Вивільнення енергії із продуктів
Декілька наступних статей даного розділу сайту присвяченіобмінним процесам в організмі, під якими маються на увазі хімічні реакції, що забезпечують процеси життєдіяльності клітин. При цьому в даній книзі не ставиться мета докладно представити біохімічні процеси і всі реакції клітин, що при цьому приходять, оскільки це знаходиться в компетенції такого предмета, як біохімія.
Більшість хімічних реакцій, що здійснюються в клітинах, пов'язані з вилученням енергії, необхідної для різних фізіологічних систем у клітинах, з харчових продуктів. Так, енергія необхідна для підтримки м'язової активності, секреторних процесів у залозах, формування мембранних потенціалів у м'язових та нервових волокнах, синтезу речовин у клегках, всмоктування речовин у шлунково-кишковому тракті та багатьох інших функцій.
Парні реакції. Усі джерела енергії, що містяться в продуктах харчування (білки, жири та вуглеводи), повинні окислюватися у клітинах; під час цих процесів вивільняється велика кількість енергії. Ті ж продукти, окисляючись поза організмом, тобто. спалюючись, також вивільняють енергію, але в цьому випадку вона виділяється одразу у вигляді тепла. Енергія, необхідна для здійснення фізіологічних процесів у клітинах, не є тепловою, це інша форма енергії, яка необхідна для пересування у разі м'язового скорочення або концентрування розчинів у разі секреторних процесів у залозах та інших функцій. Для забезпечення організму такими видами енергії хімічні реакції повинні «сполучатися» з діяльністю систем, відповідальних за забезпечення механізмів перетворення енергії на необхідні для організму форми.
Вільна енергія. Кількість енергії, що вивільняється при повному окисленні поживних речовин, називаютьвільною енергією окислення їжі і найчастіше позначають символом G. Вільна енергія зазвичай виражається кількістю калорій на моль субстрату, що окислюється. Наприклад, кількість вільної енергії, що виділяється при повному окисленні 1 моля (180 г) глюкози, становить 686 000 калорії.
Фізіологія аденозинтрифосфату (АТФ)
Аденозннтрифосфат— головна сполучна ланка між процесами використання та продукування енергії в організмі. З цієї причини АТФ є джерелом енергії, яке утворюється і витрачається безперервно.
Енергія, що вивільняється при окисленні вуглеводів, жирів і білків, необхідна для перетворення АДФ на АТФ, який, у свою чергу, використовується в різних процесах в організмі для: (1) активного транспорту молекул через клітинні мембрани; (2) скорочення м'язів та здійснення роботи м'язів; (3) синтезу різних гормонів, створення клітинних мембран та формування інших основних субстанцій в організмі; (4) проведення нервових імпульсів; (5) клітинного поділу та зростання; (6) інших процесів, необхідних для підтримки та продовження життя.
АТФ— нестійка хімічна сполука, яка є у всіх клітинах. Хімічна структура цієї сполуки показано малюнку. АТФ складається з аденозину, рибози та трьох фосфатних радикалів. Останні два залишки фосфорної кислоти пов'язані з рештою молекули за допомогою макроергічних зв'язків, які позначають символом
Кількість вільноїенергії, укладеної в кожному з цих зв'язків, становить 7300 калорій на 1 моль АТФ у звичайних умовах і майже 12000 калорій у температурних та концентраційних умовах, які супроводжують цю молекулу в організмі. В умовах організму кількість енергії, яка вивільняється завдяки кожній з цихдвох зв'язків, що становить 12000 калорій. Після відщеплення одного з фосфатних радикалів від молекули АТФ з'єднання перетворюється на АДФ; після відщеплення ще однієї - в аденозинмонофосфат.
АТФприсутній у цитоплазмі та нуклеоплазмі всіх клітин, і всі фізіологічні механізми, що вимагають енергії для свого забезпечення, отримують її безпосередньо з АТФ (або інших макроергічних сполук, наприклад, гуанозинмонофосфату). У свою чергу, поживні речовини, що поступово окислюються, виділяють енергію, що використовується для утворення нових молекул АТФ, що зберігає забезпечення організму енергією. Усі механізми перетворення енергії здійснюються шляхом реакцій сполучення.
Основна мета наших статей розділу фізіологія - показати, як енергія, укладена у вуглеводах, перетворюється в клітинах в енергію АТФ. У нормі 90% всіх вуглеводів, інколи ж навіть більше, використовуються в організмі з цією метою.