14. De ce avem nevoie de un capitalist? Argumentul preferat al susținătorilor capitalismului este că proprietarul unei întreprinderi - un capitalist - este și un muncitor, și anume un „organizator al producției” care are abilități speciale de inițiativă, conducere și competiție, fără de care

Să încercăm să închidem gura, să ne ciupim nasul și să ne oprim pentru o vreme. În doar câteva secunde simțim deja că avem nevoie de o respirație adâncă. Toate celulele corpului nostru au nevoie de oxigen în fiecare secundă. Oxigenul face parte din aer. Afectează direct funcționarea tuturor organelor corpului nostru și metabolismul desfășurat în el.

De ce este nevoie de oxigen?

Fără oxigen, nu vom putea obține din alimente energia necesară vieții noastre. Cu cât o persoană cheltuiește mai multă energie pentru o activitate, cu atât are nevoie de mai mult oxigen pentru a restabili aceste cheltuieli. Din acest motiv, respirăm mult mai des și profund atunci când sărim, alergăm sau executăm, de exemplu, exerciții de gimnastică.

Ce este traheea?

În timpul inhalării, aerul intră mai întâi în laringe, apoi în trahee - trahee. Traheea este concepută într-un mod foarte inteligent: atunci când înghițim ceva, se închide cu o clapă subțire pentru ca firimiturile de mâncare să nu intre în plămâni.

Cum sunt structurate bronhiile și plămânii?

Traheea la om se bifurcă în tuburi largi - bronhii. Ultimele ramuri cele mai mici ale bronhiilor sunt bronhiolele. Bronhiile duc la plămâni - dreapta și stânga. Plămânii înșiși sunt formați dintr-un număr mare de bule mici (alveole) și sunt vizual similar cu 2 bureți mari.

Cum se întâmplă respirația?

Când o persoană inhalează, plămânii se extind și alveolele sunt capabile să se umple cu aer proaspăt. Sângele care curge prin vase absoarbe oxigenul și îl distribuie tuturor celulelor corpului. În schimb, sângele eliberează dioxidul de carbon acumulat în el către alveole. Aceasta este ceea ce expirăm.

De ce este mai bine să respiri pe nas?

Este mai bine să respiri pe nas. Cert este că în căile nazale aerul este purificat, încălzit la temperatura necesară și dobândește umiditate optimă. Dacă o persoană respiră pe gură, înseamnă că suferă de un nas care curge sau de altă boală. Este un fapt binecunoscut că o persoană care nu este obișnuită să respire pe nas se îmbolnăvește mai des, obosește mai repede și are o capacitate scăzută de lucru. În timpul mișcărilor intense, este mai bine să inspirați pe nas și să expirați pe gură.

De ce este periculos aerul poluat?

Aerul pe care îl respirăm trebuie să fie curat. Se știe că după udarea curților și străzilor, cantitatea de praf scade la jumătate. Dacă respiri aer poluat, atunci circulația cerebrală, metabolismul și funcționarea organelor tale interne se deteriorează brusc și apar letargie și dispoziție depresivă. Aerul curat este deosebit de important în timpul somnului.

Oxigen- unul dintre cele mai comune elemente nu numai în natură, ci și în compoziția corpului uman.

Proprietățile speciale ale oxigenului ca element chimic l-au făcut, pe parcursul evoluției ființelor vii, un partener necesar în procesele fundamentale ale vieții. Configurația electronică a moleculei de oxigen este de așa natură încât are electroni nepereche, care sunt foarte reactivi. Având astfel proprietăți oxidante ridicate, molecula de oxigen este folosită în sistemele biologice ca un fel de capcană pentru electroni, a căror energie se stinge atunci când sunt asociați cu oxigenul dintr-o moleculă de apă.

Nu există nicio îndoială că oxigenul „a fost util” pentru procesele biologice ca acceptor de electroni. Solubilitatea oxigenului atât în ​​faza apoasă, cât și în faza lipidică este, de asemenea, foarte utilă pentru un organism ale cărui celule (în special membranele biologice) sunt construite din materiale diverse din punct de vedere fizic și chimic. Acest lucru îi permite să difuzeze relativ ușor în orice formațiuni structurale ale celulelor și să participe la reacții oxidative. Adevărat, oxigenul este de câteva ori mai solubil în grăsimi decât într-un mediu apos, iar acest lucru este luat în considerare atunci când se folosește oxigenul ca agent terapeutic.

Fiecare celulă a corpului nostru necesită aport neîntrerupt de oxigen, unde este folosit în diferite reacții metabolice. Pentru a-l livra și sorta în celule, aveți nevoie de un aparat de transport destul de puternic.

În condiții normale, celulele corpului trebuie să furnizeze aproximativ 200-250 ml de oxigen în fiecare minut. Este ușor de calculat că necesarul de ea pe zi este considerabil (aproximativ 300 de litri). Cu o muncă grea, această nevoie crește de zece ori.

Difuzia oxigenului din alveolele pulmonare în sânge are loc datorită diferenței (gradient) alveolo-capilar de tensiune a oxigenului, care la respirația aerului normal este: 104 (pO 2 în alveole) - 45 (pO 2 în capilarele pulmonare). ) = 59 mm Hg. Artă.

Aerul alveolar (cu o capacitate pulmonară medie de 6 litri) nu conține mai mult de 850 ml de oxigen, iar această rezervă alveolară poate furniza organismului oxigen pentru doar 4 minute, având în vedere că necesarul mediu de oxigen al organismului în condiții normale este de aproximativ 200 ml. pe minut.

S-a calculat că, dacă oxigenul molecular s-a dizolvat pur și simplu în plasma sanguină (și se dizolvă slab în ea - 0,3 ml la 100 ml de sânge), atunci pentru a asigura nevoia normală a celulelor pentru acesta, este necesar să se mărească viteza fluxului sanguin vascular la 180 l pe minut. De fapt, sângele se mișcă cu o viteză de doar 5 litri pe minut. Livrarea oxigenului către țesuturi este efectuată de o substanță minunată - hemoglobina.

Hemoglobina conține 96% proteine ​​(globină) și 4% componentă neproteică (hem). Hemoglobina, ca o caracatiță, captează oxigenul cu cele patru tentacule ale sale. Rolul „tentaculelor” care captează în mod specific moleculele de oxigen din sângele arterial al plămânilor este jucat de hem, sau mai degrabă atomul de fier divalent situat în centrul său. Fierul este „atașat” în interiorul inelului de porfirină folosind patru legături. Acest complex de fier cu porfirina se numește protohem sau pur și simplu hem. Celelalte două legături de fier sunt direcționate perpendicular pe planul inelului porfirinic. Unul dintre ele merge la subunitatea proteică (globină), iar celălalt este liber, captează direct oxigenul molecular.

Lanțurile polipeptidice ale hemoglobinei sunt dispuse în spațiu în așa fel încât configurația lor se apropie de una sferică. Fiecare dintre cele patru globule are un „buzunar” în care este plasat hem. Fiecare hem este capabil să capteze o moleculă de oxigen. O moleculă de hemoglobină poate lega maximum patru molecule de oxigen.

Cum „funcționează” hemoglobina?

Observațiile ciclului respirator al „plămânului molecular” (cum a numit faimosul om de știință englez M. Perutz hemoglobină) dezvăluie caracteristicile uimitoare ale acestei proteine ​​pigmentare. Se pare că toate cele patru pietre prețioase funcționează în mod concertat, mai degrabă decât independent. Fiecare dintre pietre prețioase este, parcă, informată dacă partenerul său a adăugat oxigen sau nu. În deoxihemoglobină, toate „tentaculele” (atomii de fier) ​​ies din planul inelului porfirinic și sunt gata să lege o moleculă de oxigen. După ce a prins o moleculă de oxigen, fierul este atras în interiorul inelului de porfirină. Prima moleculă de oxigen este cel mai greu de atașat, iar fiecare moleculă ulterioară devine mai bună și mai ușor. Cu alte cuvinte, hemoglobina acționează conform proverbului „apetitul vine odată cu mâncatul”. Adăugarea de oxigen chiar modifică proprietățile hemoglobinei: devine un acid mai puternic. Acest fapt este de mare importanță în transferul de oxigen și dioxid de carbon.

După ce a devenit saturată cu oxigen în plămâni, hemoglobina din globulele roșii o transportă prin fluxul sanguin către celulele și țesuturile corpului. Cu toate acestea, înainte de a satura hemoglobina, oxigenul trebuie să se dizolve în plasma sanguină și să treacă prin membrana celulelor roșii din sânge. În practică, în special atunci când se utilizează terapia cu oxigen, este important ca un medic să ia în considerare posibilitățile potențiale ale hemoglobinei eritrocitare de a reține și de a furniza oxigen.

Un gram de hemoglobină în condiții normale poate lega 1,34 ml de oxigen. Raționând în continuare, putem calcula că, cu un conținut mediu de hemoglobină în sânge de 14-16 ml%, 100 ml de sânge leagă 18-21 ml de oxigen. Dacă luăm în considerare volumul sanguin, care este în medie de aproximativ 4,5 litri la bărbați și 4 litri la femei, atunci activitatea maximă de legare a hemoglobinei eritrocitare este de aproximativ 750-900 ml de oxigen. Desigur, acest lucru este posibil numai dacă toată hemoglobina este saturată cu oxigen.

Când se respiră aer atmosferic, hemoglobina este incomplet saturată - 95-97%. Îl puteți satura folosind oxigen pur pentru respirație. Este suficient să creșteți conținutul său în aerul inhalat la 35% (în loc de 24% obișnuit). În acest caz, capacitatea de oxigen va fi maximă (egal cu 21 ml O 2 la 100 ml sânge). Oxigenul nu se va mai putea lega din cauza lipsei de hemoglobină liberă.

O cantitate mică de oxigen rămâne dizolvată în sânge (0,3 ml la 100 ml de sânge) și este transferată în această formă în țesuturi. În condiții naturale, nevoile țesuturilor sunt satisfăcute de oxigenul legat de hemoglobină, deoarece oxigenul dizolvat în plasmă este o cantitate nesemnificativă - doar 0,3 ml la 100 ml de sânge. De aici rezultă concluzia: dacă organismul are nevoie de oxigen, atunci nu poate trăi fără hemoglobină.

Pe parcursul vieții sale (aproximativ 120 de zile), celulele roșii din sânge fac o treabă extraordinară, transferând aproximativ un miliard de molecule de oxigen de la plămâni la țesuturi. Totuși, hemoglobina are o caracteristică interesantă: nu absoarbe întotdeauna oxigenul cu aceeași lăcomie și nici nu-l dă celulelor din jur cu aceeași voință. Acest comportament al hemoglobinei este determinat de structura sa spațială și poate fi reglat atât de factori interni, cât și externi.

Procesul de saturare a hemoglobinei cu oxigen în plămâni (sau disocierea hemoglobinei în celule) este descris de o curbă în formă de S. Datorită acestei dependențe, este posibilă o aprovizionare normală cu oxigen a celulelor chiar și cu mici diferențe în sânge (de la 98 la 40 mm Hg).

Poziția curbei în formă de S nu este constantă, iar modificarea acesteia indică modificări importante ale proprietăților biologice ale hemoglobinei. Dacă curba se deplasează spre stânga și curba ei scade, atunci aceasta indică o creștere a afinității hemoglobinei pentru oxigen și o scădere a procesului invers - disocierea oxihemoglobinei. Dimpotrivă, o deplasare a acestei curbe spre dreapta (și o creștere a curbei) indică imaginea exact opusă - o scădere a afinității hemoglobinei pentru oxigen și o eliberare mai bună a acestuia în țesuturi. Este clar că deplasarea curbei spre stânga este indicată pentru a capta oxigenul în plămâni, iar spre dreapta pentru a-l elibera în țesuturi.

Curba de disociere a oxihemoglobinei se modifică în funcție de pH-ul mediului și de temperatură. Cu cât pH-ul este mai scăzut (deplasarea către partea acidă) și temperatura este mai mare, cu atât oxigenul este captat mai rău de hemoglobină, dar cu atât este mai bine dat țesuturilor în timpul disocierii oxihemoglobinei. De aici concluzia: într-o atmosferă fierbinte, saturația cu oxigen a sângelui are loc ineficient, dar odată cu creșterea temperaturii corpului, descărcarea oxihemoglobinei din oxigen este foarte activă.

Celulele roșii au, de asemenea, propriile lor dispozitive de reglare. Este acidul 2,3-difosfogliceric, format în timpul descompunerii glucozei. De această substanță depinde și „starea” hemoglobinei în raport cu oxigenul. Când acidul 2,3-difosfogliceric se acumulează în celulele roșii din sânge, reduce afinitatea hemoglobinei pentru oxigen și promovează eliberarea acestuia în țesuturi. Dacă nu este suficient, imaginea este inversă.

Evenimente interesante apar și în capilare. La capătul arterial al capilarului, difuzia oxigenului are loc perpendicular pe mișcarea sângelui (din sânge în celulă). Mișcarea are loc în direcția diferenței de presiune parțială a oxigenului, adică în celule.

Celulele dau preferință oxigenului dizolvat fizic și este folosit mai întâi. În același timp, oxihemoglobina este descărcată din sarcina sa. Cu cât un organ lucrează mai intens, cu atât are nevoie de mai mult oxigen. Când oxigenul este eliberat, tentaculele hemoglobinei sunt eliberate. Datorită absorbției oxigenului de către țesuturi, conținutul de oxihemoglobină din sângele venos scade de la 97 la 65-75%.

Descărcarea oxihemoglobinei favorizează simultan transportul de dioxid de carbon. Acesta din urmă, format în țesuturi ca produs final al arderii substanțelor care conțin carbon, pătrunde în sânge și poate determina o scădere semnificativă a pH-ului mediului (acidificare), ceea ce este incompatibil cu viața. De fapt, pH-ul sângelui arterial și venos poate fluctua într-un interval extrem de îngust (nu mai mult de 0,1), iar pentru aceasta este necesară neutralizarea dioxidului de carbon și îndepărtarea acestuia din țesuturi către plămâni.

Este interesant că acumularea de dioxid de carbon în capilare și o scădere ușoară a pH-ului mediului contribuie doar la eliberarea de oxigen de către oxihemoglobină (curba de disociere se deplasează spre dreapta, iar îndoirea în formă de S crește). Hemoglobina, care joacă rolul sistemului tampon de sânge în sine, neutralizează dioxidul de carbon. În acest caz, se formează bicarbonați. O parte din dioxidul de carbon este legat de hemoglobina în sine (rezultând formarea carbhemoglobinei). Se estimează că hemoglobina este implicată direct sau indirect în transportul a până la 90% din dioxid de carbon din țesuturi la plămâni. În plămâni, au loc procese inverse, deoarece oxigenarea hemoglobinei duce la o creștere a proprietăților sale acide și la eliberarea ionilor de hidrogen în mediu. Acestea din urmă, combinându-se cu bicarbonații, formează acid carbonic, care este descompus de enzima anhidrază carbonică în dioxid de carbon și apă. Dioxidul de carbon este eliberat de plămâni, iar oxihemoglobina, care leagă cationii (în schimbul ionilor de hidrogen separați), se deplasează către capilarele țesuturilor periferice. O astfel de legătură strânsă între actele de furnizare a țesuturilor cu oxigen și eliminarea dioxidului de carbon din țesuturi către plămâni ne reamintește că atunci când se folosește oxigenul în scopuri medicinale, nu trebuie să uităm de o altă funcție a hemoglobinei - eliberarea organismului de excesul de dioxid de carbon.

Diferența arterial-venoasă sau diferența de presiune a oxigenului de-a lungul capilarului (de la capătul arterial la capătul venos) oferă o idee despre necesarul de oxigen al țesuturilor. Lungimea cursului capilar al oxihemoglobinei variază în diferite organe (și nevoile lor de oxigen nu sunt aceleași). Prin urmare, de exemplu, tensiunea de oxigen din creier scade mai puțin decât în ​​miocard.

Aici, insa, este necesar sa facem o rezervare si sa ne amintim ca miocardul si alte tesuturi musculare sunt in conditii speciale. Celulele musculare au un sistem activ de captare a oxigenului din sângele care curge. Această funcție este îndeplinită de mioglobina, care are aceeași structură și funcționează pe același principiu ca și hemoglobina. Doar mioglobina are un lanț proteic (și nu patru, ca hemoglobina) și, în consecință, un hem. Mioglobina este ca un sfert din hemoglobina și captează doar o moleculă de oxigen.

Structura unică a mioglobinei, care este limitată doar la nivelul terțiar de organizare a moleculei sale proteice, este asociată cu interacțiunea cu oxigenul. Mioglobina leagă oxigenul de cinci ori mai repede decât hemoglobina (are o afinitate mare pentru oxigen). Curba de saturație a oxigenului de saturație a mioglobinei (sau disocierea oximioglobinei) are o formă de hiperbolă mai degrabă decât o formă de S. Acest lucru are un mare sens biologic, deoarece mioglobina, situată adânc în țesutul muscular (unde presiunea parțială a oxigenului este scăzută), captează cu lăcomie oxigenul chiar și în condiții de tensiune scăzută. Se creează un fel de rezervă de oxigen, care este cheltuită, dacă este necesar, pentru formarea energiei în mitocondrii. De exemplu, în mușchiul inimii, unde există multă mioglobină, în timpul diastolei se formează o rezervă de oxigen în celule sub formă de oximioglobină, care în timpul sistolei satisface nevoile țesutului muscular.

Aparent, munca mecanică constantă a organelor musculare a necesitat dispozitive suplimentare pentru captarea și rezervarea oxigenului. Natura l-a creat sub formă de mioglobină. Este posibil ca celulele non-musculare să aibă și un mecanism încă necunoscut pentru captarea oxigenului din sânge.

În general, utilitatea activității hemoglobinei eritrocitelor este determinată de cât de mult a fost capabilă să transporte la celulă și să transfere molecule de oxigen la ea și să elimine dioxidul de carbon care se acumulează în capilarele tisulare. Din păcate, acest muncitor uneori nu lucrează la capacitate maximă și fără vina sa: eliberarea oxigenului din oxihemoglobină în capilar depinde de capacitatea reacțiilor biochimice din celule de a consuma oxigen. Dacă se consumă puțin oxigen, atunci pare să „stagneze” și, datorită solubilității sale scăzute în mediu lichid, nu mai provine din patul arterial. Medicii observă o scădere a diferenței de oxigen arteriovenos. Se dovedește că hemoglobina transportă în mod inutil o parte din oxigen și, în plus, transportă mai puțin dioxid de carbon. Situația nu este plăcută.

Cunoașterea tiparelor de funcționare a sistemului de transport al oxigenului în condiții naturale permite medicului să tragă o serie de concluzii utile pentru utilizarea corectă a oxigenoterapiei. Este de la sine înțeles că este necesar să se folosească, împreună cu oxigenul, agenți care stimulează zitropoeza, cresc fluxul sanguin în organismul afectat și ajută la utilizarea oxigenului în țesuturile corpului.

În același timp, este necesar să știm clar în ce scopuri se cheltuiește oxigenul în celule, asigurându-le existența normală?

În drum spre locul său de participare la reacțiile metabolice din interiorul celulelor, oxigenul depășește multe formațiuni structurale. Cele mai importante dintre ele sunt membranele biologice.

Fiecare celulă are o membrană plasmatică (sau exterioară) și o varietate bizară de alte structuri membranare care leagă particulele subcelulare (organele). Membranele nu sunt doar partiții, ci formațiuni care îndeplinesc funcții speciale (transportul, descompunerea și sinteza substanțelor, producerea de energie etc.), care sunt determinate de organizarea lor și de compoziția biomoleculelor incluse în ele. În ciuda variabilității formelor și dimensiunilor membranelor, acestea constau în principal din proteine ​​și lipide. Alte substanțe găsite și în membrane (de exemplu, carbohidrații) sunt conectate prin legături chimice fie cu lipide, fie cu proteine.

Nu ne vom opri asupra detaliilor organizării moleculelor proteine-lipidice în membrane. Este important de menționat că toate modelele de structură a biomembranelor („sandwich”, „mozaic”, etc.) presupun prezența în membrane a unui film lipidic bimolecular ținut împreună de molecule de proteine.

Stratul lipidic al membranei este o peliculă lichidă care se află în mișcare constantă. Oxigenul, datorită solubilității sale bune în grăsimi, trece prin stratul dublu lipidic al membranelor și pătrunde în celule. O parte din oxigen este transferat în mediul intern al celulelor prin purtători precum mioglobina. Se crede că oxigenul este într-o stare solubilă în celulă. Probabil, se dizolvă mai mult în formațiunile lipidice, și mai puțin în cele hidrofile. Să ne amintim că structura oxigenului îndeplinește perfect criteriile unui agent oxidant folosit ca capcană de electroni. Se știe că principala concentrație a reacțiilor oxidative are loc în organele speciale, mitocondrii. Comparațiile figurative pe care biochimiștii le-au făcut mitocondriilor vorbesc despre scopul acestor particule mici (de 0,5 până la 2 microni). Ele sunt numite atât „stații de energie”, cât și „stații de energie” ale celulei, subliniind astfel rolul lor principal în formarea compușilor bogați în energie.

Probabil că merită să facem o mică digresiune aici. După cum știți, una dintre caracteristicile fundamentale ale viețuitoarelor este extragerea eficientă a energiei. Corpul uman folosește surse externe de energie - nutrienți (carbohidrați, lipide și proteine), care sunt zdrobiți în bucăți mai mici (monomeri) cu ajutorul enzimelor hidrolitice ale tractului gastro-intestinal. Acestea din urmă sunt absorbite și livrate celulelor. Numai acele substanțe care conțin hidrogen, care are o cantitate mare de energie liberă, au valoare energetică. Sarcina principală a celulei, sau mai degrabă a enzimelor conținute în ea, este să proceseze substraturile în așa fel încât să elimine hidrogenul din ele.

Aproape toate sistemele enzimatice care îndeplinesc un rol similar sunt localizate în mitocondrii. Aici, fragmentul de glucoză (acid piruvic), acizii grași și scheletele de carbon ale aminoacizilor sunt oxidate. După procesarea finală, hidrogenul rămas este „eliminat” din aceste substanțe.

Hidrogenul, care este separat de substanțele combustibile cu ajutorul unor enzime speciale (dehidrogenaze), nu există sub formă liberă, ci în legătură cu purtători speciali - coenzime. Sunt derivați de nicotinamidă (vitamina PP) - NAD (nicotinamidă adenin dinucleotide), NADP (nicotinamid adenin dinucleotide fosfat) și derivați ai riboflavinei (vitamina B 2) - FMN (flavin mononucleotide) și FAD (flavin adenin dinucleotide).

Hidrogenul nu arde imediat, ci treptat, în porții. În caz contrar, celula nu și-ar putea folosi energia, deoarece atunci când hidrogenul interacționează cu oxigenul ar avea loc o explozie, ceea ce se demonstrează ușor în experimentele de laborator. Pentru ca hidrogenul să elibereze energia conținută în el în părți, există un lanț de purtători de electroni și protoni în membrana interioară a mitocondriilor, numită altfel lanț respirator. La o anumită secțiune a acestui lanț, căile electronilor și protonilor diverg; electronii sar prin citocromi (care, la fel ca hemoglobina, constau din proteine ​​și hem), iar protonii scapă în mediu. La punctul final al lanțului respirator, unde se află citocrom oxidaza, electronii „alunecă” pe oxigen. În acest caz, energia electronilor este complet stinsă, iar oxigenul, care leagă protonii, este redus la o moleculă de apă. Apa nu mai are valoare energetică pentru organism.

Energia emisă de electronii care sar de-a lungul lanțului respirator este transformată în energia legăturilor chimice ale adenozin trifosfat - ATP, care servește ca principal acumulator de energie în organismele vii. Deoarece aici sunt combinate două acte: oxidarea și formarea de legături fosfat bogate în energie (prezente în ATP), procesul de formare a energiei în lanțul respirator se numește fosforilare oxidativă.

Cum se produce combinația dintre mișcarea electronilor de-a lungul lanțului respirator și captarea energiei în timpul acestei mișcări? Nu este încă complet clar. Între timp, acțiunea convertoarelor de energie biologică ar face posibilă rezolvarea multor probleme legate de salvarea celulelor corpului afectate de un proces patologic, care, de regulă, suferă de foamete energetică. Potrivit experților, dezvăluirea secretelor mecanismului de formare a energiei la ființele vii va duce la crearea unor generatoare de energie mai promițătoare din punct de vedere tehnic.

Acestea sunt perspective. Deocamdată, se știe că captarea energiei electronilor are loc în trei secțiuni ale lanțului respirator și, prin urmare, arderea a doi atomi de hidrogen produce trei molecule de ATP. Eficiența unui astfel de transformator de energie este aproape de 50%. Având în vedere că ponderea energiei furnizate celulei în timpul oxidării hidrogenului în lanțul respirator este de cel puțin 70-90%, comparațiile colorate care au fost acordate mitocondriilor devin clare.

Energia ATP este utilizată într-o varietate de procese: pentru asamblarea structurilor complexe (de exemplu, proteine, grăsimi, carbohidrați, acizi nucleici) din proteinele de construcție, activitate mecanică (contracție musculară), lucru electric (apariția și propagarea impulsurilor nervoase). ), transportul și acumularea de substanțe în interiorul celulelor etc. Pe scurt, viața fără energie este imposibilă și, de îndată ce există o lipsă puternică a acesteia, ființele vii mor.

Să revenim la întrebarea locului oxigenului în generarea de energie. La prima vedere, participarea directă a oxigenului în acest proces vital pare deghizat. Probabil ar fi potrivit să comparăm arderea hidrogenului (și formarea de energie rezultată) cu o linie de producție, deși lanțul respirator este o linie nu pentru asamblare, ci pentru „dezasamblarea” materiei.

La originea lanțului respirator se află hidrogenul. Din ea, fluxul de electroni se grăbește către destinația finală - oxigenul. În lipsa oxigenului sau lipsa acestuia, linia de producție fie se oprește, fie nu funcționează la capacitate maximă, pentru că nu există cine să o descarce, fie eficiența de descărcare este limitată. Fără flux de electroni - fără energie. Conform definiției potrivite a remarcabilului biochimist A. Szent-Gyorgyi, viața este controlată de fluxul de electroni, a căror mișcare este stabilită de o sursă externă de energie - Soarele. Este tentant să continui acest gând și să adaugi că, deoarece viața este controlată de fluxul de electroni, atunci oxigenul menține continuitatea acestui flux.

Este posibil să înlocuiți oxigenul cu un alt acceptor de electroni, să descărcați lanțul respirator și să restabiliți producția de energie? In principiu este posibil. Acest lucru este ușor de demonstrat în experimentele de laborator. Pentru organism, selectarea unui acceptor de electroni, cum ar fi oxigenul, astfel încât să fie ușor de transportat, să pătrundă în toate celulele și să participe la reacțiile redox, este încă o sarcină de neînțeles.

Deci, oxigenul, menținând în același timp continuitatea fluxului de electroni în lanțul respirator, în condiții normale contribuie la formarea constantă a energiei din substanțele care intră în mitocondrii.

Desigur, situația prezentată mai sus este oarecum simplificată și am făcut acest lucru pentru a arăta mai clar rolul oxigenului în reglarea proceselor energetice. Eficacitatea unei astfel de reglementări este determinată de funcționarea aparatului de transformare a energiei electronilor în mișcare (curent electric) în energia chimică a legăturilor ATP. Dacă nutrienții sunt prezenți chiar și în prezența oxigenului. arde în mitocondrii „degeaba”, energia termică eliberată în acest caz este inutilă pentru organism, iar înfometarea energetică poate apărea cu toate consecințele care decurg. Cu toate acestea, astfel de cazuri extreme de fosforilare afectată în timpul transferului de electroni în mitocondriile tisulare sunt cu greu posibile și nu au fost întâlnite în practică.

Mult mai frecvente sunt cazurile de dereglare a producției de energie asociate cu furnizarea insuficientă de oxigen a celulelor. Înseamnă asta moarte imediată? Se dovedește că nu. Evoluția a decis cu înțelepciune, lăsând o anumită rezervă de putere energetică pentru țesuturile umane. Este furnizat de o cale fără oxigen (anaerobă) pentru formarea energiei din carbohidrați. Cu toate acestea, eficiența sa este relativ scăzută, deoarece oxidarea acelorași nutrienți în prezența oxigenului oferă de 15-18 ori mai multă energie decât fără acesta. Cu toate acestea, în situații critice, țesuturile corpului rămân viabile tocmai datorită producției de energie anaerobă (prin glicoliză și glicogenoliză).

Aceasta este o mică digresiune care vorbește despre potențialul de formare a energiei și despre existența unui organism fără oxigen, o dovadă suplimentară că oxigenul este cel mai important regulator al proceselor vieții și că existența este imposibilă fără el.

Cu toate acestea, nu mai puțin importantă este participarea oxigenului nu numai la energie, ci și la procesele plastice. Această latură a oxigenului a fost subliniată încă din 1897 de remarcabilul nostru compatriot A. N. Bach și de savantul german K. Engler, care au dezvoltat poziția „cu privire la oxidarea lentă a substanțelor cu oxigen activat”. Multă vreme, aceste prevederi au rămas în uitare din cauza interesului prea mare al cercetătorilor pentru problema participării oxigenului la reacțiile energetice. Abia în anii 60 ai secolului nostru a fost pusă din nou problema rolului oxigenului în oxidarea multor compuși naturali și străini. După cum sa dovedit, acest proces nu are nimic de-a face cu generarea de energie.

Organul principal care folosește oxigenul pentru a-l introduce în molecula substanței oxidate este ficatul. În celulele hepatice, mulți compuși străini sunt neutralizați în acest fel. Și dacă ficatul este numit pe bună dreptate un laborator pentru neutralizarea medicamentelor și a otrăvurilor, atunci oxigenului în acest proces i se acordă un loc foarte onorabil (dacă nu dominant).

Pe scurt despre localizarea și proiectarea aparatului de consum de oxigen pentru uz plastic. În membranele reticulului endoplasmatic, care pătrunde în citoplasma celulelor hepatice, există un lanț scurt de transport de electroni. Diferă de un lanț respirator lung (cu un număr mare de purtători). Sursa de electroni și protoni din acest lanț este NADP redus, care se formează în citoplasmă, de exemplu, în timpul oxidării glucozei în ciclul pentozei fosfat (deci glucoza poate fi numită un partener deplin în detoxifierea substanțelor). Electronii și protonii sunt transferați la o proteină specială care conține flavină (FAD) și de la aceasta la legătura finală - un citocrom special numit citocrom P-450. La fel ca hemoglobina și citocromii mitocondriali, este o proteină care conține hem. Funcția sa este dublă: leagă substanța oxidată și participă la activarea oxigenului. Rezultatul final al unei astfel de funcții complexe a citocromului P-450 este că un atom de oxigen intră în molecula substanței oxidate, al doilea - în molecula de apă. Diferențele dintre actele finale de consum de oxigen în timpul formării energiei în mitocondrii și în timpul oxidării substanțelor din reticulul endoplasmatic sunt evidente. În primul caz, oxigenul este folosit pentru a forma apă, iar în al doilea - pentru a forma atât apă, cât și un substrat oxidat. Proporția de oxigen consumată în organism în scop plastic poate fi de 10-30% (în funcție de condițiile pentru apariția favorabilă a acestor reacții).

A pune întrebarea (chiar și pur teoretică) cu privire la posibilitatea înlocuirii oxigenului cu alte elemente este inutilă. Având în vedere că această cale de utilizare a oxigenului este necesară și pentru schimbul celor mai importanți compuși naturali - colesterol, acizi biliari, hormoni steroizi - este ușor de înțeles cât de departe se extind funcțiile oxigenului. Se dovedește că reglează formarea unui număr de compuși endogeni importanți și detoxifierea substanțelor străine (sau, așa cum se numesc acum, xenobiotice).

Trebuie totuși remarcat faptul că sistemul enzimatic al reticulului endoplasmatic, care folosește oxigenul pentru a oxida xenobioticele, are unele costuri, care sunt următoarele. Uneori, atunci când oxigenul este introdus într-o substanță, se formează un compus mai toxic decât cel original. În astfel de cazuri, oxigenul acționează ca un complice în otrăvirea corpului cu compuși inofensivi. Astfel de costuri iau o întorsătură serioasă, de exemplu, atunci când agenții cancerigeni sunt formați din procarcinogeni cu participarea oxigenului. În special, binecunoscuta componentă a fumului de tutun, benzopirenul, care era considerat cancerigen, capătă de fapt aceste proprietăți atunci când este oxidat în organism pentru a forma oxibenzpiren.

Faptele de mai sus ne obligă să acordăm o atenție deosebită acelor procese enzimatice în care oxigenul este folosit ca material de construcție. În unele cazuri, este necesar să se dezvolte măsuri preventive împotriva acestei metode de consum de oxigen. Această sarcină este foarte dificilă, dar este necesar să se caute abordări ale acesteia pentru a folosi diverse tehnici de direcționare a potențelor de reglare a oxigenului în direcția necesară organismului.

Acesta din urmă este deosebit de important în cazul utilizării oxigenului într-un proces „necontrolat” precum oxidarea cu peroxid (sau radical liber) a acizilor grași nesaturați. Acizii grași nesaturați fac parte din diferitele lipide din membranele biologice. Arhitectura membranelor, permeabilitatea lor și funcțiile proteinelor enzimatice incluse în membrane sunt în mare măsură determinate de raportul dintre diferitele lipide. Peroxidarea lipidelor are loc fie cu ajutorul enzimelor, fie fără ele. A doua opțiune nu este diferită de oxidarea radicalilor liberi a lipidelor în sistemele chimice convenționale și necesită prezența acidului ascorbic. Participarea oxigenului la peroxidarea lipidelor nu este, desigur, cel mai bun mod de a-și folosi calitățile biologice valoroase. Natura radicalilor liberi a acestui proces, care poate fi inițiat de fierul divalent (centrul formării radicalilor), îi permite să conducă rapid la dezintegrarea coloanei vertebrale lipidice a membranelor și, în consecință, la moartea celulelor.

O astfel de catastrofă nu are loc însă în condiții naturale. Celulele conțin antioxidanți naturali (vitamina E, seleniu, unii hormoni) care rup lanțul de peroxidare a lipidelor, prevenind formarea radicalilor liberi. Cu toate acestea, utilizarea oxigenului în peroxidarea lipidelor, potrivit unor cercetători, are și aspecte pozitive. În condiții biologice, peroxidarea lipidelor este necesară pentru auto-reînnoirea membranei, deoarece peroxizii lipidici sunt compuși mai solubili în apă și sunt mai ușor eliberați din membrană. Ele sunt înlocuite cu noi molecule de lipide hidrofobe. Numai excesul acestui proces duce la prăbușirea membranelor și la modificări patologice în organism.

Este timpul să facem un bilanț. Deci, oxigenul este cel mai important regulator al proceselor vitale, folosit de celulele corpului ca o componentă necesară pentru formarea energiei în lanțul respirator al mitocondriilor. Cerințele de oxigen ale acestor procese sunt îndeplinite inegal și depind de multe condiții (de puterea sistemului enzimatic, abundența în substrat și disponibilitatea oxigenului în sine), dar totuși partea leului de oxigen este cheltuită pe procese energetice. Prin urmare, „salariul de trai” și funcțiile țesuturilor și organelor individuale în timpul unei lipse acute de oxigen sunt determinate de rezervele endogene de oxigen și de puterea căii fără oxigen de producere a energiei.

Cu toate acestea, nu este mai puțin important să furnizați oxigen altor procese plastice, deși o parte mai mică din acesta este consumată pentru aceasta. Pe lângă o serie de sinteze naturale necesare (colesterol, acizi biliari, prostaglandine, hormoni steroizi, produse biologic active ale metabolismului aminoacizilor), prezența oxigenului este necesară în special pentru neutralizarea medicamentelor și a otrăvurilor. În cazul otrăvirii cu substanțe străine, se poate presupune că oxigenul are o importanță vitală mai mare pentru plastic decât pentru scopuri energetice. În caz de intoxicație, această latură a acțiunii își găsește aplicare practică. Și doar într-un caz medicul trebuie să se gândească la cum să pună o barieră în calea consumului de oxigen în celule. Vorbim despre inhibarea utilizării oxigenului în peroxidarea lipidelor.

După cum putem vedea, cunoașterea caracteristicilor de livrare și a căilor de consum de oxigen în organism este cheia pentru dezlegarea tulburărilor care apar în timpul diferitelor tipuri de stări hipoxice și pentru tactica corectă pentru utilizarea terapeutică a oxigenului în clinică. .

Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.