4 пути использования энергии. Производство АТФ. Азы биохимии. Часть 1.

Опубликовано Уманец Марина в

4 пути использования энергии. Производство АТФ. Азы биохимии. Часть 1.

Вот мы и дошли до очень важной, ключевой главы в диетологии. Раз мы с питанием и питательными веществами уже разобрались, то давайте теперь поразмыслим над тем, как получаемая энергия из пищи связана с поддержанием жизни и получением энергии.

Наше тело состоит из 60 триллионов клеток. Все вместе они формируют различные ткани: эпителий, покрывающий поверхность нашего тела; мышцы, осуществляющие движения тела и т.д., а также внутренние органы: сердце, печень и др., функционирующие 24 часа в сутки. Все клетки, обновляясь до наступления своей старости, поддерживают нашу жизнь и сохраняют наше здоровье.

Большая часть работы, производимой в организме, выполняется бессознательно. Таких функций бесчисленное множество: «переваривание принятой пищи», «передача в мозг сигналов голода и сытости и соответствующих приказов от нервных клеток мозга во все внутренние органы», «поглощение всосавшихся питательных веществ печенью, мышцами» и т.д. И для выполнения всех функций организма требуется энергия.

Мы получаем энергию из пищи. Или, говоря, научным языком, превращаем питательные вещества в высокоэнергетические молекулы АТФ (аденозинтрифосфат) путем переваривания, всасывания и метаболизма, а затем, расщепляя эти молекулы, получаем энергию. АТФ необходимо производить на протяжении всей жизни — при невозможности его выработки наступает смерть. Можно сказать, что основная цель приема пищи — выработка АТФ.

Существует 4  пути использования энергии:

  1. Поддержание температуры тела
  2. Сокращение мышц
  3. Синтез и расщепление молекул организма
  4. Активный транспорт.

Первые два пункта вполне очевидны, что для поддержания постоянной температуры тела используется энергия, а сокращения мышц — это любые движения: ходьба, бег, движения, глаз, носа, рта, рук, пальцев и т.д… При любых незначительных движениях расходуется энергия. Это же касается бессознательных движений, например работы сердца — нашего насоса.

3 и 4 пути более сложные, но и эти пути нам не станут преградой для понимания. Так, синтез (процесс соединения и объединения) и расщепление молекул организма — это, попросту говоря, составление больших молекул из маленьких, или расщепление больших молекул на более мелкие. 

Например, из глюкозы — одной из самых маленьких молекул сахаров, собираются «сгустки энергии» — молекулы гликогена, запасаемые в организме, и наоборот, гликоген расщепляется для использования в качестве энергии.

Функция четвертого пути (активного транспорта) заключается в регулировке разницы концентраций веществ (молекул, ионов) между внутриклеточным и внеклеточным пространствами с помощью насосов, находящихся в клеточной оболочке, разделяющей эти пространства и состоящей из молекул липидов. В этой оболочке есть маленькие отверстия, через которые могут свободно проходить молекулы или ионы меньше определённого размера. Так как в обычных условиях молекулы и ионы двигаются из области с высокой концентрацией в область с низкой. их концентрация внутри и вне клетки стремятся сравняться (осмос), однако активный транспорт перемещает их в направлении, которое обратно обычному. Для работы активного транспорта требуется энергия.

Итак, для получения жизненной энергии легче использовать глюкозу, которая относится к моносахаридам — минимальным структурным единицам углеводов. Много глюкозы содержится в фруктах, например, винограде, поэтому её называют ещё  «виноградным сахаром». Крахмал образуется в результате соединения большого числа молекул глюкозы.

Люди с доисторических времен любили питаться зерном, в котором содержится много крахмала. Они знали, инстинктивно или на основе опыта, что употребление в пищу крахмала — самый эффективный  способ поддержания жизни. 

Крахмал, содержащийся в трех основных зерновых культурах: рисе, пшенице и кукурузе, а также, например, в ячмене, гречке, пшене. Сегодня они употребляются каждый день в составе основных продуктов питания. Сюда относятся также клубни: обычный картофель и виды сладкого картофеля (батата и топинамбура), которые издавна использовались как в Европе, так и в Азии для экстренного обеспечения продовольствием в периоды голода.

Вернемся к энергии. Вы когда-нибудь задумывались что является источником энергии, которую мы получаем из пищи?

Всё элементарно — это солнечный свет!

Поглощая солнечный свет, растения осуществляют фотосинтез, в котором энергия фотонов используется для выработки глюкозы из воды и углекислого газа, а молекула крахмала состоит из десятков тысяч молекул глюкозы, соединенных между собой. Таким образом, крахмал наполнен солнечной энергией. Когда мы едим, например, рис, его крахмал благодаря перевариванию расщепляется на молекулы глюкозы, а метаболизм глюкозы снабжает нас энергией. Вот что означает фраза «мы едим Солнце».

Производство АТФ.

Что мы должны знать из этой большой и непростой схемы производства АТФ? Постараюсь максимально сжато и доступно вам объяснить.

Помните про нутриенты? Когда три основных нутриента заменяются на АТФ, выделяется тепло.  Поэтому нутриенты называют ещё энергетическими нутриентами. Здесь справедлив первый закон термодинамики. В результате реакции общее количество энергии не меняется. Однако, вся энергия не может перейти в АТФ — около половины её рассеивается в виде тепла. Поэтому после принятия еды бывает жарко.

АТФ — это аденозин-три-фосфат. АТФ является высокоэнергетическим соединением, необходимым для любой жизнедеятельности клетки.

Энергия АТФ запасается в связях между остатками фосфорной кислоты 

Ф. к-та —- Ф. к-та —- Ф. к-та 

Так вот, при разрыве крайней связи  Ф. к-ты выделяется энергия — 7,3 ккал/моль.

1 ккал  (энергия) способна нагреть 1 л воды на 1 ºС.

Т.е., с помощью 1 моля АТФ можно нагреть 1 литр воды на 7,3 ºС. Чтобы узнать массу 1 моля молекул, достаточно приписать «грамм» к молекулярной массе. Молекулярная масса АТФ = 507. Значит, масса 1 моль АТФ =  507 грамм. Другими словами, 7,3 ккал/моль означает, что в 507 гр.  АТФ содержится 7,3 ккал энергии.

Хорошим примером будет взрослая женщина, расходующая около 2000 ккал в день. 

2000 ккал / 7,3 ккал * 507 гр = 138 904 гр

Т.о. получается, что её организму нужно выработать 140  кг АТФ!

Мы получаем энергию благодаря превращению АТФ в АДФ (помните, когда разрывали крайнюю связь Ф. к-ты — как раз получался АДФ), из которой затем опять образуется АТФ, давая возможность нам опять получать энергию. Это есть цикл АТФ. Источником энергии, необходимой для поддержания этого цикла, являются 3 основных нутриента (напомню:  это углеводы, жиры и белки). АТФ образуется в процессе их окислительного расщепления с образованием воды и углекислого газа.

А теперь давайте подумаем: какой из 3 основных нутриентов лучше всего подходит для синтеза АТФ?

Правильный ответ — углеводы, а точнее глюкоза. Она хорошо растворяется в воде, поэтому удобна для синтеза АТФ. Жиры преобразуются в АТФ медленно, а белки служат в основном для формирования клеток и мышц. Поэтому главную роль в синтезе АТФ, необходимой для жизни, играет глюкоза, т.е. УГЛЕВОДЫ!

На заметку! Все клетки получают уже растворенную глюкозу, которую еще называют «сахаром крови».

Также стоит обратить внимание, что АТФ как я писала выше образовывается при окислительном расщеплении глюкозы. Но глюкоза не окисляется сама по себе. Ей нужен кислород! Поэтому, можно сказать, что мы дышим для того, чтобы вырабатывать АТФ, окисляя глюкозу.

АТФ  производится в три этапа:

  1. Гликолиз
  2. Цикл Кребса
  3. Электро-транспортная цепь.

Эти этапы мы разберем в следующей статье, а сейчас подведем итоги. Мы разобрали 4 пути использования энергии, узнали, что основной источник нашей энергии — это солнечный свет и что для выработки энергии путем синтеза АТФ нужна глюкоза углеводов. Я акцентирую на этом внимание, чтобы вы понимали важность приема в пищу углеводов и не воспринимали их негативно.

Следующая статья: Три этапа производства АТФ. Гликолиз. Цикл Кребса. Азы биохимии. Часть 2. 


0 комментариев

Добавить комментарий