Какво е значението на въздуха и кислорода за човешкия живот, растенията и всички живи организми? Колко дълго може да живее здрав човек, човешки мозък, без въздух и кислород? Какъв е рекордът за задържане на дъха на човек под вода? Защо дишаме? Кислород
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 в еволюцията на живите същества необходим партньор в основните процеси на живота. 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 водна молекула.
Няма съмнение, че кислородът е „у дома“ за биологични процеси като акцептор на електрони. Разтворимостта на кислорода както във водната, така и във липидната фаза също е много полезна за организъм, чиито клетки (особено биологични мембрани) са изградени от физически и химически различни материали. Това му позволява относително лесно да дифундира до всякакви структурни образувания на клетките и да участва в окислителни реакции. Вярно е, че кислородът е няколко пъти по-разтворим в мазнини, отколкото във водна среда и това се взема предвид при използването на кислород като терапевтичен агент.
Всяка клетка от 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.
При нормални условия 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 значителна (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 на нормален въздух е: 104 (pO 2 в алвеолите) - 45 (pO 2 в белодробните капиляри ) = 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 снабди тялото с кислород само за 4 минути, като се има предвид, че средната нужда от кислород на тялото при нормални условия е приблизително 200 ml за минута.
Изчислено е, че ако молекулярният кислород просто се разтвори в кръвната плазма (а той се разтваря слабо в нея - 0,3 ml в 100 ml кръв), то за да се осигури нормалната нужда на клетките от него, е необходимо да се увеличи скорост на съдовия кръвен поток до 180 l в минута. Всъщност кръвта се движи със скорост от само 5 литра в минута. Доставянето на кислород до тъканите се осъществява от 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“, които специално хващат молекулите на кислорода в артериалната кръв на белите дробове, се играе от хема или по-скоро разположения в центъра му двувалентен железен атом. Желязото е „прикрепено“ вътре в порфириновия пръстен с помощта на четири връзки. Този комплекс от желязо с порфирин се нарича протохем или просто хем. Другите две железни връзки са насочени перпендикулярно на равнината на порфириновия пръстен. Единият от тях отива към протеиновата субединица (глобин), а другият е свободен, той директно улавя молекулярен кислород.
Полипептидните вериги на хемоглобина са подредени в пространството по такъв начин, че тяхната конфигурация се доближава до сферична. Всяка от четирите глобули има "джоб", в който е поставен хем. Всеки хем е способен да улови една кислородна молекула. Една молекула хемоглобин може да свърже максимум четири молекули кислород.
Как "работи" хемоглобинът?
Наблюденията на дихателния цикъл на „молекулярния бял дроб” (както известният английски учен М. Перуц нарича хемоглобина) разкриват удивителните характеристики на този пигментен протеин. Оказва се, че и четирите скъпоценни камъка работят съвместно, а не независимо. 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 кислородна молекула. След като улови молекула кислород, желязото се изтегля вътре в порфириновия пръстен. Най-трудно се прикрепя първата кислородна молекула, а всяка следваща става все 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 е от голямо значение при преноса на кислород и въглероден диоксид.
След като се насити с кислород в белите дробове, хемоглобинът в червените кръвни клетки го пренася през кръвния поток до 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 червените кръвни клетки. На практика, особено когато се използва кислородна терапия, е важно лекарят да вземе предвид потенциалните възможности на еритроцитния хемоглобин да задържа и доставя кислород.
Един грам хемоглобин при нормални условия може да свърже 1,34 ml кислород. Разсъждавайки по-нататък, можем да изчислим, че при средно съдържание на хемоглобин в кръвта от 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 вдишване на атмосферен въздух хемоглобинът е непълно наситен - 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 капацитетът на кислород ще бъде максимален (равен на 21 ml O 2 на 100 ml кръв). Кислородът вече няма да може да се свързва поради липсата на свободен хемоглобин.
Малко количество кислород остава разтворено в кръвта (0,3 ml на 100 ml кръв) и в тази форма се пренася в тъканите. В естествени условия нуждите на тъканите се задоволяват от кислород, свързан с хемоглобина, тъй като кислородът, разтворен в плазмата, е незначително количество - само 0,3 ml в 100 ml кръв. Това води до заключението: ако тялото се нуждае от кислород, то не може да живее без хемоглобин.
По време на живота си (той е приблизително 120 дни) червените кръвни клетки вършат огромна работа, пренасяйки около един милиард кислородни молекули от белите дробове към тъканите. Хемоглобинът обаче има една интересна особеност: той не винаги абсорбира кислород със същата алчност, нито го предава на околните клетки със същата готовност. Това поведение на хемоглобина се определя от неговата пространствена структура и може да се регулира 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 S-образна крива. Благодарение на тази зависимост е възможно нормално снабдяване на клетките с кислород дори при малки разлики 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 и намаляване на обратния процес - дисоциацията на оксихемоглобина. Напротив, изместването на тази крива надясно (и увеличаването на завоя) показва точно обратната картина - намаляване на афинитета на хемоглобина към кислорода и по-добро освобождаване на тъканите. Ясно е, че изместването на кривата наляво е препоръчително за улавяне на кислород в белите дробове и надясно за освобождаването му в тъканите.
Кривата на дисоциация на оксихемоглобина се променя в зависимост от pH на околната среда 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 става неефективно, но с повишаване на телесната температура разтоварването на оксихемоглобина от кислорода е много активно.
Червените кръвни клетки също имат свои собствени регулаторни устройства. Това е 2,3-дифосфоглицеринова киселина, образувана при разграждането на глюкозата. „Настроението“ на хемоглобина по отношение на кислорода също зависи от това вещество. Когато 2,3-дифосфоглицериновата киселина се натрупва в червените кръвни клетки, тя намалява афинитета на хемоглобина към кислорода и насърчава освобождаването му в тъканите. Ако няма достатъчно, картината е обратната.
Интересни събития се случват и в капилярите. В артериалния край на капиляра дифузията на кислород се извършва перпендикулярно на движението на кръвта (от кръвта в клетката). Движението става в посока на разликата в парциалните налягания на кислорода, т.е. в клетките.
Клетките предпочитат физически разтворения кислород и той се използва първи. В същото време оксихемоглобинът се разтоварва от тежестта си. Колкото по-интензивно работи един орган, толкова повече кислород се нуждае. Когато се отделя кислород, пипалата на хемоглобина се освобождават. Поради усвояването на кислород от тъканите, съдържанието на оксихемоглобин във венозната кръв пада от 97 до 65-75%.
Разтоварването на оксихемоглобина същевременно подпомага транспортирането на въглероден диоксид. Последният, образуван в тъканите като краен продукт от изгарянето на въглеродсъдържащи вещества, навлиза в кръвта и може да причини значително намаляване на рН на околната среда (подкисляване), което е несъвместимо с живота. Всъщност pH 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 отстрани от тъканите до белите дробове.
Интересно е, че натрупването на въглероден диоксид в капилярите и лекото намаляване на рН на околната среда 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 самата буферна система на кръвта, неутрализира въглеродния диоксид. В този случай се образуват бикарбонати. Част от въглеродния диоксид се свързва от самия хемоглобин (което води до образуването на 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 освобождаване на водородни йони в околната среда. Последните, комбинирайки се с бикарбонати, образуват въглена киселина, която се разгражда от ензима карбоанхидраза до въглероден диоксид и вода. Въглеродният диоксид се освобождава от белите дробове и оксихемоглобинът, свързващ катиони (в замяна на отделени 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 използвате кислород за медицински цели, не трябва да забравяте за друга функция на хемоглобина - да освободи тялото от излишния въглероден диоксид.
Артериално-венозната разлика или разликата в кислородното налягане по дължината на капиляра (от артериалния до венозния край) дава представа за потребността на тъканите от кислород. Дължината на капилярното пътуване 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.
Уникалната структура на миоглобина, която е ограничена само до 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 миоглобин (или дисоциация на оксимиоглобин) с кислород има формата на хипербола, а не на S-образна форма. Това има голям биологичен смисъл, тъй като миоглобинът, разположен дълбоко в мускулната тъкан (където парциалното налягане на кислорода е ниско), жадно грабва кислород дори при условия на ниско напрежение. Създава се своеобразен резерв от кислород, който се изразходва, ако е необходимо, за образуването на енергия в митохондриите. Например в сърдечния мускул, където има много миоглобин, по време 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 немускулните клетки също да имат 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 пренесе в клетката и да прехвърли кислородни молекули към нея и да премахне въглеродния диоксид, натрупващ се в тъканните капиляри. За съжаление, този работник понякога не работи с пълен капацитет 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. Лекарите наблюдават намаляване на артериовенозната кислородна разлика. Оказва се, че хемоглобинът безполезно пренася част от кислорода, а освен това пренася по-малко въглероден диоксид. Ситуацията не е приятна.
Познаването на моделите на работа на кислородната транспортна система в естествени условия позволява на лекаря да направи редица полезни заключения за правилното използване на кислородната терапия. От само себе си се разбира, че е необходимо да се използват заедно с кислорода средства, които стимулират зитропоезата, повишават кръвотока 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 изразходва кислородът в клетките, осигурявайки тяхното нормално съществуване?
По пътя си към мястото си на участие в метаболитни реакции вътре в клетките, кислородът преодолява множество структурни образувания. Най-важните от тях са биологичните мембрани.
Всяка клетка има плазмена (или външна) мембрана и странно разнообразие от други мембранни структури, които свързват субклетъчни частици (органели). Мембраните не са просто прегради, а образувания, изпълняващи специални функции (транспорт, разграждане и синтез на вещества, производство на енергия и др.), които се определят от тяхната организация и състава на биомолекулите, включени в тях. Въпреки разнообразието във формите и размерите на мембраните, те се състоят предимно от протеини и липиди. Други 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. Нека си припомним, че структурата на кислорода напълно отговаря на критериите за окислител, използван като уловител на електрони. Известно е, че основната концентрация на окислителните реакции се случва в специални органели, митохондрии. Образните сравнения, които биохимиците дават на митохондриите, говорят за предназначението на тези малки (с размери от 0,5 до 2 микрона) частици. Те се наричат както „енергийни станции“, така и „електростанции“ на клетката, като по този начин се подчертава тяхната водеща роля в образуването на богати на енергия съединения.
Вероятно си струва да направите малко отклонение тук. Както знаете, една от основните характеристики на живите същества е ефективното извличане на енергия. Човешкото тяло използва външни източници на енергия - хранителни вещества (въглехидрати, липиди и протеини), които се раздробяват на по-малки парчета (мономери) с помощта на хидролитични ензими на стомашно-чревния тракт. Последните се абсорбират и доставят до клетките. Само онези вещества, които съдържат водород, който има голям запас от свободна енергия, имат енергийна стойност. Основната задача на клетката или по-скоро на съдържащите се в нея ензими е да обработва субстратите по такъв начин, че да отстрани водорода от тях.
Почти всички ензимни системи, които изпълняват подобна роля, са локализирани в митохондриите. Тук се окисляват глюкозният фрагмент (пирогроздена киселина), мастните киселини и въглеродните скелети на аминокиселините. След окончателната обработка, останалият водород се „отстранява“ 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 никотинамида (витамин РР) - NAD (никотинамидаденин динуклеотид), NADP (никотинамидадениндинуклеотид 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 при взаимодействието на водорода с кислорода би настъпила експлозия, което лесно се демонстрира в лабораторни експерименти. За да може водородът да освободи съдържащата се в него енергия на части, във вътрешната мембрана на митохондриите има верига от носители на електрони и протони, иначе наречена дихателна верига. В определен участък от тази верига пътищата на електроните и протоните се разминават; електроните прескачат през цитохромите (които, подобно на хемоглобина, се състоят 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. Водата вече няма енергийна стойност за тялото.
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 (присъстващи в АТФ), процесът на образуване на енергия в дихателната верига се нарича окислително фосфорилиране.
Как се получава 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 би позволило да се решат много проблеми, свързани със спасяването на клетките на тялото, засегнати от патологичен процес, които като правило изпитват енергиен глад. Според експерти разкриването на тайните на механизма на образуване на енергия в живите същества ще доведе до създаването на технически по-обещаващи генератори на енергия.
Това са перспективи. Засега е известно, че улавянето на електронна енергия се извършва в три части на дихателната верига и следователно изгарянето на два водородни атома произвежда три ATP молекули. Ефективността на такъв енергиен трансформатор е близо 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%, цветните сравнения, които бяха присъдени на митохондриите, стават ясни.
ATP енергията се използва в различни процеси: за сглобяване на сложни структури (например протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини) от изграждане на протеини, механична активност (мускулна контракция), електрическа работа (възникване 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 произтичащото от това образуване на енергия) с производствена линия, въпреки че дихателната верига е линия не за сглобяване, а за „разглобяване“ на материята.
В началото на дихателната верига е водородът. От него потокът от електрони се втурва към крайната дестинация - кислорода. При липса на кислород или недостиг на кислород производствената линия или спира, или не работи на пълен капацитет, защото няма кой да го 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 продължа тази мисъл и да добавя, че тъй като животът се контролира от потока от електрони, тогава кислородът поддържа непрекъснатостта на този 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? Принципно е възможно. Това лесно се демонстрира в лабораторни експерименти. За тялото изборът на акцептор на електрони като кислорода, така че да се транспортира лесно, да прониква във всички клетки и да участва в редокс 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 присъстват дори в присъствието на кислород. изгаряне в митохондриите „напразно“, освободената в този случай топлинна енергия е 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 реши мъдро, оставяйки известен резерв от енергийна сила за 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 телесните тъкани остават жизнеспособни именно благодарение на анаеробното производство на енергия (чрез гликолиза и гликогенолиза).
Това е малко отклонение, което говори за потенциала за образуване на енергия и съществуването на организъм без кислород, още едно 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. Този аспект на кислорода беше посочен още през 1897 г. от нашия изключителен сънародник А. Н. Бах и немския учен К. Енглер, които разработиха позицията „за бавното окисление на веществата с активен кислород“. 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 на нашия век 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 генерирането 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 дизайна на апарата за консумация на кислород за пластмасови цели. В мембраните на ендоплазмения ретикулум, който прониква в цитоплазмата на чернодробните клетки, има къса електронна транспортна верига. 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 е, че единият кислороден атом влиза в молекулата на окисленото вещество, а вторият влиза 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 в ендоплазмения ретикулум са очевидни. В първия случай кислородът се използва за образуване на вода, а във втория - 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).
Трябва обаче да се отбележи, че ензимната система на ендоплазмения ретикулум, която използва кислород за окисляване на ксенобиотиците, 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, бензопиренът, който се смяташе за канцероген, всъщност придобива тези свойства, когато се окислява в тялото, за да образува оксибензпирен.
Горните факти ни карат да обърнем голямо внимание на онези ензимни процеси, при които кислородът се използва като строителен 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, за да се използват различни техники за насочване на регулиращите потенции на кислорода в необходимата за организма посока.
Последното е особено важно в случай на използване на кислород в такъв „неконтролиран“ процес като пероксидно (или свободнорадикално) окисление на ненаситени мастни киселини. Ненаситените мастни киселини са част от различни липиди в биологичните мембрани. Архитектурата на мембраните, тяхната пропускливост и функциите на ензимните протеини, включени в 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 окисление на липидите в конвенционалните химически системи и изисква наличието на аскорбинова киселина. Участието на кислорода в липидната пероксидация, разбира се, не е най-добрият начин за оползотворяване на неговите ценни биологични качества. Свободнорадикалната природа на този процес, който може да бъде иницииран от двувалентно желязо (център на образуване на радикали), му позволява бързо да доведе до разпадане на липидния скелет на мембраните и, следователно, до клетъчна смърт.
Такава катастрофа обаче не се случва в естествени условия. 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 при липидната пероксидация, според някои изследователи, има и положителни аспекти. 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 прекомерността на 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 задоволяват неравномерно 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 производство на енергия.
Но не по-малко важно е да се доставя кислород и на други пластични процеси, въпреки че за това се изразходва 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 действие намира практическо приложение. И само в един случай лекарят трябва да помисли как да постави бариера за консумацията на кислород в клетките. Говорим за инхибиране на използването на кислород при липидната пероксидация.
Както виждаме, познаването на характеристиките на доставката и пътищата на потребление на кислород в тялото е ключът към разкриването на нарушенията, възникващи при различни видове хипоксични състояния, и правилната тактика за терапевтично използване на кислород в клиниката. .
Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.
1. В едноклетъчните организми клетката изпълнява всички функции, характерни за всеки жив организъм. Назовете тези функции 2. В многоклетъчния организъм животът Светът на живите организми е разнообразен. Но представителите на различни царства на органичния свят имат общи свойства. Изберете знацитехарактеристика: А - за растенията; B - животни; B - всички живи
организми:
1 - имат клетъчна структура;
2 - хранят се с готови органични вещества;
3 - създават органични вещества по време на фотосинтезата;
4 - при дишане те абсорбират кислород и отделят въглероден диоксид;
5 - състоят се от неорганични и органични вещества;
6 - клетките съдържат пластиди и вакуоли с клетъчен сок;
7 - способен на метаболизъм и енергия;
8 - повечето са практически неподвижни;
9 - способен на активно движение;
10 - адаптиран към условията на околната среда:
11 - крайният продукт на метаболизма е урея;
12 - плазмената мембрана е покрита с целулозна клетъчна стена;
13 - характерно ограничен растеж;
14 - клетките съдържат клетъчен център и малки вакуоли без клетъчен сок.
образование). Въглища _______________ (какви живи организми са участвали в образуването му) =)))
Причина за смъртта на живите организми могат да бъдат: други живи организми, болести, липса на храна, неблагоприятни условия на живот. Възможно ли е да се припишеВероятно знаете, че дишането е необходимо, така че кислородът, необходим за живота, да влезе в тялото с вдишания въздух, а при издишване тялото отделя въглероден диоксид.
Всички живи същества дишат - включително животните,
както птици, така и растения.
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 живия организъм представлява малко, но много активно биохимично производство. Знаете ли, че нито едно производство не е възможно без енергия. Всички процеси, протичащи в клетките и тъканите, протичат с изразходване на големи количества енергия.
От къде идва?
С храната, която приемаме – въглехидрати, мазнини и протеини. В клетките тези вещества окислявам. Най-често верига от трансформации на сложни вещества води до образуването на универсален източник на енергия - глюкоза. В резултат на окисляването на глюкозата се освобождава енергия. Кислородът е точно това, което е необходимо за окисляването. Енергията, която се освобождава в резултат на тези реакции, се съхранява от клетката под формата на специални високоенергийни молекули – те, подобно на батериите или акумулаторите, освобождават енергия при необходимост. И крайният продукт на 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 изхвърля навън 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 всичко се изразходва почти веднага и практически не се създава резерв от АТФ в тялото. 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! 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 - превръщат млечната захар лактоза в млечна киселина.
Защо имате нужда от дишане с кислород, ако имате дишане без кислород?
Тогава аеробното окисление е многократно по-ефективно от анаеробното окисление. Сравнете: по време на анаеробното 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 - например 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! Първият етап от разграждането на молекулата на глюкозата, наречен гликолиза, протича без наличието на кислород. Гликолизата е процес, общ за почти всички живи организми. По време на гликолизата се образува пирогроздена киселина (пируват). Тя е тази, която тръгва по пътя на по-нататъшни трансформации, водещи до синтеза на АТФ по време на кислородно и безкислородно дишане.
По този начин запасите от АТФ в мускулите са много малки - те са достатъчни само за 1-2 секунди мускулна работа. Ако мускулът има нужда от краткотрайна, но активна дейност, 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 започва аеробното дишане: с него производството на АТФ става бавно, но осигурява достатъчно енергия за поддържане на физическа активност за дълго време (до няколко часа).
Всичко за всичко. Том 5 Ликум Аркадий
Защо имаме нужда от кислород?
Защо имаме нужда от кислород?
Животните могат да оцелеят без храна няколко седмици, без вода няколко дни. Но без кислород те умират за минути. Кислородът е химичен елемент и един от най-разпространените на земята. Намира се навсякъде около нас, съставлявайки около една пета от въздуха (а почти останалото е азот). Кислородът се свързва с почти всички други елементи. В живите организми той се свързва с водород, въглерод и други вещества, съставлявайки приблизително 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 протича постоянно 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 живите същества, често се нарича вътрешно дишане. Човек вдишва кислород през белите дробове. От белите дробове навлиза в кръвоносната система и се разнася 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 проблеми с дишането често се поставят в кислородни камери, където пациентът диша въздух, който е от четиридесет до шестдесет процента кислород и не трябва да изразходва много енергия, за да получи нужното количество кислород. Въпреки че кислородът непрекъснато се взема от въздуха от живите същества за дишане, неговите запаси обаче никога не се изчерпват. Растенията го отделят по време на храненето си, като по този начин допълват запасите ни от кислород.
От книгата Кой кой е в света на изкуството автор Ситников Виталий ПавловичЗащо един оркестър се нуждае от диригент? Ако някога сте били в опера, сигурно си спомняте каква невъобразима врява се вдига преди началото на представлението.Всички музиканти, събрани в оркестровата яма, настройват инструментите си. Така че, за да управлявате това
От книгата Страни и народи. Въпроси и отговори автор Куканова Ю. В.Защо беше необходим Александрийският фар? През 3-ти век пр. н. е. в Александрия, Египет, е построен фар, така че корабите, пристигащи в залива на града, да могат успешно да навигират край крайбрежните рифове. Тази структура се състоеше от три мраморни кули, най-високата от които наподобяваше
От книгата Светът около нас автор Ситников Виталий ПавловичЗащо един оркестър се нуждае от диригент? Ако някога сте били в опера, 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
авторЗащо имаш нужда от сън? Сънят винаги е привличал вниманието на хората като необичаен и мистериозен феномен. Той предизвика неразбиране, а понякога и страх. Сънят изглеждаше нещо близо до смъртта, което означава, че някакво божество трябва да го контролира. Например древногръцкият бог на съня Хипнос беше част от свитата
От книгата Прости въпроси. Книга, подобна на енциклопедия автор Антонец Владимир АлександровичЗащо кучетата имат нужда от собственик? Убеждението, че кучетата се нуждаят от стопани, се основава на често (но не винаги!) наблюдаваната привързаност и отдаденост на кучетата, както и на факта, че самите хора се възприемат като собственици. Но собственикът е чисто човешки, социално-психологически
авторЗащо 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, поради което е в дефицит 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 ПавловичЗащо 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 ПавловичЗащо 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 и увреждане
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 продадем на някой, който още не е мислил да купи от SEMANTICA автор Сябитова Роза РайфовнаЗащо 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, тоест идеалния мъж (този, който й подхожда...
От книгата Защо някои хора обичат и се женят за други? Тайните на успешния брак автор Сябитова Роза РайфовнаЗащо се нуждаете от брачен договор Музиката спря, 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 световен шампион по бодибилдинг. Как да изградите тялото на мечтите си автор Спасокукоцки Юрий АлександровичЗащо се нуждаете от силен захват? В този случай си струва да помислите защо имате нужда от силен захват? Честно казано, нито в бодибилдинга, нито особено във фитнеса, силният хват не е абсолютно задължителна черта. Никога не съм тренирал хватката, не мога да счупя дебелото
От книгата Заблудите на капитализма или пагубната самонадеяност на професор Хайек автор Фет Абрам Илич14. Защо се нуждаем от капиталист? Любимият аргумент на привържениците на капитализма е, че собственикът на предприятието - капиталистът - също е работник, а именно „организатор на производството“, който има специални умения за инициатива, лидерство и конкуренция, без които
От книгата Как да продадете своя самиздат! автор Ангелов Андрей- Прочетете преглед на комплексното лекарство за хемороиди Proctonol
- Как да отслабнете с 20 кг - реални отзиви за Guarchibao
Излишък на кислород
Липса на кислород
Причини:
- Намаляване на парциалното налягане на O2 във вдишания въздух;
Защо дишаме?
Вероятно знаете, че дишането е необходимо, така че кислородът, необходим за живота, да влезе в тялото с вдишания въздух, а при издишване тялото отделя въглероден диоксид.
Всички живи същества дишат - животни, птици и растения.
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 живия организъм представлява малко, но много активно биохимично производство. Знаете ли, че нито едно производство не е възможно без енергия. Всички процеси, протичащи в клетките и тъканите, протичат с изразходване на големи количества енергия.
От къде идва?
С храната, която приемаме – въглехидрати, мазнини и протеини. В клетките тези вещества се окисляват. Най-често верига от трансформации на сложни вещества води до образуването на универсален източник на енергия - глюкоза. В резултат на окисляването на глюкозата се освобождава енергия. Кислородът е точно това, което е необходимо за окисляването. Енергията, която се освобождава в резултат на тези реакции, се съхранява от клетката под формата на специални високоенергийни молекули – те, подобно на батериите или акумулаторите, освобождават енергия при необходимост. И крайният продукт на 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 изхвърля навън 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 всичко се изразходва почти веднага и практически не се създава резерв от АТФ в тялото. 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! 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 - превръщат млечната захар лактоза в млечна киселина.
Защо се нуждаете от дишане с кислород, ако е налично дишане без кислород?
Тогава аеробното окисление е многократно по-ефективно от анаеробното окисление. Сравнете: по време на анаеробното 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 - например 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! Първият етап от разграждането на молекулата на глюкозата, наречен гликолиза, протича без наличието на кислород. Гликолизата е процес, общ за почти всички живи организми. По време на гликолизата се образува пирогроздена киселина (пируват). Тя е тази, която тръгва по пътя на по-нататъшни трансформации, водещи до синтеза на АТФ по време на кислородно и безкислородно дишане.
По този начин запасите от АТФ в мускулите са много малки - те са достатъчни само за 1-2 секунди мускулна работа. Ако мускулът има нужда от краткотрайна, но активна дейност, 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 започва аеробното дишане: с него производството на АТФ става бавно, но осигурява достатъчно енергия за поддържане на физическа активност за дълго време (до няколко часа).
Твоите коментари:
Самите те отправят обвинения за грешки, дори да нямат представа, че това, което казват, е правилно.
ATP вода. явно хората не са учили много в училище
Защо е необходим естествен кислород?
За какво е кислородът?
Повишена умствена работоспособност;
Повишаване на 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;
Функционирането на вътрешните органи се нормализира, метаболизмът се ускорява;
Загуба на тегло - кислородът насърчава 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 градски условия възникват проблеми с достатъчно количество кислород.
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%.
Защо живите организми се нуждаят от кислород?
Животните могат да оцелеят без храна няколко седмици, без вода няколко дни. Но без кислород те умират за минути.
Кислородът е химичен елемент и един от най-разпространените на земята. Намира се навсякъде около нас, съставлявайки около една пета от въздуха (а почти останалото е азот).
Кислородът се свързва с почти всички други елементи. В живите организми той се свързва с водород, въглерод и други вещества, съставлявайки приблизително 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 протича постоянно 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 живите същества, често се нарича вътрешно дишане.
Човек вдишва кислород през белите дробове. От белите дробове навлиза в кръвоносната система и се разнася 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 проблеми с дишането често се поставят в кислородни камери, където пациентът диша въздух, който е от четиридесет до шестдесет процента кислород и не трябва да изразходва много енергия, за да получи нужното количество кислород.
Въпреки че кислородът непрекъснато се взема от въздуха от живите същества за дишане, неговите запаси обаче никога не се изчерпват. Растенията го отделят по време на храненето си, като по този начин допълват запасите ни от кислород.
Защо тялото се нуждае от кислород?
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 в еволюцията на живите същества необходим партньор в основните процеси на живота. 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 водна молекула.
Няма съмнение, че кислородът е „у дома“ за биологични процеси като акцептор на електрони. Разтворимостта на кислорода както във водната, така и във липидната фаза също е много полезна за организъм, чиито клетки (особено биологични мембрани) са изградени от физически и химически различни материали. Това му позволява относително лесно да дифундира до всякакви структурни образувания на клетките и да участва в окислителни реакции. Вярно е, че кислородът е няколко пъти по-разтворим в мазнини, отколкото във водна среда и това се взема предвид при използването на кислород като терапевтичен агент.
Всяка клетка от 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.
При нормални условия 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 значителна (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 на нормален въздух е: 104 (pO 2 в алвеолите) - 45 (pO 2 в белодробните капиляри ) = 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 снабди тялото с кислород само за 4 минути, като се има предвид, че средната нужда от кислород на тялото при нормални условия е приблизително 200 ml за минута.
Изчислено е, че ако молекулярният кислород просто се разтвори в кръвната плазма (а той се разтваря слабо в нея - 0,3 ml в 100 ml кръв), то за да се осигури нормалната нужда на клетките от него, е необходимо да се увеличи скорост на съдовия кръвен поток до 180 l в минута. Всъщност кръвта се движи със скорост от само 5 литра в минута. Доставянето на кислород до тъканите се осъществява от 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“, които специално хващат молекулите на кислорода в артериалната кръв на белите дробове, се играе от хема или по-скоро разположения в центъра му двувалентен железен атом. Желязото е „прикрепено“ вътре в порфириновия пръстен с помощта на четири връзки. Този комплекс от желязо с порфирин се нарича протохем или просто хем. Другите две железни връзки са насочени перпендикулярно на равнината на порфириновия пръстен. Единият от тях отива към протеиновата субединица (глобин), а другият е свободен, той директно улавя молекулярен кислород.
Полипептидните вериги на хемоглобина са подредени в пространството по такъв начин, че тяхната конфигурация се доближава до сферична. Всяка от четирите глобули има "джоб", в който е поставен хем. Всеки хем е способен да улови една кислородна молекула. Една молекула хемоглобин може да свърже максимум четири молекули кислород.
Как "работи" хемоглобинът?
Наблюденията на дихателния цикъл на „молекулярния бял дроб” (както известният английски учен М. Перуц нарича хемоглобина) разкриват удивителните характеристики на този пигментен протеин. Оказва се, че и четирите скъпоценни камъка работят съвместно, а не независимо. 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 кислородна молекула. След като улови молекула кислород, желязото се изтегля вътре в порфириновия пръстен. Най-трудно се прикрепя първата кислородна молекула, а всяка следваща става все 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 е от голямо значение при преноса на кислород и въглероден диоксид.
След като се насити с кислород в белите дробове, хемоглобинът в червените кръвни клетки го пренася през кръвния поток до 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 червените кръвни клетки. На практика, особено когато се използва кислородна терапия, е важно лекарят да вземе предвид потенциалните възможности на еритроцитния хемоглобин да задържа и доставя кислород.
Един грам хемоглобин при нормални условия може да свърже 1,34 ml кислород. Разсъждавайки по-нататък, можем да изчислим, че при средно съдържание на хемоглобин в кръвта от 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 вдишване на атмосферен въздух хемоглобинът е непълно наситен - 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 капацитетът на кислород ще бъде максимален (равен на 21 ml O 2 на 100 ml кръв). Кислородът вече няма да може да се свързва поради липсата на свободен хемоглобин.
Малко количество кислород остава разтворено в кръвта (0,3 ml на 100 ml кръв) и в тази форма се пренася в тъканите. В естествени условия нуждите на тъканите се задоволяват от кислород, свързан с хемоглобина, тъй като кислородът, разтворен в плазмата, е незначително количество - само 0,3 ml в 100 ml кръв. Това води до заключението: ако тялото се нуждае от кислород, то не може да живее без хемоглобин.
По време на живота си (той е приблизително 120 дни) червените кръвни клетки вършат огромна работа, пренасяйки около един милиард кислородни молекули от белите дробове към тъканите. Хемоглобинът обаче има една интересна особеност: той не винаги абсорбира кислород със същата алчност, нито го предава на околните клетки със същата готовност. Това поведение на хемоглобина се определя от неговата пространствена структура и може да се регулира 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 S-образна крива. Благодарение на тази зависимост е възможно нормално снабдяване на клетките с кислород дори при малки разлики 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 и намаляване на обратния процес - дисоциацията на оксихемоглобина. Напротив, изместването на тази крива надясно (и увеличаването на завоя) показва точно обратната картина - намаляване на афинитета на хемоглобина към кислорода и по-добро освобождаване на тъканите. Ясно е, че изместването на кривата наляво е препоръчително за улавяне на кислород в белите дробове и надясно за освобождаването му в тъканите.
Кривата на дисоциация на оксихемоглобина се променя в зависимост от pH на околната среда 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 става неефективно, но с повишаване на телесната температура разтоварването на оксихемоглобина от кислорода е много активно.
Червените кръвни клетки също имат свои собствени регулаторни устройства. Това е 2,3-дифосфоглицеринова киселина, образувана при разграждането на глюкозата. „Настроението“ на хемоглобина по отношение на кислорода също зависи от това вещество. Когато 2,3-дифосфоглицериновата киселина се натрупва в червените кръвни клетки, тя намалява афинитета на хемоглобина към кислорода и насърчава освобождаването му в тъканите. Ако няма достатъчно, картината е обратната.
Интересни събития се случват и в капилярите. В артериалния край на капиляра дифузията на кислород се извършва перпендикулярно на движението на кръвта (от кръвта в клетката). Движението става в посока на разликата в парциалните налягания на кислорода, т.е. в клетките.
Клетките предпочитат физически разтворения кислород и той се използва първи. В същото време оксихемоглобинът се разтоварва от тежестта си. Колкото по-интензивно работи един орган, толкова повече кислород се нуждае. Когато се отделя кислород, пипалата на хемоглобина се освобождават. Поради усвояването на кислород от тъканите, съдържанието на оксихемоглобин във венозната кръв пада от 97 до 65-75%.
Разтоварването на оксихемоглобина същевременно подпомага транспортирането на въглероден диоксид. Последният, образуван в тъканите като краен продукт от изгарянето на въглеродсъдържащи вещества, навлиза в кръвта и може да причини значително намаляване на рН на околната среда (подкисляване), което е несъвместимо с живота. Всъщност pH 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 отстрани от тъканите до белите дробове.
Интересно е, че натрупването на въглероден диоксид в капилярите и лекото намаляване на рН на околната среда 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 самата буферна система на кръвта, неутрализира въглеродния диоксид. В този случай се образуват бикарбонати. Част от въглеродния диоксид се свързва от самия хемоглобин (което води до образуването на 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 освобождаване на водородни йони в околната среда. Последните, комбинирайки се с бикарбонати, образуват въглена киселина, която се разгражда от ензима карбоанхидраза до въглероден диоксид и вода. Въглеродният диоксид се освобождава от белите дробове и оксихемоглобинът, свързващ катиони (в замяна на отделени 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 използвате кислород за медицински цели, не трябва да забравяте за друга функция на хемоглобина - да освободи тялото от излишния въглероден диоксид.
Артериално-венозната разлика или разликата в кислородното налягане по дължината на капиляра (от артериалния до венозния край) дава представа за потребността на тъканите от кислород. Дължината на капилярното пътуване 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.
Уникалната структура на миоглобина, която е ограничена само до 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 миоглобин (или дисоциация на оксимиоглобин) с кислород има формата на хипербола, а не на S-образна форма. Това има голям биологичен смисъл, тъй като миоглобинът, разположен дълбоко в мускулната тъкан (където парциалното налягане на кислорода е ниско), жадно грабва кислород дори при условия на ниско напрежение. Създава се своеобразен резерв от кислород, който се изразходва, ако е необходимо, за образуването на енергия в митохондриите. Например в сърдечния мускул, където има много миоглобин, по време 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 немускулните клетки също да имат 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 пренесе в клетката и да прехвърли кислородни молекули към нея и да премахне въглеродния диоксид, натрупващ се в тъканните капиляри. За съжаление, този работник понякога не работи с пълен капацитет 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. Лекарите наблюдават намаляване на артериовенозната кислородна разлика. Оказва се, че хемоглобинът безполезно пренася част от кислорода, а освен това пренася по-малко въглероден диоксид. Ситуацията не е приятна.
Познаването на моделите на работа на кислородната транспортна система в естествени условия позволява на лекаря да направи редица полезни заключения за правилното използване на кислородната терапия. От само себе си се разбира, че е необходимо да се използват заедно с кислорода средства, които стимулират зитропоезата, повишават кръвотока 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 изразходва кислородът в клетките, осигурявайки тяхното нормално съществуване?
По пътя си към мястото си на участие в метаболитни реакции вътре в клетките, кислородът преодолява множество структурни образувания. Най-важните от тях са биологичните мембрани.
Всяка клетка има плазмена (или външна) мембрана и странно разнообразие от други мембранни структури, които свързват субклетъчни частици (органели). Мембраните не са просто прегради, а образувания, изпълняващи специални функции (транспорт, разграждане и синтез на вещества, производство на енергия и др.), които се определят от тяхната организация и състава на биомолекулите, включени в тях. Въпреки разнообразието във формите и размерите на мембраните, те се състоят предимно от протеини и липиди. Други 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. Нека си припомним, че структурата на кислорода напълно отговаря на критериите за окислител, използван като уловител на електрони. Известно е, че основната концентрация на окислителните реакции се случва в специални органели, митохондрии. Образните сравнения, които биохимиците дават на митохондриите, говорят за предназначението на тези малки (с размери от 0,5 до 2 микрона) частици. Те се наричат както „енергийни станции“, така и „електростанции“ на клетката, като по този начин се подчертава тяхната водеща роля в образуването на богати на енергия съединения.
Вероятно си струва да направите малко отклонение тук. Както знаете, една от основните характеристики на живите същества е ефективното извличане на енергия. Човешкото тяло използва външни източници на енергия - хранителни вещества (въглехидрати, липиди и протеини), които се раздробяват на по-малки парчета (мономери) с помощта на хидролитични ензими на стомашно-чревния тракт. Последните се абсорбират и доставят до клетките. Само онези вещества, които съдържат водород, който има голям запас от свободна енергия, имат енергийна стойност. Основната задача на клетката или по-скоро на съдържащите се в нея ензими е да обработва субстратите по такъв начин, че да отстрани водорода от тях.
Почти всички ензимни системи, които изпълняват подобна роля, са локализирани в митохондриите. Тук се окисляват глюкозният фрагмент (пирогроздена киселина), мастните киселини и въглеродните скелети на аминокиселините. След окончателната обработка, останалият водород се „отстранява“ 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 никотинамида (витамин РР) - NAD (никотинамидаденин динуклеотид), NADP (никотинамидадениндинуклеотид 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 при взаимодействието на водорода с кислорода би настъпила експлозия, което лесно се демонстрира в лабораторни експерименти. За да може водородът да освободи съдържащата се в него енергия на части, във вътрешната мембрана на митохондриите има верига от носители на електрони и протони, иначе наречена дихателна верига. В определен участък от тази верига пътищата на електроните и протоните се разминават; електроните прескачат през цитохромите (които, подобно на хемоглобина, се състоят 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. Водата вече няма енергийна стойност за тялото.
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 (присъстващи в АТФ), процесът на образуване на енергия в дихателната верига се нарича окислително фосфорилиране.
Как се получава 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 би позволило да се решат много проблеми, свързани със спасяването на клетките на тялото, засегнати от патологичен процес, които като правило изпитват енергиен глад. Според експерти разкриването на тайните на механизма на образуване на енергия в живите същества ще доведе до създаването на технически по-обещаващи генератори на енергия.
Това са перспективи. Засега е известно, че улавянето на електронна енергия се извършва в три части на дихателната верига и следователно изгарянето на два водородни атома произвежда три ATP молекули. Ефективността на такъв енергиен трансформатор е близо 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%, цветните сравнения, които бяха присъдени на митохондриите, стават ясни.
ATP енергията се използва в различни процеси: за сглобяване на сложни структури (например протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини) от изграждане на протеини, механична активност (мускулна контракция), електрическа работа (възникване 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 произтичащото от това образуване на енергия) с производствена линия, въпреки че дихателната верига е линия не за сглобяване, а за „разглобяване“ на материята.
В началото на дихателната верига е водородът. От него потокът от електрони се втурва към крайната дестинация - кислорода. При липса на кислород или недостиг на кислород производствената линия или спира, или не работи на пълен капацитет, защото няма кой да го 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 продължа тази мисъл и да добавя, че тъй като животът се контролира от потока от електрони, тогава кислородът поддържа непрекъснатостта на този 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? Принципно е възможно. Това лесно се демонстрира в лабораторни експерименти. За тялото изборът на акцептор на електрони като кислорода, така че да се транспортира лесно, да прониква във всички клетки и да участва в редокс 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 присъстват дори в присъствието на кислород. изгаряне в митохондриите „напразно“, освободената в този случай топлинна енергия е 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 реши мъдро, оставяйки известен резерв от енергийна сила за 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 телесните тъкани остават жизнеспособни именно благодарение на анаеробното производство на енергия (чрез гликолиза и гликогенолиза).
Това е малко отклонение, което говори за потенциала за образуване на енергия и съществуването на организъм без кислород, още едно 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. Този аспект на кислорода беше посочен още през 1897 г. от нашия изключителен сънародник А. Н. Бах и немския учен К. Енглер, които разработиха позицията „за бавното окисление на веществата с активен кислород“. 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 на нашия век 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 генерирането 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 дизайна на апарата за консумация на кислород за пластмасови цели. В мембраните на ендоплазмения ретикулум, който прониква в цитоплазмата на чернодробните клетки, има къса електронна транспортна верига. 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 е, че единият кислороден атом влиза в молекулата на окисленото вещество, а вторият влиза 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 в ендоплазмения ретикулум са очевидни. В първия случай кислородът се използва за образуване на вода, а във втория - 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).
Трябва обаче да се отбележи, че ензимната система на ендоплазмения ретикулум, която използва кислород за окисляване на ксенобиотиците, 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, бензопиренът, който се смяташе за канцероген, всъщност придобива тези свойства, когато се окислява в тялото, за да образува оксибензпирен.
Горните факти ни карат да обърнем голямо внимание на онези ензимни процеси, при които кислородът се използва като строителен 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, за да се използват различни техники за насочване на регулиращите потенции на кислорода в необходимата за организма посока.
Последното е особено важно в случай на използване на кислород в такъв „неконтролиран“ процес като пероксидно (или свободнорадикално) окисление на ненаситени мастни киселини. Ненаситените мастни киселини са част от различни липиди в биологичните мембрани. Архитектурата на мембраните, тяхната пропускливост и функциите на ензимните протеини, включени в 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 окисление на липидите в конвенционалните химически системи и изисква наличието на аскорбинова киселина. Участието на кислорода в липидната пероксидация, разбира се, не е най-добрият начин за оползотворяване на неговите ценни биологични качества. Свободнорадикалната природа на този процес, който може да бъде иницииран от двувалентно желязо (център на образуване на радикали), му позволява бързо да доведе до разпадане на липидния скелет на мембраните и, следователно, до клетъчна смърт.
Такава катастрофа обаче не се случва в естествени условия. 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 при липидната пероксидация, според някои изследователи, има и положителни аспекти. 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 прекомерността на 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 задоволяват неравномерно 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 производство на енергия.
Но не по-малко важно е да се доставя кислород и на други пластични процеси, въпреки че за това се изразходва 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 действие намира практическо приложение. И само в един случай лекарят трябва да помисли как да постави бариера за консумацията на кислород в клетките. Говорим за инхибиране на използването на кислород при липидната пероксидация.
Както виждаме, познаването на характеристиките на доставката и пътищата на потребление на кислород в тялото е ключът към разкриването на нарушенията, възникващи при различни видове хипоксични състояния, и правилната тактика за терапевтично използване на кислород в клиниката. .
Зооинженерен факултет на Московската селскостопанска академия. Неофициален сайт