Tana doimo energiya almashinuvi bilan bog'liq. Energiya almashinuvi reaktsiyalari doimo, hatto biz uxlayotganimizda ham sodir bo'ladi. Murakkab kimyoviy o'zgarishlardan so'ng, oziq-ovqat moddalari makromolekulyardan oddiyga aylanadi, bu esa energiya chiqishi bilan birga keladi. Bularning barchasi energiya almashinuvi.

Yugurish paytida tananing energiya talablari juda yuqori. Masalan, 2,5-3 soatlik yugurish uchun taxminan 2600 kaloriya iste'mol qilinadi (bu marafon masofasi), bu kuniga harakatsiz turmush tarzini olib boradigan odamning energiya iste'molidan sezilarli darajada oshadi. Poyga paytida energiya tanadagi mushak glikogeni va yog' zahiralaridan olinadi.

Glyukoza molekulalarining murakkab zanjiri bo'lgan mushak glikogeni faol mushak guruhlarida to'planadi. Aerob glikoliz va boshqa ikkita kimyoviy jarayon orqali glikogen adenozin trifosfatga (ATP) aylanadi.

ATP molekulasi tanamizdagi asosiy energiya manbai hisoblanadi. Energiya muvozanati va energiya almashinuvining saqlanishi hujayra darajasida sodir bo'ladi. Yuguruvchining tezligi va chidamliligi hujayraning nafas olishiga bog'liq. Shuning uchun eng yuqori natijalarga erishish uchun hujayrani butun masofa uchun kislorod bilan ta'minlash kerak. Trening aynan shu maqsadda.

Inson tanasidagi energiya. Energiya almashinuvining bosqichlari.

Biz doimo energiya olamiz va sarflaymiz. Oziq-ovqat shaklida biz asosiy oziq moddalarni yoki tayyor organik moddalarni olamiz, bu oqsillar yog'lar va uglevodlar. Birinchi bosqich - bu ovqat hazm qilish, tanamiz to'plashi mumkin bo'lgan energiya chiqarilmaydi.

Ovqat hazm qilish jarayoni energiya olishga emas, balki katta molekulalarni kichiklarga bo'lishga qaratilgan. Ideal holda, hamma narsa monomerlarga bo'linishi kerak. Uglevodlar glyukoza, fruktoza va galaktozaga bo'linadi. Yog'lar - glitserin va yog' kislotalariga, oqsillardan aminokislotalarga.

Hujayra nafasi

Ovqat hazm qilishdan tashqari, ikkinchi qism yoki bosqich ham mavjud. Bu nafas. Biz nafas olamiz va havoni o'pkaga majburlaymiz, ammo bu nafas olishning asosiy qismi emas. Nafas olish bizning hujayralarimiz kisloroddan ozuqa moddalarini suvga va energiya uchun karbonat angidridga yoqish uchun foydalanadi. Bu har bir hujayramizda sodir bo'ladigan energiya olishning yakuniy bosqichidir.

Inson oziqlanishining asosiy manbai mushaklarda glikogen shaklida saqlanadigan uglevodlardir, glikogen odatda 40-45 daqiqalik yugurish uchun etarli. Bu vaqtdan keyin tana boshqa energiya manbasiga o'tishi kerak. Bu yog'lar. Yog'lar glikogenga muqobil energiya hisoblanadi.

muqobil energiya- bu energiya yoki yog'lar yoki glikogenning ikkita manbasidan birini tanlash zarurligini anglatadi. Bizning tanamiz energiyani faqat bitta manbadan olishi mumkin.

Uzoq masofaga yugurish sprintingdan farq qiladi, chunki stayerning tanasi muqarrar ravishda mushak yog'ini qo'shimcha energiya manbai sifatida ishlatishga o'tadi.

Yog 'kislotalari uglevodlar uchun eng yaxshi o'rinbosar emas, chunki ularni ajratish va ishlatish uchun ko'proq energiya va vaqt talab etiladi. Ammo agar glikogen tugagan bo'lsa, unda tananing yog'larni ishlatishdan boshqa tanlovi yo'q, shu tarzda kerakli energiyani ajratib oladi. Ma'lum bo'lishicha, yog'lar har doim tananing zaxira variantidir.

Shuni ta'kidlaymanki, yugurishda ishlatiladigan yog'lar tanani qoplaydigan yog'li qatlamlar emas, balki mushak tolalari tarkibidagi yog'lardir.

Har qanday organik moddalarni yoqish yoki parchalashda ishlab chiqarish chiqindilari olinadi, bu karbonat angidrid va suvdir. Bizning organik moddalarimiz oqsillar, yog'lar va uglevodlardir. Karbonat angidrid havo bilan chiqariladi, suv esa organizm tomonidan ishlatiladi yoki ter yoki siydik bilan chiqariladi.

Oziq moddalarni hazm qilish, tanamiz issiqlik shaklida energiyaning bir qismini yo'qotadi. Mashinadagi dvigatel shunday qiziydi va energiyani bo'shliqqa yo'qotadi va yuguruvchining mushaklari juda katta energiya sarflaydi. kimyoviy energiyani mexanik energiyaga aylantirish. Bundan tashqari, samaradorlik taxminan 50% ni tashkil qiladi, ya'ni energiyaning yarmi issiqlik shaklida havoga ketadi.

Energiya almashinuvining asosiy bosqichlarini ajratib ko'rsatish mumkin:

Biz ozuqa moddalarini olish uchun ovqatlanamiz, ularni parchalaymiz, keyin kislorod yordamida oksidlanish jarayoni sodir bo'ladi, natijada biz energiya olamiz. Energiyaning bir qismi har doim issiqlik shaklida ketadi, ba'zilari esa biz saqlaymiz. Energiya ATP deb ataladigan kimyoviy birikma shaklida saqlanadi.

ATP nima?

ATP adenozin trifosfat bo'lib, organizmlarda energiya va moddalar almashinuvida katta ahamiyatga ega. ATP tirik tizimlarda sodir bo'ladigan barcha biokimyoviy jarayonlar uchun universal energiya manbai hisoblanadi.

Tanadagi ATP eng tez-tez yangilanadigan moddalardan biridir, shuning uchun odamlarda bir ATP molekulasining ishlash muddati bir daqiqadan kamroq. Kun davomida bitta ATP molekulasi o'rtacha 2000-3000 ta resintez siklidan o'tadi. Inson tanasi kuniga taxminan 40 kg ATP sintez qiladi, lekin har qanday vaqtda taxminan 250 g ni o'z ichiga oladi, ya'ni organizmda deyarli ATP zaxirasi mavjud emas va normal hayot uchun doimiy ravishda yangi ATP molekulalarini sintez qilish kerak.

Xulosa: Bizning tanamiz energiyani kimyoviy birikma shaklida saqlashi mumkin. Bu ATP.

ATP azotli asosdan iborat adenin, riboza va trifosfat, fosfor kislotasi qoldiqlari.

ATPni yaratish uchun juda ko'p energiya kerak bo'ladi, lekin agar u vayron bo'lsa, bu energiyani qaytarish mumkin. Bizning tanamiz, ozuqa moddalarini parchalab, ATP molekulasini yaratadi va keyin energiya kerak bo'lganda, u ATP molekulasini parchalaydi yoki molekulaning aloqalarini buzadi. Fosfor kislotasi qoldiqlaridan birini ajratib, siz -40 kJ ga yaqin olishingiz mumkin. ⁄ mol.

Bu har doim sodir bo'ladi, chunki biz doimo energiyaga muhtojmiz, ayniqsa yugurish paytida. Tanadagi energiya manbalari har xil bo'lishi mumkin (go'sht, meva, sabzavotlar va boshqalar). . Faqat bitta ichki energiya manbai - ATP mavjud. Molekulaning umri bir daqiqadan kam. shuning uchun organizm doimiy ravishda ATPni parchalaydi va qayta ishlab chiqaradi.

Energiyani ajratish. Hujayra energiyasi

Dissimilyatsiya

Biz energiyamizning katta qismini ATP shaklida glyukozadan olamiz. Bizga har doim energiya kerak bo'lganligi sababli, bu molekulalar energiya berish kerak bo'lgan tanaga kiradi.

ATP energiya chiqaradi va ADP ga bo'linadi adenozin difosfat. ADP bir xil ATP molekulasi bo'lib, faqat bitta fosfor kislotasi qoldig'isiz. D ikkita degan ma'noni anglatadi. Glyukoza parchalanib, energiya chiqaradi, uni ADP oladi va o'zining fosfor qoldig'ini tiklaydi, ATP ga aylanadi, u yana energiya sarflashga tayyor.Bu har doim sodir bo'ladi.

Bu jarayon - deyiladi dissimilyatsiya.(halokat).Unda energiya olish uchun ATP molekulasini yo`q qilish kerak bo`ladi.

Assimilyatsiya

Ammo yana bir jarayon bor. Siz o'zingizning moddalaringizni energiya xarajati bilan qurishingiz mumkin. Bu jarayon - deyiladi assimilyatsiya. Kichikroqlardan kattaroq moddalarni yaratish uchun. O'z oqsillari, nuklein kislotalar, yog'lar va uglevodlarni ishlab chiqarish.

Misol uchun, siz go'sht bo'lagini yedingiz.Go'sht - bu aminokislotalarga bo'linishi kerak bo'lgan oqsil, bu aminokislotalardan o'zingizning oqsillaringiz yig'iladi yoki sintezlanadi, bu sizning mushaklaringizga aylanadi. Bu energiyaning bir qismini oladi.

Energiya olish. Glikoliz nima?

Barcha tirik organizmlar uchun energiya olish jarayonlaridan biri glikolizdir. Glikoliz har qanday hujayramizning sitoplazmasida bo'lishi mumkin. "Glikoliz" nomi yunon tilidan olingan. - shirin va yunoncha. - eritish.

Glikoliz - bu hujayralardagi glyukozaning ketma-ket parchalanishining fermentativ jarayoni bo'lib, ATP sintezi bilan birga keladi. Bu 13 ta fermentativ reaksiya. Glikoliz da aerobik sharoitlar piruvik kislota (piruvat) hosil bo'lishiga olib keladi.

Glikoliz ichida anaerob sharoitlar sut kislotasi (laktat) hosil bo'lishiga olib keladi. Glikoliz hayvonlarda glyukoza katabolizmining asosiy yo'lidir.

Glikoliz deyarli barcha tirik organizmlarda ma'lum bo'lgan eng qadimgi metabolik jarayonlardan biridir. Taxminlarga ko'ra, glikoliz 3,5 milliard yil oldin birlamchi davrda paydo bo'lgan prokaryotlar. (Prokariotlar - hujayralarida hosil bo'lgan yadro bo'lmagan organizmlar. Uning funktsiyalarini nukleotid bajaradi (ya'ni "yadro kabi"); yadrodan farqli o'laroq, nukleotidning o'z qobig'i yo'q).

Anaerob glikoliz

Anaerob glikoliz - kisloroddan foydalanmasdan glyukoza molekulasidan energiya olish usuli. Glikoliz jarayoni (parchalanish) glyukozaning oksidlanish jarayoni bo'lib, unda bir molekula glyukozadan ikkita molekula hosil bo'ladi. piruvik kislota.

Glyukoza molekulasi ikki qismga bo'linadi, uni chaqirish mumkin piruvat, bu piruvik kislota bilan bir xil. Piruvatning har bir yarmi ATP molekulasini tiklashi mumkin. Ma'lum bo'lishicha, bo'linish paytida glyukozaning bir molekulasi ikkita ATP molekulasini tiklashi mumkin.

Uzoq vaqt davomida yugurganda yoki anaerob rejimda ishlaganda, bir muncha vaqt o'tgach, nafas olish qiyinlashadi, oyoq mushaklari charchaydi, oyoqlar og'irlashadi, ular ham siz kabi etarli miqdorda kislorod olishni to'xtatadilar.

Chunki mushaklarda energiya olish jarayoni glikoliz bilan tugaydi. Shuning uchun mushaklar shikastlana boshlaydi va energiya etishmasligi tufayli ishlashdan bosh tortadi. Shakllangan sut kislotasi yoki laktat. Ma’lum bo‘lishicha, sportchi qanchalik tez yugursa, shunchalik tez laktat hosil qiladi. Qondagi laktat darajasi jismoniy mashqlar intensivligi bilan chambarchas bog'liq.

Aerob glikoliz

O'z-o'zidan glikoliz butunlay anaerob jarayondir, ya'ni reaktsiyalar sodir bo'lishi uchun kislorod mavjudligini talab qilmaydi. Ammo tan olishingiz kerakki, glikoliz paytida ikkita ATP molekulasini olish juda kichikdir.

Shuning uchun tananing glyukozadan energiya olishning muqobil varianti mavjud. Ammo kislorod ishtirokida. Bu kislorod bilan nafas olish. har birimizda bor, yoki aerob glikoliz. Aerobik glikoliz mushakdagi ATP zahiralarini tezda tiklashga qodir.

Yugurish, suzish va boshqalar kabi dinamik harakatlar paytida aerob glikoliz sodir bo'ladi. ya'ni, agar siz yugursangiz va bo'g'ilmasangiz, lekin yaqin atrofdagi yugurayotgan o'rtoq bilan xotirjam gaplashsangiz, unda siz aerobik rejimda yugurasiz deb ayta olamiz.

Nafas olish yoki aerob glikoliz sodir bo'ladi mitoxondriyalar maxsus fermentlar ta'siri ostida va kislorodning narxini va shunga mos ravishda uni etkazib berish vaqtini talab qiladi.

Oksidlanish bir necha bosqichda sodir bo'ladi, birinchi glikoliz sodir bo'ladi, lekin bu reaksiyaning oraliq bosqichida hosil bo'lgan ikkita piruvat molekulasi sut kislotasi molekulalariga aylanmaydi, balki mitoxondriyalarga kirib, Krebs siklida karbonat angidrid CO2 va oksidlanish jarayoniga kiradi. suv H2O va yana 36 ATP molekulasini ishlab chiqarish uchun energiya beradi.

Mitoxondriya- bu hujayradagi maxsus organellalar va shuning uchun ham borhujayrali nafas olish kabi bir narsa.Bunday nafas olish kislorodga muhtoj bo'lgan barcha organizmlarda, jumladan, siz va menda sodir bo'ladi.

Glikoliz alohida ahamiyatga ega bo'lgan katabolik yo'ldir. U hujayra reaktsiyalari, shu jumladan oqsil sintezi uchun energiya beradi. Yog'larni sintez qilishda glikolizning oraliq mahsulotlari ishlatiladi. Piruvatdan alanin, aspartat va boshqa birikmalarni sintez qilish uchun ham foydalanish mumkin. Glikoliz tufayli mitoxondriyal ishlash va kislorod mavjudligi qisqa muddatli ekstremal yuklarda mushaklar kuchini cheklamaydi. Aerob oksidlanish anaerob glikolizga qaraganda 20 marta samaraliroq.

Mitoxondriya nima?

Mitoxondriya (yunoncha mítos dan - ip va chōndros - don, don) - odatda taxminan 1 mikrometr diametrli ikki membranali sharsimon yoki ellipsoidal organoid .. Hujayraning energiya stantsiyasi; asosiy vazifasi - organik birikmalarning oksidlanishi va ularning parchalanishi paytida chiqarilgan energiyadan elektr potentsiali, ATP sintezi va termogenez hosil qilish uchun foydalanish.

Hujayradagi mitoxondriyalar soni doimiy emas. Ayniqsa, kislorodga bo'lgan ehtiyoj yuqori bo'lgan hujayralarda ularning ko'pchiligi mavjud. Har bir aniq daqiqada hujayraning qaysi qismlarida energiya iste'moli ko'payishiga qarab, hujayradagi mitoxondriyalar sitoplazma orqali eng yuqori energiya sarflanadigan zonalarga o'tishga qodir.

Mitoxondrial funktsiyalar

Mitoxondriyaning asosiy funktsiyalaridan biri har qanday tirik hujayradagi kimyoviy energiyaning universal shakli bo'lgan ATP sintezidir. Qarang, kirishda ikkita piruvat molekulasi va chiqishda juda ko'p "ko'p narsalar" mavjud. Bu "ko'p narsalar" "Krebs tsikli" deb ataladi. Aytgancha, Hans Krebs ushbu tsiklni kashf etgani uchun Nobel mukofotini oldi.

Aytishimiz mumkinki, bu trikarboksilik kislotalarning aylanishi. Ushbu tsiklda ko'plab moddalar ketma-ket bir-biriga aylanadi. Umuman olganda, siz tushunganingizdek, bu narsa biokimyogarlar uchun juda muhim va tushunarli. Boshqacha qilib aytganda, bu kisloroddan foydalanadigan barcha hujayralarning nafas olishidagi asosiy qadamdir.

Natijada, biz chiqishda karbonat angidrid, suv va 36 ATP molekulasini olamiz. Shuni eslatib o'tamanki, glikoliz (kislorod ishtirokisiz) har bir glyukoza molekulasida faqat ikkita ATP molekulasini hosil qiladi. Shuning uchun, mushaklarimiz kislorodsiz ishlay boshlaganda, ular samaradorligini sezilarli darajada yo'qotadilar. Shuning uchun barcha mashg'ulotlar mushaklarning kislorod ustida imkon qadar uzoq vaqt ishlashini ta'minlashga qaratilgan.

Mitoxondriyalarning tuzilishi

Mitoxondriya ikkita membranaga ega: tashqi va ichki. Tashqi membrananing asosiy vazifasi organoidni hujayra sitoplazmasidan ajratishdir. U bilipid qatlamidan va unga kiradigan oqsillardan iborat bo'lib, ular orqali mitoxondriyalarning ishlashi uchun zarur bo'lgan molekulalar va ionlarni tashish amalga oshiriladi.

Tashqi membrana silliq bo'lsa, ichki membrana ko'plab burmalarni hosil qiladi -cristae, bu uning maydonini sezilarli darajada oshiradi. Ichki membrana asosan oqsillardan iborat bo'lib, ular orasida nafas olish zanjiri fermentlari, transport oqsillari va yirik ATP - sintetaza komplekslari mavjud. Bu erda ATP sintezi sodir bo'ladi. Tashqi va ichki membranalar o'rtasida o'ziga xos fermentlar bilan membranalararo bo'shliq mavjud.
Mitoxondriyaning ichki qismi deyiladi matritsa. Bu erda yog 'kislotalari va piruvatning oksidlanishi uchun ferment tizimlari, Krebs siklining fermentlari, shuningdek, mitoxondriyaning irsiy materiali - DNK, RNK va oqsillarni sintez qiluvchi apparatlar mavjud.

Mitoxondriya hujayralar uchun yagona energiya manbai hisoblanadi. Har bir hujayraning sitoplazmasida joylashgan mitoxondriyalar hujayra uchun zarur bo'lgan energiyani ishlab chiqaradigan, saqlaydigan va tarqatadigan "batareyalar" bilan taqqoslanadi.
Inson hujayralarida o'rtacha 1500 ta mitoxondriya mavjud. Ular, ayniqsa, intensiv metabolizmga ega bo'lgan hujayralarda (masalan, mushaklar yoki jigarda) juda ko'p.
Mitoxondriyalar harakatchan va hujayraning ehtiyojlariga qarab sitoplazmada harakatlanadi. O'zlarining DNKlari mavjudligi tufayli ular hujayra bo'linishidan qat'i nazar, ko'payadi va o'z-o'zini yo'q qiladi.
Hujayralar mitoxondriyalarsiz ishlay olmaydi, ularsiz hayot mumkin emas.

Iste'mol ekologiyasi.Fan va texnologiya: Muqobil energiyaning asosiy muammolaridan biri uning qayta tiklanadigan manbalardan notekis ta'minlanishidir. Keling, energiya turlarini qanday saqlash mumkinligini ko'rib chiqaylik (garchi amaliy foydalanish uchun biz saqlangan energiyani elektr yoki issiqlikka aylantirishimiz kerak bo'ladi).

Muqobil energiyaning asosiy muammolaridan biri uning qayta tiklanadigan manbalardan notekis ta'minlanishidir. Quyosh faqat kunduzi va bulutsiz havoda porlaydi, shamol yo esadi yoki susayadi. Ha, va elektr energiyasiga bo'lgan ehtiyoj doimiy emas, masalan, kunduzi yorug'lik uchun kamroq, kechqurun esa ko'proq talab qilinadi. Kechasi shaharlar va qishloqlar yorug'lik bilan to'lib-toshgani odamlarga yoqadi. Xo'sh, yoki hech bo'lmaganda faqat ko'chalar yoritilgan. Shunday qilib, vazifa paydo bo'ladi - qabul qilingan energiyani unga ehtiyoj maksimal bo'lganda va oqim etarli bo'lmaganda ishlatish uchun bir muncha vaqt tejash.

Energiyaning 6 ta asosiy turi mavjud: tortishish, mexanik, issiqlik, kimyoviy, elektromagnit va yadro. Bugungi kunga kelib, insoniyat birinchi besh turdagi energiya uchun sun'iy batareyalarni qanday yaratishni o'rgandi (yaxshi, yadro yoqilg'isining mavjud zaxiralari sun'iy kelib chiqishi bundan mustasno). Bu erda biz ushbu turdagi energiyaning har birini qanday saqlash va saqlash mumkinligini ko'rib chiqamiz (garchi amaliy foydalanish uchun biz to'plangan energiyani elektr yoki issiqlikka aylantirishimiz kerak bo'lsa ham).

Gravitatsion energiya akkumulyatorlari

Ushbu turdagi akkumulyatorlarda energiya to'planish bosqichida yuk ko'tarilib, potentsial energiyani to'playdi va kerakli vaqtda qaytib tushadi va bu energiyani foyda bilan qaytaradi. Yuk sifatida qattiq yoki suyuqliklardan foydalanish har bir turdagi dizaynga o'ziga xos xususiyatlarni keltiradi. Ularning orasidagi oraliq pozitsiyani quyma materiallardan foydalanish (qum, qo'rg'oshin, kichik po'lat sharlar va boshqalar) egallaydi.

Gravitatsion qattiq holatda energiyani saqlash

Gravitatsion mexanik saqlash qurilmalarining mohiyati shundaki, ma'lum bir yuk balandlikka ko'tariladi va kerakli vaqtda chiqariladi, bu esa generator o'qini yo'lda aylanishga majbur qiladi. Bunday energiyani saqlash usulini amalga oshirishga misol sifatida Kaliforniyaning Advanced Rail Energy Storage (ARES) kompaniyasi tomonidan taklif qilingan qurilmani keltirish mumkin. G‘oya oddiy: quyosh panellari va shamol tegirmonlari ko‘p energiya ishlab chiqarayotgan bir paytda, maxsus og‘ir avtomobillar elektr motorlar yordamida tepaga haydaladi. Kechasi va kechqurun iste'molchilarni ta'minlash uchun energiya manbalari etarli bo'lmaganda, avtomobillar pastga tushadi va generator sifatida ishlaydigan motorlar to'plangan energiyani tarmoqqa qaytaradi.

Ushbu sinfning deyarli barcha mexanik saqlash qurilmalari juda oddiy dizaynga ega, shuning uchun yuqori ishonchlilik va uzoq xizmat muddati. Bir marta saqlangan energiyani saqlash muddati deyarli cheksizdir, agar yuk va strukturaviy elementlar vaqt o'tishi bilan qarilik yoki korroziyadan parchalanmasa.

Qattiq jismlarni ko'tarishda saqlanadigan energiya juda qisqa vaqt ichida ajralib chiqishi mumkin. Bunday qurilmalardan olingan quvvatni cheklash faqat erkin tushishning tezlashishi bilan belgilanadi, bu esa tushadigan yuk tezligini oshirishning maksimal tezligini belgilaydi.

Afsuski, bunday qurilmalarning o'ziga xos energiya iste'moli past va klassik formula E = m · g · h bilan belgilanadi. Shunday qilib, 1 litr suvni 20 ° C dan 100 ° C gacha isitish uchun energiyani saqlash uchun kamida 35 metr balandlikda (yoki 10 tonna 3,5 metr) bir tonna yukni ko'tarish kerak. Shuning uchun, ko'proq energiya saqlash zarurati tug'ilganda, bu darhol katta hajmli va muqarrar natija sifatida qimmat tuzilmalarni yaratish zarurligiga olib keladi.

Bunday tizimlarning nochorligi shundaki, yuk harakatlanadigan yo'l erkin va etarlicha to'g'ri bo'lishi kerak, shuningdek, bu hududga narsalar, odamlar va hayvonlarning tasodifiy kirishi ehtimolini istisno qilish kerak.

Gravitatsion suyuqlikni saqlash

Qattiq yuklardan farqli o'laroq, suyuqliklardan foydalanilganda, liftning butun balandligi uchun katta kesimdagi tekis vallar yaratishning hojati yo'q - suyuqlik ham kavisli quvurlar bo'ylab mukammal harakat qiladi, ularning kesimi faqat o'tish uchun etarli bo'lishi kerak. ular orqali maksimal dizayn oqimi. Shuning uchun, yuqori va pastki tanklarni bir-birining ostiga qo'yish shart emas, lekin ular bir-biridan etarlicha katta masofada joylashgan bo'lishi mumkin.

Aynan shu sinfga nasosli elektr stansiyalari (PSPP) kiradi.

Bundan tashqari, tortishish energiyasining kichikroq o'lchamli gidravlik akkumulyatorlari ham mavjud. Birinchidan, biz er osti suv omboridan (quduqdan) 10 tonna suvni minoradagi idishga quyamiz. Keyin tortishish kuchi ta'sirida tankdagi suv turbinani elektr generatori bilan aylantirib, tankga qaytadi. Bunday haydovchining xizmat qilish muddati 20 yil yoki undan ko'proq bo'lishi mumkin. Afzalliklari: shamol turbinasidan foydalanganda, ikkinchisi to'g'ridan-to'g'ri suv nasosini boshqarishi mumkin, minoradagi tankdagi suv boshqa ehtiyojlar uchun ishlatilishi mumkin.

Afsuski, gidravlika tizimlarini qattiq holatda bo'lganlarga qaraganda to'g'ri texnik holatda saqlash qiyinroq - bu birinchi navbatda tanklar va quvurlarning mahkamligi va o'chirish va nasos uskunalarining xizmat ko'rsatish qobiliyatiga tegishli. Va yana bir muhim shart - energiyani to'plash va ishlatish momentlarida ishchi suyuqlik (hech bo'lmaganda uning juda katta qismi) agregatsiyaning suyuq holatida bo'lishi va muz yoki bug 'shaklida bo'lmasligi kerak. Ammo ba'zida bunday akkumulyatorlarda qo'shimcha erkin energiya olish mumkin, masalan, yuqori rezervuarni eritma yoki yomg'ir suvi bilan to'ldirishda.

Mexanik energiyani saqlash

Mexanik energiya alohida jismlarning yoki ularning zarralarining o'zaro ta'sirida, harakatida namoyon bo'ladi. U jismning harakat yoki aylanish kinetik energiyasini, elastik jismlarni (prujkalarni) egish, cho'zish, burish, siqish paytidagi deformatsiya energiyasini o'z ichiga oladi.

Giroskopik energiya saqlash

Giroskopik akkumulyatorlarda energiya tez aylanadigan volanning kinetik energiyasi shaklida saqlanadi. Har bir kilogramm volan og'irligi uchun saqlanadigan o'ziga xos energiya bir kilogramm statik og'irlikda saqlanishi mumkin bo'lgan energiyadan ancha katta, hatto uni katta balandlikka ko'taradi va eng so'nggi yuqori texnologiyali ishlanmalar kimyoviy energiya bilan taqqoslanadigan saqlanadigan energiya zichligini va'da qiladi. kimyoviy yoqilg'ining eng samarali turlarining massa birligiga.

Volanning yana bir katta plyusi - bu mexanik uzatishda yoki elektr, pnevmatik yoki gidravlik uzatmalarning "imkoniyati" holatida materiallarning kuchlanish kuchi bilan cheklangan juda katta quvvatni tezda qaytarish yoki olish qobiliyati.

Afsuski, volanlar aylanish tekisligidan tashqari tekisliklarda tebranish va aylanishlarga sezgir, chunki bu o'qni egishga moyil bo'lgan ulkan giroskopik yuklarni yaratadi. Bundan tashqari, volan tomonidan to'plangan energiyani saqlash muddati nisbatan qisqa va an'anaviy dizaynlar uchun odatda bir necha soniyadan bir necha soatgacha o'zgarib turadi. Bundan tashqari, ishqalanish tufayli energiya yo'qotishlari juda sezilarli bo'ladi ... Biroq, zamonaviy texnologiyalar saqlash vaqtini keskin oshirishga imkon beradi - bir necha oygacha.

Va nihoyat, yana bir noxush lahza - volan tomonidan saqlanadigan energiya uning aylanish tezligiga bevosita bog'liq, shuning uchun energiya to'plangan yoki chiqarilganda aylanish tezligi doimo o'zgarib turadi. Shu bilan birga, yuk juda tez-tez barqaror aylanish tezligini talab qiladi, daqiqada bir necha ming aylanishdan oshmaydi. Shu sababli, volanga va volandan quvvatni uzatish uchun sof mexanik tizimlar ishlab chiqarish uchun juda murakkab bo'lishi mumkin. Ba'zan vaziyat volan bilan bir xil milda joylashgan yoki unga qattiq vites qutisi orqali ulangan motor-generator yordamida elektromexanik uzatish orqali soddalashtirilishi mumkin. Ammo keyin simlar va o'rashlarni isitish uchun energiya yo'qotishlari muqarrar, bu yaxshi variatorlarda ishqalanish va sirpanish yo'qotishlaridan ancha yuqori bo'lishi mumkin.

Ayniqsa, istiqbolli po'lat lenta, sim yoki yuqori quvvatli sintetik tolalardan iborat bo'lgan super volanlar deb ataladi. O'rash zich bo'lishi mumkin yoki u maxsus bo'sh joyga ega bo'lishi mumkin. Ikkinchi holda, volan bo'shashganda, lenta bobinlari uning markazidan aylanish periferiyasiga o'tadi, bu esa volanning inersiya momentini o'zgartiradi va agar lenta bahor bo'lsa, energiyaning bir qismini energiyada saqlaydi. prujinaning elastik deformatsiyasi. Natijada, bunday volanlarda aylanish tezligi to'plangan energiya bilan to'g'ridan-to'g'ri bog'liq emas va eng oddiy bir bo'lakli tuzilmalarga qaraganda ancha barqaror bo'lib, ularning energiya sarfi sezilarli darajada yuqori.

Kattaroq energiya zichligiga qo'shimcha ravishda, ular turli xil baxtsiz hodisalar yuz berganda xavfsizroqdir, chunki energiya va halokat kuchi bo'yicha o'q o'qlari bilan taqqoslanadigan katta monolit volanning bo'laklaridan farqli o'laroq, prujinaning bo'laklari kamroq "zararli kuchga" ega va odatda juda kuchli. korpusning devorlariga ishqalanish tufayli portlash volanini samarali ravishda sekinlashtiradi. Xuddi shu sababga ko'ra, moddiy quvvatni qayta taqsimlashga yaqin rejimlarda ishlashga mo'ljallangan zamonaviy qattiq volanlar ko'pincha monolit emas, balki bog'lovchi bilan singdirilgan kabellar yoki tolalardan to'qilgan.

Vakuumli aylanish kamerasi va Kevlar tolasidan yasalgan superflywheelning magnit suspenziyasiga ega zamonaviy dizaynlar 5 MJ / kg dan ortiq energiya zichligini ta'minlaydi va ular kinetik energiyani haftalar va oylar davomida saqlashi mumkin. Optimistik hisob-kitoblarga ko'ra, o'rash uchun og'ir yukli "superkarbonli" toladan foydalanish aylanish tezligini va saqlanadigan energiyaning solishtirma zichligini bir necha baravar oshiradi - 2-3 GJ / kg gacha (ular bir marta aylanishni va'da qilmoqdalar. 100-150 kg og'irlikdagi bunday volan bir million kilometr yoki undan ko'proq masofani bosib o'tish uchun etarli bo'ladi, ya'ni avtomobilning deyarli butun umri uchun!). Biroq, bu tolaning narxi ham oltin narxidan bir necha baravar qimmat, shuning uchun hatto arab shayxlari ham haligacha bunday mashinalarni sotib olishga qodir emaslar ... Mahvodlar haqida batafsil ma'lumotni Nurbey Guliyaning kitobida topishingiz mumkin.

Girezonans energiyani saqlash

Ushbu drayvlar bir xil volandir, lekin elastik materialdan (masalan, kauchuk) qilingan. Natijada, u tubdan yangi xususiyatlarga ega. Tezlik oshgani sayin, bunday volanda "o'sish" - "barg barglari" shakllana boshlaydi - avval u ellipsga, so'ngra uch, to'rt yoki undan ortiq "barglari" bo'lgan "gul" ga aylanadi ... Bundan tashqari, shakllangandan keyin "barg barglari" boshlanadi, volanning aylanish tezligi deyarli o'zgarmaydi va energiya ushbu "barglar" ni tashkil etuvchi volan materialining elastik deformatsiyasining rezonans to'lqinida saqlanadi.

1970-yillarning oxiri va 1980-yillarning boshlarida N.Z.Garmash Donetskda bunday qurilishlar bilan shug'ullangan. Uning natijalari hayratlanarli - uning hisob-kitoblariga ko'ra, volanning ishlash tezligi atigi 7-8 ming aylanish tezligi bilan, saqlangan energiya avtomobil uchun bir xil o'lchamdagi oddiy volan bilan 30 km ga nisbatan 1500 km yurish uchun etarli edi. Afsuski, ushbu turdagi disklar haqida so'nggi ma'lumotlar noma'lum.

Elastik kuchlar yordamida mexanik akkumulyatorlar

Ushbu toifadagi qurilmalar saqlangan energiyaning juda katta o'ziga xos imkoniyatlariga ega. Agar kichik o'lchamlarni (bir necha santimetr) kuzatish zarur bo'lsa, uning energiya zichligi mexanik saqlash qurilmalari orasida eng yuqori hisoblanadi. Agar vazn va o'lchamlarga qo'yiladigan talablar unchalik qat'iy bo'lmasa, u holda katta o'ta yuqori tezlikda ishlaydigan volanlar energiya iste'moli bo'yicha undan oshib ketadi, ammo ular tashqi omillarga nisbatan ancha sezgir va energiyani saqlash muddati ancha past.

Bahor mexanik akkumulyatorlari

Bahorning siqilishi va uzaytirilishi vaqt birligida juda katta oqim va energiya ta'minotini ta'minlashi mumkin - ehtimol barcha turdagi energiya saqlash qurilmalari orasida eng yuqori mexanik quvvat. Volanlarda bo'lgani kabi, u faqat materiallarning valentlik kuchi bilan chegaralanadi, lekin buloqlar odatda ishchi translatsiya harakatini to'g'ridan-to'g'ri amalga oshiradi va volanlarda juda murakkab uzatmasiz amalga oshirib bo'lmaydi (mexanik buloqlar ham, gaz ballonlari ham tasodifiy emas. pnevmatik qurollarda qo'llaniladi, ular asosan oldindan zaryadlangan pnevmatik buloqlardir; o'qotar qurollar paydo bo'lishidan oldin, bahor qurollari ham masofada jang qilish uchun ishlatilgan - kamon va arbaletlar, ular slingni kinetik energiya to'planishi bilan to'liq almashtirgan. yangi davrdan ancha oldin professional qo'shinlar).

Siqilgan buloqda to'plangan energiyani saqlash muddati ko'p yillar bo'lishi mumkin. Ammo shuni yodda tutish kerakki, doimiy deformatsiyalar ta'sirida har qanday material vaqt o'tishi bilan charchoqni to'playdi va prujina metallining kristall panjarasi asta-sekin o'zgaradi va ichki stresslar qanchalik katta bo'lsa va atrof-muhit harorati qanchalik baland bo'lsa, shunchalik tezroq va ko'proq darajada bu sodir bo'ladi. Shuning uchun, bir necha o'n yillar o'tgach, siqilgan buloq tashqi tomondan o'zgarmasdan to'liq yoki qisman "bo'shatilgan" bo'lishi mumkin. Biroq, yuqori sifatli po'latdan yasalgan buloqlar, agar ular haddan tashqari issiqlik yoki hipotermiyaga duchor bo'lmasa, ko'rinadigan quvvatni yo'qotmasdan asrlar davomida ishlashga qodir. Misol uchun, bitta to'liq zavoddan eski mexanik devor soati hali ham ikki hafta ishlaydi - xuddi yarim asrdan ko'proq vaqt oldin yaratilgani kabi.

Agar bahorni asta-sekin bir tekisda "zaryad qilish" va "bo'shatish" zarur bo'lsa, buni ta'minlaydigan mexanizm juda murakkab va injiq bo'lishi mumkin (bir xil mexanik soatga qarang - aslida ko'plab viteslar va boshqa qismlar bu maqsadga xizmat qiladi. ). Elektromexanik uzatish vaziyatni soddalashtirishi mumkin, lekin odatda bunday qurilmaning bir lahzali kuchiga sezilarli cheklovlar qo'yadi va kam quvvatlar (bir necha yuz vatt yoki undan kam) bilan ishlaganda uning samaradorligi juda past. Alohida vazifa minimal hajmda maksimal energiyani to'plashdir, chunki bu holda ishlatiladigan materiallarning kuchlanish kuchiga yaqin bo'lgan mexanik stresslar paydo bo'ladi, bu ayniqsa ehtiyotkorlik bilan hisob-kitoblarni va benuqson mahoratni talab qiladi.

Bu erda buloqlar haqida gapirganda, nafaqat metallni, balki boshqa elastik qattiq elementlarni ham yodda tutish kerak. Ular orasida eng keng tarqalgani kauchuk bantlardir. Aytgancha, massa birligiga to'plangan energiya nuqtai nazaridan, kauchuk po'latdan o'n baravar ko'pdir, lekin u ham xuddi shunday kamroq xizmat qiladi va po'latdan farqli o'laroq, bir necha yildan keyin faol foydalanmasdan va ideal tashqi sharoitda ham o'z xususiyatlarini yo'qotadi. sharoitlar - materialning nisbatan tez kimyoviy qarishi va degradatsiyasi tufayli.

Gazni mexanik saqlash

Ushbu sinfdagi qurilmalarda energiya siqilgan gazning elastikligi tufayli saqlanadi. Ortiqcha energiya bilan kompressor gazni silindrga pompalaydi. To'plangan energiyadan foydalanish zarur bo'lganda, siqilgan gaz to'g'ridan-to'g'ri zarur mexanik ishlarni bajaradigan yoki elektr generatorini aylantiradigan turbinaga beriladi. Turbina o'rniga siz past quvvatda samaraliroq bo'lgan pistonli dvigateldan foydalanishingiz mumkin (aytmoqchi, reversiv pistonli dvigatel-kompressorlar ham mavjud).

Deyarli har bir zamonaviy sanoat kompressorlari shunga o'xshash akkumulyator - qabul qiluvchi bilan jihozlangan. To'g'ri, u erda bosim kamdan-kam hollarda 10 atmdan oshadi va shuning uchun bunday qabul qilgichdagi energiya zaxirasi unchalik katta emas, lekin hatto bu odatda o'rnatish manbasini bir necha bor oshirish va energiyani tejash imkonini beradi.

O'nlab va yuzlab atmosfera bosimigacha siqilgan gaz deyarli cheksiz vaqt davomida (oylar, yillar va qabul qiluvchi va klapanlarning yuqori sifati bilan - o'nlab yillar) saqlanadigan energiyaning etarlicha yuqori o'ziga xos zichligini ta'minlashi mumkin. siqilgan gazli patronlardan foydalangan holda pnevmatik qurollar juda keng tarqalganligining sababi). Biroq, o'rnatishga kiritilgan turbinali yoki pistonli dvigatelli kompressor juda murakkab, injiq qurilmalar va juda cheklangan manbaga ega.

Energiya zahiralarini yaratishning istiqbolli texnologiyasi mavjud energiyadan foydalangan holda havoni siqish, ikkinchisiga bevosita ehtiyoj bo'lmagan vaqtda. Siqilgan havo sovutiladi va 60-70 atmosfera bosimida saqlanadi. Agar to'plangan energiyadan foydalanish zarur bo'lsa, havo akkumulyatordan chiqariladi, isitiladi, so'ngra maxsus gaz turbinasiga kiradi, bu erda siqilgan va isitiladigan havo energiyasi turbina pog'onalarini aylantiradi, uning mili elektr regulyatoriga ulanadi. energiya tizimiga elektr energiyasini ishlab chiqaradigan generator.

Siqilgan havoni saqlash uchun, masalan, tuzli jinslarda mos konlardan yoki maxsus yaratilgan er osti tanklaridan foydalanish tavsiya etiladi. Kontseptsiya yangi emas, er osti g'orida siqilgan havoni saqlash 1948 yilda patentlangan va 290 MVt quvvatga ega birinchi siqilgan havo energiyasini saqlash (CAES) zavodi 1978 yildan beri Germaniyaning Huntorf elektr stantsiyasida ishlamoqda. . Havoni siqish bosqichida issiqlik shaklida katta miqdorda energiya yo'qoladi. Ushbu yo'qolgan energiya gaz turbinasidagi kengayish bosqichidan oldin siqilgan havo bilan qoplanishi kerak va buning uchun havo harorati ko'tariladigan uglevodorod yoqilg'isi ishlatiladi. Bu shuni anglatadiki, o'rnatishlar 100% samarali emas.

CAES samaradorligini oshirishning istiqbolli yo'nalishi mavjud. Bu havo siqish va sovutish bosqichida kompressorning ishlashi paytida chiqarilgan issiqlikni saqlab qolish va saqlashdan iborat bo'lib, keyinchalik sovuq havoni teskari isitish (rekuperatsiya deb ataladigan) paytida uni qayta ishlatishdan iborat. Biroq, CAES ning ushbu versiyasi, ayniqsa, uzoq muddatli issiqlik saqlash tizimini yaratish yo'nalishida sezilarli texnik qiyinchiliklarga ega. Agar bu muammolar hal etilsa, AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) keng ko'lamli energiya saqlash tizimlariga yo'l ochishi mumkin, bu muammo butun dunyo bo'ylab tadqiqotchilar tomonidan ko'tarilgan.

Kanadaning Hydrostor startapi aʼzolari yana bir noodatiy yechimni — energiyani suv ostidagi pufakchalarga quyishni taklif qilishdi.

Issiqlik energiyasini saqlash

Bizning iqlim sharoitimizda iste'mol qilinadigan energiyaning juda muhim (ko'pincha asosiy) qismi isitish uchun sarflanadi. Shuning uchun issiqlikni to'g'ridan-to'g'ri omborda to'plash va keyin uni qaytarib olish juda qulay bo'ladi. Afsuski, aksariyat hollarda saqlanadigan energiya zichligi juda past va uni saqlash vaqti juda cheklangan.

Qattiq yoki sarflanadigan issiqlik saqlovchi materialga ega termal akkumulyatorlar mavjud; suyuqlik; bug '; termokimyoviy; elektr isitish elementi bilan. Issiqlik akkumulyatorlari qattiq yonilg'i qozoni, quyosh tizimi yoki estrodiol tizimga ega tizimga ulanishi mumkin.

Issiqlik quvvati tufayli energiyani saqlash

Ushbu turdagi akkumulyatorlarda ish suyuqlik vazifasini bajaradigan moddaning issiqlik sig'imi tufayli issiqlik to'planadi. Issiqlik akkumulyatorining klassik namunasi - rus pechkasi. U kuniga bir marta isitiladi, keyin esa kunduzi uyni isitadi. Hozirgi vaqtda issiqlik akkumulyatori ko'pincha yuqori issiqlik izolyatsiyasi xususiyatlariga ega bo'lgan material bilan qoplangan issiq suvni saqlash uchun idishlarni anglatadi.

Bundan tashqari, qattiq issiqlik tashuvchilarga asoslangan issiqlik akkumulyatorlari mavjud, masalan, keramik g'ishtlarda.

Turli moddalar har xil issiqlik sig'imiga ega. Ko'pchilik uchun u 0,1 dan 2 kJ / (kg K) oralig'ida. Suv anomal darajada yuqori issiqlik sig'imiga ega - uning suyuq fazadagi issiqlik sig'imi taxminan 4,2 kJ/(kg K) ni tashkil qiladi. Faqat juda ekzotik lityum yuqori issiqlik quvvatiga ega - 4,4 kJ / (kg · K).

Shu bilan birga, o'ziga xos issiqlik sig'imi (massa bo'yicha) bilan bir qatorda, hajmli issiqlik sig'imi ham hisobga olinishi kerak, bu bir xil hajmdagi turli xil moddalarning haroratini bir xil miqdorda o'zgartirish uchun qancha issiqlik kerakligini aniqlash imkonini beradi. . U odatdagi o'ziga xos (massa) issiqlik sig'imidan mos keladigan moddaning o'ziga xos zichligiga ko'paytirish orqali hisoblanadi. Issiqlik akkumulyatorining hajmi uning og'irligidan muhimroq bo'lsa, volumetrik issiqlik sig'imi boshqarilishi kerak.

Misol uchun, po'latning o'ziga xos issiqlik quvvati atigi 0,46 kJ / (kg K), lekin zichligi 7800 kg / m3, va, aytaylik, polipropilen uchun - 1,9 kJ / (kg K) - 4 baravardan ortiq, lekin. uning zichligi atigi 900 kg/m3. Shu sababli, xuddi shunday hajmda po'lat polipropilenga qaraganda 2,1 baravar ko'proq issiqlikni saqlashi mumkin bo'ladi, garchi u deyarli 9 baravar og'irroq bo'ladi. Biroq, suvning anomal darajada yuqori issiqlik sig'imi tufayli hech qanday material hajmiy issiqlik sig'imi bo'yicha undan oshib keta olmaydi. Shu bilan birga, temir va uning qotishmalarining (po'lat, quyma temir) hajmli issiqlik sig'imi suvdan 20% dan kam farq qiladi - bir kubometrda ular haroratning har bir o'zgarishi darajasi uchun 3,5 MJ dan ortiq issiqlikni saqlashi mumkin, hajmli issiqlik sig'imi misning miqdori biroz kamroq - 3,48 MJ /(kub. m K). Oddiy sharoitlarda havoning issiqlik sig'imi taxminan 1 kJ / kg yoki 1,3 kJ / m3 ni tashkil qiladi, shuning uchun bir kubometr havoni 1 ° ga qizdirish uchun 1/3 litrdan bir oz kamroq sovutish kifoya qiladi. suv bir xil darajada (tabiiy, havodan issiqroq).

Qurilmaning soddaligi tufayli (qattiq jismning ko'chmas qattiq bo'lagidan yoki suyuq sovutish suvi bo'lgan yopiq rezervuardan nima oddiyroq bo'lishi mumkin?), Bunday energiya saqlash qurilmalari deyarli cheksiz miqdordagi energiyani saqlash-qaytish davrlariga ega va juda uzoq. xizmat muddati - suyuq issiqlik tashuvchilar uchun suyuqlik quriguncha yoki rezervuar korroziya yoki boshqa sabablarga ko'ra shikastlanmaguncha, qattiq holat uchun bunday cheklovlar yo'q. Ammo saqlash muddati juda cheklangan va, qoida tariqasida, bir necha soatdan bir necha kungacha o'zgarib turadi - uzoqroq vaqt davomida oddiy issiqlik izolyatsiyasi endi issiqlikni saqlay olmaydi va saqlangan energiyaning o'ziga xos zichligi past bo'ladi.

Va nihoyat, yana bir holatni ta'kidlash kerak - samarali ishlash uchun nafaqat issiqlik quvvati, balki issiqlik akkumulyatori moddasining issiqlik o'tkazuvchanligi ham muhimdir. Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bilan, hatto tashqi sharoitlarning juda tez o'zgarishiga qaramay, issiqlik akkumulyatori butun massasi bilan va shuning uchun barcha saqlangan energiya bilan, ya'ni iloji boricha samarali javob beradi.

Issiqlik o'tkazuvchanligi past bo'lsa, issiqlik akkumulyatorining faqat sirt qismi reaksiyaga kirishishi uchun vaqtga ega bo'ladi va tashqi sharoitdagi qisqa muddatli o'zgarishlar shunchaki chuqur qatlamlarga etib borishga vaqt topa olmaydi va bunday moddalarning muhim qismi. issiqlik akkumulyatori aslida ishdan chiqariladi.

Yuqorida muhokama qilingan misolda aytib o'tilgan polipropilen po'latdan deyarli 200 baravar kam issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va shuning uchun juda katta o'ziga xos issiqlik quvvatiga qaramay, u samarali issiqlik akkumulyatori bo'la olmaydi. Biroq, texnik jihatdan muammo issiqlik akkumulyatori ichidagi sovutish suvi aylanishi uchun maxsus kanallarni tashkil qilish orqali osonlikcha hal qilinadi, ammo bunday yechim dizaynni sezilarli darajada murakkablashtirishi, uning ishonchliligi va energiya sarfini kamaytirishi va davriy texnik xizmat ko'rsatishni talab qilishi aniq. , materiyaning monolit qismi uchun kerak bo'lishi dargumon.

Qanday g'alati tuyulmasin, ba'zida issiqlikni emas, balki sovuqni to'plash va saqlash kerak. AQShdagi kompaniyalar o'n yildan ortiq vaqt davomida konditsionerlarga o'rnatish uchun muzga asoslangan "akkumulyatorlar" ni taklif qilmoqdalar. Kechasi elektr quvvati moʻl boʻlib, arzonlashtirilgan narxlarda sotilsa, konditsioner suvni muzlatib qoʻyadi, yaʼni muzlatgich rejimiga oʻtadi. Kunduzi fan sifatida ishlagan holda bir necha barobar kamroq energiya sarflaydi. Bu vaqt uchun energiya talab qiladigan kompressor o'chirilgan. .

Moddaning fazaviy holati o'zgarishida energiya to'planishi

Agar siz turli xil moddalarning issiqlik parametrlariga diqqat bilan qarasangiz, agregatsiya holati o'zgarganda (erish-qattiqlashish, bug'lanish-kondensatsiya) energiyaning sezilarli darajada yutilishi yoki chiqishi sodir bo'lishini ko'rishingiz mumkin. Aksariyat moddalar uchun bunday o'zgarishlarning issiqlik energiyasi bir xil miqdordagi bir xil moddaning haroratini uning yig'ilish holati o'zgarmaydigan harorat oralig'ida o'nlab yoki hatto yuzlab darajaga o'zgartirish uchun etarli. Ammo, siz bilganingizdek, moddaning butun hajmini agregatsiya holati bir xil bo'lmaguncha, uning harorati deyarli doimiy bo'ladi! Shuning uchun, yig'ilish holatini o'zgartirish orqali energiya to'plash juda jozibali bo'lar edi - bu erda juda ko'p energiya to'planadi va harorat ozgina o'zgaradi, natijada yuqori haroratgacha isitish bilan bog'liq muammolarni hal qilish kerak bo'lmaydi. haroratlar va shu bilan birga, bunday issiqlik akkumulyatorining yaxshi quvvatini olish mumkin.

Erish va kristallanish

Afsuski, hozirgi vaqtda erish nuqtasi eng tegishli diapazonda - taxminan +20 ° C dan + 50 ° S gacha (maksimal) bo'lishi mumkin bo'lgan yuqori fazali o'tish energiyasiga ega bo'lgan arzon, xavfsiz va parchalanishga chidamli moddalar deyarli yo'q. +70°S - bu hali ham nisbatan xavfsiz va oson erishiladigan harorat). Qoida tariqasida, murakkab organik birikmalar bu harorat oralig'ida eriydi, ular hech qanday holatda sog'liq uchun foydali emas va ko'pincha havoda tez oksidlanadi.

Ehtimol, eng mos moddalar kerosinlar bo'lib, ularning ko'pchiligining erish nuqtasi xilma-xilligiga qarab, 40..65 ° C oralig'ida joylashgan (garchi erish nuqtasi 27 ° C yoki "suyuq" parafinlar ham mavjud bo'lsa ham) kamroq, shuningdek kerosinlarga tegishli tabiiy ozokerit, erish nuqtasi 58..100 ° S oralig'ida). Parafinlar ham, ozokerit ham xavfsizdir va ular tibbiy maqsadlarda tanadagi og'riqli joylarni to'g'ridan-to'g'ri isitish uchun ishlatiladi.

Biroq, yaxshi issiqlik sig'imi bilan ularning issiqlik o'tkazuvchanligi juda kichik - shunchalik kichikki, kerosin yoki ozokerit tanaga surtilgan, 50-60 ° C gacha qizdirilganda, faqat yoqimli issiq bo'ladi, lekin qizdirilgan suvda bo'lgani kabi kuymaydi. bir xil harorat, - tibbiyot uchun bu yaxshi, lekin issiqlik akkumulyatori uchun bu mutlaq minus. Bundan tashqari, bu moddalar unchalik arzon emas, masalan, ozokeritning ulgurji narxi 2009 yil sentyabr oyida kilogramm uchun taxminan 200 rublni tashkil etdi va bir kilogramm kerosin narxi 25 rubldan (texnik) 50 va undan ortiq (yuqori darajada tozalangan oziq-ovqat, ya'ni. oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlashda foydalanish uchun mos). Bu bir necha tonna partiyalar uchun ulgurji narxlar, chakana narxlar kamida bir yarim baravar qimmatroq.

Natijada, kerosinli issiqlik akkumulyatorining iqtisodiy samaradorligi katta savolga aylanadi, chunki bir yoki ikki kilogramm kerosin yoki ozokerit faqat singan belni bir necha o'n daqiqa davomida tibbiy isitish uchun mos keladi va kamida bir kun davomida ko'proq yoki kamroq keng xonadonning barqaror haroratini ta'minlang, kerosinli issiqlik akkumulyatorining massasi tonnada o'lchanishi kerak, shunda uning narxi darhol avtomobil narxiga yaqinlashadi (pastroq narx segmentida bo'lsa ham)!

Ha, va fazaviy o'tish harorati, ideal holda, hali ham qulay diapazonga (20..25 ° C) to'liq mos kelishi kerak - aks holda siz hali ham issiqlik almashinuvini boshqarish tizimini tashkil qilishingiz kerak. Shunga qaramay, yuqori darajada tozalangan parafinlarga xos bo'lgan 50..54 ° C mintaqadagi erish harorati, fazaviy o'tishning yuqori issiqligi (200 kJ / kg dan bir oz ko'proq) bilan birgalikda issiqlik akkumulyatori uchun juda mos keladi. issiq suv ta'minoti va suvni isitish bilan ta'minlash, yagona muammo - past issiqlik o'tkazuvchanligi va kerosinning yuqori narxi.

Ammo fors-major holatlarida kerosinning o'zi yaxshi kaloriya qiymatiga ega yoqilg'i sifatida ishlatilishi mumkin (garchi buni qilish unchalik oson bo'lmasa ham - benzin yoki kerosindan farqli o'laroq, suyuq va undan ham qattiq kerosin havoda yonmaydi, tayoqcha. yoki boshqa qurilma yonish zonasiga kerosinning o'zini emas, balki faqat bug'larini etkazib berish uchun talab qilinadi)!

Erish va kristallanish ta'siriga asoslangan issiqlik energiyasini saqlash qurilmasiga misol sifatida Avstraliyaning Latent Heat Storage kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan TESS kremniy asosidagi issiqlik energiyasini saqlash tizimini keltirish mumkin.

Bug'lanish va kondensatsiya

Bug'lanish-kondensatsiya issiqligi, qoida tariqasida, erish-kristallanish issiqligidan bir necha baravar yuqori. Va to'g'ri harorat oralig'ida bug'lanadigan moddalar unchalik kam emasga o'xshaydi. Ochig'ini aytganda, zaharli uglerod disulfidi, aseton, etil efir va boshqalardan tashqari, etil spirti ham mavjud (uning nisbiy xavfsizligi har kuni butun dunyo bo'ylab millionlab alkogolizmning shaxsiy misolida isbotlangan!). Oddiy sharoitda spirt 78°C da qaynaydi va uning bugʻlanish issiqligi suvning (muzning) erish issiqligidan 2,5 marta koʻp boʻlib, xuddi shu miqdordagi suyuq suvni 200° ga qizdirishga teng.

Biroq, erishdan farqli o'laroq, moddaning hajmidagi o'zgarishlar kamdan-kam hollarda bir necha foizdan oshsa, bug'lanish paytida bug' unga berilgan butun hajmni egallaydi. Va agar bu hajm cheksiz bo'lsa, unda bug 'bug'lanadi va o'zi bilan barcha to'plangan energiyani qaytarib bo'lmaydi. Yopiq hajmda bosim darhol ko'tarila boshlaydi, bu oddiy bosimli pishirgichda bo'lgani kabi, ishchi suyuqlikning yangi qismlari bug'lanishiga to'sqinlik qiladi, shuning uchun ishchi moddaning faqat kichik bir qismi holat o'zgarishini boshdan kechiradi. agregatsiya, qolgan qismi esa suyuq fazada bo'lgan holda qizishda davom etadi. Bu erda ixtirochilar uchun katta faoliyat sohasi ochiladi - germetik o'zgaruvchan ish hajmi bilan bug'lanish va kondensatsiyaga asoslangan samarali issiqlik akkumulyatorini yaratish.

Ikkinchi turdagi fazali o'tishlar

Agregat holatining o'zgarishi bilan bog'liq bo'lgan fazali o'tishlarga qo'shimcha ravishda, ba'zi moddalar bir agregatsiya holatida bir nechta turli xil faza holatlariga ega bo'lishi mumkin. Bunday faza holatlarining o'zgarishi, qoida tariqasida, energiyaning sezilarli darajada ajralib chiqishi yoki so'rilishi bilan birga keladi, garchi odatda moddaning agregatsiya holatining o'zgarishiga qaraganda kamroq ahamiyatga ega. Bundan tashqari, ko'p hollarda, bunday o'zgarishlar bilan, agregatsiya holatining o'zgarishidan farqli o'laroq, harorat histerizisi mavjud - to'g'ridan-to'g'ri va teskari fazali o'tishlarning haroratlari sezilarli darajada farq qilishi mumkin, ba'zan o'nlab yoki hatto yuzlab darajalar.

Elektr energiyasini saqlash

Elektr energiyasi bugungi kunda dunyodagi eng qulay va ko'p qirrali energiya turidir. Elektr energiyasini saqlash qurilmalari eng tez rivojlanayotgani ajablanarli emas. Afsuski, aksariyat hollarda arzon qurilmalarning o'ziga xos quvvati kichik va yuqori o'ziga xos quvvatga ega qurilmalar ommaviy foydalanish uchun katta hajmdagi energiyani saqlash uchun hali ham juda qimmat va juda qisqa muddatli.

Kondensatorlar

Eng massiv "elektr" energiya saqlash qurilmalari an'anaviy radio kondansatkichlardir. Ular energiya to'plash va chiqarishning katta tezligiga ega - qoida tariqasida, soniyada bir necha mingdan ko'p milliardlab to'liq aylanishlarga ega va shu tarzda ko'p yillar, hatto o'nlab yillar davomida keng harorat oralig'ida ishlashga qodir. Bir nechta kondansatörlarni parallel ravishda birlashtirib, ularning umumiy sig'imini istalgan qiymatga osongina oshirishingiz mumkin.

Kondensatorlarni ikkita katta sinfga bo'lish mumkin - qutbsiz (odatda "quruq", ya'ni suyuq elektrolitni o'z ichiga olmaydi) va qutbli (odatda elektrolitik). Suyuq elektrolitdan foydalanish sezilarli darajada yuqori o'ziga xos sig'imni ta'minlaydi, lekin ulanishda deyarli har doim polaritni hurmat qilishni talab qiladi. Bundan tashqari, elektrolitik kondansatkichlar ko'pincha tashqi sharoitlarga, birinchi navbatda, haroratga nisbatan sezgir bo'lib, xizmat qilish muddatini qisqartiradi (vaqt o'tishi bilan elektrolitlar bug'lanadi va quriydi).

Biroq, kondansatkichlarning ikkita asosiy kamchiliklari bor. Birinchidan, bu saqlangan energiyaning juda past o'ziga xos zichligi va shuning uchun kichik (boshqa turdagi saqlash qurilmalariga nisbatan) sig'imi. Ikkinchidan, bu qisqa saqlash vaqti bo'lib, odatda daqiqalar va soniyalarda hisoblab chiqiladi va kamdan-kam hollarda bir necha soatdan oshadi, ba'zi hollarda esa soniyaning kichik qismlari. Natijada, kondensatorlarning ko'lami turli xil elektron kontaktlarning zanglashiga olib, elektr elektrotexnika sohasida oqimni to'g'rilash, to'g'rilash va filtrlash uchun etarli bo'lgan qisqa muddatli to'plash bilan cheklangan - ular hali ham ko'proq narsa uchun etarli emas.

Ionistorlar

Ba'zan "superkondensatorlar" deb ataladigan kondansatkichlarni elektrolitik kondansatkichlar va elektrokimyoviy batareyalar o'rtasidagi oraliq aloqa sifatida ko'rish mumkin. Birinchisidan ular deyarli cheksiz miqdordagi zaryadlash-razryad aylanish davrlarini, ikkinchisidan esa nisbatan past zaryadlash va zaryadsizlanish oqimlarini meros qilib oldilar (to'liq zaryadlash-razryad aylanishi bir soniya yoki hatto ancha uzoq davom etishi mumkin). Ularning quvvati ham eng sig'imli kondansatörler va kichik batareyalar oralig'ida - odatda energiya zaxirasi bir necha yuzdan bir necha yuz joulgacha.

Bundan tashqari, ionistorlarning haroratga nisbatan yuqori sezuvchanligini va zaryadning cheklangan saqlash muddatini ta'kidlash kerak - maksimal bir necha soatdan bir necha haftagacha.

Elektrokimyoviy batareyalar

Elektrokimyoviy batareyalar elektrotexnika paydo bo'lishining boshida ixtiro qilingan va endi ularni hamma joyda - mobil telefonlardan tortib samolyot va kemalargacha topish mumkin. Umuman olganda, ular ba'zi kimyoviy reaktsiyalar asosida ishlaydi va shuning uchun ularni bizning maqolamizning keyingi bo'limiga - "Kimyoviy energiyani saqlash" bo'limiga kiritish mumkin. Ammo bu nuqta odatda ta'kidlanmaganligi sababli, lekin batareyalar elektr energiyasini to'plashiga e'tibor qaratiladi, biz ularni bu erda ko'rib chiqamiz.

Qoidaga ko'ra, agar etarli darajada katta energiyani saqlash kerak bo'lsa - bir necha yuz kilojouldan yoki undan ko'p - qo'rg'oshinli akkumulyatorlardan foydalaniladi (misol har qanday mashinadir). Biroq, ular sezilarli o'lchamlarga va eng muhimi, vaznga ega. Agar qurilmaning engil vazni va harakatchanligi talab etilsa, u holda akkumulyatorlarning zamonaviyroq turlari qo'llaniladi - nikel-kadmiy, metall-gidrid, litiy-ion, polimer-ion va boshqalar Ularning o'ziga xos quvvati ancha yuqori, ammo o'ziga xos ulardagi energiyani saqlash narxi ancha yuqori, shuning uchun ulardan foydalanish odatda mobil telefonlar, kameralar va videokameralar, noutbuklar va boshqalar kabi nisbatan kichik va iqtisodiy qurilmalar bilan cheklanadi.

So'nggi paytlarda gibrid avtomobillar va elektromobillarda kuchli litiy-ionli batareyalar qo'llanila boshlandi. Qo'rg'oshin kislotasidan farqli o'laroq, engilroq va yuqori o'ziga xos quvvatga qo'shimcha ravishda, ular nominal quvvatidan deyarli to'liq foydalanishga imkon beradi, ishonchliroq hisoblanadi va uzoqroq xizmat qilish muddatiga ega va ularning energiya samaradorligi to'liq tsiklda 90% dan oshadi. quvvatning oxirgi 20% zaryadlanganda qo'rg'oshin batareyalarining energiya samaradorligi 50% gacha tushishi mumkin.

Foydalanish rejimiga ko'ra, elektrokimyoviy batareyalar (birinchi navbatda kuchli) ikkita katta sinfga bo'linadi - tortish va boshlang'ich deb ataladi. Odatda, starter akkumulyatori tortish akkumulyatori sifatida juda muvaffaqiyatli ishlashi mumkin (asosiysi zaryadsizlanish darajasini nazorat qilish va uni tortish batareyalari uchun maqbul bo'lgan chuqurlikka keltirmaslik), lekin teskari rejimda ishlatilganda juda ko'p yuk oqimi. tortish batareyasini juda tez o'chirib qo'yishi mumkin.

Elektrokimyoviy akkumulyatorlarning kamchiliklari juda cheklangan miqdordagi zaryadlash va tushirish davrlarini o'z ichiga oladi (ko'p hollarda 250 dan 2000 gacha va ishlab chiqaruvchilarning tavsiyalariga amal qilinmasa, juda kam) va hatto faol foydalanish bo'lmasa ham, batareyalarning aksariyat turlari. bir necha yil o'tgach, iste'mol xususiyatlarini yo'qotib, yomonlashadi. .

Shu bilan birga, ko'plab turdagi akkumulyatorlarning xizmat qilish muddati ular ishlagan paytdan boshlab emas, balki ishlab chiqarilgan paytdan boshlab o'tadi. Bundan tashqari, elektrokimyoviy batareyalar haroratga sezgirligi, uzoq zaryadlash vaqti, ba'zan zaryadsizlanish vaqtidan o'nlab marta ko'proq vaqt va foydalanish metodologiyasiga rioya qilish zarurati (qo'rg'oshin batareyalari uchun chuqur zaryadsizlanishni oldini olish va aksincha, to'liq zaryadlashni kuzatish) bilan tavsiflanadi. -metall gidrid va boshqa ko'plab turdagi akkumulyatorlarni tushirish davri). Zaryadni saqlash muddati ham juda cheklangan - odatda bir haftadan bir yilgacha. Eski batareyalar bilan nafaqat sig'im kamayadi, balki saqlash muddati ham kamayadi va ikkalasi ham ko'p marta qisqartirilishi mumkin.

Elektr batareyalarining yangi turlarini yaratish va mavjud qurilmalarni yaxshilash bo'yicha ishlanmalar to'xtamaydi.

Kimyoviy energiyani saqlash

Kimyoviy energiya - moddalar atomlarida "to'plangan" energiya bo'lib, u moddalar orasidagi kimyoviy reaktsiyalar paytida ajralib chiqadi yoki so'riladi. Kimyoviy energiya ekzotermik reaktsiyalar paytida (masalan, yoqilg'i yonishi) issiqlik shaklida chiqariladi yoki galvanik elementlar va batareyalarda elektr energiyasiga aylanadi. Ushbu energiya manbalari yuqori samaradorlik (98% gacha), lekin kam quvvat bilan tavsiflanadi.

Kimyoviy energiya saqlash qurilmalari energiyani saqlangan shaklda ham, boshqa har qanday shaklda ham olish imkonini beradi. "Yoqilg'i" va "yoqilg'i bo'lmagan" navlari mavjud. Qulay haroratli termokimyoviy akkumulyatorlardan (biz ular haqida biroz keyinroq gaplashamiz) farqli o'laroq, energiyani juda issiq joyga qo'yish orqali to'plash mumkin bo'lsa, bu erda maxsus texnologiyalar va yuqori texnologiyali uskunalarsiz, ba'zan juda og'ir ish bo'lmaydi. Xususan, past haroratli termokimyoviy reaksiyalarda reaksiyaga kirishuvchi moddalar aralashmasi odatda ajratilmaydi va doimo bir idishda bo‘lsa, yuqori haroratli reaksiyalar uchun reaktivlar bir-biridan alohida saqlanadi va faqat energiya bo‘lgandagina birlashtiriladi. kerak.

Yoqilg'i yoqilg'isi bilan energiya to'planishi

Energiyani saqlash bosqichida kimyoviy reaksiya sodir bo'ladi, buning natijasida yoqilg'i kamayadi, masalan, vodorod suvdan chiqariladi - to'g'ridan-to'g'ri elektroliz, elektrokimyoviy hujayralarda katalizator yordamida yoki termal parchalanish, masalan, elektr yoyi yoki yuqori konsentrlangan quyosh nuri. "Bo'shatilgan" oksidlovchini alohida yig'ish mumkin (kislorod uchun bu yopiq izolyatsiyalangan ob'ektda - suv ostida yoki kosmosda kerak) yoki keraksiz deb "tashlab yuborilishi" mumkin, chunki yoqilg'idan foydalanish paytida bu oksidlovchi etarli bo'ladi. atrof-muhit va uni tashkiliy saqlash uchun joy va mablag'larni isrof qilishning hojati yo'q.

Energiyani olish bosqichida ishlab chiqarilgan yoqilg'i, bu yoqilg'i qanday olinganidan qat'i nazar, to'g'ridan-to'g'ri kerakli shaklda energiya chiqishi bilan oksidlanadi. Masalan, vodorod darhol issiqlikni (yondirgichda yondirilganda), mexanik energiyani (ichki yonuv dvigateliga yoki turbinaga yoqilg'i sifatida berilganda) yoki elektr energiyasini (yonilg'i xujayrasida oksidlanganda) berishi mumkin. Qoida tariqasida, bunday oksidlanish reaktsiyalari energiya olish jarayonini boshqarish uchun juda qulay bo'lgan qo'shimcha boshlashni (olovni) talab qiladi.

Bu usul energiya to'plash ("zaryadlash") va undan foydalanish ("zaryadlash") bosqichlarining mustaqilligi, yoqilg'ida saqlanadigan energiyaning yuqori o'ziga xos sig'imi (yonilg'i uchun o'nlab megajoullar) va uzoq muddatli saqlash imkoniyati (idishlar to'g'ri mahkamlanganda - ko'p yillar davomida). ). Biroq, uning keng tarqalishiga texnologiyaning to'liq ishlab chiqilmaganligi va yuqori narxi, bunday yoqilg'i bilan ishlashning barcha bosqichlarida yuqori yong'in va portlash xavfi va natijada texnik xizmat ko'rsatish va foydalanishda yuqori malakali xodimlarga bo'lgan ehtiyoj to'sqinlik qilmoqda. bu tizimlar. Ushbu kamchiliklarga qaramay, butun dunyo bo'ylab vodorodni zaxira energiya manbai sifatida ishlatadigan turli xil qurilmalar ishlab chiqilmoqda.

Termokimyoviy reaktsiyalar orqali energiyani saqlash

Kimyoviy reaktsiyalarning katta guruhi uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lib, ular yopiq idishda qizdirilganda energiyaning yutilishi bilan bir yo'nalishda, sovutilganda esa energiya chiqishi bilan teskari yo'nalishda boradi. Bunday reaktsiyalar ko'pincha termokimyoviy deb ataladi. Bunday reaktsiyalarning energiya samaradorligi, qoida tariqasida, moddaning agregatsiya holati o'zgargandan kamroq, lekin u ham juda sezilarli.

Bunday termokimyoviy reaktsiyalarni reagentlar aralashmasining fazaviy holatining o'ziga xos o'zgarishi deb hisoblash mumkin va bu erda muammolar taxminan bir xil - bu tarzda muvaffaqiyatli harakat qiladigan moddalarning arzon, xavfsiz va samarali aralashmasini topish qiyin. +20 ° C dan + 70 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida. Biroq, shunga o'xshash kompozitsion uzoq vaqtdan beri ma'lum - bu Glauberning tuzi.

Mirabilit (aka Glauber tuzi, aka natriy sulfat Na2SO4 10H2O dekagidrat) elementar kimyoviy reaksiyalar natijasida (masalan, sulfat kislotaga natriy xlorid qoʻshilganda) olinadi yoki mineral sifatida “tayyor shaklda” qazib olinadi.

Issiqlik to'planishi nuqtai nazaridan, mirabilitning eng qiziqarli xususiyati shundaki, harorat 32 ° C dan oshganda, bog'langan suv ajralib chiqa boshlaydi va tashqi tomondan u chiqarilgan suvda eriydigan kristallarning "erishi" kabi ko'rinadi. ulardan. Harorat 32 ° C ga tushganda, erkin suv yana kristalli gidrat tuzilishi bilan bog'lanadi - "kristallanish" sodir bo'ladi. Ammo eng muhimi, bu hidratsiya-degidratatsiya reaktsiyasining issiqligi juda yuqori va 251 kJ / kg ni tashkil qiladi, bu muzning erishi issiqligidan uchdan bir kam bo'lsa-da, kerosinlarning "halol" erishi-kristallanish issiqligidan sezilarli darajada yuqoridir. (suv).

Shunday qilib, mirabilitning to'yingan eritmasiga asoslangan issiqlik akkumulyatori (faqat 32 ° C dan yuqori haroratlarda to'yingan) energiyani to'plash yoki qaytarishning uzoq resursi bilan 32 ° C haroratni samarali ushlab turishi mumkin. Albatta, bu harorat to'liq issiq suv ta'minoti uchun juda past (bunday haroratli dush eng yaxshi holatda "juda salqin" deb qabul qilinadi), ammo bu harorat havoni isitish uchun etarli bo'lishi mumkin.

Yoqilg'isiz kimyoviy energiyani saqlash

Bunda “zaryadlanish” bosqichida ba’zi kimyoviy moddalar boshqasiga hosil bo‘ladi va bu jarayon davomida hosil bo‘lgan yangi kimyoviy bog‘larda energiya to‘planadi (masalan, o‘chirilgan ohak qizdirilganda so‘nmagan ohak holatiga o‘tadi).

"Bo'shatilganda" teskari reaktsiya sodir bo'ladi, bu ilgari saqlangan energiyaning chiqishi bilan birga keladi (odatda issiqlik shaklida, ba'zan qo'shimcha ravishda turbinaga berilishi mumkin bo'lgan gaz shaklida) - xususan, aynan shunday bo'ladi. ohak suv bilan "söndürüldüğünde". Yoqilg'i usullaridan farqli o'laroq, reaktsiyani boshlash uchun odatda reaktivlarni bir-biriga ulash kifoya - jarayonning qo'shimcha boshlanishi (olovni) talab qilinmaydi.

Aslida, bu termokimyoviy reaktsiyaning bir turi, ammo issiqlik energiyasini saqlash qurilmalarini ko'rib chiqishda tavsiflangan va hech qanday maxsus shartlarni talab qilmaydigan past haroratli reaktsiyalardan farqli o'laroq, bu erda biz yuzlab yoki hatto minglab darajali haroratlar haqida gapiramiz. Natijada, har bir kilogramm ishchi moddada saqlanadigan energiya miqdori sezilarli darajada oshadi, ammo uskuna bo'sh plastik butilkalar yoki oddiy reagent idishiga qaraganda bir necha baravar murakkab, kattaroq va qimmatroq.

Qo'shimcha moddani iste'mol qilish zarurati - aytaylik, ohakni o'chirish uchun suv - muhim kamchilik emas (agar kerak bo'lsa, siz ohak so'nmagan ohak holatiga tushganda chiqarilgan suvni to'plashingiz mumkin). Ammo bu juda so'nmas ohakni saqlashning maxsus shartlari, uning buzilishi nafaqat kimyoviy kuyishlar, balki portlash bilan ham olib keladi, bu va shunga o'xshash usullarni keng hayotda chiqishi dargumonlar toifasiga o'tkazadi.

Energiyani saqlashning boshqa turlari

Yuqorida tavsiflanganlarga qo'shimcha ravishda, energiya saqlash qurilmalarining boshqa turlari mavjud. Biroq, hozirgi vaqtda ular saqlanadigan energiyaning zichligi va uni yuqori o'ziga xos xarajatlar bilan saqlash muddati jihatidan juda cheklangan. Shuning uchun, ular ko'proq o'yin-kulgi uchun ishlatiladi va ularning har qanday jiddiy maqsadlarda ishlashi hisobga olinmaydi. Bunga yorqin yorug'lik manbasidan energiya to'playdigan va keyin bir necha soniya yoki hatto uzoq daqiqalar davomida porlab turadigan fosforli bo'yoqlar misol bo'la oladi. Ularning zamonaviy modifikatsiyalari uzoq vaqt davomida zaharli fosforni o'z ichiga olmaydi va hatto bolalar o'yinchoqlarida foydalanish uchun juda xavfsizdir.

Magnit energiyaning supero'tkazuvchi omborlari uni to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan katta magnit bobin maydonida saqlaydi. Agar kerak bo'lsa, u o'zgaruvchan elektr tokiga aylantirilishi mumkin. Past haroratli saqlash tanklari suyuq geliy bilan sovutiladi va sanoat korxonalari uchun mavjud. Yuqori haroratli suyuq vodorod bilan sovutilgan saqlash tanklari hali ham ishlab chiqilmoqda va kelajakda sotilishi mumkin.

Supero'tkazuvchi magnit energiyani saqlash qurilmalari katta hajmga ega va odatda qisqa vaqt ichida, masalan, o'tish paytida ishlatiladi. nashr etilgan

Energiya aniq qanday saqlanadi ATP(adenozin trifosfat) va foydali ishlarni bajarish uchun u qanday qilib beriladi? Ba'zi mavhum energiya birdaniga tirik hujayralar ichida joylashgan molekula shaklida moddiy tashuvchini qabul qilishi va u issiqlik shaklida emas (bu ko'proq yoki kamroq tiniq) shaklida ajralib chiqishi juda murakkab ko'rinadi. boshqa molekulani yaratish. Odatda, darslik mualliflari o'zlarini "energiya molekula qismlari o'rtasida yuqori energiyali bog'lanish shaklida saqlanadi va bu aloqa buzilganda, foydali ish qilganda beriladi" iborasi bilan cheklanadi, ammo bu hech narsani tushuntirmaydi.

Eng umumiy ma'noda, molekulalar va energiya bilan bu manipulyatsiyalar quyidagicha sodir bo'ladi: birinchi. Yoki ular xloroplastlarda shunga o'xshash reaksiyalar zanjirida hosil bo'ladi. Bu to'g'ridan-to'g'ri mitoxondriya ichidagi ozuqa moddalarining boshqariladigan yonishi natijasida olingan energiyani yoki xlorofill molekulasiga tushgan quyosh nuri fotonlarining energiyasini isrof qiladi. Keyin ATP hujayradagi ba'zi ishlarni bajarish kerak bo'lgan joylarga etkaziladi. Va undan bir yoki ikkita fosfat guruhi ajratilganda, bu ishni bajaradigan energiya chiqariladi. Shu bilan birga, ATP ikkita molekulaga parchalanadi: agar faqat bitta fosfat guruhi ajralib chiqsa, ATP ga aylanadi. ADP(adenozin DIfosfat, bu adenozin TRIfosfatdan faqat juda ajralgan fosfat guruhi yo'qligi bilan farq qiladi). Agar ATP birdaniga ikkita fosfat guruhidan voz kechsa, u holda ko'proq energiya ajralib chiqadi va ATPdan adenozin MONOfosfat qoladi ( AMF).

Shubhasiz, hujayra teskari jarayonni amalga oshirishi, ADP yoki AMP molekulalarini ATP ga aylantirishi kerak, shunda tsikl takrorlanishi mumkin. Ammo bu "bo'sh" molekulalar ATP ga aylanishi uchun etishmayotgan fosfatlar yonida osongina suzishi mumkin va ular bilan hech qachon birlashmaydi, chunki bunday assotsiatsiya reaktsiyasi energiya jihatidan noqulaydir.

Kimyoviy reaktsiyaning "energiya foydasi" nima ekanligini bilish juda oddiy termodinamikaning ikkinchi qonuni: koinotda yoki qolganlardan ajratilgan har qanday tizimda tartibsizlik faqat o'sishi mumkin. Ya'ni, hujayrada tartibli tartibda o'tirgan murakkab tashkil etilgan molekulalar, ushbu qonunga muvofiq, faqat yo'q qilinishi mumkin, kichikroq molekulalarni hosil qiladi yoki hatto alohida atomlarga bo'linadi, chunki u holda tartib sezilarli darajada kamroq bo'ladi. Ushbu g'oyani tushunish uchun siz murakkab molekulani Lego'dan yig'ilgan samolyot bilan solishtirishingiz mumkin. Keyin kompleks parchalanadigan kichik molekulalar ushbu samolyotning alohida qismlari va alohida Lego bloklari bo'lgan atomlar bilan bog'lanadi. Chiroyli tarzda yig'ilgan tekislikka qarab, uni qismlarning chalkashligi bilan solishtirsak, nima uchun murakkab molekulalar kichikroqlarga qaraganda ko'proq tartibni o'z ichiga olganligi aniq bo'ladi.

Bunday parchalanish reaktsiyasi (samolyotning emas, molekulalarning) energetik jihatdan qulay bo'ladi, ya'ni u o'z-o'zidan amalga oshirilishi mumkin va parchalanish paytida energiya ajralib chiqadi. Garchi, aslida, samolyotning bo'linishi baquvvat bo'lsa ham: qismlarning o'zi bir-biridan ajralmasligiga va bu qismlardan boshqa narsa uchun foydalanmoqchi bo'lgan bola shaklidagi tashqi kuchga qaramay Ularning bir-biridan ajralishini puflasa, u juda buyurtma qilingan ovqatni iste'mol qilishdan olingan energiyani samolyotni xaotik qismlar to'plamiga aylantirish uchun sarflaydi. Va qismlar bir-biriga qanchalik mahkam yopishsa, shunchalik ko'p energiya sarflanadi, shu jumladan issiqlik shaklida chiqariladi. Xulosa: bulochkaning bir bo'lagi (energiya manbai) va samolyot xaotik massaga aylanadi, bolaning atrofidagi havo molekulalari isitiladi (va shuning uchun ko'proq tasodifiy harakat qiladi) - ko'proq tartibsizlik mavjud, ya'ni samolyotning bo'linishi energetikdir. foydali.

Xulosa qilib, termodinamikaning ikkinchi qonunidan kelib chiqqan holda quyidagi qoidalarni shakllantirishimiz mumkin:

1. Buyurtma miqdori kamayishi bilan energiya chiqariladi, energetik jihatdan qulay reaktsiyalar paydo bo'ladi

2. Buyurtma miqdori ortishi bilan energiya so'riladi, energiya sarflaydigan reaktsiyalar sodir bo'ladi

Bir qarashda tartibdan betartiblikgacha bo'lgan bu muqarrar harakat, bir urug'langan tuxumdan va ona sigir tomonidan so'rilgan ozuqa molekulalaridan, shubhasiz, chaynalgan o't bilan solishtirganda juda tartibli buzoqni qurish kabi jarayonlarni teskari qilishni imkonsiz qiladi.

Ammo shunga qaramay, bu sodir bo'ladi va buning sababi shundaki, tirik organizmlar koinotning entropiyaga bo'lgan istagini qo'llab-quvvatlashga va o'zlarini va avlodlarini qurishga imkon beradigan bitta xususiyatga ega: ular ikkita reaksiyani bitta jarayonga birlashtiring, ulardan biri energetik jihatdan qulay, ikkinchisi esa energiya talab qiladi.. Ikki reaksiyaning bunday kombinatsiyasi bilan birinchi reaktsiyada ajralib chiqadigan energiya ikkinchisining energiya xarajatlarini qoplashdan ko'ra ko'proq bo'lishini ta'minlash mumkin. Samolyot misolida, uni alohida ajratib olish energiya sarflaydi va bolaning metabolizmi natijasida vayron bo'lgan bulochka shaklida tashqi energiya manbai bo'lmasa, samolyot abadiy turadi.

Bu xuddi chanada pastga tushishga o'xshaydi: birinchidan, odam ovqatlanayotganda, o'z tanasida juda tartibli tovuqni molekula va atomlarga bo'lishning energetik jihatdan qulay jarayonlari natijasida olingan energiyani saqlaydi. Va keyin u bu kuchini chanani tog'ga sudrab sarflaydi. Chanani pastdan yuqoriga ko'chirish energiya jihatidan noqulay, shuning uchun ular hech qachon o'z-o'zidan aylanmaydi, bu uchinchi tomon energiyasini talab qiladi. Va agar tovuqni iste'mol qilishdan olingan energiya toqqa chiqishni engish uchun etarli bo'lmasa, unda "chanada tog'dan pastga tushish" jarayoni sodir bo'lmaydi.

Bu energiya sarflaydigan reaktsiyalar ( energiya sarflaydigan reaktsiya ) bog'langan reaksiyada ajralib chiqadigan energiyani yutib, tartib miqdorini oshiring. Va bu qo'shilgan reaktsiyalarda energiyaning chiqishi va iste'moli o'rtasidagi muvozanat doimo ijobiy bo'lishi kerak, ya'ni ularning kombinatsiyasi xaos miqdorini oshiradi. Ko'paytirishga misol entropiya(tartibsizlik) ( entropiya[‘entrəpɪ]) energiya berish reaktsiyasi paytida issiqlikning chiqishi ( energiya ta'minoti reaktsiyasi): reaksiyaga kirishayotgan molekulalarga tutashgan moddaning zarralari reaksiyaga kirishayotganlardan energetik zarbalar oladi, tezroq va xaotikroq harakatlana boshlaydi, o'z navbatida shu va qo'shni moddalarning boshqa molekulalari va atomlarini itarib yuboradi.

Yana oziq-ovqatdan energiya olishga qayting: bir parcha Banoffee pirogi oshqozonga kirgan chaynash massasidan ko'ra ko'proq buyurtma qilinadi. Bu esa, o'z navbatida, ichaklar uni bo'linadigan molekulalarga qaraganda kattaroq, tartibli molekulalardan iborat. Va ular, o'z navbatida, tananing hujayralariga etkaziladi, u erda alohida atomlar va hatto elektronlar ulardan yirtilib ketadi ... Va bitta kek bo'lagidagi tartibsizlikning kuchayishining har bir bosqichida energiya bo'ladi. Bo'shatilgan, uni baxtli iste'mol qiluvchining organlari va organellalari ushlab, ATP (energiya iste'mol qiluvchi) shaklida saqlaydi, yangi zarur molekulalarni (energiya iste'mol qiluvchi) qurishga yoki tanani isitishga (shuningdek energiya- iste'mol). Natijada, "odam - Banoffee Pie - Koinot" tizimida tartib kamroq bo'ladi (tortning vayron bo'lishi va uni qayta ishlaydigan organellalar tomonidan issiqlik energiyasini chiqarishi tufayli), lekin bitta inson tanasida baxt paydo bo'ldi. yanada tartibli bo'ladi (yangi molekulalar, organellalarning qismlari va butun hujayrali organlarning paydo bo'lishi tufayli).

Agar ATP molekulasiga qaytadigan bo'lsak, bu termodinamik digressiyadan so'ng, uning tarkibiy qismlaridan (kichikroq molekulalardan) hosil qilish uchun energiya jihatdan qulay reaktsiyalardan olingan energiyani sarflash kerakligi aniq bo'ladi. Uni yaratishning bir usuli batafsil tavsiflangan, boshqasi (juda o'xshash) xloroplastlarda qo'llaniladi, bu erda proton gradientining energiyasi o'rniga Quyosh tomonidan chiqarilgan fotonlarning energiyasi ishlatiladi.

ATP hosil qiluvchi reaktsiyalarning uchta guruhi mavjud (o'ngdagi diagrammaga qarang):

• glyukoza va yog 'kislotalarining sitoplazmadagi yirik molekulalarga bo'linishi allaqachon ma'lum miqdorda ATP olish imkonini beradi (kichik, bu bosqichda bitta glyukoza molekulasi bo'linishi uchun faqat 2 ta ATP molekulasi olinadi). Ammo bu bosqichning asosiy maqsadi mitoxondrial nafas olish zanjirida ishlatiladigan molekulalarni yaratishdir.
• mitoxondriyal matritsada sodir bo'lgan Krebs siklining oldingi bosqichida olingan molekulalarning keyingi bo'linishi faqat bitta ATP molekulasini beradi, uning asosiy maqsadi oldingi xatboshidagi kabi.
• nihoyat, oldingi bosqichlarda to'plangan molekulalar ATP ishlab chiqarish uchun mitoxondriyalarning nafas olish zanjirida ishlatiladi va bu erda uning ko'p qismi chiqariladi (quyida bu haqda batafsilroq).

Agar biz bularning barchasini batafsilroq tasvirlab beradigan bo'lsak, energiya ishlab chiqarish va sarflash nuqtai nazaridan bir xil reaktsiyalarni ko'rib chiqsak, biz quyidagilarni olamiz:

0. Oziq-ovqat molekulalari hujayra sitoplazmasida yuzaga keladigan birlamchi bo'linishda, shuningdek, mitoxondriyal matritsada allaqachon sodir bo'lgan "Krebs tsikli" deb ataladigan kimyoviy reaktsiyalar zanjirida ehtiyotkorlik bilan yondiriladi (oksidlanadi). energiya ishlab chiqaruvchi tayyorgarlik bosqichining bir qismi.

Yangi molekulalar, 2 ATP molekulalari va boshqa moddalarning bir nechta molekulalari hosil bo'lishining boshqa, allaqachon energetik jihatdan noqulay reaktsiyalari bilan konjugatsiya natijasida - energiya sarflovchi tayyorgarlik bosqichining bir qismi. Bu birgalikda hosil qiluvchi molekulalar keyingi bosqichda mitoxondrial nafas olish zanjirida qo'llaniladigan yuqori energiyali elektronlarning tashuvchilari.

1. Mitoxondriyalar, bakteriyalar va ba'zi arxeyalarning membranalarida oldingi bosqichda olingan molekulalardan proton va elektronlarning energiya beruvchi bo'linishi (lekin ATP dan emas) sodir bo'ladi. Nafas olish zanjiri komplekslari orqali elektronlarning o'tishi (chapdagi diagrammada I, III va IV) sariq o'ralgan o'qlar bilan ko'rsatilgan, protonlarning ushbu komplekslari (shuning uchun ichki mitoxondriyal membrana orqali) orqali o'tishi ko'rsatilgan. qizil o'qlar.

Nima uchun kuchli oksidlovchi vosita, kislorod yordamida elektronlarni tashuvchi molekuladan oddiygina ajratib bo'lmaydi va chiqarilgan energiyadan foydalanish mumkin? Nima uchun ularni bir kompleksdan ikkinchisiga o'tkazish kerak, chunki oxir-oqibat ular bir xil kislorodga kelishadi? Ma'lum bo'lishicha, elektron berishda elektronlarni jalb qilish qobiliyatidagi farq qanchalik katta bo'ladi ( kamaytiruvchi vosita) va elektron yig'ish ( oksidlovchi vosita) molekulalar elektron almashinish reaksiyasida ishtirok etsa, bu reaksiya davomida shunchalik ko'p energiya ajralib chiqadi.

Krebs siklida hosil bo'lgan elektron va kislorod tashuvchi molekulalarning bunday qobiliyatidagi farq shundan iboratki, bu holda ajralib chiqadigan energiya bir nechta ATP molekulalarining sintezi uchun etarli bo'ladi. Ammo tizim energiyasining bunday keskin pasayishi tufayli bu reaktsiya deyarli portlovchi kuch bilan davom etar va deyarli barcha energiya tutilmagan issiqlik shaklida chiqariladi, ya'ni aslida isrof bo'ladi.

Tirik hujayralar esa bu reaksiyani bir necha kichik bosqichlarga bo'lib, avval elektronlarni zaif tortuvchi tashuvchi molekulalardan nafas olish zanjiridagi bir oz kuchliroq tortuvchi birinchi kompleksga, undan biroz kuchliroq tortuvchiga o'tkazadi. ubiquinone(yoki koenzim Q-10), uning vazifasi elektronlarni keyingi, hatto biroz kuchliroq tortuvchi nafas olish kompleksiga sudrab borishdir, u energiyaning bir qismini bu muvaffaqiyatsiz portlashdan oladi va protonlarni membrana orqali pompalasin.. Va elektronlar nihoyat kislorod bilan uchrashguncha davom etadi. , unga tortilib, bir nechta protonni ushlab, suv molekulasini hosil qilmaydi. Bitta kuchli reaktsiyaning kichik bosqichlarga bo'linishi foydali energiyaning deyarli yarmini foydali ishlarni bajarishga yo'naltirishga imkon beradi: bu holda, yaratishga. proton elektrokimyoviy gradienti ikkinchi xatboshida muhokama qilinadi.

O'tkazilgan elektronlarning energiyasi protonlarni membrana orqali haydashning energiya iste'mol qiluvchi reaktsiyasiga qanday yordam berishi endigina aniqlanmoqda. Katta ehtimol bilan, elektr zaryadlangan zarrachaning (elektron) mavjudligi u joylashgan membranada joylashgan oqsildagi joyning konfiguratsiyasiga ta'sir qiladi: bu o'zgarish protonning oqsilga tortilishiga va oqsil kanali orqali harakatlanishiga olib keladi. membranada. Haqiqatan ham, yuqori energiyali elektronlarning tashuvchi molekuladan bo'linishi va ularning kislorodga yakuniy o'tishi natijasida olingan energiya proton gradienti shaklida saqlanishi muhimdir.

2. Membrananing tashqi tomonida 1 nuqtadan sodir bo'lgan hodisalar natijasida to'plangan va ichki tomonga o'tishga moyil bo'lgan protonlarning energiyasi ikkita bir yo'nalishli kuchdan iborat:

• elektr(protonlarning musbat zaryadi membrananing narigi tomonida manfiy zaryadlar to'planish joyiga borishga intiladi) va
• kimyoviy(har qanday boshqa materiyada bo'lgani kabi, protonlar kosmosda bir tekis tarqalib, ular yuqori konsentratsiyali joylardan ular kam bo'lgan joylarga tarqalishga harakat qiladilar)

Protonlarning ichki membrananing manfiy zaryadlangan tomoniga elektr tortilishi proton kontsentratsiyasidagi farq tufayli protonlarning pastroq kontsentratsiyali joyga ko'chib o'tish tendentsiyasidan ancha kuchliroqdir (bu strelkalar kengligi bilan ko'rsatilgan). yuqoridagi diagramma). Ushbu harakatlantiruvchi kuchlarning birlashgan energiyasi shunchalik kattaki, protonlarni membrana ichida harakatlantirish va unga hamroh bo'lgan energiya sarflaydigan reaktsiyani oziqlantirish uchun etarli: ADP va fosfatdan ATP hosil bo'ladi.

Keling, nima uchun bu energiya talab qilinishini va proton aspiratsiyasining energiyasi ATP molekulasining ikki qismi o'rtasidagi kimyoviy bog'lanish energiyasiga qanday aniq aylanishini batafsil ko'rib chiqaylik.

ADP molekulasi (o'ngdagi diagrammada) boshqa fosfat guruhini olishni istamaydi: bu guruh biriktirishi mumkin bo'lgan kislorod atomi fosfat kabi manfiy zaryadlangan, ya'ni ular bir-birini qaytaradi. Umuman olganda, ADP reaksiyaga kirishmaydi, kimyoviy jihatdan passivdir. Fosfat, o'z navbatida, bu fosfor atomiga biriktirilgan o'z kislorod atomiga ega bo'lib, u ATP molekulasini yaratishda fosfat va ADP o'rtasidagi bog'lanish joyiga aylanishi mumkin, shuning uchun u ham tashabbus ko'rsata olmaydi.

Shuning uchun, bu molekulalar bitta ferment bilan bog'langan bo'lishi kerak, shunda ular va "qo'shimcha" atomlar o'rtasidagi aloqalar zaiflashadi va uziladi, so'ngra bu molekulalarning ikkita kimyoviy faol uchini olib keladi, bunda atomlar etishmasligi va ortiqcha bo'ladi. elektronlar, bir-biriga.

O'zaro kirish maydoniga tushgan fosfor (P +) va kislorod (O -) ionlari dastlab kislorodga tegishli bo'lgan bitta elektronni birgalikda egallashlari sababli kuchli kovalent bog'lanish bilan bog'lanadi. Bu molekulalarni qayta ishlash fermenti ATP sintaza, va u orqali o'tadigan protonlardan o'zining konfiguratsiyasini ham, ADP va fosfatning o'zaro joylashishini ham o'zgartirish uchun energiya oladi. Protonlar membrananing qarama-qarshi zaryadlangan tomoniga o'tishlari energiya jihatidan qulaydir, bu erda ularning soni juda oz va yagona yo'l protonlar bir vaqtning o'zida "rotori" aylanadigan ferment orqali o'tadi.

ATP sintazasining tuzilishi o'ngdagi diagrammada ko'rsatilgan. Protonlarning o'tishi tufayli uning aylanadigan elementi binafsha rangda ta'kidlangan va quyidagi harakatlanuvchi rasmda uning aylanishi va ATP molekulalarini yaratish diagrammasi ko'rsatilgan. Ferment deyarli molekulyar vosita kabi ishlaydi, aylanadi elektrokimyoviy protonlarning joriy energiyasi mexanik energiya ikkita oqsil to'plamining bir-biriga ishqalanishi: aylanadigan "oyoq" "qo'ziqorin qopqog'ining" harakatsiz oqsillariga ishqalanadi, "qopqoq" ning bo'linmalari esa o'z shakllarini o'zgartiradi. Bu mexanik deformatsiyaga aylanadi kimyoviy bog'lanish energiyasi ATP sintezida, ADP va fosfat molekulalari ular o'rtasida kovalent bog'lanish hosil bo'lishi uchun zarur bo'lgan tarzda qayta ishlangan va ochilganda.

Har bir ATP sintaza sekundiga 100 tagacha ATP molekulasini sintez qilishga qodir va sintez qilingan har bir ATP molekulasi uchun sintetazadan taxminan uchta proton o'tishi kerak. Hujayralarda sintez qilingan ATP ning aksariyati shu tarzda hosil bo'ladi va faqat kichik bir qismi mitoxondriyadan tashqarida sodir bo'lgan oziq-ovqat molekulalarining birlamchi qayta ishlanishi natijasidir.

Har qanday vaqtda odatdagi tirik hujayrada milliardga yaqin ATP molekulalari mavjud. Ko'pgina hujayralarda bu ATPning barchasi har 1-2 daqiqada almashtiriladi (ya'ni ishlatiladi va qayta yaratiladi). O'rtacha dam olgan odam har 24 soatda o'zining massasiga teng ATP massasini ishlatadi.

Umuman olganda, glyukoza yoki yog 'kislotalarining karbonat angidrid va suvga oksidlanishida ajralib chiqadigan energiyaning deyarli yarmi ushlanib, ADP va fosfatlardan ATP hosil bo'lishining energetik jihatdan noqulay reaktsiyasi uchun ishlatiladi. 50% samaradorlik yomon emas, masalan, avtomobil dvigateli yoqilg'i tarkibidagi energiyaning atigi 20% ni foydali ishlarga sarflaydi. Shu bilan birga, ikkala holatda ham energiyaning qolgan qismi issiqlik shaklida tarqaladi va xuddi ba'zi mashinalar singari, hayvonlar ham tanani isitish uchun doimiy ravishda bu ortiqcha (to'liq bo'lmasa ham) sarflaydi. Bu erda aytib o'tilgan reaktsiyalar jarayonida bir glyukoza molekulasi asta-sekin karbonat angidrid va suvga bo'linib, hujayrani 30 ta ATP molekulasi bilan ta'minlaydi.

Shunday qilib, energiya qayerdan kelib chiqishi va ATPda qanday aniq saqlanishi bilan hamma narsa ko'proq yoki kamroq aniq. Tushunish uchun qoladi saqlangan energiya qanday aniq beriladi va bu holda nima sodir bo'ladi molekulyar-atom darajasida.

ADP va fosfat o'rtasida hosil bo'lgan kovalent bog'lanish deyiladi yuqori energiya ikkita sababga ko'ra:

• Buzilganda, u juda ko'p energiya chiqaradi.
• bu bog'lanishni yaratishda ishtirok etuvchi elektronlar (ya'ni, bu bog'lanish hosil bo'lgan kislorod va fosfor atomlari atrofida aylanadi) yuqori energiyali, ya'ni ular atomlar yadrolari atrofida "yuqori" orbitalarda bo'ladi. Va ular uchun ortiqcha energiyani bo'shatib, pastroq darajaga sakrash baquvvat jihatdan foydali bo'lar edi, ammo ular kislorod va fosfor atomlarini mahkamlab, xuddi shu joyda bo'lsalar, ular "sakrab chiqa olmaydi".

Elektronlarning qulayroq past energiyali orbitaga tushish istagi ham yuqori energiyali bog'lanishni yo'q qilish qulayligini, ham foton (elektromagnit o'zaro ta'sirning tashuvchisi) shaklida chiqarilgan energiyani ta'minlaydi. Qulagan ATP molekulasi fermentlar bilan qaysi molekulalar almashtirilishiga, qaysi molekula elektron chiqaradigan fotonni yutishiga qarab, hodisalarning turli xil variantlari yuzaga kelishi mumkin. Lekin har safar yuqori energiyali aloqa shaklida saqlanadigan energiya hujayraning ba'zi ehtiyojlari uchun ishlatiladi:

1-stsenariy: fosfat boshqa moddaning molekulasiga o'tishi mumkin. Bunday holda, yuqori energiyali elektronlar fosfat va ushbu qabul qiluvchi molekulaning ekstremal atomi o'rtasida allaqachon yangi aloqa hosil qiladi. Bunday reaksiya sodir bo'lishining sharti uning energetik foydasidir: bu yangi bog'lanishda elektron ATP molekulasining bir qismi bo'lgan vaqtga qaraganda bir oz kamroq energiyaga ega bo'lishi kerak, energiyaning bir qismini foton shaklida tashqariga chiqaradi.

Bunday reaktsiyaning maqsadi qabul qiluvchi molekulani faollashtirishdir (chapdagi diagrammada u ko'rsatilgan IN-OH): fosfat qo'shilishidan oldin u passiv edi va boshqa passiv molekula bilan reaksiyaga kirisha olmadi. LEKIN, lekin hozir u yuqori energiyali elektron ko'rinishidagi energiya zahirasi egasidir, ya'ni uni biror joyda sarflashi mumkin. Masalan, molekulani o'ziga biriktirish LEKIN, bu quloqlar bilan bunday nayrangsiz (ya'ni, bog'lovchi elektronning yuqori energiyasi) biriktirilmaydi. Keyin fosfat o'z ishini bajarib, ajratiladi.

Bu reaktsiyalar zanjiriga olib keladi:

1. ATP+ passiv molekula IN ➡️ ADP+ biriktirilgan fosfat tufayli faol molekula V-R

2. faollashtirilgan molekula V-R+ passiv molekula LEKIN➡️bog'langan molekulalar A-B+ fosfatni ajratish ( R)

Bu reaksiyalarning ikkalasi ham energetik jihatdan qulaydir: ularning har biri yuqori energiyali bog‘lovchi elektronni o‘z ichiga oladi, u bir bog‘ uzilib, ikkinchisi hosil bo‘lganda, foton emissiyasi shaklida o‘z energiyasining bir qismini yo‘qotadi. Ushbu reaksiyalar natijasida ikkita passiv molekula bog'lanadi. Agar biz ushbu molekulalarni bevosita bog'lash reaktsiyasini ko'rib chiqsak (passiv molekula IN+ passiv molekula LEKIN➡️bog'langan molekulalar A-B), keyin u energiya jihatidan qimmatga tushadi va amalga oshirilmaydi. Hujayralar bu reaktsiyani yuqorida tavsiflangan ikkita reaktsiya davomida ATP ning ADP va fosfatga energiya jihatidan qulay bo'linishi bilan bog'lash orqali "mumkin emas". Bo'linish ikki bosqichda sodir bo'ladi, ularning har birida bog'lovchi elektron energiyasining bir qismi foydali ishni bajarishga, ya'ni ikkita molekula o'rtasida kerakli aloqalarni yaratishga sarflanadi, ulardan uchinchisi olinadi ( A-B) hujayraning ishlashi uchun zarur.

2-stsenariy: fosfat bir vaqtning o'zida ATP molekulasidan ajralib chiqishi mumkin va chiqarilgan energiya ferment yoki ishchi oqsil tomonidan ushlanib, foydali ishlarni bajarishga sarflanadi.

Elektron pastki orbitaga tushgan paytda elektromagnit maydonning arzimas tebranishi kabi sezilmaydigan narsani qanday tutish mumkin? Juda oddiy: boshqa elektronlar yordamida va elektron tomonidan chiqarilgan fotonni o'zlashtirishga qodir atomlar yordamida.

Molekulalarni tashkil etuvchi atomlar kuchli zanjir va halqalarda (bunday zanjir o'ngdagi rasmda ochilgan oqsildir) yordamida birlashtiriladi. Va bu molekulalarning alohida qismlari zaifroq elektromagnit o'zaro ta'sirlar (masalan, vodorod aloqalari yoki Van-der-Vaals kuchlari) bilan bir-biriga tortiladi, bu ularning murakkab tuzilmalarni shakllantirishga imkon beradi. Atomlarning bunday konfiguratsiyasining ba'zilari juda barqaror va elektromagnit maydonning hech qanday buzilishi ularni silkitmaydi.. silkitmaydi.. umuman olganda, ular barqarordir. Va ba'zilari juda harakatchan va ularning konfiguratsiyasini o'zgartirish uchun engil elektromagnit zarba etarli (odatda bu kovalent aloqalar emas). Va aynan shunday zarba ularga fosfat ajratilganda pastki orbitaga o'tgan elektron tomonidan chiqarilgan elektromagnit maydonning foton-tashuvchisi tomonidan beriladi.

ATP molekulalarining parchalanishi natijasida oqsillar konfiguratsiyasidagi o'zgarishlar hujayradagi eng hayratlanarli hodisalar uchun javobgardir. Hech bo'lmaganda "youtube-da o'z animatsiyalarini tomosha qilish" darajasida uyali jarayonlarga qiziqqanlar, shubhasiz, oqsil molekulasi ko'rsatilgan videoga qoqilib ketishdi. kinesin, tom ma'noda yurish, oyoqlarini qayta tartibga solish, uyali skeletning ipi bo'ylab, unga biriktirilgan yukni sudrab borish.

Fosfatning ATP dan bo'linishi bu bosqichni ta'minlaydi va bu erda:

Kinesin ( kinesin) o'z-o'zidan o'zgarishiga moyil bo'lgan maxsus protein turiga ishora qiladi moslashuv(molekuladagi atomlarning o'zaro joylashishi). Yolg'iz qolganda, u 1-konformatsiyadan tasodifiy o'tadi, unda u bir "oyoq" bilan aktin filamentiga biriktiriladi ( aktin filamenti) - eng nozik ip hosil qiluvchi sitoskeleton hujayralar ( sitoskeleton), 2-konformatsiyaga, shunday qilib, oldinga bir qadam tashlab, ikkita "oyoq" ustida turadi. 2-konformatsiyadan u teng ehtimollik bilan 3-konformatsiyaga (orqa oyog'ini oldingi oyoqqa bog'laydi) va orqaga 1-konformatsiyaga o'tadi. Shuning uchun kinesin hech qanday yo'nalishda harakat qilmaydi, shunchaki maqsadsiz kezib yuradi.

Ammo ATP molekulasi bilan birlashishi bilan hamma narsa o'zgaradi. Chapdagi diagrammada ko'rsatilganidek, 1-konformatsiyada kinesinga ATP qo'shilishi uning fazoviy holatining o'zgarishiga olib keladi va u 2-konformatsiyaga o'tadi. Buning sababi ATP va kinesin molekulalarining bir-biriga o'zaro elektromagnit ta'siridir. . Bu reaktsiya teskari bo'ladi, chunki hech qanday energiya sarflanmagan va agar ATP kinesindan ajralib chiqsa, u shunchaki "oyog'ini" ko'taradi, joyida qoladi va keyingi ATP molekulasini kutadi.

Ammo agar u uzoq davom etsa, bu molekulalarning o'zaro tortishishi tufayli ATP ichidagi fosfatni ushlab turadigan aloqa yo'q qilinadi. Bir vaqtning o'zida chiqarilgan energiya, shuningdek, ATP ning ikkita molekulaga bo'linishi (ular elektromagnit maydonlari bilan kinesin atomlariga allaqachon boshqacha ta'sir ko'rsatadi) kinesinning konformatsiyasi o'zgarishiga olib keladi: u "orqa oyog'ini tortadi" ”. Oldinga bir qadam tashlash kerak, bu ADP va fosfat ajralib chiqqanda, kinesinni dastlabki konformatsiyasiga qaytarganda sodir bo'ladi 1.

ATP gidrolizi natijasida kinesin o'ngga siljiydi va unga keyingi molekula qo'shilishi bilan u o'zida to'plangan energiyadan foydalanib, yana bir-ikki qadam tashlaydi.

ADP va fosfat biriktirilgan 3-konformatsiyada bo'lgan kinesin "orqa qadam" qo'yib, 2-konformatsiyaga qaytmasligi muhim. Bu termoregulyatsiyaning ikkinchi qonuniga rioya qilishning xuddi shu printsipi bilan izohlanadi: "kinesin + ATP" tizimining 2-konformatsiyadan 3-konformatsiyaga o'tishi energiyaning chiqishi bilan birga keladi, ya'ni teskari o'tish energiya bo'ladi- iste'mol. Buning sodir bo'lishi uchun siz ADPni fosfat bilan birlashtirish uchun biror joydan energiya olishingiz kerak va bu vaziyatda uni olish uchun hech qanday joy yo'q. Shuning uchun, ATP ga ulangan kinesin faqat bitta yo'nalishda ochiladi, bu sizga biror narsani hujayraning bir chetidan ikkinchisiga sudrab, foydali ishlarni bajarishga imkon beradi. Kinesin, masalan, bo'linish paytida hujayraning xromosomalarini ajratishda ishtirok etadi. mitoz(eukaryotik hujayralarni bo'linish jarayoni). Mushak oqsili miyozin aktin filamentlari bo'ylab o'tib, mushaklarning qisqarishini keltirib chiqaradi.

Bu harakat juda tez: ba'zilari motor(hujayra harakatchanligining turli shakllari uchun mas'ul) gen replikatsiyasida ishtirok etadigan oqsillar DNK zanjiri bo'ylab soniyasiga minglab nukleotidlar tezligida shoshiladi.

Ularning barchasi o'tadi gidroliz ATP (parchalanish natijasida hosil bo'lgan kichikroq molekulalarga suv molekulasidan olingan atomlarning qo'shilishi bilan molekulaning yo'q qilinishi. ATP va ADP ning o'zaro konversiyasi diagrammasining o'ng tomonida gidroliz ko'rsatilgan). Yoki gidroliz orqali GTP, bu ATP dan faqat boshqa nukleotidni (guanin) o'z ichiga olganligi bilan farq qiladi.

Stsenariy 3: ATP yoki nukleotidni o'z ichiga olgan boshqa shunga o'xshash molekuladan bir vaqtning o'zida ikkita fosfat guruhini olib tashlash, faqat bitta fosfat chiqarilgandan ko'ra ko'proq energiya chiqishiga olib keladi. Bunday kuchli reliz sizga DNK va RNK molekulalarining kuchli shakar-fosfat asosini yaratishga imkon beradi:

1. nukleotidlar qurilayotgan DNK yoki RNK zanjiriga qo'shila olishlari uchun ular ikkita fosfat molekulasini biriktirish orqali faollashishi kerak. Bu hujayra fermentlari tomonidan amalga oshiriladigan energiya sarflaydigan reaktsiya.

2. DNK yoki RNK polimeraza fermenti (quyidagi diagrammada ko'rsatilmagan) qurilayotgan polinukleotidga faollashtirilgan nukleotidni (diagrammada GTP ko'rsatilgan) biriktiradi va ikkita fosfat guruhining bo'linishini katalizlaydi. Chiqarilgan energiya bir nukleotidning fosfat guruhi va boshqa nukleotidning ribozasi o'rtasida bog'lanish uchun sarflanadi. Natijada hosil bo'lgan aloqalar yuqori energiyali emas, ya'ni ularni yo'q qilish oson emas, bu hujayraning irsiy ma'lumotlarini o'z ichiga olgan yoki uzatuvchi molekula qurish uchun afzallik hisoblanadi.

Tabiatda faqat energiya jihatdan qulay reaktsiyalar o'z-o'zidan sodir bo'lishi mumkin, bu termodinamikaning ikkinchi qonuni bilan bog'liq.

Shunga qaramay, tirik hujayralar ikkita reaktsiyani birlashtira oladi, ulardan biri ikkinchisi so'rilganidan bir oz ko'proq energiya beradi va shu bilan energiya sarflaydigan reaktsiyalarni amalga oshiradi. Energiya iste'mol qiluvchi reaktsiyalar alohida molekulalar va atomlardan kattaroq molekulalar, hujayra organellalari va butun hujayralar, to'qimalar, organlar va ko'p hujayrali tirik mavjudotlarni yaratishga, shuningdek ularning metabolizmi uchun energiya saqlashga qaratilgan.

Energiyani saqlash organik molekulalarni nazorat ostida va bosqichma-bosqich yo'q qilish (energiya ishlab chiqarish jarayoni), energiya tashuvchi molekulalarni yaratish (energiya iste'mol qiluvchi jarayon) tufayli amalga oshiriladi. Fotosintetik organizmlar xlorofill tomonidan tutilgan quyosh fotonlarining energiyasini shu tarzda saqlaydi.

Molekulalar-energiya tashuvchilar ikki guruhga bo'linadi: energiyani yuqori energiyali bog'lanish shaklida yoki biriktirilgan yuqori energiyali elektron shaklida saqlash. Biroq, birinchi guruhda yuqori energiya bir xil yuqori energiyali elektron tomonidan ta'minlanadi, shuning uchun energiya turli molekulalarning bir qismi bo'lgan yuqori darajaga surilgan elektronlarda saqlanadi, deb aytishimiz mumkin.

Shu tarzda saqlanadigan energiya ham ikki yo'l bilan beriladi: yuqori energiyali aloqani yo'q qilish yoki energiyani asta-sekin kamaytirish uchun yuqori energiyali elektronlarni uzatish orqali. Ikkala holatda ham energiya elektromagnit maydon (foton) va issiqlikning zarracha tashuvchisining quyi energiya darajasiga o'tadigan elektron tomonidan emissiya shaklida chiqariladi. Ushbu foton foydali ish bajariladigan tarzda olinadi (birinchi holatda metabolizm uchun zarur bo'lgan molekula hosil bo'lishi va ikkinchi holatda protonlarni mitoxondriyal membrana orqali haydash)

Proton gradienti shaklida saqlanadigan energiya ATP sintezi uchun, shuningdek, ushbu bobning doirasidan tashqarida bo'lgan boshqa uyali jarayonlar uchun ishlatiladi (menimcha, uning hajmini hisobga olgan holda hech kim xafa bo'lmaydi). Va sintezlangan ATP avvalgi xatboshida ta'riflanganidek ishlatiladi.

Sut kislotasi (mushaklarda to'planib, og'riqni keltirib chiqarishi mumkin) qon orqali jigarga etkaziladi, u erda glyukoneogenez jarayonida glyukozaga aylanadi.

Spirtli fermentatsiya paytida xamirturush hujayralarida spirtli ichimliklar hosil bo'ladi.

atsetil-KoA - yog 'kislotalari, keton tanachalari, xolesterin va boshqalarni sintez qilish uchun ishlatiladi yoki Krebs siklida oksidlanadi.

Suv va karbonat angidrid umumiy metabolizmga kiradi yoki tanadan chiqariladi.

Pentozalar nuklein kislotalar, glyukoza (glyukoneogenez) va boshqa moddalarni sintez qilish uchun ishlatiladi.

NADPH2 yog 'kislotalari, purin asoslari va boshqalarni sintez qilishda ishtirok etadi. yoki CPEda energiya ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

• Energiya ATP shaklida saqlanadi, keyinchalik u organizmda moddalarni sintez qilish, issiqlik chiqarish, mushaklarning qisqarishi va boshqalar uchun ishlatiladi.

Tanadagi glyukozaning o'zgarishi juda murakkab jarayon bo'lib, u turli fermentlar ta'sirida sodir bo'ladi. Shunday qilib, glyukozadan sut kislotasigacha bo'lgan yo'l 11 ta kimyoviy reaktsiyani o'z ichiga oladi, ularning har biri o'z fermenti tomonidan tezlashadi.

Sxema raqami 8. Anaerob glikoliz.

Glyukoza

ADP geksokinaza, Mg ioni

Glyukoza-6-fosfat

Fosfoglyukozomeraza

Fruktoza 6-fosfat

ADP Fosfofruktokinaz, Mg ionlari

Fruktoza 1,6-difosfat

Aldolaz

3-fosfodioksiaseton 3-fosfogliseroaldegid (3-PHA)

NADH+H 3-PHA dehidrogenaza

1,3-difosfogliserik kislota

ATP fosfogliserat mutazasi

2-fosfogliserik kislota

H2O enolaza

Fosfoenolpiruvik kislota

ATP piruvat kinaz, Mg ionlari

Pyruvic kislotasi PVX

NAD laktat dehidrogenaza

Sut kislotasi.

Glikoliz hujayralar sitoplazmasida sodir bo'ladi va mitoxondrial nafas olish zanjirini talab qilmaydi.

Glyukoza barcha organlar va to'qimalarning hujayralari, ayniqsa, asab tizimi, eritrotsitlar, buyraklar va moyaklar uchun asosiy energiya manbalaridan biridir.

Miya deyarli butunlay diffuz ravishda kiruvchi glyukoza bilan ta'minlanadi, tk. IVH miya hujayralariga kirmaydi. Shuning uchun qonda glyukoza kontsentratsiyasi pasayganda, miyaning ishi buziladi.

Glyukoneogenez.

Anaerob sharoitda glyukoza skelet mushaklari ishi uchun yagona energiya manbai hisoblanadi. Keyin glyukozadan hosil bo'lgan sut kislotasi qonga, jigarga kiradi, u erda glyukozaga aylanadi, keyin esa mushaklarga qaytadi (Kori sikli).

Karbongidrat bo'lmagan moddalarni glyukozaga aylantirish jarayoni deyiladi glyukoneogenez.

Glyukoneogenezning biologik ahamiyati quyidagicha:

Tanadagi uglevodlar etishmasligi, masalan, ochlik yoki diabet paytida glyukoza kontsentratsiyasini etarli darajada ushlab turish.

Sut kislotasi, piruvik kislota, glitserin, glikogen aminokislotalar, Krebs siklining ko'pgina oraliq metabolitlaridan glyukoza hosil bo'lishi.

Glyukoneogenez asosan jigar va buyrak korteksida sodir bo'ladi. Mushaklarda bu jarayon kerakli fermentlar etishmasligi tufayli sodir bo'lmaydi.

Glyukoneogenezning umumiy reaktsiyasi:

2PVC + 4ATP + 2GTP + 2NADH + H + 4H2O

glyukoza + 2NAD + 4ADP + 2GDP + 6H3PO4

Shunday qilib, glyukoneogenez jarayonida har bir glyukoza molekulasi uchun 6 tagacha makroergik birikmalar va 2NADH + H iste'mol qilinadi.

Ko'p miqdorda spirtli ichimliklarni iste'mol qilish glyukoneogenezni inhibe qiladi, bu esa miya faoliyatining pasayishiga olib kelishi mumkin. Glyukoneogenez tezligi quyidagi sharoitlarda oshishi mumkin:

Ro'za tutganda.

Kengaytirilgan proteinli oziqlanish.

Oziq-ovqatlarda uglevodlarning etishmasligi.

qandli diabet.

Glyukoza almashinuvining glyukuronik yo'li.

Bu yo'l miqdoriy jihatdan ahamiyatsiz, ammo neytrallash funktsiyasi uchun juda muhimdir: glyukuronidlar shaklida glyukuron kislotasining faol shakli (UDP-glyukuron kislotasi) bilan bog'langan metabolik yakuniy mahsulotlar va begona moddalar tanadan osongina chiqariladi. Glyukuron kislotaning o'zi glikozaminoglikanlarning zarur tarkibiy qismidir: gialuron kislotasi, geparin va boshqalar. Odamlarda glyukoza parchalanishining bu yo'li natijasida UDP-glyukuron kislotasi hosil bo'ladi.

Viruslardan tashqari barcha tirik organizmlar hujayralardan iborat. Ular o'simlik yoki hayvonning hayoti uchun zarur bo'lgan barcha jarayonlarni ta'minlaydi. Hujayraning o'zi alohida organizm bo'lishi mumkin. Va qanday qilib bunday murakkab tuzilma energiyasiz yashashi mumkin? Albatta yo'q. Xo'sh, hujayralarni energiya bilan ta'minlash qanday amalga oshiriladi? Bu biz quyida muhokama qiladigan jarayonlarga asoslanadi.

Hujayralarni energiya bilan ta'minlash: bu qanday sodir bo'ladi?

Kam sonli hujayralar energiyani tashqaridan oladi, uni o'zlari ishlab chiqaradilar. o'z "stansiyalari" bor. Hujayradagi energiya manbai esa mitoxondriya - uni hosil qiluvchi organelladir. Bu hujayrali nafas olish jarayoni. Uning hisobidan hujayralar energiya bilan ta'minlanadi. Biroq, ular faqat o'simliklar, hayvonlar va qo'ziqorinlarda mavjud. Bakteriya hujayralarida mitoxondriyalar mavjud emas. Shuning uchun ularda hujayralarni energiya bilan ta'minlash asosan nafas olish emas, balki fermentatsiya jarayonlari tufayli sodir bo'ladi.

Mitoxondriyalarning tuzilishi

Bu ikki membranali organoid bo'lib, evolyutsiya jarayonida eukaryotik hujayrada kichikroq membranani so'rilishi natijasida paydo bo'lgan.Bu mitoxondriyaning o'z DNK va RNKsini, shuningdek, organizm uchun zarur bo'lgan oqsillarni ishlab chiqaradigan mitoxondrial ribosomalarni o'z ichiga olganligini tushuntirishi mumkin. organellalar.

Ichki membranada kristalar yoki tizmalar deb ataladigan o'simtalar mavjud. Kristalarda hujayrali nafas olish jarayoni sodir bo'ladi.

Ikkita membrananing ichida bo'lgan narsa matritsa deb ataladi. Uning tarkibida kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirish uchun zarur bo'lgan oqsillar, fermentlar, shuningdek, RNK, DNK va ribosomalar mavjud.

Hujayra nafasi hayotning asosidir

U uch bosqichda amalga oshiriladi. Keling, ularning har birini batafsil ko'rib chiqaylik.

Birinchi bosqich - tayyorgarlik

Ushbu bosqichda murakkab organik birikmalar oddiyroqlarga bo'linadi. Shunday qilib, oqsillar aminokislotalarga, yog'lar karboksilik kislotalarga va glitseringa, nuklein kislotalar nukleotidlarga va uglevodlar glyukozaga parchalanadi.

glikoliz

Bu anoksik faza. Bu birinchi bosqichda olingan moddalarning yanada parchalanishida yotadi. Ushbu bosqichda hujayra foydalanadigan energiyaning asosiy manbalari glyukoza molekulalaridir. Ularning har biri glikoliz jarayonida ikkita piruvat molekulasiga parchalanadi. Bu ketma-ket o'nta kimyoviy reaktsiyalar paytida sodir bo'ladi. Birinchi beshlik tufayli glyukoza fosforlanadi va keyin ikkita fosfotriozaga bo'linadi. Quyidagi besh reaksiya ikki molekula va ikkita molekula PVX (piruvik kislota) hosil qiladi. Hujayra energiyasi ATP shaklida saqlanadi.

Glikolizning butun jarayonini quyidagicha soddalashtirish mumkin:

2NAD + 2ADP + 2H 3 RO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H 2 O + 2OVER. H 2 + 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP

Shunday qilib, bitta glyukoza molekulasi, ikkita ADP molekulasi va ikkita fosfor kislotasi yordamida hujayra ikkita ATP molekulasini (energiya) va ikkita piruvik kislota molekulasini oladi, bu keyingi bosqichda foydalanadi.

Uchinchi bosqich - oksidlanish

Bu bosqich faqat kislorod ishtirokida sodir bo'ladi. Ushbu bosqichning kimyoviy reaktsiyalari mitoxondriyalarda sodir bo'ladi. Bu eng ko'p energiya chiqariladigan asosiy qismdir. Bu bosqichda kislorod bilan reaksiyaga kirishib, suv va karbonat angidridga parchalanadi. Bundan tashqari, bu jarayonda 36 ta ATP molekulasi hosil bo'ladi. Shunday qilib, hujayradagi asosiy energiya manbalari glyukoza va piruvik kislotadir, degan xulosaga kelishimiz mumkin.

Barcha kimyoviy reaktsiyalarni jamlab, tafsilotlarni e'tiborsiz qoldirib, biz hujayrali nafas olishning butun jarayonini bitta soddalashtirilgan tenglama bilan ifodalashimiz mumkin:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 RO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.

Shunday qilib, nafas olish jarayonida bitta glyukoza molekulasidan, oltita kislorod molekulasidan, o'ttiz sakkizta ADP molekulasidan va bir xil miqdordagi fosfor kislotasidan hujayra 38 ta ATP molekulasini oladi, ular shaklida energiya saqlanadi.

Mitoxondrial fermentlarning xilma-xilligi

Hujayra nafas olish yo'li bilan hayot uchun energiya oladi - glyukoza oksidlanishi, so'ngra piruvik kislota. Bu kimyoviy reaktsiyalarning barchasi fermentlar - biologik katalizatorlarsiz amalga oshirilmaydi. Keling, mitoxondriyadagilarni ko'rib chiqaylik - hujayrali nafas olish uchun mas'ul bo'lgan organellalar. Ularning barchasi oksidoreduktazalar deb ataladi, chunki ular oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining paydo bo'lishini ta'minlash uchun kerak.

Barcha oksidoreduktazalarni ikki guruhga bo'lish mumkin:

• oksidazlar;
• dehidrogenazlar;

Degidrogenazalar, o'z navbatida, aerob va anaeroblarga bo'linadi. Aerobik ovqatlar organizm B2 vitaminidan oladigan koenzim riboflavinni o'z ichiga oladi. Aerob dehidrogenazlar koferment sifatida NAD va NADP molekulalarini o'z ichiga oladi.

Oksidazalar xilma-xildir. Avvalo, ular ikki guruhga bo'lingan:

• tarkibida mis bo'lganlar;
• tarkibida temir bo'lganlar.

Birinchisiga polifenoloksidaza, askorbat oksidaza, ikkinchisiga katalaza, peroksidaza, sitoxromlar kiradi. Ikkinchisi, o'z navbatida, to'rt guruhga bo'linadi:

• sitoxromlar a;
• sitoxromlar b;
• sitoxromlar c;
• sitoxromlar d.

A sitoxromida temir formilporfirin, sitoxrom b tarkibida temir protoporfirin, c o'rnini bosgan temir mezoporfirin, d tarkibida temir dihidroporfirin mavjud.

Energiya olishning boshqa usullari bormi?

Aksariyat hujayralar uni hujayrali nafas olish yo'li bilan olsa-da, omon qolish uchun kislorodga muhtoj bo'lmagan anaerob bakteriyalar ham mavjud. Ular fermentatsiya orqali kerakli energiyani ishlab chiqaradilar. Bu fermentlar yordamida uglevodlar kislorod ishtirokisiz parchalanadigan jarayon bo'lib, buning natijasida hujayra energiya oladi. Kimyoviy reaksiyalarning yakuniy mahsulotiga qarab fermentatsiyaning bir necha turlari mavjud. Bu sut kislotasi, alkogol, butirik, aseton-butan, limon kislotasi bo'lishi mumkin.

Masalan, ko'rib chiqing, uni quyidagicha ifodalash mumkin:

C 6 H 12 O 6 → C 2 H 5 OH + 2CO 2

Ya'ni, bakteriya bir molekula glyukozani bir molekula etil spirtiga va ikkita molekula uglerod oksidiga (IV) parchalaydi.