“Откуда” берётся энергия в организме

Откуда берётся энергия в организме

Материальной основой жизни являются белки. В состав клеток и тканей тела человека входит множество различных белковых веществ. В процессе жизнедеятельности организма они претерпевают сложнейшие изменения, беспрерывно рас­падаются на составные части и вновь воссоздаются, синтези­руются.

На восстановление составных частей клеток, тканей и орга­нов требуются не только исходные материалы — аминокисло­ты, углеводы и т. д., но и значительное количество энергии.

ОБРАЗОВАНИЕ «ФОНДА» ВЕЩЕСТВ

Любое движение, происходящее в живом организме, как бы оно ни проявлялось — от слабого движения листьев стыд­ливой мимозы до изумительных достижений человека в раз­личных видах спорта — всегда требует затраты энергии.

А сколько энергии нужно для выполнения работы, которая идет внутри живого организма! Днем, и ночью, например, сокращается и расслабляется сердце. Оно прогоняет по кровеносным сосудам кровь, несущую клеткам и тканям питательные вещества и кислород. Выделение пище­варительных соков, процессы всасывания также требуют за­траты энергии. Ведь в течение суток, например, в желудке человека вырабатывается и выделяется более литра желудоч­ного сока, а в кишечник поступает около литра сока поджелудочной железы и столько же кишечного сока и желчи.

Удивительнейшей «работоспособностью» обладает такой орган, как наши почки. За 24 часа здесь фильтруется более 170 литров жидкости — «первичной мочи», из которых почти 169 литров всасывается обратно в кровь. В результате этого сложного процесса фильтрации и обратного всасывания обра­зуется и выделяется всего один —полтора литра мочи, кото­рая содержит конечные продукты обмена веществ.

Таким образом, все физиологические процессы требуют расхода энергии, а следовательно, бесперебойного ее притока. Откуда же черпает организм энергетические ресурсы?

Первичным источником энергии являются продукты пита­ния: белки, жиры и углеводы, входящие в состав нашей пищи. Она подвергается в организме очень сложной химической об­работке. В желудке и кишечнике белки расщепляются на аминокислоты, сложные углеводы (например, крахмал, гли­коген) распадаются на более простые, главным образом глюкозу, а из жиров образуются глицерин, жирные кислоты и т. д. Вновь образовавшиеся вещества всасываются в кровь. В процессе расщепления сложных веществ, входящих в со­став продуктов питания, выделяется энергия, но в столь не­значительном количестве, что оно ни а коей мере не может удовлетворять потребности организма.

Что же служит основным источником энергии в нашем организме?

Давайте проследим за дальнейшей судьбой веществ, посту­пивших в кровь. Благодаря чрезвычайно разветвленной сети кровеносных сосудов и капилляров они вместе с кровью по­падают во все участки организма. Эти вещества в кровенос­ном русле постепенно смешиваются с теми, которые образо­вались в результате распада белков, жиров и углеводов, вхо­дящих в состав самих органов и тканей. Вместе они состав­ляют «фонд» разнообразных химических соединений. Очень важно, что из этого «фонда» организм может выбрать все необходимое ему для построения новых клеток, для восста­новления разрушенных структур органов, для образования различных пищеварительных соков, «секрета» желез и, нако­нец, для образования легко «сгорающего» материала, окисле­ние которого обеспечивает необходимые энергетические ресурсы.

Можно ли более точно назвать вещества, образование ко­торых в органах и тканях является подготовкой «горючего»?

ЕДИНАЯ «СЕМЬЯ» КИСЛОТ

Такими веществами являются относительно несложные по структуре органические кислоты. К их числу относится уксус­ная кислота в особой активной форме, пировиноградная, зани­мающая центральное место в окислительных процессах, за­тем янтарная, яблочная, щавелевоуксусная, кетоглютаровая и наконец лимонная.

Все перечисленные органические кислоты составляют как бы «единую» семью, члены которой при окислении последо­вательно переходили из одной формы в другую. В биологи­ческой химии существует специальное      название этих окислительно-восстановительных реакций: лимоннокислый цикл.

Интересно отметить, что лимоннокислый цикл — характер­ная особенность большинства клеток и тканей человека, а так­же высокоорганизованных животных. Строго определенная последовательность окислительно-восстановительных реакций, происходящих в лимоннокислом цикле, вырабатывалась на протяжении миллионов лет в длительном процессе эволюции, приспособления живого организма к изменяющимся условиям внешней среды.

Последовательность химических превращений в лимонно­кислом цикле обеспечивают белки-ферменты. Они обладают чрезвычайно высокой активностью и поэтому могут ускорять и направлять химические реакции, обеспечивая переход от одного звена лимоннокислого цикла к другому.

Слов нет, все химические пре­вращения лимоннокислого цикла достаточно сложны, и чтобы по­нять, откуда и как организм бе­рет запасы энергии, необходимо хотя бы схематично рассказать об этих превращениях.

Как же они происходят?

Начнем со щавелевоуксусной кислоты. Она — единственная из «семьи» кислот, которая вступает в цепь окислительных реакций и выходит из них без изменений.

Лировиноградная кислота, обра­зующаяся, например, при распа­де глюкозы, превращается в углекислоту и активную форму уксусной кислоты. Последняя, соединяясь со щавелевоуксусной кислотой, образует лимонную, которая затем превращается в кетоглютаровую и угольную. Кетоглютаровая кислота через ян­тарную и яблочную переходит в щавелевоуксусную и угольную ки­слоту. Далее все реакции вновь повторяются.

В результате множества строго последовательных химических реакций полностью исчезает пи- ровиноградная кислота. Она окисляется до конечных продук­тов — углекислого газа и воды.

Углекислый газ из клеток орга­нов и тканей, где протекало окисление лировиноградной ки­слоты, переходит в венозную кровь, затем в легочные альвеолы и удаляется из организма вместе с выдыхаемым воздухом.

Вторым, очень важным моментом, связанным с окислением пировиноградной кислоты, является повторное (пятикратное) отщепление водорода. Здесь следует сказать о наиболее ха­рактерной особенности окислительных процессов, происходя­щих а организме человека, а также животных. Она как раз и заключается в том, что водород не сразу вступает в реакцию с кислородом, доставляемым кровью к клеткам органов и тканей.

В живом организме имеются специальные переносчики водорода. Они как бы принимают его на себя и постепенно, от одного переносчика к другому, переносят водород к кислороду. Благодаря этому энергия образования воды выде­ляется также постепенно, порциями. А ведь известно, что при соединении водорода с кислородом вода образуется со взры­вом — взрывом гремучего газа. Например, было определено, что при образовании 18 граммов воды (ее молекулярный вес —18) освобождается 55 больших калорий. В живом орга­низме энергия образования воды распределяется между мно­гими промежуточными реакциями. Те же 55 больших кало­рий, конечно, также освобождаются при образовании 18 грам­мов воды, однако относительно небольшими порциями, кото­рые не могут нанести какой бы то ни было ущерб организму.

Из всех этих расчетов и рассуждений следует один очень важный вывод: наиболее значительное количество энергии в организме человека, а также высокоорганизованных живот­ных освобождается не при расщеплении белков, жиров и угле­водов, входящих в состав пищи в пищеварительном тракте, а в процессе окисления пировиноградной кислоты или других органических веществ и при переносе водорода к кислороду, завершающемся образованием воды.

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Каким же образом освобождающаяся при окислении энер­гия используэтся организмом?

Приблизительно половина энергии рассеивается в виде тепла. Оно крайне необходимо для поддержания постоянной температуры тела. Остальная часть энергии накапливается в виде богатых энергией фосфорных соединений.

Что представляют собой эти вещества? Как понять выражение «богатые энергией» соединения? К числу таких соединений от­носится довольно большое коли­чество веществ, в структуру ко­торых входят непрочно связанные остатки фосфорной кислоты. Под влиянием различных фер­ментов они легко отщепляются, причем разрыв связей сопро­вождается освобождением боль­шого количества свободной энер­гии, которая способна перейти в любой другой вид энергии — в механическую, электрическую, химическую, тепловую и т. д.

Когда человек здоров, в соста­ве его мозга, мышц, внутренних органов содержится достаточное количество богатых энергией фосфорных соединений. Расщеп­ление этих веществ позволяет производить нам мышечную ра­боту, обеспечивает энергию пе­редачи возбуждения по нервным волокнам, дает энергию и для других, весьма различных проявлений жизни.

Возможность образования в живом организме богатых энер­гией фосфорных соединений за счет энергии окисления была впервые доказана советским уче­ным, академиком А. Энгель­гардтом в 1930 году.

В дальнейшем ученые очень обстоя­тельно разработали проблему накопления, аккумуляции энер­гии в фосфорных соединениях. Прежде всего исследования показали, что универсальным веществом, накапливающим энергию, является аденозинтрифосфат (сокращенно он назы­вается АТФ). В состав этого вещества входят три остатка фос­форной кислоты, причем два из них непрочно связаны с остальной частью молекулы АТФ. Когда а результате слож­ных химических превращений такие связи разрываются, то освобождается энергия, необходимая организму для самых различных процессов жизнедеятельности.

Рассмотрим несколько примеров. Представьте себе рабо­тающее сердце. Огромное количество энергии требуется для проталкивания крови по сосудам. Энергия сокращения сер­дечной мышцы черпается из запасов АТФ. Далее во время сокращения сердечной мышцы ее клетки постоянно изнашиваются, разрушаются. Чтобы восстановить их структуру, также необходимы затраты АТФ.

Естественно, что количество АТФ должно все время по­полняться. Если сердце по той или иной причине не получит из крови достаточного количества легко окисляемых веществ, «горючего», а также кислорода, необходимых для образова­ния АТФ, то неизбежно пострадает или сила сердечных сокра­щений или процесс восстановления изнашивающемся ткани сердца. В том и другом случае наступит нарушение сердеч­ной деятельности. Примерно то же самое можно сказать о любом органе и организме в целом.

Еще один пример. Всем известно, какие разнообразные процессы обмена веществ протекают в печени — органе, ко­торый образно называют важнейшей биохимической лабора­торией организма. Здесь Происходит образование конечного продукта азотистого обмена — мочевины, синтез многих бел­ков, в том чифе и тех, которые входят в состав крови, окисле­ние и синтез жирных кислот и т. д.

Все процессы биологического синтеза, протекающие в пе­чени, идут с затратой энергии и требуют постоянного расхода АТФ. При нормальном снабжении печеночных клеток кровью АТФ беспрерывно образуется за счет энергии окислительных процессов. Но если снабжение печени кровью нарушится (например, у алкоголиков печеночные клетки замещаются со­единительной тканью н в результате развивается цирроз пе­чени) или притекающая кровь будет бедна кислородом, то траты АТФ не смогут своевременно восполняться. Это повле­чет за собой постепенное нарушение процессов обмена ве­ществ, происходящих в печени, тяжелое заболевание всего организма.

Итак, для образования и постоянного пополнения АТФ чрезвычайно важно снабжать все ткани кислородом. Но только ли за счет энергии окислительных процессов об­разуется АТФ? Ведь даже в самых обычных условиях может наступить временный, относительный недостаток в снаб­жении организма или отдельных его органов и тканей кислородом.

Организм обладает замечательной способностью образо­вать АТФ за счет сбраживания углеводов. Этот процесс про­исходит без потребления кислорода, но он дает организму немного энергии. И хотя эффективность процесса бес­кислородного распада углеводов невелика, он может на не­которое время поддержать жизнь организма. Правда, к недо­статку кислорода очень чувствительны такие важнейшие ор­ганы, как мозг, сердце, почки. Поэтому кислородное голода­ние нарушает в первую очередь деятельность именно этих органов.

СТРОГО СОБЛЮДАТЬ РАЦИОНАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ЖИЗНИ

Жизнь нашего организма может нормально протекать постоянном обмене веществ с окружающей средой, движении, бесперебойной деятельности нервной системы и внутренних органов.

Все проявления жизни связаны с использова­нием свободной энер­гии, которая содержится в клетках организма в ви­де богатых энергией фосфорных соединений.

Непрерывный расход энергии требует постоян­ного ее пополнения. Вот почему так важно строго соблюдать рациональный режим труда, отдыха, питания. Многие ученые ряда стран продолжают на­стойчивые исследования обмена энергии в орга­низме.

Нет сомнений в том, что настанет время, когда будут полностью разгаданы все промежу­точные звенья энергети­ческих превращений в органах и тканях. Тогда мы сможем управлять этими процессами, с еще большим успехом обес­печивать человеку силу, бодрость, работоспособ­ность — словом, полное здоровье.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: