人間の生命、植物、そしてすべての生物にとって、空気と酸素はどのような重要性を持っていますか? 健康な人、つまり人間の脳は、空気や酸素なしでどれくらい生きられるでしょうか? 水中で息を止めた記録は何ですか? なぜ私たちは呼吸するのでしょうか? 酸素

酸素- 自然界だけでなく、人体の構成においても最も一般的な要素の1つ。

化学元素としての酸素の特別な特性により、酸素は生物の進化の過程において、生命の基本的なプロセスにおいて必要なパートナーとなってきました。 酸素分子の電子配置は、反応性の高い不対電子を持っています。 したがって、酸素分子は高い酸化特性を備えているため、電子の一種のトラップとして生体系で使用されます。電子のエネルギーは、水分子内の酸素と結合すると消滅します。

酸素が電子受容体として生物学的プロセスにとって「家庭的」であることは疑いの余地がありません。 水相と脂質相の両方における酸素の溶解度は、細胞 (特に生体膜) が物理的および化学的に多様な材料から構築されている生物にとっても非常に役立ちます。 これにより、細胞のあらゆる構造形成に比較的容易に拡散し、酸化反応に参加することができます。 確かに、酸素は水性環境よりも脂肪に数倍溶けやすく、酸素を治療薬として使用する際にはこのことが考慮されます。

私たちの体の各細胞は酸素の絶え間ない供給を必要とし、酸素はさまざまな代謝反応に使用されます。 それを細胞に届けて仕分けるためには、かなり強力な輸送装置が必要です。

通常の状態では、体の細胞は毎分約 200 ~ 250 ml の酸素を供給する必要があります。 1日あたりの必要量はかなりの量(約300リットル)であることが容易に計算できます。 一生懸命働くと、この必要性は10倍になります。

肺胞から血液への酸素の拡散は、肺胞と毛細管の酸素分圧の差 (勾配) によって発生します。通常の空気を吸っている場合、酸素分圧は 104 (肺胞内の pO 2) - 45 (肺毛細管内の pO 2) になります。 ) = 59 mmHg。 美術。

肺胞空気 (平均肺活量 6 リットル) には 850 ml 以下の酸素が含まれており、通常の状態での身体の平均酸素要求量が約 200 ml であることを考慮すると、この肺胞の予備量はわずか 4 分間しか身体に酸素を供給できません。毎分。

分子状酸素が単に血漿に溶けている場合(血液100ml中に0.3mlしか溶けない)、細胞の正常な酸素必要量を確保するには、分子状酸素の量を増やす必要があると計算されています。血管血流の速度は1分間に180リットルに達します。 実際、血液は毎分わずか5リットルの速度で移動します。 組織への酸素の供給は、ヘモグロビンという素晴らしい物質によって行われます。

ヘモグロビンには、96%のタンパク質(グロビン)と4%の非タンパク質成分(ヘム)が含まれています。 ヘモグロビンはタコのように、4 本の触手で酸素を捕らえます。 肺の動脈血中の酸素分子を特異的に捕捉する「触手」の役割は、ヘム、またはその中心に位置する二価の鉄原子によって担われます。 鉄は、4 つの結合を使用してポルフィリン環の内側に「結合」されています。 この鉄とポルフィリンの複合体は、プロトヘムまたは単にヘムと呼ばれます。 他の 2 つの鉄結合は、ポルフィリン環の面に対して垂直に向いています。 それらの 1 つはタンパク質のサブユニット (グロビン) に行き、もう 1 つは遊離しており、分子状酸素を直接捕らえます。

ヘモグロビンのポリペプチド鎖は、その配置が球形に近づくように空間的に配置されています。 4つの小球にはそれぞれ「ポケット」があり、その中にヘムが入っています。 各ヘムは 1 つの酸素分子を捕捉することができます。 ヘモグロビン分子は最大 4 つの酸素分子と結合できます。

ヘモグロビンはどのように「機能」するのでしょうか?

「分子肺」(イギリスの有名な科学者 M. ペルツがヘモグロビンと呼んだもの)の呼吸サイクルを観察すると、この色素タンパク質の驚くべき特徴が明らかになります。 4 つの宝石はすべて、独立してではなく、連携して機能することがわかりました。 それぞれの宝石は、いわば、相手が酸素を加えたかどうかについて情報を与えられます。 デオキシヘモグロビンでは、すべての「触手」(鉄原子)がポルフィリン環の面から突き出ており、酸素分子と結合する準備ができています。 酸素分子を捕らえた鉄はポルフィリン環の中に引き込まれます。 最初の酸素分子は付着するのが最も難しく、後続の酸素分子は付着しやすくなります。 つまり、ヘモグロビンは「食欲は食べるとやってくる」ということわざどおりに作用するのです。 酸素を加えるとヘモグロビンの性質も変化し、より強い酸になります。 この事実は、酸素と二酸化炭素の移動において非常に重要です。

肺内で酸素が飽和すると、赤血球内のヘモグロビンが酸素を血流を通じて体の細胞や組織に運びます。 ただし、ヘモグロビンが飽和する前に、酸素が血漿に溶解し、赤血球の膜を通過する必要があります。 実際、特に酸素療法を使用する場合、医師は赤血球ヘモグロビンが酸素を保持し送達する潜在的な能力を考慮することが重要です。

通常の状態では、1 グラムのヘモグロビンは 1.34 ml の酸素と結合できます。 さらに推論すると、血液中の平均ヘモグロビン含有量が 14 ~ 16 ml% の場合、100 ml の血液は 18 ~ 21 ml の酸素と結合すると計算できます。 男性で平均約4.5リットル、女性で平均4リットルの血液量を考慮すると、赤血球ヘモグロビンの最大結合活性は約750〜900mlの酸素となります。 もちろん、これはすべてのヘモグロビンが酸素で飽和している場合にのみ可能です。

大気を呼吸するとき、ヘモグロビンは不完全に飽和しています(95〜97%)。 呼吸に純粋な酸素を使用すると、飽和させることができます。 吸入空気中の含有量を(通常の24%ではなく)35%に増やすだけで十分です。 この場合、酸素容量は最大になります(血液 100 ml あたり 21 ml の O 2 に相当します)。 遊離ヘモグロビンが不足すると、酸素は結合できなくなります。

少量の酸素が血液中に溶解した状態で残り(血液 100 ml あたり 0.3 ml)、この形で組織に送られます。 自然条件下では、血漿中に溶けている酸素は微量であり、血液 100 ml 中にわずか 0.3 ml であるため、組織の必要量はヘモグロビンに結合した酸素によって満たされます。 これは、体が酸素を必要とする場合、ヘモグロビンなしでは生きられないという結論につながります。

赤血球はその生涯 (約 120 日) の間、約 10 億個の酸素分子を肺から組織に輸送するという素晴らしい仕事をします。 しかし、ヘモグロビンには興味深い特徴があります。ヘモグロビンは、常に同じ貪欲に酸素を吸収するわけではなく、同じ意欲で周囲の細胞に酸素を与えるわけでもありません。 ヘモグロビンのこの挙動はその空間構造によって決定され、内部要因と外部要因の両方によって制御できます。

肺におけるヘモグロビンの酸素による飽和(または細胞内のヘモグロビンの解離)のプロセスは、S 字型の曲線で表されます。 この依存性のおかげで、血液中のわずかな差(98 ~ 40 mm Hg)があっても、細胞への酸素の正常な供給が可能です。

S 字曲線の位置は一定ではなく、その変化はヘモグロビンの生物学的特性の重要な変化を示しています。 曲線が左にシフトし、その曲がりが減少する場合、これはヘモグロビンの酸素に対する親和性の増加と、逆のプロセスであるオキシヘモグロビンの解離の減少を示します。 逆に、この曲線の右へのシフト (および曲がりの増加) は、まったく逆の状況、つまりヘモグロビンの酸素に対する親和性が低下し、組織へのヘモグロビンの放出が向上していることを示しています。 酸素を肺に取り込むには曲線を左にシフトし、酸素を組織に放出するには右にシフトすることが望ましいことは明らかです。

オキシヘモグロビンの解離曲線は環境のpHや温度によって変化します。 pHが低く(酸性側にシフトし)、温度が高くなるほど、ヘモグロビンによる酸素の捕捉は悪くなりますが、オキシヘモグロビンの解離中に酸素が組織に与えられやすくなります。 したがって、結論は次のとおりです。暑い雰囲気では、血液の酸素飽和は効果的に起こりませんが、体温が上昇すると、酸素からのオキシヘモグロビンの放出が非常に活発になります。

赤血球にも独自の調節装置があります。 これは、グルコースの分解中に形成される 2,3-ジホスホグリセリン酸です。 酸素に対するヘモグロビンの「気分」もこの物質に依存します。 2,3-ジホスホグリセリン酸が赤血球に蓄積すると、ヘモグロビンの酸素に対する親和性が低下し、組織へのヘモグロビンの放出が促進されます。 足りない場合は逆のイメージになります。

毛細血管でも興味深い現象が起こります。 毛細血管の動脈端では、酸素の拡散が血液の移動(血液から細胞へ)に対して垂直に発生します。 この動きは酸素分圧の差の方向、つまり細胞内に向かって起こります。

細胞は物理的に溶解した酸素を優先し、それが最初に使用されます。 同時に、オキシヘモグロビンはその負担から解放されます。 臓器が激しく機能するほど、より多くの酸素が必要になります。 酸素が放出されると、ヘモグロビンの触手が放出されます。 組織による酸素の吸収により、静脈血中のオキシヘモグロビンの含有量は 97 から 65 ~ 75% に低下します。

オキシヘモグロビンの荷降ろしは、同時に二酸化炭素の輸送を促進します。 後者は、炭素含有物質の燃焼の最終生成物として組織内で形成され、血液に入り、生命にとって好ましくない環境の pH の大幅な低下 (酸性化) を引き起こす可能性があります。 実際、動脈血と静脈血の pH は非常に狭い範囲 (0.1 以下) で変動する可能性があり、そのためには二酸化炭素を中和して組織から肺に除去する必要があります。

興味深いのは、毛細血管内の二酸化炭素の蓄積と環境の pH のわずかな低下が、オキシヘモグロビンによる酸素の放出に寄与しているだけであるということです (解離曲線が右にシフトし、S 字型の曲がりが増加します)。 ヘモグロビンは血液緩衝系そのものの役割を果たし、二酸化炭素を中和します。 この場合、重炭酸塩が形成されます。 二酸化炭素の一部はヘモグロビン自体と結合します (その結果、カルベモグロビンが形成されます)。 ヘモグロビンは、組織から肺への二酸化炭素の最大 90% の輸送に直接的または間接的に関与していると推定されています。 肺では、ヘモグロビンの酸素化によりその酸性が増加し、水素イオンが環境に放出されるため、逆のプロセスが発生します。 後者は重炭酸塩と結合して炭酸を形成し、炭酸脱水酵素によって二酸化炭素と水に分解されます。 二酸化炭素は肺から放出され、陽イオンと結合したオキシヘモグロビンが(分離された水素イオンと引き換えに)末梢組織の毛細血管に移動します。 組織に酸素を供給する行為と、肺への組織から二酸化炭素を除去する行為との間にこのような密接な関係があることは、酸素を医療目的で使用する場合、ヘモグロビンのもう一つの機能、つまり過剰な二酸化炭素を体から解放することを忘れてはいけないことを思い出させます。

毛細血管(動脈から静脈の端まで)に沿った動脈と静脈の差または酸素圧の差は、組織の酸素要求量のアイデアを与えます。 オキシヘモグロビンの毛細管移動の長さは臓器によって異なります(また、臓器の酸素必要量は同じではありません)。 したがって、たとえば、脳内の酸素分圧は心筋よりも低下しません。

ただし、ここでは、心筋や他の筋肉組織が特別な状態にあることを留保し、思い出していただく必要があります。 筋細胞には、流れる血液から酸素を取り込むための能動的なシステムがあります。 この機能は、ヘモグロビンと同じ構造を持ち、同じ原理で働くミオグロビンによって行われます。 ミオグロビンだけが 1 つのタンパク質鎖 (ヘモグロビンのように 4 つではない) を持ち、したがって 1 つのヘムを持ちます。 ミオグロビンはヘモグロビンの 4 分の 1 に似ており、酸素分子を 1 つだけ捕らえます。

ミオグロビンの独特の構造は、そのタンパク質分子の組織化の三次レベルにのみ限定されており、酸素との相互作用に関連しています。 ミオグロビンはヘモグロビンよりも 5 倍速く酸素と結合します (酸素に対する親和性が高い)。 酸素によるミオグロビン飽和(またはオキシミオグロビン解離)曲線は、S 字形ではなく双曲線の形をしています。 ミオグロビンは筋肉組織の深部(酸素分圧が低い場所)に位置し、張力が低い状態でも貪欲に酸素を捕捉するため、これは生物学的に非常に理にかなっています。 一種の酸素貯蔵量が生成され、必要に応じてミトコンドリアでのエネルギーの形成に費やされます。 たとえば、ミオグロビンが豊富な心筋では、拡張期に酸素の貯蔵量がオキシミオグロビンの形で細胞内に形成され、収縮期には筋肉組織の必要量が満たされます。

明らかに、筋肉器官の絶え間ない機械的作業には、酸素を捕らえて蓄えるための追加の装置が必要でした。 自然はそれをミオグロビンの形で作り出しました。 非筋細胞にも、血液から酸素を取り込むためのまだ知られていないメカニズムがある可能性があります。

一般に、赤血球ヘモグロビンの働きの有用性は、赤血球ヘモグロビンがどれだけ多くの酸素分子を細胞に運び、そこに酸素分子を移送し、組織の毛細血管に蓄積する二酸化炭素を除去できるかによって決まります。 残念なことに、この労働者は、自分に落ち度がないのに、フル能力で働けないことがあります。毛細血管内のオキシヘモグロビンからの酸素の放出は、酸素を消費する細胞内の生化学反応の能力に依存しています。 酸素がほとんど消費されないと、酸素は「停滞」しているように見え、液体媒体中での溶解度が低いため、動脈床から酸素が供給されなくなります。 医師は動静脈の酸素差の減少を観察します。 ヘモグロビンは無駄に酸素の一部を運び、さらに二酸化炭素の運搬量が少ないことがわかりました。 状況は楽しいものではありません。

自然条件における酸素輸送システムの動作パターンを知ることで、医師は酸素療法を正しく使用するために多くの有用な結論を導き出すことができます。 言うまでもなく、酵素生成を刺激し、患部の血流を増加させ、体の組織での酸素の利用を助ける薬剤を酸素と一緒に使用する必要があります。

同時に、細胞の正常な存在を確保するために、酸素がどのような目的で細胞内で消費されるのかを明確に知る必要があります。

酸素は、細胞内の代謝反応に参加する場所に向かう途中で、多くの構造形成を乗り越えます。 その中で最も重要なものは生体膜です。

すべての細胞には、原形質 (または外) 膜と、細胞内粒子 (細胞小器官) を結合する奇妙なさまざまな他の膜構造があります。 膜は単なる隔壁ではなく、特別な機能(輸送、物質の分解と合成、エネルギー生産など)を実行する形成物であり、その機能はその組織とそれに含まれる生体分子の組成によって決まります。 膜の形状やサイズはさまざまですが、主にタンパク質と脂質で構成されています。 膜に含まれる他の物質 (炭水化物など) も、化学結合を介して脂質またはタンパク質に結合しています。

膜内のタンパク質 - 脂質分子の構成の詳細についてはここでは触れません。 生体膜の構造のすべてのモデル (「サンドイッチ」、「モザイク」など) は、タンパク質分子によって結合された二分子脂質フィルムが膜内に存在すると仮定していることに注意することが重要です。

膜の脂質層は絶えず動いている液体の膜です。 酸素は脂肪への溶解度が高いため、膜の二重脂質層を通過して細胞に入ります。 酸素の一部は、ミオグロビンなどのキャリアを介して細胞の内部環境に輸送されます。 酸素は細胞内で可溶状態にあると考えられています。 おそらく、脂質層ではより多く溶解し、親水性層ではより少なく溶解すると考えられます。 酸素の構造は、電子トラップとして使用される酸化剤の基準を完全に満たしていることを思い出してください。 酸化反応の主な集中は特別な細胞小器官であるミトコンドリアで起こることが知られています。 生化学者がミトコンドリアに与えた比喩的な比較は、これらの小さな (サイズが 0.5 ~ 2 ミクロン) 粒子の目的について語っています。 それらは細胞の「エネルギーステーション」と「発電所」の両方と呼ばれ、エネルギー豊富な化合物の形成における主導的な役割が強調されています。

ここで少し脱線してみる価値はあるかもしれません。 ご存知のとおり、生物の基本的な特性の 1 つは、エネルギーを効率的に取り出すことです。 人体は外部エネルギー源、つまり栄養素(炭水化物、脂質、タンパク質)を使用しますが、これらは消化管の加水分解酵素の助けを借りて小さな断片(モノマー)に粉砕されます。 後者は吸収されて細胞に送られます。 自由エネルギーを大量に供給できる水素を含む物質だけがエネルギー価値を持ちます。 細胞、あるいは細胞に含まれる酵素の主な役割は、基質から水素を除去するように基質を処理することです。

同様の役割を果たすほとんどすべての酵素系はミトコンドリアに局在しています。 ここでは、グルコースフラグメント(ピルビン酸)、脂肪酸、アミノ酸の炭素骨格が酸化されます。 最終処理後、これらの物質から残りの水素が「除去」されます。

特別な酵素(デヒドロゲナーゼ)の助けを借りて可燃性物質から分離される水素は、遊離の形ではなく、特別なキャリアである補酵素と結合しています。 これらは、ニコチンアミド (ビタミン PP) - NAD (ニコチンアミドアデニン ジヌクレオチド)、NADP (ニコチンアミドアデニン ジヌクレオチド リン酸) の誘導体、およびリボフラビン (ビタミン B2) - FMN (フラビン モノヌクレオチド) および FAD (フラビン アデニン ジヌクレオチド) の誘導体です。

水素はすぐには燃焼しませんが、少しずつ燃焼します。 そうしないと、水素が酸素と相互作用すると爆発が発生するため、セルはそのエネルギーを使用できなくなりますが、これは実験室での実験で簡単に実証されます。 水素がそれに含まれるエネルギーを部分的に放出するために、ミトコンドリアの内膜には呼吸鎖とも呼ばれる電子および陽子伝達体の鎖があります。 この鎖の特定のセクションでは、電子と陽子の経路が分岐します。 電子はシトクロム (ヘモグロビンと同様、タンパク質とヘムで構成されています) を飛び越え、陽子は環境に逃げます。 シトクロムオキシダーゼが存在する呼吸鎖の終点では、電子が酸素の上に「滑り込み」ます。 この場合、電子のエネルギーは完全に消滅し、陽子を結合していた酸素は水分子に還元されます。 水はもはや体にとってエネルギー価値を持ちません。

呼吸鎖に沿ってジャンプする電子によって放出されるエネルギーは、アデノシン三リン酸 - ATP の化学結合のエネルギーに変換され、ATP は生物の主要なエネルギー蓄積器として機能します。 ここでは、酸化とエネルギー豊富なリン酸結合(ATP に存在)の形成という 2 つの作用が組み合わされているため、呼吸鎖におけるエネルギー形成のプロセスは酸化的リン酸化と呼ばれます。

呼吸鎖に沿った電子の移動と、この移動中のエネルギーの捕捉の組み合わせはどのようにして起こるのでしょうか? まだ完全には明らかになっていません。 一方、生物学的エネルギー変換器の作用により、一般にエネルギー飢餓に陥る病理学的プロセスの影響を受けた体細胞の救済に関連する多くの問題を解決することが可能となる。 専門家らによると、生物のエネルギー生成メカニズムの秘密を解明することで、より技術的に有望なエネルギー発生装置の創出につながるという。

これらは視点です。 今のところ、電子エネルギーの捕獲は呼吸鎖の 3 つのセクションで発生し、したがって 2 つの水素原子の燃焼により 3 つの ATP 分子が生成されることが知られています。 このようなエネルギー変換器の効率は 50% に近くなります。 呼吸鎖における水素の酸化中に細胞に供給されるエネルギーの割合が少なくとも70〜90%であることを考慮すると、ミトコンドリアに与えられた多彩な比較が明らかになります。

ATP エネルギーは、さまざまなプロセスで使用されます。タンパク質の構築からの複雑な構造 (タンパク質、脂肪、炭水化物、核酸など) の組み立て、機械的活動 (筋肉の収縮)、電気的働き (神経インパルスの発生と伝播) )、細胞内の物質の輸送と蓄積など。つまり、エネルギーなしでは生命は不可能であり、エネルギーが急激に不足するとすぐに生物は死んでしまいます。

エネルギー生成における酸素の役割の問題に戻りましょう。 一見すると、この重要なプロセスへの酸素の直接の関与は隠蔽されているように見えます。 呼吸鎖は物質を組み立てるためのラインではなく、物質を「分解」するためのラインですが、水素の燃焼 (およびその結果として生じるエネルギーの形成) を生産ラインと比較するのはおそらく適切でしょう。

呼吸鎖の起源は水素です。 そこから、電子の流れが最終目的地である酸素に向かって流れます。 酸素が存在しないか不足すると、生産ラインは停止するか、フル稼働しなくなります。これは、酸素を降ろす人がいない、または降ろす効率が制限されるためです。 電子の流れがなく、エネルギーもありません。 傑出した生化学者A. セント・ジョルジの適切な定義によれば、生命は電子の流れによって制御され、その動きは外部エネルギー源である太陽によって設定されます。 この考えを続けて、生命は電子の流れによって制御されているため、酸素がこの流れの連続性を維持していると付け加えたくなる誘惑にかられます。

酸素を別の電子受容体と置き換え、呼吸鎖の負荷を解除し、エネルギー生産を回復することは可能でしょうか? 原理的には可能です。 これは実験室での実験で簡単に実証されます。 身体にとって、容易に輸送され、すべての細胞に浸透し、酸化還元反応に参加できるように酸素などの電子受容体を選択することは、依然として理解できない作業です。

したがって、酸素は、呼吸鎖内の電子の流れの連続性を維持しながら、通常の状態では、ミトコンドリアに入る物質からのエネルギーの継続的な形成に貢献します。

もちろん、上に示した状況はいくぶん単純化されており、エネルギー プロセスの調節における酸素の役割をより明確に示すためにこれを行いました。 このような調節の有効性は、移動する電子 (電流) のエネルギーを ATP 結合の化学エネルギーに変換する装置の動作によって決まります。 酸素があっても栄養素があれば。 ミトコンドリアが「無駄に」燃焼すると、この場合に放出される熱エネルギーは体には役に立たず、エネルギー飢餓が起こり、その後のすべての結果が生じる可能性があります。 しかし、組織ミトコンドリアにおける電子伝達中にリン酸化が障害されるこのような極端なケースはほとんどあり得ず、実際には遭遇したことがありません。

より頻繁に起こるのは、細胞への酸素供給不足に関連したエネルギー生産の調節不全のケースです。 これは即死を意味するのでしょうか? そうではないことがわかりました。 進化は賢明に決定され、人間の組織にエネルギー強度の一定の蓄えを残しました。 それは、炭水化物からエネルギーを形成するための無酸素(嫌気性)経路によって提供されます。 ただし、酸素の存在下で同じ栄養素が酸化されると、酸素がない場合よりも 15 ~ 18 倍多くのエネルギーが供給されるため、その効率は比較的低くなります。 しかし、危機的な状況では、(解糖およびグリコーゲン分解による)嫌気性エネルギー生成によって、体組織はまさに生存し続けます。

これは、エネルギー形成の可能性と酸素なしでの生物の存在について語るちょっとした余談であり、酸素が生命プロセスの最も重要な調節因子であり、酸素なしでは存在が不可能であることのさらなる証拠です。

しかし、同様に重要なのは、エネルギーだけでなく、プラスチックプロセスにも酸素が関与していることです。 酸素のこの側面は、1897 年に私たちの優れた同胞である A. N. バッハとドイツの科学者 K. エングラーによって指摘され、「活性酸素による物質のゆっくりとした酸化」に関する立場を確立しました。 エネルギー反応における酸素の関与の問題に対する研究者の関心が高すぎるため、長い間、これらの規定は忘れ去られたままでした。 私たちの世紀の60年代になって初めて、多くの天然および外来化合物の酸化における酸素の役割の問題が再び提起されました。 結局のところ、このプロセスはエネルギーの生成とは何の関係もありません。

酸素を使用して酸化物質の分子に酸素を導入する主な臓器は肝臓です。 肝細胞では、多くの外来化合物がこの方法で中和されます。 そして、肝臓が薬物や毒物を中和するための実験室と正しく呼ばれる場合、このプロセスにおける酸素には(支配的ではないにしても)非常に名誉ある場所が与えられます。

プラスチック目的の酸素消費装置のローカリゼーションと設計について簡単に説明します。 肝細胞の細胞質を貫通する小胞体の膜には、短い電子伝達鎖があります。 これは、長い(多数の保因者を伴う)呼吸鎖とは異なります。 この鎖の電子と陽子の供給源は還元型 NADP です。還元型 NADP は、たとえばペントースリン酸回路におけるグルコースの酸化中に細胞質で形成されます (したがって、グルコースは物質の解毒における完全なパートナーと呼ぶことができます)。 電子と陽子は、フラビンを含む特別なタンパク質 (FAD) に転送され、そこから最終リンクであるシトクロム P-450 と呼ばれる特別なシトクロムに転送されます。 ヘモグロビンやミトコンドリアのシトクロムと同様、ヘムを含むタンパク質です。 その機能は二重であり、酸化物質と結合し、酸素の活性化に関与します。 シトクロム P-450 のこのような複雑な機能の最終結果は、1 つの酸素原子が酸化物質の分子に入り、2 つ目の酸素原子が水分子に入ります。 ミトコンドリアでのエネルギー生成時と小胞体での物質の酸化時における酸素消費の最終行為の違いは明らかです。 前者の場合は酸素を使用して水を形成し、後者の場合は水と酸化基質の両方を形成します。 プラスチックの目的で体内で消費される酸素の割合は10〜30%になる可能性があります(これらの反応が有利に起こる条件に応じて)。

酸素を他の元素で置き換える可能性について(純粋に理論的にさえ)疑問を提起することは無意味です。 この酸素利用経路が、最も重要な天然化合物(コレステロール、胆汁酸、ステロイドホルモン)の交換にも必要であることを考慮すると、酸素の機能がどれほど広範囲に及ぶかを理解するのは簡単です。 それは、多くの重要な内因性化合物の形成と異物(または、現在呼ばれている生体異物)の解毒を調節していることが判明しました。

ただし、酸素を使用して生体異物を酸化する小胞体の酵素系には、次のようなコストがかかることに注意する必要があります。 酸素が物質に導入されると、元の化合物よりも毒性の高い化合物が形成されることがあります。 このような場合、酸素は無害な化合物で体を毒する共犯者として機能します。 たとえば、発がん物質が酸素の関与により前発がん物質から生成される場合、そのようなコストは深刻な事態に陥ります。 特に、発がん性物質と考えられていたタバコの煙のよく知られた成分であるベンゾピレンは、体内で酸化されてオキシベンズピレンを形成すると、実際にこれらの特性を獲得します。

上記の事実により、酸素が建築材料として使用される酵素プロセスに細心の注意を払う必要があります。 場合によっては、この酸素消費方法に対する予防策を開発する必要があります。 これは非常に難しい作業ですが、酸素の調節力を体にとって必要な方向に導くために、さまざまな技術を使用するために、アプローチを模索する必要があります。

後者は、不飽和脂肪酸の過酸化物(またはフリーラジカル)酸化などの「制御されていない」プロセスで酸素を使用する場合に特に重要です。 不飽和脂肪酸は、生体膜のさまざまな脂質の一部です。 膜の構造、透過性、膜に含まれる酵素タンパク質の機能は、主に各種脂質の比率によって決まります。 脂質の過酸化は、酵素の助けを借りて、または酵素を使わずに発生します。 2 番目のオプションは、従来の化学システムにおける脂質のフリーラジカル酸化と何ら変わりはなく、アスコルビン酸の存在を必要とします。 もちろん、脂質の過酸化に酸素が関与することは、脂質の貴重な生物学的性質を利用する最良の方法ではありません。 二価の鉄(ラジカル形成の中心)によって開始されるこのプロセスのフリーラジカルの性質により、膜の脂質主鎖の崩壊が急速に起こり、その結果、細胞死につながります。

しかし、このような大惨事は自然条件では起こりません。 細胞には、脂質過酸化の連鎖を断ち切り、フリーラジカルの形成を防ぐ天然の抗酸化物質 (ビタミン E、セレン、一部のホルモン) が含まれています。 それにもかかわらず、一部の研究者によると、脂質過酸化における酸素の使用にはプラスの側面もあります。 生物学的条件下では、過酸化脂質はより水溶性の化合物であり、膜からより容易に放出されるため、膜の自己再生には脂質の過酸化が必要です。 それらは新しい疎水性脂質分子に置き換えられます。 このプロセスの過剰だけが、体の膜の崩壊や病理学的変化を引き起こします。

棚卸しをする時期が来ました。 したがって、酸素は生命プロセスの最も重要な調節因子であり、ミトコンドリアの呼吸鎖におけるエネルギーの形成に必要な成分として体の細胞によって使用されます。 これらのプロセスの酸素要求量は不均等に満たされ、多くの条件(酵素系の力、基質中の豊富さ、酸素自体の利用可能性)に依存しますが、それでも酸素の大部分はエネルギープロセスに費やされます。 したがって、「生活賃金」と、急性酸素欠乏時の個々の組織や器官の機能は、内因性酸素貯蔵量と無酸素エネルギー生産経路の力によって決まります。

ただし、他のプラスチックプロセスに酸素を供給することも同様に重要ですが、酸素のより少ない部分がこのために消費されます。 多くの必要な自然合成(コレステロール、胆汁酸、プロスタグランジン、ステロイドホルモン、アミノ酸代謝の生物学的に活性な生成物)に加えて、薬物や毒物の中和には酸素の存在が特に必要です。 異物による中毒の場合、プラスチックにとっては、エネルギー目的よりも酸素の方が極めて重要であると考えられるかもしれません。 酩酊の場合には、この側の動作が実際に応用されます。 そして、医師が細胞内の酸素消費に対する障壁を設ける方法を考えなければならないのは 1 つのケースだけです。 私たちは脂質過酸化における酸素の使用の阻害について話しています。

ご覧のとおり、体内の酸素消費の特徴と経路についての知識は、さまざまなタイプの低酸素状態で発生する障害を解明し、臨床で酸素を治療に使用するための正しい戦術を解明する鍵となります。 。

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1. 単細胞生物では、細胞はあらゆる生物に特有の機能をすべて果たしています。これらの機能に名前を付けてください 2. 多細胞生物では、生命 生物の世界は多様です。 ただし、有機世界のさまざまな王国の代表者には共通の特性があります。 標識を選択してください

特徴: A - 植物用。 B - 動物。 B - 生きているすべての人
生物:
1 - 細胞構造を持っています。
2 - 既製の有機物質を餌にします。
3 - 光合成中に有機物質を生成します。
4 - 呼吸すると酸素を吸収し、二酸化炭素を放出します。
5 - 無機物質と有機物質で構成されます。
6 - 細胞には、細胞液を含む色素体と液胞が含まれています。
7 - 代謝とエネルギーが可能。
8 - 大多数は実質的に動かない。
9 - 活発な動きが可能。
10 - 環境条件に適応:
11 - 代謝の最終生成物は尿素です。
12 - 原形質膜はセルロース細胞壁で覆われています。
13 - 特徴的に成長が制限されています。
14 - 細胞には細胞中心と細胞液のない小さな液胞が含まれています。

堆積岩の形成に生物はどのような関与をしていますか?表に記入してください。チョーク__________ (どのような生物がそれに関与していますか)

教育)。 石炭 _______________ (その形成に関与した生物) =)))

生物の死の原因には、他の生物、病気、食糧不足、不利な生活条件などが考えられます。 属性を付けることは可能ですか

呼吸は、息を吸う空気とともに生命に必要な酸素を体内に取り込み、吐き出すときに二酸化炭素を放出するために必要であることをおそらくご存知でしょう。

動物を含むすべての生き物は呼吸します。

鳥も植物も。

なぜ生物は酸素なしでは生命が成り立たないほど酸素を必要とするのでしょうか? そして、体が絶えず除去する必要がある二酸化炭素は細胞内のどこから来るのでしょうか?

実際のところ、生物の各細胞は小さいながらも非常に活発な生化学的生産を表しています。 エネルギーがなければ生産は不可能であることをご存知ですか。 細胞や組織で発生するすべてのプロセスは、大量のエネルギーを消費して発生します。

それはどこから来たのですか?

私たちが食べる食べ物には、炭水化物、脂肪、タンパク質があります。 細胞内ではこれらの物質が 酸化する。 ほとんどの場合、複雑な物質の変換の連鎖は、普遍的なエネルギー源であるグルコースの形成につながります。 グルコースが酸化されるとエネルギーが放出されます。 酸素はまさに酸化に必要なものです。 これらの反応の結果として放出されるエネルギーは、特殊な高エネルギー分子の形で細胞に蓄えられます。これらは、バッテリーや蓄電池と同様、必要に応じてエネルギーを放出します。 そして、栄養素の酸化の最終生成物は水と二酸化炭素であり、これらは体から除去されます。細胞から血液に入り、肺に二酸化炭素を運び、そこで呼気中に排出されます。 人は 1 時間で 5 ~ 18 リットルの二酸化炭素と最大 50 グラムの水を肺から放出します。

ところで...

生化学プロセスの「燃料」である高エネルギー分子は、ATP(アデノシン三リン酸)と呼ばれます。 人間の場合、1 つの ATP 分子の寿命は 1 分未満です。 人間の体は 1 日あたり約 40 kg の ATP を合成しますが、そのすべてはほぼ即座に消費され、実際には体内に ATP 貯蔵量は作成されません。 通常の生命活動のためには、常に新しい ATP 分子を合成する必要があります。 酸素がなければ、生物は最長でも数分間しか生きられないのはこのためです。

酸素を必要としない生物は存在するのでしょうか?

私たちは皆、嫌気呼吸のプロセスについてよく知っています。 したがって、生地やクバスの発酵は、酵母によって実行される嫌気性プロセスの一例です。酵母はグルコースをエタノール(アルコール)に酸化します。 牛乳を酸っぱくするプロセスは、乳糖乳糖を乳酸に変換する乳酸発酵を行う乳酸菌の働きの結果です。

無酸素呼吸があるのに、なぜ酸素呼吸が必要なのでしょうか?

したがって、好気性酸化は嫌気性酸化よりも何倍も効果的です。 比較してください: 1 つのグルコース分子の嫌気性分解中には 2 つの ATP 分子のみが形成されますが、グルコース分子の好気性分解の結果として、38 個の ATP 分子が形成されます。 代謝プロセスが高速で強度の高い複雑な生物の場合、嫌気呼吸だけでは生命を維持するのに十分ではありません。たとえば、動作するのに 3 ~ 4 個の電池を必要とする電子玩具は、1 個の電池を挿入しただけでは電源が入りません。

人体の細胞内で無酸素呼吸は可能でしょうか?

確かに! 解糖と呼ばれるグルコース分子の分解の最初の段階は、酸素の存在なしで行われます。 解糖は、ほぼすべての生物に共通のプロセスです。 解糖中に、ピルビン酸(ピルビン酸)が形成されます。 酸素呼吸中と無酸素呼吸中の両方で ATP の合成につながるさらなる変化の道を歩み始めるのは彼女です。

したがって、筋肉内の ATP 貯蔵量は非常に少なく、1 ~ 2 秒間の筋肉作業に十分な量しかありません。 筋肉が短期間だが活発な活動を必要とする場合、嫌気性呼吸が最初に動員されます。筋肉はより速く活性化され、約 90 秒間の活発な筋肉活動のためのエネルギーを提供します。 筋肉が 2 分以上活発に働くと、好気呼吸が始まります。これにより、ATP 生成はゆっくりと起こりますが、長時間 (数時間まで) 身体活動を維持するのに十分なエネルギーが供給されます。

すべてについてすべて。 5巻 リクム・アルカディ

なぜ酸素が必要なのでしょうか?

なぜ酸素が必要なのでしょうか?

動物は食べ物がなくても数週間、水がなくても数日間生きられます。 しかし、酸素がなければ数分以内に死んでしまいます。 酸素は化学元素であり、地球上で最も一般的なものの 1 つです。 それは私たちの周りのいたるところに存在し、空気の約5分の1を占めています(そして残りのほとんどは窒素です)。 酸素は他のほとんどすべての元素と結合します。 生体内では水素や炭素などと結合し、人体の総重量の約3分の2を占めます。

常温では、酸素は他の元素と非常にゆっくりと反応し、酸化物と呼ばれる新しい物質を形成します。 このプロセスは酸化反応と呼ばれます。 生物の体内では常に酸化が起こっています。 食べ物は生きた細胞の燃料です。

食べ物が酸化するとエネルギーが放出され、体はそれを使って体を動かし、成長します。 生物の中で起こるゆっくりとした酸化は、しばしば内部呼吸と呼ばれます。 人は肺を通して酸素を吸い込みます。 肺から循環系に入り、全身に運ばれます。 私たちは空気を吸うことで、体の細胞に内部呼吸のための酸素を供給します。 したがって、私たちはエネルギーを得るために酸素を必要とし、そのおかげで体は機能することができます。

呼吸障害のある人は酸素室に入れられることが多く、そこで患者は酸素が 40 ~ 60% 含まれた空気を呼吸するため、必要な量の酸素を得るために多くのエネルギーを費やす必要がありません。 酸素は生物が呼吸するために常に空気から摂取していますが、その貯蔵量が尽きることはありません。 植物は栄養補給中に酸素を放出し、それによって私たちの酸素供給を補充します。

『アート界の人物』より 著者 シトニコフ・ヴィタリー・パブロヴィチ

なぜオーケストラには指揮者が必要なのでしょうか? オペラハウスに行ったことがある人なら、開演前にオーケストラピットに集まったミュージシャン全員が楽器のチューニングをしている、想像を絶する騒音が聞こえたことを覚えているでしょう。 したがって、これを管理するには

『国と民族』という本より。 質問と回答 著者 クカノバ Yu. V.

なぜアレクサンドリア灯台が必要だったのでしょうか? 紀元前 3 世紀、エジプトのアレクサンドリアに灯台が建てられ、市内の湾に到着する船が海岸のサンゴ礁をうまく航行できるようになりました。 この構造は 3 つの大理石の塔で構成されており、最も高い塔は次のようになりました。

「私たちの周りの世界」という本より 著者 シトニコフ・ヴィタリー・パブロヴィチ

なぜオーケストラには指揮者が必要なのでしょうか? オペラハウスに行ったことがある人なら、公演開始前に想像を絶するような騒音が起こったことを覚えているでしょう。 偉大なイーゴリ・ストラヴィンスキーの指揮 (1929 年) オーケストラピットに集まった音楽家全員がチューニングを行っています

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なぜ睡眠が必要なのでしょうか? 睡眠は異常で神秘的な現象として常に人々の注目を集めてきました。 彼は誤解を引き起こし、時には恐怖を引き起こしました。 その夢は死に近いもののようでした。つまり、何らかの神がそれを制御しているに違いありません。 たとえば、古代ギリシャの睡眠の神ヒュプノスは従者の一員でした。

『シンプルな質問』という本から。 百科事典のような本 著者 アントネッツ・ウラジーミル・アレクサンドロヴィチ

なぜ犬には飼い主が必要なのでしょうか? 犬には飼い主が必要であるという信念は、犬の愛着と献身が頻繁に観察される(ただし常にではない)こと、そして人間自身が自分たちを飼い主であると認識しているという事実に基づいています。 しかし、所有者は純粋に人間であり、社会心理学的です。

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なぜビオチンが必要なのでしょうか? ビオチン (ビタミン H) は、二酸化炭素が有機化合物に移動する反応 (脂肪酸の生合成など) に関与する補酵素です。 ビオチンは腸内細菌叢によって合成されるため、人間ではビオチンが欠乏します。

『The Newest Book of Facts』という本から。 1巻 【天文学と天体物理学。 地理学およびその他の地球科学。 生物学と医学】 著者 コンドラショフ・アナトリー・パブロヴィチ

なぜビタミンB6が必要なのでしょうか? ビタミン B6 は、タンパク質の代謝と多価不飽和脂肪酸の合成において重要な役割を果たします。 自然界では、ピリドキシン、ピリドキサール、ピリドキサミンの 3 つの形態で存在します。 すべての形態のビタミン B6 は体内で簡単に変換されます。

『The Newest Book of Facts』という本から。 1巻 【天文学と天体物理学。 地理学およびその他の地球科学。 生物学と医学】 著者 コンドラショフ・アナトリー・パブロヴィチ

なぜ人体にはリボフラビンが必要なのでしょうか? リボフラビン (ビタミン B2) は組織呼吸のプロセスに関与し、したがって体内のエネルギー生成に貢献します。 リボフラビンが不足すると、皮膚、粘膜の損傷、障害が発生します。

著者 コンドラショフ・アナトリー・パブロヴィチ

『The Newest Book of Facts』という本から。 第 1 巻。 天文学と天体物理学。 地理学およびその他の地球科学。 生物学と医学 著者 コンドラショフ・アナトリー・パブロヴィチ

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なぜ男が必要なのですか? 偉大な女性の一人は、興味深い考えを述べました。「理想の男性に出会えなかったと泣く女性もいれば、出会えたと泣く女性もいます。」 ほとんどの場合、女性は、自分の夢の男性、つまり理想の男性(自分にぴったりの人)を見つけたら…と考えます。

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14. なぜ資本家が必要なのですか? 資本主義支持者のお気に入りの議論は、企業の所有者、つまり資本家は労働者でもあり、つまり、イニシアチブ、リーダーシップ、競争といった特別なスキルを持った「生産の組織者」でもあるが、それがなければ労働者ではない、というものだ。

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過剰な酸素

酸素欠乏

原因:

  • 吸入空気中の O2 分圧の減少。

なぜ私たちは呼吸するのでしょうか?

呼吸は、息を吸う空気とともに生命に必要な酸素を体内に取り込み、吐き出すときに二酸化炭素を放出するために必要であることをおそらくご存知でしょう。

動物、鳥、植物など、すべての生き物は呼吸します。

なぜ生物は酸素なしでは生命が成り立たないほど酸素を必要とするのでしょうか? そして、体が絶えず除去する必要がある二酸化炭素は細胞内のどこから来るのでしょうか?

実際のところ、生物の各細胞は小さいながらも非常に活発な生化学的生産を表しています。 エネルギーがなければ生産は不可能であることをご存知ですか。 細胞や組織で発生するすべてのプロセスは、大量のエネルギーを消費して発生します。

それはどこから来たのですか?

私たちが食べる食べ物には、炭水化物、脂肪、タンパク質があります。 細胞内では、これらの物質は酸化されます。 ほとんどの場合、複雑な物質の変換の連鎖は、普遍的なエネルギー源であるグルコースの形成につながります。 グルコースが酸化されるとエネルギーが放出されます。 酸素はまさに酸化に必要なものです。 これらの反応の結果として放出されるエネルギーは、特殊な高エネルギー分子の形で細胞に蓄えられます。これらは、バッテリーや蓄電池と同様、必要に応じてエネルギーを放出します。 そして、栄養素の酸化の最終生成物は水と二酸化炭素であり、これらは体から除去されます。細胞から血液に入り、肺に二酸化炭素を運び、そこで呼気中に排出されます。 人は 1 時間で 5 ~ 18 リットルの二酸化炭素と最大 50 グラムの水を肺から放出します。

ところで。

生化学プロセスの「燃料」である高エネルギー分子は、ATP(アデノシン三リン酸)と呼ばれます。 人間の場合、1 つの ATP 分子の寿命は 1 分未満です。 人間の体は 1 日あたり約 40 kg の ATP を合成しますが、そのすべてはほぼ即座に消費され、実際には体内に ATP 貯蔵量は作成されません。 通常の生命活動のためには、常に新しい ATP 分子を合成する必要があります。 酸素がなければ、生物は最長でも数分間しか生きられないのはこのためです。

酸素を必要としない生物は存在するのでしょうか?

私たちは皆、嫌気呼吸のプロセスについてよく知っています。 したがって、生地やクバスの発酵は、酵母によって実行される嫌気性プロセスの一例です。酵母はグルコースをエタノール(アルコール)に酸化します。 牛乳を酸っぱくするプロセスは、乳糖乳糖を乳酸に変換する乳酸発酵を行う乳酸菌の働きの結果です。

無酸素呼吸が利用できるのに、なぜ酸素呼吸が必要なのでしょうか?

したがって、好気性酸化は嫌気性酸化よりも何倍も効果的です。 比較してください: 1 つのグルコース分子の嫌気性分解中には 2 つの ATP 分子のみが形成されますが、グルコース分子の好気性分解の結果として、38 個の ATP 分子が形成されます。 代謝プロセスが高速で強度の高い複雑な生物の場合、嫌気呼吸だけでは生命を維持するのに十分ではありません。たとえば、動作するのに 3 ~ 4 個の電池を必要とする電子玩具は、1 個の電池を挿入しただけでは電源が入りません。

人体の細胞内で無酸素呼吸は可能でしょうか?

確かに! 解糖と呼ばれるグルコース分子の分解の最初の段階は、酸素の存在なしで行われます。 解糖は、ほぼすべての生物に共通のプロセスです。 解糖中に、ピルビン酸(ピルビン酸)が形成されます。 酸素呼吸中と無酸素呼吸中の両方で ATP の合成につながるさらなる変化の道を歩み始めるのは彼女です。

したがって、筋肉内の ATP 貯蔵量は非常に少なく、1 ~ 2 秒間の筋肉作業に十分な量しかありません。 筋肉が短期間だが活発な活動を必要とする場合、嫌気性呼吸が最初に動員されます。筋肉はより速く活性化され、約 90 秒間の活発な筋肉活動のためのエネルギーを提供します。 筋肉が 2 分以上活発に働くと、好気呼吸が始まります。これにより、ATP 生成はゆっくりと起こりますが、長時間 (数時間まで) 身体活動を維持するのに十分なエネルギーが供給されます。

あなたのコメント:

彼ら自身も、自分の言っていることが正しいかどうか全くわかっていないにもかかわらず、間違いを非難します。

ATP水。 どうやら人々は学校であまり勉強しなかったらしい

なぜ自然酸素が必要なのでしょうか?

酸素は何のためにあるのでしょうか?

精神的パフォーマンスの向上。

ストレスに対する体の抵抗力を高め、神経ストレスを軽減します。

血液中の酸素レベルを正常に維持し、それによって皮膚の細胞や臓器の栄養を改善します。

内臓の機能が正常化され、代謝が促進されます。

減量 - 酸素は脂肪の活発な分解を促進します。

睡眠の正常化 - 細胞が酸素で飽和するため、体がリラックスし、睡眠が深くなり、長く続きます。

低酸素症(酸素欠乏)の問題を解決します。

科学者や医師によれば、自然の酸素はこれらの課題に十分に対処できますが、残念ながら都市部の状況では、十分な量の酸素がないと問題が発生します。

科学者らは、200年前、人は空気中から自然酸素の最大40%を摂取していたが、現在ではこの数字は2倍の21%に減少していると結論付けています。

なぜ生物は酸素を必要とするのでしょうか?

動物は食べ物がなくても数週間、水がなくても数日間生きられます。 しかし、酸素がなければ数分以内に死んでしまいます。

酸素は化学元素であり、地球上で最も一般的なものの 1 つです。 それは私たちの周りのいたるところに存在し、空気の約5分の1を占めています(そして残りのほとんどは窒素です)。

酸素は他のほとんどすべての元素と結合します。 生体内では水素や炭素などと結合し、人体の総重量の約3分の2を占めます。

常温では、酸素は他の元素と非常にゆっくりと反応し、酸化物と呼ばれる新しい物質を形成します。 このプロセスは酸化反応と呼ばれます。

生物の体内では常に酸化が起こっています。 食べ物は生きた細胞の燃料です。 食べ物が酸化するとエネルギーが放出され、体はそれを使って体を動かし、成長します。 生物の中で起こるゆっくりとした酸化は、しばしば内部呼吸と呼ばれます。

人は肺を通して酸素を吸い込みます。 肺から循環系に入り、全身に運ばれます。 私たちは空気を吸うことで、体の細胞に内部呼吸のための酸素を供給します。 したがって、私たちはエネルギーを得るために酸素を必要とし、そのおかげで体は機能することができます。

呼吸障害のある人は酸素室に入れられることが多く、そこで患者は酸素が 40 ~ 60% 含まれた空気を呼吸するため、必要な量の酸素を得るために多くのエネルギーを費やす必要がありません。

酸素は生物が呼吸するために常に空気から摂取していますが、その貯蔵量が尽きることはありません。 植物は栄養補給中に酸素を放出し、それによって私たちの酸素供給を補充します。

なぜ体に酸素が必要なのでしょうか?

酸素- 自然界だけでなく、人体の構成においても最も一般的な要素の1つ。

化学元素としての酸素の特別な特性により、酸素は生物の進化の過程において、生命の基本的なプロセスにおいて必要なパートナーとなってきました。 酸素分子の電子配置は、反応性の高い不対電子を持っています。 したがって、酸素分子は高い酸化特性を備えているため、電子の一種のトラップとして生体系で使用されます。電子のエネルギーは、水分子内の酸素と結合すると消滅します。

酸素が電子受容体として生物学的プロセスにとって「家庭的」であることは疑いの余地がありません。 水相と脂質相の両方における酸素の溶解度は、細胞 (特に生体膜) が物理的および化学的に多様な材料から構築されている生物にとっても非常に役立ちます。 これにより、細胞のあらゆる構造形成に比較的容易に拡散し、酸化反応に参加することができます。 確かに、酸素は水性環境よりも脂肪に数倍溶けやすく、酸素を治療薬として使用する際にはこのことが考慮されます。

私たちの体の各細胞は酸素の絶え間ない供給を必要とし、酸素はさまざまな代謝反応に使用されます。 それを細胞に届けて仕分けるためには、かなり強力な輸送装置が必要です。

通常の状態では、体の細胞は毎分約 200 ~ 250 ml の酸素を供給する必要があります。 1日あたりの必要量はかなりの量(約300リットル)であることが容易に計算できます。 一生懸命働くと、この必要性は10倍になります。

肺胞から血液への酸素の拡散は、肺胞と毛細管の酸素分圧の差 (勾配) によって発生します。通常の空気を吸っている場合、酸素分圧は 104 (肺胞内の pO 2) - 45 (肺毛細管内の pO 2) になります。 ) = 59 mmHg。 美術。

肺胞空気 (平均肺活量 6 リットル) には 850 ml 以下の酸素が含まれており、通常の状態での身体の平均酸素要求量が約 200 ml であることを考慮すると、この肺胞の予備量はわずか 4 分間しか身体に酸素を供給できません。毎分。

分子状酸素が単に血漿に溶けている場合(血液100ml中に0.3mlしか溶けない)、細胞の正常な酸素必要量を確保するには、分子状酸素の量を増やす必要があると計算されています。血管血流の速度は1分間に180リットルに達します。 実際、血液は毎分わずか5リットルの速度で移動します。 組織への酸素の供給は、ヘモグロビンという素晴らしい物質によって行われます。

ヘモグロビンには、96%のタンパク質(グロビン)と4%の非タンパク質成分(ヘム)が含まれています。 ヘモグロビンはタコのように、4 本の触手で酸素を捕らえます。 肺の動脈血中の酸素分子を特異的に捕捉する「触手」の役割は、ヘム、またはその中心に位置する二価の鉄原子によって担われます。 鉄は、4 つの結合を使用してポルフィリン環の内側に「結合」されています。 この鉄とポルフィリンの複合体は、プロトヘムまたは単にヘムと呼ばれます。 他の 2 つの鉄結合は、ポルフィリン環の面に対して垂直に向いています。 それらの 1 つはタンパク質のサブユニット (グロビン) に行き、もう 1 つは遊離しており、分子状酸素を直接捕らえます。

ヘモグロビンのポリペプチド鎖は、その配置が球形に近づくように空間的に配置されています。 4つの小球にはそれぞれ「ポケット」があり、その中にヘムが入っています。 各ヘムは 1 つの酸素分子を捕捉することができます。 ヘモグロビン分子は最大 4 つの酸素分子と結合できます。

ヘモグロビンはどのように「機能」するのでしょうか?

「分子肺」(イギリスの有名な科学者 M. ペルツがヘモグロビンと呼んだもの)の呼吸サイクルを観察すると、この色素タンパク質の驚くべき特徴が明らかになります。 4 つの宝石はすべて、独立してではなく、連携して機能することがわかりました。 それぞれの宝石は、いわば、相手が酸素を加えたかどうかについて情報を与えられます。 デオキシヘモグロビンでは、すべての「触手」(鉄原子)がポルフィリン環の面から突き出ており、酸素分子と結合する準備ができています。 酸素分子を捕らえた鉄はポルフィリン環の中に引き込まれます。 最初の酸素分子は付着するのが最も難しく、後続の酸素分子は付着しやすくなります。 つまり、ヘモグロビンは「食欲は食べるとやってくる」ということわざどおりに作用するのです。 酸素を加えるとヘモグロビンの性質も変化し、より強い酸になります。 この事実は、酸素と二酸化炭素の移動において非常に重要です。

肺内で酸素が飽和すると、赤血球内のヘモグロビンが酸素を血流を通じて体の細胞や組織に運びます。 ただし、ヘモグロビンが飽和する前に、酸素が血漿に溶解し、赤血球の膜を通過する必要があります。 実際、特に酸素療法を使用する場合、医師は赤血球ヘモグロビンが酸素を保持し送達する潜在的な能力を考慮することが重要です。

通常の状態では、1 グラムのヘモグロビンは 1.34 ml の酸素と結合できます。 さらに推論すると、血液中の平均ヘモグロビン含有量が 14 ~ 16 ml% の場合、100 ml の血液は 18 ~ 21 ml の酸素と結合すると計算できます。 男性で平均約4.5リットル、女性で平均4リットルの血液量を考慮すると、赤血球ヘモグロビンの最大結合活性は約750〜900mlの酸素となります。 もちろん、これはすべてのヘモグロビンが酸素で飽和している場合にのみ可能です。

大気を呼吸するとき、ヘモグロビンは不完全に飽和しています(95〜97%)。 呼吸に純粋な酸素を使用すると、飽和させることができます。 吸入空気中の含有量を(通常の24%ではなく)35%に増やすだけで十分です。 この場合、酸素容量は最大になります(血液 100 ml あたり 21 ml の O 2 に相当します)。 遊離ヘモグロビンが不足すると、酸素は結合できなくなります。

少量の酸素が血液中に溶解した状態で残り(血液 100 ml あたり 0.3 ml)、この形で組織に送られます。 自然条件下では、血漿中に溶けている酸素は微量であり、血液 100 ml 中にわずか 0.3 ml であるため、組織の必要量はヘモグロビンに結合した酸素によって満たされます。 これは、体が酸素を必要とする場合、ヘモグロビンなしでは生きられないという結論につながります。

赤血球はその生涯 (約 120 日) の間、約 10 億個の酸素分子を肺から組織に輸送するという素晴らしい仕事をします。 しかし、ヘモグロビンには興味深い特徴があります。ヘモグロビンは、常に同じ貪欲に酸素を吸収するわけではなく、同じ意欲で周囲の細胞に酸素を与えるわけでもありません。 ヘモグロビンのこの挙動はその空間構造によって決定され、内部要因と外部要因の両方によって制御できます。

肺におけるヘモグロビンの酸素による飽和(または細胞内のヘモグロビンの解離)のプロセスは、S 字型の曲線で表されます。 この依存性のおかげで、血液中のわずかな差(98 ~ 40 mm Hg)があっても、細胞への酸素の正常な供給が可能です。

S 字曲線の位置は一定ではなく、その変化はヘモグロビンの生物学的特性の重要な変化を示しています。 曲線が左にシフトし、その曲がりが減少する場合、これはヘモグロビンの酸素に対する親和性の増加と、逆のプロセスであるオキシヘモグロビンの解離の減少を示します。 逆に、この曲線の右へのシフト (および曲がりの増加) は、まったく逆の状況、つまりヘモグロビンの酸素に対する親和性が低下し、組織へのヘモグロビンの放出が向上していることを示しています。 酸素を肺に取り込むには曲線を左にシフトし、酸素を組織に放出するには右にシフトすることが望ましいことは明らかです。

オキシヘモグロビンの解離曲線は環境のpHや温度によって変化します。 pHが低く(酸性側にシフトし)、温度が高くなるほど、ヘモグロビンによる酸素の捕捉は悪くなりますが、オキシヘモグロビンの解離中に酸素が組織に与えられやすくなります。 したがって、結論は次のとおりです。暑い雰囲気では、血液の酸素飽和は効果的に起こりませんが、体温が上昇すると、酸素からのオキシヘモグロビンの放出が非常に活発になります。

赤血球にも独自の調節装置があります。 これは、グルコースの分解中に形成される 2,3-ジホスホグリセリン酸です。 酸素に対するヘモグロビンの「気分」もこの物質に依存します。 2,3-ジホスホグリセリン酸が赤血球に蓄積すると、ヘモグロビンの酸素に対する親和性が低下し、組織へのヘモグロビンの放出が促進されます。 足りない場合は逆のイメージになります。

毛細血管でも興味深い現象が起こります。 毛細血管の動脈端では、酸素の拡散が血液の移動(血液から細胞へ)に対して垂直に発生します。 この動きは酸素分圧の差の方向、つまり細胞内に向かって起こります。

細胞は物理的に溶解した酸素を優先し、それが最初に使用されます。 同時に、オキシヘモグロビンはその負担から解放されます。 臓器が激しく機能するほど、より多くの酸素が必要になります。 酸素が放出されると、ヘモグロビンの触手が放出されます。 組織による酸素の吸収により、静脈血中のオキシヘモグロビンの含有量は 97 から 65 ~ 75% に低下します。

オキシヘモグロビンの荷降ろしは、同時に二酸化炭素の輸送を促進します。 後者は、炭素含有物質の燃焼の最終生成物として組織内で形成され、血液に入り、生命にとって好ましくない環境の pH の大幅な低下 (酸性化) を引き起こす可能性があります。 実際、動脈血と静脈血の pH は非常に狭い範囲 (0.1 以下) で変動する可能性があり、そのためには二酸化炭素を中和して組織から肺に除去する必要があります。

興味深いのは、毛細血管内の二酸化炭素の蓄積と環境の pH のわずかな低下が、オキシヘモグロビンによる酸素の放出に寄与しているだけであるということです (解離曲線が右にシフトし、S 字型の曲がりが増加します)。 ヘモグロビンは血液緩衝系そのものの役割を果たし、二酸化炭素を中和します。 この場合、重炭酸塩が形成されます。 二酸化炭素の一部はヘモグロビン自体と結合します (その結果、カルベモグロビンが形成されます)。 ヘモグロビンは、組織から肺への二酸化炭素の最大 90% の輸送に直接的または間接的に関与していると推定されています。 肺では、ヘモグロビンの酸素化によりその酸性が増加し、水素イオンが環境に放出されるため、逆のプロセスが発生します。 後者は重炭酸塩と結合して炭酸を形成し、炭酸脱水酵素によって二酸化炭素と水に分解されます。 二酸化炭素は肺から放出され、陽イオンと結合したオキシヘモグロビンが(分離された水素イオンと引き換えに)末梢組織の毛細血管に移動します。 組織に酸素を供給する行為と、肺への組織から二酸化炭素を除去する行為との間にこのような密接な関係があることは、酸素を医療目的で使用する場合、ヘモグロビンのもう一つの機能、つまり過剰な二酸化炭素を体から解放することを忘れてはいけないことを思い出させます。

毛細血管(動脈から静脈の端まで)に沿った動脈と静脈の差または酸素圧の差は、組織の酸素要求量のアイデアを与えます。 オキシヘモグロビンの毛細管移動の長さは臓器によって異なります(また、臓器の酸素必要量は同じではありません)。 したがって、たとえば、脳内の酸素分圧は心筋よりも低下しません。

ただし、ここでは、心筋や他の筋肉組織が特別な状態にあることを留保し、思い出していただく必要があります。 筋細胞には、流れる血液から酸素を取り込むための能動的なシステムがあります。 この機能は、ヘモグロビンと同じ構造を持ち、同じ原理で働くミオグロビンによって行われます。 ミオグロビンだけが 1 つのタンパク質鎖 (ヘモグロビンのように 4 つではない) を持ち、したがって 1 つのヘムを持ちます。 ミオグロビンはヘモグロビンの 4 分の 1 に似ており、酸素分子を 1 つだけ捕らえます。

ミオグロビンの独特の構造は、そのタンパク質分子の組織化の三次レベルにのみ限定されており、酸素との相互作用に関連しています。 ミオグロビンはヘモグロビンよりも 5 倍速く酸素と結合します (酸素に対する親和性が高い)。 酸素によるミオグロビン飽和(またはオキシミオグロビン解離)曲線は、S 字形ではなく双曲線の形をしています。 ミオグロビンは筋肉組織の深部(酸素分圧が低い場所)に位置し、張力が低い状態でも貪欲に酸素を捕捉するため、これは生物学的に非常に理にかなっています。 一種の酸素貯蔵量が生成され、必要に応じてミトコンドリアでのエネルギーの形成に費やされます。 たとえば、ミオグロビンが豊富な心筋では、拡張期に酸素の貯蔵量がオキシミオグロビンの形で細胞内に形成され、収縮期には筋肉組織の必要量が満たされます。

明らかに、筋肉器官の絶え間ない機械的作業には、酸素を捕らえて蓄えるための追加の装置が必要でした。 自然はそれをミオグロビンの形で作り出しました。 非筋細胞にも、血液から酸素を取り込むためのまだ知られていないメカニズムがある可能性があります。

一般に、赤血球ヘモグロビンの働きの有用性は、赤血球ヘモグロビンがどれだけ多くの酸素分子を細胞に運び、そこに酸素分子を移送し、組織の毛細血管に蓄積する二酸化炭素を除去できるかによって決まります。 残念なことに、この労働者は、自分に落ち度がないのに、フル能力で働けないことがあります。毛細血管内のオキシヘモグロビンからの酸素の放出は、酸素を消費する細胞内の生化学反応の能力に依存しています。 酸素がほとんど消費されないと、酸素は「停滞」しているように見え、液体媒体中での溶解度が低いため、動脈床から酸素が供給されなくなります。 医師は動静脈の酸素差の減少を観察します。 ヘモグロビンは無駄に酸素の一部を運び、さらに二酸化炭素の運搬量が少ないことがわかりました。 状況は楽しいものではありません。

自然条件における酸素輸送システムの動作パターンを知ることで、医師は酸素療法を正しく使用するために多くの有用な結論を導き出すことができます。 言うまでもなく、酵素生成を刺激し、患部の血流を増加させ、体の組織での酸素の利用を助ける薬剤を酸素と一緒に使用する必要があります。

同時に、細胞の正常な存在を確保するために、酸素がどのような目的で細胞内で消費されるのかを明確に知る必要があります。

酸素は、細胞内の代謝反応に参加する場所に向かう途中で、多くの構造形成を乗り越えます。 その中で最も重要なものは生体膜です。

すべての細胞には、原形質 (または外) 膜と、細胞内粒子 (細胞小器官) を結合する奇妙なさまざまな他の膜構造があります。 膜は単なる隔壁ではなく、特別な機能(輸送、物質の分解と合成、エネルギー生産など)を実行する形成物であり、その機能はその組織とそれに含まれる生体分子の組成によって決まります。 膜の形状やサイズはさまざまですが、主にタンパク質と脂質で構成されています。 膜に含まれる他の物質 (炭水化物など) も、化学結合を介して脂質またはタンパク質に結合しています。

膜内のタンパク質 - 脂質分子の構成の詳細についてはここでは触れません。 生体膜の構造のすべてのモデル (「サンドイッチ」、「モザイク」など) は、タンパク質分子によって結合された二分子脂質フィルムが膜内に存在すると仮定していることに注意することが重要です。

膜の脂質層は絶えず動いている液体の膜です。 酸素は脂肪への溶解度が高いため、膜の二重脂質層を通過して細胞に入ります。 酸素の一部は、ミオグロビンなどのキャリアを介して細胞の内部環境に輸送されます。 酸素は細胞内で可溶状態にあると考えられています。 おそらく、脂質層ではより多く溶解し、親水性層ではより少なく溶解すると考えられます。 酸素の構造は、電子トラップとして使用される酸化剤の基準を完全に満たしていることを思い出してください。 酸化反応の主な集中は特別な細胞小器官であるミトコンドリアで起こることが知られています。 生化学者がミトコンドリアに与えた比喩的な比較は、これらの小さな (サイズが 0.5 ~ 2 ミクロン) 粒子の目的について語っています。 それらは細胞の「エネルギーステーション」と「発電所」の両方と呼ばれ、エネルギー豊富な化合物の形成における主導的な役割が強調されています。

ここで少し脱線してみる価値はあるかもしれません。 ご存知のとおり、生物の基本的な特性の 1 つは、エネルギーを効率的に取り出すことです。 人体は外部エネルギー源、つまり栄養素(炭水化物、脂質、タンパク質)を使用しますが、これらは消化管の加水分解酵素の助けを借りて小さな断片(モノマー)に粉砕されます。 後者は吸収されて細胞に送られます。 自由エネルギーを大量に供給できる水素を含む物質だけがエネルギー価値を持ちます。 細胞、あるいは細胞に含まれる酵素の主な役割は、基質から水素を除去するように基質を処理することです。

同様の役割を果たすほとんどすべての酵素系はミトコンドリアに局在しています。 ここでは、グルコースフラグメント(ピルビン酸)、脂肪酸、アミノ酸の炭素骨格が酸化されます。 最終処理後、これらの物質から残りの水素が「除去」されます。

特別な酵素(デヒドロゲナーゼ)の助けを借りて可燃性物質から分離される水素は、遊離の形ではなく、特別なキャリアである補酵素と結合しています。 これらは、ニコチンアミド (ビタミン PP) - NAD (ニコチンアミドアデニン ジヌクレオチド)、NADP (ニコチンアミドアデニン ジヌクレオチド リン酸) の誘導体、およびリボフラビン (ビタミン B2) - FMN (フラビン モノヌクレオチド) および FAD (フラビン アデニン ジヌクレオチド) の誘導体です。

水素はすぐには燃焼しませんが、少しずつ燃焼します。 そうしないと、水素が酸素と相互作用すると爆発が発生するため、セルはそのエネルギーを使用できなくなりますが、これは実験室での実験で簡単に実証されます。 水素がそれに含まれるエネルギーを部分的に放出するために、ミトコンドリアの内膜には呼吸鎖とも呼ばれる電子および陽子伝達体の鎖があります。 この鎖の特定のセクションでは、電子と陽子の経路が分岐します。 電子はシトクロム (ヘモグロビンと同様、タンパク質とヘムで構成されています) を飛び越え、陽子は環境に逃げます。 シトクロムオキシダーゼが存在する呼吸鎖の終点では、電子が酸素の上に「滑り込み」ます。 この場合、電子のエネルギーは完全に消滅し、陽子を結合していた酸素は水分子に還元されます。 水はもはや体にとってエネルギー価値を持ちません。

呼吸鎖に沿ってジャンプする電子によって放出されるエネルギーは、アデノシン三リン酸 - ATP の化学結合のエネルギーに変換され、ATP は生物の主要なエネルギー蓄積器として機能します。 ここでは、酸化とエネルギー豊富なリン酸結合(ATP に存在)の形成という 2 つの作用が組み合わされているため、呼吸鎖におけるエネルギー形成のプロセスは酸化的リン酸化と呼ばれます。

呼吸鎖に沿った電子の移動と、この移動中のエネルギーの捕捉の組み合わせはどのようにして起こるのでしょうか? まだ完全には明らかになっていません。 一方、生物学的エネルギー変換器の作用により、一般にエネルギー飢餓に陥る病理学的プロセスの影響を受けた体細胞の救済に関連する多くの問題を解決することが可能となる。 専門家らによると、生物のエネルギー生成メカニズムの秘密を解明することで、より技術的に有望なエネルギー発生装置の創出につながるという。

これらは視点です。 今のところ、電子エネルギーの捕獲は呼吸鎖の 3 つのセクションで発生し、したがって 2 つの水素原子の燃焼により 3 つの ATP 分子が生成されることが知られています。 このようなエネルギー変換器の効率は 50% に近くなります。 呼吸鎖における水素の酸化中に細胞に供給されるエネルギーの割合が少なくとも70〜90%であることを考慮すると、ミトコンドリアに与えられた多彩な比較が明らかになります。

ATP エネルギーは、さまざまなプロセスで使用されます。タンパク質の構築からの複雑な構造 (タンパク質、脂肪、炭水化物、核酸など) の組み立て、機械的活動 (筋肉の収縮)、電気的働き (神経インパルスの発生と伝播) )、細胞内の物質の輸送と蓄積など。つまり、エネルギーなしでは生命は不可能であり、エネルギーが急激に不足するとすぐに生物は死んでしまいます。

エネルギー生成における酸素の役割の問題に戻りましょう。 一見すると、この重要なプロセスへの酸素の直接の関与は隠蔽されているように見えます。 呼吸鎖は物質を組み立てるためのラインではなく、物質を「分解」するためのラインですが、水素の燃焼 (およびその結果として生じるエネルギーの形成) を生産ラインと比較するのはおそらく適切でしょう。

呼吸鎖の起源は水素です。 そこから、電子の流れが最終目的地である酸素に向かって流れます。 酸素が存在しないか不足すると、生産ラインは停止するか、フル稼働しなくなります。これは、酸素を降ろす人がいない、または降ろす効率が制限されるためです。 電子の流れがなく、エネルギーもありません。 傑出した生化学者A. セント・ジョルジの適切な定義によれば、生命は電子の流れによって制御され、その動きは外部エネルギー源である太陽によって設定されます。 この考えを続けて、生命は電子の流れによって制御されているため、酸素がこの流れの連続性を維持していると付け加えたくなる誘惑にかられます。

酸素を別の電子受容体と置き換え、呼吸鎖の負荷を解除し、エネルギー生産を回復することは可能でしょうか? 原理的には可能です。 これは実験室での実験で簡単に実証されます。 身体にとって、容易に輸送され、すべての細胞に浸透し、酸化還元反応に参加できるように酸素などの電子受容体を選択することは、依然として理解できない作業です。

したがって、酸素は、呼吸鎖内の電子の流れの連続性を維持しながら、通常の状態では、ミトコンドリアに入る物質からのエネルギーの継続的な形成に貢献します。

もちろん、上に示した状況はいくぶん単純化されており、エネルギー プロセスの調節における酸素の役割をより明確に示すためにこれを行いました。 このような調節の有効性は、移動する電子 (電流) のエネルギーを ATP 結合の化学エネルギーに変換する装置の動作によって決まります。 酸素があっても栄養素があれば。 ミトコンドリアが「無駄に」燃焼すると、この場合に放出される熱エネルギーは体には役に立たず、エネルギー飢餓が起こり、その後のすべての結果が生じる可能性があります。 しかし、組織ミトコンドリアにおける電子伝達中にリン酸化が障害されるこのような極端なケースはほとんどあり得ず、実際には遭遇したことがありません。

より頻繁に起こるのは、細胞への酸素供給不足に関連したエネルギー生産の調節不全のケースです。 これは即死を意味するのでしょうか? そうではないことがわかりました。 進化は賢明に決定され、人間の組織にエネルギー強度の一定の蓄えを残しました。 それは、炭水化物からエネルギーを形成するための無酸素(嫌気性)経路によって提供されます。 ただし、酸素の存在下で同じ栄養素が酸化されると、酸素がない場合よりも 15 ~ 18 倍多くのエネルギーが供給されるため、その効率は比較的低くなります。 しかし、危機的な状況では、(解糖およびグリコーゲン分解による)嫌気性エネルギー生成によって、体組織はまさに生存し続けます。

これは、エネルギー形成の可能性と酸素なしでの生物の存在について語るちょっとした余談であり、酸素が生命プロセスの最も重要な調節因子であり、酸素なしでは存在が不可能であることのさらなる証拠です。

しかし、同様に重要なのは、エネルギーだけでなく、プラスチックプロセスにも酸素が関与していることです。 酸素のこの側面は、1897 年に私たちの優れた同胞である A. N. バッハとドイツの科学者 K. エングラーによって指摘され、「活性酸素による物質のゆっくりとした酸化」に関する立場を確立しました。 エネルギー反応における酸素の関与の問題に対する研究者の関心が高すぎるため、長い間、これらの規定は忘れ去られたままでした。 私たちの世紀の60年代になって初めて、多くの天然および外来化合物の酸化における酸素の役割の問題が再び提起されました。 結局のところ、このプロセスはエネルギーの生成とは何の関係もありません。

酸素を使用して酸化物質の分子に酸素を導入する主な臓器は肝臓です。 肝細胞では、多くの外来化合物がこの方法で中和されます。 そして、肝臓が薬物や毒物を中和するための実験室と正しく呼ばれる場合、このプロセスにおける酸素には(支配的ではないにしても)非常に名誉ある場所が与えられます。

プラスチック目的の酸素消費装置のローカリゼーションと設計について簡単に説明します。 肝細胞の細胞質を貫通する小胞体の膜には、短い電子伝達鎖があります。 これは、長い(多数の保因者を伴う)呼吸鎖とは異なります。 この鎖の電子と陽子の供給源は還元型 NADP です。還元型 NADP は、たとえばペントースリン酸回路におけるグルコースの酸化中に細胞質で形成されます (したがって、グルコースは物質の解毒における完全なパートナーと呼ぶことができます)。 電子と陽子は、フラビンを含む特別なタンパク質 (FAD) に転送され、そこから最終リンクであるシトクロム P-450 と呼ばれる特別なシトクロムに転送されます。 ヘモグロビンやミトコンドリアのシトクロムと同様、ヘムを含むタンパク質です。 その機能は二重であり、酸化物質と結合し、酸素の活性化に関与します。 シトクロム P-450 のこのような複雑な機能の最終結果は、1 つの酸素原子が酸化物質の分子に入り、2 つ目の酸素原子が水分子に入ります。 ミトコンドリアでのエネルギー生成時と小胞体での物質の酸化時における酸素消費の最終行為の違いは明らかです。 前者の場合は酸素を使用して水を形成し、後者の場合は水と酸化基質の両方を形成します。 プラスチックの目的で体内で消費される酸素の割合は10〜30%になる可能性があります(これらの反応が有利に起こる条件に応じて)。

酸素を他の元素で置き換える可能性について(純粋に理論的にさえ)疑問を提起することは無意味です。 この酸素利用経路が、最も重要な天然化合物(コレステロール、胆汁酸、ステロイドホルモン)の交換にも必要であることを考慮すると、酸素の機能がどれほど広範囲に及ぶかを理解するのは簡単です。 それは、多くの重要な内因性化合物の形成と異物(または、現在呼ばれている生体異物)の解毒を調節していることが判明しました。

ただし、酸素を使用して生体異物を酸化する小胞体の酵素系には、次のようなコストがかかることに注意する必要があります。 酸素が物質に導入されると、元の化合物よりも毒性の高い化合物が形成されることがあります。 このような場合、酸素は無害な化合物で体を毒する共犯者として機能します。 たとえば、発がん物質が酸素の関与により前発がん物質から生成される場合、そのようなコストは深刻な事態に陥ります。 特に、発がん性物質と考えられていたタバコの煙のよく知られた成分であるベンゾピレンは、体内で酸化されてオキシベンズピレンを形成すると、実際にこれらの特性を獲得します。

上記の事実により、酸素が建築材料として使用される酵素プロセスに細心の注意を払う必要があります。 場合によっては、この酸素消費方法に対する予防策を開発する必要があります。 これは非常に難しい作業ですが、酸素の調節力を体にとって必要な方向に導くために、さまざまな技術を使用するために、アプローチを模索する必要があります。

後者は、不飽和脂肪酸の過酸化物(またはフリーラジカル)酸化などの「制御されていない」プロセスで酸素を使用する場合に特に重要です。 不飽和脂肪酸は、生体膜のさまざまな脂質の一部です。 膜の構造、透過性、膜に含まれる酵素タンパク質の機能は、主に各種脂質の比率によって決まります。 脂質の過酸化は、酵素の助けを借りて、または酵素を使わずに発生します。 2 番目のオプションは、従来の化学システムにおける脂質のフリーラジカル酸化と何ら変わりはなく、アスコルビン酸の存在を必要とします。 もちろん、脂質の過酸化に酸素が関与することは、脂質の貴重な生物学的性質を利用する最良の方法ではありません。 二価の鉄(ラジカル形成の中心)によって開始されるこのプロセスのフリーラジカルの性質により、膜の脂質主鎖の崩壊が急速に起こり、その結果、細胞死につながります。

しかし、このような大惨事は自然条件では起こりません。 細胞には、脂質過酸化の連鎖を断ち切り、フリーラジカルの形成を防ぐ天然の抗酸化物質 (ビタミン E、セレン、一部のホルモン) が含まれています。 それにもかかわらず、一部の研究者によると、脂質過酸化における酸素の使用にはプラスの側面もあります。 生物学的条件下では、過酸化脂質はより水溶性の化合物であり、膜からより容易に放出されるため、膜の自己再生には脂質の過酸化が必要です。 それらは新しい疎水性脂質分子に置き換えられます。 このプロセスの過剰だけが、体の膜の崩壊や病理学的変化を引き起こします。

棚卸しをする時期が来ました。 したがって、酸素は生命プロセスの最も重要な調節因子であり、ミトコンドリアの呼吸鎖におけるエネルギーの形成に必要な成分として体の細胞によって使用されます。 これらのプロセスの酸素要求量は不均等に満たされ、多くの条件(酵素系の力、基質中の豊富さ、酸素自体の利用可能性)に依存しますが、それでも酸素の大部分はエネルギープロセスに費やされます。 したがって、「生活賃金」と、急性酸素欠乏時の個々の組織や器官の機能は、内因性酸素貯蔵量と無酸素エネルギー生産経路の力によって決まります。

ただし、他のプラスチックプロセスに酸素を供給することも同様に重要ですが、酸素のより少ない部分がこのために消費されます。 多くの必要な自然合成(コレステロール、胆汁酸、プロスタグランジン、ステロイドホルモン、アミノ酸代謝の生物学的に活性な生成物)に加えて、薬物や毒物の中和には酸素の存在が特に必要です。 異物による中毒の場合、プラスチックにとっては、エネルギー目的よりも酸素の方が極めて重要であると考えられるかもしれません。 酩酊の場合には、この側の動作が実際に応用されます。 そして、医師が細胞内の酸素消費に対する障壁を設ける方法を考えなければならないのは 1 つのケースだけです。 私たちは脂質過酸化における酸素の使用の阻害について話しています。

ご覧のとおり、体内の酸素消費の特徴と経路についての知識は、さまざまなタイプの低酸素状態で発生する障害を解明し、臨床で酸素を治療に使用するための正しい戦術を解明する鍵となります。 。

モスクワ農業アカデミー動物工学部。 非公式サイト