Евгений Иринин - Холестериновый атеросклероз, или Как предупредить инфаркт. Немного о гипотезах старения нашего организма

Итак, рассмотренный нами несколько в упрощенном, но не искаженном виде механизм образования универсального источника энергии позволяет понять, что прекращение поступления с кровью кислорода в митохондрии кардиомиоцитов (клетки миокарда) является причиной ишемического инфаркта миокарда. «Недостатком» созданного природой механизма преобразования энергии в человеческом организме является тот печальный факт, что природа не предусмотрела запаса АТФ в клетках. Клетки не обмениваются АТФ и производят это важнейшее соединение по эгоистическому принципу – каждая только для себя. Тем не менее клеткам свойственно реагировать на интенсивность клеточного метаболизма и поддерживать запасы АТФ на необходимом уровне. Человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в сутки, однако в каждый конкретный момент содержится около 250 г АТФ. В клетке молекула АТФ расходуется в течение одной минуты после ее образования. При этом в нашем организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ.

Для осуществления ресинтеза АТФ и предотвращения истощения ее запасов природа предусмотрела наличие еще одного макроэргического соединения – креатинфосфата, который в энергоснабжении сердечной мышцы занимает значимое место и является быстро мобилизуемым резервом для ресинтеза АТФ. Креатинфосфат при исчерпании запасов АТФ отдает свой фосфорильный остаток на АДФ с образованием АТФ.

В завершение еще раз отметим, что образование АТФ в митохондриях возможно только в случае, когда процессы тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования сопряжены (связаны) между собой, разобщение этих процессов означает прекращение выработки АТФ, что для организма недопустимо. Разобщителями могут быть некоторые лекарства, а также некоторые метаболиты, образующиеся в организме в высоких концентрациях.

Однако в некоторых случаях такое разобщение является биологически выгодным для организма. В качестве разобщителя указанных процессов выступают жирные кислоты, которые накапливаются в бурой жировой ткани. Известно, что медведи, впадая в зимнюю спячку, запасают жиры как основной источник образования АТФ. При этом часть (около 3%) запасаемого жира имеет бурый цвет. Митохондрии бурого жира устроены таким образом, что процессы тканевого дыхания и процесс окислительного фосфорилирования разобщены , а поэтому вся энергия, высвобождающаяся в процессе тканевого дыхания рассеивается в виде тепла, и энергия АТФ не вырабатывается (ее производят митохондрии белого (обычного) жира. Таким образом, митохондрии белого жира производят необходимую для жизнедеятельности организма медведя АТФ, митохондрии же бурого жира обеспечивают его теплом, создавая комфортные условия для зимней спячки. Оказывается, бурый жир также в небольших количествах (2—4%) присутствует у новорожденных. Для чего «природа» предусмотрела наличие бурого жира у младенцев? Также для теплообразования и поддержания температуры тела. Теплообразование в организме новорожденного путем сокращения скелетных мышц невозможно (организм младенца еще не подготовлен), поэтому и природа позаботилась о другом источнике теплообразования – за счет работы митохондрий бурого жира.

Природа создала, как мы видим, очень сложную «машину» для выработки энергии, необходимой для жизнедеятельности организма. Надежна ли работа этой машины? Какие «поломки» присущи этой «молекулярной машине», снабжающей наш организм энергией?

Образование АТФ – тонко регулируемый организмом сложнейший процесс , и рассмотрение нарушений этого процесса, конечно, выходит за рамки нашего научно-популярного повествования о холестериновом атеросклерозе как главном предмете книги. Что касается главной «поломки» сложного устройства выработки энергии, благодаря которой мы живем, то таковой является недостаточное наличие одного из компонентов «топлива» – кислорода. Как работает сердце при наличии в коронарных сосудах атеросклеротической бляшки – главного виновника дефицита кислорода, – мы обсудим ниже, предварительно рассмотрев «применение» АТФ на примере работы мышц.

В заключение этого параграфа отметим, что Ханс Адольф Кребс – выдающийся немецко-английский биохимик, уволенный в свое время из Фрайбургского университета из-за еврейского происхождения, несомненно внес огромный вклад в понимание функционирования человеческого организма. В своей Нобелевской речи Кребс отметил, что «наличие одного и того же механизма образования энергии у всех живых существ позволяет сделать два вывода. Во-первых, этот механизм возник на ранних этапах эволюции и, во—вторых, жизнь в ее настоящем виде зародилась лишь однажды».

АТФ и работа сердечной мышцы

Итак, мы рассмотрели в общем виде процесс образования АТФ. Энергия АТФ используется для осуществления самых разнообразных метаболических процессов, составляющих суть жизнедеятельности нашего организма. Рассмотрим применение АТФ на примере работы мышц и покажем, каким способом энергия химических связей АТФ преобразуется в механическую работу, которая обеспечивает «движение» в нашем организме. Мышечная ткань состит из мышечных волокон. В состав мышечных волокон входят миофибриллы, состоящие из саркомеров. Каждый саркомер содержит два типа белковых филаментов: тонкие филаменты состоят из белка актина , толстые филаменты состоят из белка миозина . В цетральной части сарокомера расположены толстые миозиновые нити, имеющие стержень и головки, а на обоих концах саркомера находятся тонкие актиновае нити, прикрепленные к Z-дискам саркомера. Кроме указанных белков аппарат миофибрилл содержит еще регуляторный белок – тропонин и структурный белок тропомиозин , функцию которых отметим ниже. Так каков же механизм сократительных движений мышц? – Он заключается во взаимодействии актиновых и миозиновых нитей и скольжении вдоль друг друга. Рассмотрим его суть.

В расслабленной мышце актиновые нити входят в пространство между миозиновыми нитями, но не контактируют друг с другом. Отсутствие взаимодействия объясняется тем, что тропомиозин – структурный белок актиновой нити – обволакивает ее и препятствует взаимодействию с миозином.

Инициация сокращения обеспечивается приходом нервного импульса (потенциала действия на двигательный нерв). Это приводит к высвобождению ацетилхолина – биохимического медиатора, передающего сигнал от нейрона на мышцу и запускающего цепочку реакций, способствующих образованию актомиозинового комплекса и высвобождению энергии АТФ. Каким образом? Ацетилхолин способствует выходу ионов кальция, и если в расслабленном состоянии, как мы отметили, контакт между нитями блокируется тропомиозином, то с открытием кальциевых каналов часть кальция присоединяется к тропонину, вызывая его структурное изменение таким образом, что открывается доступ к миозину. Головки миозина прикрепляются к актиновым нитям, образуя актомиозиновый комплекс , который и является универсальным двигателем для реализации мышечных сокращений. Чем же примечателен этот комплекс? Как этот «двигатель» потребляет энергию АТФ? Оказывается, что головки миозина обладают АТФ-азной активностью , то есть способностью расщеплять молекулу АТФ с высвобождением энергии: АТФ + Н 2О = АДФ+ Н 3РО 4+ энергия . Число митохондрий, расположенных цепочками вдоль миофибрилл, в которых вырабатывается энергия АТФ, очень велико. Активные центры АТФ-азы расположены на головках молекулы миозина, которые, собственно, и ответственны за «механизм скольжения», поскольку за счет высвободившейся энергии происходит скольжение тонких нитей актина вдоль толстых нитей миозина.