Роль АДФ в использовании энергии. Интенсивность метаболизма в клетках
а) Концентрация АДФ в качестве фактора, контролирующего скорость высвобождения энергии. В условиях покоя концентрация АДФ в клетках чрезвычайно низка, поэтому химические реакции, которые зависят от АДФ как одного из субстратов, осуществляются чрезвычайно медленно. Они включают все окислительные метаболические пути, высвобождающие энергию из питательных веществ, наряду с прочими основными путями высвобождения энергии в организме. Таким образом, АДФ является главным лимитирующим скорость фактором практически всех путей обмена энергии в организме.
Когда клетки активируются независимо от вида их активности, АТФ превращается в АДФ, увеличивая его концентрацию пропорционально степени активности клетки. Повышение концентрации АДФ автоматически увеличивает скорость всех метаболических реакций, направленных на высвобождение энергии из питательных веществ. Таким простым способом контролируется высвобождение энергии в соответствии с активностью клетки. Снижение активности клетки приостанавливает высвобождение энергии вследствие очень быстрого превращения АДФ в АТФ.
Влияние концентрации субстратов и ферментов на скорость фермент-катализируемых реакций
б) Интенсивность метаболизма. Под метаболизмом понимают совокупность всех химических реакций, которые осуществляются во всех клетках организма. Оценка интенсивности метаболизма возможна по скорости высвобождения тепла в ходе химических реакций.
в) Почти все виды энергии, высвобождающейся в организме, преобразуются в тепло. При обсуждении многих метаболических реакций в предшествующих главах мы обращали внимание, что не вся энергия, заключенная в питательных веществах, запасается в АТФ. Большое количество энергии преобразуется в тепло. В среднем около 35% энергии, содержащейся в питательных веществах, преобразуется в тепло в процессе образования АТФ.
Еще большее количество энергии преобразуется в тепло при передаче энергии от АТФ функциональным системам клеток, поэтому даже при оптимальных условиях не более 27% энергии, содержащейся в питательных веществах, используются функциональными системами.
Даже если 27% энергии питательных веществ передаются функциональным системам клетки, большая часть этой энергии в результате рассеивается в виде тепла. Например, во время синтеза белка большое количество АТФ используется для формирования пептидных связей, в энергию которых преобразуется энергия АТФ. Существует постоянный кругооборот белков в организме. Часть белков распадается, в то время как другие пребывают на стадии синтеза. Если белки расщепляются, энергия, запасенная в пептидных связях, рассеивается в организме в виде тепла.
Еще одним примером использования энергии может быть мышечная работа. Много энергии расходуется на преодоление вязкого сопротивления мышц и других тканей во время движения конечностей. Вязкое сопротивление тканей порождает трение, которое порождает тепло.
Значительное количество энергии расходует сердце при перекачивании крови. Кровь растягивает стенки артерий, и растяжение артерий представляет запас потенциальной энергии. Кровоток по периферическим сосудам сопровождается трением частиц крови друг о друга и трением их о стенки сосудов, преобразующим запасенную потенциальную энергию в тепловую.
В итоге вся расходуемая организмом энергия преобразуется в тепло. Единственным существенным исключением является энергия, используемая мышцами для выполнения внешней работы.
Примерами могут быть подъем мышцами груза на некую высоту или перемещение тела во время ходьбы, когда создается потенциальная энергия для перемещения массы против сил гравитации. При отсутствии такой внешней работы вся энергия, выделяемая во время метаболических реакций, преобразуется в тепло.
г) Калория. Говоря о способах оценки метаболизма, необходимо использовать какие-либо единицы измерения для выражения количества энергии, высвобождающейся из питательных веществ или расходуемой для осуществления обменных процессов. Чаще всего с этой целью используют такую единицу измерения, как калория. Необходимо напомнить, что калория, обозначаемая строчной буквой «к» и часто называемая 1 грамм-калорией, представляет собой количество тепла, необходимое для нагревания 1 г воды на 1°С.
Количественно калория — слишком мелкая единица измерения энергетических процессов в организме, поэтому была введена единица измерения 1 Ккал, изображаемая с прописной буквы «К» и называемая килокалорией (1 Ккал = 1000 калорий). Именно эту единицу обычно используют для количественной оценки обмена энергии.
