Журнал Здоровье №2 (74) 1961

Последовательность химических превращений в лимоннокислом цикле обеспечивают белки-ферменты. Они обладают чрезвычайно высокой активностью и поэтому могут ускорять и направлять химические реакции, обеспечивая переход от одного звена лимоннокислого цикла к другому.

Слов нет, все химические превращения лимоннокислого цикла достаточно сложны, и чтобы понять, откуда и как организм берет запасы энергии, необходимо хотя бы схематично рассказать об этих превращениях.

Как же они происходят?

Начнем со щавелевоуксусной кислоты. Она — единственная из «семьи» кислот, которая вступает в цепь окислительных реакций и выходит из них без изменений.

Пировиноградная кислота, образующаяся, например, при распаде глюкозы, превращается в углекислоту и активную форму уксусной кислоты. Последняя, соединяясь со щавелевоуксусной кислотой, образует лимонную, которая затем превращается в кетоглютаровую и угольную. Кетоглютаровая кислота через янтарную и яблочную переходит в щавелевоуксусную и угольную кислоту. Далее все реакции вновь повторяются.

В результате множества строго последовательных химических реакций полностью исчезает пировиноградная кислота. Она окисляется до конечных продуктов — углекислого газа и воды.

Углекислый газ из клеток органов и тканей, где протекало окисление пировиноградной кислоты, переходит в венозную кровь, затем в легочные альвеолы и удаляется из организма вместе с выдыхаемым воздухом.

Вторым, очень важным моментом, связанным с окислением пировиноградной кислоты, является повторное (пятикратное) отщепление водорода. Здесь следует сказать о наиболее характерной особенности окислительных процессов, происходящих в организме человека, а также животных. Она как раз и заключается в том, что водород не сразу вступает в реакцию с кислородом, доставляемым кровью к клеткам органов и тканей.

В живом организме имеются специальные переносчики водорода. Они как бы принимают его на себя и постепенно, от одного переносчика к другому, переносят водород к кислороду. Благодаря этому энергия образования воды выделяется также постепенно, порциями. А ведь известно, что при соединении водорода с кислородом вода образуется со взрывом — взрывом гремучего газа. Например, было определено, что при образовании 18 граммов воды (ее молекулярный вес — 18) освобождается 55 больших калорий. В живом организме энергия образования воды распределяется между многими промежуточными реакциями. Те же 55 больших калорий, конечно, также освобождаются при образовании 18 граммов воды, однако относительно небольшими порциями, которые не могут нанести какой бы то ни было ущерб организму.

Из всех этих расчетов и рассуждений следует один очень важный вывод: наиболее значительное количество энергии в организме человека, а также высокоорганизованных животных освобождается не при расщеплении белков, жиров и углеводов, входящих в состав пищи «пищеварительном тракте, а в процессе окисления пировиноградной кислоты или других органических веществ и при переносе водорода к кислороду, завершающемся образованием воды.

Чем меньше кислорода в окружающей среде, тем труднее образуется АТФ в организме

Каким же образом освобождающаяся при окислении энергия используется организмом?

Приблизительно половина энергии рассеивается в виде тепла. Оно крайне необходимо для поддержания постоянной температуры тела. Остальная часть энергии накапливается в виде богатых энергией фосфорных соединений.

Что представляют собой эти вещества? Как понять выражение «богатые энергией» соединения?

К числу таких соединений относится довольно большое количество веществ, в структуру которых входят непрочно связанные остатки фосфорной кислоты. Под влиянием различных ферментов они легко отщепляются, причем разрыв связей сопровождается освобождением большого количества свободной энергии, которая способна перейти в любой другой вид энергии — в механическую, электрическую, химическую, тепловую и т. д.

Когда человек здоров, в составе его мозга, мышц, внутренних органов содержится достаточное количество богатых энергией фосфорных соединений. Расщепление этих веществ позволяет производить нам мышечную работу, обеспечивает энергию передачи возбуждения по нервным волокнам, дает энергию и для других, весьма различных проявлений жизни.

Возможность образования в живом организме богатых энергией фосфорных соединений за счет энергии окисления была впервые доказана советским ученым, академиком В. А. Энгельгардтом в 1930 году. Это одно из самых замечательных открытий в области биохимической энергетики за последние десятилетия.

В дальнейшем наши и зарубежные ученые очень обстоятельно разработали проблему накопления, аккумуляции энергии в фосфорных соединениях. Прежде «сего исследования показали, что универсальным веществом, накапливающим энергию, является аденозинтрифосфат (сокращенно он называется АТФ). В состав этого вещества входят три остатка фосфорной кислоты, причем два из них непрочно связаны с остальной частью молекулы АТФ. Когда в результате сложных химических превращений такие связи разрываются, то освобождается энергия, необходимая организму для самых различных процессов жизнедеятельности.

Рассмотрим несколько примеров. Представьте себе работающее сердце. Огромное количество энергии требуется для проталкивания крови по сосудам. Энергия сокращения сердечной мышцы черпается из запасов АТФ. Далее во время сокращения сердечной мышцы ее клетки постоянно изнашиваются, разрушаются. Чтобы восстановить их структуру, также необходимы затраты АТФ.

Естественно, что количество АТФ должно все время пополняться. Если сердце по той или иной причине не получит из крови достаточного количества легко окисляемых веществ, «горючего», а также кислорода, необходимых для образования АТФ, то неизбежно пострадает или сила сердечных сокращений или процесс восстановления изнашивающейся ткани сердца. В том и другом случае наступит нарушение сердечной деятельности. Примерно то же самое можно сказать о любом органе и организме а целом.

Еще один пример. Всем известно, какие разнообразные процессы обмена веществ протекают в печени — органе, который образно называют важнейшей биохимической лабораторией организма. Здесь Происходит образование конечного продукта азотистого обмена — мочевины, синтез многих белков, в том числе и тех, которые входят в состав крови, окисление и синтез жирных кислот и т. д.