Տեղեկություն

Ինչպե՞ս է այն էներգիան, որը մենք ստանում ենք սննդից, բջջային մակարդակում վերածվում մեխանիկական շարժման:

Ինչպե՞ս է այն էներգիան, որը մենք ստանում ենք սննդից, բջջային մակարդակում վերածվում մեխանիկական շարժման:


We are searching data for your request:

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

Ինձ հետաքրքիր է, թե ինչպես, երբ մենք օգտագործում ենք գլյուկոզայի տրոհված սնունդ, ինչպես օրինակ մկանների մեջ հարակից սպիտակուցների շարժումը: Արդյո՞ք ջերմային էներգիան ինչ-որ կերպ վերածվում է կինետիկ էներգիայի: Որպես մեխանիկական ինժեներ, ես պարզապես փորձում եմ պատկերացնել, թե ինչպես է էներգիան վերածվում մեխանիկական շարժման բջջային մակարդակում


Ես համաձայն եմ մեկնաբանության հետ, որ ձեր հարցը լայն է, բայց կարծում եմ, ամեն դեպքում կարելի է լավ պատասխան տալ։ Այդ պատասխանն ըստ էության հետևյալն է. ATP, ադենոզին տրիֆոսֆատ, որը նաև հայտնի է որպես «բջջի էներգիայի արժույթ»:

https://en.wikipedia.org/wiki/Adenosine_triphosphate

Այս փոքր մոլեկուլն ունի երեք ֆոսֆատ խմբեր, հետևաբար անվանումը, և էներգիան ազատվում է, երբ դրանցից մեկը կամ երկուսը բաժանվում են մոլեկուլից (ստեղծելով ADP կամ AMP, ադենոզին դիֆոսֆատ և ադենոզին մոնոֆոսֆատ): Այս էներգիան այն է, ինչը թերմոդինամիկորեն թույլ է տալիս օրգանիզմում էնդերգոնիկ ռեակցիաների մեծ մասը: Այնուհետև ֆոսֆատային խմբերը կարող են հեշտությամբ հետ ավելացվել՝ բաղադրիչները վերամշակելով ATP-ին: Այս միջնորդը, «արժույթը» թույլ է տալիս էներգիան փոխանցել քիմիական ռեակցիայից քիմիական ռեակցիա. ռեակցիան, որը «էներգիա է ստեղծում բջջի համար», իսկապես վերականգնում է ATP-ն, որը գնում է ամենուր և բաժանվում է ռեակցիաների, որոնք «էներգիա են օգտագործում»:

Տես, օրինակ, այս դասագիրքը, որը նկարագրում է, թե ինչպես է ածխաջրերի քայքայումը արտադրում ATP՝ https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/24-2-carbohydrate-metabolism/

Եվ ես կվերամշակեմ Բրայան Կրաուզեի հղումը մեկնաբանություններում այն ​​հարցի վերաբերյալ, թե ինչպես է ATP-ն օգտագործվում մկանային կծկումներում, որը, կարծում եմ, ձեր հարցին պատասխանելու վերջին քայլն է. Ինչպե՞ս է ATP-ն ներգրավված մկանների կծկումներում:


Այս պատասխանի շրջանակը
Այս պատասխանը փորձում է ամփոփել սկզբունքները ներգրավված է կենսաբանական էներգիայի մեջ՝ որոշակի մոլեկուլների կամ համակարգերի միայն նվազագույն հղումով: Այն ուղղված է նրանց, ովքեր առաջին անգամ են մոտենում թեմային, մասնավորապես ֆիզիկական գիտության կամ ինժեներական ֆոնի վրա:

Էներգետիկ գործընթացները կենսաբանության մեջ

Կենսաբանության մեջ էներգետիկ գործընթացները ներառում են քիմիական էներգիա - ըստ էության էներգիան, որը մարմնավորված է մոլեկուլների ատոմների միջև քիմիական կապերում:

Էներգիայի փոխանցման հետ կապված կենսաբանական գործընթացները դիտարկելիս սովորաբար ընդունվում է ա թերմոդինամիկ մոտեցում, որում փոփոխությունը (Գիբս) Ազատ էներգիա համարվում է. Քիմիական ռեակցիաները էներգետիկ են անբարենպաստ եթե դրանք ներառում են աճ ազատ էներգիայի մեջ, բայց էներգետիկ են բարենպաստ եթե դրանք ներառում են ա նվազում ազատ էներգիայի մեջ։ Վերջին տեսակի ռեակցիաներում, որոնք տեղի են ունենում առանձին-առանձին, քիմիական կապի էներգիան վերածվում է ջերմային էներգիայի (ջերմության): Կենսաբանական քիմիայում, սակայն, գործընթացները, որոնք ներառում են ազատ էներգիայի ավելացում, հնարավոր են դառնում՝ դրանք «համատեղելով» այնպիսի էներգետիկորեն բարենպաստ գործընթացների հետ, այնպես, որ ազատ էներգիան որպես ջերմություն ազատվելու (կորցնելու) փոխարեն օգտագործվում է հասնելու համար: ընդհանուր բացասական ազատ էներգիայի փոփոխություն.

Երկու ռեակցիաների նման «համակցությունը» (ընդհանուր առմամբ կոչվում է «միացում») իրականում տարբեր ռեակցիա է (կամ ռեակցիաների հաջորդականություն), չնայած ազատ էներգիայի ընդհանուր փոփոխությունը նույնն է, ինչ առանձինների գումարը։ Միավորումը պահանջում է մասնագիտացված սպիտակուցային մակրոմոլեկուլներ (ֆերմենտներ), որոնք իրականում մասնակցում են ռեակցիային (միամտորեն ասած՝ ուղղորդում են էլեկտրոնների հոսքը մի կապից մյուսը) և օգնում են նվազեցնել ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան, որը կանխում է դրա ինքնաբուխ առաջացումը շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում:

Սննդից էներգիա ստանալու գործընթացը բաղկացած է մի շարք էներգետիկորեն բարենպաստ օքսիդացման ռեակցիաներից, որոնք ի վերջո հանգեցնում են սկզբնական սննդի մոլեկուլի (ածխաջրեր, ճարպեր և այլն) կապի էներգիային, որն օգտագործվում է կապեր ձևավորելու համար այնպիսի «ձևով», որն օգտակար է բջջի համար էներգետիկ գործընթացները վարելու համար: Այս «ձևը» հիմնականում ATP կոչվող մոլեկուլի ֆոսֆոդիստերային կապերն են, որը ոչ միայն ունի հիդրոլիզի բարձր բացասական ազատ էներգիա (որը խախտում է այդ կապերը), այլև որի համար առաջացել են ֆերմենտների (և այլ սպիտակուցների) առատություն, որոնք կարող են հեշտացնել. այս կապի էներգիայի փոխանցումը այլ մոլեկուլներում կապեր ձևավորելու համար:

Սա սկզբունքորեն բացատրում է, թե ինչպես կարելի է սննդամթերքի օքսիդացումից ստացվող էներգիան օգտագործել բջջի կողմից պահանջվող այլ բարդ մոլեկուլների սինթեզման համար՝ քիմիական էներգիան և՛ դոնորը, և՛ ստացողը: Ինչ վերաբերում է քիմիական էներգիայի փոխակերպումը մեխանիկական էներգիայիԸնդհանուր առմամբ, այս դեպքերում ATP-ի հիդրոլիզը զուգորդվում է սպիտակուցի կառուցվածքի և այլ սպիտակուցների հետ փոխազդեցության կետերի փոփոխության հետ, ինչը հանգեցնում է դրանց հարաբերական շարժմանը, ինչպես մկանային մանրաթելերի ակտինի և միոզինի բաղադրիչների դեպքում: Սպիտակուցները եռաչափ կոնֆորմացիաներով մոլեկուլներ են, որոնք որոշվում են բազմաթիվ ոչ կովալենտ քիմիական փոխազդեցությունների (հիմնականում ջրածնային կապեր և հիդրոֆոբ փոխազդեցություններ) էներգիայի առավել բարենպաստ համադրությամբ: Հաճախ կան այլընտրանքային կառուցվածքներ՝ միայն փոքր տարբերությամբ ազատ էներգիայի մեջ, այնպես որ կառուցվածքի փոփոխությունը (կամ մեկ այլ սպիտակուցի հետ փոխազդեցության կետը) կարող է իրականացվել՝ զուգակցելով այն (թեև էներգետիկ առումով անբարենպաստ) ATP-ի հիդրոլիզի հետ:


Ջերմային էներգիա նյութափոխանակության գործընթացների արդյունքում առաջացած կարող է ոչ օգտագործել հարցի մեջ նշված ուղղորդված ձևով: Օրգանիզմի համար դրա միակ օգտագործումը կլինի մարմնի ջերմաստիճանը պահպանելը (և իսկապես մասնագիտացված շագանակագույն ճարպային բջիջները գոյություն ունեն այդ նպատակով):

¶ Հարցը վերաբերում է կինետիկ էներգիա, տերմին, որը շատ քիչ է օգտագործվում կենսաքիմիական էներգետիկայում, բացառությամբ մոլեկուլների պատահական շարժման հետ կապված։ Թեև թելիկով շարժվող սպիտակուցը, ենթադրում եմ, կունենա կինետիկ էներգիա (à la բիլիարդի գնդակ), սա մոլեկուլների փոխազդեցության փոփոխությունների հետևանք է, այլ ոչ թե ATP հիդրոլիզից ստացված ուղղակի «սխալ հարվածի»:


Սկզբունքներից այն կողմ
Սկզբունքներից դուրս գալու համար պետք է գիրքը, ասես, կարդալ և մոլեկուլների հետ գլուխ հանել: Ստորև ես տալիս եմ հղումներ դեպի որոշ համապատասխան բաժիններ Կենսաքիմիա Բերգի կողմից et al. քանի որ կարծում եմ, որ դա լավ է և հասանելի է NCBI Գրքերի վրա:

  • Անվճար էներգիա, քիմիական ռեակցիաներ և ATP
  • Ռեդոքսային ռեակցիաների թերմոդինամիկա
  • Ֆերմենտներ
  • Սննդի օքսիդացում. գլիկոլիզ, կիտրոնաթթվի ցիկլ և ATP սինթեզ
  • Շարժիչային սպիտակուցներ և մկաններ

  • Բոլոր կենդանի օրգանիզմները էներգիայի կարիք ունեն աճելու և վերարտադրվելու, իրենց կառուցվածքները պահպանելու և շրջակա միջավայրին արձագանքելու համար նյութափոխանակությունը գործընթացների մի շարք է, որը էներգիան հասանելի է դարձնում բջջային գործընթացներին:
  • Նյութափոխանակությունը քիմիական ռեակցիաների համակցություն է, որոնք ինքնաբուխ են և էներգիա են թողնում, և քիմիական ռեակցիաները, որոնք ինքնաբուխ չեն և շարունակվելու համար էներգիա են պահանջում:
  • Բջջային գործընթացներն իրականացնելու համար կենդանի օրգանիզմները պետք է էներգիա ստանան սննդի, սննդանյութերի կամ արևի լույսի միջոցով:
  • Բջջում սննդանյութերի և մոլեկուլների տեղափոխումը, սինթեզը և քայքայումը պահանջում են էներգիայի օգտագործում:
  • նյութափոխանակությունըԿենդանի բջիջներում տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիաների ամբողջական փաթեթը
  • բիոէներգետիկաԿենդանի օրգանիզմներում տեղի ունեցող էներգիայի փոխակերպումների ուսումնասիրություն
  • էներգիա: աշխատանք կատարելու կարողություն

Բջջային նյութի և հյուսվածքների կառուցման համար անհրաժեշտ օրգանական մոլեկուլները պետք է ստացվեն սննդից: Ածխաջրերը կամ շաքարները կենդանիների օրգանիզմում օրգանական ածխածնի հիմնական աղբյուրն են: Մարսողության ընթացքում մարսվող ածխաջրերը, ի վերջո, բաժանվում են գլյուկոզայի և օգտագործվում նյութափոխանակության ուղիներով էներգիա ապահովելու համար: Բարդ ածխաջրերը, ներառյալ պոլիսախարիդները, կարող են տրոհվել գլյուկոզայի կենսաքիմիական փոփոխության միջոցով, սակայն մարդիկ չեն արտադրում ցելյուլազա ֆերմենտը և չունեն պոլիսախարիդ ցելյուլոզից գլյուկոզա ստանալու կարողություն: Մարդկանց մոտ այս մոլեկուլները ապահովում են մանրաթել, որն անհրաժեշտ է թափոնները հաստ աղիքի և առողջ հաստ աղիքի միջով տեղափոխելու համար: Մարդու աղիքներում գտնվող աղիքային ֆլորան ի վիճակի է այս բույսերի մանրաթելերից որոշակի սնուցում ստանալ: Մարմնի ավելցուկային շաքարը վերածվում է գլիկոգենի և պահվում լյարդում և մկաններում՝ հետագայում օգտագործելու համար: Գլիկոգենի պաշարներն օգտագործվում են երկարատև ջանքերը սնուցելու համար, օրինակ՝ երկար հեռավորությունների վրա վազելը և սննդի պակասի ժամանակ էներգիա ապահովելու համար: Գլիկոգենի ավելցուկը կարող է վերածվել ճարպերի, որոնք պահվում են կաթնասունների մաշկի ստորին շերտում՝ մեկուսացման և էներգիայի պահպանման համար։ Ավելորդ մարսվող ածխաջրերը պահվում են կաթնասունների կողմից, որպեսզի գոյատևեն սովից և նպաստեն շարժունակությանը:

Մյուս կարևոր պահանջը ազոտի պահանջն է: Սպիտակուցների կատաբոլիզմը ապահովում է օրգանական ազոտի աղբյուր: Ամինաթթուները սպիտակուցների շինանյութն են, և սպիտակուցների քայքայումը ապահովում է ամինաթթուներ, որոնք օգտագործվում են բջջային ֆունկցիայի համար: Սրանցից ստացված ածխածինը և ազոտը դառնում են նուկլեոտիդների, նուկլեինաթթուների, սպիտակուցների, բջիջների և հյուսվածքների շինանյութ։ Ազոտի ավելցուկը պետք է արտազատվի, քանի որ այն թունավոր է: Ճարպերը համ են հաղորդում սննդին և խթանում հագեցվածության կամ հագեցվածության զգացումը: Յուղոտ մթերքները նաև էներգիայի կարևոր աղբյուրներ են, քանի որ ճարպի մեկ գրամը պարունակում է ինը կալորիա: Ճարպերը անհրաժեշտ են սննդակարգում, որպեսզի նպաստեն ճարպային լուծվող վիտամինների կլանմանը և ճարպային լուծվող հորմոնների արտադրությանը:

Հիմնական սննդանյութեր

Թեև կենդանիների մարմինը կարող է սինթեզել օրգանական պրեկուրսորներից շատ մոլեկուլներ, որոնք անհրաժեշտ են ֆունկցիայի համար, կան որոշ սննդանյութեր, որոնք պետք է սպառվեն սննդից: Այս սնուցիչները կոչվում են էական սննդանյութեր , այսինքն՝ դրանք պետք է ուտել, և մարմինը չի կարող դրանք արտադրել։

Օմեգա-3 ալֆա-լինոլենաթթուն և օմեգա-6 լինոլինաթթուն էական ճարպաթթուներ են, որոնք անհրաժեշտ են թաղանթային ֆոսֆոլիպիդների պատրաստման համար: Վիտամիններ էական օրգանական մոլեկուլների ևս մեկ դաս են, որոնք փոքր քանակությամբ պահանջվում են բազմաթիվ ֆերմենտների գործելու համար և, այդ պատճառով, համարվում են համաֆերմենտներ: Վիտամինների բացակայությունը կամ ցածր մակարդակը կարող է կտրուկ ազդեցություն ունենալ առողջության վրա, ինչպես նշված է Աղյուսակ 15.1-ում և Աղյուսակ 15.2-ում: Ե՛վ ճարպալուծվող, և՛ ջրում լուծվող վիտամինները պետք է ստացվեն սննդից։ Հանքանյութեր, Աղյուսակ 15.3-ում թվարկված անօրգանական էական սննդանյութերն են, որոնք պետք է ստացվեն սննդից: Ի թիվս բազմաթիվ գործառույթների, հանքանյութերը օգնում են կառուցվածքին և կարգավորմանը և համարվում են համակցող գործոններ: Որոշ ամինաթթուներ նույնպես պետք է ձեռք բերվեն սննդից և չեն կարող սինթեզվել մարմնի կողմից: Այս ամինաթթուները «էական» ամինաթթուներն են: Մարդու մարմինը կարող է սինթեզել անհրաժեշտ 20 ամինաթթուներից միայն 11-ը, մնացածը պետք է ստացվի սննդից: Հիմնական ամինաթթուները թվարկված են Աղյուսակ 15.4-ում:

Աղյուսակ 15 .1.Ջրում լուծվող հիմնական վիտամիններ
Վիտամին Գործառույթ Թերությունները կարող են հանգեցնել Աղբյուրներ
Վիտամին B1 (թիամին) Մարմնին անհրաժեշտ է լիպիդների, սպիտակուցների և ածխաջրերի մշակման համար Կոենզիմը հեռացնում է CO2 օրգանական միացություններից Մկանային թուլություն, բերիբերի. սրտի աշխատանքի նվազում, կենտրոնական նյարդային համակարգի խնդիրներ Կաթ, միս, չորացրած լոբի, ամբողջական ձավարեղեն
Վիտամին B2 (Ռիբոֆլավին) Ակտիվ դեր է խաղում նյութափոխանակության մեջ՝ նպաստելով սնունդը էներգիայի փոխակերպմանը (FAD և FMN) Շրթունքների արտաքին մակերեսի ճաքեր կամ խոցեր (քելիոզ) բորբոքում և լեզվի կարմրություն խոնավ, թեփուկավոր մաշկի բորբոքում (սեբորեային դերմատիտ) Միս, ձու, հարստացված ձավարեղեն, բանջարեղեն
Վիտամին B3 (Նիացին) Օգտագործվում է մարմնի կողմից ածխաջրերից էներգիա ազատելու և ալկոհոլը մշակելու համար, որն անհրաժեշտ է NAD + և NADP + կոենզիմների սեռական հորմոնների բաղադրիչի սինթեզի համար: Պելագրա, որը կարող է հանգեցնել դերմատիտի, փորլուծության, դեմենցիայի և մահվան Միս, ձու, ձավարեղեն, ընկույզ, կարտոֆիլ
Վիտամին B5 (Պանտոտենաթթու) Աջակցում է կոֆերմենտի A բաղադրիչի սննդամթերքից (մասնավորապես՝ լիպիդներից) էներգիա արտադրելուն Հոգնածություն, վատ համակարգում, հետամնաց աճ, թմրություն, ձեռքերի և ոտքերի մռայլություն Միս, ամբողջական ձավարեղեն, կաթ, մրգեր, բանջարեղեն
Վիտամին B6 (Պիրիդոքսին) Ամինաթթուների և լիպիդների վերամշակման հիմնական վիտամինն օգնում է նաև սննդանյութերը վերածել էներգիայի դյուրագրգռություն, դեպրեսիա, շփոթություն, բերանի խոցեր կամ խոցեր, անեմիա, մկանային ցնցումներ Միս, կաթնամթերք, ամբողջական ձավարեղեն, նարնջի հյութ
Վիտամին B7 (բիոտին) Օգտագործվում է էներգիայի և ամինաթթուների նյութափոխանակության, ճարպերի սինթեզի և ճարպերի քայքայման մեջ, օգնում է օրգանիզմին օգտագործել արյան շաքարը Մազաթափություն, դերմատիտ, դեպրեսիա, վերջույթների թմրություն և մռայլ նյարդամկանային խանգարումներ Միս, ձու, լոբազգիներ և այլ բանջարեղեն
Վիտամին B9 (Ֆոլաթթու) Աջակցում է բջիջների բնականոն զարգացմանը, հատկապես պտղի զարգացման ընթացքում, օգնում է նուկլեինային և ամինաթթուների նյութափոխանակությանը Հղիության ընթացքում անբավարարությունը կապված է բնածին արատների հետ, ինչպիսիք են նյարդային խողովակի արատները և անեմիան Կանաչ տերևավոր բանջարեղեն, ամբողջական ցորեն, մրգեր, ընկույզներ, հատիկներ
Վիտամին B12 (Կոբալամին) Պահպանում է առողջ նյարդային համակարգը և նպաստում է նուկլեինաթթվի նյութափոխանակության մեջ արյան բջիջների ձևավորման կոենզիմին Անեմիա, նյարդաբանական խանգարումներ, թմրություն, հավասարակշռության կորուստ Միս, ձու, կենդանական ծագման մթերքներ
Վիտամին C (ասկորբինաթթու) Օգնում է պահպանել կապի հյուսվածքը. ոսկորները, աճառը և դենտինը բարձրացնում են իմունային համակարգը Scorvy, որը հանգեցնում է արյունահոսության, մազերի և ատամների կորստի հոդացավի և այտուցի հետաձգված վերքերի բուժմանը Ցիտրուսային մրգեր, բրոկկոլի, լոլիկ, կարմիր քաղցր բուլղարական պղպեղ
Աղյուսակ 15.2. Ճարպեր լուծելի էական վիտամիններ
Վիտամին Գործառույթ Թերությունները կարող են հանգեցնել Աղբյուրներ
Վիտամին A (ռետինոլ) Կարևոր է ոսկորների, ատամների և մաշկի զարգացման համար, օգնում է պահպանել տեսողությունը, ուժեղացնում է իմունային համակարգը, պտղի զարգացումը, գեների արտահայտումը Գիշերային կուրություն, մաշկային խանգարումներ, իմունիտետի թուլացում Մուգ կանաչ տերևավոր բանջարեղեն, դեղին-նարնջագույն բանջարեղեն մրգեր, կաթ, կարագ
Վիտամին D Կարևոր է կալցիումի կլանման համար ոսկրերի զարգացման և ամրության համար, կայուն նյարդային համակարգը պահպանում է նորմալ և ուժեղ սրտի բաբախյունը և օգնում է արյան մակարդմանը Ռախիտ, օստեոմալացիա, իմունիտետ Ձողաձկան լյարդի յուղ, կաթ, ձվի դեղնուց
Վիտամին E (տոկոֆերոլ) Նվազեցնում է բջիջների օքսիդատիվ վնասը և կանխում թոքերի վնասը իմունային համակարգի համար կենսական նշանակություն ունեցող աղտոտիչներից Անբավարարությունը հազվադեպ է անեմիա, նյարդային համակարգի այլասերում Ցորենի սերմի յուղ, չզտված բուսական յուղեր, ընկույզներ, սերմեր, ձավարեղեն
Վիտամին K (ֆիլոկինոն) Անհրաժեշտ է արյան մակարդման համար Արյունահոսություն և հեշտ կապտուկ Կանաչ տերևավոր բանջարեղեն, թեյ

Նկար 15.15. Առողջ սննդակարգը պետք է ներառի մի շարք մթերքներ՝ ապահովելու համար անհրաժեշտ սննդանյութերի կարիքների բավարարումը: (վարկ՝ Քիթ Ուելեր, USDA ARS) Աղյուսակ 15.3. Հանքանյութերը և դրանց գործառույթը մարդու մարմնում
Հանքանյութ Գործառույթ Թերությունները կարող են հանգեցնել Աղբյուրներ
*Կալցիում Անհրաժեշտ է մկանների և նեյրոնների ֆունկցիայի համար: Սրտի առողջությունը կառուցում է ոսկորները և աջակցում է արյան բջիջների սինթեզն ու գործառույթը նյարդային ֆունկցիային Օստեոպորոզ, ռախիտ, մկանային սպազմ, խանգարված աճ Կաթ, մածուն, ձուկ, կանաչ տերևավոր բանջարեղեն, հատիկներ
*Քլոր Անհրաժեշտ է ստամոքսում աղաթթվի (HCl) արտադրության և նյարդային ֆունկցիայի օսմոտիկ հավասարակշռության համար Մկանային ցնցումներ, տրամադրության խանգարումներ, ախորժակի նվազում Սեղանի աղ
Պղինձ (հետագումարներ) Շատ ռեդոքս ֆերմենտների, ներառյալ ցիտոքրոմ c օքսիդազի կոֆակտորը հեմոգլոբինի սինթեզի համար անհրաժեշտ բաղադրիչ Պղնձի պակասը հազվադեպ է Լյարդ, ոստրե, կակաո, շոկոլադ, քունջութ, ընկույզ
Յոդ Պահանջվում է վահանաձև գեղձի հորմոնների սինթեզի համար խոպոպիկ Ծովամթերք, յոդացված աղ, կաթնամթերք
Երկաթ Պահանջվում է բազմաթիվ սպիտակուցների և ֆերմենտների, հատկապես հեմոգլոբինի համար՝ անեմիայի կանխարգելման համար Անեմիա, որն առաջացնում է թույլ կենտրոնացում, հոգնածություն և վատ իմունային ֆունկցիա Կարմիր միս, կանաչ տերևավոր բանջարեղեն, ձուկ (թունա, սաղմոն), ձու, չորացրած մրգեր, լոբի, ամբողջական ձավարեղեն
* Մագնեզիում ATP-ի ձևավորման համար անհրաժեշտ համակցիչ ոսկորների ձևավորման համար թաղանթային նորմալ գործառույթների մկանային ֆունկցիան Տրամադրության խանգարումներ, մկանային սպազմ Ամբողջական ձավարեղեն, տերևավոր կանաչ բանջարեղեն
Մանգան (հետագումարներ) Ֆերմենտային գործառույթներում կոֆակտոր է պահանջվում հետագծային քանակություններ Մանգանի պակասը հազվադեպ է Տարածված է մթերքների մեծ մասում
Մոլիբդեն (հետքաքանակներ) Գործում է որպես մարդու երեք հիմնական ֆերմենտների՝ սուլֆիտ օքսիդազի, քսանտին օքսիդազի և ալդեհիդ օքսիդազի համար որպես կոֆակտոր։ Մոլիբդենի անբավարարությունը հազվադեպ է
*Ֆոսֆոր Ոսկորների և ատամների բաղադրիչն օգնում է կարգավորել թթու-բազային հավասարակշռությունը նուկլեոտիդների սինթեզը Թուլություն, ոսկորների աննորմալություններ, կալցիումի կորուստ Կաթ, պինդ պանիր, ամբողջական ձավարեղեն, միս
* Կալիում Կենսական նշանակություն ունի մկանների, սրտի և նյարդերի աշխատանքի համար Սրտի ռիթմի խանգարում, մկանային թուլություն Legumes, կարտոֆիլի կեղեւ, լոլիկ, բանան
Սելեն (հետաքանակ) Պահանջվում է կոֆակտոր, որն անհրաժեշտ է հակաօքսիդանտ ֆերմենտների ակտիվության համար, ինչպիսին է գլուտատիոն պերօքսիդազը: Սելենի պակասը հազվադեպ է Տարածված է մթերքների մեծ մասում
*Նատրիում Համակարգային էլեկտրոլիտ, որն անհրաժեշտ է բազմաթիվ գործառույթների համար թթու-բազային հավասարակշռության ջրային հավասարակշռության նյարդային ֆունկցիայի համար Մկանային ցնցումներ, հոգնածություն, ախորժակի նվազում Սեղանի աղ
Ցինկ (հետքի քանակություն) Պահանջվում է մի քանի ֆերմենտների համար, ինչպիսիք են կարբոքսիպեպտիդազը, լյարդի ալկոհոլային դեհիդրոգենազը և կարբոն անհիդրազը Անեմիա, վերքերի վատ լավացում, կարող է հանգեցնել ցածր հասակի Տարածված է մթերքների մեծ մասում
*Պահանջվում է ավելի քան 200 մգ/օր
Աղյուսակ 15.4. Հիմնական ամինաթթուներ
Ամինաթթուներ, որոնք պետք է սպառվեն Մարմնի կողմից անաբոլիզացված ամինաթթուներ
isoleucine ալանին
լեյցին սելենոցիստեին
լիզին ասպարտատ
մեթիոնին ցիստեին
ֆենիլալանին գլյուտամատ
տրիպտոֆան գլիցին
վալին պրոլին
հիստիդին* սերին
թրեոնին թիրոզին
արգինին* ասպարագին
*Մարդու մարմինը կարող է սինթեզել հիստիդին և արգինին, բայց ոչ այն քանակությամբ, որը պահանջվում է, հատկապես աճող երեխաների համար:

Ինչպե՞ս է ճարպը վերածվում կալորիաների:

Ինչպե՞ս է ճարպը վերածվում կալորիաների բջջային մակարդակում: սկզբնապես հայտնվել է Quora-ում. գիտելիք ձեռք բերելու և փոխանակելու վայր՝ մարդկանց հնարավորություն տալով սովորել ուրիշներից և ավելի լավ հասկանալ աշխարհը.

Quora-ում կրքոտ վարժությունների սիրահար Բարթ Լյուսի պատասխանը.

Ինչպե՞ս է ճարպը վերածվում կալորիաների բջջային մակարդակում: Նախ եկեք տերմինի մի քանի պարզաբանում տանք.

  • Կալորիան էներգիայի, մասնավորապես ջերմության չափանիշ է: Դա ձեր կենսաբանական վառելիքի անուղղակի օգտագործման չափումն է: Ձեր մարմինն իրականում իրերը չի փոխակերպում «կալորիականության», այլ դրանք վերածում է ATP-ի, որն օգտագործվում է որպես էներգիա: Ցավոք սրտի, կալորիաներն այս գործընթացը չափելու լավագույն միջոցն են: Ես կենթադրեմ, որ այս հարցի իմաստը հետևյալն է. Ինչպե՞ս է ճարպը վերածվում էներգիայի:
  • Ճարպը տերմին է, որն օգտագործվում է «լիպիդների» և «ճարպային հյուսվածքի» հետ: Լիպիդները մոլեկուլներ են, որոնք կազմված են հիդրոֆոբ պոչից՝ հիդրոֆիլ գլխով։ Այս բևեռացված կառուցվածքի պատճառով նրանք կարող են հավաքվել միասին՝ ստեղծելով պատնեշներ ջրի և ոչ ջրի միջև, ինչպես փուչիկները: Ձեր բջջային թաղանթները կազմված են լիպիդներից:
  • Ճարպային հյուսվածքն այն է, ինչը ձեզ «գիրացնում է»: Ճարպային հյուսվածքը կուտակում է լիպիդները «տրիգլիցերիդների» կամ գլիցերինի ողնաշարով 3 ճարպաթթուների շղթաների տեսքով: Այս տրիգլիցերիդներն այն են, ինչ քայքայվում է էներգիա ստանալու համար: Ճարպային հյուսվածքը կազմված է «adipocytes» կամ ճարպային բջիջների հավաքածուներից:

Ճարպային հյուսվածքն օգտագործվում է մեկուսացման, ամորտիզացիայի և էներգիայի պահպանման համար:

Դուք ստանում եք որոշակի քանակությամբ ճարպային բջիջներ (30-ից 300 միլիարդ) դեռահասության և մանկության ընթացքում: Դուք բնականաբար չեք կորցնում դրանք, բայց կարող եք ավելի շատ շահել, եթե դրանք աճեն իրենց սկզբնական չափից ավելի քան 4 անգամ: Նրանք աճում և փոքրանում են, քանի որ ավելի շատ էներգիա են վերցնում:

Ճարպային բջիջները մի քանի այլ դերեր ունեն էնդոկրին համակարգում, նրանք ազատում են հորմոնը՝ լեպտինը, երբ էներգիա են ստանում ինսուլինից: Լեպտինը ձեր մարմնին ազդանշան է տալիս, որ դուք հագեցած եք: Որքան շատ ճարպային բջիջներ ունեք, այնքան ավելի շատ լեպտին է արտազատվում: Պարզվել է, որ գեր մարդիկ լեպտինին դիմացկուն են, ինչը նշանակում է, որ դա նրանց համար դժվարացնում է հասկանալ, թե երբ են կուշտ:

Ինչպես է ձեր մարմինը էներգիա ստանում ճարպից.

Սկսենք ճարպային բջիջից. Երբ ձեր մարմինը էներգիայի կարիք ունի, այն արձակում է ազդանշաններ, որոնք պահանջում են ազատվել ձեր էներգիան ապահովող տարբեր հյուսվածքներից: Երբ ձեր ճարպային բջիջները ստանում են այս ազդանշանը, այն սկսում է մի գործընթաց, որը կոչվում է լիպոլիզ: Լիպոլիզը հանգեցնում է նրան, որ ձեր ճարպային բջիջները առանձնացնում են ձեր ազատ ճարպաթթուները և գլիցերինը և ազատում դրանք ձեր արյան մեջ: Շատ ցածր խտության լիպոպրոտեինները և ցածր խտության լիպոպրոտեինները (VLDLs և LDL) այս թթվային շղթաները տեղափոխում են ձեր բջիջներ, որտեղ դրանք կցվում և կուտակում են թթուները:

Ինչպե՞ս են ճարպաթթուները վերածվում էներգիայի:

ATP՝ մոլեկուլ, որը ստիպում է ձեզ աշխատել:

Ճարպաթթուների շղթաները բաժանվում են բետա օքսիդացման միջոցով (միտոքոնդրիում կամ դուրս), վերածվելով ացետիլ-CoA-ի, որը կարող է թթվածնի հետ միասին մտնել կիտրոնաթթվի ցիկլը (միտոքոնդրիում)՝ առաջացնելով ադենոզին տրիֆոսֆատ (ATP), որն էլ հենց դա է: ձեր մարմինը օգտագործում է ամեն ինչ անելու համար: Գլյուկոզան կարող է անցնել կիտրոնաթթվի ցիկլով առանց թթվածնի, բայց դա շատ ավելի արդյունավետ գործընթաց է թթվածնով էներգիա ստեղծելու համար՝ լինի դա գլյուկոզայից, ճարպից կամ սպիտակուցներից: Կողմնակի նշում, օգտագործելով բետա օքսիդացում ATP-ի առաջացման համար, առաջացնում է նաև CO2, որն ուղարկվում է ձեր թոքերի միջոցով արտաշնչելու համար: Վերջերս հրապարակվեց ուսումնասիրություն, որտեղ նրանք աշխարհին ասացին, որ դուք շնչում եք ձեր ճարպը: (Ամբողջ աշխարհում կենսաբաններն ասացին. «Սա նորությո՞ւն է»):

Ձեր մարմինն օգտագործում է ճարպը հանգստի ժամանակ օգտագործվող էներգիայի 60%-ը արտադրելու համար:

Երբ դուք ակտիվանում եք, այն հակված է ավելի շատ ապավինել մկաններում կուտակված շաքարներին, բայց ժամանակի ընթացքում ձեր ճարպը աստիճանաբար կվերցվի, քանի որ ձեր գլիկոգենի պաշարները սպառվում են… դա սովորաբար տեղի է ունենում, երբ մարզիկը «հարվածում է պատին»՝ թթվածնից կախվածության պատճառով: և թթվածնի և վառելիքի աղբյուրները բջիջներ հասցնելու խոչընդոտ: Երբ դա տեղի է ունենում, կախված է նրանից, թե ինչպիսի մարզավիճակ է մարդը, դա կարող է լինել ֆիզիկական վարժություն սկսելուց 1-4 ժամ հետո:

Օրվա վերջում ձեր մարմինը կլրացնի գլիկոգենի սպառված պաշարները Գլյուկոնեոգենեզ կոչվող գործընթացի միջոցով, որտեղ այն վերցնում է ճարպերը և/կամ սպիտակուցները և դրանք ծածկում գլյուկոզայի մեջ՝ լյարդում, երիկամներում և մկաններում պահելու համար:

Այս պրոցեսներից յուրաքանչյուրի՝ լիպոլիզի, բետա օքսիդացման և գլյուկոնեոգենեզի միջոցով ձեր մարմինը քայքայում է ճարպը՝ որպես էներգիա օգտագործելու կամ որպես ավելի մատչելի էներգիա պահեստավորելու համար:

Այս հարցը սկզբնապես հայտնվել է Quora-ում: գիտելիք ձեռք բերելու և փոխանակելու վայր՝ մարդկանց հնարավորություն տալով սովորել ուրիշներից և ավելի լավ հասկանալ աշխարհը: Դուք կարող եք հետևել Quora-ին Twitter-ում, Facebook-ում և Google+-ում: Լրացուցիչ հարցեր.


Էներգիայի փոխանցում էկոհամակարգերում

Էներգիան պետք է փոխանցվի էկոհամակարգի միջոցով՝ յուրաքանչյուր տրոֆիկ մակարդակում կյանքը ապահովելու համար:

Աֆրիկյան հսկա ցամաքային խխունջ

Առաջնային սպառողներ, ինչպես աֆրիկյան հսկա ցամաքային խխունջը (Achatina fulica), ուտում են առաջնային արտադրողները, ինչպես բույսերը, որոնք խխունջն ուտում է, նրանցից վերցրած էներգիան: Ինչպես առաջնային արտադրողները, առաջնային սպառողներն էլ իրենց հերթին ուտում են, բայց երկրորդական սպառողները: Ահա թե ինչպես է էներգիան հոսում մի տրոֆիկ մակարդակից մյուսը:

Լուսանկարը՝ Cyril Ruoso/Minden Pictures-ի

Կենդանի էակներին էներգիա է պետք աճելու, շնչելու, վերարտադրվելու և շարժվելու համար: Էներգիան չի կարող ստեղծվել ոչնչից, ուստի այն պետք է փոխանցվի էկոհամակարգի միջոցով: Երկրի վրա գրեթե յուրաքանչյուր էկոհամակարգի էներգիայի առաջնային աղբյուրը արևն է: Առաջնային արտադրողներն օգտագործում են արևի էներգիան՝ սեփական սնունդը գլյուկոզայի տեսքով արտադրելու համար, իսկ հետո առաջնային արտադրողները ուտում են առաջնային սպառողները, որոնք իրենց հերթին ուտում են երկրորդական սպառողները և այլն, այնպես որ էներգիան հոսում է մեկ տրոֆիկ մակարդակից, կամ սննդի շղթայի մակարդակը, հաջորդը: Այս էներգիայի հոսքը ցուցադրելու ամենահեշտ ձևը սննդի շղթայով է: Շղթայի յուրաքանչյուր օղակ ներկայացնում է նոր տրոֆիկ մակարդակ, և սլաքները ցույց են տալիս էներգիան, որը փոխանցվում է շղթայի երկայնքով: Սննդի շղթայի ստորին մասում միշտ առաջնային արտադրողն է: Ցամաքային էկոհամակարգերում հիմնական արտադրողները բույսերն են, իսկ ծովային էկոհամակարգերում՝ ֆիտոպլանկտոնները: Երկուսն էլ արտադրում են սննդանյութերի և էներգիայի մեծ մասը, որոնք անհրաժեշտ են իրենց համապատասխան էկոհամակարգերում սննդի շղթայի մնացած հատվածին աջակցելու համար:

Առաջնային արտադրողների կողմից առաջացած ողջ կենսազանգվածը կոչվում է համախառն առաջնային արտադրողականություն: Զուտ առաջնային արտադրողականությունն այն է, ինչ մնում է այն բանից հետո, երբ առաջնային արտադրողը օգտագործել է շնչառության համար իրեն անհրաժեշտ էներգիան: Սա այն մասնաբաժինն է, որը հասանելի է առաջնային սպառողների կողմից սպառվելու և սննդի շղթան անցնելու համար: Ցամաքային էկոհամակարգերում առաջնային արտադրողականությունն ամենաբարձրն է տաք, խոնավ վայրերում, որտեղ շատ արևի լույս կա, ինչպես արևադարձային անտառային շրջանները: Ի հակադրություն, անապատներն ունեն ամենացածր առաջնային արտադրողականությունը։ Ծովային էկոհամակարգերում առաջնային արտադրողականությունն ամենաբարձրն է ծանծաղ, սննդանյութերով հարուստ ջրերում, ինչպիսիք են կորալային խութերը և ջրիմուռների հուները:

Էկոհամակարգերի միջոցով էներգիայի հոսքը ցույց տալու համար սննդային շղթաները երբեմն գծվում են որպես էներգետիկ բուրգեր: Բուրգի յուրաքանչյուր քայլ ներկայացնում է տարբեր տրոֆիկ մակարդակ՝ սկսած ներքևում գտնվող առաջնային արտադրողներից: Յուրաքանչյուր քայլի լայնությունը ներկայացնում է էներգիայի հոսքի արագությունը յուրաքանչյուր տրոֆիկ մակարդակով: Քայլերն ավելի են փոքրանում բուրգի վրա, քանի որ այդ էներգիայի մի մասը փոխվում է այնպիսի ձևի, որը չի կարող սպառվել օրգանիզմի կողմից սննդի շղթայի հաջորդ բարձր աստիճանում: Դա տեղի է ունենում բուրգի ամեն քայլափոխի:

Մեկ տրոֆիկ մակարդակում գեներացված կամ սպառված ամբողջ էներգիան հասանելի չի լինի օրգանիզմներին հաջորդ ավելի բարձր տրոֆիկ մակարդակում: Յուրաքանչյուր մակարդակում սպառված կենսազանգվածի մի մասը արտազատվում է որպես թափոն, էներգիայի մի մասը վերածվում է ջերմության (հետևաբար՝ սպառման համար անհասանելի) շնչառության ընթացքում, և որոշ բույսեր և կենդանիներ մահանում են առանց ուտելու (նշանակում է, որ նրանց կենսազանգվածը չի փոխանցվում հաջորդին։ սպառող): Թափոնները և մեռած նյութը քայքայվում են քայքայվողների կողմից, և սնուցիչները վերամշակվում են հողի մեջ, որպեսզի բույսերը նորից վերցնեն, բայց էներգիայի մեծ մասը փոխվում է ջերմության այս գործընթացի ընթացքում: Միջին հաշվով, տրոֆիկ մակարդակում որպես կենսազանգված պահվող էներգիայի միայն մոտ 10 տոկոսն է փոխանցվում մի մակարդակից մյուսին: Սա հայտնի է որպես «10 տոկոսի կանոն» և սահմանափակում է էկոհամակարգի տրոֆիկ մակարդակների քանակը:


Պոտենցիալ և կինետիկ էներգիա

Երբ օբյեկտը շարժման մեջ է, այդ օբյեկտի հետ կապված էներգիա կա: Մտածեք կործանվող գնդակի մասին: Նույնիսկ դանդաղ շարժվող կործանվող գնդակը կարող է մեծ վնաս հասցնել այլ առարկաներին: Շարժվող առարկաների հետ կապված էներգիան կոչվում է կինետիկ էներգիա (Նկար 4.5): Արագ արագացող փամփուշտը, քայլող մարդը և օդում մոլեկուլների արագ շարժումը (որը ջերմություն է արտադրում) բոլորն ունեն կինետիկ էներգիա։

Հիմա ի՞նչ, եթե այդ նույն անշարժ կործանարար գնդակը վերամբարձ կռունկով բարձրացնեն գետնից երկու հարկ: Եթե ​​կասեցված կործանիչ գնդակը անշարժ է, կա՞ արդյոք դրա հետ կապված էներգիա: Պատասխանը այո է: Էներգիան, որը պահանջվում էր կործանող գնդակը բարձրացնելու համար, չի անհետացել, բայց այժմ պահվում է կործանող գնդակի մեջ՝ իր դիրքի և դրա վրա ազդող ծանրության ուժի շնորհիվ: Էներգիայի այս տեսակը կոչվում է պոտենցիալ էներգիա (Նկար 4.5): Եթե ​​գնդակը ընկներ, պոտենցիալ էներգիան կվերածվեր կինետիկ էներգիայի, մինչև որ ամբողջ պոտենցիալ էներգիան սպառվեր, երբ գնդակը նստեց գետնին: Քանդող գնդակները նույնպես ճոճանակի պես ճոճվում են ճոճանակի միջով, կա պոտենցիալ էներգիայի մշտական ​​փոփոխություն (ամենաբարձրը ճոճանակի վերևում) դեպի կինետիկ էներգիա (ամենաբարձրը ճոճանակի ներքևում): Պոտենցիալ էներգիայի այլ օրինակներ ներառում են ամբարտակի հետևում պահվող ջրի էներգիան կամ ինքնաթիռից դուրս թռչելու պատրաստվող անձը:

Նկար 4.5 Անշարժ ջուրն ունի պոտենցիալ էներգիա, շարժվող ջուրը, օրինակ՝ ջրվեժում կամ արագ հոսող գետում, ունի կինետիկ էներգիա: (Վարկ “dam”. աշխատանքի փոփոխում “Pascal”/Flickr վարկ “ջրվեժ”. աշխատանքի փոփոխություն Ֆրենկ Գուալտիերիի կողմից)

Պոտենցիալ էներգիան կապված է ոչ միայն նյութի գտնվելու վայրի, այլ նաև նյութի կառուցվածքի հետ: Նույնիսկ գետնի վրա գտնվող զսպանակը պոտենցիալ էներգիա ունի, եթե այն սեղմված է, այնպես էլ ռետինե ժապավենը, որը ձգված է: Մոլեկուլային մակարդակում մոլեկուլների ատոմները միասին պահող կապերը գոյություն ունեն որոշակի կառուցվածքում, որն ունի պոտենցիալ էներգիա: Հիշեք, որ անաբոլիկ բջջային ուղիները էներգիա են պահանջում բարդ մոլեկուլները ավելի պարզներից սինթեզելու համար, իսկ կատաբոլիկ ուղիներն ազատում են էներգիա, երբ բարդ մոլեկուլները քայքայվում են: Այն փաստը, որ էներգիան կարող է ազատվել որոշակի քիմիական կապերի քայքայման արդյունքում, ենթադրում է, որ այդ կապերն ունեն պոտենցիալ էներգիա: Փաստորեն, կա պոտենցիալ էներգիա, որը պահվում է բոլոր սննդամթերքի մոլեկուլների կապերում, որոնք մենք ուտում ենք, որը, ի վերջո, օգտագործվում է օգտագործման համար: Դա պայմանավորված է նրանով, որ այդ կապերը կարող են էներգիա արձակել, երբ կոտրվել են: Պոտենցիալ էներգիայի այն տեսակը, որը գոյություն ունի քիմիական կապերի մեջ և ազատվում է այդ կապերի խզման ժամանակ, կոչվում է քիմիական էներգիա: Քիմիական էներգիան պատասխանատու է կենդանի բջիջներին սննդից էներգիա ապահովելու համար: Էներգիայի ազատումը տեղի է ունենում, երբ սննդի մոլեկուլներում մոլեկուլային կապերը կոտրվում են:

Դիտեք տեսանյութ կիլոկալորիների մասին.


Բջիջների միջև ուժի փոխանցումը կազմակերպում է կոլեկտիվ բջջային շարժումը

Բջջային խառը պոպուլյացիաները ինքնավար կերպով դասավորվում են առանձին տիրույթների՝ ընդարձակ բջիջների կղզիներ՝ նորմալ բջիջ-բջջային կոնտակտներով (մանուշակագույն), որոնք շրջապատված են կծկվող բջիջներով, որոնք թուլացել են բջջ-բջջային շփումները (կանաչ): Վարկ՝ Նիլս Բորի ինստիտուտ

Ինչպե՞ս են միլիարդավոր բջիջները հաղորդակցվում առաջադրանքները կատարելու համար: Բջիջները շարժման միջոցով ուժ են գործադրում իրենց միջավայրի վրա, և դրանով նրանք հաղորդակցվում են: Նրանք աշխատում են խմբով, որպեսզի ներթափանցեն իրենց միջավայր, կատարեն վերքերի բուժում և այլն: Նրանք զգում են իրենց շրջապատի կոշտությունը կամ փափկությունը, և դա օգնում է նրանց կապել և կազմակերպել իրենց հավաքական ջանքերը: Բայց երբ բջիջների միջև կապը խաթարվում է, կարող է ի հայտ գալ այնպիսի իրավիճակ, ինչպիսին քաղցկեղն է սկսվում։

Կոպենհագենի համալսարանի Նիլս Բորի ինստիտուտի ասիստենտ Ամին Դուստմոհամադին ուսումնասիրել է բջիջների շարժման և կապի մեխանիզմը միջդիսցիպլինար նախագծում՝ համագործակցելով Ֆրանսիայի, Ավստրալիայի և Սինգապուրի կենսաֆիզիկոսների հետ՝ օգտագործելով ինչպես համակարգչային մոդելավորում, այնպես էլ կենսաբանական փորձեր: Արդյունքն այժմ հրապարակված է Բնության նյութեր.

Ամին Դուստմոհամմադին բացատրում է. «Մենք պետք է հասկանանք, թե ինչպես են բջիջները թարգմանում «զգայությունից ստացված գիտելիքը» անհատական ​​բջիջների մակարդակում և այն վերածում գործողությունների կոլեկտիվ մակարդակում: Սա դեռևս մի տեսակ սև արկղ է կենսաբանության մեջ. ինչպես են բջիջները խոսում իրենց հետ: հարևաններ և հանդես գալ որպես կոլեկտիվ»:

Շրջապատող հյուսվածքի ուժը թելադրում է բջիջների վարքը

Առանձին բջիջներն ունեն կծկվող շարժման ռեժիմ՝ նրանք ձգում են այն մակերեսը, որի վրա գտնվում են՝ առաջ շարժվելու համար: Այնուամենայնիվ, մեր մարմնի խոռոչներն ու մակերեսները շարող բջիջները, ինչպես արյան անոթների խողովակները կամ օրգանների մակերեսի բջիջները, կարող են առաջացնել ընդարձակ ուժեր: Նրանք հակառակն են անում, ձգվում են կծկվելու փոխարեն, և ամուր կապեր են ստեղծում իրենց հարևանների հետ: Կծկվող բջիջները կարող են անցնել ընդարձակ բջիջների, երբ շփվում են իրենց հարևանների հետ: Եթե, օրինակ, երբ կծկվող բջիջները զգում են դատարկություն կամ դատարկ տարածություն, ինչպես, երբ հայտնվում է վերքը, նրանք կարող են թուլացնել իրենց բջիջ-բջջային կապը, դառնալ ավելի անհատական, իսկ վերքը բուժելիս նրանք կրկին ամուր կապեր են ստեղծում իրենց հարևանների հետ, դառնալով ընդարձակ՝ փակելով, այսպես ասած, բացը։

Բջջային կապի թուլացումը կարող է լինել քաղցկեղի առաջացման բնորոշ նշան

Բջիջները միանում են իրենց հարեւաններին կպչուն հանգույցներով: Նրանք կապում են իրենց ներքին ցիտոկմախքը միմյանց հետ և կարողանում են ուժեր փոխանցել ուժեղ շփումների միջոցով: «Ուստի մենք հարցրինք ինքներս մեզ, թե ինչ կլիներ, եթե արգելեինք բջիջներին այս ամուր կապը, և պարզվեց, որ ընդարձակ, ամուր կապակցված բջիջները վերածվեցին ավելի թույլ կապերով կծկվող բջիջների: Սա նշանակալի է, քանի որ այս շփման կորուստը բնորոշ նշանն է: Քաղցկեղի սկիզբը: Շփումը կորցնող բջիջները սկսում են ավելի շատ վարվել որպես անհատներ և կարող են ներթափանցել իրենց շրջապատը: Այս գործընթացը տեղի է ունենում նաև սաղմի զարգացման ժամանակ, բայց հիմնական տարբերությունն այստեղ այն է, որ երբ առողջ բջիջները հասել են իրենց նպատակին, օրինակ՝ օրգան ձևավորելը: Նրանք վերադառնում են իրենց սկզբնական ձևին։ Քաղցկեղի բջիջները՝ ոչ։ Նրանք միակողմանի փողոցում են»,- ասում է Ամին Դուստմոհամմադին։

Բջիջների հիմնական գործողությունն ու ռեակցիան որոշվում են շրջապատի և հաղորդակցության միջոցով

How cells "decide" when to go from one form to another is a complicated mix of reacting to their environment, changes in the chemical composition of it, the mechanical stiffness or softness of the tissue—and many proteins in the cells are involved in the process. The key finding of this study is that this reaction to surroundings is constantly shifting: There is a constant cross-talk between cell—surroundings and cell—cell, and this is what determines the actions and reactions of the cells.

Are treatments for cancer within the scope of this new understanding in cell mechanics?

"We must always be careful, when talking about a serious and very complex disease like cancer," Amin Doostmohammadi says. "But what we can say is that this study brings us one step closer to understanding the basic mechanics of cell behavior, when the cells go from the normal behavior to the aggressive, cancer type cell behavior. So, one of the big questions this study raises is if we might be able to target the mechanics of the cells by some form of therapy or treatment, instead of targeting the DNA or chemical composition of the cells themselves? Could we target the environment instead of the cells? This is basic research, connecting physics and biology, into the mechanics of cell behavior, based on their sensing and responding to the surroundings and coordinating their effort—our improved understanding of this may well lead to new therapies, and there are trials going on at the moment at a preliminary stage."


Energy must obey the laws of thermodynamics.

Thermodynamics is the study of how energy changes from one type to another. The laws of thermodynamics apply to energy and energy conversions.

The first law of thermodynamics:

Energy cannot be created or destroyed (which is called the conservation of energy) however, it can be transformed from one type into another. In fact, every useful process transforms energy from one form to another. There are many different forms or types of energy. Some examples of everyday energy transformations are:

Սցենար Energy conversions involved
Rubbing hands together to make them warm Kinetic energy to thermal energy
Using a battery-powered flashlight Chemical energy to electrical energy (in the battery)
Electrical energy to radiant energy (in the bulb)
An object speeding up as it falls Gravitational potential energy to kinetic energy

The second law of thermodynamics:

Some forms of energy are more useful than others. Using energy always makes it less useful, even though no energy is actually destroyed.

Kinetic energy and electricity are the most useful forms. These are "high-quality" because they can be transformed almost completely into any other type of energy. Electricity, for example, can be easily used to generate heat (thermal energy) or light (radiant energy), break chemical bonds (chemical energy), move objects (kinetic energy), or lift objects (gravitational potential energy).

The least useful form of energy is low-temperature thermal energy. It can still be converted back to a higher-quality form, but useful energy is always lost in this process. Converting energy to a less-useful form and then trying to work backwards never gets 100% of the useful energy back.

For example, when a car runs, the engine will become hot (thermal energy). The warmth of the engine does nothing to help the car move or go faster. This wasted energy is an unavoidable by-product of converting the car's fuel (chemical energy) into movement ("high-quality" kinetic energy), however it can potentially be used for heating the cabin of the car to slightly increase overall energy efficiency. It is a challenge for all forms of power generation to minimize wasted energy and be as efficient as possible.


Energy in food

Plants utilize sunlight during photosynthesis to convert carbon dioxide and water into glucose (sugar) and oxygen. This glucose has energy stored in its chemical bonds that can be used by other organisms. This stored energy is released whenever these chemical bonds are broken in metabolic processes such as cellular respiration.

Cellular respiration is the process by which the chemical energy of “food” molecules is released and partially captured in the form of ATP. Cellular respiration is the general term which describes all metabolic reactions involved in the formation of usable energy from the breakdown of nutrients. In living organisms, the “universal” source of energy is adenosine triphosphate (ATP). Carbohydrates, fats, and proteins can all be used as fuels in cellular respiration, but glucose is most commonly used as an example to examine the reactions and pathways involved.

Marathon runners eat a large plate of pasta the night before a competition because pasta is a good source of energy, or fuel for the body. All foods contain energy, but the amount of potential energy stored will vary greatly depending on the type of food. Moreover, not all of the stored energy is available to do work. When we eat food, our bodies convert the stored energy, known as Calories, to chemical energy, thereby allowing us to do work. A calorie is the amount of heat (energy) required to raise the temperature of 1 gram (g) of water 1 degree Celsius (°C). The density of water is 1 gram per milliliter (1g/ml) therefore 1 g of water is equal to 1 ml of water. When we talk about caloric values of food, we refer to them as Calories (notice the capital “C”), which are actually kilocalories. There are 1000 calories in a kilocalorie. So in reality, a food item that is listed as having 38 Calories has 38,000 calories. Calories are a way to measure the energy you get from the food you eat.

Just as pasta can provide a runner energy to run a marathon, a tiny peanut contains stored energy that can be used to heat a container of water. For this lab exercise, you will indirectly measure the amount of Calories in couple of food items using a calorimeter. A calorimeter (calor = Latin for heat) is a device that measures the heat generated by a chemical reaction, change of state, or formation of a solution. There are several types of calorimeters but the main emphasis of all calorimeters is to insulate the reaction to prevent heat loss. We will be using a homemade calorimeter modeled after a constant-volume calorimeter. A particular food item will be ignited, the homemade calorimeter will trap the heat of the burning food, and the water above will absorb the heat, thereby causing the temperature (T) of the water to increase. By measuring the change in temperature (∆T) of a known volume of water, you will be able to calculate the amount of energy in the food tested

In this experiment, you will measure the amount of energy available for use from three types of nuts, a plant product. This process of measuring the energy stored in food is known as calorimetry.

Նյութեր:
large paper clip, oC thermometer, soft drink can, soft drink can with openings cut into the side, mixed nuts, matches, water, electronic balance, pencil & paper, 100 ml graduated cylinder, calculator


Lesson Energy Forms, States and Conversions

Units serve as guides to a particular content or subject area. Nested under units are lessons (in purple) and hands-on activities (in blue).

Նկատի ունեցեք, որ ոչ բոլոր դասերն ու գործողությունները կլինեն մեկ միավորի ներքո, և փոխարենը կարող են գոյություն ունենալ որպես «առանձին» ուսումնական ծրագիր:

  • Energy Conservation & Efficiency
    • Energy Forms, States and Conversions
      • Energy Forms and States Demonstrations
      • Energy Conversions
      • Household Energy Conservation and Efficiency
        • Watt Meters to Measure Energy Consumption
        • Household Energy Audit
        • Light vs. Heat Bulbs
        • Energy Efficiency
          • Efficiency of an Electromechanical System
          • Efficiency of a Water Heating System
          • Problem Solving
            • Egg Drop
            • Solving Energy Problems
            • Energy Projects

            TE Newsletter

            Energy conversion enables the many forms and states of energy in our world.

            Ամփոփում

            Ինժեներական կապ

            Energy exists in many forms all around us. Engineers have determined how to capture and release that energy in forms that are most useful to create heat where required and the work done in many engineered devices. Process flow charts that show the inflow and outflow of energy through a process are one tool that engineers use to help design and evaluate different systems and processes.

            Ուսուցման նպատակները

            Այս դասից հետո ուսանողները պետք է կարողանան.

            • Describe at least three examples of how energy is converted from one form to another.
            • Demonstrate and diagram the conversion of energy into usable forms using a flow chart.
            • State the law of conservation of energy.
            • Identify five forms and two states of energy.
            • Identify the form and state of energy in everyday items as we use them to do useful work.

            Educational Standards

            Յուրաքանչյուրը Դասավանդել Ինժեներություն lesson or activity is correlated to one or more K-12 science, technology, engineering or math (STEM) educational standards.

            Բոլոր 100,000+ K-12 STEM ստանդարտները ներառված են Դասավանդել Ինժեներություն հավաքվում, պահպանվում և փաթեթավորվում են Achievement Standards Network (ASN), a project of D2L (www.achievementstandards.org):

            ASN-ում ստանդարտները կառուցված են հիերարխիկորեն՝ նախ՝ ըստ աղբյուրի օր., ըստ վիճակի՝ աղբյուրի ներսում՝ ըստ տեսակի օր., science or mathematics within type by subtype, then by grade, և այլն.

            NGSS: Next Generation Science Standards - Science

            MS-PS3-5. Construct, use, and present arguments to support the claim that when the kinetic energy of an object changes, energy is transferred to or from the object. (6-8-րդ դասարաններ)

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            Alignment agreement: Thanks for your feedback!

            Science knowledge is based upon logical and conceptual connections between evidence and explanations.

            Alignment agreement: Thanks for your feedback!

            Alignment agreement: Thanks for your feedback!

            Alignment agreement: Thanks for your feedback!

            Ընդհանուր հիմնական պետական ​​ստանդարտներ - մաթ
            • Fluently add, subtract, multiply, and divide multi-digit decimals using the standard algorithm for each operation. (Grade 6) More Details

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            International Technology and Engineering Educators Association - Technology
            • Students will develop an understanding of the relationships among technologies and the connections between technology and other fields of study. (Grades K - 12) More Details

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            Պետական ​​ստանդարտներ
            National Science Education Standards - Science
            • Energy is a property of many substances and is associated with heat, light, electricity, mechanical motion, sound, nuclei, and the nature of a chemical. Energy is transferred in many ways. (Grades 5 - 8) More Details

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            New York - Math
            • Fluently add, subtract, multiply, and divide multi-digit decimals using the standard algorithm for each operation. (Grade 6) More Details

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            New York - Science
            • Construct, use, and present an argument to support the claim that when work is done on or by a system, the energy of the system changes as energy is transferred to or from the system. (Grades 6 - 8) More Details

            Համաձա՞յն եք այս դասավորվածության հետ: Շնորհակալություն Ձեր արձագանքի համար!

            Worksheets and Attachments

            More Curriculum Like This

            Students evaluate various everyday energy conversion devices and draw block flow diagrams to show the forms and states of energy into and out of the device.

            Students learn more about the concept of energy conversion, and how energy transfers from one form, place or object to another. They learn that energy transfers can take the form of force, electricity, light, heat and sound and are never without some energy "loss" during the process. Two real-world .

            Demonstrations explain the concepts of energy forms (sound, chemical, radiant [light], electrical, atomic [nuclear], mechanical, thermal [heat]) and states (potential, kinetic).

            Several activities are included to teach and research the differences between renewable and non-renewable resources and various energy resources. Students work with a quantitative, but simple model of energy resources to show how rapidly finite, non-renewable energy sources can be depleted, compared.

            Ներածություն/Մոտիվացիա

            In a light bulb, electromagnetic energy (electricity) converts into heat and light.

            Energy exists in many forms all around us. The development of our modern society has been accomplished because scientists and engineers have learned to capture some of that energy and transform it into ways to do useful work. The conversion of energy from a chunk of coal into steam and then into mechanical engines that could do heavy work was a critically important role for engineers in the 19th century that helped to start the industrial revolution. An engineer must know where to "find" energy resources and then how to convert them into forms that are more useful for all of the machines and gadgets we use in our daily lives. Look around this room, what tools or devices are using energy? Light fixtures are a good example. They convert electrical energy into light (radiant) energy. What about this cup of water (hold up a cup of water), does it have energy? It has a state of energy called potential energy because it is held up at an elevation. If the water is poured into a pail, the potential energy is released as the water now is moving with some velocity. This is a kinetic state of energy.

            The goal of this class is to explore some critical terms that are needed for energy – forms of energy and states of energy. Tomorrow, that information will be used as we evaluate several items, like the lights in this class, to see how they convert energy from one form to another.

            Դասի նախապատմություն և հասկացություններ ուսուցիչների համար

            1. Energy can be neither created nor destroyed, but converted from one form to another. This can be represented as the first law of thermodynamics.

            2. Energy can be classified by its form or state.

            3. The forms of energy defined in NYS educational standards include: sound, chemical, radiant (light), electrical, atomic (nuclear), mechanical, thermal (heat). Remembered as "SCREAM Today". Refer to the Energy Forms and States Demonstrations activity to further explain the concepts of energy forms.

            • Sound – from vibration of sound waves
            • Chemical (fuel, gas, wood, battery)
            • Radiant (light) (note – this is part of the broader "electromagnetic" group)
            • Electrical energy (electrons move among atoms, as in the conductive wire of an electrical cord)
            • Atomic (nuclear, from nucleus of atom)
            • Mechanical (walk, run)
            • Thermal (heat, such as rubbing hands together)

            4. The two states of energy are potential and kinetic

            • Potential (stored energy due to elevation): PE = mass*gravity*height
            • Kinetic (energy in motion): KE = 1/2*mass*velocity 2

            5. Energy is stored in a variety of ways and must be released to do useful work

            6. Energy can be converted to useful forms by various means, we often convert the form of energy to make it more useful to us. For example, we transform chemical energy in gasoline into mechanical energy to move an automobile. Refer to the Energy Conversions activity to have students evaluate various everyday energy conversion devices.

            7. Energy and its conversion between forms can be expressed quantitatively.

            8. When converting energy, a significant fraction of that energy can be lost from the system (in the form of heat, sound, vibration, etc.). But of course energy is never really lost. "Lost" in this context means that it is not recovered for effective use by humans or machines.

            Associated Activities

            • Energy Forms and States Demonstrations - Demonstrations explain the concepts of energy forms (sound, chemical, radiant [light], electrical, atomic [nuclear], mechanical, thermal [heat]) and states (potential, kinetic).

            Բառապաշար/Սահմանումներ

            block process flow diagram: A physical representation of inputs and outputs of a process, used by engineers.

            chemical energy: Energy stored within chemical bonds.

            combustion : The process of burning organic chemicals to release heat and light.

            conservation : Careful use of resources with the goal of reducing environmental damage or resource depletion.

            efficiency: Ability of a process or machine to convert energy input to energy output, efficiency is always less than 100% in real processes. Efficiency of a system can be quantified as the ratio of the useful output energy (or power) to the input energy (or power).

            electrical energy: Energy made available by the flow of electric charge through a conductor.

            energy conversion: Transformation of one form of energy into another, usually to convert the energy into a more useful form.

            first law of thermodynamics: Energy can neither be created nor destroyed.

            form of energy : Forms of energy include heat, light, electrical, mechanical, nuclear, sound and chemical.

            heat : A form of energy related to its temperature. (thermal energy)

            input: Matter or energy going into a process.

            kinetic energy: Energy of motion, influenced by an objects mass and speed.

            mechanical energy: A form of energy related to the movement of an object.

            nuclear energy: (atomic) Energy produced by splitting the nuclei of certain elements.

            output: Matter or energy coming out of a process.

            potential energy: Energy that is stored and that comes from an object's position or condition.

            state of energy: States of energy include kinetic and potential.

            Assessment

            Post-Introduction Assessment: Plan on a lot of dialogue and student participation in the first day of this lesson. Use the many probing questions included in the forms and state demonstration activity to assess if students understand the concepts.

            Homework: Use the turned-in student activity worksheet completed during the conversion activity as a means of assessing if students correctly identified the forms involved in each conversion process and can include those forms correctly in a block diagram form.

            Worksheet & Quiz: Have students complete the activity worksheet and discussion questions and turn them in. The quiz after Lesson 5 also includes concepts from this lesson.

            • If the mass of an object is 10 kg, and it is dropped from a height of 5 m, what is its potential energy? (Answer: PE=(10 kg)(9.8 m/s 2 )(5 m)=490 Nm) (A Nm (newton-meter) is equivalent to a (kg*m 2 )/s 2 )
            • If the kinetic energy of an object is 100 Nm, and its velocity is 10m/s, what is the mass of the object? (Answer: m=2KE/v 2 =2*100 Nm/〖10 m/s〗 2 =2 kg)

            Հղումներ

            Biggs, A., Burns, J., Daniel, L.H., Ezralson, C., Feather, R.M., Horton, P.M., McCarthy, T.K., Ortleb, E., Snyder, S.L., Werwa, E. Science Voyages: Exploring Life, Earth and Physical Science, Level Red., Glencoe/McGraw Hill: New York, 2000.

            Intermediate Level Science Core Curriculum, Grades 5-8, New York State Education, Department, accessed December 31, 2008. http://www.emsc.nysed.gov/ciai/mst/pub/intersci.pdf

            Other Related Information

            This lesson was originally published by the Clarkson University K-12 Project Based Learning Partnership Program and may be accessed at http://internal.clarkson.edu/highschool/k12/project/energysystems.html.

            Browse the NGSS Engineering-aligned Physics Curriculum hub for additional Physics and Physical Science curriculum featuring Engineering.

            Հեղինակային իրավունք

            Contributors

            Supporting Program

            Երախտագիտություն

            This lesson was developed under National Science Foundation grants no. DUE 0428127 and DGE 0338216. However, these contents do not necessarily represent the policies of the National Science Foundation, and you should not assume endorsement by the federal government.


            NGSS Alignment

            • MS-LS1-7 . Develop a model to describe how food is rearranged through chemical reactions forming new molecules that support growth and/or release energy as this matter moves through an organism.

            Asking Questions and Defining Problems. Ask questions that can be investigated within the scope of the classroom, outdoor environment, and museums and other public facilities with available resources and, when appropriate, frame a hypothesis based on observations and scientific principles.

            Analyzing and Interpreting Data. Analyze and interpret data to provide evidence for phenomena.

            Within a natural or designed system, the transfer of energy drives the motion and/or cycling of matter.

            Cause and Effect. Cause and effect relationships may be used to predict phenomena in natural or designed systems.


            Դիտեք տեսանյութը: Ուղղագիծ հավասարաչափ շարժում: (Հունվարի 2023).