khimie.ru

О митохондриях, этих биофабричках, можно рассказывать бесконечно: о том, как ведут они себя при стрессе, как влияют на долголетие, умственную силу… Но нас интересует энергетика. Как образуется в МХ энергия?

В какой форме? Имеет ли энергетика живого аналога в технике? Какие?..

Конечно, красоты ради и высокого слога МХ можно по старинке уподоблять печи, куда для сжигания топлива (читай: пищи!) через «форсунки» поступает кислород воздуха (дыхание).

Можно, но будет это большой натяжкой, ибо живая природа вынуждена была решить энергетическую проблему, минуя малоэффективную тепловую стадию. Жизнь не могла себе позволить высоких температур, давлений и всего того, чем располагает нынешняя техника. Экономности, высоких кпд надо было добиться в поразительно мягких условиях: при обычных земных температурах, при столь же обычном атмосферном давлении, в водной среде…

Нет, гораздо удобнее биоэнергетику сравнивать с топливными элементами (хотя любая аналогия, как известно, хромает), потому что, как выяснили ученые, в ее основе в качестве обязательного звена лежит холодное горение водорода в кислороде.

Биохимики установили, что биологический водородно-кислородный топливный элемент как бы вмонтирован, впечатан в каждую клетку. Не вдаваясь в биохимические и биофизические тонкости, укажем лишь, откуда в организме человека берется водород (окислитель же − кислород − поступает в легкие из воздуха, всасывается в кровь, соединяется с гемоглобином и так разносится по всем тканям). Источником водорода служит пища − жиры, углеводы, белки. Мы помним: в желудке, кишечнике, клетках пища в конечном итоге дробится до элементарных кирпичиков − до так называемых жирных кислот: яблочная, янтарная и т. д.).

Но на этом процесс дробления пищи не заканчивается. В цикле Кребса под действием ферментов все низводится до еще более простейших элементов: воды, углекислого газа (этот побочный продукт биоэнергетики мы частично выдыхаем) и атомов водорода.

В нем-то все дело! Дальше пути биоэнергетики таковы.

Атомы водорода (накопителем их является дифосфопиридиннуклеотид — ДПН сокращенно) распадаются на протоны и электроны, которые временно разлучаются.

Электроны, двигаясь по специально устроенной природой в МХ цепочке ферментов («дыхательная цепь»), в конечном итоге воссоединяются с протонами и атомами кислорода, образуя итоговый продукт — воду.

Теперь: что делать с электроном? В топливном элементе бегущие по внешней цепи электроны могут, допустим, зажечь электролампу. А что делать с микротоками, образующимися в клетке?

Электричество обладает существенным недостатком: его надо сразу же использовать, хранить, «консервировать» его трудно. Отчасти поэтому, отчасти по другим не менее веским причинам природа обошлась без проводов и кабелей.

Вот что она придумала. Взглянем вновь на нашу схему. Бегущий по дыхательной цепи, от водорода к кислороду, электрон «по пути» своей энергией (его электрический потенциал непрерывно понижается) запускает химическую реакцию соединения (нижняя часть схемы) аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) с фосфатом (Ф).

Так синтезируется богатое химической энергией соединение − аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), универсальный датчик энергии для всевозможных процессов, протекающих в организме.

Итак, если в технике человек стремится химическую энергию топлива превратить в электричество, то природа химическую энергию пищи (то же топливо) преобразует сначала в электрические формы, а затем (тут же!) консервирует электричество опять в энергию химических связей.

АТФ — вот она разменная, универсальная, унифицированная энергетическая валюта для всего сущего. При расщеплении АТФ (три фосфатных группы) до АДФ (два фосфата) и далее до АМФ (аденозинмонофосфорная кислота, один фосфат) запасенная энергия выделяется и может служить самым различным целям.

АТФ в клетке, словно Фигаро, и здесь, и там − всюду! Химическая энергия АТФ может быть преобразована в механическую энергию (мышцы, сердце, жгутики бактерий), осмотическую работу (секреция желез, всасывание в кишечнике), электричество (нервные клетки, электрические органы некоторых рыб), свет (светляки) и так далее и так далее.

АТФ может обеспечивать организм даже теплом. В простейшем варианте энергия, выделяющаяся при распаде АТФ, и есть то тепло, которое согревает организм теплокровных животных — от мышей до человека. Так животные поддерживают постоянную температуру тела даже в самые сильные  морозы.

Реакция синтеза АТФ, имеющая для всей проблемы биоэнергетики ключевое значение, называется окислительным фосфорилированием. Это очень сложный механизм, интимные стороны которого и сейчас еще полностью не ясны.

Разгадать их и пытаются биохимики.