Информация

Биоэнергетика биоконверсий: есть ли избыток энергии?

Биоэнергетика биоконверсий: есть ли избыток энергии?


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.

Под биоконверсией я подразумеваю микробный процесс, во время которого покоящиеся клетки используются для превращения субстрата в желаемый продукт без роста клеток. Например, в этой статье они использовали Lactobacillus reuteri превратить глицерин в 3-гидроксипропионовый альдегид, в то время как L. reuteri не может расти на глицерине. В основном во время биоконверсий клетки производят энергию для своего метаболизма, но не растут.

Предполагается, что энергия, выделяемая клетками, обеспечивает их энергетические затраты на поддержание. Мне было интересно, что происходит с клетками, если прирост энергии превышает потребности в обслуживании? Есть ли какая-то гомеостатическая регуляция соотношения АТФ / АДФ? Если нет, то каковы могут быть последствия слишком большого количества АТФ?


Энергетический гомеостаз

В биологии энергетический гомеостаз, или гомеостатический контроль энергетического баланса, представляет собой биологический процесс, который включает скоординированное гомеостатическое регулирование приема пищи (приток энергии) и расхода энергии (отток энергии). [1] [2] [3] Человеческий мозг, в частности гипоталамус, играет центральную роль в регулировании энергетического гомеостаза и генерировании чувства голода путем интеграции ряда биохимических сигналов, передающих информацию об энергетическом балансе. [2] [3] [4] Пятьдесят процентов энергии метаболизма глюкозы немедленно преобразуется в тепло. [5]

Энергетический гомеостаз - важный аспект биоэнергетики.


Биоэнергетика биоконверсий: есть ли избыток энергии? - Биология

Кэтлин М. Ботам, PhD, DSc и Питер А. Мэйс, PhD, DSc

Изучив эту главу, вы сможете:

Сформулируйте первый и второй законы термодинамики и поймите, как они применимы к биологическим системам.

Объясните, что означают термины «свободная энергия», «энтропия», «энтальпия», «экзергонический» и «эндергонический».

Оцените, как эндергонические реакции могут быть вызваны взаимодействием с экзэргоническими в биологических системах.

Поймите роль высокоэнергетических фосфатов, АТФ и других трифосфатов нуклеотидов в передаче свободной энергии от экзергонических процессов к эндергоническим, что позволяет им действовать как «энергетическая валюта» клеток.

БИОМЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Биоэнергетика или биохимическая термодинамика - это изучение изменений энергии, сопровождающих биохимические реакции. Биологические системы по существу изотермический и использовать химическую энергию для поддержания жизненных процессов. То, как животное получает из пищи подходящее топливо для обеспечения этой энергией, является основополагающим для понимания нормального питания и обмена веществ. Смерть от голодание возникает, когда доступные запасы энергии истощены, а определенные формы недоедания связаны с энергетическим дисбалансом (маразм). Гормоны щитовидной железы контролируют скорость высвобождения энергии (скорость метаболизма), и болезнь возникает, когда они не работают. Причины чрезмерного хранения избыточной энергии ожирение, все более распространенное заболевание в западном обществе, которое предрасполагает ко многим заболеваниям, включая сердечно-сосудистые заболевания и сахарный диабет 2 типа, и снижает продолжительность жизни.

СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ - ЭТО ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ В СИСТЕМЕ

Изменение свободной энергии Гиббса (AG) - это та часть общего изменения энергии в системе, которая доступна для выполнения работы - полезная энергия, также известная как химический потенциал.

Биологические системы соответствуют общим законам термодинамики

Первый закон термодинамики гласит, что общая энергия системы, включая ее окружение, остается постоянной. Это означает, что внутри всей системы энергия не теряется и не приобретается во время каких-либо изменений. Однако энергия может передаваться от одной части системы к другой или может быть преобразована в другую форму энергии. В живых системах химическая энергия может быть преобразована в тепло или в электрическую, лучистую или механическую энергию.

Второй закон термодинамики гласит, что полная энтропия системы должна увеличиваться, если процесс должен происходить спонтанно. Энтропия представляет собой степень беспорядка или случайности системы и становится максимальной по мере приближения к равновесию. В условиях постоянных температуры и давления зависимость между изменением свободной энергии (& Deltaграмм) реагирующей системы и изменение энтропии (& DeltaS) выражается следующим уравнением, которое объединяет два закона термодинамики:

где & ДельтаЧАС изменение в энтальпия (тепло) и Т абсолютная температура.

В биохимических реакциях, поскольку & DeltaЧАС примерно равно & DeltaE, суммарное изменение внутренней энергии реакции, указанная выше зависимость может быть выражена следующим образом:

Если & Дельтаграмм отрицательна, реакция протекает самопроизвольно с потерей свободной энергии, т.е. экзергонический. Если, кроме того, & Deltaграмм имеет большие масштабы, реакция идет практически до завершения и по существу необратима. С другой стороны, если & Deltaграмм положительный, реакция протекает только в том случае, если может быть получена свободная энергия, т.е. эндергонический. Если, кроме того, величина & Deltaграмм отлично, система стабильна, с небольшой тенденцией к возникновению реакции или без нее. Если & Дельтаграмм равен нулю, система находится в равновесии и чистых изменений не происходит.

Когда реагенты присутствуют в концентрациях 1,0 моль / л, & Deltaграмм 0 - стандартное изменение свободной энергии. Для биохимических реакций стандартным состоянием считается pH 7,0. Стандартное изменение свободной энергии в этом стандартном состоянии обозначается & Deltaграмм 0 ’.

Стандартное изменение свободной энергии можно рассчитать по константе равновесия Kэкв.

куда р - газовая постоянная и Т - абсолютная температура (Глава 8). Важно отметить, что фактическая & Deltaграмм может быть больше или меньше & DeltaG 0 ’ в зависимости от концентраций различных реагентов, включая растворитель, различные ионы и белки.

В биохимической системе фермент только ускоряет достижение равновесия, он никогда не изменяет конечные концентрации реагентов в состоянии равновесия.

ЭНДЕРГОНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОДОЛЖАЮЩИЕСЯ ПРИ СВЯЗИ С ЭКЗЕРГОНИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Жизненно важные процессы, синтетические реакции, мышечное сокращение, проведение нервных импульсов и активный транспорт - получают энергию за счет химической связи, или связь, к окислительным реакциям. В простейшем виде этот тип муфты может быть представлен, как показано на Рисунок 11–1. Превращение метаболита A в метаболит B происходит с высвобождением свободной энергии и связано с другой реакцией, в которой для превращения метаболита C в метаболит D. требуется свободная энергия. экзергонический а также эндергоническийвместо обычных химических терминов «экзотермический» и «эндотермический» используются для обозначения того, что процесс сопровождается соответственно потерей или увеличением свободной энергии в любой форме, не обязательно в виде тепла. На практике эндергонический процесс не может существовать независимо, но должен быть компонентом связанной экзэргонической-эндергонической системы, в которой общее чистое изменение является экзэргоническим. Экзэргонические реакции называются катаболизм (как правило, распад или окисление молекул топлива), тогда как синтетические реакции, в которых образуются вещества, называются анаболизм. Комбинированные катаболические и анаболические процессы составляют метаболизм.

РИСУНОК 11–1. Соединение экзэргоники с эндергонической реакцией.

Если реакция показана на Рисунок 11–1 идет слева направо, тогда весь процесс должен сопровождаться потерей свободной энергии в виде тепла. Один из возможных механизмов связывания можно было бы предвидеть, если бы общий обязательный интермедиат (I) принимал участие в обеих реакциях, т. Е.

Таким образом связаны некоторые экзэргонические и эндергонические реакции в биологических системах. Этот тип системы имеет встроенный механизм для биологического контроля скорости окислительных процессов, поскольку общий обязательный промежуточный продукт позволяет скорости использования продукта синтетического пути (D) определять массовым действием скорость, с которой A окисленный. Действительно, эти отношения составляют основу концепции респираторный контроль, процесс, который не дает организму выйти из-под контроля. Расширение концепции сочетания обеспечивается реакциями дегидрирования, которые связаны с гидрированием с помощью промежуточного носителя. (Рисунок 11–2).

РИСУНОК 11–2. Сопряжение реакций дегидрирования и гидрирования с помощью промежуточного носителя.

Альтернативный метод сочетания экзэргонического процесса с эндергоническим процессом состоит в синтезе соединения с высоким энергетическим потенциалом в экзэргонической реакции и включении этого нового соединения в эндергоническую реакцию, таким образом осуществляя перенос свободной энергии от экзэргонического пути к эндергоническому пути. (Рисунок 11–3). Биологическое преимущество этого механизма состоит в том, что соединение с высокой потенциальной энергией,

/>, в отличие от I в предыдущей системе, не обязательно должен быть структурно связан с A, B, C или D, что позволяет /> служить преобразователем энергии от широкого диапазона экзергонических реакций к столь же широкому диапазону эндергонических реакций. или процессы, такие как биосинтез, мышечное сокращение, нервное возбуждение и активный транспорт. В живой клетке основное промежуточное соединение с высокой энергией или соединение-носитель (обозначенное

в Рисунок 11–3) является аденозинтрифосфат (АТФ) (Рисунок 11–4).

РИСУНОК 11–3 Передача свободной энергии от экзергонической реакции к эндергонической через высокоэнергетическое промежуточное соединение (

).

РИСУНОК 11–4. Аденозинтрифосфат (АТФ) и аденозиндифосфат, представленные в виде комплексов магния.

ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ФОСФАТЫ ИГРАЮТ ЦЕНТРАЛЬНУЮ РОЛЬ В ЗАХВАТЕ И ПЕРЕДАЧЕ ЭНЕРГИИ

Чтобы поддерживать жизненные процессы, все организмы должны получать бесплатную энергию из окружающей среды. Автотрофный Организмы используют простые экзергонические процессы, например энергию солнечного света (зеленые растения), реакцию Fe 2+ и rarrFe 3+ (некоторые бактерии). С другой стороны, гетеротрофный Организмы получают свободную энергию, связывая свой метаболизм с распадом сложных органических молекул в окружающей их среде. Во всех этих организмах АТФ играет центральную роль в передаче свободной энергии от экзергонических процессов к эндергоническим (Рисунок 11–3). АТФ - это нуклеозидтрифосфат, содержащий аденин, рибозу и три фосфатные группы. В своих реакциях в клетке он действует как комплекс Mg 2+ (Рисунок 11–4).

Важность фосфатов в промежуточном метаболизме стала очевидной с открытием роли АТФ, аденозиндифосфата (АДФ) (Рисунок 11–4) и неорганический фосфат (Pя) в гликолизе (Глава 18).

Промежуточное значение свободной энергии гидролиза АТФ имеет важное биоэнергетическое значение

Стандартная свободная энергия гидролиза ряда биохимически важных фосфатов показана на Таблица 11-1. Оценку сравнительной тенденции каждой из фосфатных групп к переносу подходящему акцептору можно получить из & Deltaграмм 0 ’гидролиза при 37 ° C. Значение гидролиза концевого фосфата АТФ делит список на две группы. Низкоэнергетические фосфаты, примером которых являются сложноэфирные фосфаты, обнаруженные в промежуточных продуктах гликолиза, имеют грамм 0 ’меньше, чем у АТФ, а в высокоэнергетические фосфаты значение выше, чем у АТФ. Компоненты этой последней группы, включая АТФ, обычно представляют собой ангидриды (например, 1-фосфат 1,3-бисфосфоглицерата), енолфосфаты (например, фосфоенолпируват) и фосфогуанидины (например, креатинфосфат, аргининфосфат).

ТАБЛИЦА 11–1 Стандартная свободная энергия гидролиза некоторых органофосфатов, имеющих биохимическое значение

указывает на то, что группа, присоединенная к связи, при передаче соответствующему акцептору приводит к передаче большего количества свободной энергии. По этой причине термин потенциал групповой передачинекоторые предпочитают "высокоэнергетическую связь". Таким образом, АТФ содержит две высокоэнергетические фосфатные группы, а АДФ - одну, тогда как фосфат в АМФ (аденозинмонофосфат) относится к низкоэнергетическому типу, поскольку он является нормальной сложноэфирной связью. (Рисунок 11–5).

РИСУНОК 11–5 Структура АТФ, АДФ и АМФ, показывающая положение и количество высокоэнергетических фосфатов (

).

Промежуточное положение АТФ позволяет ему играть важную роль в передаче энергии. Высокое изменение свободной энергии при гидролизе АТФ связано с уменьшением отталкивания заряда соседних отрицательно заряженных атомов кислорода и стабилизацией продуктов реакции, особенно фосфата, как резонансных гибридов. (Рисунок 11–6). Другими «высокоэнергетическими соединениями» являются сложные эфиры тиола, включающие кофермент А (например, ацетил-КоА), белок-носитель ацила, сложные эфиры аминокислот, участвующие в синтезе белка, S-аденозилметионин (активный метионин), UDPGlc (уридиндифосфат-глюкоза) и PRPP ( 5-фосфорибозил-1-пирофосфат).

РИСУНОК 11–6. Изменение свободной энергии при гидролизе АТФ до АДФ.

ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ФОСФАТЫ ДЕЙСТВУЮТ КАК «ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ВАЛЮТА» КЛЕТКИ.

АТФ может действовать как донор высокоэнергетического фосфата, чтобы образовывать находящиеся под ним соединения в Таблица 11-1. Аналогичным образом, с необходимыми ферментами, АДФ может принимать высокоэнергетический фосфат с образованием АТФ из тех соединений, которые указаны выше АТФ в таблице. По сути, Цикл АТФ / АДФ связывает те процессы, которые порождают

к тем процессам, которые используют

(Рисунок 11–7), непрерывно потребляя и регенерируя АТФ. Это происходит очень быстро, так как общий пул АТФ / АДФ чрезвычайно мал и достаточен для поддержания активности ткани в течение всего нескольких секунд.

РИСУНОК 11–7. Роль цикла АТФ / АДФ в переносе высокоэнергетического фосфата.

Есть три основных источника

принимая участие в энергосбережение или захват энергии:

1. Окислительное фосфорилирование. Самый большой количественный источник

в аэробных организмах. Свободная энергия возникает в результате окисления дыхательной цепи с использованием молекулярного кислорода.2 внутри митохондрий (Глава 12).

2. Гликолиз. Чистая формация из двух

возникает в результате образования лактата из одной молекулы глюкозы, образующегося в двух реакциях, катализируемых фосфоглицераткиназой и пируваткиназой соответственно (Рисунок 18–2).

3. Цикл лимонной кислоты. Один

генерируется непосредственно в цикле на стадии сукцинаттиокиназы (Рисунок 17–3).

Фосфагены действуют как запасные формы высокоэнергетического фосфата и включают креатинфосфат, который встречается в скелетных мышцах позвоночных, сердце, сперматозоиды и мозг, и аргининфосфат, который встречается в мышцах беспозвоночных. Когда АТФ быстро используется в качестве источника энергии для мышечного сокращения, фосфагены позволяют поддерживать его концентрацию, но когда соотношение АТФ / АДФ высокое, их концентрация может увеличиваться, чтобы действовать как хранилище высокоэнергетического фосфата. (Рисунок 11–8).

РИСУНОК 11–8. Перенос высокоэнергетического фосфата между АТФ и креатином.

Когда АТФ действует как донор фосфата с образованием тех соединений с более низкой свободной энергией гидролиза (Таблица 11-1) фосфатная группа неизменно превращается в группу с низкой энергией, например

АТФ позволяет сочетать термодинамически неблагоприятные реакции с благоприятными

Фосфорилирование глюкозы до глюкозо-6-фосфата, первая реакция гликолиза (Рисунок 18–2), очень эндергоничен и не может протекать в физиологических условиях:

Чтобы иметь место, реакция должна быть связана с другой эксергонической реакцией, такой как гидролиз концевого фосфата АТФ.

Когда (1) а также (2) соединяются в реакции, катализируемой гексокиназой, фосфорилирование глюкозы легко протекает в сильно экзергонической реакции, которая в физиологических условиях необратима. Многие реакции «активации» следуют этому образцу.

Аденилилкиназа (миокиназа) преобразует адениновые нуклеотиды

Этот фермент присутствует в большинстве клеток. Катализирует следующую реакцию:

1. Высокоэнергетический фосфат АДФ для использования в синтезе АТФ.

2. АМФ, образующийся в результате нескольких реакций активации с участием АТФ, восстанавливается путем рефосфорилирования до АДФ.

3. Концентрация АМФ увеличивается при истощении АТФ и действует как метаболический (аллостерический) сигнал для увеличения скорости катаболических реакций, которые, в свою очередь, приводят к выработке большего количества АТФ (Глава 20.).

Когда АТФ образует АМФ, неорганический пирофосфат (PPя) Производится

АТФ также может быть гидролизован непосредственно до АМФ с высвобождением PPя. (Таблица 11-1). Это происходит, например, при активации длинноцепочечных жирных кислот (Глава 22).

Эта реакция сопровождается потерей свободной энергии в виде тепла, что обеспечивает протекание реакции активации вправо, а также способствует гидролитическому расщеплению полипропилена.я, катализируемый неорганическая пирофосфатаза, реакция, которая сама по себе имеет большой & Deltaграмм 0 ’-19,2 кДж / моль. Обратите внимание, что активация через пирофосфатный путь приводит к потере двух

а не один, как это происходит, когда ADP и Pя сформированы.

Комбинация вышеуказанных реакций делает возможным рециркуляцию фосфата и обмен адениновыми нуклеотидами. (Рисунок 11–9).

РИСУНОК 11–9. Фосфатные циклы и обмен адениновыми нуклеотидами.

Другие нуклеозидтрифосфаты участвуют в переносе высокоэнергетического фосфата

С помощью фермента нуклеозид дифосфаткиназа, UTP, GTP и CTP могут быть синтезированы из их дифосфатов, например, UDP реагирует с ATP с образованием UTP.

Все эти трифосфаты принимают участие в фосфорилировании клетки. Точно так же специфические нуклеозидмонофосфаткиназы катализируют образование нуклеозиддифосфатов из соответствующих монофосфатов.

Таким образом, аденилилкиназа представляет собой специализированную монофосфаткиназу.

Биологические системы используют химическую энергию для поддержания жизненных процессов.

Экзергонические реакции происходят спонтанно с потерей свободной энергии (& Deltaграмм отрицательный). Эндергонические реакции требуют увеличения свободной энергии (& Deltaграмм положительно) и возникают только в сочетании с экзэргоническими реакциями.

АТФ действует как «энергетическая валюта» клетки, передавая свободную энергию, полученную из веществ с более высоким энергетическим потенциалом, веществам с более низким энергетическим потенциалом.

де Мейс Л: Концепция богатых энергией фосфатных соединений: вода, транспортные АТФазы и энтропийная энергия. Arch Biochem Biophys 1993306: 287.

Фрей П.А., Арабшахи А: Стандартное изменение свободной энергии для гидролиза альфа, бета-фосфоангидридного мостика в АТФ. Биохимия 199534: 11307.

Гарольд FM: Жизненная сила: исследование биоэнергетики. Фримен, 1986.

Харрис Д.А.: Краткий обзор биоэнергетики: иллюстрированное введение. Блэквелл Паблишинг, 1995.

Хейни Д: Биологическая термодинамика. Издательство Кембриджского университета, 2008.

Дженкс В.П.: Свободные энергии гидролиза и декарбоксилирования. В: Справочник по биохимии и молекулярной биологии, том 1. Физико-химические данные. Фасман Г.Д. (редактор). CRC Press, 1976: 296-304.

Клотц И.М.: Введение в биомолекулярную энергетику. Академическая пресса, 1986.

Николлс Д., Фергюсон Ф .: Биоэнергетика. Эльзевир, 2003.

Если вы являетесь правообладателем любого материала, содержащегося на нашем сайте, и намереваетесь его удалить, обратитесь к нашему администратору сайта для получения разрешения.


Модификация белков реактивными метаболитами этанола: структура аддукта, функциональные и патологические последствия

5-дезокси-D-ксилулозо-1-фосфат (DXP) Аддукты

Образование DXP из ацетальдегида и фруктозо-1,6-бисфосфата было впервые продемонстрировано Мейерхофом. и другие. (1936) использовали экстракты мышц для катализа реакции. Считалось, что в этом участвуют гликолитические ферменты альдолаза и триозоизомераза. Эти ферменты обнаруживаются практически в каждом типе клеток, что позволяет предположить, что большинство клеток могут синтезировать DXP, если доступен ацетальдегид. Доказательства образования DXP в печени получены в исследованиях Хобермана, которые показали, что экстракты печени перфузируют на месте с [3 H] ацетальдегидом содержал небольшое количество высококислотного фосфатсодержащего нелетучего соединения с радиоактивной меткой. Хоберман предположил, что это соединение представляет собой DXP, образованный действием альдолазы на ацетальдегид и дигироксиацетонфосфат, и подтвердил это хроматографическим сравнением с химически синтезированным DXP. Хоберман далее охарактеризовал синтез DXP с использованием эритроцитов, клеток, которые активно подвергаются гликолизу, чтобы обеспечить дигидроксиацетонфосфат в системе, не осложненной регулирующими влияниями митохондриального дыхания (Hoberman, 1979). а). Более поздние исследования показали, что DXP может реагировать с гемоглобином с образованием аддукта, устойчивого к многократному осаждению трихлоруксусной кислотой (Hoberman, 1979 б). Этот аддукт, вероятно, образуется в результате ряда реакций, аналогичных реакциям неферментативного гликирования. Первоначально DXP, вероятно, образует основание Шиффа на аминогруппе, которое затем подвергается перегруппировке Амадори с образованием кетоаминового аддукта (рис. 6). Продукт содержит группу α-гидроксикетона, которая может реагировать с другой аминогруппой аналогичным образом и может вызывать перекрестное сшивание, если вторая аминогруппа находится на другом пептиде. Отдельно от in vitro исследование, показывающее, что DXP реагирует с гемоглобином с образованием ковалентных модификаций, нет никаких доказательств того, что образуются аналогичные аддукты in vivo.

Рисунок 6. Возможная схема образования аддуктов DXP.


Конференция по экосистемам моря Салиш

Устье реки Фрейзер является важным звеном в цепи тихоокеанских прибрежных местообитаний, которые поддерживают мигрирующих и зимующих водоплавающих птиц, и многие птицы сходятся здесь во время путешествий на север и юг. С сентября по апрель эстуарий используют от 800 000 до 2,3 миллиона водоплавающих птиц, в том числе значительные популяции американских голубей, крякв, северных шилохвостов, самокатов, снежных гусей и казарок. Водные птицы в основном используют сельскохозяйственные угодья, пресноводные и солоноватые водно-болотные угодья, а также приливные среды обитания, такие как заросли угря, которые по-прежнему утрачиваются или деградируют из-за роста населения и разрастания городов. Мы использовали биоэнергетическую модель (TRUEMET), чтобы явно связать цели популяции водоплавающих птиц с целями среды обитания для сохранения сельскохозяйственных угодий. TRUEMET указывает, есть ли избыток или недостаток среды обитания для данного уровня популяции. Мы объединили пять наиболее распространенных видов в две гильдии собирателей пищи: «травоядные» включали американского голубя и снежного гуся, а «любители рыбной ловли» - крякву, северный шилохвост и зеленокрылый чирок. Мы оценили условия по состоянию на 2009 год и протестировали различные сценарии, связанные с изменениями доступности местообитаний, включая будущую потерю сельскохозяйственных или приливных местообитаний. Результаты модели показали, что травоядные испытали избыток энергии в период отсутствия размножения, но прогнозировался дефицит энергии к середине зимы в течение 20 лет при вероятных сценариях. Для любителей к декабрю спрос превысил предложение, и при дальнейших сценариях ситуация только ухудшится. Обеспечение их постоянного присутствия на текущих уровнях перед лицом растущих факторов стресса, связанных с развитием, потребует многогранной стратегии сохранения как приливных, так и сельскохозяйственных угодий. Мы установили консервативную цель в отношении кормовой среды обитания на уровне 50% потребности водоплавающих птиц в энергии на сельскохозяйственных землях в периоды миграции и зимовки, что соответствует 15 000 x 10 ^ 6 ккал энергии. С точки зрения программы среды обитания, это потребует защиты сельскохозяйственных угодий и поощрения выращивания зеленых кормов на более широком ландшафте.

Название сеанса

Мониторинг береговых птиц в Салишском море

Ключевые слова

Водяные птицы, Биоэнергетика, TruMet, Ducks Unlimited Canada

Конференц-трек

SSE7: Мониторинг: виды и места обитания

Название конференции

Конференция по экосистемам моря Салиш (2018: Сиэтл, Вашингтон)

Тип документа

Идентификатор SSEC

Дата начала

Дата окончания

Тип презентации

Жанр / Форма

презентации (коммуникативные мероприятия)

Пополняющий репозиторий

Цифровой контент предоставлен университетскими архивами, ресурсами наследия, западными библиотеками, Университетом Западного Вашингтона.

Темы - Актуальные (LCSH)

Водные птицы - Миграция - Климатические факторы - Британская Колумбия - Водные птицы реки Фрейзер - Среда обитания - Сохранение - Британская Колумбия - Река Фрейзер

Географический охват

Река Фрейзер (до н.э.) Море Салиш (до н.э. и Вашингтон)

Права

Этот ресурс отображается только в образовательных целях и может подпадать под действие законов США и международных законов об авторских правах. Для получения дополнительной информации о правах или получении копий этого ресурса, пожалуйста, обращайтесь в архивы университета, ресурсы наследия, западные библиотеки, Университет Западного Вашингтона, Беллингхэм, штат Вашингтон 98225-9103, США (360-650-7534 [email protected]) и обратитесь к названию коллекции и идентификатору. Любые цитируемые материалы должны быть отнесены к Отчетам конференции по экосистемам моря Салиш, университетским архивам, ресурсам наследия, западным библиотекам, Университету Западного Вашингтона.

Язык

Формат

Включен в

Делиться

Использование биоэнергетической модели для определения целевых сред обитания водоплавающих птиц в дельте реки Фрейзер

Устье реки Фрейзер является важным звеном в цепи тихоокеанских прибрежных местообитаний, которые поддерживают мигрирующих и зимующих водоплавающих птиц, и многие птицы сходятся здесь во время путешествий на север и юг. С сентября по апрель эстуарий используют от 800 000 до 2,3 миллиона водоплавающих птиц, в том числе значительные популяции американских голубей, крякв, северных шилохвостов, самокатов, снежных гусей и казарок. Водные птицы в основном используют сельскохозяйственные угодья, пресноводные и солоноватые водно-болотные угодья, а также приливные среды обитания, такие как заросли угря, все из которых по-прежнему утрачиваются или деградируют в результате роста населения и разрастания городов. Мы использовали биоэнергетическую модель (TRUEMET), чтобы явно связать цели в отношении популяции водоплавающих птиц с целями среды обитания для сохранения сельскохозяйственных угодий. TRUEMET указывает, есть ли избыток или недостаток среды обитания для данного уровня популяции. Мы объединили пять наиболее распространенных видов в две гильдии собирателей пищи: «травоядные» включали американского голубя и снежного гуся, а «любители рыбной ловли» - крякву, северный шилохвост и зеленокрылый чирок. Мы оценили условия по состоянию на 2009 год и протестировали различные сценарии, связанные с изменениями доступности местообитаний, включая будущую потерю сельскохозяйственных или приливных местообитаний. Результаты модели показали, что травоядные испытали избыток энергии в период отсутствия размножения, но прогнозировался дефицит энергии к середине зимы в течение 20 лет при вероятных сценариях. Для любителей к декабрю спрос превысил предложение, и при дальнейших сценариях ситуация только ухудшилась. Обеспечение их постоянного присутствия на текущих уровнях перед лицом растущих факторов стресса, связанных с развитием, потребует многогранной стратегии сохранения как приливных, так и сельскохозяйственных угодий. Мы установили консервативную цель для кормовой среды обитания на уровне 50% потребности водоплавающих птиц в энергии на сельскохозяйственных землях в периоды миграции и зимовки, что соответствует 15 000 x 10 ^ 6 ккал энергии. С точки зрения программы среды обитания, это потребует защиты сельскохозяйственных угодий и поощрения выращивания зеленых кормов на более широком ландшафте.


Комплексный обзор биоэнергетики метаболизма жирных кислот и глюкозы в здоровом и больном сердце в недиабетическом состоянии.

Функция сердца определяется его способностью обеспечивать адекватный сердечный выброс для удовлетворения потребностей организма как в состоянии покоя, так и при физической нагрузке. Для выполнения этой роли сердце демонстрирует впечатляющую способность жестко регулировать производство и потребление энергии. Производство и передача энергии в сердечных миоцитах в первую очередь зависит от процесса окислительного фосфорилирования. При сердечной недостаточности возникает дисбаланс между работой сердечной системы и энергией, необходимой для этой работы. Это несоответствие породило концепцию, известную как теория энергетического голодания. Эта концепция включает в себя такие наблюдения, как нарушенное потребление субстрата, недостаточная передача и прием энергии, снижение доступности субстрата и кислорода и уменьшение выработки энергии в больном сердце. Снижение доступной клеточной энергии может также быть результатом снижения биосинтеза митохондрий и их синтеза белка, а также глобального нарушения архитектуры клеток. По сути, теория энергетического голодания утверждает, что насосная функция сердца снижается из-за снижения доступности кислорода и субстрата, и, таким образом, приводит к полному нехватке системной энергии организмом. Эта новая когнитивная структура привела к появлению новых направлений в «метаболическом терапевтическом подходе» к сердечной недостаточности.

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение.


Обсуждение

Паттерны полового диморфизма у судака и желтого окуня были очень похожи, что позволяет предположить, что сопоставимые эволюционные силы и / или ограничения могут действовать на истории жизни обеих этих близкородственных рыб. Это примечательно, учитывая экологические различия между видами: судак в основном рыбоядный и в среднем живет вдвое дольше окуня, который обычно является бентоядным / зоопланкоядным. Это сходство полового диморфизма между видами предполагает, что описанные здесь биоэнергетические различия между самцами и самками желтого окуня, вероятно, применимы и к судаку, и, возможно, к другим видам, демонстрирующим схожую жизненную историю (Roff, 1983).

Наши результаты не подтверждают предыдущую гипотезу (Хендерсон и другие. 2003), что снижение эффективности роста самцов связано с повышенной активностью, связанной с воспроизводством. Рассматривая только характеристики роста, можно сделать вывод, что самцы больше инвестируют в воспроизводство по сравнению с самками, поскольку оценки самцов грамм-значения были в 1 · 2–1 · 3 раза выше, чем у женщин. Для судака и желтого окуня (а также других видов рыб) было показано, что оценки самок грамм основанные на двухфазной модели роста, коррелируют (и примерно равны) женскому гонадосоматическому индексу (Шутер и другие. 2005). Поскольку производство гонад является основной энергетической ценой воспроизводства у самок, оценки самок грамм кажется, обеспечивают хорошую меру инвестиций в воспроизводство. Логическим продолжением этого аргумента является то, что оценки мужчин грамм отражают репродуктивные издержки самцов. Таким образом, можно сделать вывод, что самцы достигают меньшего асимптотического размера, поскольку потери энергии, связанные с воспроизводством, у мужчин выше, чем у женщин. Если это так, то биоэнергетический анализ должен выявить более высокую метаболическую активность у самцов после созревания. Это не было подтверждено нашим исследованием биоэнергетические результаты для желтого окуня, указывающие на то, что связанные с полом различия в скорости роста обусловлены снижением приобретения и усвоения энергии самцами по сравнению с самками в начале полового созревания. Снижение скорости роста самцов у половозрелых желтых окуней и судаков не может быть объяснено гипотезой активности (т. Е. Более активными самцами), поскольку оценки общих метаболических затрат самцов были ниже, чем у самок.

Наше наблюдение снижения потребления и метаболической активности у самцов окуня согласуется с гипотезой Роффа (1983) о том, что меньший размер самцов костистых особей по сравнению с самками (при отсутствии территориального поведения или родительской заботы) является избирательной реакцией на увеличение выживаемости за счет снижения активности кормления. , предполагая, что повышенная активность влечет за собой повышенный риск нападения хищников. Предыдущее применение модели баланса массы ртути также показало более высокую активность у женщин. Эсокс Люциус (Трудель и другие. 2000). Разница не была значительно больше, чем у мужчин, но основывалась на относительно небольшой выборке популяций. Аналогичным образом, применение модели 137 Cs также показало более высокую активность у женщин. Э. люциус а также Salvelinus namaycush на основе небольшого (от одного до трех) количества наблюдений (Rowan & Rasmussen 1996). Другое исследование, в котором изучали концентрацию ртути между полами у четырех видов центральных рыб, пришло к выводу, что показатели кормодобывания самцов снизились по сравнению с показателями самок в начале полового созревания (Nicoletto & Hendricks 1988). Наши результаты также могут быть применены в более общем плане к видам, у которых представители более мелкого пола (самцы или самки) проявляют пониженную активность и сниженную активность в поисках пищи. Например, более крупный самец Анакс юниус (damselflies) were found to be more active than smaller females during foraging trials ( Fuselier и другие. 2007 ).

However, the hypothesis presented by Henderson и другие. (2003 ) is not without support in the literature. Reproductively active male gerrids (hemipteran water striders) exhibited greater activity than immatures or mature females, but were also the poorest foragers ( Blanckenhorn & Perner 1996 ). Also, female Coenagrion puella (damselflies) were less active than males in the presence of food and predators, and emerged at larger sizes ( Mikolajewski и другие. 2005 ). Given literature support for both the reduced foraging hypothesis ( Roff 1983 ) and the increased activity hypothesis ( Henderson и другие. 2003 ), feeding and activity budgets should be considered together when attempting to explain proximate mechanisms of SSD.

Our results indicate that the onset of sexual maturity plays a major role in generating SSD in percids. Bioenergetic differences between male and female yellow perch were obvious only after the onset of maturity, when many organisms experience changes in endocrine activity. Laboratory experiments by Malison и другие. (1985 , 1988 ) demonstrated that consumption and FCE differences between male and female yellow perch probably result from differential hormonal effects on males and females at the onset of maturation. In yellow perch, ovarian oestrogens stimulated and testicular androgens inhibited growth ( Malison и другие. 1985 ). However, the effect was observed only in larger juveniles, suggesting that the action of these hormones would manifest in fish where a certain maturational status had been achieved. Growth and consumption of larger juvenile male and female yellow perch fed вволю both increased when individuals were exposed to oestrogens ( Malison и другие. 1988 ). Consistent with our bioenergetic results, Malison и другие. (1988 ) observed faster female growth, higher consumption and higher FCE relative to males regardless of oestrogen exposure level. Analogous negative effects of androgens on consumption and FCE have been documented in juvenile Eurasian perch (P. fluviatilis Mandiki и другие. 2004 Mandiki и другие. 2005 ), where consumption rates increased in females exposed to oestrogens and decreased in males exposed to androgens. The action of both these hormones (positive effect of oestrogens on female growth, negative effects of androgens on male growth) and the dependence of hormone action on perch developmental stage corresponds with our observed onset of SSD in yellow perch and walleye at sexual maturation. Hormonal activity has also been tied to changes in maturation status, SSD and metabolic rate in other taxonomic groups ( Cox и другие. 2005 John-Alder, Cox & Taylor 2007 Wudy, Hartman & Remer 2007 ).

Bioenergetic submodels of consumption and respiration were parameterized originally under the assumption that males and females have comparable physiology ( Kitchell и другие. 1977 ), and potential gender differences in these submodels have not been evaluated. Although published accounts show that standard metabolism and assimilation efficiencies can differ between males and females ( Shillington 2005 Valle и другие. 2005 ), sufficient data are currently lacking to parameterize accurately gender-based submodels for consumption and metabolism in percids. However, our analysis best reflects the evaluation of gender differences between male and female fish given the manner in which these submodels were parameterized, as we examined residual differences of bioenergetic patterns from the common slope (across both sexes) with body weight. Clearly, this work calls for investigations into the dependence of bioenergetic and contaminant allometries on gender. In the absence of this information, our findings suggest that investigators use caution in interpreting bioenergetic results from models applied to both males and females in the absence of information regarding population sex ratio.

One aspect of our bioenergetic analysis that remains difficult to resolve is that relative differences in FCE residuals between males and females are greater than would be expected by the male–female differences in bioenergetic residuals of loss terms. Total metabolism, egestion and excretion residuals were all higher in females than in males, after controlling for body size and temperature differences among sexes and lakes, which seems inconsistent with the greater observed growth per unit energy consumed in females. The reason for this apparent discrepancy is not clear however, it suggests further that conventional mercury accumulation or bioenergetics models may be incapable of accurately modelling gender differences, as these models do not reflect potential physiological differences between sexes (e.g. Malison и другие. 1985 , 1988 Mandiki и другие. 2004 , 2005 ). Gender differences in assimilation could explain some of the discrepancy outlined above if the assimilation of energy (and/or Hg) from diet is higher in males under the influence of hormones associated with the onset of maturity (e.g. Valle и другие. 2005 ), then consumption estimates for males would be overestimated. A reduction in male consumption estimates would reduce the observed difference in FCE residuals between male and female perch and help to resolve this apparent discrepancy. Similarly, if standard metabolic rates (i.e. weight exponent of standard metabolism) were higher in males than in females (e.g. Shillington 2005 ), total metabolic costs of males in this study might be underestimated. Another possibility is that females are experiencing compensatory growth as a response to more variable intake relative to males. Fish undergoing compensatory growth due to variable intake have higher growth efficiencies and/or assimilation than those with constant intake ( Skalski и другие. 2005 ). Also, bioenergetics models applied to fish exposed to variable intake have underestimated consumption ( Whitledge и другие. 1998 ). However, it is not clear why female perch might demonstrate more variable intake patterns than males.

In summary, our study provides a test of two competing hypotheses for the explanation of female-biased SSD in two species of fish, and highlights the importance of measuring both consumption and activity costs in evaluating proximate mechanisms for SSD. Our study and the literature reviewed here suggests that sex-specific bioenergetics models are warranted. Further, we provide a detailed comparison of SSD in yellow perch and walleye, and demonstrate important similarities between these species that transcend the trophic differences that separate them.


Использованная литература

Advanced Nutrition and Human Metabolism, 3 rd Edition. Groff JL, Gropper SS. 1999. Delmar Publishers, Inc.

Anatomy & Physiology, 4 th Edition. Thibodeau GA, Patton KT. 1999. Mosby, Inc.

Exercise Endocrinology, 2 nd Edition. Borer KT. 2003. Human Kinetics.

Illustrated Principles of Exercise Physiology, 1 st Edition. Axen K, Axen KV. 2001. Prentice Hall.

Food, Nutrition & Diet Therapy, 11 th Edition. Mahan LK, Escott-Stump S. 2004. Saunders.

Nutrition and Diagnosis-Related Care, 5 th Edition. Escott-Stump S. 2002. Lippincott Williams & Wilkins.

The Merck Manual, 17 th Edition. Beers MH, Berkow R. 1999. Merck Research Laboratories.

Forbes GB. Body fat content influences the body composition response to nutrition and exercise. Ann N Y Acad Sci 2000904:359.

Prentice A, Jebb S. Energy intake/physical activity interactions in the homeostasis of body weight regulation. Nutr Rev 200462:S98.

Rampone AJ, Reynolds PJ. Obesity: thermodynamic principles in perspective. Life Sci 198843:93.

Berthoud HR. Multiple neural systems controlling food intake and body weight. Neurosci Biobehav Rev 200226:393.

Jequier E. Leptin signaling, adiposity, and energy balance. Ann NY Acad Sci 2002967:379.

Buchholz AC, Schoeller DA. Is a calorie a calorie? Am J Clin Nutr 200479:899S.

Nutrition and the Strength Athlete. Volek, J. 2001. Chapter 2. Edited by Catherine G. Ratzin Jackson. CRC Press.

Essen-Gustavsson B & Tesch PA. Glycogen and triglycerides utilization in relation to muscle metabolic characteristics in men performing heavy resistance exercise. Eur J Appl Physiol 199061:5.

MacDougall JD, Ray S, McCartney N, Sale D, Lee P, Gardner S. Substrate utilization during weightlifting. Med Sci Sports Exerc 198820:S66.

Tesch PA, Colliander EB, Kaiser P. Muscle Metabolism during intense, heavy resistance exercise. Eur J Appl Physiol 198655:362.

Cori CF. The fate of sugar in the animal body. I. The rate of absorption of hexoses and pentoses from the intestinal tract. J Biol Chem 192566:691.

Nutrition for Sport and Exercise, 2nd Edition. Berning J & Steen S. Chapter 2. 1998. Aspen Publication.

Pitkanen H, Nykanen T, Knuutinen J, Lahti K, Keinanen O, Alen M, Komi P, Mero A. Free Amino Acid pool and Muscle Protein Balance after Resistance Exercise. Med Sci Sports Exerc 200335:784.

Ivy JL. Muscle glycogen synthesis before and after exercise. Sports Med 197711:6.

Chandler RM, Byrne HK, Patterson JG, Ivy JL. Dietary supplements affect the anabolic hormones after weight-training exercise. J Appl Physiol 199476:839.

Ganong WF (2001) Endocrine functions of the pancreas & regulation of carbohydrate metabolism. In: Review of Medical Physiology. New York: McGraw-Hill, pp. 322-343.

Guyton AC, Hall JE (2000) Insulin, glucagon, and diabetes mellitus. In: Textbook of Medical Physiology. Philadelphia: W. B. Saunders, pp. 884-898.

Jentjens R & Jeukendrup A. Determinants of Post-Exercise Glycogen Synthesis during short term recovery. Sports Med 200333:117.

Levenhagen DK, Gresham JD, Carlson MG, Maron DJ, Borel MJ, Flakoll PJ. Postexercise nutrient intake timing in humans is critical to recovery of leg glucose and protein homeostasis. Am J Physiol Endocrinol Metab 2001280:E982.

Borsheim E, Tipton KD, Wolf SE, Wolfe RR. Essential amino acids and muscle protein recovery from resistance exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab 2002283:E648.

Mattes RD, et al. Impact of peanuts and tree nuts on body weight and healthy weight loss in adults. J Nutr 2008138:1741S-1745S.

Berthoud HR. Multiple neural systems controlling food intake and body weight. Neurosci Biobehav Rev 200226:393-428.

Stice E, et al. Psychological and behavioral risk factors for obesity onset in adolescent girls: a prospective study. J of Consulting and Clinical Psychology 200573:195-202.

Shunk JA & Birch LL. Girls at risk for overweight at age 5 are at risk for dietary restraint, disinhibited overeating, weight concerns, and greater weight gain from 5 to 9 years. J Am Diet Assoc 2004104:1120-1126.

Tanofsky-Kraff M, et al. A prospective study of psychological predictors of body fat gain among children at high risk for adult obesity. Pediatrics 2006117:1203-1209.


Bioenergetics of bioconversions: is there a surplus of energy? - Биология

Dr. Molly Roberts completed her PhD with Dr. Emily Carrington in 2019 in the Biology Department at UW. Her research involved both experimental work at FHL and fieldwork at Penn Cove Shellfish in Coupeville, WA. Prior to her time in graduate school she was a technician in the FHL Ocean Acidification Environmental Laboratory. She is now working with Dr. Sarah Gilman to predict barnacle growth at a field site at Friday Harbor using an energetics framework.

Mussels are bivalve mollusks that live in a wave-swept environment, and the ability to strongly anchor to the habitat is key to their survival. Mussels attach to surfaces by producing a network of protein-based fibers called byssal threads (Figure 1). I was interested in the cost of producing these threads, and the effect of food availability and energetics on their production. I worked with two species, Mytilus trossulus а также Mytilus galloprovincialis, a native mussel species and an identical-looking cultured mussel species, both of which end up in stores and restaurants in Washington. Fig. 1: Mussels anchor themselves to their habitat by producing a network of collagen-like fibers known as byssal threads. Credit: E. Carrington.

The question that remained was: what does this loss of growth tell us about the energetic cost of producing byssal threads? I calculated the cost of thread production with a bioenergetics model using information about how much energy it takes to grow new tissue, and the relationship between growth and the number of threads made (Scope for Growth). I found that for mussels in the control group, about 10% of the energy budget was spent on byssal thread production, but that this ranged up to 50% of the energy budget for mussels whose byssal threads were severed daily. In other words, mussels being "forced" to make new threads frequently had much less energy available for growth.

Finally, I was interested in whether these ideas also held in a mussel aquaculture setting. I worked with Penn Cove Shellfish in Coupeville, WA. At this farm mussels are grown on ropes that hang vertically in the water (Figure 3). The seawater conditions at the farm provided a "natural experiment" to test whether mussels that have greater resources­ – given food availability and seawater temperature­ – produced a greater number of byssal threads. Would fluctuations in temperature and food availability over time end up affecting byssal thread production or growth? To answer this question, I used published relationships between temperature, feeding rate and respiration to calculate mussel energy surplus under different conditions, and measured growth and byssal thread production. I found that the calculated energy surplus делал correlate with mussel growth over the two-year period, but this value was нет a predictor of the quantity of byssal threads produced by mussels at the farm. Instead, mussels experiencing longer periods of low oxygen and acidic water produced fewer byssal threads.


Paper on the origin of life (abiogenesis) shows bioenergetic properties of living cells came from nothing more than rocks, water, and carbon dioxide

The author of the paper, Nick Lane, has written some great popular books on evolution. My favorite one was "Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the Meaning of Life." A little bit of a hyped up title but overall a great description of how mitochondria most likely developed with eukaryotic cells and the impact that's had. I would highly recommend his books to anyone who's interested in these subjects.

I agree, that is a great book.

Ok, so the core argument in this paper seems to be that a) a common feature of life as we know it is the harnessing of energy in the form of ion gradients across membranes and b) these gradients can be shown to form naturally from otherwise inert materials in situations like undersea vents, therefore demonstrating that life as we know it is a kind of byproduct of energy. Am I getting that right? Any science ppl able to comment? Extremely succinct and provable origin of life hypothesis.

Yep - that's a perfect TLDR. Lets hope it's provable! Nick Lane actually has a ɻio-reactor' running in the basement of my university labs trying to test just that.

I'm not exactly a 'science person' but overall yes. However, use of ion gradients is a well established fact and has been essential to biochemistry for a long time, however the bigger question was exactly how the use of gradients came into being, which is proposed in this paper. The fact that these gradients are so complicated nowadays is what raised a lot of questions. They have essentially drawn out, "step-by-step" how these gradients could have come into being, likely derived from the non-living chemical gradients in rocks in sea floor vents. Later on, the use of a membrane transporter, a protein, that sends protons one way and sodium the other was one of the first steps in changing from simpler, proton gradients (present in lots of non-living things), to more complex, chemical gradients (like sodium ions and, later on, even more complicated transmitters).

I believe the biggest point of their paper is actually that changing from a proton pump in protocells to a sodium pump appears to be both energetically neutral (in terms of costs), and possible with the genes and proteins present.

The use of ion gradients over membranes for energy con- servation, as in chemiosmotic coupling, is as universal as the genetic code itself, yet its origins are obscure. Insofar as phylogenetics can give any indication of the deepest branches of a ‘‘tree of life,’’ autotrophic, chemiosmotic cells invariably cluster at its base (Say and Fuchs, 2010 Stetter, 2006 Maden, 1995). Although there is little doubt that the last universal common ancestor (LUCA) was chemiosmotic with a mem- brane-bound ATP synthase (Mulkidjanian et al., 2007), how proton and sodium pumping across membranes arose has rarely been addressed. The issue harbors several severe evolutionary problems, but important clues to the early evolution of energy conservation are emerging from biochemical studies of metha- nogens and acetogens that live from the reduction of CO2, using electrons from H2 (Fuchs, 2011 Kaster et al., 2011 Buckel and Thauer, 2012).

I believe that the second law of physics is that all things left alone deteriorate, or something to that effect. So for this to happen, what outside force operated on it to make it do the opposite?

EDIT: Please don't downvote the parent comment. He's asking a legitimate question that deserves an answer.

The second law of thermodynamics states that the entropy of an isolated system never decreases, because isolated systems spontaneously evolve towards thermodynamic equilibrium -- the state of maximum entropy.

The key phrase to note in relation to your question is "isolated system." The earth is not an isolated system. As someone else noted, the earth receives energy from its sun.

It is important to note that the earth is not an isolated system: it receives energy from the sun, and radiates energy back into space. The second law doesn't claim that the entropy of any part of a system increases: if it did, ice would never form and vapor would never condense, since both of those processes involve a decrease of entropy. Rather, the second law says that the total entropy of the whole system must increase. Any decrease of entropy (like the water freezing into ice cubes in your freezer) must be compensated by an increase in entropy elsewhere (the heat released into your kitchen by the refrigerator).


Gas Biological Conversions: The Potential of Syngas and Carbon Dioxide as Production Platforms

Contemporary challenges in decreasing Green House Gas emissions and finding alternative carbon and energy sources for fueling our society brought in the forefront processes based on biological conversions of gaseous substrates, such as syngas and carbon dioxide. Generation of synthesis gas or syngas (a gaseous mixture mainly of CO, H2 и CO2 generated during thermal decomposition of carbonaceous material in the presence of limited amount of an oxidizing agent) is known since the beginning of the 17th century and discovery of Fischer–Tropsch synthetic route in the beginning of the 20th century allowed the development of various routes for chemical catalytic synthesis of fuels and chemicals from syngas. Biological processing of syngas came in the forefront much later, following important advances within Microbiology and Biochemistry disciplines. This thermo-biochemical route for production of low-value products like fuels is considered competitive and advantageous compared to the thermochemical route when small-scale installations are concerned. Production of higher value products via the carboxylate platform is also a promising, and certainly worth-investigating route. Biological conversion of syngas and valorization of CO2 via biological means, besides contributing in greening our world, come with similar product portfolio and share the same technological challenges. Therefore, the target of the current study is to provide an overview of the latest scientific advances within syngas and CO2 valorization to fuels and chemicals and industrial applications and propose a way forward taking into account contemporary challenges and needs.

Graphical Abstract

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение.


Смотреть видео: Биоэнергетика. Отключение людей. (December 2022).