Стаття проф. В.І.Малюка на основі доповіді на конференції «Проблема першооснов буття та її висвітлення у навчальних закладах&raqu o;, Київ, 27 квітня 2007 року.


ПРОДУКЦІЯ ЕНЕРГІЇ В ОРГАНІЗМІ – СВІДЧЕННЯ РОЗУМНОГО ЗАДУМУ

Доктор медичних наук, професор Володимир Іванович Малюк


Ми живемо в часи перманентної енергетичної кризи. Ціни на енергоносії ростуть, футурологи лякають нас, що через 50 років не буде нафти, через 150 – не буде вугілля, атомна енергія небезпечна, у розвинутих країнах інтенсивно шукають альтернативні джерела енергії (вітру, сонця, відходів тощо), бо наші технічні, соціальні, побутові потреби в енергії перебувають під загрозою. Слушний час, щоб озирнутися на бр атів наших менших і на себе самих і подивитися, як дає собі раду з цим біологічний світ. Бо живі і стоти також потребують енергії – щоб рухатись, щоб синтезувати білок і рости, щоб генерувати нервові імпульси, щоб перетравлювати їжу, щоб фільтрувати і реабсорбувати сечу в нирках, щоб синт езувати гормони, і для забезпечення багатьох інших енергозалежних функцій.

Навіть побіжний погляд свідчить, що в біологічному світі немає такої енергетичної кри зи, як у людському суспільстві. Звісно, там також є форс-мажорні ситуації (посухи, повені, інші ст ихійні лиха), коли постачання і продукція енергії порушується. Але при так званих нормальних обста винах здорові живі істоти порівняно легко дають собі раду з флуктуаціями навколишнього середовища і не відчувають дефіциту енергії.

Давайте трохи ближче придивися, чому це так. З хімічної точки зору, основну кількість енергії постачають процеси оксидації, або окислення. Це реакції речовин, що містять вуглець або в одень, з киснем, в результаті чого вивільняється значна кількість енергії, а також вода і двоокис вуглецю. Ця загальна схема справедлива і для технічних, і для біологічних споживачів енергії. Але між ними є і суттєві відмінності.



Технічні об’єкти

Живі організми

Вид палива

Вугілля, нафта, природний газ – не відновлювані

Вуглеводи, жири, білки – відновлювані

Температ ура

Висока – горіння, вибухи

Невисока – кімнатна, температура тіла

Посередник


Тепло, яке перетворюється в механічний рух, або електричний струм

АТФ (малюнок 1тут і далі пояснення до малюнків в тексті) – конвертована валюта клітини. Два останні зв’язки між фосфатними групами – високо енергетичні

Коефіціє нт корисної дії

Біля 30%, рідко більше

Біля 40% (формально), а фактично – до 100%

Діапазон регуляції

В кілька разів

В 20 – 100 разів

Надійніс ть

Залежить від матеріалу

Дуже висока (жінка під гіпнозом розкидає чоловіків , неймовірна сила у випадках небезпеки)

Вартість

Велика і зростаюча

Набагато менша

Псування довкілля

Наявне

Відсутнє

Конструк тор

Люди

Творець< /FONT>


Тепер подивимось, від чого залежить така разюча перевага біологічної продукції енергії над технічними методами. В межах відведеного мені часу я лише побіжно зупинюсь на основних процесах продукції енергії в організмі ссавців, як більш близьких до моїх наукових інтересів.

Майже в кожній клітині організму відбуваються три етапи цих процесів, які каталізуються білками-ферментами: гліколіз, цикл Кребса і дихальний ланцюг. Етап гліколізу проходить без прямої участі кисню, а тісно пов’язані процеси циклу Кребса і дихального ланцюгу – з участю кисню, який постачає апарат дихання і циркулююча кров.

Біологічне паливо надходить з їжею у вигляді вуглеводів, жирів та (частково) білків. Коротко розглянемо найбільш вивчений процес окислення глюкози (мал. 2).


Перетворення глюкози в процесі гліколізу проходить в цитоплазмі клітин в 10 стадій. Майже всі ці стадії – це приготування до вироблення енергії, а сам цей акт відбувається на рівні тріозоф осфатдегідрогенази. Утворений внаслідок гліколізу піруват (піровиноградна кислота) при наявності к исню надходить в мітохондрії, реагує з КоА і перетворюється в ацетил КоА, це - ключова речовина в обміні вуглеводів та жирів. При нестачі кисню піруват перетворюється в лактат (молочну кислоту). У країнський вчений професор І.І.Федоров своїми дослідженнями показав, що лактат є не шлаковою речов иною (як вважали раніше), а цінним енергетичним матеріалом, зокрема для серцевого м’яза і до брим кровозамінним засобом при крововтратах. Енергетична система дуже добре організована і сконстр уйована і дуже економна. Навіть її кінцеві продукти – вода і вуглекислий газ – не є ві дходами, вони потрібні і корисні для функціонування організму.

АцетилКоА реагує з компонентом циклу Кребса щавлевооцтовою кислотою, в резу льтаті чого утворюється лимонна кислота, смак якої добре знайомий тим, хто любить поласувати лимон ом. Правда, треба зразу застерегти, що ця та інші органічні кислоти, що складають цикл Кребса, існ ують в клітині не у вигляді вільних кислот, а переважно у формі аніонів, врівноважених з катіонами (здебільшого калію і натрію).

Отже, ми пере йшли до унікальної метаболічної структури циклу Кребса, розташованої в мітохондріях (ковбасовидних тільцях з подвійною мембраною), де відбуваються процеси продукції енергії з участю кисню (мал. 3 - мітохондрія). Цей цикл, названий так на честь видатного англійського біохіміка Ганса Кребса, ск ладається з 9 трикарбонових і дикарбонових кислот (які мають відповідно три і дві карбоксильні гру пи) (рис. 4 – ЦТК). Ці органічні кислоти послідовно перетворюються: 6-вуглецева лимонна кисл ота переходить в цис-аконітову і далі в ізолимонну кислоту. Остання окислюється з втратою водню в щавлевоянтарну кислоту, яка перетворюється в 5-вуглецеву альфа-кетоглутарову кислоту з відщеплення м двоокису вуглецю СО2 . Фундаментальні дослідження про роль двоокису вуглецю в циклі Кребса належа ть українському вченому академіку М.Ф.Гулому і його школі. Альфа-кетоглутарова кислота віддає ще одну молекулу СО2 і водень, і через проміжну молекулу сукцинил-КоА, з утворенням високо енергетичної сполуки, спорід неної з АТФ, перетворюється в 4-вуглецеву янтарну, або бурштинову кислоту. Особливістю янтарної ки слоти є те, що вона є чемпіоном за швидкістю окислення серед інших метаболітів циклу Кребса &ndash ; переважаючи їх приблизно в 10 разів. Окислення янтарної кислоти відбувається також з втратою вод ню, завдяки чому вона перетворюється в фумарову, а далі в яблучну кислоту. Остання окислюється зно ву ж таки з втратою водню в щавлевооцтову кислоту, і таким чином цикл замикається. < /FONT>

Утворений двоокис вуглецю дифундує з клітин у кров, і через легені виводиться з орган ізму. А яка доля водню, відщепленого від метаболітів на 4 етапах цього циклу?

Але перед тим, як відповісти на це запитання, я хотів би звернути увагу на назви метаболітів три карбонового циклу – лимонна, яблучна, щавлевооцтова, щавлевоянтарна . Вони вказують на їх походження, а саме - рослинне походження. Те саме відноситься до інших метаб олітів. Наприклад, янтарна кислота в значних кількостях міститься в агрусі, винограді, стеблах ре веню. Фумарова кислота міститься в грибках роду Rhysopus. Альфа-кетоглутарова є в тканинах рослин, тварин і в мікроорганізмах. Це справедливо і для всіх інших компонентів циклу Кребса. Чи не нагадує це вам щось? Християни підкажуть мені, що це нагадує їм початок Біблії, а саме 29 і 30 вірші з1 розділу Книги Буття:

«І сказав Бог: Оце дав Я вам усю ярину, що розсіває насіння, що на всій землі, і кожне дерево, що на ньому плід деревний, що воно розсіває насіння, нехай буде на їжу це вам!

< SPAN LANG="uk-UA">І земній усій звірині і всьому птаству небесному, і кожному, що плазує по землі, що душа в ньому жива, уся зелень яринна на їжу для них. І сталося так».


Скептик може заперечити, що це простий збіг. Але чи не забагато збігів – аж 9, у цій життєво важливій біохімічній системі, якою є цикл Кребса. Крім того, і в гліколітичному ланцюгу ми маємо глюкозу, якої незрівняно більше в рослинах, а також піровиноградну кислоту. Як ми побачимо далі, і в дихальному ланцюгу також є компоненти явно рослинного походження, як наприклад, флавіни (які надають жовтий колір плодам), убіхінон, цитохроми. Шановний опонент може заперечити, що всі ці речовини є і в рослинах, і в тваринах. Дійсно, це так. Але що з’явилось раніше? Відповідь знову знаходимо в Біблії:


«І сказав Бог: Нехай земля вродить траву, ярину, що насіння вона розсіває, дерево овочеве, що за родом своїм плід приносить, що в ньому насіння його на землі. І сталося так …

< SPAN LANG="uk-UA">І був вечір, і був ранок, день третій» (Буття 1:11-13).


А тварини і людина були створені шостого дня (Буття 1:21-31).


Зауважимо, що і в еволюційному «дереві життя» рослини передують тваринам.


Повернімося до системи продукції енергії. Цикл Кребса – це ще не кінець. Куди дівається водень, що відщеплюється від метаболітів, які окислюються? Він переноситься на дихальний ланцюг мітохондрій (мал. 5). Цей метаболічний ланцюг складається принаймні з 7 компонентів, які вистроєні в порядку збільшення спорідненості до електронів. Водень з НАДу передається на флавопротеїд і на убіхінон. Далі на систему цитохромів передаються вже електрони, а позбавлені їх позитивно заряджені йони водню покидають ланцюг. Останнім компонентом дихального ланцюга є цитохромоксидаза (цитохром а+а3), яка активує кисень, передаючи йому електрони. Утворений негативно заряджений йон кисню реагує з позитивними йонами водню, утворюючи воду. А куди дівається енергія, яка вивільняється в дихальному ланцюгу? 40% цієї енергії використовується для синтезу АТФ. Це так зване окислювальне, або спряжене з окисленням фосфорилювання відбувається в кількох місцях ланцюга: при окисленні НАД – в трьох місцях (на рівні флавопротеїду, цитохрому b і цитохром оксидази), а при окисленні янтарної кислоти (сукцинату) – в двох останніх місцях. Явище спряженого фосфорилювання було відкрито незалежно американським біохіміком Калькаром і видатним українським вченим академіком В.О.Беліцером в 1937-39 роках.

Отже, при оксидації субстратів через НАД в дихальному ланцюгу синтезується 3 молекули АТФ, а при оксидації сукцинату – 2 молекули АТФ. Але треба підкреслити, що завдяки швидкості окислення сукцинату (в 10 разів) валовий вихід АТФ є більшим, особливо при несприятливих обставинах (нестача кисню, іонізуюче опромінення тощо), коли гальмуються перші етапи дихального ланцюга (НАД – флавопротеїд). Проведені нами дослідження в клініці академіка М.М.Амосова показали, що в серцевому м’язі хворих на важкі вади серця з гіпоксією спряжене окислення сукцинату в мітохондріях підтримується на високому рівні, тоді як утилізація НАД-залежних субстратів може бути сповільнена.

Підрахунки показали, що загальна кількість утворених молекул АТФ при окисленні 1 молекули глюкози становить 38, з них 2 молекули синтезовано в ході гліколізу, а решта 36 – в циклі Кребса, дихальному ланцюгу і при перетворенні піровиноградної кислоти в ацетил-КоА.

Тепер ми краще розуміємо мудрість Конструктора, який зробив продукцію енергії багато етапним і дуже ефективним процесом. Тут доречно уточнити, що 60% виробленої в організмі енергії, що перетворюється на тепло – це не марна втрата, як у технічних пристроях. Це тепло використовується для підтримання температури тіла, тобто є біологічно доцільним. Таким чином, загальна ефективність вироблення енергії є значно вищою, ніж формальний термодинамічний коефіцієнт, і наближається до 100%.

Дуже цікавою є регуляція енергетичної системи. Загалом, найбільшим регулятором є потреба. Відомо, що в умовах розумової або легкої фізичної праці більшість систем організму працюють на 1/7 своїх можливостей. Під час сну або спокійного лежання робота організму обмежується ще більше, до рівня так званого «основного обміну». Зате під час значного фізичного і розумового навантаження функціонування багатьох систем, включно з енергетичною, збільшується в десятки разів. Регуляція енергетичної системи відбувається на кількох рівнях. Для зручності розгляду розрізняють метаболічний, гормональний і нервовий рівні, хоча цей поділ є схематичний і умовний.

Метаболічна, або автономна регуляція здійснюється на рівні внутріклітинних процесів обміну. Наприклад, після їди людині звичайно стає тепло, навіть якщо їжа не тепліша, ніж тіло. Це залежить від припливу біологічного палива і, в зв’язку з цим, посилення продукції енергії. Це так звана регуляція субстратом. Недарма альпіністи під час сходження їдять цукор і сало – легко засвоюване біологічне паливо. Введення в організм субстратів три карбонового цикла також стимулює продукцію енергії. Особливо швидко і легко засвоюється сукцинат. Хтось вдало висловився: «Якщо глюкоза горить в метаболічному вогнищі, як колода, то сукцинат – як сірник».

Потужним регулятором є система АТФ-АДФ. При споживанні енергії АТФ розпадається на АДФ і неорганічний фосфат. Якщо в клітині збільшується вміст АДФ і неорганічного фосфату, спряжене фосфорилювання прискорюється. Якщо багато АТФ, то воно гальмується. Це так звана регуляція кінцевим продуктом. Це дуже демонстративно на ізольованих мітохондріях. Свіжо виділені мітохондрії дихають дуже повільно. Додавання ззовні якого-небудь субстрату циклу Кребса дещо прискорює їх дихання. Наступне додавання АДФ вже через кілька секунд значно прискорює дихання – у 2-4 рази (в залежності від субстрату). Але після утилізації доданого АДФ (це відбувається через 2-3 хвилини) дихання сповільнюється до попереднього рівня. Подібне відбувається і в цілому організмі. Особливо це помітно у спортсменів-марафонців і лижників, у яких спряжене фосфорилювання і поглинання кисню може посилюватися в 20 разів.

Так само система АТФ-АДФ працює і на рівні гліколізу. Але система гліколізу реагує ще сильніше і швидше, тому що вона безпосередньо не залежить від постачання кисню. Коли на наші богатирі-чемпіони світу Вирастюк і його друзі носять величезні каменюки або перетягують канат, то енергію під час таких екстремальних навантажень постачає переважно гліколіз, який може протягом секунд посилюватися в 100 разів. В цих умовах утворена з глюкози піровиноградна кислота перетворюється на молочну. А коли спортсмен віддихається, або як кажуть фахівці, ліквідує свій кисневий борг, молочна кислота знов перетворюється на піровиноградну, яка окислюється в циклі Кребса. Тут ми маємо справу з фізіологічним дефіцитом кисню – гіпоксією, яка може стати і патологічним чинником, оскільки вона може виникати при багатьох інших умовах, наприклад, радіоактивне опромінення, пестициди та інші забруднювачі довкілля. До них особливо чутливий перший етап дихального ланцюгу (НАД – ФП), тому сукцинат, який утилізується «в обхід» цього етапу, є більш вигідним для продукції енергії в цих важких умовах.

Існують також інші метаболічні регулятори, наприклад, проникність біологічних мембран, доступність НАД та інших коферментів, джерелом яких є вітаміни та мікроелементи, ось чому таким важливим є їх достатнє постачання з їжею. Активність ферментів енергетичної системи може пригнічуватись забруднювачами довкілля – радіонуклідами, важкими металами.

Наступним поверхом регуляції є гормональна. Наприклад, гормон щитовидної залози тироксин прискорює тканинне дихання, яке при надлишку цього гормона стає малоефективним через роз’єднання дихання і синтезу АТФ. Тому хворі на тиреотоксикоз худнуть і слабнуть. Статеві гормони посилюють енергетичні процеси. Під час нересту морська форель, кета і горбуша пливе гірськими річками вгору проти течії, не споживає їжі і після нересту гине від виснаження.

Нервова регуляція є найвищою. Люди здатні свідомо регулювати свої енергетичні процеси за допомогою корисної праці і дозвілля, фізкультури і спорту. Детренованість, гіподинамія призводить до зменшення функціональних резервів організму, і це залежить від свідомості кожного з нас. Відомо, що в умовах смертельної небезпеки люди (і тварини також) здатні проявити таку силу, про яку вони не можуть мріяти в звичайних умовах. Коли говорять про дивовижні мандрівки перелітних птахів, то перш за все вражають їхні навігаційні здібності. Але не менш дивовижним є їхні енергетичні системи. Наприклад, червоно зобна колібрі летить 1000 км через Мексиканську Затоку протягом 25 годин без відпочинку і без їжі, вона важить усього 3 грама і кожної секунди робить 75 махів своїми маленькими крильцями. Пташка смугаста деревна славка, яка важить 20 грамів, щороку літає з Аляски до Південної Америки і назад. 4000 кілометрів вона летить над океаном, це 3-4 доби без їжі і без відпочинку. Звідки вона бере для цього енергію? Ми не знаємо. Можна лише подякувати Творцю за це диво.

Унікальні властивості сукцинату, як джерела енергії в організмі, спонукали нас до вивчення його лікувальних властивостей, які ми проводили протягом 40 років. Стисло результати цих досліджень показані на мал. 6.


Перш за все було встановлено, що сукцинат натрію є малотоксичною речовиною. Ці досліди були проведені на морських свинках і щурах, а потім на собі і добровольцях – співробітниках біохімічної лабораторії клініки М.М.Амосова (В,Ф,Рудиченко, З.Г.Овруцька та інші). Виявилось, що сукцинат натрію має властивості кардіопротектора, на 30% збільшувалась сила скорочень серця (ударний об’єм), значно покращувався артеріальний кровоток (особливо в нирках – сечогінний ефект), зменшився опір периферичних судин тощо. Ці результати дозволили перейти до досліджень лікувальних властивостей сукцинату у хворих на вади серця, яким проводили операції на серці. Дослідження анестезіологів проф. Л.П.Чепкого і проф. О.О. Циганія та їх співробітників показали, що інфузії сукцинату покращували серцеву діяльність у хворих під час і після операції. Значно зменшувалась миготлива аритмія, прискорювався вихід хворих з наркозу, в кілька разів зменшувалась кількість ускладнень в післяопераційному періоді,.

В дослідах на собаках з реанімацією після тотального кровопускання сукцинат дозволяв оживляти тварин через 60 хвилин (проти 15 хвилин в контролі).

Досліди під нашим керівництвом в Інституті туберкульозу і пульмонології з отруєнням щурів великими, токсичними дозами протитуберкульозних препаратів (ізоніазид, ріфампіцин, етамбутол тощо) показали, що сукцинат удвічі і більше зменшував смертність тварин, при цьому також покращувався стан обміну речовин (А.В.Максимова, Т.О.Сокирко та інші). Клінічні дослідження д-ра Деркача в Черкаському облтубдиспансері виявили, що приєднання сукцинату до комплексної терапії покращувало її результати, значно зменшувало кількість сторонніх токсичних і алергічних реакцій. Нами було встановлено, що в основі антитоксичної дії сукцинату лежить феномен межмебранного переносу електронів, коли надлишок електронів в дихальному ланцюгу мітохондрій клітин печінки перекидається на мембрани ендоплазматичного ретикулума, стимулюючи процеси біотрансформації і детоксикації чужорідних речовин (хіміопрепаратів, анестетиків тощо).

На нашу пропозицію в психіатричній клініці проф. В.С.Шапошнікова доктор Віктор Геннадієвич Гуляєв провів дослідження і виявив значну лікувальну ефективність сукцинату натрію у хворих з депресіями. Препарат зменшував також алкогольне отруєння і дозволяв виводити хворих зі стану «білої гарячки».

В умовах спортивно-туристичних походів з екстремальними навантаженнями (сплав гірськими річками, походи в мороз і спеку з великими вантажами тощо) доктор Л.Ф.Нікішин встановив, що сукцинат значно підвищував працездатність і психоемоційну витривалість людей з позитивними змінами серцево-судинної діяльності і апарату терморегуляції, тобто проявляв виражену антистресорну і адаптогенну дію.

Позитивний вплив сукцинату натрія на функціональні показники та економічну ефективність при вирощуванні свиней і курей виявив д-р А.М.Висоцький в НДІ ветеринарії.

В Науковому Центрі Радіаційної Медицини АМН України під нашим керівництвом канд. мед. наук Г.Г. Репецька провела масштабні експериментальні дослідження і встановила, що сукцинат натрію усуває негативні зміни радіочутливих ферментів та інших метаболічних показників за умов подовженої дії малих доз іонізуючого опромінення, тобто має радіозахисні властивості. Дослідження проф.. Віктора Івановича Малюка виявили, що радіація викликає «розхитування» енергетичних систем, збільшує гетерогенність мітохондрій, а сукцинат зменшує морфологічні і функціональні флуктуації цих органел.


Разомз Г.Г.Репецькою С.О.Аверіна показала (мал. 7), що інший метаболіт три карбонового циклу – яблучно кислий натрій (малат) – суттєво зменшує радіаційну лейкопенію, тобто підвищує стійкість кісткового мозку до радіаційного опромінення. В основі радіозахисної дії сукцинату і малату лежать їх мембрано протекторні властивості, причому не тільки щодо метаболізуючих мембран мітохондрій, що було відомо і раніше. Як показали дослідження Г.Г.Репецької і І.В.Малюка, ці метаболіти зміцнюють також мембрану еритроцитів, які не мають відношення до їх обміну. Це означає, що мембрано стабілізуюча дія цих метаболітів ширша, ніж їх метаболічна дія. Вірогідним її механізмом є взаємодія негативно заряджених карбоксилів цих кислот з позитивно зарядженими групами фосфоліпідів та білків на зовнішній поверхні клітинної мембрани з утворенням молекулярних «скрепок», які зміцнюють мембрану.

Як ми бачимо, система продукції енергії в організмі є справжньою «Божою аптекою», вивчення і освоєння якої має великі перспективи. Недарма Нобелівський лауреат Френсіс Крік (співавтор «подвійної спіралі ДНК») висловив впевненість, що 21 сторіччя буде «віком теологічної біохімії».

Безпрецедентна складність і водночас досконалість, ефективність і краса біологічної с истеми продукції енергії не залишає місця для припущень про її випадкове утворення шляхом «п роб і помилок» і переконливо свідчить про її створення Всемогутнім і Всезнаючим Розумом Бога -Творця. Якби ви десь на природі знайшли в кущах сучасний комп’ютер, то чи подумали б ви, що він виник сам по собі, завдяки випадковому збігу обставин? А в порівнянні з біологічною системою продукції енергії сучасний комп’ютер виглядає, як садова "грабля".

Пишіть нам! E-mail: ksono@ksono.org     Schreiben Sie uns!
s
olti.com.ua - Лучшие решения дизайна вітчизняний web-хостінг This page written in the vi editor