повернутись на головну сторінку

Утворення енергії в Клітині. Цикл Кребса

- Щоб клітина функціонувала – безсумнівно потрібна енергія. На всі внутрішньоклітинні процеси також необхідна енергія.
- Де брати цю енергію?
- Природно, витягувати з наявних усередині клітини живильних речовин.
- Білків, жирів і вуглеводів?
- Вірно, а саме з їх складових: вуглеводи представлені глюкозою, білки – амінокислотами, а жири – жирними кислотами. Цикл Кребса чи цикл трикарбонових кислот – це загальний кінцевий шлях, яким завершується обмін вуглеводів, жирних кислот та амінокислот.
- А як саме це відбувається? Адже це складні процеси.
- Складні, тому поки що можеш цим не перейматися. Але загальний зміст слід знати. Слухай і старайся зрозуміти. Всі живі клітини отримують біологічну корисну енергію за рахунок ферментативних реакцій, під час яких електрони переходять із одного енергетичного рівня на другий. Глюкоза під впливом ензимів цитоплазми перетворюється на піровиноградну кислоту (піруват), і таким чином з однієї молекули глюкози утворюється дві молекули АТФ. Подальше перетворення пірувату на дві молекули ацетилкоензіму А сприяє утворенню ще шести молекул АТФ. Після цього ацетилкоензім А надходить в мітохондрії і, окислюючись до СО2 і Н2О, утворює ще двадцять чотири молекули АТФ.

- А куди поділися білки і жири?
- Гарне питання. І жирні кислоти, і більшість амінокислот в цитоплазмі перетворюються в АцКоА і також надходять в матрикс мітохондрій на переробку.
- Для того щоб в мітохондріях переходити в енергію?
- Вірно, розщеплюючись до атомів водню і окису вуглеводів, АцКоА активно бере участь у виробництві енергії. Але тепер питання: як все це відбувається? – Подивимося зверху вниз. Мітохондрія – джерело енергії в клітині, як батарея всередині, наприклад, мобільного телефону.
- І повинні бути полюса «+» і «-»?
- Так. Спостерігаємо високу концентрацію протонів усередині мембрани, це полюс «+», а також низьку концентрацію протонів в матриксі мітохондрій, полюс «-». Маємо різницю в електричному потенціалі – це і є Енергія, яку ми шукали, сконцентрована в мітохондрії.

- А як саме виникла ця енергія?
- Вся хитрість в тому, що пара електронів три рази перетинає внутрішню мембрану мітохондрій, кожен раз переносячи два протона назовні.
Цей процес називається окислювальним фосфорилюванням. Це і є та рушійна сила, яка призводить до синтезу АТФ.
- А ще більш детально можете це описати?
- Цикл Кребса... У цьому циклі АцКоА розщіплюється до атомів водню і окису вуглецю. Окис вуглецю дифундує з мітохондрією і далі залишає клітину. А атоми водню з'єднуються з окисленим НАД+, формуючи відновлений НАДН, (никотинамідаденіндинуклеотид) і з окисленим НАДФ +, формуючи відновлений НАДФН (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат).
Потім вони переносяться молекулами-переносниками на систему ферментів внутрішньої мітохондріальної мембрани. В результаті НАДН і НАДНФ віддають один протон і два електрони в електронтранспортному ланцюгу, утвореному цими ферментами. В ході передачі електронів в ланцюгу переносників зростають окислювально-відновні потенціали. Ця різниця окисно-відновних потенціалів і є та Енергія, яка згодом призводить до синтезу АТФ. Але про це ми будемо говорити в наступний раз. Поки спробуй хоч трохи зрозуміти те, про що я тобі сьогодні розповів. Зрозуміти це непросто!

Утворення енергії в Клітині (більш глибоко)

- Отже, ми маємо високу концентрацію протонів ззовні мітохондрії і їх низьку концентрацію всередині. Чого слід очікувати від такого розкладу позицій?
- Очевидно, протони ззовні будуть шукати можливості повернутися всередину для природнього вирівнювання концентрацій.
- Так і відбувається. І цей зворотний рух протонів здійснюється через мембранний білок, де всередині мітохондрії, біля стінки мембрани на наш протон з мембранним білком очікує АТФ-синтетаза. І вже подальша взаємодія мембранного білка з АТФ-синтетазою супроводжується синтезом АТФ з аденозиндифосфорної (АДФ) і фосфорної кислоти (Фн).
Потік протонів через мембрану запускає реакцію: АДФ + Фн = АТФ + Н2О
А ще отримуємо вивільнення тепла за допомогою переходу НАДН в НАДФ, що забезпечується транспортом іонів Кальцію і Натрію через мембрану мітохондрії.
- Але головне – отримана АТФ, як енергоблок для забезпечення всіх наступних процесів?
- Так і є. Фосфатні зв'язки молекули АТФ дуже нестійкі, а кінцеві фосфатні групи легко відщеплюються від АТФ. Результат – вивільнення енергії. Хоч ця енергія і маленька, всього 7-10 ккал\моль АТФ, але все ж – з крапель складається Океан. Так з АТФ складається енергія клітини.
- А як безпосередньо працює цей механізм? Як саме ця енергія доставляється до потрібних ділянок?
- Ми привозимо дрова, а потім при потребі підносимо їх до камінів та печей, так і багаті енергією фосфатні групи переносяться до різних субстратів і ферментів в міру їх необхідності. Щоб їх згодом активувати, витрачаючи, наприклад, на м'язове скорочення.
- На організацію руху? Енергія АТФ перетворюється в рух?
- Рух – це життя. Ось так клітина всередині себе живе, використовуючи енергію розщеплення привнесених ззовні білків, жирів і вуглеводів. Цим і забезпечує наше життя, життя істот, які складаються з маси системно об'єднаних клітин в єдиний цілісний організм...
- Дивовижно!
- Але... Деякий нюанс. АТФ забезпечує роботу клітини лише протягом декількох секунд. А цього зовсім недостатньо для забезпечення тривалої роботи скелетних м'язів, серця і нервів. Тому, виходячи з необхідності вирішити цю проблему, світ створив фосфагени – органічні фосфатні сполуки для накопичення енергії. Найбільш важливим з фосфагенів у людини є креатинфосфат (КФ). При його розщепленні виходить енергія 10 ккал/моль, яка використовується для ресинтезу АТФ.
- Це важкувато зрозуміти...
- Коли виконується робота в тканинах – зменшується вміст АТФ, що веде до розпаду КФ. І навпаки, збільшення вмісту АТФ веде до ресинтезу КФ.
е� Це щось на зразок створення фінансової «заначки» при надлишку грошей?
- Добре порівняння. Є зайві гроші – клади в «заначку». Бракує грошей на необхідні покупки – діставай їх із «заначки». Так і в наших тканинах регулюється постійна присутність енергії для забезпечення процесів життєдіяльності. Ось так виглядає ця формула:
КФ + АДФ переходить в АТФ + Креатин, де АТФ забезпечує м'язове скорочення. А звільнений Креатин знову використовується клітиною для акумуляції енергії в креатинфосфаті, КФ. Ця енергія фосфагенної системи використовується для забезпечення "ривкової" м'язової активності тривалістю до 10 - 15 секунд (наприклад, 100 метрів бігу).
- А якщо енергії потрібно більше?
- Далі використовується енергія анаеробного гліколізу.
- А це що таке?
- Це перетворення молекули глюкози, яка знаходиться у вуглеводному депо – глікогену печінки і м'язів – до молочної кислоти. Таким чином фосфагенна система (раз) і анаеробне розщеплення глікогену до молочної кислоти (два) забезпечують людині можливість ривкової діяльності. Це і біг на короткі дистанції, і підіймання вантажу, і пірнання в воду, та інші короткочасні фізичні дії.
- А більш тривалі навантаження?
- Довгочасна м'язова робота вимагає підсилення окисного фосфорилювання в мітохондріях, що забезпечує основну частину ресинтезу АТФ. Це означає, що потрібно утворювати все більше і більше АТФ всередині клітин. От і все.
 

продовження книги  *  на головну