating mga cell. Ang pangalang "glycolysis" ay nagmula sa Griyego. - matamis at Griyego. - paglusaw.

Ang Glycolysis ay isang enzymatic na proseso ng sunud-sunod na pagkasira ng glucose sa mga cell, na sinamahan ng synthesis ng ATP. Ito ay 13 enzymatic reactions. Glycolysis sa aerobic Ang mga kondisyon ay humahantong sa pagbuo ng pyruvic acid (pyruvate).

Glycolysis sa anaerobic Ang mga kondisyon ay humahantong sa pagbuo ng lactic acid (lactate). Ang Glycolysis ay ang pangunahing landas para sa glucose catabolism sa mga hayop.

Ang Glycolysis ay isa sa mga pinakalumang metabolic process na kilala sa halos lahat ng buhay na organismo. Marahil, ang glycolysis ay lumitaw higit sa 3.5 bilyong taon na ang nakalilipas sa pangunahin prokaryotes... (Ang mga prokaryote ay mga organismo kung saan ang mga selula ay walang pormal na nucleus. Ang mga tungkulin nito ay ginagampanan ng isang nucleotide (iyon ay, "tulad ng isang nucleus"); hindi tulad ng isang nucleus, ang isang nucleotide ay walang sariling shell).

Anaerobic glycolysis

Ang anaerobic glycolysis ay isang paraan upang makakuha ng enerhiya mula sa isang molekula ng glucose nang hindi gumagamit ng oxygen. Ang proseso ng glycolysis (breakdown) ay ang proseso ng glucose oxidation, kung saan ang dalawang molekula ay nabuo mula sa isang molekula ng glucose pyruvic acid.

Ang molekula ng glucose ay nahahati sa dalawang bahagi na maaaring tawaging- pyruvate, ito ay kapareho ng pyruvic acid. Ang bawat kalahati ng pyruvate ay maaaring ibalik ang isang molekula ng ATP. Lumalabas na ang isang molekula ng glucose, kapag nasira, ay maaaring ibalik ang dalawang molekula ng ATP.

Sa mahabang pagtakbo o kapag tumatakbo sa anaerobic mode, pagkaraan ng ilang sandali ay nagiging mahirap na huminga, ang mga kalamnan ng mga binti ay napapagod, ang mga binti ay nagiging mabigat, sila, tulad mo, ay huminto sa pagtanggap ng sapat na oxygen.

Dahil ang proseso ng pagkuha ng enerhiya sa mga kalamnan ay nagtatapos sa glycolysis. Samakatuwid, ang mga kalamnan ay nagsisimulang sumakit at tumangging magtrabaho dahil sa kakulangan ng enerhiya. Nabuo lactic acid o lactate. Lumalabas na ang mas mabilis na pagtakbo ng atleta, mas mabilis siyang gumagawa ng lactate. Ang mga antas ng lactate ng dugo ay malapit na nauugnay sa intensity ng ehersisyo.

Aerobic glycolysis

Sa sarili nito, ang glycolysis ay isang ganap na anaerobic na proseso, iyon ay, hindi ito nangangailangan ng pagkakaroon ng oxygen para magpatuloy ang mga reaksyon. Ngunit dapat mong aminin na ang pagkuha ng dalawang molekula ng ATP sa panahon ng glycolysis ay napakaliit.

Samakatuwid, ang katawan ay may alternatibong opsyon para sa pagkuha ng enerhiya mula sa glucose. Ngunit mayroon na sa pakikilahok ng oxygen. Ito ay paghinga ng oxygen. na tinataglay ng bawat isa sa atin, o aerobic glycolysis... Nagagawa ng aerobic glycolysis na mabilis na maibalik ang mga tindahan ng ATP ng kalamnan.

Sa panahon ng mga dinamikong aktibidad tulad ng pagtakbo, paglangoy, atbp., nangyayari ang aerobic glycolysis. iyon ay, kung tumakbo ka at hindi mabulunan, ngunit mahinahon na makipag-usap sa isang tumatakbong kasama sa tabi mo, pagkatapos ay maaari naming sabihin na tumatakbo ka sa isang aerobic mode.

Ang paghinga o aerobic glycolysis ay nangyayari sa mitochondria sa ilalim ng impluwensya ng mga espesyal na enzyme at nangangailangan ng pagkonsumo ng oxygen, at, nang naaayon, oras para sa paghahatid nito.

Ang oksihenasyon ay nangyayari sa maraming yugto, una ay may glycolysis, ngunit ang dalawang pyruvate molecule na nabuo sa intermediate stage ng reaksyong ito ay hindi na-convert sa lactic acid molecules, ngunit tumagos sa mitochondria, kung saan sila ay na-oxidized sa Krebs cycle sa carbon dioxide CO2 at tubig H2O at magbigay ng enerhiya para sa produksyon ng isa pang 36 ATP molecule.

Mitokondria ito ay mga espesyal na organel na nasa cell, samakatuwid mayroong isaIlang konsepto, tulad ng cellular respiration. Ang ganitong paghinga ay nangyayari sa lahat ng organismo na nangangailangan ng oxygen, kasama na kayo at ako.

Ang Glycolysis ay isang catabolic pathway na may pambihirang kahalagahan. Nagbibigay ito ng enerhiya para sa mga cellular reaction, kabilang ang synthesis ng protina. Glycolysis intermediates ay ginagamit sa synthesis ng taba. Ang pyruvate ay maaari ding gamitin upang synthesize ang alanine, aspartate, at iba pang mga compound. Salamat sa glycolysis, hindi nililimitahan ng pagganap ng mitochondrial at pagkakaroon ng oxygen ang lakas ng kalamnan sa mga panandaliang matinding pagkarga. Ang aerobic oxidation ay 20 beses na mas mahusay kaysa sa anaerobic glycolysis.

Ano ang mitochondria?

Ang mitochondria (mula sa Griyegong μίτος - thread at χόνδρος - grain, grain) ay isang dalawang-membrane na spherical o ellipsoidal organoid na may diameter na karaniwang mga 1 micrometer. Estasyon ng enerhiya ng cell; ang pangunahing pag-andar ay ang oksihenasyon ng mga organikong compound at ang paggamit ng enerhiya na inilabas sa panahon ng kanilang pagkabulok upang makabuo ng potensyal na kuryente, ATP synthesis at thermogenesis.

Ang bilang ng mitochondria sa isang cell ay hindi pare-pareho. Ang mga ito ay lalo na sagana sa mga selula kung saan mataas ang pangangailangan para sa oxygen. Depende sa kung aling mga bahagi ng cell sa anumang naibigay na sandali mayroong pagtaas ng pagkonsumo ng enerhiya, ang mitochondria sa cell ay maaaring lumipat sa cytoplasm sa mga zone ng pinakamalaking pagkonsumo ng enerhiya.

Mga function ng mitochondrial

Ang isa sa mga pangunahing tungkulin ng mitochondria ay ang synthesis ng ATP, isang unibersal na anyo ng kemikal na enerhiya sa anumang buhay na selula. Tingnan mo, ang pasukan ay dalawang molekula ng pyruvate, at ang labasan ay isang malaking halaga ng "maraming bagay." Ang "maraming bagay" na ito ay tinatawag na "Krebs Cycle". Sa pamamagitan ng paraan, natanggap ni Hans Krebs ang Nobel Prize para sa pagbubukas ng cycle na ito.

Masasabi nating ito ang tricarboxylic acid cycle. Sa siklo na ito, maraming mga sangkap ang sunud-sunod na na-convert sa isa't isa. Sa pangkalahatan, tulad ng naiintindihan mo, ang bagay na ito ay napakahalaga at naiintindihan para sa mga biochemist. Sa madaling salita, ito ay isang mahalagang hakbang sa paghinga ng lahat ng mga cell na gumagamit ng oxygen.

Bilang resulta, ang output na nakukuha natin ay carbon dioxide, tubig at 36 ATP molecules. Hayaan mong ipaalala ko sa iyo na ang glycolysis (nang walang partisipasyon ng oxygen) ay gumawa lamang ng dalawang ATP molecule sa bawat glucose molecule. Samakatuwid, kapag ang ating mga kalamnan ay nagsimulang gumana nang walang oxygen, sila ay lubhang nawalan ng kahusayan. Iyon ang dahilan kung bakit ang lahat ng ehersisyo ay naglalayong tiyakin na ang mga kalamnan ay maaaring gumana sa oxygen hangga't maaari.

Istraktura ng mitochondrion

Ang mitochondrion ay may dalawang lamad: panlabas at panloob. Ang pangunahing pag-andar ng panlabas na lamad ay upang paghiwalayin ang organoid mula sa cytoplasm ng cell. Binubuo ito ng isang bilipid layer at mga protina na tumatagos dito, kung saan isinasagawa ang transportasyon ng mga molekula at ion na kinakailangan para gumana ang mitochondria.

Habang ang panlabas na lamad ay makinis, ang panloob na lamad ay bumubuo ng maraming fold -crista, na makabuluhang nagpapataas ng lugar nito. Ang panloob na lamad ay kadalasang binubuo ng mga protina, kung saan mayroong mga respiratory chain enzymes, transport proteins at malalaking ATP - synthetase complexes. Sa lugar na ito nangyayari ang synthesis ng ATP. Sa pagitan ng panlabas at panloob na lamad mayroong isang intermembrane space na may taglay nitong mga enzyme.
Ang panloob na espasyo ng mitochondria ay tinatawag matris... Narito ang mga sistema ng enzyme para sa oksihenasyon ng mga fatty acid at pyruvate, mga enzyme ng Krebs cycle, pati na rin ang namamana na materyal ng mitochondria - DNA, RNA at protein synthesizing apparatus.

Ang mitochondrion ay ang tanging pinagmumulan ng enerhiya para sa mga selula. Matatagpuan sa cytoplasm ng bawat cell, ang mitochondria ay maihahambing sa "mga baterya" na gumagawa, nag-iimbak at namamahagi ng enerhiya na kinakailangan para sa cell.
Ang mga selula ng tao ay naglalaman ng average na 1,500 mitochondria. Ang mga ito ay lalo na sagana sa mga selula na may masinsinang metabolismo (halimbawa, sa mga kalamnan o atay).
Ang mitochondria ay mobile at gumagalaw sa cytoplasm depende sa mga pangangailangan ng cell. Dahil sa pagkakaroon ng kanilang sariling DNA, sila ay dumami at naninira sa sarili anuman ang cell division.
Ang mga cell ay hindi maaaring gumana nang walang mitochondria; ang buhay ay imposible kung wala sila.

Ekolohiya ng pagkonsumo.Agham at teknolohiya: Isa sa mga pangunahing problema ng alternatibong enerhiya ay ang hindi pantay na supply nito mula sa mga renewable sources. Isaalang-alang natin kung paano posibleng makaipon ng mga uri ng enerhiya (bagaman para sa praktikal na paggamit, kakailanganin nating i-convert ang naipon na enerhiya sa kuryente o init).

Isa sa mga pangunahing problema ng alternatibong enerhiya ay ang hindi pantay na supply nito mula sa mga renewable sources. Ang araw ay sumisikat lamang sa araw at sa walang ulap na panahon, ang hangin ay umiihip o namamatay. At ang pangangailangan para sa kuryente ay hindi pare-pareho, halimbawa, ito ay tumatagal ng mas kaunti para sa pag-iilaw sa araw, at higit pa sa gabi. At gusto ito ng mga tao kapag ang mga lungsod at nayon ay binabaha ng mga ilaw sa gabi. Well, o hindi bababa sa mga kalye lamang ang naiilawan. Kaya ang gawain ay lumitaw - upang i-save ang natanggap na enerhiya para sa ilang oras, upang magamit ito kapag ang pangangailangan para dito ay maximum, at ang resibo ay hindi sapat.

Mayroong 6 na pangunahing uri ng enerhiya: gravitational, mechanical, thermal, chemical, electromagnetic at nuclear. Sa ngayon, natutunan ng sangkatauhan na lumikha ng mga artipisyal na baterya para sa enerhiya ng unang limang uri (mabuti, maliban na ang mga magagamit na reserba ng nuclear fuel ay artipisyal na pinagmulan). Kaya't isasaalang-alang natin kung paano posibleng maipon at maiimbak ang bawat isa sa mga ganitong uri ng enerhiya (bagaman para sa praktikal na paggamit ay kakailanganin nating i-convert ang naipon na enerhiya sa kuryente o init).

Accumulators ng gravitational energy

Sa mga nagtitipon ng ganitong uri, sa yugto ng akumulasyon ng enerhiya, ang pag-load ay tumataas, nag-iipon ng potensyal na enerhiya, at sa tamang sandali ay bumabalik ito, ibinabalik ang enerhiya na ito nang kapaki-pakinabang. Ang paggamit ng mga solido o likido bilang isang load ay nagdudulot ng sarili nitong mga katangian sa disenyo ng bawat uri. Ang isang intermediate na posisyon sa pagitan ng mga ito ay inookupahan ng paggamit ng mga bulk substance (buhangin, lead shot, maliliit na bola ng bakal, atbp.).

Gravitational Solid State Energy Storage

Ang kakanyahan ng gravitational mechanical storage ay ang isang tiyak na pagkarga ay tumataas sa isang taas at sa tamang oras ay inilabas, na pinipilit ang generator axis na paikutin sa daan. Ang isang halimbawa ng pagpapatupad ng pamamaraang ito ng pag-iimbak ng enerhiya ay isang aparato na iminungkahi ng kumpanyang nakabase sa California na Advanced Rail Energy Storage (ARES). Ang ideya ay simple: sa isang oras na ang mga solar panel at windmill ay gumagawa ng maraming enerhiya, ang mga espesyal na mabibigat na karwahe ay hinihimok sa bundok sa tulong ng mga de-koryenteng motor. Sa gabi at sa gabi, kapag walang sapat na mga mapagkukunan ng enerhiya upang matustusan ang mga mamimili, ang mga sasakyan ay bumababa, at ang mga motor, na gumagana bilang mga generator, ay ibinalik ang nakaimbak na enerhiya pabalik sa grid.

Halos lahat ng mekanikal na drive ng klase na ito ay may napakasimpleng disenyo, at samakatuwid ay mataas ang pagiging maaasahan at mahabang buhay ng serbisyo. Ang oras ng pag-iimbak ng isang beses na nakaimbak na enerhiya ay halos walang limitasyon, maliban kung ang pagkarga at mga elemento ng istruktura ay gumuho sa paglipas ng panahon mula sa katandaan o kaagnasan.

Ang enerhiya na nakaimbak sa mga nakakataas na solid ay maaaring mailabas sa napakaikling panahon. Ang isang limitasyon sa kapangyarihan na natanggap mula sa naturang mga aparato ay ipinapataw lamang sa pamamagitan ng acceleration ng gravity, na tumutukoy sa pinakamataas na rate ng pagtaas sa bilis ng pagbagsak ng timbang.

Sa kasamaang palad, ang partikular na pagkonsumo ng enerhiya ng mga naturang device ay mababa at tinutukoy ng klasikal na formula E = m · g · h. Kaya, upang mag-imbak ng enerhiya para sa pagpainit ng 1 litro ng tubig mula 20 ° C hanggang 100 ° C, kinakailangan na magtaas ng isang toneladang kargamento ng hindi bababa sa 35 metro (o 10 tonelada bawat 3.5 metro). Samakatuwid, kapag kinakailangan na mag-imbak ng mas maraming enerhiya, agad itong humahantong sa pangangailangan na lumikha ng napakalaki at, bilang isang hindi maiiwasang kahihinatnan, mga mamahaling istruktura.

Ang kawalan ng naturang mga sistema ay ang landas kung saan gumagalaw ang mga kargamento ay dapat na libre at medyo tuwid, at kinakailangan din na ibukod ang posibilidad na hindi sinasadyang mahulog sa lugar na ito ng mga bagay, tao at hayop.

Imbakan ng gravitational fluid

Hindi tulad ng mga solidong timbang, kapag gumagamit ng mga likido, hindi na kailangang lumikha ng mga tuwid na baras na may malaking seksyon para sa buong taas ng pag-aangat - ang likido ay gumagalaw nang perpekto sa mga hubog na tubo, ang seksyon na kung saan ay dapat lamang sapat para sa maximum na daloy ng disenyo na dumaan sila. Samakatuwid, ang itaas at mas mababang mga reservoir ay hindi kailangang matatagpuan sa ilalim ng isa, ngunit maaaring paghiwalayin ng isang sapat na malaking distansya.

Ang mga pumped storage power plant (PSPP) ay kabilang sa klase na ito.

Mayroon ding mas maliliit na hydraulic accumulator ng gravitational energy. Una, nagbobomba kami ng 10 toneladang tubig mula sa isang underground reservoir (well) sa isang lalagyan sa tore. Pagkatapos ang tubig mula sa tangke sa ilalim ng pagkilos ng gravity ay dumadaloy pabalik sa tangke, na umiikot sa isang turbine na may electric generator. Ang buhay ng serbisyo ng naturang drive ay maaaring 20 taon o higit pa. Mga Bentahe: kapag gumagamit ng wind turbine, ang huli ay maaaring direktang magmaneho ng water pump; ang tubig mula sa tangke sa tore ay maaaring gamitin para sa iba pang mga pangangailangan.

Sa kasamaang palad, ang mga hydraulic system ay mas mahirap na mapanatili sa wastong teknikal na kondisyon kaysa sa mga solid-state - una sa lahat, ito ay may kinalaman sa higpit ng mga tangke at pipeline at ang kakayahang magamit ng shut-off at pumping equipment. At isa pang mahalagang kondisyon - sa mga sandali ng akumulasyon at paggamit ng enerhiya, ang gumaganang likido (hindi bababa sa, isang medyo malaking bahagi nito) ay dapat na nasa isang likidong estado ng pagsasama-sama, at hindi sa anyo ng yelo o singaw. Ngunit kung minsan sa mga naturang imbakan na aparato posible na makakuha ng karagdagang libreng enerhiya, sabihin, kapag muling pinupunan ang itaas na reservoir na may matunaw o tubig-ulan.

Imbakan ng mekanikal na enerhiya

Ang mekanikal na enerhiya ay nagpapakita ng sarili sa panahon ng pakikipag-ugnayan, paggalaw ng mga indibidwal na katawan o ang kanilang mga particle. Kabilang dito ang kinetic energy ng paggalaw o pag-ikot ng katawan, ang enerhiya ng pagpapapangit sa panahon ng baluktot, pag-uunat, pag-twist, compression ng mga nababanat na katawan (springs).

Gyroscopic na imbakan ng enerhiya

Sa gyroscopic storage device, ang enerhiya ay iniimbak sa anyo ng kinetic energy ng mabilis na umiikot na flywheel. Ang partikular na enerhiya na nakaimbak para sa bawat kilo ng bigat ng flywheel ay mas mataas kaysa sa kung ano ang maaaring maimbak sa isang kilo ng static na load, kahit na ito ay itinaas sa isang mahusay na taas, at ang pinakabagong mga high-tech na pag-unlad ay nangangako ng density ng nakaimbak na enerhiya na maihahambing. sa stock ng kemikal na enerhiya sa bawat yunit ng masa ng pinakamahuhusay na uri ng kemikal na panggatong.

Ang isa pang malaking plus ng flywheel ay ang kakayahang mabilis na makabalik o makatanggap ng napakataas na kapangyarihan, na limitado lamang sa lakas ng makunat ng mga materyales sa kaso ng mekanikal na paghahatid o ang "throughput" ng mga electric, pneumatic o hydraulic transmission.

Sa kasamaang palad, ang mga flywheel ay sensitibo sa mga shocks at twists sa mga eroplano maliban sa eroplano ng pag-ikot, dahil lumilikha ito ng malalaking gyroscopic load na may posibilidad na yumuko sa axis. Bilang karagdagan, ang oras ng pag-iimbak ng enerhiya na nakaimbak sa flywheel ay medyo maikli at para sa mga nakasanayang disenyo ay karaniwang umaabot mula sa ilang segundo hanggang ilang oras. Dagdag pa, ang pagkawala ng enerhiya dahil sa alitan ay nagiging masyadong kapansin-pansin ... Gayunpaman, ginagawang posible ng mga modernong teknolohiya na kapansin-pansing taasan ang oras ng pag-iimbak - hanggang sa ilang buwan.

Sa wakas, isa pang hindi kasiya-siyang sandali - ang enerhiya na nakaimbak ng flywheel ay direktang nakasalalay sa bilis ng pag-ikot nito, samakatuwid, habang ang enerhiya ay naipon o inilabas, ang bilis ng pag-ikot ay nagbabago sa lahat ng oras. Kasabay nito, ang pag-load ay madalas na nangangailangan ng isang matatag na bilis ng pag-ikot, hindi hihigit sa ilang libong mga rebolusyon bawat minuto. Para sa kadahilanang ito, ang mga purong mekanikal na sistema para sa pagpapadala ng kapangyarihan papunta at mula sa flywheel ay maaaring maging masyadong kumplikado sa paggawa. Minsan ang isang electromechanical transmission ay maaaring gawing simple ang sitwasyon gamit ang isang motor-generator na matatagpuan sa parehong baras na may isang flywheel o isang matibay na gearbox na nauugnay dito. Ngunit pagkatapos ay ang pagkawala ng enerhiya para sa mga wire ng pagpainit at windings ay hindi maiiwasan, na maaaring mas mataas kaysa sa mga pagkalugi para sa alitan at pagdulas sa mga magagandang variator.

Partikular na nangangako ang mga tinatawag na super flywheels, na binubuo ng mga pagliko ng steel tape, wire o high-strength synthetic fiber. Ang paikot-ikot ay maaaring siksik, o maaari itong magkaroon ng espesyal na iniwang walang laman na espasyo. Sa huling kaso, habang ang flywheel ay humina, ang tape ay lumiliko mula sa gitna nito patungo sa paligid ng pag-ikot, na binabago ang sandali ng pagkawalang-galaw ng flywheel, at kung ang tape ay tagsibol, pagkatapos ay nag-iimbak ito ng bahagi ng enerhiya sa nababanat na pagpapapangit. enerhiya ng tagsibol. Bilang resulta, sa naturang mga flywheel, ang bilis ng pag-ikot ay hindi direktang nauugnay sa naka-imbak na enerhiya at mas matatag kaysa sa pinakasimpleng solidong istruktura, at ang kanilang pagkonsumo ng enerhiya ay kapansin-pansing mas mataas.

Bilang karagdagan sa kanilang mas mataas na intensity ng enerhiya, mas ligtas sila sa kaganapan ng iba't ibang mga aksidente, dahil, hindi tulad ng mga fragment ng isang malaking monolithic flywheel, sa kanilang enerhiya at mapanirang puwersa na maihahambing sa mga cannonball, ang mga fragment ng isang spring ay may mas mababang "kamatayan" at kadalasan ay medyo epektibong nagpapabagal sa isang pagsabog ng flywheel para sa account ng alitan laban sa mga dingding ng katawan. Para sa parehong dahilan, ang mga modernong solid flywheel, na idinisenyo upang gumana sa mga mode na malapit sa muling pamamahagi ng lakas ng materyal, ay kadalasang ginawa hindi monolitik, ngunit hinabi mula sa mga lubid o mga hibla na pinapagbinhi ng isang panali.

Ang mga modernong disenyo na may vacuum rotation chamber at magnetic suspension ng super flywheel na gawa sa Kevlar fiber ay nagbibigay ng nakaimbak na density ng enerhiya na higit sa 5 MJ / kg, at maaari silang mag-imbak ng kinetic energy sa loob ng ilang linggo o buwan. Ayon sa mga optimistikong pagtatantya, ang paggamit ng isang napakalakas na "supercarbon" na hibla para sa paikot-ikot ay tataas ang bilis ng pag-ikot at tiyak na density ng naka-imbak na enerhiya nang maraming beses - hanggang sa 2-3 GJ / kg (nangangako sila na ang isang pag-ikot ng naturang ang isang flywheel na tumitimbang ng 100-150 kg ay sapat na para sa isang pagtakbo sa isang milyong kilometro o higit pa, ibig sabihin, para sa halos buong buhay ng kotse!). Gayunpaman, ang halaga ng hibla na ito ay maraming beses na mas mataas kaysa sa halaga ng ginto, kaya kahit na ang mga Arab sheikh ay hindi pa kayang bayaran ang mga naturang makina ... Maaari kang magbasa nang higit pa tungkol sa mga flywheel drive sa aklat ng Nurbey Gulia.

Gyroresonant na imbakan ng enerhiya

Ang mga accumulator na ito ay ang parehong flywheel, ngunit gawa sa nababanat na materyal (halimbawa, goma). Bilang resulta, mayroon itong panimula na mga bagong katangian. Habang tumataas ang bilis sa naturang flywheel, ang "outgrowths" - "petals" ay nagsisimulang mabuo - una ito ay nagiging isang ellipse, pagkatapos ay sa isang "bulaklak" na may tatlo, apat o higit pang "petals" ... halos hindi nagbabago, at ang enerhiya ay nakaimbak sa resonant wave ng elastic deformation ng flywheel material, na bumubuo sa mga "petals" na ito.

Noong huling bahagi ng 1970s at unang bahagi ng 1980s, ang N.Z. Garmash ay nakikibahagi sa gayong mga disenyo sa Donetsk. Ang mga resulta na nakuha niya ay kahanga-hanga - ayon sa kanyang mga pagtatantya, sa bilis ng pagpapatakbo ng flywheel na 7-8 thousand rpm lamang, sapat na ang nakaimbak na enerhiya para makapaglakbay ang kotse ng 1,500 km kumpara sa 30 km na may conventional flywheel na may parehong laki. Sa kasamaang palad, hindi alam ang mas kamakailang impormasyon tungkol sa ganitong uri ng drive.

Mechanical accumulators na gumagamit ng nababanat na pwersa

Ang klase ng mga device na ito ay may napakataas na tiyak na kapasidad ng pag-iimbak ng enerhiya. Kung kinakailangan na obserbahan ang mga maliliit na sukat (ilang sentimetro), ang pagkonsumo ng enerhiya nito ay ang pinakamataas sa mga mechanical storage device. Kung ang mga kinakailangan para sa mga katangian ng timbang at laki ay hindi masyadong mahigpit, kung gayon ang mga malalaking ultra-high-speed na flywheel ay nalampasan ito sa intensity ng enerhiya, ngunit sila ay mas sensitibo sa mga panlabas na kadahilanan at may mas maikling oras ng pag-iimbak ng enerhiya.

Ang mekanikal na imbakan ng tagsibol

Ang compression at pagpapalawak ng spring ay may kakayahang magbigay ng napakataas na daloy ng daloy at supply ng enerhiya sa bawat yunit ng oras - marahil ang pinakamalaking mekanikal na kapangyarihan sa lahat ng uri ng mga aparato sa pag-iimbak ng enerhiya. Tulad ng sa mga flywheel, ito ay limitado lamang sa pamamagitan ng lakas ng mga materyales, ngunit ang mga bukal ay karaniwang direktang nagpapatupad ng gumaganang paggalaw ng pagsasalin, at sa mga flywheel ay hindi magagawa nang walang isang medyo kumplikadong paghahatid (hindi nagkataon na alinman sa mga mekanikal na mainspring o gas canisters ay ginamit sa mga pneumatic na armas, na, sa kanilang sarili, sa katunayan, ang mga ito ay pre-charged air spring; bago ang pagdating ng mga baril, ang mga sandata ng tagsibol ay ginamit din para sa labanan sa malayo - mga busog at mga pana, na, bago ang bagong panahon, ganap na pinalitan ang lambanog sa kinetic na akumulasyon ng enerhiya sa mga propesyonal na tropa).

Ang naka-imbak na enerhiya sa isang naka-compress na spring ay maaaring maimbak ng maraming taon. Gayunpaman, dapat tandaan na sa ilalim ng impluwensya ng patuloy na pagpapapangit, ang anumang materyal ay nag-iipon ng pagkapagod sa paglipas ng panahon, at ang kristal na sala-sala ng spring metal ay dahan-dahang nagbabago, at mas malaki ang panloob na mga stress at mas mataas ang temperatura ng kapaligiran, mas maaga at sa mas malaking lawak ito ang mangyayari. Samakatuwid, pagkatapos ng ilang dekada, ang naka-compress na tagsibol, nang hindi nagbabago sa panlabas, ay maaaring "ilabas" nang buo o bahagi. Gayunpaman, ang mga de-kalidad na spring spring, kung hindi sila nalantad sa sobrang init o hypothermia, ay may kakayahang gumana nang maraming siglo nang walang nakikitang pagkawala ng kapasidad. Halimbawa, ang isang antigong mekanikal na orasan sa dingding mula sa isang kumpletong pabrika ay tumatakbo pa rin sa loob ng dalawang linggo - tulad ng ginawa nito mahigit kalahating siglo na ang nakalipas nang ito ay ginawa.

Kung kinakailangan na unti-unti at pantay na "i-charge" at "i-discharge" ang tagsibol, ang mekanismong nagbibigay nito ay maaaring maging napaka-kumplikado at pabagu-bago (tingnan ang parehong mekanikal na relo - sa katunayan, maraming mga gears at iba pang mga bahagi ang nagsisilbi sa mismong layunin). Maaaring gawing simple ng electromechanical transmission ang sitwasyon, ngunit kadalasan ay nagpapataw ito ng mga makabuluhang paghihigpit sa agarang kapangyarihan ng naturang device, at kapag nagtatrabaho sa mababang kapangyarihan (ilang daang watts o mas kaunti), ang kahusayan nito ay masyadong mababa. Ang isang hiwalay na gawain ay ang akumulasyon ng maximum na enerhiya sa isang minimum na dami, dahil ito ay bumubuo ng mga mekanikal na stress na malapit sa sukdulang lakas ng mga materyales na ginamit, na nangangailangan ng partikular na maingat na mga kalkulasyon at hindi nagkakamali na pagkakagawa.

Sa pagsasalita dito tungkol sa mga bukal, dapat isaisip hindi lamang ang metal, kundi pati na rin ang iba pang nababanat na solidong elemento. Ang pinakakaraniwan sa kanila ay mga goma na banda. Sa pamamagitan ng paraan, sa mga tuntunin ng enerhiya na nakaimbak sa bawat yunit ng masa, ang goma ay lumampas sa bakal nang dose-dosenang beses, ngunit ito ay nagsisilbi ng halos parehong tagal ng oras na mas kaunti, at, hindi tulad ng bakal, nawawala ang mga katangian nito pagkatapos ng ilang taon kahit na walang aktibong paggamit at na may perpektong panlabas na kondisyon - dahil sa medyo mabilis na pagtanda ng kemikal at pagkasira ng materyal.

Imbakan ng mekanikal na gas

Sa ganitong klase ng mga aparato, ang enerhiya ay naipon dahil sa pagkalastiko ng naka-compress na gas. Kapag may labis na enerhiya, ang compressor ay nagbobomba ng gas sa silindro. Kapag ang naka-imbak na enerhiya ay kailangang gamitin, ang naka-compress na gas ay pinapakain sa isang turbine, na direktang nagsasagawa ng kinakailangang gawaing mekanikal o nagpapaikot ng isang electric generator. Sa halip na isang turbine, maaari kang gumamit ng isang piston engine, na mas mahusay sa mababang kapangyarihan (sa pamamagitan ng paraan, mayroon ding mga reversible piston engine-compressor).

Halos bawat modernong pang-industriya na tagapiga ay nilagyan ng isang katulad na nagtitipon - isang tatanggap. Totoo, ang presyon doon ay bihirang lumampas sa 10 atm, at samakatuwid ang reserba ng enerhiya sa naturang receiver ay hindi masyadong malaki, ngunit kadalasan din itong nagbibigay-daan sa maraming beses upang madagdagan ang mapagkukunan ng pag-install at makatipid ng enerhiya.

Ang gas na naka-compress sa isang presyon ng sampu at daan-daang mga atmospheres ay maaaring magbigay ng isang sapat na mataas na tiyak na density ng naka-imbak na enerhiya para sa isang halos walang limitasyong oras (buwan, taon, at may mataas na kalidad ng receiver at shut-off valves - sampu-sampung taon, ito ay hindi para sa wala na ang mga pneumatic na armas gamit ang mga canister na may naka-compress na gas, ay naging napakalawak). Gayunpaman, ang compressor na may turbine o isang reciprocating engine na kasama sa pag-install ay medyo kumplikado, pabagu-bagong mga aparato at may napakalimitadong mapagkukunan.

Ang isang maaasahang teknolohiya para sa paglikha ng mga reserbang enerhiya ay ang pag-compress ng hangin gamit ang magagamit na enerhiya sa oras na walang agarang pangangailangan para sa huli. Ang naka-compress na hangin ay pinalamig at naka-imbak sa isang presyon ng 60-70 atmospheres. Kung kinakailangan na ubusin ang nakaimbak na enerhiya, ang hangin ay nakuha mula sa aparato ng imbakan, pinainit, at pagkatapos ay pumapasok sa isang espesyal na gas turbine, kung saan ang enerhiya ng naka-compress at pinainit na hangin ay umiikot sa mga yugto ng turbine, ang baras na kung saan ay konektado sa isang electric generator na nagbibigay ng kuryente sa power system.

Para sa pag-iimbak ng naka-compress na hangin, iminungkahi, halimbawa, na gumamit ng angkop na mga mina o espesyal na nilikha na mga tangke sa ilalim ng lupa sa mga pormasyon ng asin. Ang konsepto ay hindi bago, ang pag-imbak ng naka-compress na hangin sa isang kweba sa ilalim ng lupa ay patented noong 1948, at ang unang compressed air energy storage (CAES) na planta na may kapasidad na 290 MW ay tumatakbo sa Huntorf power plant sa Germany mula noong 1978 . Sa yugto ng compression ng hangin, isang malaking halaga ng enerhiya ang nawala bilang init. Ang nawalang enerhiya na ito ay dapat mabayaran ng naka-compress na hangin bago ang yugto ng pagpapalawak sa gas turbine, para dito, ginagamit ang hydrocarbon fuel, sa tulong kung saan ang temperatura ng hangin ay tumaas. Nangangahulugan ito na ang mga pag-install ay malayo sa isang daang porsyento na kahusayan.

May isang magandang paraan para sa pagpapabuti ng pagiging epektibo ng CAES. Binubuo ito sa pagpapanatili at pag-iimbak ng init na nabuo sa panahon ng operasyon ng compressor sa panahon ng compression at paglamig ng hangin, kasama ang kasunod na muling paggamit kapag ang malamig na hangin ay pinainit muli (tinatawag na pagbawi). Gayunpaman, ang pagpipiliang ito ng CAES ay may malaking teknikal na kahirapan, lalo na sa direksyon ng paglikha ng isang pangmatagalang sistema ng pangangalaga ng init. Kung matutugunan ang mga problemang ito, ang AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) ay maaaring magbigay daan para sa malakihang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya, isang problema na itinaas ng mga mananaliksik sa buong mundo.

Ang mga miyembro ng Canadian startup na Hydrostor ay nagmungkahi ng isa pang hindi pangkaraniwang solusyon - ang magbomba ng enerhiya sa mga bula sa ilalim ng tubig.

Imbakan ng thermal energy

Sa aming mga klimatiko na kondisyon, ang isang napaka makabuluhang (kadalasan ang pangunahing) bahagi ng enerhiya na natupok ay ginugol sa pagpainit. Samakatuwid, ito ay magiging napaka-maginhawa upang maipon ang init nang direkta sa storage device at pagkatapos ay matanggap ito pabalik. Sa kasamaang palad, sa karamihan ng mga kaso, ang density ng nakaimbak na enerhiya ay napakababa, at ang mga tuntunin ng konserbasyon nito ay napakalimitado.

May mga heat accumulator na may solid o natutunaw na materyal na imbakan ng init; likido; singaw; thermochemical; na may electric heating element. Ang mga heat accumulator ay maaaring konektado sa isang sistema na may solid fuel boiler, solar system o pinagsamang sistema.

Imbakan ng enerhiya dahil sa kapasidad ng init

Sa mga aparatong imbakan ng ganitong uri, ang init ay naipon dahil sa kapasidad ng init ng isang sangkap na nagsisilbing isang gumaganang likido. Ang isang klasikong halimbawa ng isang heat accumulator ay ang Russian stove. Ito ay pinainit isang beses sa isang araw, at pagkatapos ay pinainit ang bahay sa loob ng 24 na oras. Sa ngayon, ang isang heat accumulator ay kadalasang nangangahulugan ng mga tangke para sa pag-iimbak ng mainit na tubig, na pinahiran ng isang materyal na may mataas na mga katangian ng thermal insulation.

Mayroon ding mga heat accumulator batay sa solid heat carrier, halimbawa, sa mga ceramic brick.

Ang iba't ibang mga sangkap ay may iba't ibang mga kapasidad ng init. Para sa karamihan, ito ay nasa saklaw mula 0.1 hanggang 2 kJ / (kg · K). Ang tubig ay may abnormal na mataas na kapasidad ng init - ang kapasidad ng init nito sa likidong bahagi ay humigit-kumulang 4.2 kJ / (kg K). Ang napaka-exotic na lithium lamang ang may mas mataas na kapasidad ng init - 4.4 kJ / (kg · K).

Gayunpaman, bilang karagdagan sa tiyak na kapasidad ng init (sa pamamagitan ng masa), kinakailangang isaalang-alang ang volumetric na kapasidad ng init, na ginagawang posible upang matukoy kung gaano karaming init ang kinakailangan upang baguhin ang temperatura ng parehong dami ng iba't ibang mga sangkap sa pamamagitan ng parehong halaga. Ito ay kinakalkula mula sa karaniwang tiyak (mass) na kapasidad ng init sa pamamagitan ng pagpaparami nito sa tiyak na density ng kaukulang sangkap. Ang volumetric na kapasidad ng init ay dapat na magabayan kung ang dami ng nagtitipon ng init ay mas mahalaga kaysa sa timbang nito.

Halimbawa, ang tiyak na kapasidad ng init ng bakal ay 0.46 kJ / (kg K), ngunit ang density ay 7800 kg / cubic meter, at, sabihin nating, para sa polypropylene - 1.9 kJ / (kg ay 900 kg / m3 lamang. Samakatuwid, sa parehong dami, ang bakal ay makakapag-imbak ng 2.1 beses na mas init kaysa sa polypropylene, bagaman ito ay halos 9 beses na mas mabigat. Gayunpaman, dahil sa abnormal na mataas na kapasidad ng init ng tubig, walang materyal na maaaring malampasan ito sa mga tuntunin ng volumetric na kapasidad ng init. Gayunpaman, ang volumetric na kapasidad ng init ng bakal at ang mga haluang metal nito (bakal, cast iron) ay naiiba sa tubig nang mas mababa sa 20% - sa isang metro kubiko maaari silang mag-imbak ng higit sa 3.5 MJ ng init para sa bawat antas ng pagbabago ng temperatura, ang volumetric na kapasidad ng init. ng tanso ay bahagyang mas mababa - 3.48 MJ /(cube.m K). Ang kapasidad ng init ng hangin sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay humigit-kumulang 1 kJ / kg, o 1.3 kJ / cubic meter, kaya upang mapainit ang isang cubic meter ng hangin sa pamamagitan ng 1 °, sapat na upang palamig nang bahagya sa 1/3 litro ng tubig sa pamamagitan ng parehong antas (natural, mas mainit kaysa sa hangin ).

Dahil sa pagiging simple ng device (na maaaring mas simple kaysa sa isang nakatigil na solidong piraso ng solid o isang saradong reservoir na may likidong heat carrier?), Ang nasabing mga energy storage device ay may halos walang limitasyong bilang ng mga energy storage-release cycle at napakatagal. buhay ng serbisyo - para sa mga likido sa paglipat ng init hanggang sa matuyo ang likido o hanggang sa masira ang reservoir mula sa kaagnasan o iba pang mga dahilan, para sa solid-state walang mga paghihigpit na ito. Ngunit ang oras ng pag-iimbak ay napakalimitado at, bilang isang panuntunan, ay mula sa ilang oras hanggang ilang araw - para sa isang mas mahabang panahon, ang ordinaryong thermal insulation ay hindi na kayang mapanatili ang init, at ang tiyak na density ng nakaimbak na enerhiya ay hindi mataas.

Sa wakas, ang isa pang pangyayari ay dapat bigyang-diin - para sa epektibong operasyon, hindi lamang ang kapasidad ng init ang mahalaga, kundi pati na rin ang thermal conductivity ng sangkap ng heat accumulator. Sa isang mataas na thermal conductivity, kahit na sa medyo mabilis na pagbabago sa mga panlabas na kondisyon, ang heat accumulator ay tutugon sa buong masa nito, at samakatuwid ang lahat ng naka-imbak na enerhiya - iyon ay, bilang mahusay hangga't maaari.

Sa kaso ng mahinang thermal conductivity, tanging ang ibabaw na bahagi ng heat accumulator ang magkakaroon ng oras upang tumugon, at ang mga panandaliang pagbabago sa mga panlabas na kondisyon ay hindi magkakaroon ng oras upang maabot ang malalim na mga layer, at isang makabuluhang bahagi ng sangkap ng naturang ang isang heat accumulator ay talagang hindi isasama sa trabaho.

Ang polypropylene, na binanggit sa halimbawang isinasaalang-alang sa itaas, ay may thermal conductivity na halos 200 beses na mas mababa kaysa sa bakal, at samakatuwid, sa kabila ng sapat na malaking tiyak na init, hindi ito maaaring maging isang epektibong heat accumulator. Gayunpaman, sa teknikal, ang problema ay madaling malutas sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga espesyal na channel para sa pagpapalipat-lipat ng coolant sa loob ng heat accumulator, ngunit malinaw na ang ganitong solusyon ay makabuluhang kumplikado sa disenyo, binabawasan ang pagiging maaasahan at pagkonsumo ng enerhiya, at tiyak na mangangailangan ng pana-panahong pagpapanatili, na kung saan ay malamang na hindi kinakailangan para sa isang monolitikong piraso ng materyal.

Kakaibang tila, kung minsan ay kinakailangan upang maipon at mag-imbak hindi init, ngunit malamig. Sa loob ng higit sa isang dekada, ang mga kumpanya ay nagpapatakbo sa US na nag-aalok ng mga "baterya" na nakabatay sa yelo para sa pag-install sa mga air conditioner. Sa gabi, kapag may surplus ng kuryente at ito ay ibinebenta sa pinababang halaga, ang air conditioner ay nagyeyelo ng tubig, ibig sabihin, ito ay lumipat sa refrigerator mode. Sa araw, kumokonsumo ito ng maraming beses na mas kaunting enerhiya, gumagana bilang isang fan. Ang gutom na compressor ay naka-off para sa oras na ito. ...

Ang akumulasyon ng enerhiya sa panahon ng pagbabago sa estado ng bahagi ng bagay

Kung titingnan mo nang mabuti ang mga thermal parameter ng iba't ibang mga sangkap, makikita mo na kapag nagbabago ang estado ng pagsasama-sama (melting-hardening, evaporation-condensation), mayroong isang makabuluhang pagsipsip o pagpapalabas ng enerhiya. Para sa karamihan ng mga substance, sapat na ang thermal energy ng naturang mga pagbabagong-anyo upang baguhin ang temperatura ng parehong dami ng parehong substance ng maraming sampu, o kahit na daan-daang degree sa mga hanay ng temperatura kung saan hindi nagbabago ang estado ng pagsasama-sama nito. Ngunit, tulad ng alam mo, hanggang sa ang estado ng pagsasama-sama ng buong dami ng isang sangkap ay nagiging pareho, ang temperatura nito ay halos pare-pareho! Samakatuwid, magiging napaka-kaakit-akit na makaipon ng enerhiya dahil sa isang pagbabago sa estado ng pagsasama-sama - maraming enerhiya ang naipon, at ang temperatura ay nagbabago nang kaunti, upang bilang isang resulta, hindi mo na kailangang lutasin ang mga problema na nauugnay sa pag-init sa mataas na temperatura, at sa parehong oras, maaari kang makakuha ng isang mahusay na kapasidad ng naturang heat accumulator.

Pagtunaw at pagkikristal

Sa kasamaang palad, sa kasalukuyan, halos walang mura, ligtas at lumalaban sa agnas na mga sangkap na may mataas na enerhiya ng paglipat ng phase, ang punto ng pagkatunaw na kung saan ay nasa pinaka-kaugnay na hanay - humigit-kumulang mula + 20 ° С hanggang + 50 ° С (maximum + 70 ° С - ito ay medyo ligtas at madaling maabot na temperatura). Bilang isang patakaran, ang mga kumplikadong organikong compound ay natutunaw sa saklaw ng temperatura na ito, na hindi nangangahulugang kapaki-pakinabang sa kalusugan at madalas na mabilis na na-oxidized sa hangin.

Marahil ang pinaka-angkop na mga sangkap ay paraffins, ang natutunaw na punto ng karamihan sa kung saan, depende sa uri, ay nasa hanay na 40 ... 65 ° C (bagaman mayroon ding mga "likido" na paraffin na may punto ng pagkatunaw na 27 ° C o mas mababa, pati na rin ang natural na ozokerite, na nauugnay sa mga paraffin, ang natutunaw na punto kung saan ay nasa hanay na 58..100 ° С). Ang parehong paraffin at ozokerite ay medyo ligtas at ginagamit din para sa mga layuning medikal para sa direktang pag-init ng mga namamagang spot sa katawan.

Gayunpaman, na may mahusay na kapasidad ng init, ang kanilang thermal conductivity ay napakababa - napakaliit na ang paraffin o ozokerite na inilapat sa katawan, na pinainit hanggang 50-60 ° C, ay nakakaramdam lamang ng kaaya-ayang init, ngunit hindi nakakapaso, tulad ng sa tubig na pinainit hanggang sa. ang parehong temperatura - ito ay mabuti para sa gamot, ngunit para sa isang heat accumulator ito ay isang ganap na kawalan. Bilang karagdagan, ang mga sangkap na ito ay hindi masyadong mura, sabihin, ang pakyawan na presyo para sa ozokerite noong Setyembre 2009 ay humigit-kumulang 200 rubles bawat kilo, at isang kilo ng paraffin ay nagkakahalaga mula 25 rubles (teknikal) hanggang 50 at higit pa (highly purified food, i.e. angkop. para gamitin sa packaging ng produkto). Ito ay mga pakyawan na presyo para sa mga kargamento ng ilang tonelada, sa mga presyo ng tingi ay mas at mas mahal ng hindi bababa sa isa at kalahating beses.

Bilang isang resulta, ang kahusayan sa ekonomiya ng paraffin heat accumulator ay naging isang malaking katanungan, - pagkatapos ng lahat, ang isang kilo o dalawa ng paraffin o ozokerite ay angkop lamang para sa medikal na pag-init ng sirang ibabang likod sa loob ng ilang sampu minuto, at upang matiyak ang isang matatag na temperatura ng isang mas o mas maluwang na tirahan nang hindi bababa sa isang araw, ang masa ng paraffin heat accumulator ay dapat sukatin sa tonelada, upang ang gastos nito ay agad na lumalapit sa gastos ng isang pampasaherong sasakyan (kahit na sa mas mababang presyo ng segment)!

At ang temperatura ng paglipat ng bahagi, sa isip, ay dapat gayunpaman ay eksaktong tumutugma sa kumportableng hanay (20..25 ° C) - kung hindi, kailangan mo pa ring ayusin ang ilang uri ng sistema ng kontrol ng palitan ng init. Gayunpaman, ang punto ng pagkatunaw sa rehiyon na 50..54 ° C, tipikal para sa mataas na purified paraffins, kasama ang mataas na init ng phase transition (medyo higit sa 200 kJ / kg) ay napaka-angkop para sa isang heat accumulator na dinisenyo upang magbigay ng supply ng mainit na tubig at mainit na tubig heating.ang tanging problema ay mababa ang thermal conductivity at mataas na presyo ng paraffin.

Ngunit sa kaso ng force majeure, ang paraffin mismo ay maaaring gamitin bilang isang gasolina na may isang mahusay na calorific value (bagaman ito ay hindi napakadaling gawin - hindi katulad ng gasolina o kerosene, ang likido at mas solid na paraffin ay hindi nasusunog sa hangin, ikaw tiyak na kailangan ng wick o iba pang device para sa pagpapakain sa combustion zone hindi ang paraffin mismo, ngunit ang mga singaw lamang nito)!

Ang isang halimbawa ng isang natutunaw at nagkikristal na thermal energy storage system ay ang TESS thermal energy storage system na nakabatay sa silicon na binuo ng kumpanya ng Australia na Latent Heat Storage.

Pagsingaw at paghalay

Ang init ng vaporization-condensation, bilang panuntunan, ay ilang beses na mas mataas kaysa sa init ng fusion-crystallization. At tila hindi kakaunti ang mga sangkap na sumingaw sa kinakailangang hanay ng temperatura. Bilang karagdagan sa lantaran na nakakalason na carbon disulfide, acetone, ethyl ether, atbp., mayroon ding ethyl alcohol (ang kamag-anak na kaligtasan nito ay araw-araw na pinatutunayan ng personal na halimbawa ng milyun-milyong alkoholiko sa buong mundo!). Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, kumukulo ang alkohol sa 78 ° C, at ang init ng singaw nito ay 2.5 beses na mas mataas kaysa sa init ng pagsasanib ng tubig (yelo) at katumbas ng pagpainit ng parehong dami ng likidong tubig sa 200 °.

Gayunpaman, hindi tulad ng pagtunaw, kapag ang mga pagbabago sa dami ng isang sangkap ay bihirang lumampas sa ilang porsyento, sa panahon ng pagsingaw, ang singaw ay sumasakop sa buong dami na ibinigay dito. At kung ang dami na ito ay walang limitasyon, kung gayon ang singaw ay sumingaw, na hindi mababawi na dinadala nito ang lahat ng naipon na enerhiya. Sa isang saradong dami, ang presyon ay agad na magsisimulang tumaas, na pumipigil sa pagsingaw ng mga bagong bahagi ng gumaganang likido, tulad ng kaso sa pinakakaraniwang pressure cooker, samakatuwid, isang maliit na porsyento lamang ng gumaganang sangkap ang nakakaranas ng pagbabago sa estado ng pagsasama-sama, habang ang iba ay patuloy na umiinit habang nasa likidong bahagi. Dito nagbubukas ang isang malaking larangan ng aktibidad para sa mga imbentor - ang paglikha ng isang mahusay na nagtitipon ng init batay sa evaporation at condensation na may hermetically sealed variable displacement.

Mga phase transition ng pangalawang uri

Bilang karagdagan sa mga phase transition na nauugnay sa isang pagbabago sa estado ng pagsasama-sama, ang ilang mga sangkap at sa loob ng isang estado ng pagsasama-sama ay maaaring magkaroon ng ilang magkakaibang mga estado ng phase. Ang isang pagbabago sa mga nasabing yugto ng estado, bilang isang panuntunan, ay sinamahan din ng isang kapansin-pansing paglabas o pagsipsip ng enerhiya, bagaman kadalasan ay hindi gaanong makabuluhan kaysa sa isang pagbabago sa estado ng pagsasama-sama ng bagay. Bilang karagdagan, sa maraming mga kaso, na may ganitong mga pagbabago, sa kaibahan sa pagbabago sa estado ng pagsasama-sama, nagaganap ang hysteresis ng temperatura - ang mga temperatura ng pasulong at reverse phase transition ay maaaring mag-iba nang malaki, kung minsan sa sampu o kahit na daan-daang degree.

Imbakan ng enerhiyang elektrikal

Ang kuryente ay ang pinaka-maginhawa at maraming nalalaman na anyo ng enerhiya sa mundo ngayon. Ito ay hindi nakakagulat na ito ay ang pag-imbak ng elektrikal na enerhiya na umuunlad nang pinakamabilis. Sa kasamaang palad, sa karamihan ng mga kaso ang partikular na kapasidad ng mga murang device ay maliit, at ang mga device na may mataas na partikular na kapasidad ay masyadong mahal para sa pag-iimbak ng malalaking reserbang enerhiya sa malawakang paggamit at napakaikli ang buhay.

Mga kapasitor

Ang pinakasikat na "electrical" na mga aparato sa pag-iimbak ng enerhiya ay mga maginoo na radio-technical capacitor. Mayroon silang napakalaking rate ng akumulasyon at pagpapalabas ng enerhiya - bilang isang panuntunan, mula sa ilang libo hanggang sa maraming bilyun-bilyong kumpletong mga cycle bawat segundo, at nagagawang gumana sa ganitong paraan sa isang malawak na hanay ng temperatura sa loob ng maraming taon, o kahit na mga dekada. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng ilang mga capacitor nang magkatulad, madali mong mapataas ang kanilang kabuuang kapasidad sa nais na halaga.

Ang mga capacitor ay maaaring nahahati sa dalawang malalaking klase - non-polar (karaniwang "tuyo", ibig sabihin, hindi naglalaman ng likidong electrolyte) at polar (karaniwang electrolytic). Ang paggamit ng isang likidong electrolyte ay nagbibigay ng isang makabuluhang mas mataas na tiyak na kapasidad, ngunit halos palaging nangangailangan na ang polarity ay obserbahan kapag kumokonekta. Bilang karagdagan, ang mga electrolytic capacitor ay kadalasang mas sensitibo sa mga panlabas na kondisyon, pangunahin sa temperatura, at may mas maikling buhay ng serbisyo (sa paglipas ng panahon, ang electrolyte ay sumingaw at natutuyo).

Gayunpaman, ang mga capacitor ay may dalawang pangunahing disadvantages. Una, ito ay isang napakababang tiyak na density ng nakaimbak na enerhiya at samakatuwid ay isang maliit na (kamag-anak sa iba pang mga uri ng imbakan) na kapasidad. Pangalawa, ito ay isang maikling oras ng pag-iimbak, na karaniwang kinakalkula sa mga minuto at segundo at bihirang lumampas sa ilang oras, at sa ilang mga kaso ay maliit na bahagi lamang ng isang segundo. Bilang isang resulta, ang saklaw ng aplikasyon ng mga capacitor ay limitado sa pamamagitan ng iba't ibang mga electronic circuit at panandaliang akumulasyon na sapat para sa pagwawasto, pagwawasto at pag-filter ng kasalukuyang sa kapangyarihan electrical engineering - hindi pa rin sapat ang mga ito para sa higit pa.

Mga supercapacitor

Ang mga ionistor, kung minsan ay tinutukoy bilang "supercapacitors", ay maaaring tingnan bilang isang uri ng intermediate link sa pagitan ng mga electrolytic capacitor at mga electrochemical na baterya. Mula sa una, nagmana sila ng halos walang limitasyong bilang ng mga cycle ng pag-charge-discharge, at mula sa huli, medyo mababa ang charging at discharging currents (ang isang buong cycle ng charge-discharge ay maaaring tumagal ng isang segundo, o mas matagal pa). Ang kanilang kapasidad ay nasa hanay din sa pagitan ng pinakamalalaking capacitor at pinakamaliit na baterya - kadalasan ang reserbang enerhiya ay mula sa ilang hanggang ilang daang joules.

Bilang karagdagan, dapat tandaan ng isa ang medyo mataas na sensitivity ng mga supercapacitor sa temperatura at ang limitadong oras ng pag-iimbak ng singil - mula sa ilang oras hanggang ilang linggo na maximum.

Mga bateryang electrochemical

Ang mga electrochemical na baterya ay naimbento sa mga unang araw ng electrical engineering at maaari na ngayong matagpuan kahit saan - mula sa mga mobile phone hanggang sa mga eroplano at barko. Sa pangkalahatan, gumagana ang mga ito batay sa ilang mga reaksiyong kemikal at samakatuwid ay maaaring maiugnay ang mga ito sa susunod na seksyon ng aming artikulo - "Imbakan ng enerhiya ng kemikal". Ngunit dahil ang puntong ito ay karaniwang hindi binibigyang-diin, ngunit ang pansin ay iginuhit sa katotohanan na ang mga baterya ay nag-iimbak ng kuryente, isasaalang-alang namin ang mga ito dito.

Bilang isang patakaran, kapag kinakailangan upang mag-imbak ng isang sapat na malaking enerhiya - mula sa ilang daang kilojoules at higit pa - ang mga lead-acid na baterya ay ginagamit (halimbawa, anumang kotse). Gayunpaman, mayroon silang malaking sukat at, higit sa lahat, timbang. Kung ang mababang timbang at kadaliang kumilos ng aparato ay kinakailangan, pagkatapos ay mas modernong mga uri ng mga baterya ang ginagamit - nickel-cadmium, metal-hydride, lithium-ion, polymer-ion, atbp. Mayroon silang mas mataas na tiyak na kapasidad, ngunit mayroon din silang isang tiyak na halaga ng pag-iimbak ng enerhiya. mas mataas, kaya ang kanilang paggamit ay karaniwang limitado sa medyo maliit at matipid na mga aparato tulad ng mga mobile phone, camera at camcorder, laptop, atbp.

Sa mga nakalipas na taon, ang mga high-power na lithium-ion na baterya ay nagsimula nang gamitin sa mga hybrid na kotse at mga de-kuryenteng sasakyan. Bilang karagdagan sa mas mababang timbang at mas mataas na tiyak na kapasidad, hindi tulad ng mga lead-acid, pinapayagan nila ang halos buong paggamit ng kanilang nominal na kapasidad, itinuturing na mas maaasahan at may mas mahabang buhay ng serbisyo, at ang kanilang kahusayan sa enerhiya sa isang buong ikot ay lumampas sa 90%, habang ang kahusayan ng enerhiya ng mga lead-acid na baterya, kapag ang huling 20% ​​ng kapasidad ay sinisingil, ang kapasidad ay maaaring bumaba sa 50%.

Ayon sa paraan ng paggamit, ang mga electrochemical na baterya (pangunahin ang mga makapangyarihan) ay nahahati din sa dalawang malalaking klase - ang tinatawag na traksyon at simula. Karaniwan, ang isang starter na baterya ay maaaring gumana nang matagumpay bilang isang baterya ng traksyon (ang pangunahing bagay ay upang makontrol ang antas ng paglabas at hindi dalhin ito sa ganoong lalim na pinapayagan para sa mga baterya ng traksyon), ngunit kapag ginamit nang pabalik, masyadong malaki ang pagkarga. maaaring napakabilis na hindi paganahin ng kasalukuyang ang baterya ng traksyon.

Ang mga disadvantages ng mga electrochemical na baterya ay kinabibilangan ng napakalimitadong bilang ng mga charge-discharge cycle (sa karamihan ng mga kaso, mula 250 hanggang 2000, at kahit na walang aktibong operasyon, karamihan sa mga uri ng mga baterya ay bumababa pagkatapos ng ilang taon, nawawala ang kanilang mga katangian ng consumer. . ..

Kasabay nito, ang buhay ng serbisyo ng maraming uri ng mga baterya ay hindi napupunta mula sa simula ng kanilang operasyon, ngunit mula sa sandali ng paggawa. Bilang karagdagan, ang mga electrochemical na baterya ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging sensitibo sa temperatura, isang mahabang oras ng pagsingil, kung minsan ay sampu-sampung beses na mas mahaba kaysa sa oras ng paglabas, at ang pangangailangan na sumunod sa paraan ng paggamit (pag-iwas sa malalim na paglabas para sa mga lead-acid na baterya at, sa kabaligtaran , pagsunod sa isang buong ikot ng pag-charge-discharge para sa metal-hydride at marami pang ibang uri ng mga baterya). Ang oras ng pag-iimbak ng pagsingil ay medyo limitado din - kadalasan mula sa isang linggo hanggang isang taon. Para sa mga lumang baterya, hindi lamang ang kapasidad ay bumababa, kundi pati na rin ang oras ng imbakan, at pareho ay maaaring mabawasan ng maraming beses.

Ang mga pag-unlad na may layuning lumikha ng mga bagong uri ng mga de-koryenteng baterya at pagpapabuti ng mga kasalukuyang device ay hindi tumitigil.

Imbakan ng enerhiya ng kemikal

Ang enerhiya ng kemikal ay enerhiya na "naka-imbak" sa mga atomo ng mga sangkap, na inilalabas o hinihigop sa panahon ng mga reaksiyong kemikal sa pagitan ng mga sangkap. Ang kemikal na enerhiya ay maaaring inilabas sa anyo ng init sa panahon ng mga exothermic na reaksyon (halimbawa, pagkasunog ng gasolina), o na-convert sa elektrikal na enerhiya sa mga galvanic na selula at baterya. Ang mga mapagkukunan ng enerhiya na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na kahusayan (hanggang sa 98%), ngunit mababang kapasidad.

Nagbibigay-daan sa iyo ang mga kagamitan sa pag-imbak ng enerhiya ng kemikal na makatanggap ng enerhiya sa anyo kung saan ito inimbak, at sa anumang iba pa. May mga "fuel" at "non-fuel" varieties. Hindi tulad ng mababang temperatura na mga thermochemical storage device (tungkol sa mga ito sa ibang pagkakataon), na maaaring mag-imbak ng enerhiya sa pamamagitan lamang ng paglalagay sa isang mainit na lugar, dito hindi mo magagawa nang walang mga espesyal na teknolohiya at high-tech na kagamitan, kung minsan ay napakalaki. Sa partikular, kung, sa kaso ng mababang temperatura na mga thermochemical na reaksyon, ang pinaghalong mga reagents ay karaniwang hindi pinaghihiwalay at palaging nasa parehong lalagyan, ang mga reagents para sa mataas na temperatura na mga reaksyon ay nakaimbak nang hiwalay sa isa't isa at pinagsama lamang kapag ang enerhiya ay kailangan.

Imbakan ng enerhiya sa pamamagitan ng paggawa ng gasolina

Sa yugto ng pag-iimbak ng enerhiya, ang isang kemikal na reaksyon ay nagaganap, bilang isang resulta kung saan ang gasolina ay nabawasan, halimbawa, ang hydrogen ay inilabas mula sa tubig - sa pamamagitan ng direktang electrolysis, sa mga electrochemical cell gamit ang isang katalista, o sa pamamagitan ng thermal decomposition, halimbawa, sa pamamagitan ng isang electric arc o mataas na puro sikat ng araw. Ang "pinakawalan" na oxidizer ay maaaring kolektahin nang hiwalay (para sa oxygen ay kinakailangan sa isang saradong nakahiwalay na bagay - sa ilalim ng tubig o sa kalawakan) o "itinapon" bilang hindi kailangan, dahil sa oras ng paggamit ng gasolina ang oxidizer na ito ay magiging sapat sa kapaligiran at hindi na kailangang mag-aksaya ng espasyo at pondo para sa organisadong imbakan nito.

Sa yugto ng pagkuha ng enerhiya, ang ginastos na gasolina ay na-oxidized sa paglabas ng enerhiya nang direkta sa nais na anyo, hindi alintana kung paano nakuha ang gasolina na ito. Halimbawa, ang hydrogen ay maaaring agad na makagawa ng init (kapag sinunog sa isang burner), mekanikal na enerhiya (kapag pinapakain bilang gasolina sa isang panloob na combustion engine o turbine), o kuryente (kapag na-oxidize sa isang fuel cell). Bilang isang patakaran, ang mga naturang reaksyon ng oksihenasyon ay nangangailangan ng karagdagang pagsisimula (pag-aapoy), na napaka-maginhawa para sa pagkontrol sa proseso ng pagbawi ng enerhiya.

Ang pamamaraang ito ay talagang kaakit-akit dahil sa kalayaan ng mga yugto ng pag-iimbak ng enerhiya ("pagsingil") at paggamit nito ("paglabas"), ang mataas na tiyak na kapasidad ng enerhiya na nakaimbak sa gasolina (sampu-sampung megajoules bawat kilo ng gasolina) at ang posibilidad ng pangmatagalang imbakan (sa kondisyon na ang mga lalagyan ay maayos na selyado - sa loob ng maraming taon ). Gayunpaman, ang malawak na pamamahagi nito ay nahahadlangan ng hindi kumpletong pag-unlad at mataas na halaga ng teknolohiya, mataas na peligro ng sunog at pagsabog sa lahat ng yugto ng trabaho sa naturang gasolina, at, bilang resulta, ang pangangailangan para sa mataas na kwalipikadong tauhan sa pagpapanatili at pagpapatakbo ng mga sistemang ito. . Sa kabila ng mga pagkukulang na ito, ang iba't ibang mga pag-install ay binuo sa mundo na gumagamit ng hydrogen bilang isang backup na mapagkukunan ng enerhiya.

Pag-imbak ng enerhiya sa pamamagitan ng mga thermochemical reaction

Ang isang malaking grupo ng mga reaksiyong kemikal ay matagal nang kilala, na sa isang saradong sisidlan, kapag pinainit, ay pumupunta sa isang direksyon na may pagsipsip ng enerhiya, at kapag pinalamig, sa kabaligtaran na direksyon kasama ang paglabas ng enerhiya. Ang ganitong mga reaksyon ay madalas na tinatawag na thermochemical. Ang kahusayan ng enerhiya ng naturang mga reaksyon, bilang isang panuntunan, ay mas mababa kaysa sa isang pagbabago sa estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap, ngunit ito ay kapansin-pansin din.

Ang ganitong mga thermochemical reaksyon ay maaaring isaalang-alang bilang isang uri ng pagbabago sa phase state ng isang halo ng mga reagents, at ang mga problema ay lumitaw dito halos pareho - mahirap makahanap ng mura, ligtas at epektibong pinaghalong mga sangkap na matagumpay na kumikilos sa ganitong paraan. sa saklaw ng temperatura mula + 20 ° C hanggang + 70 ° C. Gayunpaman, ang isang naturang komposisyon ay kilala sa mahabang panahon - ito ay ang asin ni Glauber.

Ang Mirabilite (aka Glauber's salt, aka sodium sulphate decahydrate Na2SO4 · 10H2O) ay nakukuha bilang resulta ng elementarya na kemikal na reaksyon (halimbawa, kapag ang table salt ay idinagdag sa sulfuric acid) o mina bilang isang "handa na" na mineral.

Mula sa punto ng view ng akumulasyon ng init, ang pinaka-kagiliw-giliw na tampok ng mirabilite ay na kapag ang temperatura ay tumaas sa itaas 32 ° C, ang nakagapos na tubig ay nagsisimulang ilabas, at sa panlabas ay mukhang isang "pagkatunaw" ng mga kristal na natutunaw sa tubig na inilabas. galing sa kanila. Kapag ang temperatura ay bumaba sa 32 ° C, ang libreng tubig ay muling nakatali sa istraktura ng crystalline hydrate - "crystallization" ay nangyayari. Ngunit ang pinakamahalagang bagay ay ang init ng reaksyon ng hydration-dehydration na ito ay napakataas at umaabot sa 251 kJ / kg, na kapansin-pansing mas mataas kaysa sa init ng "tapat" na pagtunaw-pag-crystallization ng mga paraffin, bagaman ito ay mas mababa sa isang katlo kaysa sa ang init ng pagkatunaw ng yelo (tubig).

Kaya, ang isang nagtitipon ng init batay sa isang puspos na solusyon ng mirabilite (tiyak na puspos sa mga temperatura sa itaas ng 32 ° C) ay maaaring epektibong mapanatili ang temperatura sa 32 ° C na may malaking mapagkukunan ng pag-iimbak o pagpapalabas ng enerhiya. Siyempre, ang temperatura na ito ay masyadong mababa para sa isang ganap na mainit na supply ng tubig (ang shower na may ganoong temperatura ay pinakamahusay na itinuturing na "napakalamig"), ngunit ang temperatura na ito ay maaaring sapat na para sa pagpainit ng hangin.

Imbakan ng enerhiya ng kemikal na walang gasolina

Sa kasong ito, sa yugto ng "pagsingil" mula sa ilang mga kemikal, ang iba ay nabuo, at sa panahon ng prosesong ito, ang enerhiya ay naka-imbak sa mga bagong kemikal na bono na nabuo (halimbawa, ang slaked lime ay na-convert sa isang unslaked state sa tulong. ng pag-init).

Kapag "naglalabas", nangyayari ang isang reverse reaction, na sinamahan ng pagpapakawala ng dating nakaimbak na enerhiya (karaniwan ay sa anyo ng init, kung minsan din sa anyo ng gas, na maaaring ibigay sa turbine) - sa partikular, ito mismo ang nangyayari kapag ang dayap ay "pinutol" sa tubig. Hindi tulad ng mga pamamaraan ng gasolina, upang magsimula ng isang reaksyon, kadalasan ay sapat na upang pagsamahin lamang ang mga reagents sa bawat isa - walang karagdagang pagsisimula ng proseso (pag-aapoy) ay kinakailangan.

Sa katunayan, ito ay isang uri ng thermochemical reaction, gayunpaman, hindi katulad ng mababang temperatura na mga reaksyon na inilarawan kapag isinasaalang-alang ang mga thermal energy storage device at hindi nangangailangan ng anumang mga espesyal na kondisyon, dito pinag-uusapan natin ang mga temperatura ng maraming daan-daan o kahit libu-libong degree. Bilang isang resulta, ang dami ng enerhiya na nakaimbak sa bawat kilo ng gumaganang sangkap ay tumataas nang malaki, ngunit ang kagamitan ay maraming beses na mas kumplikado, malaki at mas mahal kaysa sa mga walang laman na bote ng plastik o isang simpleng tangke ng reagent.

Ang pangangailangan na ubusin ang isang karagdagang sangkap - sabihin, tubig para sa slaking lime - ay hindi isang makabuluhang disbentaha (kung kinakailangan, maaari mong kolektahin ang tubig na inilabas sa panahon ng paglipat ng dayap sa estado ng quicklime). Ngunit ang mga espesyal na kondisyon ng imbakan para sa napakabilis na apog na ito, ang paglabag nito ay puno hindi lamang sa mga pagkasunog ng kemikal, kundi pati na rin sa isang pagsabog, isalin ito at ang mga katulad na pamamaraan sa kategorya ng mga malamang na hindi lalabas sa malawak na buhay.

Iba pang mga uri ng pag-iimbak ng enerhiya

Bilang karagdagan sa mga inilarawan sa itaas, may iba pang mga uri ng mga aparato sa pag-iimbak ng enerhiya. Gayunpaman, sa kasalukuyan ang mga ito ay napakalimitado sa mga tuntunin ng density ng nakaimbak na enerhiya at ang oras ng pag-iimbak nito sa isang mataas na halaga ng yunit. Samakatuwid, habang mas ginagamit ang mga ito para sa libangan, at ang kanilang pagsasamantala para sa anumang seryosong layunin ay hindi isinasaalang-alang. Ang isang halimbawa ay ang mga phosphorescent paint, na nag-iimbak ng enerhiya mula sa isang maliwanag na pinagmumulan ng liwanag at pagkatapos ay kumikinang sa loob ng ilang segundo o kahit na mahabang minuto. Ang kanilang mga modernong pagbabago ay hindi naglalaman ng nakakalason na posporus sa loob ng mahabang panahon at medyo ligtas kahit para sa paggamit sa mga laruan ng mga bata.

Iniimbak ito ng mga superconducting magnetic energy storage device sa larangan ng isang malaking DC magnetic coil. Maaari itong i-convert sa alternating electrical current kung kinakailangan. Ang mga low-temperature accumulator ay pinalamig ng likidong helium at magagamit para sa mga pang-industriyang aplikasyon. Ang mga yunit ng imbakan ng mataas na temperatura na pinalamig ng likidong hydrogen ay ginagawa pa rin at maaaring maging available sa hinaharap.

Malaki ang laki ng mga superconducting magnetic energy storage device at kadalasang ginagamit sa maikling panahon, gaya ng sa panahon ng switching. inilathala ni

Paano eksaktong iniimbak ang enerhiya ATF(adenosine triphosphate), at paano ito ibinibigay upang makagawa ng ilang kapaki-pakinabang na gawain? Tila hindi kapani-paniwalang mahirap na ang ilang abstract na enerhiya ay biglang tumanggap ng isang materyal na carrier sa anyo ng isang molekula sa loob ng mga buhay na selula, at maaari itong ilabas hindi sa anyo ng init (na higit pa o hindi gaanong naiintindihan), ngunit sa anyo ng paglikha. isa pang molekula. Karaniwan ang mga may-akda ng mga aklat-aralin ay naglilimita sa kanilang sarili sa pariralang "ang enerhiya ay naka-imbak sa anyo ng isang mataas na enerhiya na bono sa pagitan ng mga bahagi ng isang molekula, at inilalabas kapag ang bono na ito ay nasira, gumagawa ng kapaki-pakinabang na gawain," ngunit hindi ito nagpapaliwanag ng anuman .

Sa pinaka-pangkalahatang mga termino, ang mga manipulasyong ito na may mga molekula at enerhiya ay nangyayari tulad nito: una. O sila ay nilikha sa mga chloroplast sa isang kadena ng mga katulad na reaksyon. Ito ay ginugugol sa enerhiya na nakuha sa panahon ng kinokontrol na pagkasunog ng mga sustansya nang direkta sa loob ng mitochondria o ang enerhiya ng mga photon ng sikat ng araw na bumabagsak sa molekula ng chlorophyll. Pagkatapos ay inihatid ang ATP sa mga lugar ng cell kung saan kinakailangan na gumawa ng ilang trabaho. At kapag ang isa o dalawang grupo ng pospeyt ay nahati mula dito, ang enerhiya ay inilabas, na gumagawa nito. Sa kasong ito, ang ATP ay nahahati sa dalawang molekula: kung ang isang grupo ng pospeyt lamang ang nahati, pagkatapos ay ang ATP ay nagiging ADP(adenosine DIPhosphate, na naiiba sa adenosine TRIPhosphate lamang sa kawalan ng parehong pinaghiwalay na grupo ng pospeyt). Kung ang ATP ay bumigay ng dalawang grupo ng pospeyt nang sabay-sabay, mas maraming enerhiya ang ilalabas, at ang adenosine MONOphosphate ay nananatili mula sa ATP ( AMF).

Malinaw, kailangan din ng cell na isagawa ang kabaligtaran na proseso, ang pag-convert ng mga molekula ng ADP o AMP sa ATP, upang ang cycle ay maaaring maulit ang sarili nito. Ngunit ang mga "blangko" na molekula na ito ay maaaring ligtas na lumutang sa tabi ng mga pospeyt na nawawala para sa kanila na ma-convert sa ATP, at hindi kailanman pagsamahin sa kanila, dahil ang gayong kumbinasyon na reaksyon ay masiglang hindi kanais-nais.

Ano ang "energy gain" ng isang kemikal na reaksyon ay medyo madaling maunawaan kung alam mo pangalawang batas ng thermodynamics: sa uniberso o sa anumang sistemang nakahiwalay sa iba, ang kaguluhan ay maaari lamang lumaki. Iyon ay, ang mga kumplikadong molekula na nakaupo sa isang cell sa maayos na pagkakasunud-sunod, alinsunod sa batas na ito, ay maaari lamang sirain, na bumubuo ng mas maliliit na molekula o kahit na nabubulok sa mga indibidwal na atomo, dahil kung gayon ang pagkakasunud-sunod ay magiging kapansin-pansing mas mababa. Upang maunawaan ang ideyang ito, maaari mong ihambing ang isang kumplikadong molekula sa isang eroplano na binuo mula sa Lego. Pagkatapos ang mga maliliit na molekula, kung saan naghiwa-hiwalay ang kumplikado, ay iuugnay sa mga indibidwal na bahagi ng eroplanong ito, at ang mga atomo - na may mga indibidwal na Lego cube. Sa pagtingin sa isang maayos na naka-assemble na eroplano at inihahambing ito sa isang gulu-gulong tumpok ng mga bahagi, nagiging malinaw kung bakit ang mga kumplikadong molekula ay naglalaman ng higit na kaayusan kaysa sa maliliit.

Ang ganitong reaksyon ng disintegrasyon (ng mga molekula, hindi ng isang eroplano) ay magiging masigasig na paborable, na nangangahulugang maaari itong isagawa nang kusang-loob, at ang enerhiya ay ilalabas sa panahon ng paghihiwalay. Bagaman, sa katunayan, ang paghahati ng eroplano ay magiging masigasig na kapaki-pakinabang: sa kabila ng katotohanan na ang mga bahagi mismo ay hindi maghihiwalay sa isa't isa, at ang puwersa sa labas ay kailangang huminga sa kanilang pagkakabit sa anyo ng isang bata na gustong gamitin ang mga bahaging ito. para sa ibang bagay, gagastusin niya sa paggawa ng eroplano sa isang magulong tumpok ng mga bahagi ng enerhiya na nakuha mula sa pagkain ng mataas na ordered na pagkain. At kung mas makapal ang mga bahagi ay magkakadikit, mas maraming enerhiya ang gugugol, kabilang ang inilabas sa anyo ng init. Bottom line: isang piraso ng tinapay (isang pinagmumulan ng enerhiya) at isang eroplano ay naging isang hindi maayos na masa, ang mga molekula ng hangin sa paligid ng bata ay uminit (na nangangahulugang sila ay gumagalaw nang mas random) - mayroong higit na kaguluhan, iyon ay, paghahati ng energetically kapaki-pakinabang ang eroplano.

Upang buod, maaari nating bumalangkas ang mga sumusunod na alituntunin na sumusunod mula sa ikalawang batas ng thermodynamics:

1. Sa isang pagbawas sa dami ng order, ang enerhiya ay inilabas, ang mga masiglang paborableng reaksyon ay nagaganap

2. Sa pagtaas ng dami ng order, sumisipsip ang enerhiya, nagaganap ang mga reaksyong umuubos ng enerhiya

Sa unang sulyap, ang hindi maiiwasang paggalaw na ito mula sa pagkakasunud-sunod hanggang sa kaguluhan ay ginagawang imposibleng baligtarin ang mga proseso, tulad ng pagbuo ng isang solong fertilized na itlog at mga nutrient na molekula na hinihigop ng ina na baka, walang alinlangan na napaka-ayos kumpara sa chewed grass calf.

Ngunit gayunpaman, ito ay nangyayari, at ang dahilan nito ay ang mga buhay na organismo ay may isang maliit na tilad na nagpapahintulot sa kapwa na suportahan ang hangarin ng Uniberso sa entropy, at upang bumuo ng kanilang sarili at ang kanilang mga supling: sila pagsamahin ang dalawang reaksyon sa isang proseso, ang isa ay masigasig na kanais-nais, at ang isa ay nakakaubos ng enerhiya.... Sa pamamagitan ng gayong kumbinasyon ng dalawang reaksyon, posible na matiyak na ang enerhiya na inilabas sa unang reaksyon ay magkakapatong sa pagkonsumo ng enerhiya ng pangalawang labis. Sa halimbawa ng isang eroplano, ang paghihiwalay nito ay masinsinang enerhiya, at kung walang third-party na pinagmumulan ng enerhiya sa anyo ng isang tinapay na sinira ng metabolismo ng bata, ang eroplano ay mananatili magpakailanman.

Ito ay tulad ng pagsakay sa isang kareta pababa: una, ang isang tao, habang sumisipsip ng pagkain, ay nag-iimbak ng enerhiya na nakuha bilang isang resulta ng masiglang kanais-nais na mga proseso ng paghahati ng isang napaka-order na manok sa mga molekula at mga atomo sa kanyang katawan. At pagkatapos ay ginugugol niya ang enerhiyang ito, hinihila ang kareta pataas ng bundok. Ang paglipat ng sled mula sa paa hanggang sa itaas ay energetically hindi kumikita, kaya hindi sila kusang gumulong doon, nangangailangan ito ng ilang uri ng panlabas na enerhiya. At kung ang enerhiya na natatanggap mula sa pagkain ng manok ay hindi sapat upang madaig ang pagtaas, kung gayon ang proseso ng "sledging mula sa tuktok ng bundok" ay hindi mangyayari.

Ito ay ang mga reaksyong umuubos ng enerhiya ( reaksyong umuubos ng enerhiya ) pataasin ang dami ng order sa pamamagitan ng pagsipsip ng enerhiya na inilabas sa panahon ng conjugate reaction. At ang balanse sa pagitan ng paglabas at pagkonsumo ng enerhiya sa mga pinagsamang reaksyon na ito ay dapat palaging positibo, iyon ay, ang kanilang kumbinasyon ay magpapataas ng dami ng kaguluhan. Isang halimbawa ng pagtaas entropy(karamdaman) ( entropy['Entrə pɪ]) ay ang paglabas ng init sa panahon ng reaksyong nagbibigay ng enerhiya ( reaksyon ng supply ng enerhiya): ang mga particle ng sangkap na katabi ng mga molekula na pumasok sa reaksyon ay tumatanggap ng mga masiglang pagkabigla mula sa mga tumutugon, nagsisimulang gumalaw nang mas mabilis at mas magulo, na itinutulak naman ang iba pang mga molekula at atomo nito at mga kalapit na sangkap.

Bumalik tayo sa pagkuha ng enerhiya mula sa pagkain: ang isang piraso ng Banoffee Pie ay mas maayos kaysa sa nagresultang masa ng pagnguya, na pumasok sa tiyan. Na kung saan, sa turn, ay binubuo ng malaki, mas ordered molecules kaysa sa kung saan ang bituka ay nasira ito. At sila naman, ay ihahatid sa mga selula ng katawan, kung saan ang mga indibidwal na atomo at maging ang mga electron ay aalisin sa kanila ... At sa bawat yugto ng pagtaas ng kaguluhan sa isang piraso ng cake, ang enerhiya ay magiging na inilabas, na kinukuha ng mga organo at organelles ng masayang kumakain, iniimbak ito sa anyo ng ATP (energy-intensive), na nagpapahintulot na makabuo ito ng mga bagong kinakailangang molekula (energy-intensive) o upang magpainit ng katawan (din ng enerhiya- masinsinan). Bilang isang resulta, sa system na "man - Banoffee Pie - Universe" ay may mas kaunting pagkakasunud-sunod (dahil sa pagkasira ng cake at paglabas ng enerhiya ng init ng mga organelles na nagpoproseso nito), ngunit sa isang hiwalay na katawan ng tao mayroong higit pa kaayusan sa kaligayahan (dahil sa paglitaw ng mga bagong molekula, mga bahagi ng organelles at buong cellular organs).

Kung babalik tayo sa molekula ng ATP, pagkatapos ng lahat ng pag-urong ng thermodynamic na ito, magiging malinaw na ang paglikha nito mula sa mga bahagi ng nasasakupan nito (mas maliit na mga molekula) ay nangangailangan ng paggasta ng enerhiya na nakuha mula sa masiglang kanais-nais na mga reaksyon. Ang isa sa mga paraan upang lumikha nito ay inilarawan nang detalyado, ang isa pa (napakatulad) ay ginagamit sa mga chloroplast, kung saan ang enerhiya ng mga photon na ibinubuga ng Araw ay ginagamit sa halip na ang enerhiya ng proton gradient.

Tatlong grupo ng mga reaksyon ang maaaring makilala, bilang isang resulta kung saan ang ATP ay ginawa (tingnan ang diagram sa kanan):

• ang paghahati ng glucose at fatty acid sa malalaking molekula sa cytoplasm ay nagpapahintulot na sa iyo na makakuha ng isang tiyak na halaga ng ATP (isang maliit na halaga, para sa isang molekula ng glucose na nahati sa yugtong ito ay mayroon lamang 2 nakuha na mga molekula ng ATP). Ngunit ang pangunahing layunin ng yugtong ito ay lumikha ng mga molekula na ginagamit sa respiratory chain ng mitochondria.
• Ang karagdagang cleavage ng mga molekula na nakuha sa nakaraang yugto sa siklo ng Krebs, na nagpapatuloy sa mitochondrial matrix, ay nagbibigay lamang ng isang molekula ng ATP, ang pangunahing layunin nito ay kapareho ng sa nakaraang talata.
• Sa wakas, ang mga molekula na naipon sa mga nakaraang yugto ay ginagamit sa respiratory chain ng mitochondria para sa paggawa ng ATP, at dito marami ang inilabas (higit pa dito sa ibaba).

Kung ilalarawan namin ang lahat ng ito nang mas detalyado, tinitingnan ang parehong mga reaksyon mula sa punto ng view ng pagkuha at paggastos ng enerhiya, nakukuha namin ito:

0. Ang mga molekula ng pagkain ay dahan-dahang sinusunog (na-oxidized) sa pangunahing cleavage na nangyayari sa cytoplasm ng cell, pati na rin sa isang chain ng mga reaksiyong kemikal na tinatawag na "Krebs cycle" na nangyayari na sa mitochondrial matrix - suplay ng kuryente bahagi ng yugto ng paghahanda.

Bilang resulta ng pagsasama-sama sa mga masiglang kanais-nais na reaksyon ng iba, na masigasig na hindi kanais-nais na mga reaksyon ng paglikha ng mga bagong molekula, nabuo ang 2 molekula ng ATP at ilang mga molekula ng iba pang mga sangkap - nakakaubos ng enerhiya bahagi ng yugto ng paghahanda. Ang mga hindi sinasadyang nabuong molekula na ito ay mga carrier ng mga electron na may mataas na enerhiya, na gagamitin sa respiratory chain ng mitochondria sa susunod na yugto.

1. Sa mga lamad ng mitochondria, bakterya at ilang archaea, ang energetic na pag-aalis ng mga proton at electron mula sa mga molekula na nakuha sa nakaraang yugto (ngunit hindi mula sa ATP) ay nangyayari. Ang pagpasa ng mga electron sa pamamagitan ng mga complex ng respiratory chain (I, III, at IV sa diagram sa kaliwa) ay ipinapakita ng mga dilaw na paikot-ikot na mga arrow, ang pagpasa sa mga complex na ito (at samakatuwid ay sa pamamagitan ng panloob na mitochondrial membrane) ng mga proton ay ipinapakita. sa pamamagitan ng mga pulang arrow.

Bakit hindi maaaring hatiin ang mga electron mula sa molekula ng carrier gamit ang isang malakas na ahente ng oxidizing, oxygen, at gamitin ang inilabas na enerhiya? Bakit ilipat ang mga ito mula sa isang kumplikado patungo sa isa pa, dahil sa huli ay dumating sila sa parehong oxygen? Lumalabas na mas malaki ang pagkakaiba sa kakayahang makaakit ng mga electron sa supply ng elektron ( reductant) at pagkolekta ng elektron ( oxidizer) ng mga molekula na nakikilahok sa reaksyon ng paglilipat ng elektron, mas maraming enerhiya ang inilalabas sa panahon ng reaksyong ito.

Ang pagkakaiba sa kakayahang ito sa mga molecule-carrier ng mga electron at oxygen na nabuo sa Krebs cycle ay tulad na ang enerhiya na inilabas sa kasong ito ay magiging sapat para sa synthesis ng ilang mga molekula ng ATP. Ngunit dahil sa napakalakas na pagbaba ng enerhiya ng system, ang reaksyong ito ay magpapatuloy na may halos sumasabog na kapangyarihan, at halos lahat ng enerhiya ay ilalabas sa anyo ng hindi na-trap na init, iyon ay, sa katunayan, ito ay mawawala. .

Hinahati ng mga buhay na selula ang reaksyong ito sa ilang maliliit na yugto, inililipat muna ang mga electron mula sa mahinang pag-akit ng mga molekula ng carrier patungo sa isang bahagyang mas malakas na pag-akit ng unang kumplikado sa respiratory chain, mula dito patungo sa isang bahagyang mas malakas na pag-akit. ubiquinone(o coenzyme Q-10), na ang gawain ay upang i-drag ang mga electron sa susunod, kahit na bahagyang mas malakas na nakakaakit ng respiratory complex, na tumatanggap ng bahagi nito ng enerhiya mula sa nabigong pagsabog na ito, hinahayaan itong pumunta sa mga proton na mag-bomba sa pamamagitan ng lamad .. At iba pa hanggang sa wakas ay matugunan ang mga electron. na may oxygen, na naaakit dito, nakakakuha ng isang pares ng mga proton, at hindi bumubuo ng isang molekula ng tubig. Ang paghahati ng isang malakas na reaksyon sa maliliit na hakbang ay nagbibigay-daan sa halos kalahati ng kapaki-pakinabang na enerhiya na maidirekta sa paggawa ng kapaki-pakinabang na gawain: sa kasong ito, sa paglikha proton electrochemical gradient, na tatalakayin sa ikalawang talata.

Eksakto kung paano tinutulungan ng enerhiya ng mga ipinadalang electron ang conjugated energy-consuming reaction ng pumping protons sa pamamagitan ng lamad ay nagsisimula pa lamang na maipaliwanag. Malamang, ang pagkakaroon ng isang electrically charged na particle (electron) ay nakakaapekto sa pagsasaayos ng lugar sa protina na naka-embed sa lamad kung saan ito matatagpuan: upang ang pagbabagong ito ay pumukaw sa proton na hinila sa protina at ang paggalaw nito sa pamamagitan ng channel ng protina. sa lamad. Ang mahalaga ay, sa katunayan, ang enerhiya na nakuha bilang resulta ng paghihiwalay ng mga electron na may mataas na enerhiya mula sa molekula ng carrier at ang kanilang huling paglipat sa oxygen ay nakaimbak sa anyo ng isang proton gradient.

2. Ang enerhiya ng mga proton na naipon bilang isang resulta ng mga kaganapan mula sa punto 1 sa panlabas na bahagi ng lamad at nagsusumikap na makarating sa panloob na bahagi ay binubuo ng dalawang unidirectional na puwersa:

• electric(ang positibong singil ng mga proton ay may posibilidad na lumipat sa lugar ng akumulasyon ng mga negatibong singil sa kabilang panig ng lamad) at
• kemikal(tulad ng kaso ng anumang iba pang mga sangkap, sinusubukan ng mga proton na magkalat nang pantay-pantay sa kalawakan, kumakalat mula sa mga lugar na may mataas na konsentrasyon sa mga lugar kung saan kakaunti ang mga ito)

Ang elektrikal na pagkahumaling ng mga proton sa negatibong sisingilin na bahagi ng panloob na lamad ay isang mas malakas na puwersa kaysa sa pagkahilig na nagmumula sa pagkakaiba sa konsentrasyon ng mga proton na lumipat sa isang lugar na may mas mababang konsentrasyon (ito ay ipinahiwatig ng lapad ng mga arrow sa diagram sa itaas). Ang pinagsamang enerhiya ng mga nakakaakit na pwersa na ito ay napakahusay na ito ay sapat na kapwa para sa paggalaw ng mga proton sa loob ng lamad, at para sa pagpapakain ng kasamang reaksyon sa pag-ubos ng enerhiya: ang paglikha ng ATP mula sa ADP at pospeyt.

Isaalang-alang natin nang mas detalyado kung bakit kailangan ang enerhiya para dito, at kung paano eksakto ang enerhiya ng aspirasyon ng mga proton ay na-convert sa enerhiya ng isang kemikal na bono sa pagitan ng dalawang bahagi ng molekula ng ATP.

Ang molekula ng ADP (sa diagram sa kanan) ay hindi naghahangad na makakuha ng isa pang pangkat ng pospeyt: ang atomo ng oxygen na maaaring ikabit ng grupong ito ay sisingilin nang negatibong gaya ng pospeyt, na nangangahulugan na sila ay kapwa nagtataboy. At sa pangkalahatan, ang ADP ay hindi papasok sa mga reaksyon, ito ay chemically passive. Ang Phosphate, naman, ay may sariling oxygen atom na nakakabit sa phosphorus atom, na maaaring maging site ng bono sa pagitan ng phosphate at ADP kapag lumilikha ng isang molekula ng ATP, upang hindi rin ito magpakita ng inisyatiba.

Samakatuwid, ang mga molekula na ito ay dapat na nakagapos ng isang enzyme, na nakabukas upang ang mga bono sa pagitan nila at ng mga "dagdag" na mga atom ay humina at masira, at pagkatapos ay dalhin ang dalawang chemically active na dulo ng mga molekula na ito, kung saan ang mga atom ay kulang at labis na mga electron, sa bawat isa. iba pa.

Ang mga ion ng posporus (P +) at oxygen (O -) na nahuli sa larangan ng pag-abot sa isa't isa ay nakagapos ng isang malakas na covalent bond dahil sa katotohanang magkasabay silang nagmamay-ari ng isang electron, na orihinal na pag-aari ng oxygen. Ang molecule-processing enzyme na ito ay ATP synthase, at tumatanggap ito ng enerhiya upang baguhin ang pagsasaayos nito at ang magkaparehong pag-aayos ng ADP at pospeyt mula sa mga proton na dumadaan dito. Masiglang kapaki-pakinabang para sa mga proton na makarating sa magkasalungat na bahagi ng lamad, kung saan, bukod dito, kakaunti ang mga ito, at ang tanging paraan ay sa pamamagitan ng enzyme, ang "rotor" kung saan ang mga proton ay umiikot sa daan.

Ang istraktura ng ATP synthase ay ipinapakita sa diagram sa kanan. Ang elementong umiikot dahil sa pagdaan ng mga proton ay naka-highlight sa kulay lila, at ang gumagalaw na larawan sa ibaba ay nagpapakita ng diagram ng pag-ikot nito at ang paglikha ng mga molekula ng ATP. Ang enzyme ay gumagana halos tulad ng isang molecular motor, nagko-convert electrochemical ang enerhiya ng kasalukuyang proton sa mekanikal na enerhiya alitan ng dalawang hanay ng mga protina laban sa isa't isa: ang umiikot na "binti" ay kumakas sa hindi kumikibo na mga protina ng "cap ng kabute", habang ang mga subunit ng "cap" ay nagbabago ng kanilang hugis. Ang mekanikal na pagpapapangit na ito ay nagiging enerhiya ng bono ng kemikal sa synthesis ng ATP, kapag ang mga molekula ng ADP at pospeyt ay naproseso at nabuksan sa paraang kinakailangan para sa pagbuo ng isang covalent bond sa pagitan nila.

Ang bawat ATP synthase ay may kakayahang mag-synthesize ng hanggang 100 ATP molecule bawat segundo, at humigit-kumulang tatlong proton ang dapat dumaan sa synthetase para sa bawat synthesize na molekula ng ATP. Karamihan sa ATP na na-synthesize sa mga cell ay nabuo sa ganitong paraan, at isang maliit na bahagi lamang ang resulta ng pangunahing pagproseso ng mga molekula ng pagkain sa labas ng mitochondria.

Sa anumang oras, may humigit-kumulang isang bilyong molekula ng ATP sa isang karaniwang buhay na selula. Sa maraming mga cell, lahat ng ATP na ito ay pinapalitan (ibig sabihin, ginamit at nilikha muli) bawat 1-2 minuto. Ang karaniwang tao sa pamamahinga ay gumagamit ng halos parehong masa ng ATP tuwing 24 na oras sa pamamahinga.

Sa pangkalahatan, halos kalahati ng enerhiya na inilabas sa panahon ng oksihenasyon ng glucose o fatty acid sa carbon dioxide at tubig ay nakukuha at ginagamit para sa energetically hindi kanais-nais na reaksyon ng ATP formation mula sa ADP at phosphates. Ang isang kahusayan ng 50% ay napakahusay, halimbawa, ang isang makina ng kotse ay nagsisimula lamang ng 20% ​​ng enerhiya na nakapaloob sa gasolina para sa kapaki-pakinabang na trabaho. Kasabay nito, ang natitirang enerhiya sa parehong mga kaso ay nawala sa anyo ng init, at tulad ng ilang mga kotse, ang mga hayop ay patuloy na gumugugol ng labis na ito (bagaman hindi ganap, siyempre) upang magpainit ng katawan. Sa panahon ng mga reaksyong binanggit dito, ang isang molekula ng glucose, na unti-unting nahati sa carbon dioxide at tubig, ay nagbibigay sa selula ng 30 molekula ng ATP.

Kaya, kung saan nagmumula ang enerhiya at kung paano ito eksaktong nakaimbak sa ATP, ang lahat ay higit pa o hindi gaanong malinaw. Ito ay nananatiling maunawaan kung paano eksaktong inilalabas ang nakaimbak na enerhiya at kung ano ang nangyayari sa panahon nito sa antas ng molekular-atomic.

Ang covalent bond na nabuo sa pagitan ng ADP at phosphate ay tinatawag mataas na enerhiya sa dalawang dahilan:

• kapag ito ay nasira, maraming enerhiya ang inilalabas
• ang mga electron na nakikilahok sa paglikha ng bono na ito (iyon ay, umiikot sa paligid ng oxygen at phosphorus atoms, kung saan nabuo ang bono na ito) ay mataas ang enerhiya, iyon ay, sila ay nasa "mataas" na mga orbit sa paligid ng nuclei ng mga atomo. At magiging masigasig na kapaki-pakinabang para sa kanila na tumalon sa isang mas mababang antas, na naglalabas ng labis na enerhiya, ngunit hangga't sila ay nasa lugar na ito, na pinagsasama-sama ang mga atomo ng oxygen at phosphorus, hindi nila magagawang "tumalon".

Ang tendensyang ito ng mga electron na mahulog sa isang mas maginhawang orbit na may mababang enerhiya ay nagsisiguro sa parehong kadalian ng pagsira sa mataas na enerhiya na bono at ang enerhiya na inilabas sa anyo ng isang photon (na isang carrier ng electromagnetic interaction). Depende sa kung aling mga molekula ang papalitan ng mga enzyme sa naghiwa-hiwalay na molekula ng ATP, kung aling molekula ang sumisipsip ng photon na ibinubuga ng elektron, maaaring mangyari ang iba't ibang variant ng mga kaganapan. Ngunit sa bawat oras ang enerhiya na nakaimbak sa anyo ng isang mataas na enerhiya na koneksyon ay gagamitin para sa ilan sa mga pangangailangan ng cell:

Sitwasyon 1: ang pospeyt ay maaaring ilipat sa isang molekula ng ibang sangkap. Sa kasong ito, ang mga electron na may mataas na enerhiya ay bumubuo ng isang bagong bono, na nasa pagitan na ng pospeyt at ang matinding atom ng molekula ng tatanggap na ito. Ang kundisyon para sa naturang reaksyon ay ang pakinabang nito sa enerhiya: sa bagong bono na ito, ang elektron ay dapat magkaroon ng bahagyang mas kaunting enerhiya kaysa noong bahagi ito ng molekula ng ATP, na naglalabas ng bahagi ng enerhiya sa anyo ng isang photon sa labas.

Ang layunin ng naturang reaksyon ay upang maisaaktibo ang molekula ng receptor (sa diagram sa kaliwa, ito ay ipinahiwatig V-OH): bago ang pagdaragdag ng pospeyt, ito ay passive at hindi maaaring tumugon sa isa pang passive molecule A, ngunit ngayon siya ay may-ari ng isang reserba ng enerhiya sa anyo ng isang mataas na enerhiya na elektron, na nangangahulugang maaari niya itong gastusin sa isang lugar. Halimbawa, upang ikabit ang isang molekula sa sarili nito A, na imposibleng ilakip nang walang ganoong lansihin sa mga tainga (iyon ay, ang mataas na enerhiya ng nagbubuklod na elektron). Kasabay nito, ang pospeyt ay hiwalay, na tapos na ang trabaho nito.

Lumalabas ang gayong kadena ng mga reaksyon:

1. ATF+ passive molecule V ➡️ ADP+ molecule na aktibo dahil sa nakakabit na pospeyt B-P

2. activated molecule B-P+ passive molecule A➡️ konektadong mga molekula A-B+ hatiin ang pospeyt ( R)

Ang parehong mga reaksyong ito ay masigasig na pabor: ang bawat isa sa kanila ay nagsasangkot ng isang mataas na enerhiya na nagbubuklod na elektron, na, kapag ang isang bono ay nawasak at ang isa pa ay naitayo, nawawala ang bahagi ng enerhiya nito sa anyo ng paglabas ng photon. Bilang resulta ng mga reaksyong ito, nagsanib ang dalawang passive molecule. Kung isasaalang-alang natin ang reaksyon ng koneksyon ng mga molekulang ito nang direkta (passive molecule V+ passive molecule A➡️ konektadong mga molekula A-B), pagkatapos ito ay lumalabas na masiglang magastos at hindi maaaring magawa. "Ginagawa ng mga cell ang imposible" sa pamamagitan ng pagpapares ng reaksyong ito sa masiglang pabor na reaksyon ng paghahati ng ATP sa ADP at pospeyt sa panahon ng dalawang reaksyong inilarawan sa itaas. Ang cleavage ay nangyayari sa dalawang yugto, sa bawat isa kung saan ang bahagi ng enerhiya ng bonding electron ay ginugugol sa paggawa ng kapaki-pakinabang na gawain, lalo na sa paglikha ng kinakailangang mga bono sa pagitan ng dalawang molekula, kung saan ang pangatlo ( A-B), kinakailangan para sa paggana ng cell.

Sitwasyon 2: ang pospeyt ay maaaring mahati nang sabay-sabay mula sa molekula ng ATP, at ang inilabas na enerhiya ay nakukuha ng enzyme o gumaganang protina at ginugugol sa paggawa ng kapaki-pakinabang na gawain.

Paano mo mahuhuli ang isang bagay na hindi mahahalata bilang isang hindi gaanong pagkagambala ng electromagnetic field sa sandaling ang isang elektron ay bumagsak sa isang mas mababang orbit? Ito ay napaka-simple: sa tulong ng iba pang mga electron at sa tulong ng mga atom na may kakayahang sumipsip ng photon na inilabas ng electron.

Ang mga atomo na bumubuo sa mga molekula ay pinagsama-sama sa malalakas na kadena at singsing (ang gayong kadena ay ang nakabukang protina sa larawan sa kanan). At ang mga indibidwal na bahagi ng mga molekulang ito ay naaakit sa isa't isa sa pamamagitan ng mas mahina na mga interaksyon ng electromagnetic (halimbawa, mga bono ng hydrogen o mga puwersa ng van der Waals), na nagpapahintulot sa kanila na matiklop sa mga kumplikadong istruktura. Ang ilan sa mga pagsasaayos ng mga atomo ay napaka-stable, at walang disturbance ng electromagnetic field ang mayayanig sa kanila .. hindi mayayanig ang mga ito .. sa pangkalahatan, sila ay stable. At ang ilan ay medyo mobile, at ang isang light electromagnetic kick ay sapat na para mabago nila ang kanilang configuration (kadalasan ay hindi ito covalent bonds). At tulad ng isang sipa ay ibinibigay sa kanila ng parehong darating na photon-carrier ng electromagnetic field, na ibinubuga ng electron na dumaan sa isang mas mababang orbit kapag ang pospeyt ay nahiwalay.

Ang mga pagbabago sa pagsasaayos ng protina na nagreresulta mula sa pagkasira ng mga molekula ng ATP ay responsable para sa ilan sa mga pinakakahanga-hangang pangyayari sa cell. Tiyak na ang mga interesado sa mga proseso ng cellular kahit sa antas ng "panoorin ang kanilang animation sa youtube" ay natisod sa isang video na nagpapakita ng isang molekula ng protina kinesin, sa literal na kahulugan ng salita, naglalakad, muling inaayos ang kanyang mga binti, kasama ang sinulid ng balangkas ng cell, na kinakaladkad ang bigat na nakakabit dito.

Ang cleavage ng pospeyt mula sa ATP ang nagbibigay ng hakbang na ito, at narito kung paano:

Kinesin ( kinesin) ay tumutukoy sa isang espesyal na uri ng protina, na malamang na kusang nagbabago nito pagbabagong-anyo(ang relatibong posisyon ng mga atomo sa isang molekula). Sa kaliwa lamang, ito ay random na lumilipat mula sa conformation 1, kung saan ito ay nakakabit ng isang "binti" sa isang actin filament ( aktin filament) - ang pinakamanipis na thread na bumubuo cytoskeleton mga cell ( cytoskeleton), sa conformation 2, kaya gumawa ng isang hakbang pasulong at nakatayo sa dalawang "binti". Ito ay lilipat mula sa conformation 2 na may pantay na posibilidad pareho sa conformation 3 (attached ang hulihan binti sa harap), at pabalik sa conformation 1. Samakatuwid, ang paggalaw ng kinesin sa anumang direksyon ay hindi nangyayari, ito ay lumilipad lamang nang walang layunin.

Ngunit nagbabago ang lahat, sa sandaling kumonekta ito sa molekula ng ATP. Gaya ng ipinapakita sa diagram sa kaliwa, ang pagdaragdag ng ATP sa kinesin sa conform 1 ay humahantong sa pagbabago sa spatial na posisyon nito at ito ay nagbabago sa conformation 2. Ang dahilan nito ay ang mutual electromagnetic na impluwensya ng ATP at kinesin molecules sa isa't isa . Ang reaksyong ito ay nababaligtad, dahil walang enerhiya na ginugol, at kung ang ATP ay nahiwalay sa kinesin, itataas lamang nito ang "binti" nito, mananatili sa lugar, at maghintay para sa susunod na molekula ng ATP.

Ngunit kung ito ay magtatagal, pagkatapos ay dahil sa kapwa pagkahumaling ng mga molekulang ito, ang bono na humahawak sa pospeyt sa loob ng ATP ay nawasak. Ang enerhiya na inilabas sa parehong oras, pati na rin ang pagkasira ng ATP sa dalawang molekula (na may iba't ibang epekto sa mga kinesin atoms sa kanilang mga electromagnetic field) ay humantong sa ang katunayan na ang kinesin conformation ay nagbabago: ito ay "i-drag ang hulihan binti" . Ito ay nananatiling gumawa ng isang hakbang pasulong, na kung ano ang nangyayari sa panahon ng detatsment ng ADP at phosphate, na nagbabalik ng kinesin sa orihinal nitong conformation 1.

Bilang isang resulta ng hydrolysis ng ATP, ang kinesin ay lumipat sa kanan, at sa sandaling ang susunod na molekula ay sumali dito, kukuha ito ng isa pang pares ng mga hakbang, gamit ang enerhiya na nakaimbak dito.

Mahalaga na ang kinesin, na nasa conform 3 na may kalakip na ADP at phosphate, ay hindi na makabalik sa conformation 2 sa pamamagitan ng pagkuha ng "step back". Ipinaliwanag ito ng parehong prinsipyo ng pagsunod sa pangalawang batas ng thermoregulation: ang paglipat ng "kinesin + ATP" na sistema mula sa conformation 2 hanggang conformation 3 ay sinamahan ng pagpapalabas ng enerhiya, na nangangahulugan na ang reverse transition ay energy- umuubos. Para mangyari ito, kailangan mong kumuha ng enerhiya mula sa isang lugar upang pagsamahin ang ADP sa pospeyt, ngunit walang lugar upang dalhin ito sa sitwasyong ito. Samakatuwid, ang kinesin na konektado sa ATP ay bukas lamang sa isang direksyon, na nagpapahintulot sa amin na gumawa ng kapaki-pakinabang na gawain ng pag-drag ng isang bagay mula sa isang dulo ng cell patungo sa isa pa. Kinesin, halimbawa, ay kasangkot sa paghihiwalay ng mga chromosome ng isang naghahati cell sa panahon mitosis(ang proseso ng paghahati ng mga eukaryotic cells). protina ng kalamnan myosin tumatakbo kasama ang mga filament ng actin, na nagiging sanhi ng pag-urong ng kalamnan.

Ang paggalaw na ito ay napakabilis: ang ilan motor(responsable para sa iba't ibang anyo ng cell motility) mga protina na kasangkot sa pag-uulit ng gene sa kahabaan ng chain ng DNA sa bilis na libo-libong nucleotides bawat segundo.

Lahat sila ay gumagalaw sa kapinsalaan ng hydrolysis ATP (pagkasira ng molekula na may kalakip sa nagresultang pagkabulok ng mas maliliit na molekula ng mga atomo na kinuha mula sa molekula ng tubig. Ang hydrolysis ay ipinapakita sa kanang bahagi ng diagram ng interconversion ng ATP at ADP). O sa pamamagitan ng hydrolysis GTF, na naiiba lamang sa ATP dahil naglalaman ito ng isa pang nucleotide (guanine).

Sitwasyon 3: Ang paghahati ng dalawang grupo ng pospeyt mula sa ATP o iba pang katulad na molekula na naglalaman ng nucleotide nang sabay-sabay ay humahantong sa mas malaking pagpapalabas ng enerhiya kaysa kapag isang pospeyt lamang ang nahati. Ang ganitong malakas na paglabas ay nagpapahintulot sa iyo na lumikha ng isang malakas na sugar-phosphate backbone ng mga molekula ng DNA at RNA:

1. upang ang mga nucleotide ay makapag-attach sa under construction na DNA o RNA strand, dapat silang i-activate sa pamamagitan ng pag-attach ng dalawang phosphate molecules. Ito ay isang energy-intensive na reaksyon na ginagawa ng mga cellular enzymes.

2. ang enzyme na DNA o RNA polymerase (hindi ipinapakita sa diagram sa ibaba) ay nakakabit ng isang activated nucleotide (GTP ay ipinapakita sa diagram) sa polynucleotide na ginagawa at pinapagana ang cleavage ng dalawang phosphate group. Ang inilabas na enerhiya ay ginagamit upang lumikha ng isang bono sa pagitan ng phosphate group ng isang nucleotide at ang ribose ng isa pa. Ang mga bono na nilikha bilang isang resulta ay hindi mataas na enerhiya, na nangangahulugan na hindi madaling sirain ang mga ito, na isang kalamangan para sa pagbuo ng isang molekula na naglalaman ng namamana na impormasyon ng cell o nagpapadala nito.

Sa kalikasan, ang mga masiglang paborableng reaksyon lamang ang maaaring mangyari nang kusang-loob, na dahil sa pangalawang batas ng thermodynamics

Gayunpaman, ang mga nabubuhay na selula ay maaaring pagsamahin ang dalawang reaksyon, ang isa ay nagbibigay ng kaunting enerhiya kaysa sa iba pang sumisipsip, at sa gayon ay nagsasagawa ng mga reaksyong umuubos ng enerhiya. Ang mga reaksyong umuubos ng enerhiya ay naglalayong lumikha ng mas malalaking molekula, cellular organelle at buong mga selula, tisyu, organo at multicellular na nilalang mula sa mga indibidwal na molekula at atomo, gayundin sa pag-iimbak ng enerhiya para sa kanilang metabolismo

Isinasagawa ang pag-iimbak ng enerhiya dahil sa kontrolado at unti-unting pagkasira ng mga organikong molekula (proseso ng pagbibigay ng enerhiya), kasabay ng paglikha ng mga molekula ng tagadala ng enerhiya (proseso ng pagkonsumo ng enerhiya). Kaya, ang mga photosynthetic na organismo ay nag-iimbak ng enerhiya ng mga solar photon na nakuha ng chlorophyll.

Ang mga molekula ng carrier ng enerhiya ay nahahati sa dalawang grupo: nag-iimbak ng enerhiya sa anyo ng isang bono na may mataas na enerhiya o sa anyo ng isang nakakabit na electron na may mataas na enerhiya. Gayunpaman, sa unang pangkat, ang mataas na enerhiya ay ibinibigay ng parehong mataas na enerhiya na elektron, kaya masasabi nating ang enerhiya ay naka-imbak sa mga electron na hinimok sa isang mataas na antas, na bahagi ng iba't ibang mga molekula.

Ang enerhiya na nakaimbak sa ganitong paraan ay ibinibigay din sa dalawang paraan: sa pamamagitan ng pagsira sa high-energy bond o sa pamamagitan ng paglilipat ng mga high-energy na electron upang unti-unting bawasan ang kanilang enerhiya. Sa parehong mga kaso, ang enerhiya ay inilabas sa anyo ng paglabas ng elektron na naglilipat sa isang mas mababang antas ng enerhiya ng particle-carrier ng electromagnetic field (photon) at init. Ang photon na ito ay nakunan sa paraan na ang kapaki-pakinabang na gawain ay tapos na (ang pagbuo ng isang molekula na kinakailangan para sa metabolismo sa unang kaso at ang pumping ng mga proton sa mitochondrial membrane sa pangalawa)

Ang enerhiya na nakaimbak sa proton gradient ay ginagamit para sa synthesis ng ATP, gayundin para sa iba pang mga proseso ng cellular na lampas sa saklaw ng kabanatang ito (sa palagay ko walang nasaktan, dahil sa laki nito). At ang synthesized ATP ay ginagamit tulad ng inilarawan sa nakaraang talata.

Ang lactic acid (naiipon sa mga kalamnan ay maaaring magdulot ng pananakit) ay inihahatid ng dugo sa atay, kung saan ito ay na-convert sa glucose sa panahon ng gluconeogenesis.

Nabubuo ang alkohol sa mga selula ng lebadura sa panahon ng pagbuburo ng alkohol.

acetyl-CoA - ay ginagamit para sa synthesis ng HFA, mga katawan ng ketone, kolesterol, atbp. o na-oxidize sa siklo ng Krebs.

Ang tubig at carbon dioxide ay kasama sa pangkalahatang metabolismo o pinalabas mula sa katawan.

Ang mga pentose ay ginagamit para sa synthesis ng mga nucleic acid, glucose (gluconeogenesis), at iba pang mga sangkap.

Nakikilahok ang NADPH2 sa synthesis ng mga HFA substance, purine base, atbp. o ginagamit upang makabuo ng enerhiya sa CPE.

• Ang enerhiya ay nakaimbak sa anyo ng ATP, na pagkatapos ay ginagamit sa katawan para sa synthesis ng mga sangkap, ang pagpapalabas ng init, mga contraction ng kalamnan, atbp.

Ang pagbabagong-anyo ng glucose sa katawan ay medyo kumplikadong mga proseso na nagpapatuloy sa ilalim ng pagkilos ng iba't ibang mga enzyme. Kaya ang landas mula sa glucose patungo sa lactic acid ay may kasamang 11 kemikal na reaksyon, na ang bawat isa ay pinabilis ng sarili nitong enzyme.

Scheme Blg. 8. Anaerobic glycolysis.

Glucose

ADP Hexokinase, ion Mg

Glucose-6-phosphate

Phosphoglucoisomerase

Fructose-6-phosphate

ADP Phosphofructokinase, Mg ions

Fructose-1,6-diphosphate

Aldolase

3-Phosphodioxyacetone 3-Phosphoglyceroaldehyde (3-PHA)

NADH + H 3-PHA dehydrogenase

1,3-diphosphoglyceric acid

ATP Phosphoglyceratmutase

2-phosphoglyceric acid

H2O Enolase

Phosphoenolpyruvic acid

ATP Pyruvate kinase, Mg ions

Pyruvic acid PVC

OVER Lactate dehydrogenase

lactic acid.

Ang glycolysis ay nangyayari sa cytoplasm ng mga cell at hindi nangangailangan ng mitochondrial respiratory chain.

Ang glucose ay isa sa mga pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa mga selula ng lahat ng organ at tissue, lalo na ang nervous system, erythrocytes, bato at testes.

Ang utak ay ibinibigay halos lahat ng diffusely supplied glucose. Ang IVH ay hindi tumagos sa mga selula ng utak. Samakatuwid, sa isang pagbawas sa konsentrasyon ng glucose sa dugo, ang paggana ng utak ay nagambala.

Gluconeogenesis.

Sa ilalim ng anaerobic na mga kondisyon, ang glucose ay ang tanging pinagmumulan ng enerhiya para sa paggana ng kalamnan ng kalansay. Ang lactic acid na nabuo mula sa glucose pagkatapos ay pumapasok sa daloy ng dugo, sa atay, kung saan ito ay na-convert sa glucose, na pagkatapos ay ibinalik sa mga kalamnan (ang siklo ng tigdas).

Ang proseso ng pag-convert ng mga non-carbohydrate substance sa glucose ay tinatawag gluconeogenesis.

Ang biological na kahalagahan ng gluconeogenesis ay ang mga sumusunod:

Pagpapanatili ng konsentrasyon ng glucose sa isang sapat na antas kapag may kakulangan ng carbohydrates sa katawan, halimbawa, sa panahon ng pag-aayuno o diabetes mellitus.

Ang pagbuo ng glucose mula sa lactic acid, pyruvic acid, glycerol, glycogenous amino acids, karamihan sa mga intermediate metabolites ng Krebs cycle.

Pangunahing nangyayari ang Gluconeogenesis sa atay at renal cortex. Sa mga kalamnan, ang prosesong ito ay hindi nagaganap dahil sa kakulangan ng mahahalagang enzymes.

Ang kabuuang reaksyon ng gluconeogenesis:

2PVK + 4ATF + 2GTP + 2NADH + H + 4H2O

glucose + 2NAD + 4ADP + 2GDF + 6H3PO4

Kaya, sa proseso ng gluconeogenesis, hanggang 6 na high-energy compound at 2NADH + H ang ginugugol para sa bawat molekula ng glucose.

Ang pag-inom ng malalaking halaga ng alkohol ay pumipigil sa gluconeogenesis, na maaaring humantong sa pagbaba ng paggana ng utak. Ang rate ng gluconeogenesis ay maaaring tumaas sa mga sumusunod na kondisyon:

Kapag nag-aayuno.

Pinahusay na nutrisyon ng protina.

Kakulangan ng carbohydrates sa pagkain.

Diabetes mellitus.

Glucuronic na landas ng metabolismo ng glucose.

Ang landas na ito ay hindi gaanong mahalaga sa dami, ngunit napakahalaga para sa pag-andar ng detoxification: ang mga huling produkto ng metabolismo at mga dayuhang sangkap, na nagbubuklod sa aktibong anyo ng glucuronic acid (UDP-glucuronic acid) sa anyo ng glucuronides, ay madaling ilabas mula sa katawan. Ang Glucuronic acid mismo ay isang kinakailangang bahagi ng glycosaminoglycans: hyaluronic acid, heparin, atbp. Sa mga tao, bilang resulta ng pathway na ito ng pagkasira ng glucose, nabuo ang UDP-glucuronic acid.

Ang lahat ng nabubuhay na organismo, maliban sa mga virus, ay binubuo ng mga selula. Nagbibigay sila ng lahat ng mga prosesong kinakailangan para sa buhay ng isang halaman o hayop. Ang cell mismo ay maaaring isang hiwalay na organismo. At paano mabubuhay ang gayong kumplikadong istraktura nang walang enerhiya? Syempre hindi. Kaya paano nagaganap ang supply ng enerhiya sa mga selula? Ito ay batay sa mga proseso na tatalakayin natin sa ibaba.

Nagbibigay ng enerhiya sa mga cell: paano ito nangyayari?

Ilang mga cell ang tumatanggap ng enerhiya mula sa labas, sila mismo ang bumubuo nito. nagtataglay ng isang uri ng "mga istasyon". At ang pinagmumulan ng enerhiya sa cell ay ang mitochondria - ang organoid na gumagawa nito. Ang proseso ng cellular respiration ay nagaganap sa loob nito. Dahil dito, ang mga selula ay binibigyan ng enerhiya. Gayunpaman, naroroon lamang ang mga ito sa mga halaman, hayop at fungi. Sa bacterial cells, wala ang mitochondria. Samakatuwid, ang kanilang supply ng mga cell na may enerhiya ay nangyayari pangunahin dahil sa mga proseso ng pagbuburo, at hindi paghinga.

Istraktura ng mitochondrion

Ito ay isang dalawang-membrane na organoid na lumitaw sa isang eukaryotic cell sa panahon ng ebolusyon bilang resulta ng pagsipsip ng isang mas maliit. Ito ay maaaring ipaliwanag ang katotohanan na ang mitochondria ay may sariling DNA at RNA, pati na rin ang mga mitochondrial ribosome na gumagawa ng mga protina na kinakailangan para sa mga organelles .

Ang panloob na lamad ay may mga paglaki na tinatawag na cristae, o mga tagaytay. Ang proseso ng cellular respiration ay nagaganap sa cristae.

Ang nasa loob ng dalawang lamad ay tinatawag na matrix. Naglalaman ito ng mga protina, mga enzyme na kinakailangan upang mapabilis ang mga reaksiyong kemikal, pati na rin ang RNA, DNA at mga ribosom.

Ang cellular respiration ay ang batayan ng buhay

Nagaganap ito sa tatlong yugto. Tingnan natin ang bawat isa sa kanila.

Ang unang yugto ay paghahanda

Sa yugtong ito, ang mga kumplikadong organikong compound ay nahahati sa mas simple. Kaya, ang mga protina ay nasira sa amino acids, fats sa carboxylic acids at glycerol, nucleic acids sa nucleotides, at carbohydrates sa glucose.

Glycolysis

Ito ay isang oxygen-free na yugto. Binubuo ito sa katotohanan na ang mga sangkap na nakuha sa unang yugto ay higit na nagpapasama. Ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya na ginagamit ng cell sa yugtong ito ay mga molekula ng glucose. Ang bawat isa sa kanila sa proseso ng glycolysis ay bumagsak sa dalawang molekula ng pyruvate. Nangyayari ito sa sampung sunud-sunod na reaksiyong kemikal. Dahil sa unang limang, ang glucose ay phosphorylated at pagkatapos ay nahati sa dalawang phosphotriose. Sa susunod na limang reaksyon, dalawang molekula at dalawang molekula ng PVC (pyruvic acid) ang nabuo. Ang enerhiya ng cell ay nakaimbak sa anyo ng ATP.

Ang buong proseso ng glycolysis ay maaaring gawing simple tulad ng sumusunod:

2NAD + 2ADP + 2H 3 PO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H 2 O + 2NAD. H 2 + 2C 3 H 4 O 3 + 2ATF

Kaya, gamit ang isang molekula ng glucose, dalawang molekula ng ADP at dalawang phosphoric acid, ang cell ay tumatanggap ng dalawang molekula ng ATP (enerhiya) at dalawang molekula ng pyruvic acid, na gagamitin nito sa susunod na hakbang.

Ang ikatlong yugto ay oksihenasyon

Ang yugtong ito ay nangyayari lamang sa pagkakaroon ng oxygen. Ang mga kemikal na reaksyon ng yugtong ito ay nagaganap sa mitochondria. Ito ang pangunahing bahagi kung saan ang pinakamaraming enerhiya ay inilabas. Sa yugtong ito, tumutugon sa oxygen, nabubulok ito sa tubig at carbon dioxide. Bilang karagdagan, 36 na mga molekula ng ATP ang nabuo. Kaya, maaari nating tapusin na ang pangunahing mapagkukunan ng enerhiya sa cell ay glucose at pyruvic acid.

Pagbubuod ng lahat ng mga kemikal na reaksyon at pag-alis ng mga detalye, maaari nating ipahayag ang buong proseso ng cellular respiration sa isang pinasimpleng equation:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 PO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATF.

Kaya, sa panahon ng paghinga, mula sa isang molekula ng glucose, anim na molekula ng oxygen, tatlumpu't walong mga molekula ng ADP at ang parehong halaga ng phosphoric acid, ang cell ay tumatanggap ng 38 mga molekula ng ATP, sa anyo kung saan ang enerhiya ay nakaimbak.

Iba't ibang mitochondrial enzymes

Ang cell ay tumatanggap ng enerhiya para sa mahahalagang aktibidad dahil sa paghinga - oksihenasyon ng glucose, at pagkatapos ay pyruvic acid. Ang lahat ng mga reaksiyong kemikal na ito ay hindi maaaring maganap nang walang mga enzyme - mga biological catalyst. Tingnan natin ang mga ito na matatagpuan sa mitochondria - mga organel na responsable para sa paghinga ng cellular. Ang lahat ng mga ito ay tinatawag na oxidoreductases, dahil kailangan nila upang matiyak ang paglitaw ng mga redox reactions.

Ang lahat ng oxidoreductases ay maaaring nahahati sa dalawang grupo:

• oxidase;
• dehydrogenase;

Ang mga dehydrogenases, naman, ay nahahati sa aerobic at anaerobic. Ang mga aerobic ay naglalaman ng coenzyme riboflavin, na natatanggap ng katawan mula sa bitamina B2. Ang mga aerobic dehydrogenases ay naglalaman ng mga molekula ng NAD at NADP bilang mga coenzymes.

Ang mga oxidase ay mas magkakaibang. Una sa lahat, nahahati sila sa dalawang grupo:

• yaong naglalaman ng tanso;
• yaong naglalaman ng bakal.

Kasama sa una ang polyphenol oxidases, ascorbate oxidase, ang huli - catalase, peroxidase, cytochromes. Ang huli, naman, ay nahahati sa apat na grupo:

• cytochromes a;
• cytochromes b;
• cytochromes c;
• cytochromes d.

Ang cytochromes a ay naglalaman ng iron-formylporphyrin, cytochromes b - iron protoporphyrin, c - substituted iron mesoporphyrin, d - iron dihydroporphyrin.

Mayroon bang iba pang mga paraan upang makakuha ng enerhiya?

Sa kabila ng katotohanan na ang karamihan sa mga cell ay tumatanggap nito bilang resulta ng cellular respiration, mayroon ding mga anaerobic bacteria na hindi nangangailangan ng oxygen upang umiral. Bumubuo sila ng kinakailangang enerhiya sa pamamagitan ng pagbuburo. Ito ay isang proseso kung saan, sa tulong ng mga enzyme, ang mga karbohidrat ay nasira nang walang paglahok ng oxygen, bilang isang resulta kung saan ang cell ay tumatanggap ng enerhiya. Mayroong ilang mga uri ng pagbuburo, depende sa huling produkto ng mga reaksiyong kemikal. Maaari itong maging lactic acid, alcoholic, butyric acid, acetone-butane, citric acid.

Halimbawa, isaalang-alang Ito ay maaaring ipahayag sa sumusunod na equation:

S 6 N 12 O 6 → C 2 H 5 OH + 2CO 2

Iyon ay, hinahati ng bacterium ang isang molekula ng glucose sa isang molekula ng ethyl alcohol at dalawang molekula ng carbon (IV) oxide.