Глюкоза кислород углекислый газ вода атф

Сайт о нанотехнологиях #1 в России

Слово «гипоксия» на слуху. Но у многих в голове полная неразбериха по поводу кислородного голодания, его профилактики и лечения. Например, люди верят в пользу кислородных коктейлей, хотя оказывается, что намного больше пользы от жирной пищи.

Разберем по косточкам эти и другие популярные мифы и факты о гипоксии.

Введение: АТФ, гликолиз, гипоксия

Топливо, на котором работает каждая клетка организма – аденозинтрифосфат, или просто АТФ. Когда расщепляется молекула АТФ, выделяется энергия. Она идет на мышечные сокращения, обмен веществ и все остальные реакции и процессы.

Чтобы организм продолжал жить, ему надо постоянно восполнять энергетический запас. Молекулы АТФ образуются в ходе особой реакции – гликолиза. Это превращение глюкозы в АТФ.

Гликолиз бывает двух типов:

С кислородом

Глюкоза + кислород = 36 молекул АТФ + углекислый газ + вода

Без кислорода

Глюкоза = 2 молекул АТФ + углекислый газ + вода + молочная кислота

Без кислорода энергии становится в разы меньше. Наиболее активно гликолиз проходит в мышцах и нервных клетках. Мышцы теряют тонус, появляется невнимательность, сонливость, голова «плохо варит». К тому же выделяется молочная кислота, из-за которой ноют мышцы.

Надо компенсировать недостаток энергии. Кислорода нет, значит, надо больше глюкозы. Организм начинает требовать углеводы, хочется чего-нибудь сладенького.

Конец введения. Переходим к главному. Сначала – мифы о кислородном голодании.

Миф №1: мало кислорода, потому и гипоксия

Все привыкли думать, что в душном помещении уменьшается количество кислорода в воздухе и от этого возникает гипоксия. Кислорода в душном воздухе действительно становится меньше. Но организм реагирует не на кислород, а на углекислый газ.

Углекислого газа в свежем воздухе 0,05%, или 500 ppm. Усталость и другие неприятные симптомы появляются, когда углекислого газа становится в 4 раза больше, 2000 ppm и больше. Разница составляет 1500 ppm, всего 0,15%, но мы ее ощущаем. Состояние организма при высокой концентрации СО2 в крови называется гиперкапния.

Кислорода в свежем воздухе 20%. Неприятные ощущения появятся, когда уровень О2 упадет до 15%. Но прежде чем это произойдет, концентрация СО2 успеет вырасти до критических значений. Так что в душном помещении первой появится не гипоксия, а гиперкапния.

Задача любой приточной вентиляции – снизить количество углекислого газа в воздухе, а не обогатить его кислородом.

При отравлении углекислым газом гемоглобин в крови хуже связывается с кислородом. В результате кровь переносит по организму меньше кислорода. И вот тут уже возникает гипоксия тканей.

Миф	Правда
В духоте нечем дышать, кислорода мало. Появляется гипоксия.	В духоте нечем дышать, много углекислого газа. Появляется гиперкапния, а потом уже гипоксия.

Миф №2: кислородные товары помогут

Курс специальной кислородной терапии в США стоит больше 1000 долларов. Кислородные бары и магазины предлагают кучу товаров от гипоксии: кислородные коктейли, обогащенную кислородом воду, кислородную косметику, даже кислородные ванночки для ног.

Ажиотаж вокруг всех этих кислородных товаров есть. А вот клинических подтверждений и медицинских доказательств в их пользу – нет.

Более того, есть товары против гипоксии, которые не имеют вообще никакого отношения к кислороду. Например, насыщенная кислородом вода от компании Rose Creek Company: лабораторные исследования кислорода в ней не обнаружили. И есть подозрения, что это не единственная компания, которая спекулирует на теме кислородного голодания.

Почему не доказана польза кислородных товаров? Причина элементарная: кислород усваивается в легких, и только в легких. Ни через кожу, ни через желудок и кишечник организм не может получить кислород для гликолиза.

Миф	Правда
Кислородные товары помогают при гипоксии.	Кислородные товары бесполезны при гипоксии.

Миф №3: спать надо дольше

Есть мнение, будто долгий сон поможет избавиться от кислородного голодания. Плохая новость для любителей поспать: это неправда.

Еще одна плохая новость, на этот раз для тех, кто храпит: храп усиливает кислородное голодание. Звук храпа издает вибрирующая гортань. Вибрация гортани говорит о нестабильном состоянии дыхательного пути. Есть риск, что во сне он будет сжиматься и дыхание будет периодически прерываться. Задержки дыхания усиливают гипоксию.

Даже без храпа мышцы языка и гортани расслабляются во сне. Из-за этого дыхательный путь сужается, дыхание становится более частым и поверхностным. И это тоже усиливает гипоксию, пусть и не так сильно, как задержка дыхания.

Миф	Правда
Во сне организм восстанавливается от гипоксии.	Во сне дыхание становится поверхностным или прерывистым. Чем дольше спишь, тем сильнее гипоксия.

С мифами всё. Переходим к фактам.

Факт №1: кислород усваивается только в альвеолах

Выше уже упоминалось, что кислород может попасть в кровь только через легкие. Но этот факт настолько же важен, насколько и прост. Поэтому обращаем на него особое внимание.

Воздух проникает в организм по такому пути:

• Носовая полость
• Глотка
• Гортань
• Трахея
• Два главных бронха: в левое и правое легкое
• Сеть более мелких бронхов и бронхиол в каждом легком
• Альвеола – пузырек, которым заканчивается каждая бронхиола

Каждая альвеола опутана сетью тонких капилляров. Здесь кислород и проникает из воздуха в кровь, проходя через альвеолярно-капиллярную мембрану.

Факт №2: для дыхания нужен жир

С внутренней стороны стенки альвеол покрыты специальным веществом, сурфактантом. Он поддерживает альвеолы в форме пузырьков и не дает им схлопнуться на выдохе. И самое главное: с сурфактантом кислород намного быстрее попадает из альвеол в кровь.

Сурфактант состоит на 90% из жиров, на 10% из белков и углеводов. Мало жиров в рационе – в легких будет мало сурфактанта. Кислород будет усваиваться плохо, и даже самый свежий воздух не спасет от гипоксии.

Растительных и животных жиров в рационе должно быть поровну. Ценные источники растительных жиров – оливковое, кедровое, льняное масла и масло виноградных косточек. Ценные источники животных жиров – яичный желток, икра, сметана, сливочное масло, желтый сыр.

Если съесть что-нибудь жирное, в организме буквально через несколько часов начинается синтез сурфактанта. Этим занимаются альвеолоциты – клетки эпителия, который выстилает стенки альевол.

Факт №3: инфекции, алкоголь, сигареты и выхлопные газы усиливают гипоксию

Для бактерий сурфактант – настоящая вкуснятина. Поэтому они стремятся попасть в альвеолы. В верхних дыхательных путях и бронхах микробам плохо: двигаться мешает слизь и реснитчатый эпителий на стенках дыхательных трубок, кашлевой рефлекс так и норовит «выплюнуть» их из легких, повсюду иммунные клетки-убийцы.

Другое дело – альвеолы. Там нет слизи, реснитчатого эпителия и кашлевого рефлекса, зато есть вкусный и питательный сурфактант и куча кислорода.

Если бактерии поселились в альвеолах, развивается пневмония. При вялотекущей пневмонии бактерии потихоньку подъедают сурфактант, появляется гипоксия.

Теперь понятно, почему в народной медицине простуду, туберкулез и другие легочные болезни лечат жирным молоком или топленым маслом. Эти продукты не убивают бактерии, но восстанавливают слой сурфактанта и снимают симптомы гипоксии.

Что еще плохо влияет на сурфактант и вызывает гипоксию:

Спиртовые пары проходят через сурфактант на выдохе и разжижают его.

При курении альвеолы забиваются смолами. Синтез сурфактанта блокируется. Поэтому курильщики находятся в состоянии перманентной гипоксии.

• Выхлопные газы

Функции сурфактанта нарушаются примерно по тому же принципу, что и при курении.

Химические пары в косметических салонах и химчистке тоже разрушают сурфактант.

Источник

Гликолиз и дыхание

В процессе фотосинтеза солнечная энергия запасается в химических связях углеводных молекул, из которых наиболее важную роль играет шестиуглеродный сахар глюкоза. После того как другие живые организмы используют эти молекулы в пищу, запасенная энергия выделяется и используется для метаболизма. Это происходит во время процессов гликолиза и дыхания. Весь химический процесс можно коротко описать так:

глюкоза + кислород → углекислый газ + вода + энергия

Чтобы лучше понять эти процессы, представьте себе, что организм «сжигает» углеводы, чтобы получить энергию.

Термин «гликолиз» образован при соединении слова лизис, означающего «расщепление», со словом глюкоза. Как следует из названия, процесс начинается с химического извлечения энергии посредством расщепления молекулы глюкозы на две части, каждая из которых содержит три атома углерода. В процессе гликолиза из каждой молекулы глюкозы получается две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты. Кроме того, энергия глюкозы запасается в молекулах (см. Биологические молекулы), которые мы называем «энергетической валютой» клетки, — двух молекулах АТФ и двух молекулах НАДФ. Таким образом, уже на первой стадии гликолиза энергия высвобождается в такой форме, которая может быть использована клетками организма.

Дальнейший ход событий зависит от наличия или отсутствия кислорода в среде. При отсутствии кислорода пировиноградная кислота превращается в другие органические молекулы в ходе так называемых анаэробных процессов. Например, в клетках дрожжей пировиноградная кислота превращается в этанол. У животных, к которым относится и человек, при истощении запасов кислорода в мышцах пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту — именно она вызывает так хорошо знакомое всем нам ощущение мышечной скованности после тяжелой физической нагрузки.

При наличии же кислорода энергия выделяется в процессе аэробного дыхания, когда пировиноградная кислота расщепляется на молекулы углекислого газа и воды с одновременным высвобождением оставшейся энергии, запасенной в углеводной молекуле. Дыхание происходит в специализированной клеточной органелле — митохондрии. Вначале отщепляется один углеродный атом пировиноградной кислоты. При этом образуется углекислый газ, энергия (она запасается в одной молекуле НАДФ) и двухуглеродная молекула — ацетильная группа. Затем реакционная цепь поступает в метаболический координационный центр клетки — цикл Кребса.

Цикл Кребса (его также называют циклом лимонной кислоты или циклом трикарбоновых кислот) является примером хорошо знакомого в биологии явления — химической реакции, которая начинается, когда определенная входящая молекула соединяется с другой молекулой, выполняющей функцию «помощника». Такая комбинация инициирует серию других химических реакций, в которых образуются молекулы-продукты и в конце воссоздается молекула-помощник, которая может начать весь процесс вновь. В цикле Кребса роль входящей молекулы играет ацетильная группа, образующаяся при расщеплении пировиноградной кислоты, а роль молекулы-помощника — четырехуглеродная молекула щавелевоуксусной кислоты. Во время первой химической реакции цикла эти две молекулы соединяются с образованием шестиуглеродных молекул лимонной кислоты (этой кислоте цикл обязан одним из своих названий). Далее происходят восемь химических реакций, в которых сначала образуются молекулы-переносчики энергии и углекислый газ, а затем новая молекула щавелевоуксусной кислоты. Для переработки энергии, запасенной в одной молекуле глюкозы, цикл Кребса нужно пройти дважды. Чистая прибыль оказывается равной двум молекулам АТФ, четырем молекулам углекислого газа и десяти другим молекулам-переносчикам энергии (о них немного позже). Углекислый газ, в конечном счете, диффундирует из митохондрии и выделяется при выдохе.

Цикл Кребса принципиально важен для жизни не только потому, что в нем образуется энергия. Помимо глюкозы в него могут вступать многие другие молекулы, также образующие пировиноградную кислоту. Например, когда вы соблюдаете диету, организму не хватает потребляемой вами глюкозы для поддержания метаболизма, поэтому в цикл Кребса, после предварительного расщепления, вступают липиды (жиры). Вот почему вы теряете вес. Кроме того, молекулы могут покидать цикл Кребса, чтобы принять участие в построении новых белков, углеводов и липидов. Таким образом, цикл Кребса может принимать энергию, сохраненную в разной форме во многих молекулах, и создавать на выходе разнообразные молекулы.

С энергетической точки зрения чистый результат цикла Кребса состоит в том, чтобы завершить извлечение энергии, запасенной в химических связях глюкозы, передать небольшую часть этой энергии молекулам АТФ и запасти остальную энергию в других молекулах-переносчиках энергии. (Говоря об энергии химических связей, не надо забывать, что для разделения соединенных атомов необходимо совершить работу.) На заключительном этапе дыхания эта оставшаяся энергия высвобождается из молекул-переносчиков и также запасается в АТФ. Молекулы, запасающие энергию, перемещаются внутри митохондрии, пока не столкнутся со специализированными белками, погруженными во внутренние мембраны митохондрии. Эти белки отнимают электроны у переносчиков энергии и начинают передавать их по цепи молекул — наподобие цепочки людей, передающих ведра с водой на пожаре, — извлекая энергию, запасенную в химических связях. Извлеченная на каждом этапе энергия запасается в форме АТФ. На последнем этапе электроны соединяются с атомами кислорода, которые далее объединяются с ионами водорода (протонами), образуя воду. В цепи переноса электронов образуется не менее 32 молекул АТФ — 90% энергии, хранившейся в исходной молекуле глюкозы.

Превращение энергии в цикле Кребса включает в себя довольно сложный процесс хемиосмотического сопряжения. Этот термин указывает на то, что в высвобождении энергии наряду с химическими реакциями участвует осмос — медленное просачивание растворов через органические перегородки. По сути дела, электроны с переносчиков энергии, являющихся продуктом цикла Кребса, переносятся по транспортной цепочке и поступают на белки, погруженные в мембрану, которая разделяет внутренний и внешний компартменты (отсеки) митохондрии. Энергия электронов используется для перемещения ионов водорода (протонов) во внешний компартмент, служащий «энергохранилищем» — наподобие водохранилища, образовавшегося перед плотиной. При оттоке протонов через мембрану энергия используется для образования АТФ, подобно тому как вода перед плотиной используется для производства электричества при падении на генератор. Наконец, во внутреннем компартменте митохондрии ионы водорода соединяются с молекулами кислорода с образованием воды — одного из конечных продуктов метаболизма.

Этот рассказ о гликолизе и дыхании иллюстрирует, насколько далеко зашли современные представления о живых системах. Простое высказывание о конкретном процессе — например, что для метаболизма необходимо «сжигать» углеводы — влечет за собой невероятно подробное описание сложных процессов, происходящих на молекулярном уровне и с участием огромного количества различных молекул. Осмысление современной молекулярной биологии в чем-то сродни чтению классического русского романа: вам легко понять каждое взаимодействие между персонажами, но, дойдя до страницы 1423, вы вполне можете забыть, кем приходится Петр Петрович Алексею Алексеевичу. Точно так же каждая химическая реакция в только что описанной цепи кажется понятной, но дочитав до конца вы будете поражены непостижимой сложностью процесса. В качестве утешения замечу, что я чувствую себя так же.

Источник