Клетки расходуют скрытую нергию

08.01.2026

Энергия - ключевой ресурс любой живой системы, однако классические методы биохимии и физики далеко не всегда позволяют оценить все расходы, связанные с жизнью клетки. Недавно ученые предложили новый взгляд на метаболизм, показывая, что внутри каждой клетки существует "невидимая" энергетическая цена, которую мы традиционно не учитываем. Эта работа открывает новые горизонты в понимании того, почему эволюция выбирает одни биохимические пути, а другие - отбрасывает.

Новое исследование представляет собой термодинамический подход к оценке скрытых энергетических затрат клеточного метаболизма. Ученые обращают внимание на то, что жизнь требует энергии не только для очевидных процессов, таких как синтез молекул, но и для поддержания определенных реакций при одновременном подавлении альтернативных. В классической механике отсутствие движения воспринимается как отсутствие работы, однако стохастическая термодинамика, изучающая флуктуации энергии в малых системах, показывает, что даже в кажущейся "статике" клетки расходуют энергию на поддержание порядка.

По мнению авторов исследования, жизнь начинается с границ и выбора. Формирование клеточной мембраны создало разделение внутренней и внешней среды, которое требует постоянного энергетического обеспечения. Это разделение стало основой для ограничения химических реакций и концентрации энергии на нескольких ключевых метаболических путях, обеспечивая устойчивость и эффективность клеточной деятельности.

Метаболические пути клетки обладают не только прямой энергетической потребностью. Они несут дополнительные издержки, связанные с поддержанием желаемого направления реакций, которые классическая механика рассматривает как фиксированные условия и, следовательно, считает "бесплатными". Новое исследование показывает, что такая "экономия" иллюзорна, а реальные энергетические расходы гораздо выше, чем принято считать.

Команда под руководством Прафула Гаграни из Токийского университета предложила метод, позволяющий оценивать эти скрытые затраты. Метод ранжирует метаболические пути по их термодинамической стоимости, учитывая как поддержку одного пути, так и подавление других реакций. Это позволяет получить более точное представление о "цене" выбора клетки, чем традиционные энергетические оценки.

По словам Гаграни, вдохновением для работы стала работа Эрика Смита, который составил перечень всех возможных путей, способных воспроизвести цикл Кальвина. Смит показал, что естественный фотосинтетический цикл является одним из наименее диссипативных, что удивительно с точки зрения термодинамики. "Невероятно, не правда ли?" - добавляет Гаграни, подчеркивая, что эволюция действительно ищет пути с минимальными скрытыми затратами.

Новый подход не измеряет энергию напрямую, а оценивает маловероятность процесса, которая складывается из стоимости поддержания выбранного пути и стоимости ограничения альтернативных реакций. Совокупность этих факторов отражает реальную цену метаболического выбора, показывая, насколько сложно и дорого поддерживать жизнь на клеточном уровне.

"Мы обнаружили явления, которых не ожидали", - объясняет Гаграни. Например, параллельные пути метаболизма иногда оказываются менее затратными, но в живых системах катализ, токсичность и другие факторы изменяют этот баланс. Разработанный метод открывает новые возможности для изучения происхождения и эволюции жизни, хотя окончательные ответы потребуют объединения усилий биологов, физиков и химиков.

<< Назад: Беспроводные наушники JBL Soundgear CLIPS, Sense Pro и Sense Lite 09.01.2026

>> Вперед: Водородные поезда: экологичный транспорт будущего в Индии 08.01.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Тонометр со смартфоном 28.11.2013 Специалистами университета Нихон разработан миниатюрный измеритель артериального давления, лишенный привычного манжета. Устройство можно использовать совместно со смартфоном. Подробности разработки пока не раскрыты, но известно, что измерение построено на анализе отраженного светового сигнала. Для измерения давления палец вставляется в небольшое устройство со светодиодом, фототранзистором и цепями обработки сигнала внутри. Подключение к смартфону осуществляется по интерфейсу Bluetooth 4.0. Результаты измерения отображаются на экране смартфона приложением для ОС Android. Программа показывает среднее и мгновенное значения систолического и диастолического давления, частоту сердечных сокращений и форму пульсовой волны. Разработчики рассчитывают наладить выпуск и продажу датчиков в первом полугодии 2014 года.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026