Біоенергетика (науковий напрям)

Біоенерге́тика, біологі́чна енерге́тика — галузь науки, що вивчає шляхи, способи одержання та перетворення енергії в біологічних системах. Біоенергетику як науковий напрям здебільшого розглядають як частину біофізики.

Історична довідка

Початком становлення біоенергетики вважають 1841 — рік відкриття першого закону термодинаміки Ю. Р. фон Маєром, який на основі дослідження енергетичних процесів у живих організмах розрахував механічний еквівалент тепла. Найінтенсивнішого розвитку набула в другій половині 20 ст. завдяки вивченню процесів бродіння, дихання, фосфорилювання тощо. Перебіг енергетичних процесів у живих організмах, механізми перетворення різних форм енергії вивчають біохімія, біофізика, молекулярна біологія, фізіологія рослин, фізіологія людини і тварин, клітинна біологія, термодинаміка, екологія, фізична хімія.

В Україні біоенергетику викладають як окремий спецкурс у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка, Національному університеті «Києво-Могилянська академія» тощо.

Характеристика

Структура

Біоенергетика вивчає три складники енергетичних процесів:

• шляхи перетворення в організмі органічних молекул, що є джерелом енергії для життєдіяльності (фотосинтез, бродіння, гліколіз, клітинне дихання);
• механізм трансформації енергії окислення в енергію, накопичену в аденозинтрифосфорній кислоті (АТФ; див. у ст. Аденозинфосфорні кислоти);
• механізм використання енергії АТФ для виконання роботи в організмі (механічна робота, електрична активність, біосинтез, створення градієнтів концентрацій, випромінювання світла).

Методологія

Біоенергетика ґрунтується на положенні, згідно з яким всі біологічні системи існують за законами фізичної хімії, зокрема термодинаміки. Розглядаючи енергетичні процеси біологічних об’єктів, мають на увазі, що живі організми є відкритими системами, в яких рівновагу замінює стаціонарний стан. Перетворення енергії в живих системах зазвичай відбувається за постійної температури, отже, перехід енергії в тепло спричинює її незворотну втрату.

Провідну роль у біоенергетичних механізмах відіграє реакція:

АТФ + [math]\ce{H₂O}[/math] > АДФ (аденозиндифосфорна кислота) + Фн (фосфорна кислота) + енергія.

Обґрунтування ролі АТФ як універсального джерела енергії для здійснення роботи в живих системах належить Ф. Ліпманну (1899; тепер РФ — 1986; тепер США).

Основним джерелом енергії для біологічних систем є сонячне світло. Енергію Сонця використовують автотрофи, які трансформують її в енергію хімічних зв’язків АТФ і деяких специфічних сполук (нікотинаміддинуклеотидів відновлених). Ці речовини є найважливішими проміжними накопичувачами енергії та кінцевих продуктів обміну речовин: білків, жирів, вуглеводів, амінокислот. Утворення органічних молекул автотрофами відбувається за допомогою фотосинтезу.

Завдяки окисленню відновлених неорганічних сполук частка енергії (незначна в масштабах біосфери) накопичується також і в процесах хемосинтезу.

Гетеротрофи використовують енергію розпаду органічних молекул (поживних речовин), синтезованих автотрофами. За поетапного катаболізму поживних речовин частина енергії їхніх хімічних зв’язків втрачається у вигляді тепла. Натомість значна частка енергії (майже половина) нагромаджується у макроергічних зв’язках молекул сполук типу АТФ. У сучасній біоенергетиці найбільшу увагу приділяють встановленню молекулярних механізмів реакцій утворення і використання АТФ.

Персоналії

Розвиток і досягнення біоенергетики забезпечували вчені: О. Ф. Меєргоф, К. Ломанн (1898–1978; Німеччина), В. Енгельгардт, В. Беліцер, Я. Парнас, А. Л. Ленінджер (1917–1986; США), П. Д. Мітчелл та інші.

Література

1. Deamer D., Weber A. Bioenergetics and Life’s Origins // Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2010. № 2 (2). P. 1–16. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2828274/
2. Остапченко Л. І., Рибальченко В. К. Біологічна і біоорганічна хімія : в 2 т. Київ : ВПЦ «Київський університет», 2014–2015.
3. Turina P., Petersen J., Gräber P. Thermodynamics of Proton Transport Coupled ATP Synthesis // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Bioenergetics. 2016. Vol. 1857. Is. 6. P. 653–664. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005272816300445?via%3Dihub
4. Strand D., Karcher D., Ruf S. et al. Characterization of Mutants Deficient in N-terminal Phosphorylation of the Chloroplast ATP Synthase Subunit β // Plant Physiology. 2023. Vol. 191. Is. 3. P. 1818–1835. URL: https://academic.oup.com/plphys/article/191/3/1818/6986529
5. Monzel A., Levin M., Picard M. The Energetics of Cellular Life Transitions // Life Metabolism. 2024. Vol. 3. Is. 3. P. 1–9.URL: https://academic.oup.com/lifemeta/article/3/3/load051/7502502

Автор ВУЕ

Редакція ВУЕ

Покликання на цю статтю: Біоенергетика (науковий напрям) // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Біоенергетика (науковий напрям) (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 13.03.2025