Кислородът се използва активно за дишане. И това е основната му функция. Той е необходим и за други процеси, които нормализират дейността на целия организъм като цяло.

За какво е кислородът?

Кислородът е гаранцията успешно изпълнениередица функции, включително:
- повишаване на умствената работоспособност;
- повишаване устойчивостта на организма към стрес и намаляване на нервния стрес;
- поддържане на нормално ниво на кислород в кръвта, като по този начин се подобрява храненето на кожните клетки и органи;
- работата се нормализира вътрешни органи, ускорява метаболизма;
- повишен имунитет;
- загуба на тегло - кислородът допринася за активното разграждане на мазнините;
- нормализиране на съня - поради насищането на клетките с кислород, тялото се отпуска, сънят става по-дълбок и продължава по-дълго;
- Решаване на проблема с хипоксията (т.е. липсата на кислород).

Естественият кислород, според учени и лекари, е напълно способен да се справи с тези задачи, но, за съжаление, в град с достатъчно кислород възникват проблеми.

Учените казват, че количеството кислород, необходимо за осигуряване на нормален живот, може да се намери само в горските паркове, където нивото му е около 21%, крайградските гори - около 22%. Други области включват морета и океани. Освен това изгорелите газове също играят роля в града. Поради липсата на необходимото количество кислород хората изпитват постоянно състояние на хипоксия, т.е. липса на кислород. В резултат на това мнозина отбелязват значително влошаване на здравето.

Учените са установили, че преди 200 години човек е получавал до 40% от естествения кислород от въздуха, а днес тази цифра е намаляла 2 пъти - до 21%.

Как да заменим естествения кислород

Тъй като естественият кислород очевидно не е достатъчен за човек, лекарите препоръчват добавяне на специална кислородна терапия. Няма противопоказания за такава процедура, но със сигурност ще има ползи. Сред източниците за получаване на допълнителен кислород са кислородни бутилки и възглавници, концентратори, коктейли, кислородообразуващи коктейли.

Освен това, за да получите максималното възможно количество естествен кислород, трябва да дишате правилно. Обикновено хората кърмят, но този метод е грешен и неестествен за човек. Това се дължи на факта, че при вдишване от гърдите въздухът не може да изпълни напълно белите дробове, за да ги изчисти. Лекарите казват, че дишането в гърдите провокира неправилна работа нервна система. Оттук и стресът, депресията и други видове разстройства. За да се чувствате добре и да получите възможно най-много кислород от въздуха, трябва да дишате със стомаха си.

Вероятно знаете, че дишането е необходимо, така че кислородът, необходим за живота, да влезе в тялото с вдишвания въздух, а при издишване тялото отделя въглероден диоксид навън.

Всички живи същества дишат - и животните,

както птици, така и растения.

И защо живите организми се нуждаят от кислород толкова много, че животът без него е невъзможен? И откъде идва въглеродният диоксид в клетките, от които тялото трябва постоянно да се освобождава?

Факт е, че всяка клетка на жив организъм е малка, но много активна биохимична продукция. И знаете, че никое производство не е възможно без енергия. Всички процеси, протичащи в клетките и тъканите, протичат с изразходване на голямо количество енергия.

От къде идва?

С храната, която приемаме – от въглехидрати, мазнини и белтъчини. В клетките тези вещества се окисляват. Най-често веригата от трансформации на сложни вещества води до образуването на универсален енергиен източник - глюкоза. В резултат на окисляването на глюкозата се освобождава енергия. Тук е необходим кислород за окисление. Енергията, която се освобождава в резултат на тези реакции, клетката съхранява под формата на специални високоенергийни молекули - те, подобно на батериите или акумулаторите, дават енергия според нуждите. И крайният продукт от окисляването на хранителните вещества е водата и въглеродният диоксид, които се отстраняват от тялото: от клетките навлиза в кръвта, която пренася въглеродния диоксид в белите дробове и там се отделя по време на издишване. За един час човек отделя от 5 до 18 литра въглероден диоксид и до 50 грама вода през белите си дробове.

Между другото...

Високоенергийните молекули, които са "гориво" за биохимичните процеси, се наричат ​​АТФ - аденозинтрифосфорна киселина. При хората продължителността на живота на една ATP молекула е по-малко от 1 минута. Човешкото тяло синтезира около 40 kg АТФ на ден, но в същото време всичко се изразходва почти веднага и в тялото практически няма резерв от АТФ. За нормален живот е необходимо постоянно да се синтезират нови ATP молекули. Ето защо без кислород живият организъм може да живее максимум няколко минути.

Има ли живи организми, които не се нуждаят от кислород?

Всеки от нас е запознат с процесите на анаеробно дишане! И така, ферментацията на тесто или квас е пример за анаеробен процес, извършван от дрожди: те окисляват глюкозата до етанол (алкохол); процесът на вкисване на млякото е резултат от работата на млечнокисели бактерии, които извършват млечнокисела ферментация - те превръщат млечната захар лактоза в млечна киселина.

Защо се нуждаем от дишане с кислород, ако има безкислородно дишане?

След това аеробното окисление е многократно по-ефективно от анаеробното. Сравнете: в процеса на анаеробно разграждане на една молекула глюкоза се образуват само 2 молекули АТФ, а в резултат на аеробното разграждане на молекула глюкоза се образуват 38 молекули АТФ! За сложни организми с висока скорост и интензивност на метаболитните процеси анаеробното дишане просто не е достатъчно за поддържане на живота - така че електронна играчка, която изисква 3-4 батерии за работа, просто няма да се включи, ако в нея е поставена само една батерия.

Възможно ли е безкислородно дишане в клетките на човешкото тяло?

Със сигурност! Първата стъпка в разграждането на молекулата на глюкозата, наречена гликолиза, протича без наличието на кислород. Гликолизата е процес, общ за почти всички живи организми. Гликолизата произвежда пирогроздена киселина (пируват). Именно тя тръгва по пътя на по-нататъшни трансформации, водещи до синтеза на АТФ както с кислородно, така и с безкислородно дишане.

Така че в мускулите резервите на АТФ са много малки - те са достатъчни само за 1-2 секунди мускулна работа. Ако мускулът се нуждае от краткотрайна, но енергична активност, в него първо се мобилизира анаеробното дишане - то се активира по-бързо и осигурява енергия за около 90 секунди активна мускулна работа. Ако мускулът работи активно повече от две минути, тогава е свързано аеробно дишане: с него производството на АТФ става бавно, но дава достатъчно енергия за поддържане на физическа активност за дълго време (до няколко часа).

Кислород- един от най-често срещаните елементи не само в природата, но и в състава на човешкото тяло.

Специалните свойства на кислорода като химичен елемент са го направили необходим партньор в основните процеси на живота по време на еволюцията на живите същества. Електронната конфигурация на кислородната молекула е такава, че има несдвоени електрони, които са силно реактивни. Притежавайки следователно високи окислителни свойства, молекулата на кислорода се използва в биологичните системи като вид капан за електрони, чиято енергия се погасява, когато те се свързват с кислорода във водната молекула.

Няма съмнение, че кислородът "дойде в двора" за биологични процеси като акцептор на електрони. Разтворимостта на кислорода както във водната, така и в липидната фаза е много полезна за организъм, чиито клетки (особено биологични мембрани) са изградени от материал, който е физически и химически разнообразен. Това го прави сравнително лесно да дифундира до всякакви структурни образувания на клетките и да участва в окислителни реакции. Вярно е, че кислородът е разтворим в мазнини няколко пъти по-добре, отколкото във водната среда и това се взема предвид, когато кислородът се използва като терапевтичен агент.

Всяка клетка в нашето тяло се нуждае от непрекъснато снабдяване с кислород, където той се използва в различни метаболитни реакции. За да го доставите и сортирате в клетки, имате нужда от доста мощен транспортен апарат.

В нормално състояние клетките на тялото трябва да доставят около 200-250 ml кислород всяка минута. Лесно е да се изчисли, че нуждата от него на ден е значително количество (около 300 литра). С упорит труд тази нужда се увеличава десетократно.

Дифузията на кислород от белодробните алвеоли в кръвта се дължи на алвеоларно-капилярната разлика (градиент) на напрежението на кислорода, която при дишане с обикновен въздух е: 104 (pO 2 в алвеолите) - 45 (pO 2 в белодробните капиляри) \u003d 59 mm Hg. Изкуство.

Алвеоларният въздух (със среден белодробен капацитет от 6 литра) съдържа не повече от 850 ml кислород и този алвеоларен резерв може да осигури на тялото кислород само за 4 минути, като се има предвид, че средната нужда от кислород на тялото в нормално състояние е приблизително 200 ml на минута.

Изчислено е, че ако молекулярният кислород просто се разтваря в кръвната плазма (а той се разтваря слабо в нея - 0,3 ml на 100 ml кръв), тогава, за да се осигури нормалната нужда на клетките в нея, е необходимо да се увеличи скоростта съдов кръвоток до 180 l в минута. Всъщност кръвта се движи със скорост от само 5 литра в минута. Доставянето на кислород до тъканите се извършва благодарение на прекрасно вещество - хемоглобин.

Хемоглобинът съдържа 96% протеин (глобин) и 4% небелтъчен компонент (хем). Хемоглобинът, подобно на октопод, улавя кислорода с четирите си пипала. Ролята на "пипала", по-специално хващащи молекулите на кислорода в артериалната кръв на белите дробове, се изпълнява от хема, или по-скоро атома на двувалентното желязо, разположен в неговия център. Желязото е "фиксирано" в порфириновия пръстен с помощта на четири връзки. Такъв комплекс от желязо с порфирин се нарича протохем или просто хем. Другите две железни връзки са насочени перпендикулярно на равнината на порфириновия пръстен. Едната от тях отива към протеиновата субединица (глобин), а другата е свободна, тя е тази, която директно улавя молекулярния кислород.

Полипептидните вериги на хемоглобина са подредени в пространството по такъв начин, че тяхната конфигурация е близка до сферична. Всяка от четирите глобули има "джоб", в който е поставен хем. Всеки хем е в състояние да улови една кислородна молекула. Една молекула хемоглобин може да свърже максимум четири молекули кислород.

Как действа хемоглобинът?

Наблюденията върху дихателния цикъл на „молекулярния бял дроб” (както известният английски учен М. Перуц нарича хемоглобина) разкрива удивителните свойства на този пигментен протеин. Оказва се, че и четирите скъпоценни камъка работят съвместно, а не автономно. Всеки от скъпоценните камъни е, така да се каже, информиран дали неговият партньор е добавил кислород или не. В деоксихемоглобина всички "пипала" (железни атоми) излизат от равнината на порфириновия пръстен и са готови да свържат кислородната молекула. Улавяйки молекула кислород, желязото се изтегля в порфириновия пръстен. Най-трудно се прикрепя първата кислородна молекула, а всяка следваща е по-добра и по-лесна. С други думи, хемоглобинът действа според поговорката „апетитът идва с яденето“. Добавянето на кислород дори променя свойствата на хемоглобина: той става по-силна киселина. Този факт има голямо значениев преноса на кислород и въглероден диоксид.

Наситен с кислород в белите дробове, хемоглобинът в състава на червените кръвни клетки го пренася с кръвния поток към клетките и тъканите на тялото. Въпреки това, преди да насити хемоглобина, кислородът трябва да се разтвори в кръвната плазма и да премине през мембраната на еритроцитите. На практика, особено когато се използва кислородна терапия, е важно лекарят да вземе предвид потенциала на еритроцитния хемоглобин да задържа и доставя кислород.

Един грам хемоглобин при нормални условия може да свърже 1,34 ml кислород. Разсъждавайки по-нататък, може да се изчисли, че при средно съдържание на хемоглобин в кръвта 14-16 ml% 100 ml кръв свързва 18-21 ml кислород. Ако вземем предвид обема на кръвта, който е средно около 4,5 литра при мъжете и 4 литра при жените, тогава максималната активност на свързване на еритроцитния хемоглобин е около 750-900 ml кислород. Разбира се, това е възможно само ако целият хемоглобин е наситен с кислород.

При дишане на атмосферен въздух хемоглобинът се насища непълно - с 95-97%. Можете да го наситете, като използвате чист кислород за дишане. Достатъчно е да увеличите съдържанието му във вдишвания въздух до 35% (вместо обичайните 24%). В този случай кислородният капацитет ще бъде максимален (равен на 21 ml O 2 на 100 ml кръв). Повече кислород не може да се свърже поради липсата на свободен хемоглобин.

Не голям бройкислородът остава разтворен в кръвта (0,3 ml на 100 ml кръв) и в тази форма се транспортира до тъканите. В естествени условия нуждите на тъканите се задоволяват за сметка на кислород, свързан с хемоглобина, тъй като кислородът, разтворен в плазмата, е незначителен - само 0,3 ml на 100 ml кръв. Оттук следва изводът: ако тялото се нуждае от кислород, то не може да живее без хемоглобин.

През целия си живот (той е приблизително 120 дни) еритроцитите вършат огромна работа, пренасяйки около един милиард кислородни молекули от белите дробове към тъканите. Въпреки това, хемоглобинът има една интересна особеност: той не винаги прикрепя кислород с еднаква алчност, нито го отдава на околните клетки със същата готовност. Това поведение на хемоглобина се определя от неговата пространствена структураи може да се контролира както от вътрешни, така и от външни фактори.

Процесът на насищане на хемоглобина с кислород в белите дробове (или дисоциацията на хемоглобина в клетките) се описва с крива, която има S-образна форма. Благодарение на тази зависимост е възможно нормално снабдяване на клетките с кислород дори при малки спадове в кръвта (от 98 до 40 mm Hg).

Позицията на S-образната крива не е постоянна и нейната промяна показва важни промени в биологичните свойства на хемоглобина. Ако кривата се измества наляво и нейният завой намалява, това показва увеличаване на афинитета на хемоглобина към кислорода, намаляване на обратния процес - дисоциацията на оксихемоглобина. Напротив, изместването на тази крива надясно (и увеличаването на завоя) показва обратната картина - намаляване на афинитета на хемоглобина към кислорода и по-добро връщане към неговите тъкани. Ясно е, че изместването на кривата наляво е подходящо за улавянето на кислорода в белите дробове, а надясно - за освобождаването му в тъканите.

Кривата на дисоциация на оксихемоглобина варира в зависимост от pH на средата и температурата. Колкото по-ниско е pH (изместване към киселинната страна) и колкото по-висока е температурата, толкова по-лошо се улавя кислородът от хемоглобина, но толкова по-добре се дава на тъканите по време на дисоциацията на оксихемоглобина. Оттук и заключението: в гореща атмосфера насищането на кръвта с кислород е неефективно, но с повишаване на телесната температура разтоварването на оксихемоглобина от кислорода е много активно.

Еритроцитите също имат свое регулаторно устройство. Това е 2,3-дифосфоглицеринова киселина, която се образува при разграждането на глюкозата. От това вещество зависи и "настроението" на хемоглобина по отношение на кислорода. Когато 2,3-дифосфоглицериновата киселина се натрупва в червените кръвни клетки, тя намалява афинитета на хемоглобина към кислорода и насърчава връщането му в тъканите. Ако не е достатъчно - картината е обратна.

Интересни събития се случват и в капилярите. В артериалния край на капиляра кислородът дифундира перпендикулярно на движението на кръвта (от кръвта в клетката). Движението става в посока на разликата в парциалните налягания на кислорода, т.е. в клетките.

Предпочитанието на клетката се дава на физически разтворения кислород и той се използва на първо място. В същото време оксихемоглобинът също се разтоварва от тежестта си. Колкото по-интензивно работи тялото, толкова повече се нуждае от кислород. Когато се отделя кислород, пипалата на хемоглобина се освобождават. Поради усвояването на кислород от тъканите, съдържанието на оксихемоглобин във венозна кръв пада от 97 до 65-75%.

Разтоварването на оксихемоглобина по пътя допринася за транспортирането на въглероден диоксид. Последният, образуван в тъканите като краен продукт от изгарянето на въглеродсъдържащи вещества, навлиза в кръвния поток и може да причини значително намаляване на pH на околната среда (подкиселяване), което е несъвместимо с живота. Всъщност рН на артериалната и венозната кръв може да варира в изключително тесен диапазон (не повече от 0,1) и за това е необходимо въглеродният диоксид да се неутрализира и да се изведе от тъканите в белите дробове.

Интересното е, че натрупването на въглероден диоксид в капилярите и лекото намаляване на рН на средата само допринасят за освобождаването на кислород от оксихемоглобина (кривата на дисоциация се измества надясно и S-образният завой се увеличава). Хемоглобинът, който играе ролята на буферна система на самата кръв, неутрализира въглеродния диоксид. Това произвежда бикарбонати. Част от въглеродния диоксид се свързва от самия хемоглобин (в резултат се образува карбхемоглобин). Изчислено е, че хемоглобинът участва пряко или косвено в транспорта на до 90% въглероден диоксид от тъканите към белите дробове. В белите дробове протичат обратни процеси, тъй като оксигенацията на хемоглобина води до повишаване на киселинните му свойства и връщане на водородни йони в околната среда. Последните, комбинирайки се с бикарбонати, образуват въглеродна киселина, която се разделя от ензима карбоанхидраза на въглероден диоксид и вода. Въглеродният диоксид се освобождава от белите дробове и оксихемоглобинът, свързващ катиони (в замяна на отделените водородни йони), се придвижва към капилярите на периферните тъкани. Такава тясна връзка между актовете на снабдяване на тъканите с кислород и отстраняването на въглероден диоксид от тъканите към белите дробове ни напомня, че когато кислородът се използва за терапевтични цели, не трябва да забравяме друга функция на хемоглобина - да освобождава тялото от излишък въглероден двуокис.

Артериално-венозната разлика или разликата в налягането на кислорода по протежение на капиляра (от артериалния до венозния край) дава представа за потребността от кислород на тъканите. Дължината на капилярния поток на оксихемоглобина варира в различните органи (и техните нужди от кислород не са еднакви). Следователно, например, напрежението на кислорода в мозъка пада по-малко, отколкото в миокарда.

Тук обаче е необходимо да се направи резервация и да се припомни, че миокардът и другите мускулни тъкани са в специални условия. Мускулните клетки имат активна система за улавяне на кислород от течащата кръв. Тази функция се изпълнява от миоглобина, който има същата структура и работи на същия принцип като хемоглобина. Само миоглобинът има една протеинова верига (а не четири, като хемоглобина) и съответно един хем. Миоглобинът е като една четвърт от хемоглобина и улавя само една молекула кислород.

Особеността на структурата на миоглобина, която е ограничена само от третичното ниво на организация на неговата протеинова молекула, е свързана с взаимодействието с кислорода. Миоглобинът свързва кислорода пет пъти по-бързо от хемоглобина (има висок афинитет към кислорода). Кривата на насищане на миоглобина (или дисоциацията на оксимиоглобина) с кислород има формата на хипербола, а не на S-образна форма. Това има голям биологичен смисъл, тъй като миоглобинът, който се намира дълбоко в мускулната тъкан (където парциалното налягане на кислорода е ниско), жадно грабва кислород дори при условия на ниско напрежение. Създава се така да се каже кислороден резерв, който се изразходва, ако е необходимо, за образуването на енергия в митохондриите. Например в сърдечния мускул, където има много миоглобин, по време на периода на диастола в клетките се образува резерв от кислород под формата на оксимиоглобин, който по време на систола задоволява нуждите на мускулната тъкан.

Очевидно постоянната механична работа на мускулните органи изискваше допълнителни устройства за улавяне и запазване на кислорода. Природата го е създала под формата на миоглобин. Възможно е в немускулните клетки да има някакъв все още неизвестен механизъм за улавяне на кислород от кръвта.

По принцип полезността на работата на еритроцитния хемоглобин се определя от това колко е успял да предаде на клетката и да прехвърли кислородни молекули към нея и да изведе въглеродния диоксид, натрупващ се в тъканните капиляри. За съжаление, този работник понякога не работи с пълна сила и не по негова вина: освобождаването на кислород от оксихемоглобина в капиляра зависи от способността на биохимичните реакции в клетките да консумират кислород. Ако се консумира малко кислород, тогава той изглежда „стагнира“ и поради ниската си разтворимост в течна среда вече не излиза от артериалното легло. В същото време лекарите наблюдават намаляване на артериовенозната кислородна разлика. Оказва се, че хемоглобинът безполезно пренася част от кислорода и освен това отнема по-малко въглероден диоксид. Ситуацията не е приятна.

Познаването на законите на функциониране на системата за пренос на кислород в естествени условия позволява на лекаря да направи редица полезни заключения за правилното използване на кислородната терапия. От само себе си се разбира, че заедно с кислорода е необходимо да се използват средства, които стимулират еритропоезата, повишават притока на кръв в засегнатия организъм и подпомагат използването на кислород в тъканите на тялото.

В същото време е необходимо ясно да се знае за какви цели се консумира кислород в клетките, осигурявайки тяхното нормално съществуване?

По пътя си към мястото на участие в метаболитни реакции вътре в клетките, кислородът преодолява много структурни образувания. Най-важните от тях са биологичните мембрани.

Всяка клетка има плазмена (или външна) мембрана и странно разнообразие от други мембранни структури, които ограничават субклетъчните частици (органели). Мембраните не са просто прегради, а образувания, изпълняващи специални функции (транспорт, разграждане и синтез на вещества, генериране на енергия и др.), които се определят от тяхната организация и състава на техните биомолекули. Въпреки разнообразието във формите и размерите на мембраните, те се състоят главно от протеини и липиди. Останалите вещества, които също се намират в мембраните (например въглехидрати), са свързани чрез химични връзки или с липиди, или с протеини.

Няма да се спираме на подробностите за организацията на протеиново-липидните молекули в мембраните. Важно е да се отбележи, че всички модели на структурата на биомембраните („сандвич“, „мозайка“ и т.н.) предполагат наличието в мембраните на бимолекулен липиден филм, държан заедно от протеинови молекули.

Липидният слой на мембраната е течен филм, който е в постоянно движение. Кислородът, поради добрата си разтворимост в мазнини, преминава през двойния липиден слой на мембраните и навлиза в клетките. Част от кислорода се пренася във вътрешната среда на клетките чрез носители като миоглобин. Смята се, че кислородът е в разтворимо състояние в клетката. Вероятно се разтваря повече в липидни образувания и по-малко в хидрофилни образувания. Спомнете си, че структурата на кислорода напълно отговаря на критериите за окислител, използван като уловител на електрони. Известно е, че основната концентрация на окислителните реакции възниква в специални органели - митохондрии. Образните сравнения, които биохимиците са надарили с митохондриите, показват предназначението на тези малки (0,5 до 2 микрона) частици. Те се наричат ​​едновременно „енергийни станции“ и „електростанции“ на клетката, като по този начин се подчертава водещата им роля в образуването на богати на енергия съединения.

Тук може би си струва да направите малко отклонение. Както знаете, една от основните характеристики на живите същества е ефективно извличанеенергия. Човешкото тяло използва външни източници на енергия - хранителни вещества (въглехидрати, липиди и протеини), които се разграждат на по-малки части (мономери) с помощта на хидролитични ензими на стомашно-чревния тракт. Последните се абсорбират и доставят до клетките. Енергийната стойност са само тези вещества, които съдържат водород, който има голям запас от свободна енергия. Основната задача на клетката, или по-скоро на съдържащите се в нея ензими, е да обработва субстратите по такъв начин, че да откъсва водорода от тях.

Почти всички ензимни системи, които изпълняват подобна роля, са локализирани в митохондриите. Тук се окисляват фрагмент от глюкоза (пирувинова киселина), мастни киселини и въглеродни скелети на аминокиселини. След окончателното третиране, останалият водород се „откъсва“ от тези вещества.

Водородът, който се отделя от горими вещества с помощта на специални ензими (дехидрогенази), не е в свободна форма, а във връзка със специални носители - коензими. Те са производни на никотинамид (витамин РР) - NAD (никотинамидаденин динуклеотид), NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) и производни на рибофлавин (витамин B 2) - FMN (флавин мононуклеотид) и FAD (флавин аденин динуклеотид).

Водородът не изгаря веднага, а постепенно, на порции. В противен случай клетката не би могла да използва енергията си, тъй като взаимодействието на водорода с кислорода би предизвикало експлозия, което лесно се демонстрира в лабораторни експерименти. За да може водородът да се откаже от натрупаната в него енергия на части, във вътрешната мембрана на митохондриите има верига от преносители на електрони и протони, иначе наречена дихателна верига. В определен участък от тази верига пътищата на електроните и протоните се разминават; електроните прескачат през цитохроми (състоящи се, подобно на хемоглобина, от протеин и хем), а протоните излизат в околната среда. В крайната точка на дихателната верига, където се намира цитохромоксидазата, електроните се „плъзгат“ върху кислорода. В този случай енергията на електроните е напълно изгасена и кислородът, свързващ протоните, се редуцира до водна молекула. вода енергийна стойностзащото тялото вече не представлява.

Енергията, отделена от електроните, скачащи по дихателната верига, се превръща в енергията на химичните връзки на аденозинтрифосфата - АТФ, който служи като основен акумулатор на енергия в живите организми. Тъй като тук се комбинират два акта: окисление и образуване на богати на енергия фосфатни връзки (налични в АТФ), процесът на генериране на енергия в дихателната верига се нарича окислително фосфорилиране.

Как се осъществява комбинацията от движението на електрони по дихателната верига и улавянето на енергия по време на това движение? Все още не е съвсем ясно. Междувременно действието на преобразувателите на биологична енергия ще реши много проблеми, свързани със спасяването на клетките на тялото, засегнати от патологичния процес, като правило, изпитващи енергиен глад. Според експертите разкриването на тайните на механизма на генериране на енергия в живите същества ще доведе до създаването на технически по-обещаващи генератори на енергия.

Това са перспективи. Досега е известно, че улавянето на електронна енергия се извършва в три секции на дихателната верига и следователно изгарянето на два водородни атома произвежда три ATP молекули. Ефективността на такъв енергиен трансформатор се доближава до 50%. Като се има предвид, че делът на енергията, доставяна на клетката по време на окисляването на водорода в дихателната верига, е най-малко 70-90%, колоритните сравнения, присъдени на митохондриите, стават разбираеми.

ATP енергията се използва в голямо разнообразие от процеси: за сглобяване на сложни структури (например протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини) от изграждащи протеини, за извършване на механична дейност (мускулна контракция), електрическа работа (поява и разпространение на нервни импулси ), транспортиране и натрупване на вещества вътре в клетките и др. Накратко, животът без енергия е невъзможен и щом има рязък недостиг на такава, живите същества умират.

Нека се върнем към въпроса за мястото на кислорода в производството на енергия. На пръв поглед прякото участие на кислорода в този жизненоважен процес изглежда прикрито. Вероятно би било подходящо да сравним изгарянето на водород (и генерирането на енергия по пътя) с производствена линия, въпреки че дихателната верига е линия не за сглобяване, а за „разглобяване“ на вещество.

Водородът е в началото на дихателната верига. От него поток от електрони се втурва към крайната точка - кислород. При липса на кислород или недостиг на кислород поточната линия или спира, или не работи на пълно натоварване, защото няма кой да я разтовари, или ефективността на разтоварването е ограничена. Няма поток от електрони - няма енергия. Според удачното определение на изключителния биохимик А. Сент-Дьорджи, животът се контролира от потока от електрони, чието движение се задава от външен източник на енергия - Слънцето. Изкушаващо е да продължим тази мисъл и да добавим, че тъй като животът се контролира от потока от електрони, тогава кислородът поддържа непрекъснатостта на такъв поток.

Възможно ли е да се замени кислородът с друг акцептор на електрони, да се разтовари дихателната верига и да се възстанови производството на енергия? По принцип е възможно. Това лесно се демонстрира в лабораторни експерименти. За тялото да избере такъв акцептор на електрони като кислород, така че да се транспортира лесно, да проникне във всички клетки и да участва в окислително-възстановителните реакции, все още е непонятна задача.

И така, кислородът, като същевременно поддържа непрекъснатостта на потока от електрони в дихателната верига, при нормални условия допринася за постоянното образуване на енергия от вещества, влизащи в митохондриите.

Разбира се, представената по-горе ситуация е донякъде опростена и ние направихме това, за да покажем по-ясно ролята на кислорода в регулирането на енергийните процеси. Ефективността на такова регулиране се определя от работата на апарата за преобразуване на енергията на движещите се електрони (електрически ток) в химическата енергия на АТФ връзките. Ако хранителните вещества дори в присъствието на кислород. изгарят в митохондриите "за нищо", освободени при това Термална енергияе безполезна за тялото и може да настъпи енергиен глад с всички произтичащи от това последствия. Въпреки това, такива екстремни случаи на нарушено фосфорилиране по време на пренос на електрони в тъканни митохондрии едва ли са възможни и не са срещани в практиката.

Много по-чести са случаите на дисрегулация на производството на енергия, свързана с недостатъчно снабдяване на клетките с кислород. Това означава ли незабавна смърт? Оказва се, че не. Еволюцията се е разпоредила разумно, оставяйки известен запас от енергийна сила на човешките тъкани. Осигурява се от безкислороден (анаеробен) път за образуване на енергия от въглехидрати. Ефективността му обаче е относително ниска, тъй като окисляването на същите хранителни вещества в присъствието на кислород осигурява 15-18 пъти повече енергия, отколкото без него. Но в критични ситуации тъканите на тялото остават жизнеспособни именно благодарение на анаеробното генериране на енергия (чрез гликолиза и гликогенолиза).

Това малко отклонение, разказващо за потенциала за образуване на енергия и съществуването на организъм без кислород, е допълнително доказателство, че кислородът е най-важният регулатор на жизнените процеси и че съществуването без него е невъзможно.

Но не по-малко важно е участието на кислорода не само в енергийните, но и в пластичните процеси. Още през 1897 г. нашият изключителен сънародник А. Н. Бах и немският учен К. Енглер, които разработиха позицията „за бавното окисление на веществата от активиран кислород“, посочиха тази страна на кислорода. Дълго време тези разпоредби останаха в забрава поради твърде големия интерес на изследователите към проблема с участието на кислород в енергийни реакции. Едва през 60-те години отново се повдига въпросът за ролята на кислорода в окисляването на много природни и чужди съединения. Както се оказа, този процес няма нищо общо с образуването на енергия.

Основният орган, който използва кислорода, за да го въведе в молекулата на окисленото вещество, е черният дроб. В чернодробните клетки много чужди съединения се неутрализират по този начин. И ако черният дроб с право се нарича лаборатория за неутрализиране на лекарства и отрови, тогава на кислорода в този процес се дава много почетно (ако не и доминиращо) място.

Накратко за локализацията и разположението на апарата за консумация на кислород за пластмасови цели. В мембраните на ендоплазмения ретикулум, проникващи в цитоплазмата на чернодробните клетки, има къса верига на електронен транспорт. Различава се от дълга (с голям брой носители) дихателна верига. Източникът на електрони и протони в тази верига е редуцираният NADP, който се образува в цитоплазмата, например по време на окисляването на глюкозата в пентозофосфатния цикъл (следователно глюкозата може да се нарече пълноправен партньор в детоксикацията на веществата). Електроните и протоните се прехвърлят към специален протеин, съдържащ флавин (FAD) и от него до крайната връзка - специален цитохром, наречен цитохром Р-450. Подобно на хемоглобина и митохондриалните цитохроми, той е протеин, съдържащ хем. Функцията му е двойна: свързва окисленото вещество и участва в активирането на кислорода. Крайният резултат от такава сложна функция на цитохром Р-450 се изразява в това, че единият кислороден атом влиза в молекулата на окисленото вещество, а вторият - във водната молекула. Разликите между крайните актове на консумация на кислород по време на образуването на енергия в митохондриите и по време на окисляването на веществата на ендоплазмения ретикулум са очевидни. В първия случай кислородът се използва за образуване на вода, а във втория случай за образуване както на вода, така и на окислен субстрат. Делът на кислорода, консумиран в тялото за пластични цели, може да бъде 10-30% (в зависимост от условията за благоприятно протичане на тези реакции).

Повдигането на въпроса (дори чисто теоретично) за възможността за заместване на кислорода с други елементи е безсмислено. Като се има предвид, че този път на използване на кислорода е необходим и за обмяната на най-важните природни съединения - холестерол, жлъчни киселини, стероидни хормони - лесно е да се разбере докъде се простират функциите на кислорода. Оказва се, че той регулира образуването на редица важни ендогенни съединения и детоксикацията на чужди вещества (или както сега се наричат ​​ксенобиотици).

Все пак трябва да се отбележи, че ензимната система на ендоплазмения ретикулум, която използва кислород за окисляване на ксенобиотици, има някои разходи, които са както следва. Понякога, когато в дадено вещество се въведе кислород, се образува по-токсично съединение от първоначалното. В такива случаи кислородът действа като съучастник в отравянето на тялото с безвредни съединения. Такива разходи придобиват сериозен обрат, например, когато канцерогените се образуват от прокарциногени с участието на кислород. По-специално, добре познатият компонент на тютюневия дим, бензпиренът, който се смяташе за канцероген, всъщност придобива тези свойства, когато се окислява в тялото, за да образува оксибензопирен.

Горните факти ни карат да обърнем голямо внимание на онези ензимни процеси, при които кислородът се използва като градивен материал. В някои случаи е необходимо да се разработят превантивни мерки срещу този метод на консумация на кислород. Тази задача е много трудна, но е необходимо да се търсят подходи към нея, така че с помощта на различни триковенасочете регулиращите потенции на кислорода в правилната посока за тялото.

Последното е особено важно, когато кислородът се използва в такъв "неконтролиран" процес като пероксидното (или свободнорадикалното) окисление на ненаситени мастни киселини. Ненаситените мастни киселини са част от различни липиди в биологичните мембрани. Архитектониката на мембраните, тяхната пропускливост и функциите на ензимните протеини, които изграждат мембраните, до голяма степен се определят от съотношението на различните липиди. Липидната пероксидация се извършва или с помощта на ензими, или без тях. Вторият вариант не се различава от свободнорадикалното липидно окисление при конвенционалното химически системии изисква присъствие аскорбинова киселина. Участието на кислорода в липидната пероксидация, разбира се, не е най-добрият начин за прилагане на ценните му биологични свойства. Свободнорадикалната природа на този процес, който може да бъде иницииран от двувалентно желязо (центърът на образуване на радикали), позволява за кратко време да доведе до разрушаване на липидния скелет на мембраните и, следователно, до клетъчна смърт.

Такава катастрофа в природни условия обаче не се случва. Клетките съдържат естествени антиоксиданти (витамин Е, селен, някои хормони), които прекъсват веригата на липидната пероксидация, предотвратявайки образуването на свободни радикали. Въпреки това, използването на кислород в липидната пероксидация, според някои изследователи, има положителни страни. При биологични условия липидната пероксидация е необходима за самообновяването на мембраната, тъй като липидните пероксиди са по-водоразтворими съединения и се освобождават по-лесно от мембраната. Те се заменят с нови, хидрофобни липидни молекули. Само излишъкът от този процес води до колапс на мембраните и патологични промени в тялото.

Време е за равносметка. И така, кислородът е най-важният регулатор на жизнените процеси, използван от клетките на тялото като необходим компонент за образуването на енергия в дихателната верига на митохондриите. Кислородните нужди на тези процеси се осигуряват по различен начин и зависят от много условия (от мощността на ензимната система, изобилието в субстрата и наличието на самия кислород), но все пак лъвският дял от кислорода се изразходва за енергийни процеси. Следователно „жизненият минимум” и функциите на отделните тъкани и органи при остър недостиг на кислород се определят от ендогенните кислородни резерви и мощността на безкислородния път на генериране на енергия.

Въпреки това е също толкова важно да се доставя кислород за други пластмасови процеси, въпреки че това консумира по-малка част от него. В допълнение към редица необходими естествени синтези (холестерол, жлъчни киселини, простагландини, стероидни хормони, биологично активни продукти на метаболизма на аминокиселините), наличието на кислород е особено необходимо за неутрализиране на лекарства и отрови. В случай на отравяне с чужди вещества може да се предположи, че кислородът е от по-голямо жизненоважно значение за пластмасата, отколкото за енергийни цели. При интоксикация тази страна на действието просто намира практическо приложение. И само в един случай лекарят трябва да мисли как да постави бариера на пътя на консумацията на кислород в клетките. Говорим за инхибиране на използването на кислород при пероксидацията на липидите.

Както виждаме, познаването на характеристиките на доставката и потреблението на кислород в тялото е ключът към разкриването на нарушенията, възникващи при различни видове хипоксични състояния, и правилната тактика. терапевтична употребакислород в клиниката.

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

Всичко за всичко. Том 5 Ликум Аркадий

Защо имаме нужда от кислород?

Защо имаме нужда от кислород?

Животните могат да издържат без храна няколко седмици, без вода няколко дни. Но без кислород те умират след няколко минути. Кислородът е химичен елемент и един от най-разпространените на земята. Той е навсякъде около нас, съставлявайки около една пета от въздуха (и почти всичко останало е азот). Кислородът се свързва с почти всички други елементи. В живите организми той се свързва с водород, въглерод и други вещества, съставлявайки около две трети от общото тегло в човешкото тяло.

При нормални температури кислородът реагира с други елементи много бавно, образувайки нови вещества, наречени оксиди. Този процес се нарича реакция на окисление. Окисляването се случва през цялото време в живите организми. Храната е горивото на живите клетки.

Когато храната се окислява, се освобождава енергия, която тялото използва за движение и за собствен растеж. Бавното окисляване, което се случва в организмите на живите същества, често се нарича вътрешно дишане. Човек вдишва кислород през белите дробове. От белите дробове той навлиза в кръвоносната система и се разнася от нея по цялото тяло. Вдишвайки въздух, ние снабдяваме клетките на нашето тяло с кислород за тяхното вътрешно дишане. По този начин се нуждаем от кислород, за да получим енергия, благодарение на която тялото може да функционира.

Хората с респираторни проблеми често се поставят в кислородни камери, където пациентът диша въздух, четиридесет до шестдесет процента кислород, и не трябва да изразходва много енергия, за да получи количеството кислород, от което се нуждае. Въпреки че кислородът от въздуха непрекъснато се приема от живите същества за дишане, неговите резерви, въпреки това, никога не се изчерпват. Растенията го отделят по време на храненето си, като по този начин попълват нашите кислородни резерви.

От книгата Кой кой е в света на изкуството автор Ситников Виталий Павлович

Защо един оркестър се нуждае от диригент? Ако някога сте били в операта, сигурно си спомняте каква невъобразима врява се вдига преди началото на представлението.Всички музиканти, събрани в оркестровата яма, настройват инструментите си. Ето как да го управлявате

От книгата Страни и народи. Въпроси и отговори автор Куканова Ю. В.

Защо беше необходим Александрийският фар? През 3 век пр. н. е. в египетска Александрия е построен фар, за да могат корабите, пристигащи в залива на града, да заобикалят успешно крайбрежните рифове. Тази структура се състоеше от три мраморни кули, най-горната от които наподобяваше

От книгата Светът около нас автор Ситников Виталий Павлович

Защо един оркестър се нуждае от диригент? Ако някога сте били в операта, сигурно си спомняте какъв невъобразим шум се вдига преди началото на представлението. Великият Игор Стравински дирижира (1929) Всички музиканти, събрани в оркестровата яма, настройват своите

автор

Защо е необходим сънят? Сънят винаги е привличал вниманието на хората като необичаен и мистериозен феномен. Той предизвика неразбиране, а понякога и страх. Сънят изглеждаше като нещо близко до смъртта, което означава, че някакво божество трябва да го контролира. Например, древногръцки богсън Хипнос беше част от свитата

От книгата Прости въпроси. Книга като енциклопедия автор Антонец Владимир Александрович

Защо кучетата имат нужда от собственик? Убеждението, че кучетата се нуждаят от стопанин, се основава на често (но не винаги!) наблюдаваната привързаност и преданост на кучетата, както и на факта, че самият човек се възприема като собственик. Но собственикът е чисто човешки, социално-психологически

автор

Защо човек се нуждае от биотин? Биотин (витамин Н) е коензим, участващ в реакциите на пренос на въглероден диоксид към органични съединения (например в биосинтезата на мастни киселини). Биотинът се синтезира от чревната микрофлора и следователно неговата недостатъчност при хората

От книгата Най-новата книга с факти. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и други науки за земята. биология и медицина] автор Кондрашов Анатолий Павлович

Защо човек се нуждае от витамин В6? Витамин B6 играе важна роля в протеиновия метаболизъм и синтеза на полиненаситени мастни киселини. В природата се среща в три форми: пиридоксин, пиридоксал и пиридоксамин. Всички форми на витамин B6 лесно се превръщат една в друга в тялото.

От книгата Най-новата книга с факти. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и други науки за земята. биология и медицина] автор Кондрашов Анатолий Павлович

Защо човешкото тяло се нуждае от рибофлавин? Рибофлавинът (витамин В2) участва в процесите на тъканно дишане и следователно допринася за производството на енергия в организма. Липсата на рибофлавин води до лезии на кожата, лигавиците, до нарушение

автор Кондрашов Анатолий Павлович

От книгата Най-новата книга с факти. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и други науки за земята. Биология и медицина автор Кондрашов Анатолий Павлович

От книгата Тематичен трафик: Как да продаваме на някой, който още не се е сетил да купува от SEMANTICA

автор Сябитова Роза Райфовна

Защо ти трябва мъж? Една от великите жени изрази интересна мисъл: „Някои жени плачат, че не са намерили мъжа на мечтите си, докато други плачат, че са намерили.“ Най-често една жена си мисли, че ако намери мъжа на мечтите си, т.е. перфектен мъж(онази тя

От книгата Защо някои хора обичат и се женят за други? Тайните на успешния брак автор Сябитова Роза Райфовна

Защо се нуждаем от брачен договор Тук музиката заглъхна, поздравленията на младоженците свършиха и започва чисто земното ежедневие. Не всеки успява да живее щастливо в брака – в любов и хармония – и да умре в един и същи ден. Според Държавния статистически комитет, броят на разводите

От книгата Уроци от световния шампион по културизъм. Как да изградите тялото на мечтите си автор Спасокукоцки Юрий Александрович

Защо се нуждаете от силен захват? В този случай си струва да помислите защо имате нужда от силен захват? Честно казано, нито в бодибилдинга, още по-малко във фитнеса, силният хват не е абсолютно задължителна черта. Никога не съм тренирал хват, не мога да счупя дебел

От книгата Заблудите на капитализма или пагубната арогантност на професор Хайек автор Фет Абрам Илич

14. Защо е необходим капиталист? Любимият аргумент на привържениците на капитализма е, че собственикът на предприятието - капиталистът - също е работник, а именно "организаторът на производството", който притежава специални умения за инициативност, лидерство и състезание, без които

От книгата Как да продадете своя самиздат! автор Ангелов Андрей

Както се оказа, червените кръвни клетки и по-специално хемоглобинът доставят кислород на клетките на тялото.
Защо една клетка се нуждае от кислород?

Кислород

Характеристики на структурата на O молекулата Атмосферният кислород се състои от двуатомни молекули, във всяка O молекула има 2 несдвоени електрона.
Енергиядисоциацията на O молекулата на атоми е доста Високои е 493,57 kJ / mol.

Високата якост на химичната връзка между атомите в молекулата О води до факта, че при стайна температурагазообразният кислород е химически доста неактивен. В природата той бавно навлиза в трансформации по време на процесите на гниене. При нагряване, дори малко, химическата активност на кислорода се увеличава драстично. При запалване реагира с експлозия с водород, метан, други горими газове, с голям брой прости и сложни вещества.

Защо една клетка се нуждае от енергия?

Всяка жива клетка трябва непрекъснато произвеждат енергия. Тя се нуждае от енергия, за генерира топлинаи синтезирайте ( създавам) някои жизненоважни за нея химически вещества, като протеини или наследствено вещество. Енергията е необходима на клетката и за да ход.Клетките на тялото, способни да извършват движения, се наричат ​​мускулни клетки. Те могат да се свият. Това задвижва нашите ръце, крака, сърце, черва. И накрая, енергията е необходима за тренирам електричество : благодарение на него някои части на тялото комуникират с други. И осигуряват комуникация между тях предимно нервните клетки.

Как една клетка получава енергия?

Клетките изгарят хранителни вещества и при това се освобождава определено количество енергия.Те могат да направят това по два начина.
Първо, изгорете въглехидратите, главно глюкозата липса на кислород. това е най-старата форма на извличане на енергия и е многонеефективно. Спомнете си, че животът се е зародил във вода, тоест в среда, в която е имало много малко кислород.

второ, телесни клеткиизгарят пирогроздена киселина, мазнини и протеини в присъствието на кислород.Всички тези вещества съдържат въглерод и водород.Изгаряне на водород в чист кислородосвобождава много енергия

Спомняте ли си телевизионни репортажи от космодруми за изстрелвания на ракети? Те се издигат поради невероятното количество енергия, отделена по време на ... окисляването на водорода, тоест, когато той се изгаря в кислород.Космически ракети, високи колкото кула, се втурват към небето поради огромната енергия, която се отделя, когато водородът се изгаря в чист кислород.Горивните им резервоари са пълни с течен водород и кислород. При стартиране на двигателите водородът започва да се окислява и огромната ракета бързо се отнася в небето. Може би изглежда невероятно, но все пак: същата енергия, която ви завладява космическа ракета, поддържа живота в клетките на тялото ни.Същата тази енергия поддържа живота в клетките на тялото ни.Освен ако няма експлозия в клетките и от тях не избухне пламък. Окисляването протича на етапи и следователно вместо топлинна и кинетична енергия се образуват молекули на АТФ.