Astronomija Crvene zvezde. Zanimljive činjenice o zvijezdama - nebeskim tijelima. Prelepa imena zvezda

Postoje tri faze katabolizma:

1). Polimeri se pretvaraju u monomere (proteini u aminokiseline, ugljikohidrati u monosaharide, lipidi u glicerol i masne kiseline). Hemijska energija se rasipa u obliku topline.

2). Monomeri se pretvaraju u uobičajene proizvode, pretežno acetil-CoA. Hemijska energija se djelimično raspršuje u obliku topline, djelimično se akumulira u obliku reduciranih oblika koenzima (NADH, FADH 2), a djelimično se pohranjuje u visokoenergetskim vezama ATP-a (fosforilacija supstrata).

1. i 2. faza katabolizma se odnose na specifično putevi koji su jedinstveni za metabolizam proteina, lipida i ugljikohidrata.

3). Završna faza katabolizam, svodi se na oksidaciju acetil-CoA do CO 2 i H 2 O u reakcijama ciklusa trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus) - general put katabolizma. Oksidativne reakcije općeg kataboličkog puta povezane su s lancem tkivnog disanja. U ovom slučaju, energija (40-45%) se pohranjuje u obliku ATP-a (oksidativna fosforilacija).

Kao rezultat specifičnih i općih kataboličkih puteva, biopolimeri (proteini, ugljikohidrati, lipidi) se razlažu do CO 2, H 2 O i NH 3, koji su glavni krajnji produkti katabolizma.

Metaboliti u normalnim i patološkim stanjima

Stotine metabolita se formiraju svake sekunde u živoj ćeliji. Međutim, njihove koncentracije se održavaju na određenom nivou, što je specifična biohemijska konstanta ili referentna vrijednost. Kod bolesti se mijenja koncentracija metabolita, što je osnova biohemijske laboratorijske dijagnostike. Normalni metaboliti uključuju glukozu, ureu, holesterol, ukupni protein u serumu i niz drugih. Ako koncentracija ovih tvari prelazi fiziološke norme (povećanje ili smanjenje) ukazuje na kršenje njihovog metabolizma u tijelu. Štoviše, određeni broj tvari u tijelu zdrave osobe nalazi se samo u određenim biološkim tekućinama, što je određeno specifičnostima njihovog metabolizma. Na primjer, serumski proteini normalno ne prolaze kroz bubrežni filter i stoga se ne otkrivaju u urinu. Ali kod upale bubrega (glomerulonefritis), proteini (prvenstveno albumini) prodiru u glomerularnu kapsulu, pojavljuju se u urinu - proteinurija i tumače se kao patološke komponente urina.

Patološki metaboliti su proteini mijeloma (Bence Jones proteini), paraproteini kod Waldenströmove makroglobulinemije, akumulacija abnormalnog glikogena u glikogenozi, različite frakcije složenih lipida u sfingolipidozama itd. Otkrivaju se samo kod bolesti i nisu tipične za zdrav organizam.

Metabolism Study Levels

Nivoi proučavanja metabolizma:

Cijeli organizam.

Izolovani organi (perfuzirani).

Sekcije tkiva.

Ćelijske kulture.

Homogenati tkiva.

Izolirane ćelijske organele.

Molekularni nivo (pročišćeni enzimi, receptori, itd.).

Često se za proučavanje metabolizma koriste radioaktivni izotopi (3 H, 32 P, 14 C, 35 S, 18 O), koji označavaju supstance koje se unose u organizam. Zatim se može pratiti stanična lokalizacija ovih supstanci, odrediti poluživot i njihovi metabolički putevi.

Rice. 8.1. Shema specifičnih i općih kataboličkih puteva

JONSKI I GASNI METABOLOM TEČNIH MEDIJA ORGANIZMA

Ljudsko tijelo u prosjeku se sastoji od 60% tjelesne težine vode. Voda ispunjava sve komponente ćelija i vanćelijskog prostora i predstavlja sredinu u kojoj se odvijaju biohemijske reakcije, prenos supstanci i hemijska energija. Biohemijske reakcije se odvijaju u vodenoj sredini tijela na konstantnoj temperaturi.

Voda je medij u kojem se rastvaraju, odnosno raspršuju različite tvari koje čine tijelo. Voda sadrži glavne makrokomponente organizma - proteine, ugljene hidrate, lipide, kao i mikroelemente, nukleinske kiseline i druge mikrokomponente.

Voda je osnova tečnosti koje cirkulišu u telu, takođe učestvuje u metaboličkim procesima.

Očigledno je da je poznavanje svojstava rastvora neophodno za razumevanje biohemijskih transformacija u ljudskom telu.

Rješenja su od velikog značaja kako u svakodnevnom životu tako i u medicini. Prema modernim idejama, život je nastao u okeanu, koji je bio vodeni rastvor neorganskih i organskih supstanci. Tokom evolucije, živi organizmi su se razvijali i mijenjali. Mnogi od njih su napustili okean i preselili se na kopno. Međutim, životinje i biljke, nakon što su izašle iz morske kolijevke, zadržavale su u svojim tijelima vodene otopine koje su sadržavale različite anorganske ione i organske tvari. Rješenja su krvna plazma, cerebrospinalna tekućina i limfa. Lekovi su efikasni samo kada su rastvoreni ili se moraju rastvoriti u telu.

METABOLIZAM I METABOLIČKI PUTOVI

Metabolizam(iz grčkog metabole- "kretanje, promjena, transformacija") - skup biohemijskih transformacija tvari koje ulaze u tijelo, i međupretvaranje supstanci koje čine tijelo.

Transformacije (metabolizam) supstanci u metaboličkim procesima odvijaju se kroz lance uzastopnih reakcija. Ovi lanci uzastopnih reakcija se nazivaju metaboličkih puteva(MP).

Priroda metabolizma u tkivima je u velikoj mjeri određena ishranom.

Kod ljudi i drugih sisara, proizvodi koji se apsorbiraju nakon probave proteina, masti i ugljikohidrata sadržanih u hrani prolaze kroz metaboličke transformacije.

Kod preživača (iu manjoj mjeri kod ostalih biljojeda) celulozu probavljaju simbiotski mikroorganizmi uz stvaranje nižih homologa organskih kiselina (octene, propionske, butirne); metabolizam tkiva kod ovih životinja je prilagođen da koristi niže masne kiseline kao glavni supstrat.

U eksperimentalnoj studiji metaboličkog puta, prvo se identifikuju reakcione komponente i razjašnjavaju stehiometrija i mehanizam za svaku od uzastopnih faza procesa. Završna faza takvog istraživanja je reprodukcija enzimskih reakcija in vitro. Drugo, identificirani su genetski, alosterični i hormonski mehanizmi kojima se regulira brzina ovog metaboličkog procesa.

Metabolički putevi u čitavom organizmu se proučavaju ili određivanjem supstanci koje se unose i uklanjaju iz organizma (u normalnim uslovima, kao i u uslovima stresa i patologije), ili metodom perfuzije (pranja) pojedinih organa, ili metodom preživjelih presjeka tkiva. Metoda zasnovana na proučavanju dobijenih mutantnih organizama sa genetskim defektima, kao i metoda obilježenih atoma, smatra se vrlo perspektivnom.

Tabela 2.1. Odnos između opšteg katabolizma (cijepanje) i anabolizma (sinteza)

Metabolizam uključuje katabolizam i anabolizam.

Katabolizam- faza dezintegracije, enzimska razgradnja složenih molekula na jednostavnije, metabolički put od složenog do jednostavnog.

Anabolizam- sinteza složenih molekula od malih, metabolički put od jednostavnih do složenih.

Zauzvrat, svaki od ovih procesa (katabolizam i anabolizam) sastoji se od dva međusobno povezana procesa koji se istovremeno odvijaju:

Intermedijarni metabolizam - niz enzimskih reakcija razgradnje ili sinteze, čiji se međuprodukti nazivaju "metaboliti";

Energetska sprega - konverzije energije u metaboličkim reakcijama, usled kojih se energija ili skladišti u visokoenergetskim jedinjenjima (ATP, NADPH) ili se troši tokom razgradnje ovih jedinjenja (tabela 2.1).

Procesi opšteg katabolizma mogu se podeliti u tri glavne faze (slika 2.1).

Rice. 2.1. Tri glavne faze katabolizma

Prve dvije faze katabolizma su razgradnja proteina, polisaharida i lipida do piruvata i acetil-koenzima-A (acetil-CoA). Treća faza je ciklus limunske kiseline, glavni proces koji tijelu obezbjeđuje energiju i razne metabolite.

Anabolički procesi također uključuju tri faze. Polazne supstance, ili gradivni blokovi, su jedinjenja koja se dobijaju kataboličkim procesima za anabolizam.

Katabolički i anabolički putevi nisu isti.

Metabolizam nutrijenata. Hrana koja ulazi u organizam, većim dijelom se sastoji od proteina, ugljikohidrata i masti, mora se razgraditi na komponente kao što su aminokiseline, heksoze, masne kiseline, koje su direktno uključene u metaboličke procese. Transformacija polaznih supstanci u resorptivne supstrate odvija se u fazama kao rezultat kataboličkih procesa koji uključuju različite enzime.

Uvod u metabolizam (biohemija)

Metabolizam ili metabolizam je skup hemijskih reakcija u tijelu koje mu daju tvari i energiju neophodne za život. Proces metabolizma, praćen stvaranjem jednostavnijih spojeva iz složenih, označava se pojmom katabolizam. Proces koji ide u suprotnom smjeru i na kraju dovodi do stvaranja složenog proizvoda od relativno jednostavnijih - anabolizma. Anaboličke procese prati potrošnja energije, kataboličke procese oslobađanje.

Anabolizam i katabolizam nisu jednostavni preokreti reakcija. Anabolički putevi moraju se razlikovati od kataboličkih u barem jednoj od enzimskih reakcija da bi se mogli samostalno regulisati, a kontrolom aktivnosti ovih enzima reguliše se ukupna brzina razgradnje i sinteze supstanci. Enzimi koji određuju brzinu cijelog procesa u cjelini nazivaju se ključni enzimi.

Štaviše, put koji slijedi katabolizam određene molekule može biti neprikladan za njegovu sintezu iz energetskih razloga. Na primjer, razgradnja glukoze u piruvat u jetri je proces koji se sastoji od 11 uzastopnih koraka kataliziranih specifičnim enzimima. Čini se da bi sinteza glukoze iz piruvata trebala biti jednostavno preokret svih ovih enzimskih faza njenog razlaganja. Ovaj put se na prvi pogled čini i najprirodnijim i najekonomičnijim. Međutim, u stvarnosti, biosinteza glukoze (glukoneogeneza) u jetri se odvija drugačije. Uključuje samo 8 od 11 enzimskih faza uključenih u njegovu razgradnju, a 3 nedostajuće faze u njemu su zamijenjene potpuno drugačijim skupom enzimskih reakcija, karakterističnih samo za ovaj put biosinteze. Osim toga, reakcije katabolizma i anabolizma često su razdvojene membranama i javljaju se u različitim ćelijskim odjeljcima.

Tabela 8.1. Kompartmentalizacija nekih metaboličkih puteva u hepatocitu

Odeljak	Metabolički putevi
Cytosol	Glikoliza, mnoge reakcije glukoneogeneze, aktivacija aminokiselina, sinteza masnih kiselina
Plazma membrana	Energetski ovisni transportni sistemi
	Replikacija DNK, sinteza različitih tipova RNK
Ribosomi	Sinteza proteina
Lizozomi	Izolacija hidrolitičkih enzima
Golgijev kompleks	Formiranje plazma membrane i sekretornih vezikula
Mikrozomi	Lokalizacija katalaze i aminokiselinskih oksidaza
Endoplazmatski retikulum	Sinteza lipida
Mitohondrije	Ciklus trikarboksilne kiseline, lanac tkivnog disanja, oksidacija masnih kiselina, oksidativna fosforilacija

Metabolizam obavlja 4 funkcije:

1. snabdevanje organizma hemijskom energijom dobijenom razgradnjom energetski bogatih supstanci hrane;

2. transformacija nutrijenata u gradivne blokove koji se u ćeliji koriste za biosintezu makromolekula;

3. sklapanje makromolekularnih (biopolimera) i supramolekularnih struktura živog organizma, plastično i energetsko održavanje njegove strukture;

4. sinteza i uništavanje onih biomolekula koje su neophodne za obavljanje specifičnih funkcija ćelije i organizma.

Metabolički put je slijed kemijskih transformacija određene tvari u tijelu. Intermedijarni proizvodi koji nastaju tokom procesa transformacije nazivaju se metaboliti, a posljednji spoj metaboličkog puta je konačni proizvod. Primjer metaboličkog puta je glikoliza, sinteza kolesterola.

Metabolički ciklus je metabolički put u kojem je jedan od krajnjih proizvoda identičan jednom od jedinjenja uključenih u ovaj proces. Najvažniji metabolički ciklusi u ljudskom tijelu su ciklus trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus) i ciklus ornitin uree.

Gotovo sve metaboličke reakcije su u konačnici međusobno povezane, budući da produkt jedne enzimske reakcije služi kao supstrat za drugu, koja ovaj proces igra ulogu sljedeće faze. Dakle, metabolizam se može predstaviti kao izuzetno složena mreža enzimskih reakcija. Ako je protok nutrijenata u bilo kojem dijelu ove mreže smanjen ili poremećen, tada se kao odgovor mogu javiti promjene u drugom dijelu mreže tako da se ova prva promjena nekako izbalansira ili kompenzira. Štoviše, i kataboličke i anaboličke reakcije su prilagođene na način da se odvijaju najekonomičnije, odnosno uz najmanji utrošak energije i tvari. Na primjer, oksidacija hranjivih tvari u ćeliji odvija se brzinom koja je dovoljna da zadovolji njene energetske potrebe u ovom trenutku.

Specifični i opći putevi katabolizma

Postoje tri faze katabolizma:

1. Polimeri se pretvaraju u monomere (proteini u aminokiseline, ugljikohidrati u monosaharide, lipidi u glicerol i masne kiseline). Hemijska energija se rasipa u obliku topline.

2. Monomeri se pretvaraju u uobičajene proizvode, pretežno acetil-CoA. Hemijska energija se djelomično raspršuje u obliku topline, djelomično se akumulira u obliku reduciranih oblika koenzima (NADH, FADH2), a djelomično se pohranjuje u visokoenergetskim vezama ATP-a (fosforilacija supstrata).

Faze 1 i 2 katabolizma odnose se na specifične puteve koji su jedinstveni za metabolizam proteina, lipida i ugljikohidrata.

3. Završna faza katabolizma svodi se na oksidaciju acetil-CoA do CO 2 i H 2 O u reakcijama ciklusa trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus) – opći put katabolizma. Oksidativne reakcije općeg kataboličkog puta povezane su s lancem tkivnog disanja. U ovom slučaju, energija (40-45%) se pohranjuje u obliku ATP-a (oksidativna fosforilacija).

Kao rezultat specifičnih i općih kataboličkih puteva, biopolimeri (proteini, ugljikohidrati, lipidi) se razlažu do CO 2, H 2 O i NH 3, koji su glavni krajnji produkti katabolizma.

Metaboliti u normalnim i patološkim stanjima

Metabolism Study Levels

Nivoi proučavanja metabolizma:

1. Cijeli organizam.

2. Izolovani organi (perfuzirani).

3. Sekcije tkiva.

4. Ćelijske kulture.

5. Homogenati tkiva.

6. Izolovane ćelijske organele.

7. Molekularni nivo (prečišćeni enzimi, receptori, itd.).

Rice. 8.1. Shema specifičnih i općih kataboličkih puteva

Poglavlje 9. Biološke membrane

Ćelija je biološki sistem, čiju osnovu čine membranske strukture koje odvajaju ćeliju od spoljašnje sredine, formiraju njene kompartmente, a takođe obezbeđuju ulazak i uklanjanje metabolita, percepciju i prenos signala, i strukturni su organizatori. metaboličkih puteva.

Koordinirano funkcionisanje membranskih sistema – receptora, enzima, transportnih mehanizama pomaže u održavanju ćelijske homeostaze i istovremeno brzo reagovati na promene u spoljašnjoj sredini.

Membrane su nekovalentne supramolekularne strukture. Proteini i lipidi u njima drže zajedno mnoge nekovalentne interakcije (kooperativne prirode).

Glavne funkcije membrana uključuju:

1. izdvajanje ćelije iz okoline i formiranje intracelularnih kompartmenata (kompartmenta);

2. kontrola i regulacija transporta velikog broja supstanci kroz membrane (selektivna permeabilnost);

3. učešće u obezbjeđivanju međućelijskih interakcija;

4. percepcija i prijenos signala u ćeliju (prijem);

5. lokalizacija enzima;

6. funkcija transformacije energije.

Membrane su asimetrične u strukturnom i funkcionalnom pogledu (ugljikohidrati su uvijek lokalizirani spolja i nisu prisutni na unutra membrane). To su dinamičke strukture: proteini i lipidi koji ih čine mogu se kretati u ravnini membrane (lateralna difuzija). Međutim, postoji i prijelaz proteina i lipida s jedne strane membrane na drugu (poprečna difuzija, flip-flop), koji se odvija izuzetno sporo. Pokretljivost i fluidnost membrane zavisi od njenog sastava: omjera zasićenih i nezasićenih masnih kiselina, kao i holesterola. Fluidnost membrane je manja, što je veća zasićenost masnih kiselina u fosfolipidima i veća je više sadržaja holesterol. Osim toga, membrane karakterizira samomontaža.

Opća svojstvaćelijske membrane:

1. lako propusna za vodu i neutralna lipofilna jedinjenja;

2. slabije propusni za polarne supstance (šećeri, amidi);

3. slabo propustljiv za male jone (Na +, Cl - itd.);

4. karakteristično visoka električni otpor;

5. asimetrija;

6. može spontano vratiti integritet;

7. fluidnost.

Hemijski sastav membrana.

Membrane se sastoje od molekula lipida i proteina, čije relativne količine uvelike variraju među različitim membranama. Ugljikohidrati se nalaze u obliku glikoproteina, glikolipida i čine 0,5%-10% membranskih supstanci. Prema fluidno-mozaičkom modelu strukture membrane (Sanger i Nicholson, 1972), osnova membrane je dvostruki lipidni sloj u čijem formiranju učestvuju fosfolipidi i glikolipidi. Lipidni dvosloj formiraju dva reda lipida, čiji su hidrofobni radikali skriveni unutra, a hidrofilne grupe okrenute prema van i u kontaktu su sa vodenim okruženjem. Čini se da su proteinski molekuli otopljeni u lipidnom dvosloju i “relativno slobodno plutaju u lipidnom moru u obliku santi leda na kojima rastu stabla glikokaliksa”.

Membranski lipidi.

Membranski lipidi su amfifilne molekule, tj. molekul sadrži i hidrofilne grupe (polarne glave) i alifatske radikale (hidrofobni repovi), koji spontano formiraju dvosloj u kojem su repovi lipida okrenuti jedan prema drugom. Debljina jednog lipidnog sloja je 2,5 nm, od čega je 1 nm na glavi i 1,5 nm na repu. Postoje tri glavna tipa lipida prisutnih u membranama: fosfolipidi, glikolipidi i holesterol. Prosječni molarni odnos holesterol/fosfolipidi je 0,3–0,4, ali je u plazma membrani taj odnos mnogo veći (0,8–0,9). Prisustvo holesterola u membranama smanjuje pokretljivost masnih kiselina i smanjuje bočnu difuziju lipida i proteina.

Fosfolipidi se mogu podijeliti na glicerofosfolipide i sfingofosfolipide. Najčešći membranski glicerofosfolipidi su fosfatidilkolini i fosfatidiletanolamini. Svaki glicerofosfolipid, na primjer fosfatidilkolin, predstavljen je s nekoliko desetina fosfatidilholina, koji se međusobno razlikuju po strukturi ostataka masnih kiselina.

Glicerofosfolipidi čine 2-8% svih membranskih fosfolipida. Najčešći su fosfatidilinozitoli.

Specifični fosfolipidi unutrašnje membrane mitohondrija - kardiolipini (difosfatidgliceroli), izgrađeni na bazi glicerola i dva ostatka fosfatidne kiseline, čine oko 22% svih fosfolipida mitohondrijske membrane.

Mijelinska ovojnica nervnih ćelija sadrži značajne količine sfingomijelina.

Membranski glikolipidi su predstavljeni cerebrozidima i gangliozidima, kod kojih je hidrofobni dio predstavljen ceramidom. Hidrofilna grupa - ostatak ugljikohidrata - vezana je glikozidnom vezom za hidroksilnu grupu prvog atoma ugljika ceramida. Glikolipidi se u značajnim količinama nalaze u membranama moždanih stanica, epitelu i crvenim krvnim zrncima. Gangliozidi eritrocita različitih pojedinaca razlikuju se po strukturi oligosaharidnih lanaca i pokazuju antigena svojstva.

Holesterol je prisutan u svim membranama životinjskih stanica. Njegova molekula se sastoji od krutog hidrofobnog jezgra i fleksibilnog lanca ugljikovodika, a jedina hidroksilna grupa je polarna glava.

Funkcije membranskih lipida.

Fosfo- i glikolipidi membrana, osim što učestvuju u formiranju lipidnog dvosloja, obavljaju i niz drugih funkcija. Membranski lipidi formiraju okruženje za funkcioniranje membranskih proteina koji preuzimaju svoju nativnu konformaciju.

Neki membranski lipidi su prekursori sekundarnih glasnika u prijenosu hormonalnih signala. Tako se fosfatidilinozitol difosfat, pod dejstvom fosfolipaze C, hidrolizira u diacilglicerol i inozitol trifosfat, koji su sekundarni prenosioci hormona.

Brojni lipidi su uključeni u fiksaciju usidrenih proteina. Primjer usidrenog proteina je acetilkolinesteraza, koja se vezuje za postsinaptičku membranu za fosfatitilinozitol.

Membranski proteini.

Membranski proteini su odgovorni za funkcionalnu aktivnost membrana i čine 30 do 70%. Membranski proteini se razlikuju po svom položaju u membrani. Oni mogu prodrijeti duboko u lipidni dvosloj ili čak prodrijeti u njega - integralni proteini, vezati se za membranu na različite načine - površinski proteini, ili kovalentno kontaktirati s njom - usidreni proteini. Površinski proteini su gotovo uvijek glikozilirani. Ostaci oligosaharida štite protein od proteolize i uključeni su u prepoznavanje i adheziju liganda.

Proteini lokalizirani u membrani obavljaju strukturne i specifične funkcije:

1. transport;

2. enzimski;

3. receptor;

4. antigenski.

Mehanizmi membranskog transporta supstanci

Postoji nekoliko načina za prijenos tvari kroz membranu:

1. Jednostavna difuzija je prijenos malih neutralnih molekula duž gradijenta koncentracije bez trošenja energije i nosača. Male nepolarne molekule, kao što su O2, steroidi i hormoni štitnjače, najlakše prolaze jednostavnom difuzijom kroz lipidnu membranu. Mali polarni nenabijeni molekuli - CO 2, NH 3, H 2 O, etanol i urea - također difundiraju dovoljnom brzinom. Difuzija glicerola je mnogo sporija, a glukoza praktički ne može sama proći kroz membranu. Lipidna membrana je nepropusna za sve nabijene molekule, bez obzira na veličinu.

2. Olakšana difuzija– prijenos tvari duž gradijenta koncentracije bez utroška energije, ali s nosačem. Karakteristika supstanci rastvorljivih u vodi. Olakšana difuzija razlikuje se od jednostavne difuzije po većoj brzini prijenosa i sposobnosti zasićenja. Postoje dvije vrste olakšane difuzije:

Transport kroz posebne kanale formirane u transmembranskim proteinima (na primjer, kationski selektivni kanali);

Uz pomoć proteina translokaze koji stupaju u interakciju sa specifičnim ligandom, osiguravaju njegovu difuziju duž gradijenta koncentracije (ping-pong) (prijenos glukoze u eritrocite pomoću GLUT-1 transporter proteina).

Kinetički, prijenos tvari olakšanom difuzijom sliči enzimska reakcija. Za translokaze postoji zasićena koncentracija liganda pri kojoj su sva mjesta vezanja proteina i liganda zauzeta i proteini rade maksimalnom brzinom. Stoga, brzina transporta tvari olakšanom difuzijom ovisi ne samo o gradijentu koncentracije transportirane tvari, već i o broju nosača u membrani.

Jednostavna i olakšana difuzija se odnosi na pasivni transport, jer se odvija bez potrošnje energije.

3. Aktivni transport– transport tvari protiv gradijenta koncentracije (nenabijene čestice) ili elektrohemijskog gradijenta (za nabijene čestice), koji zahtijeva energiju, najčešće ATP. Postoje dvije njegove vrste: primarni aktivni transport koristi energiju ATP-a ili redoks potencijala i provodi se pomoću transportnih ATPaza. Najčešći u plazma membrani ljudskih ćelija su Na + , K + - ATPaza, Ca 2+ -ATPaza, H + -ATPaza.

Sekundarni aktivni transport koristi ionski gradijent koji nastaje na membrani zbog rada primarnog aktivnog transportnog sistema (apsorpcija glukoze u crijevnim stanicama i reapsorpcija glukoze i aminokiselina iz primarnog urina od strane stanica bubrega, koja se odvija kretanjem Na+ joni duž gradijenta koncentracije).

Transport makromolekula kroz membranu. Transportni proteini prenose male polarne molekule kroz ćelijsku membranu, ali ne mogu transportovati makromolekule kao što su proteini, nukleinske kiseline, polisaharidi ili pojedinačne čestice.

Mehanizmi pomoću kojih ćelije mogu preuzeti takve supstance ili ih ukloniti iz ćelije razlikuju se od mehanizama kojima se transportuju joni i polarna jedinjenja.

1. Endocitoza. To je prijenos tvari iz okoline u ćeliju zajedno s dijelom plazma membrane. Kroz endocitozu (fagocitozu), stanice mogu progutati velike čestice kao što su virusi, bakterije ili ćelijski fragmenti. Apsorpcija tekućine i tvari otopljenih u njoj kroz male vezikule naziva se pinocitoza.

2. Egzocitoza. Makromolekule, kao što su proteini krvne plazme, peptidni hormoni i probavni enzimi, sintetiziraju se u stanicama, a zatim se izlučuju u međućelijski prostor ili krv. Ali membrana nije propusna za takve makromolekule ili komplekse; njihovo izlučivanje se događa egzocitozom. Tijelo ima i regulirane i neregulirane puteve egzocitoze. Neregulisano lučenje karakteriše kontinuirana sinteza izlučenih proteina. Primjer je sinteza i izlučivanje kolagena od strane fibroblasta kako bi se formirao međućelijski matriks.

Regulisano lučenje karakteriše skladištenje molekula pripremljenih za izvoz u transportne vezikule. Uz pomoć regulisanog lučenja oslobađaju se probavni enzimi, kao i lučenje hormona i neurotransmitera.

Poglavlje 10. Energetski metabolizam. Biološka oksidacija

Živi organizmi sa stanovišta termodinamike su otvoreni sistemi. Moguća je razmena energije između sistema i okoline, koja se odvija u skladu sa zakonima termodinamike. Svako organsko jedinjenje koje ulazi u organizam ima određenu zalihu energije (E). Dio ove energije može se iskoristiti za obavljanje korisnog posla. Ova energija se naziva slobodna energija (G). Smjer hemijske reakcije određen je DG vrijednosti. Ako je ova vrijednost negativna, tada se reakcija odvija spontano. Takve reakcije se nazivaju eksergonijskim. Ako je DG pozitivan, tada će se reakcija dogoditi samo kada se slobodna energija dovodi izvana - to su endergonske reakcije. U biološkim sistemima termodinamički nepovoljne endergonske reakcije mogu nastati samo na račun energije eksergoničkih reakcija. Takve reakcije se nazivaju energetski spregnute.

Najvažnija funkcija mnogih bioloških membrana je pretvaranje jednog oblika energije u drugi. Membrane s takvim funkcijama nazivaju se pretvaračima energije. Svaka membrana koja obavlja energetsku funkciju sposobna je pretvoriti kemijsku energiju oksidiranih supstrata ili ATP-a u električna energija, naime u transmembranskoj razlici električnih potencijala (DY) ili u energiji razlike koncentracija supstanci sadržanih u rastvorima odvojenim membranom, i obrnuto. Među membranama za transformaciju energije koje su od najvećeg značaja su unutrašnja mitohondrijalna membrana, vanjska citoplazmatska membrana, membrane lizosoma i Golgijevog kompleksa, te sarkoplazmatski retikulum. Vanjska membrana mitohondrija i nuklearna membrana ne mogu pretvoriti jedan oblik energije u drugi.

Transformacija energije u živoj ćeliji opisana je sljedećom općom shemom:

Energetski resursi → ΔμI → rad

gdje je ΔμI transmembranska razlika u elektrohemijskim potencijalima jona I. Posljedično, procesi iskorištavanja energije i rad koji se zbog njega obavljaju povezani su kroz formiranje i korištenje ΔμI. Stoga se ovaj ion može nazvati konjugirajućim jonom. Glavni konjugirajući ion u eukariotskoj ćeliji je H +, i prema tome ΔμH + je glavni konvertibilni oblik skladištenja energije. Drugi najvažniji konjugirajući ion je Na + (ΔμNa +). Dok se Ca 2+, K+ i Cl - ne koriste za bilo kakav rad.

Biološka oksidacija je proces dehidrogenacije supstrata korištenjem srednjih nosača vodika i njegovog konačnog akceptora. Ako je konačni akceptor kisik, proces se naziva aerobna oksidacija ili disanje tkiva; ako konačni akceptor nije kisik, naziva se anaerobna oksidacija. Anaerobna oksidacija je od ograničenog značaja u ljudskom tijelu. Glavna funkcija biološke oksidacije je osigurati ćeliju energijom u dostupnom obliku.

Tkivno disanje je proces oksidacije vodonika kisikom u vodu pomoću enzima u tkivnom lancu disanja. Nastavlja se prema sljedećoj shemi:

Supstanca se oksidira ako otpusti elektrone ili i elektrone i protone (atome vodika), ili doda kisik. Sposobnost molekula da donira elektrone drugom molekulu određena je njegovim redoks potencijalom. Bilo koje jedinjenje može donirati elektrone samo tvari s većim redoks potencijalom. Oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo uvijek čine konjugirani par.

Postoje 2 vrste oksidabilnih supstrata:

1. Piridin zavisni - alkohol ili aldehid - izocitrat, α-ketoglutarat, piruvat, malat, glutamat, β-hidroksiacil-CoA, β-hidroksibutirat - NAD zavisne dehidrogenaze učestvuju u njihovoj dehidrogenaciji.

2. flavin zavisni - su derivati ugljovodonika - sukcinat, acil-CoA, glicerol-3-fosfat, holin - tokom dehidrogenacije prenose vodonik na FAD zavisne dehidrogenaze.

Lanac tkivnog disanja je niz nosilaca vodikovih protona (H+) i elektrona iz oksidiranog supstrata u kiseonik, lokalizovan na unutrašnjoj membrani mitohondrija.

Rice. 10.1. CTD dijagram

CTD komponente:

1. NAD zavisne dehidrogenaze dehidrogeniraju supstrate zavisne od piridina i prihvataju 2ē i jedan H+.

2. FAD (FMN) zavisne dehidrogenaze prihvataju 2 atoma vodonika (2H+ i 2ē). FMN-zavisna dehidrogenaza dehidrogenira samo NADH, dok FAD dehidrogenaze oksidiraju supstrate zavisne od flavina.

3. Nosač rastvorljiv u mastima ubikinon (koenzim Q, CoQ) - slobodno se kreće duž mitohondrijalne membrane i prihvata dva atoma vodonika i pretvara se u CoQH 2 (redukovani oblik - ubihinol).

4. Sistem citokroma – prenosi samo elektrone. Citokromi su proteini koji sadrže željezo, čija prostetska grupa po strukturi podsjeća na hem. Za razliku od hema, atom gvožđa u citokromu može reverzibilno da se transformiše iz dvo- u trovalentno stanje (Fe 3+ + ē → Fe 2+). Ovo osigurava učešće citokroma u transportu elektrona. Citohromi deluju rastućim redosledom svog redoks potencijala i nalaze se u respiratornom lancu na sledeći način: b-c 1 -c-a-a 3. Posljednja dva djeluju zajedno kao jedan enzim, citokrom oksidaza aa 3. Citokrom oksidaza se sastoji od 6 podjedinica (2 - citokrom a i 4 - citokrom a 3). Osim željeza, citokrom a 3 sadrži atome bakra i prenosi elektrone direktno na kisik. Atom kisika postaje negativno nabijen i stječe sposobnost interakcije s protonima u formiranju metaboličke vode.

Gvožđe-sumporni proteini (FeS) – sadrže ne-hem gvožđe i učestvuju u redoks procesima koji se odvijaju putem jednog elektronskog mehanizma i povezani su sa flavoproteinima i citokromom b.

Strukturna organizacija tkivnog lanca disanja

Komponente respiratornog lanca u unutrašnjoj membrani mitohondrija formiraju komplekse:

1. Kompleks I (NADH-CoQH 2 reduktaza) – prima elektrone iz mitohondrijalnog NADH i transportuje ih do CoQ. Protoni se transportuju u intermembranski prostor. FMN i gvožđe-sumpor proteini su srednji akceptori i nosioci protona i elektrona. Kompleks I razdvaja protok elektrona i protona.

2. Kompleks II - sukcinat - CoQ - reduktaza - uključuje dehidrogenaze zavisne od FAD i proteine gvožđe-sumpor. On transportuje elektrone i protone sa supstrata zavisnih od flavina do ubikinona, formirajući intermedijer FADH 2 .

Ubikinon se lako kreće preko membrane i prenosi elektrone u kompleks III.

3. Kompleks III - CoQH 2 - citokrom c - reduktaza - sadrži citohrome b i c 1, kao i gvožđe-sumporne proteine. Funkcionisanje CoQ sa kompleksom III dovodi do razdvajanja toka protona i elektrona: protoni iz matriksa se pumpaju u intermembranski prostor mitohondrija, a elektroni se dalje transportuju duž CTD.

4. Kompleks IV – citokrom a – citokrom oksidaza – sadrži citokrom oksidazu i prenosi elektrone do kiseonika iz intermedijarnog transportera citokroma c, koji je mobilna komponenta lanca.

Postoje 2 vrste CTD-a:

1. Kompletan lanac - supstrati zavisni od piridina ulaze u njega i prenose atome vodika na NAD zavisne dehidrogenaze

2. Nepotpuna (skraćena ili smanjena) CTD u kojoj se atomi vodonika prenose sa supstrata zavisnih od FAD, zaobilazeći prvi kompleks.

Oksidativna fosforilacija ATP-a

Oksidativna fosforilacija je proces stvaranja ATP-a povezan s transportom elektrona duž lanca disanja tkiva od oksidiranog supstrata do kisika. Elektroni uvijek teže kretanju iz elektronegativnih sistema u elektropozitivne, pa je njihov transport duž CTD-a praćen smanjenjem slobodne energije. U respiratornom lancu, u svakoj fazi, smanjenje slobodne energije se javlja postepeno. U ovom slučaju mogu se razlikovati tri regije u kojima je prijenos elektrona praćen relativno velikim smanjenjem slobodne energije. Ovi koraci mogu osigurati energiju za sintezu ATP-a, budući da je količina oslobođene energije približno jednaka energiji potrebnoj za sintezu ATP-a iz ADP-a i fosfata.

Da bi se objasnili mehanizmi sprege disanja i fosforilacije, postavljeno je nekoliko hipoteza.

Mehanohemijski ili konformacioni (Green-Boyer).

Prilikom prijenosa protona i elektrona mijenja se konformacija enzimskih proteina. Oni prelaze u novo, energetski bogato konformaciono stanje, a zatim, kada se vrate u prvobitnu konformaciju, daju energiju za sintezu ATP-a.

Hipoteza hemijske konjugacije (Lipman).

Supstance za spajanje su uključene u spajanje disanja i fosforilacije. Oni prihvataju protone i elektrone i stupaju u interakciju sa H 3 PO 4 . U trenutku doniranja protona i elektrona, veza sa fosfatom postaje visokoenergetska i fosfatna grupa se fosforilacijom supstrata prenosi na ADP sa formiranjem ATP-a. Hipoteza je logična, ali "konjugirajuće" supstance još nisu izolovane.

Hemoosmotska hipoteza Petera Mitchella (1961.)

Glavni postulati ove teorije:

1. unutrašnja membrana mitohondrija je nepropusna za H + i OH − jone;

2. zbog energije transporta elektrona kroz komplekse I, III i IV respiratornog lanca, protoni se ispumpavaju iz matrice;

3. elektrohemijski potencijal koji nastaje na membrani je srednji oblik skladištenja energije;

4. Povratak protona u mitohondrijsku matricu kroz protonski kanal ATP sintaze je dobavljač energije za sintezu ATP-a prema šemi

ADP+H 3 PO 4 →ATP+H 2 O

Dokazi za hemioosmotičku teoriju:

1. postoji H+ gradijent na unutrašnjoj membrani i može se izmjeriti;

2. stvaranje H+ gradijenta u mitohondrijima je praćeno sintezom ATP-a;

3. jonofori (razdvajači), koji uništavaju protonski gradijent, inhibiraju sintezu ATP-a;

4. inhibitori koji blokiraju transport protona kroz protonske kanale ATP sintaze inhibiraju sintezu ATP-a.

Struktura ATP sintaze

ATP sintaza je integralni protein unutrašnje mitohondrijalne membrane. Nalazi se u neposrednoj blizini respiratornog lanca i označen je kao kompleks V. ATP sintaza se sastoji od 2 podjedinice, označene kao F0 i F1. Hidrofobni kompleks F0 je uronjen u unutrašnju membranu mitohondrija i sastoji se od nekoliko protomera koji formiraju kanal kroz koji se protoni prenose u matriks. Podjedinica F1 strši u matriks mitohondrija i sastoji se od 9 protomera. Štaviše, tri od njih vežu podjedinice F0 i F1, formirajući neku vrstu stabljike i osjetljive su na oligomicin.

Suština hemiosmotske teorije: zbog energije prijenosa elektrona duž CTD-a, protoni se kreću kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu u intermembranski prostor, gdje se stvara elektrokemijski potencijal (ΔμH +), što dovodi do konformacijskog preuređivanja aktivnog centar ATP sintaze, zbog čega je obrnuti transport protona moguć kroz protonske kanale ATP sintaze. Kada se protoni vrate nazad, elektrohemijski potencijal se transformiše u energiju visokoenergetske veze ATP-a. Nastali ATP, uz pomoć proteina nosača translokaze, kreće se u citosol ćelije, a zauzvrat ADP i Fn ulaze u matriks.

Koeficijent fosforilacije (P/O) je broj neorganskih atoma fosfata uključenih u molekule ATP-a, izračunat po jednom korištenom atomu apsorbiranog kisika.

Fosforilacijske tačke su područja u respiratornom lancu gdje se energija transporta elektrona koristi za stvaranje protonskog gradijenta, a zatim se, tokom fosforilacije, pohranjuje u obliku ATP-a:

1. 1 bod – između piridin zavisnih i flavin zavisnih dehidrogenaza; 2 boda – između citohroma b i c 1; Tačka 3 – između citohroma a i a3.

2. Shodno tome, tokom oksidacije NAD zavisnih supstrata, P/O koeficijent je jednak 3, pošto se elektroni iz NADH transportuju uz učešće svih CTD kompleksa. Oksidacija supstrata zavisnih od FAD zaobilazi kompleks I respiratornog lanca i P/O je jednak 2.

Poremećaji energetskog metabolizma

Sve žive ćelije stalno zahtevaju ATP za obavljanje različitih aktivnosti. Poremećaj bilo koje faze metabolizma, što dovodi do prestanka sinteze ATP-a, pogubno je za ćeliju. Tkiva s visokim energetskim zahtjevima (CNS, miokard, bubrezi, skeletni mišići i jetra) su najranjivija. Stanja u kojima je smanjena sinteza ATP-a zajednički se nazivaju "hipoenergetski". Uzroci ovih stanja mogu se podijeliti u dvije grupe:

Alimentarno – gladovanje i hipovitaminoza B2 i PP – dolazi do poremećaja u opskrbi CTD oksidirajućim supstratima ili sintezi koenzima.

Hipoksična – nastaje kada dođe do poremećaja u isporuci ili korištenju kisika u ćeliji.

Regulacija centralnog nervnog sistema.

Ovo se radi pomoću kontrole disanja.

Kontrola disanja je regulacija brzine prijenosa elektrona duž respiratornog lanca omjerom ATP/ADP. Što je ovaj omjer manji, to je disanje intenzivnije i ATP se sintetizira aktivnije. Ako se ATP ne koristi i njegova koncentracija u ćeliji raste, protok elektrona do kisika prestaje. Akumulacija ADP povećava oksidaciju supstrata i unos kisika. Karakteriziran je mehanizam kontrole disanja visoka tačnost i važan je jer, kao rezultat njegovog djelovanja, brzina sinteze ATP-a odgovara energetskim potrebama ćelije. U ćeliji nema rezervi ATP-a. Relativna koncentracija ATP/ADP u tkivima varira u uskim granicama, dok potrošnja energije u ćeliji može varirati deset puta.

Američki biohemičar D. Chance predložio je razmatranje 5 stanja mitohondrija, u kojima je brzina njihovog disanja ograničena određenim faktorima:

1. Nedostatak SH 2 i ADP - brzina disanja je vrlo niska.

2. Nedostatak SH 2 u prisustvu ADP - brzina je ograničena.

3. Postoji SH 2 i ADP - disanje je veoma aktivno (ograničeno samo brzinom transporta jona kroz membranu).

4. Nedostatak ADP u prisustvu SH 2 – disanje je inhibirano (stanje kontrole disanja).

5. Nedostatak kiseonika, u prisustvu SH 2 i ADP - stanje anaerobioze.

Mitohondrije u ćeliji u mirovanju su u stanju 4, u kojem je brzina disanja određena količinom ADP. Tokom intenzivnog rada mogu biti u stanju 3 (iscrpljene su mogućnosti respiratornog lanca) ili 5 (nedostatak kiseonika) - hipoksija.

CTD inhibitori su lijekovi koji blokiraju prijenos elektrona duž CTD. To uključuje: barbiturate (amital), koji blokiraju transport elektrona kroz kompleks I respiratornog lanca, antibiotik antimicin blokira oksidaciju citokroma b; Ugljični monoksid i cijanid inhibiraju citokrom oksidazu i blokiraju transport elektrona do kisika.

Inhibitori oksidativne fosforilacije (oligomicin) su supstance koje blokiraju transport H+ kroz protonski kanal ATP sintaze.

Oksidativni fosforilacijski rastavljači (jonofori) su tvari koje potiskuju oksidativnu fosforilaciju bez utjecaja na proces prijenosa elektrona duž CTD. Mehanizam djelovanja odvajača je da su tvari topljive u mastima (lipofilne) i imaju sposobnost da vežu protone i prenose ih kroz unutrašnju membranu mitohondrija u matriks, zaobilazeći protonski kanal ATP sintaze. Oslobođena energija u ovom slučaju se rasipa u obliku topline.

Vještački odvajači - dinitrofenol, derivati vitamina K (dikumarol), neki antibiotici (valinomicin).

Prirodni odvajači su proizvodi peroksidacije lipida, dugolančanih masnih kiselina, velikih doza tiroidnih hormona koji sadrže jod, proteina termogenina.

Termoregulaciona funkcija tkivnog disanja zasniva se na razdvajanju disanja i fosforilacije. Mitohondrije u smeđem masnom tkivu proizvode više topline jer protein termogenin koji je prisutan u njima razdvaja oksidaciju i fosforilaciju. Ovo je važno za održavanje tjelesne temperature novorođenčadi.

Za razliku od raznolikosti makrokosmosa (svijeta velikih stvorenja vidljivih golim okom), svijet mikroba karakterizira relativna uniformnost. Trenutno postoji više od 3000 različitih vrsta bakterija, ali se njihova pojava dijeli na 3 glavna oblika:

Kuglasti ili elipsoidni (koke) veličine od 1 do 2 mikrona (slika 1.3). Koke su među najjednostavnijim oblicima bakterija; mogu se povezati jedni s drugima, formirajući diplokoke (po dva), tetrakoke (po četiri) i streptokoke (lanci); - u obliku štapa ili cilindra veličine od 1 do 5 mikrona (slika 1.4). Takođe su u stanju da se međusobno povežu u parovima i u lancu i daju širok spektar oblika bakterija (diplobakterije, diplobacile, streptobacile, streptobakterije); - Krimpovane ili spiralne veličine od 1 do 30 mikrona.

Mikroorganizmi-destruktori. Vodeću ulogu u transformaciji i mineralizaciji organskih ksenobiotika imaju hemoorganotrofni (heterotrofni) mikroorganizmi, posebno bakterije koje sintetiziraju različite enzimske sisteme.

Od bakterija koje razgrađuju organske ksenobiotike, pseudomonade zauzimaju prvo mjesto po učestalosti pojavljivanja, broju vrsta (oko 30) i spektru degradiranih spojeva.

Biorazgradiva aktivnost mikrobne zajednice zavisi od njenog sastava, brzine rasta i razmene hranljivih materija i genetskog materijala između vrsta. Akumulirani metaboliti mogu biti toksični za jednu komponentu zajednice i mogu biti apsorbirani od strane drugih mikroorganizama, što zajedno ubrzava proces razgradnje (fenomen detoksikacije).

S obzirom na metode dobijanja bioloških objekata – destruktora ksenobiotika, moguće su dvije opcije za bioremedijaciju i bioremedijaciju. Prva opcija je za područja sa starim zagađenjem, gdje gotovo uvijek živi divlja, autohtona mikroflora, sposobna da ih transformiše. Takvi zagađivači se mogu ukloniti in situ(na licu mjesta) bez uvođenja bioloških proizvoda. U ovom slučaju, biorazgradnja je ograničena faktorima okoline i svojstvima zagađenja, kao što su sadržaj kiseonika u životnoj sredini, rastvorljivost zagađivača itd. Druga opcija je da se prvo dobije biološki aktivan soj, akumulira vitalne ćelije, koje unose se kao biološki proizvod u kontaminiranu okolinu. Ova opcija je preporučljiva za korištenje u sjevernim regijama i kada se tretiraju mjesta sa starim zagađenjem;

Sposobnost mikroorganizama da unište ksenobiotik ili drugi zagađivač zavisi od prisustva gena u ćelijama koji određuju sintezu enzima uključenih u razgradnju jedinjenja. Izgradnja rekombinantnih sojeva koji uništavaju ksenobiotike uključuje kombiniranje nekoliko gena ili njihovih blokova odgovornih za primarni metabolizam spojeva. Prednost ove kombinacije je u tome što genetski modifikovani mikroorganizmi (GMMO) mogu sintetizirati različite enzimske sisteme, što omogućava efikasno i brzo uništavanje širokog spektra hemijskih zagađivača.

Biološki tretman otpadnih voda. Šematski dijagrami postrojenja za tretman. Osnovni principi rada, metode i strukture aerobnog i anaerobnog biološkog tretmana otpadnih voda i prerade industrijskog otpada.

Klasifikacija metoda biološkog tretmana. Metode biološke obrade koriste se za prečišćavanje kućnih i industrijskih otpadnih voda (slika 2.1) od mnogih otopljenih organskih i nekih neorganske supstance(vodonik sulfid, sulfidi, amonijak, nitrati, itd.). Proces prečišćavanja zasniva se na sposobnosti mikroorganizama da koriste ove supstance za ishranu. U dodiru s organskim tvarima mikroorganizmi ih djelomično uništavaju, pretvarajući ih u vodu, ugljikohidratni dioksid, nitrit, sulfatione itd. Organske tvari za mikroorganizme su izvor ugljika. Uništavanje organskih tvari mikroorganizmima naziva se biohemijska oksidacija.

Anaerobni mikrobiološki procesi se odvijaju tokom mineralizacije kako rastvorenih organskih materija tako i čvrste faze otpadnih voda. Anaerobni procesi se odvijaju sporim tempom, odvijaju se bez kiseonika i koriste se uglavnom za fermentaciju sedimenata. Metoda aerobnog čišćenja zasniva se na upotrebi aerobnih grupa mikroorganizama za čiji život je potreban stalan protok kiseonika i temperatura od 20-40°C.

Dostupnost bilo koje tvari biološkoj oksidaciji može se ocijeniti vrijednošću biokemijskog indikatora, koji se podrazumijeva kao omjer vrijednosti ukupnog BPK (BPK total) i COD. Biohemijski indikator je parametar neophodan za proračun i rad industrije biološke strukture za tretman otpadnih voda. Kada je vrijednost biohemijskog indikatora jednaka ili veća od 0,5, supstance su podložne biohemijskoj oksidaciji. Vrijednost biohemijskog indikatora uvelike varira za različite grupe otpadnih voda. Industrijske otpadne vode imaju nisku stopu (0,05 - 0,3), kućne otpadne vode - preko 0,5.

Postrojenja za biološki tretman otpadnih voda. Glavni objekti za biohemijski tretman su rezervoari za aeraciju i sekundarni taložnici.

Aeracioni rezervoar je uređaj sa stalnim protokom otpadne vode, u čijoj se debljini razvijaju aerobni mikroorganizmi koji troše supstrat, tj. "zagađenje" ove otpadne vode. Biološki tretman otpadnih voda u aeracionim rezervoarima nastaje kao rezultat vitalne aktivnosti mikroorganizama aktivnog mulja. Otpadna voda se kontinuirano miješa i aerira sve dok zrak ne bude zasićen kisikom. Aktivni mulj je suspenzija mikroorganizama sposobnih za flokulaciju.

Postoji i klasifikacija rezervoara za aeraciju prema količini “opterećenja” na aktivni mulj: visokoopterećeni (aeracioni rezervoari za nepotpuni tretman), konvencionalni i niskoopterećeni (aeracioni rezervoari za produženu aeraciju). Velika važnost Dizajn rezervoara za aeraciju ima sistem za aeraciju. Sistemi za aeraciju su projektovani za snabdevanje i distribuciju kiseonika ili vazduha u rezervoaru za aeraciju, kao i za održavanje aktivnog mulja u suspenziji.

Aero rezervoari-mješalice(kompletni rezervoari za aeraciju za mešanje, sl. 2, brošura) karakteriše ravnomerno snabdevanje izvornom vodom i aktivnim muljem po dužini konstrukcije i ravnomerno uklanjanje mešavine mulja. Potpuno miješanje otpadne vode sa mješavinom mulja osigurava izjednačavanje koncentracije mulja i brzina procesa biohemijske oksidacije, pa su aeracioni rezervoari-mikseri pogodniji za tretman koncentrisanih industrijskih otpadnih voda (ukupni BPK do 1000 mg/l) sa oštrim kolebanjima u protok, sastav i količina zagađivača.

Displacer rezervoari za aeraciju. Za razliku od drugih tipova aeracionih rezervoara (rezervoari za mešanje i aeracioni rezervoari srednjeg tipa), aeracioni rezervoari za istiskivanje (Sl. 2., brošura) su konstrukcije u kojima se pročišćena otpadna voda postepeno kreće od tačke ulaza do tačke njenog izlaza. U ovom slučaju praktički nema aktivnog miješanja ulazne otpadne vode s prethodno primljenom. Procese koji se odvijaju u ovim strukturama karakterizira promjenjiva brzina reakcije, jer se koncentracija organskih zagađivača smanjuje kako se voda kreće. Displazacioni rezervoari za aeraciju su veoma osetljivi na promene u koncentraciji organskih supstanci u ulaznoj vodi, posebno na salve toksičnih materija sa otpadnim vodama, pa se takve konstrukcije preporučuju za prečišćavanje gradskih i industrijskih otpadnih voda slične po sastavu kućne otpadne vode.

Aero rezervoari sa dispergovanim ulazom(Sl. 2, brošura) otpadne vode zauzimaju međupoziciju između miksera i raspršivača; koriste se za prečišćavanje mješavina industrijskih i komunalnih otpadnih voda.

Aerotankovi se mogu kombinovati sa samostojećim sekundarnim taložnicima ili kombinovati u blok sa pravokutnim tlocrtom obje strukture. Najkompaktnije kombinovane strukture su rezervoari za aeraciju i taložnici. U inostranstvu se ova vrsta konstrukcije, okruglog oblika sa mehaničkim aeratorima, naziva aero akcelerator. Kombinovanje rezervoara za aeraciju sa taložnikom omogućava povećanje recirkulacije mešavine mulja bez upotrebe posebnih pumpnih stanica, poboljšanje režima kiseonika u taložnici i povećanje doze mulja na 3-5 g/l, shodno tome povećanje oksidativne moći strukture.

Raznolikost aeracioni rezervoar-naselje– akcelerator zraka je kružne strukture. Ulazi pročišćena otpadna voda donji dio aeracione zone, gde se vazduh dovodi pneumatski ili pneumomehanički, čime se obezbeđuje proces biohemijske oksidacije, a stvara se i cirkulaciono kretanje tečnosti u ovoj zoni i usisavanje mešavine mulja iz zone cirkulacije taložnika. Iz zone aeracije, mješavina mulja ulazi u separator zraka kroz poplavljene podesive preljevne prozore, a zatim u zonu cirkulacije taložnika. Značajan dio mješavine mulja vraća se kroz otvor u zonu aeracije, a ispuštena pročišćena otpadna voda kroz sloj suspendiranog taloga ulazi u zonu taloženja.

Sekundarni taložnici sastavni su dio postrojenja za biološki tretman, nalaze se u tehnološkoj shemi neposredno iza biooksidatora i služe za odvajanje aktivnog mulja iz biološki pročišćene vode koja izlazi iz aeracionih rezervoara, odnosno za zadržavanje biološkog filma koji dolazi s vodom iz biofiltera. Efikasnost sekundarnih taložnika određuje konačni efekat prečišćavanja vode od suspendovanih čvrstih materija. Za tehnološke šeme biološkog tretmana otpadnih voda u aeracionim rezervoarima, sekundarni taložnici u izvesnoj meri određuju i zapreminu aeracionih struktura, koja zavisi od koncentracije povratnog mulja i stepena njegove recirkulacije, kao i sposobnosti taložnika da efikasno odvajaju visokokvalitetne talože. koncentrovane mešavine mulja.

Smjesa mulja koja dolazi iz aeracionih rezervoara u sekundarne talože je heterogeni (višefazni) sistem u kojem je disperzioni medij biološki tretirana otpadna voda, a glavna komponenta dispergirane faze su klapne za aktivni mulj, formirane u obliku kompleksa. trostepena ćelijska struktura okružena egzocelularnom supstancom biopolimera.

Anaerobni tretman se koristi za uklanjanje kontaminanata iz otpadnih voda, kao prva faza prečišćavanja otpadnih voda sa visokom koncentracijom organskih zagađivača (BPK n > 4-5 g/l), kao i za preradu aktivnog mulja, drugih sedimenata i čvrstih materija. otpad. Mnogi čvrsti otpadi sadrže celulozu, koja se lakše razgrađuje anaerobno za proizvodnju bioplina nego aerobno oksidira.

Tokom metanogeneze (metanogeneze) - anaerobnog procesa sa stvaranjem metana - organski zagađivači se pretvaraju u biogas koji uglavnom sadrži CH 4 i C0 2. Može se koristiti kao gorivo. Količina oslobođenog bioplina dovoljna je ne samo za nadoknadu energetskih troškova anaerobne razgradnje, već i za korištenje od strane trećih potrošača - u kotlarnicama ili grijačima za proizvodnju pare i tople vode, u stacionarnim plinskim generatorima za proizvodnju električne energije toplinom oporaba, u tehnološkim procesima termičkog sušenja i sagorevanja mulja i dr.

Biocenoze i biohemijski procesi tokom anaerobnog tretmana. Formiranje cenoza. Anaerobne biocenoze tokom tretmana otpadnih voda mogu biti flokule, biofilmovi i granule mulja. Razvijaju se u ekosistemima u kojima dominiraju anoksigeni i anaerobni uslovi, u kojima se odvijaju procesi fermentacije, anoksigene oksidacije (anaerobno disanje) i stvaranja metana.

Anoksigena oksidacija organskih supstrata uključuje procese denitrifikacije i redukcije sulfata, koji se odvijaju u prisustvu N0 3, - N0 2 -, S0 4 2- jona i, po pravilu, u odsustvu kiseonika. Ovi procesi se koriste za uklanjanje jedinjenja dušika i sumpora iz otpadnih voda.

Glavni proces koji se odvija u anaerobnim uvjetima i koristi se za razgradnju i uklanjanje organskih zagađivača i otpada je metanogeneza. Proces stvaranja metana (često nazvan "metanska fermentacija") razgrađuje organske supstrate i zagađivače, dezinficira i detoksificira otpadne vode. U prirodi se ovaj proces odvija u različitim sredinama sa anaerobnim uslovima, u buragu preživača i u termitnim nasipima.

Generiranje metana je složen, višestepeni proces u kojem se izvorne organske tvari sukcesivno pretvaraju u jednostavnije uz prijelaz značajnog dijela ugljika u metan i ugljen-dioksid i u tečnost mulja. Razgradnja metana uključuje tri faze anaerobne fermentacije (slika 5.1): hidrolizu, kiselu (kiselinsku), acetogenu i četvrtu, metanogenu fazu (faza gasiranja).

U prvoj fazi fermentacije učestvuju hidrolitički mikroorganizmi sa celulolitičkim, proteolitičkim, amilolitičkim, lipolitičkim i amonifikacijskim djelovanjem. Nitrati i sulfati sadržani u mediju redukuju se denitrifikujućim bakterijama i reduktorima sulfata. Kao rezultat enzimske hidrolize, celuloza i hemiceluloza, proteini, masti i druge komponente hidroliziraju se u masne kiseline, glicerol, peptide, aminokiseline, mono- i disaharide iu malim količinama sirćetna kiselina, metanol, amonijak, vodonik. Bakterije pp učestvuju u hidrolizi. Clostridium, Bacillus, kao i Bacteroides, Butyrivibrio, Cellobacterium, Eubacterium, Bifidobacterium, Lactobacillus, Selenomonas. U acidogenoj fazi javljaju se različite vrste fermentacije: alkoholna, buterna, aceton-butilna, propionska i druge, pri čemu acidogene bakterije fermentiraju nastale produkte hidrolize, na primjer glukozu, u organske kiseline:

Konzumacijom mono- i oligosaharida, aminokiselina i drugih međuprodukta hidrolize, ove bakterije na taj način sprječavaju inhibiciju hidrolitičkih enzima uključenih u prvu fazu fermentacije produktima hidrolize.

Kao rezultat cijepanja u prva dva stupnja, 70-80% nastalih organskih proizvoda su više masne kiseline, do 20% acetat i 3-5% vodonik. Ostali proizvodi uključuju izobutirnu, feniloctenu, benzojevu, indolilbenzojevu kiselinu, NH 4 +, H, S, butanol, propanol, CO 2 itd.

U acetogenoj fazi fermentacije, heteroacetogene bakterije (acetogeni) pp. Clostridium, Syntrophus i drugi pretvaraju organske kiseline, kao što su propionska i maslačna, i druge produkte acidogeneze u octenu kiselinu:

Glavnu ulogu u razgradnji metana igra završna faza koju izvode strogi anaerobi - bakterije koje proizvode metan. Osetljiviji su na uslove okoline. Vrijeme stvaranja metanogenih ćelija je nekoliko dana. Njihova aktivnost je maksimalna pri pH od 6,8 do 7,5. Pri nižim i višim pH vrijednostima razvoj metanogena se usporava ili potpuno zaustavlja.

Produkt reakcije metanogene faze je CH 4. Njegovo formiranje moguće je na dva načina. Metanogene litotrofne bakterije (str. Methanococcus, Methanobacterium, Methanospirillum, Methanomicrobium, Methanogenium, Methanothermus, Methanobrevibacter) troše H 2 i CO 2 kao supstrat, kao i CO i format:

S0 2 + 4N 2 → SN 4 + 2N 2 0

4NSOON → CH 4 + 3S0 2 + 2N,0

4CO + 2H 2 0 → CH 4 + ZS0 2

Acetotrofni mikroorganizmi (str. Methanosarcina, Melhanosaeta, Methanoplanus) koriste acetat, metanol, metilamin:

CH 3 COOH → CH 4 + CO 2

4CH 3 OH → ZCH 4 + C0 2 + 2H 2 0

4CH 3 NH 2 + 2H 2 0 → CH 4 + 4NH 3 + CO

Zbog razaranja organskih kiselina, pH podloge se povećava, reakcija podloge postaje svilenkasta, pa se metanogeni stupanj ponekad naziva "alkalna fermentacija".

Kada se octena kiselina raspadne, nastaje 70-75% metana, a preostalih 25-30% nastaje kao rezultat sinteze iz ugljičnog dioksida i vodika i drugih reakcija. Odnos finalnih proizvoda u procesu metanske fermentacije zavisi od sastava medijuma, uslova fermentacije i prisutne mikroflore.

Veliki poticaj za razvoj mnogih savremenim metodama anaerobni tretman otkriven je sredinom 1970-ih. sposobnost mikroorganizama koji su dio metanogene zajednice da formiraju agregate - granule (pelete) kada rastu u anaerobnom reaktoru pod uslovima uzlaznog toka (Slika 5.2 brošura).

Posebnu ulogu u formiranju i funkcioniranju granula imaju metanogene bakterije Methanosaeta concilii (Methanothrix soehngenii), kao i Methanosarcina spp. Bakterije str. Methanosaeta formiraju strukture nalik na četkice i splet (slika 5.3), unutar kojih su grupisane mikrokolonije bakterija Methanosarcina (slika 5.4). Zbog toga se formiraju agregati u obliku gustih, lako taložnih granula veličine 1-5 mm.

Strukture tradicionalnog dizajna uključuju septitanke, taložnice-digestere, kontaktne reaktore, anaerobne lagune, digestore, anaerobne biofiltere sa uzlaznim tokom tečnosti (videti materijal, sl. 3.5).

Septička jama (septička jama) je uređaj koji se sastoji od dva dijela: taložnog i septičkog (slika 6.1). U prvom dijelu voda se bistri zbog njenog kretanja malom brzinom, au drugom dijelu, koji se nalazi ispod prvog, talog truli kada se čuva 6-12 mjeseci. Taložni i septički dio septičke jame nisu odvojeni jedan od drugog. Trajanje vode u septičkoj jami je 3-4 dana. Septičke jame se koriste ako količina otpadnih voda ne prelazi 25 m 3 /dan.

Septitanke se često koriste za fermentaciju aktivnog mulja iz sekundarnih taložnika, sedimenta iz primarnih taložnika i pjene u cilju akumulacije mulja, smanjenja njegovog volumena, lošeg mirisa i količine patogene mikroflore. Septičke jame su najčešća postrojenja za prečišćavanje individualnih domaćinstava jer mogu raditi autonomno i ne zahtijevaju struju.

U postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda kapaciteta do 30.000 m 5 /dan koriste se propadajući taložnici, koji se mogu smatrati vrstom septičke jame. Na sl. .2 prikazuje konstrukciju taložnika - rotatora, izrađenog u obliku kombinovane strukture koja se sastoji od taložnika, koncentrično smještenog unutar rotatora.

Metoda anaerobne obrade u kontaktnom reaktoru bila je jedna od prvih, koja se široko koristila u industriji od ranih 1930-ih, posebno za tretman otpadnih voda iz proizvodnje šećera, alkohola i kvasca. U poređenju sa septitankom, kontaktni reaktor je mnogo produktivniji, jer omogućava mešanje medijuma sa anaerobnim muljem i održava veću koncentraciju mulja vraćanjem dela iz sekundarnog taložnika (pogledajte materijal za predavanje 3, sl. 3.5. ), odnosno na sličan način kako se to implementira u rezervoaru za aeraciju sa sekundarnim taložnikom. Kako bi se povećala efikasnost separacije, taložna tekućina prije sekundarnog taložnika može se dodatno podvrgnuti degaziranju (u posebnom spremniku) ili hlađenju. Tokom degazacije, gas se uklanja mehanički (hidraulično) ili vakuumom. Hlađenje dovodi do usporavanja procesa stvaranja metana i, kao rezultat, stvaranja novih mjehurića, što poboljšava svojstva sedimentacije anaerobnog mulja.

Tradicionalni i najčešći uređaji za provođenje anaerobne digestije su digestori. Koriste se za fermentaciju otpadnih voda sa visokom koncentracijom zagađivača i razgradnju organskog otpada, posebno aktivnog mulja iz postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda.

Digestori rade uz grijanje, obično u periodičnom režimu punjenja otpada ili otpadne vode, uz konstantan odabir bioplina i istovar čvrstog mulja kako se proces završi. Izrađuju se od čelika, betona, plastike, cigle; razlikuju se po obliku rezervoara, broju komora za fermentaciju, načinu utovara i istovara supstrata, načinu grijanja i miješanja.

Digestori velikih zapremina izrađuju se u obliku vertikalnih cilindričnih ili elipsoidnih rezervoara sa prisilnim mešanjem fermentisane mase, projektovani su za višak pritiska gasa do 5 kPa. Mala bioplinska postrojenja mogu biti cilindrični horizontalni ili vertikalni bioreaktori sa mehaničkim miješanjem, djelomično ili potpuno ukopani u zemlju kako bi se smanjili gubici topline. Dizajn bioreaktora mora osigurati mogućnost potpunog pražnjenja rezervoara, pa je dno često zakošeno, poluloptasto ili konusno.

Digestori sa fiksnim, nepoplavljenim stropom imaju nedostatak svojstven strukturama s krutim stropovima - varijabilnost tlaka unutar reaktora. Prilikom istovara mulja može se stvoriti vakuum unutar digestora, a pritisak se može povećati prilikom punjenja. To dovodi do uništavanja struktura i stvaranja pukotina.

Prednosti digestora sa plivajućim plafonom: 1) sigurnost od eksplozije, jer bez obzira na punjenje digestora, u njemu se održava pozitivan pritisak gasa, što eliminiše mogući ulazak vazduha u konstrukciju; 2) prema položaju plivajućeg poda može se vršiti doziranje utovara i istovara; 3) olakšava borbu protiv stvaranja kore.

Uloga mešanja i temperature Digestori svih vrsta mogu raditi u mezofilnim (20-45 °C, obično 30-35 °C) i termofilnim (50-60 °C) temperaturnim uslovima. Način fermentacije odabire se uzimajući u obzir metode naknadne obrade i odlaganja mulja, kao i sanitarne zahtjeve. Mezofilni način rada se češće koristi jer je manje energetski i ekonomski isplativiji, omogućava postojanje većeg broja vrsta mikroorganizama i stoga je stabilniji i manje osjetljiv na promjene uslova okoline; U ovom načinu rada, mulj se nakon obrade bolje odvodi od vode u odnosu na termofilni proces. Međutim, u termofilnom režimu, brzina razgradnje organskih jedinjenja je veća (oko 2 puta) i veći stepen njihove razgradnje, postiže se skoro potpuno dehelmintizovanje sedimenata, što je važno ako se sedimenti koriste kao melioracioni agens ili đubrivo za zemljište. Trajanje fermentacije u mezofilnom režimu je 20-30 dana, u termofilnom - oko 10 dana. Kalorična vrijednost gasa tokom termofilne fermentacije je 5% manji nego tokom mezofilne fermentacije.

Za potpunije izvođenje procesa proizvodnje metana potrebno je temeljno promiješati sadržaj spremnika za metan kako bi se osigurala ravnomjerna raspodjela sadržaja reaktora, potrebni uvjeti za prijenos mase i topline, kako bi se aglomeracija, stvaranje pjene i kore svela na minimum. , formiranje donjeg sedimenta, te za uklanjanje plinova. Za miješanje u digestoru koriste se mehaničke miješalice. cirkulacijske pumpe, hidraulični liftovi ili kombinacija ovih sistema.

Optimalna koncentracija suspendiranih čvrstih tvari u digestoru, na kojem se uočava visok intenzitet stvaranja metana, je u rasponu od 2-10%. Kada je koncentracija čvrstih čestica iznad 10-12%, miješanje medija postaje teže, a to dovodi do smanjenja evolucije plina. U takvim slučajevima se koriste posebni dizajni bioreaktora kako bi se osigurao potreban nivo miješanja.

Formiranje metana se odvija maksimalnom brzinom pri pH od 6 do 8. Kada pH padne ispod 5,5 (u slučaju „kiseljenja” digestora), aktivnost metanogenih bakterija prestaje. Po pravilu, pH se ne podešava zbog velikog puferskog kapaciteta medijuma. Ali kada je okolina zakiseljena, najbolje sredstvo za neutralizaciju je otopina NaHC03.

Proces metanogeneze se usporava u prisustvu raznih deterdženata (u njihovoj koncentraciji od oko 15 mg/l), antibiotika i drugih supstanci. Od anionskih surfaktanata, alkil sulfati i klor sulfanol se relativno potpuno raspadaju i slabo inhibiraju proces fermentacije; Teško se razgrađuju i snažno inhibiraju fermentaciju sulfanola.

Anaerobni reaktori su otporni na duge prekide u snabdijevanju otpadnim vodama, promjene u hemijskom sastavu nadolazeće otpadne vode, što im omogućava da se efikasno koriste za prečišćavanje otpadnih voda iz sezonskih industrija, kao i u režimima niskog opterećenja. U slučaju smanjenja metanogene aktivnosti, da bi se ona obnovila, moguće je smanjiti dovod supstrata, alkalizirati okolinu hemikalijama, razrijediti otpadnu vodu vodom, te ukloniti toksična jedinjenja prethodnim tretmanom otpadnih voda.

Bakterijsko ispiranje hemijskih elemenata iz ruda, koncentrata i stena, obogaćivanje rude, biosorpcija metala iz rastvora. Uklanjanje sumpora iz nafte i uglja. Poboljšani oporavak ulja. Uklanjanje metana iz ugljenih slojeva. Suzbijanje biokorozije naftnih derivata.

Istraživanja bakterijske oksidacije gvožđa i ispiranja metala počela su nakon izolacije 50-ih godina XX veka iz kiselih drenažnih voda rudnika uglja mikroorganizama sposobnih da učestvuju u oksidaciji gvožđa u feri gvožđe - bakterija Acidithiobaccilus ferrooxidans pod nazivom Thiobaccilus ferrooxidans). Bakterije uključene u ispiranje metala klasificirane su kao kemoautotrofne prema vrsti ishrane, katalizujući kemijske redoks reakcije za dobivanje energije i asimilaciju ugljičnog dioksida za konstruktivni metabolizam stanica, tj. hranjenje autonomno, bez upotrebe organske materije.

Hemično bioluženje sulfidnih ruda.

Posljednjih godina počelo se koristiti bačvasto bakterijsko ispiranje koncentrata ili ruda za pripremu vatrostalnih sirovina za cijanidaciju. U svijetu ih već posluje više od deset industrijska preduzeća, praktikuju ovu tehnologiju, ali su kapitalni troškovi za takvu tehnologiju veoma visoki, stoga nisu opravdani za mala i srednja polja.

Upotreba strogo acidofilnih bakterija pretpostavlja da je pH vrijednost pulpe ili otopine 2 ili niža. Ako se bakterije A. ferrooxidans koriste za ispiranje, tada se proces biološke oksidacije minerala može odvijati na dva načina: ove bakterije ne samo da oksidiraju jedinjenja sumpora, već su i sposobne oksidirati željezne oblike željeza u oksidne oblike kako bi dobili energiju. Vrijeme obrade ovisi o sastavu sulfidne rude, obliku i distribuciji metala u rudi i količini sumpora dostupnog mikroorganizmima. Postoje i brojni specifičniji problemi, na primjer, toksičnost visokih koncentracija iskopanih teških vrijednih metala na određene vrste ili sojeve mikroorganizama koji ispiraju.

Dakle, jedan od pristupa poboljšanju i razvoju tehnologije i metoda bioluženja je odabir bakterija i arheja koje su otporne na toksičnost metala. Ostali kriterijumi za odabir useva su: lakoća rada sa njima u industrijskim uslovima, aktivnost u oksidaciji mineralnih jedinjenja, odnos prema pH, temperaturi, režimu aeracije i mogućnost stimulisanja njihove aktivnosti dodavanjem dodatnih supstanci.

Trenutno su poznati brojni rodovi (grupe podeljene po svojstvima i sistematskom položaju) bakterija i arheja (dva nadcarstva mikroorganizama) čiji su predstavnici sposobni da ispiraju metale oksidacijom sulfida: Acidothiobacillus, Halothiobacillus, Thiobacillus, Aleptospirillum Sulfobacillus, Ferroplasma, Sulfolobus, Metallosphaera i Acidianus. Dakle, razvoj tehnologija bioluženja može se zasnivati kako na promjenama u organizaciji procesa (optimizacija aeracije, temperaturnih uvjeta, predtretman mineralnih sirovina, itd.), tako i na odabiru novih mikrobnih kultura – sa višim aktivnost ili biomasu koja se lakše uzgaja, ili sa širim rasponom pH, temperature itd. Tradicionalno ispiranje kiselim otopinama dovelo je do toga da je potraga za novim kulturama mikroorganizama usmjerena upravo na acidofilne i superacidofilne organizme.

Vekovima svake noći vidimo tajanstvena svetla na nebu - zvezde našeg Univerzuma. U davna vremena ljudi su viđali životinjske figure u klasterima zvijezda, a kasnije su ih počeli zvati sazviježđa. Trenutno, naučnici identifikuju 88 sazvežđa koja dijele noćno nebo na dijelove. Zvijezde su izvori energije i svjetlosti za Sunčev sistem. Sposobni su stvoriti teške elemente koji su neophodni za početak života. Dakle, Sunce daje svoju toplinu svim živim bićima na planeti. Sjaj zvijezda je određen njihovom veličinom.

Zvijezda Canis Majoris iz sazviježđa Veliki psi najveća je u Univerzumu. Nalazi se 5 hiljada svetlosnih godina od Sunčevog sistema. Njegov prečnik je 2,9 milijardi kilometara.

Naravno, nisu sve zvijezde u svemiru tako ogromne. Tu su i patuljaste zvijezde. Naučnici procjenjuju veličinu zvijezda na skali - što je zvijezda svjetlija, to je njen broj manji. Najsjajnija zvezda na noćnom nebu je Sirijus. Zvijezde su podijeljene u klase na osnovu boja koje označavaju njihovu temperaturu. Klasa O uključuje one najzgodnije, one plava boja. Crvene zvezde su najkul.

Treba napomenuti da zvijezde ne trepere. Ovaj efekat je sličan onome što vidimo u vrelim ljetnim danima kada gledamo vrući beton ili asfalt. Čini se kao da gledamo kroz staklo koje se trese. Isti proces uzrokuje iluziju zvijezde koja treperi. Što je bliže našoj planeti, to više „treperi“.

Vrste zvijezda

Glavni niz je životni vijek zvijezde, koji ovisi o njenoj veličini. Male zvijezde sijaju duže, velike, naprotiv, manje. Masivne zvijezde će imati dovoljno goriva za nekoliko stotina hiljada godina, dok će male gorjeti milijarde godina.

Crveni div je velika zvijezda narančaste ili crvenkaste nijanse. Zvijezde ovog tipa su vrlo velike veličine, stotine puta veće nego inače. Najmasovniji od njih postaju supergiganti. Betelgeze, iz sazviježđa Orion, najsjajniji je od crvenih supergiganata.

Bijeli patuljak je ostatak obične zvijezde nakon crvenog diva. Ove zvijezde su prilično guste. Njihova veličina nije veća od naše planete, ali se njihova masa može uporediti sa Suncem. Temperatura bijelih patuljaka dostiže 100 hiljada stepeni ili više.

Smeđe patuljke nazivaju i podzvijezde. To su masivne kugle plina koje su veće od Jupitera i manje od Sunca. Ove zvijezde ne emituju toplinu ili svjetlost. Oni su tamni ugrušak materije.

Cefeida. Njegov ciklus pulsiranja varira između nekoliko sekundi i nekoliko godina. Sve zavisi od vrste promenljive zvezde. Cefeidi mijenjaju svoj sjaj na kraju svog života i na početku. Mogu biti eksterne i unutrašnje.

Većina zvijezda je dio zvjezdanih sistema. Binarne zvijezde su dvije gravitaciono vezane zvijezde. Naučnici su dokazali da polovina zvijezda u galaksiji ima par. One mogu da pomrače jedna drugu jer su njihove orbite pod malim uglom u odnosu na liniju vida.

Nove zvezde. Ovo je vrsta kataklizmičke varijabilne zvijezde. Njihov sjaj se ne mijenja tako oštro u odnosu na supernove. U našoj galaksiji postoje dvije grupe novih zvijezda: nove izbočine (sporije i slabije) i novi diskovi (brži i svjetliji).

Supernove. Zvijezde koje završavaju svoju evoluciju u eksplozivnom procesu. Ovaj termin se koristio za opisivanje zvijezda koje su pale više od novih. Ali ni jedno ni drugo nije novo. Zvijezde koje već postoje uvijek buknu.

Hipernove. Ovo je veoma velika supernova. Teoretski, mogli bi stvoriti ozbiljnu prijetnju Zemlji snažnom bakljom, ali trenutno nema takvih zvijezda u blizini naše planete.

Životni ciklus zvijezda

Zvezda nastaje kao oblak gasa i prašine koji se zove maglina. Eksplozivni val supernove ili gravitacija obližnje zvijezde mogu uzrokovati njen kolaps. Elementi oblaka se skupljaju u gustu regiju koja se naziva protozvijezda. Sljedeći put kada se kompresuje, zagrijava se i dostiže kritičnu masu. Nakon toga dolazi do nuklearnog procesa i zvijezda prolazi kroz sve faze postojanja. Prvi je najstabilniji i dugotrajniji. Ali s vremenom, gorivo ponestane i mala zvijezda postaje crveni div, a velika postaje crveni superdžin. Ova faza će trajati sve dok se gorivo u potpunosti ne potroši. Maglina koja ostaje iza zvijezde može se širiti milionima godina. Nakon toga će na njega uticati udarni talas ili gravitacija, i sve će se ponoviti iznova.

Glavni procesi i karakteristike

Zvezda ima dva parametra koja određuju sve interni procesi, – hemijski sastav i masa. Dodijelivši ih jednoj zvijezdi, može se predvidjeti spektar, sjaj i unutrašnju strukturu zvijezde.

Razdaljina

Postoji mnogo načina za određivanje udaljenosti do zvijezde. Najpreciznije je mjerenje paralakse. Udaljenost do zvijezde Vega izmjerio je astronom Vasilij Struve 1873. Ako je zvijezda u zvjezdanom jatu, udaljenost do zvijezde se može uzeti jednakom udaljenosti do jata. Ako je zvijezda cefeida, udaljenost se može izračunati iz odnosa između apsolutne magnitude i perioda pulsiranja. Da bi odredili udaljenost do udaljenih zvijezda, astronomi koriste fotometriju.

Težina

Tačna masa zvijezde se određuje ako je sastavni dio binarne zvijezde. Za to se koristi Keplerov treći zakon. Masu također možete indirektno odrediti, na primjer, iz odnosa sjaj – masa. 2010. godine naučnici su predložili drugi način izračunavanja mase. Zasnovan je na opažanjima prolaska planete sa satelitom preko diska zvijezde. Primjenom Keplerovih zakona i proučavanjem svih podataka određuju gustinu i masu zvijezde, period rotacije satelita i planete i druge karakteristike. Trenutno se ova metoda koristi u praksi.

Hemijski sastav

Hemijski sastav zavisi od vrste zvezde i njene mase. Velike zvijezde ne posjeduju elemente teže od helijuma, ali crveni i žuti patuljci su relativno bogati njima. Ovo pomaže da se zvijezda upali.

Struktura

Postoje tri unutrašnje zone: konvektivna, jezgra i zona prenosa zračenja.

Konvektivna zona. Ovdje, zbog konvencije, dolazi do prijenosa energije.

Jezgro je središnji dio zvijezde u kojem se odvijaju nuklearne reakcije.

Radiant zona. Ovdje se prijenos energije događa zbog emisije fotona. Kod malih zvijezda ova zona nema; kod velikih zvijezda nalazi se između konvektivne zone i jezgra.

Atmosfera se nalazi iznad površine zvijezde. Sastoji se od tri dijela - hromosfere, fotosfere i korone. Fotosfera je njen najdublji dio.

zvezdani vetar

Ovo je proces u kojem materija iz zvijezde teče u međuzvjezdani prostor. On igra važnu ulogu u evoluciji. Kao rezultat zvjezdanog vjetra, masa zvijezde se smanjuje, što znači da njen život u potpunosti ovisi o intenzitetu ovog procesa.

Principi označavanja zvjezdica i katalozi

U galaksiji ima više od 200 milijardi zvijezda. Toliko ih je na fotografijama snimljenim velikim teleskopima da nema smisla davati im sve nazive, pa čak ni brojati. Oko 0,01 posto zvijezda u našoj galaksiji je katalogizirano. Svaka nacija dala je imena svojim najsjajnijim zvijezdama. Na primjer, Algol, Rigel, Aldebaran, Deneb i drugi dolaze iz arapskog.

U Bayerovoj uranometriji, zvijezde su označene grčkim slovima. abeceda u opadajućem redoslijedu svjetline (α je najsjajniji, β je drugi najsjajniji). Ako grčko pismo nije bilo dovoljno, koristilo se latinično pismo. Neke zvijezde su nazvane po naučnicima koji su opisali njihova jedinstvena svojstva.

Big Dipper

Sazviježđe Velikog medvjeda sastoji se od 7 spektakularnih zvijezda koje je prilično lako pronaći na nebu. Pored ovih, postoji još 125 zvijezda u sazviježđu. Ovo sazviježđe je jedno od najvećih i prostire se na 1280 kvadratnih metara na nebu. stepeni. Naučnici su otkrili da su zvijezde kante na nejednakoj udaljenosti od nas.

Najbliža zvijezda je Aliot, najudaljenija je Benetnash. Za ljubitelje astronomije ovo sazvežđe može poslužiti kao „poligon za obuku“:

· Zahvaljujući Velikom medvjedu, lako možete pronaći druga sazviježđa.

· Tokom godine jasno pokazuje revoluciju neba po danu i restrukturiranje njegovog izgleda.

· Ako zapamtite ugaone udaljenosti između zvijezda, možete napraviti približna ugaona mjerenja.

· Sa jedva primjetnim teleskopom možete vidjeti promjenljive i dvostruke zvijezde u Velikom medvjedu.

Legende i mitovi o sazviježđu

"Kanta" nam je poznata od davnina. Stari Grci su tvrdili da je to bila nimfa Kalisto, koja je bila Artemida i Zevsova ljubavnica. Ignorirala je pravila i dovela boginju u nemilost. Pretvorila ju je u medvjeda i natjerala pse. Da bi sačuvao Zeusovu voljenu, on ju je podigao na nebo. Ovaj događaj je mračan i svaki put pokušavaju da dodaju nešto novo ovoj priči, poput prijateljice nimfe Callisto, koja je pretvorena u Malog medvjeda.

Veliki medvjed možete vidjeti i tokom dana koristeći interaktivna karta sazvežđa. Ovdje možete pronaći druga mala i velika sazviježđa i vidjeti ih iz blizine.