Высвобождение энергии из продуктов. Физиология аденозинтрифосфата (АТФ)
Несколько следующих статей данного раздела сайта посвящены обменным процессам в организме, под которыми подразумеваются химические реакции, обеспечивающие процессы жизнедеятельности клеток. При этом в данной книге не ставится цель подробно представить биохимические процессы и все возникающие при этом реакции клеток, поскольку это находится в компетенции такого предмета, как биохимия. В данных статьях по физиологии на сайте предполагается дать:
(1) обзорные представления об основных биохимических процессах в клетках;
(2) анализ реализации влияний этих процессов, особенно в отношении их участия в поддержании гомеостатических параметров организма.
а) Высвобождение энергии из пищевых продуктов. Концепция свободной энергии. Большинство химических реакций, осуществляющихся в клетках, связаны с извлечением энергии, необходимой для различных физиологических систем в клетках, из пищевых продуктов. Так, энергия необходима для поддержания мышечной активности, секреторных процессов в железах, формирования мембранных потенциалов в мышечных и нервных волокнах, синтеза веществ в клегках, всасывания веществ в желудочно-кишечном тракте и многих других функций.
1. Сопряженные реакции. Все источники энергии, содержащиеся в продуктах питания (белки, жиры и углеводы), должны окисляться в клетках; в ходе этих процессов высвобождается большое количество энергии. Те же продукты, окисляясь вне организма, т.е. сжигаясь, также высвобождают энергию, но в этом случае она выделяется сразу в виде тепла. Энергия, необходимая для осуществления физиологических процессов в клетках, не является тепловой, это другая форма энергии, которая необходима для передвижения в случае мышечного сокращения или концентрирования растворов в случае секреторных процессов в железах и других функций. Для обеспечения организма такими видами энергии химические реакции должны «сопрягаться» с деятельностью систем, ответственных за обеспе чение механизмов превращения энергии в нужные для организма формы.
Осуществление процессов сопряжения является функцией специальных клеточных ферментов и систем, работа которых излагается в следующих статьях.
2. Свободная энергия. Количество энергии, высвобождающейся при полном окислении питательных веществ, называют свободной энергией окисления пищи и чаще всего обозначают символом G. Свободная энергия обычно выражается количеством калорий на моль окисляемого субстрата. Например, количество свободной энергии, выделяющейся при полном окислении 1 моля (180 г) глюкозы, составляет 686000 калории.
б) Роль аденозинтрифосфата в обменных процессах. Аденозннтрифосфат — главное связующее звено между процессами использования и продуцирования энергии в организме (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок ниже).
Аденозинтрифосфат (АТФ) как центральное связующее звено между энергопродуцирующими и энергопотребляющими системами организма. АДФ - аденозиндифосфат; Pi - неорганический фосфат
Пo этой причине АТФ является источником энергии, который образуется и расходуется непрерывно.
Энергия, высвобождающаяся при окислении углеводов, жиров и белков, необходима для превращения АДФ в АТФ, который, в свою очередь, используется в различных процессах в организме для:
(1) активного транспорта молекул через клеточные мембраны;
(2) сокращения мышц и осуществления работы мышц;
(3) синтеза различных гормонов, создания клеточных мембран и формирования прочих основных субстанций в организме;
(4) проведения нервных импульсов;
(5) клеточного деления и роста;
(6) других процессов, необходимых для поддержания и продолжения жизни.
АТФ — нестойкое химическое соединение, которое присутствует во всех клетках. Химическая структура этого соединения показана на рисунке ниже.
Химическая структура аденозинтрифосфата (АТФ)
АТФ состоит из аденозина, рибозы и трех фосфатных радикалов. Последние два остатка фосфорной кислоты связаны с остальной молекулой с помощью макроэргических связей, которые обозначают символом ~.
Количество свободной энергии, заключенной в каждой из этих связей, составляет 7300 калорий на 1 моль АТФ в обычных условиях и почти 12000 калорий в температурных и концентрационных условиях, которые сопровождают эту молекулу в организме. В условиях организма количество энергии, которое высвобождается благодаря каждой из этих двух связей, составляет 12000 калорий. После отщепления одного из фосфатных радикалов от молекулы АТФ соединение превращается в АДФ; после отщепления еще одной — в аденозинмонофосфат. Взаимные превращения этих веществ выглядят следующим образом:
АТФ присутствует в цитоплазме и нуклеоплазме всех клеток, и все физиологические механизмы, требующие энергии для своего обеспечения, получают ее непосредственно из АТФ (или других макроэргических соединений, например, гуанозинмонофосфата). В свою очередь, питательные вещества, постепенно окисляясь, выделяют энергию, используемую для образования новых молекул АТФ, что сохраняет обеспечение организма энергией. Все механизмы превращения энергии осуществляются путем реакций сопряжения.
Основная цель этих статей по физиологии на сайте — показать, как энергия, заключенная в углеводах, преобразуется в клетках в энергию АТФ. В норме 90% всех углеводов, а иногда даже больше, используются в организме с этой целью.
Видео физиология метаболизма (обмена веществ и энергии) - виды обмена, анаболизм, катаболизм, калориметрия - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
