Очередной (61-й пост) моего блога на портале MedBook.u
Пост 61.КОНСТРУИРУЕМ МЕТАБОЛИЗМ,, ПОВЫШАЮЩИЙ УСТОЙЧИВОСТЬ К ГИПОКСИИ. Часть первая.
I. ДЕЛИКАТНЫМ ЧИТАТЕЛЯМ
На днях в Фейсбук’е на глаза мне попалось сообщение, посвящённое гипоксии. Оказывается, чувствительность к гипоксии – фактор, влияющий на скорость старения: чем эта чувствительность выше, тем быстрее стареет организм.
Я не клиницист, и оттого не берусь оценивать справедливость этого утверждения.
Но мне уже тридцать лет известно, как можно было бы существенно повысить устойчивость организма к гипоксическим состояниям. Не исключено, что все эти тридцать лет так никто и не вник в суть моей находки, хотя я ее описывал в двух книгах от 1988 и 1996 гг, а также в большой статье за 2013 год.
Поэтому, заметив на Фейсбук’е то сообщение, а также недоумение его автора и комментаторов по поводу того, что же делать с гипоксией, я пообещал всем заинтересованным лицам не далее как на следующий день (после того, как закончу пост 60) исчерпывающе осветить данный вопрос.
Этим, на вид самонадеянным, обещанием я сорвал несколько одобрительных лайков. Бóльшая же часть читателей деликатно промолчала.
Но на следующий день я не успел; не успел и ещё через день. Прошла уже почти неделя, – и никто, на первый взгляд, не волнуется, не тревожится, не интересуется. Уверен – это проявление всё той же удивительной деликатности.
У нас же тактично не реагируют и на более радикальные заявления – например, когда обещают бессмертие – через двадцать лет, через десять лет и даже через три года.
А что тут какая-то гипоксия?
Но я ведь обещал! И, благодаря читателей за деликатное продолжительное терпение, приступаю, пусть с опозданием, к выполнению своего обещания.
II. ОБЩИЙ КОНТЕКСТ
Вообще говоря, основная идея того, о чем я собираюсь здесь рассказать, уже упоминалась в постах 15, 22 и 23, объединённых общим названием «Наедине с метаболизмом».
Эти посты были посвящены тому фундаментальному анализу, которому в восьмидесятых годах прошлого века я подверг почти всё известное тогда множество метаболических путей и реакций.
Напомню, исходным был вопрос: как ещё могли бы проходить эти пути и реакции? Он побуждал искать
- реакции, альтернативные каждой конкретной реакции метаболизма;
- пути, альтернативные каждому метаболическому пути, в которых тот же субстрат превращается в тот же продукт,
- а также такие альтернативные пути, которые могли бы выполнять сходные функции при иных конечных продуктах.
Следующим шагом было сравнение вариантов для того, чтобы определить,
- является ли тот из них, что был выбран Природой, наиболее предпочтительным
- или какие-то альтернативные варианты превосходят существующие.
III. ГЛИКОЛИЗ – СПОСОБ АНАЭРОБНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Особенно подробно был рассмотрен гликолиз – анаэробное превращение глюкозы в две молекулы лактата (молочной кислоты):
Глюкоза – 2 Лактат, –200 кДж/моль.
В этом уравнении ни слева, ни справа не фигурирует кислород (что и означает анаэробность).
Тем не менее в итоге превращения высвобождается указанное количество энергии (имеется в виду энергия Гиббса; см. пост 15. Минус как раз и обозначает, что энергия в итоге выделяется).
Разумеется, в клетках гликолиз осуществляется не так вот сразу – в одну стадию, а представляет собой довольно большой метаболический путь из тринадцати реакций, направляемых соответствующими ферментами.
Почему? Потому, что,
- во-первых, разрыв молекулы глюкозы на две трёхуглеродные «половинки» требует преодоления энергетического барьера (порядка +40 кДж/моль),
- а во-вторых, затем делается всё возможное для того, чтобы не потерять даром всю энергию, которая высвобождается при доведении тех «половинок» до молекул лактата: часть этой энергии надо аккумулировать в АТФ.
IV. ЗАКОН ОКИСЛЕНИЯ КАК ОСНОВА АНАЭРОБНОЙ ЖИЗНИ
А почему при этом «доведении» высвобождается энергия – пусть не столь большая, как в кислородной среде, но тем не менее для нас отнюдь не лишняя? А, например, для молочнокислых бактерий этой энергии вообще достаточно, чтобы полностью обеспечить их жизнедеятельность.
Так вот, ощутимое высвобождение энергии в анаэробных процессах – это прямое следствие феномена, который я обозначил как закон окисления углерода. Его суть хорошо видна в цепочке последовательного окисления метана:
Метан – метанол – формальдегид – муравьиная кислота – диоксид углерода.
Энергия одного окисления в этой цепочке с каждым шагом существенно (или, на худой конец, заметно) возрастает (по модулю):
–114 , –186, –246, –270 (кДж/моль).
Такая же закономерность – в других окислительных цепочках.
Например, очень популярные нынче метильные группы, оказывающиеся в результате метилирования ДНК в составе 5-мепилцитозиина, удаляются после трёхкратного окисления:
Метил – гидроксиметил – формил – карбоксил
Здесь энергии окислений образуют следующий ряд:
–147, –195, –253 (кДж/моль)
Реакции противоположного направления естественно обозначить как восстановление, и для прохождения любого из них, очевидно, требуется поглощение такого количества энергии, которое выделяется в обратной реакции окислении.
Например, для восстановления гидроксиметильной группы в метильную необходима энергия, равная +147 кДж/моль.
Однако нас, вроде, интересовали анаэробные процессы. К ним-то мы сейчас и подходим. Оказывается, в таких процессах фигурируют одна, две или три пары процессов вида:
окисление + восстановление,
в каждой из которых высвобождение энергии при окислении существенно преобладает над энергией, требующейся для восстановления.
Но такой баланс энергий возможен благодаря лишь тому, что окисления разных типов энергетически неэквивалентны. То есть закон окисления, действительно, объясняет природу анаэробной жизни.
V. БАЛАНС ГЛИКОЛИЗА
Если говорить о гликолизе, то при доведении каждой из «половинок» глюкозы до лактата сочетается
- окисление с энергией –265 кДж/моль и
- восстановление с энергией +145 кДж/моль.
В итоге, высвобождается энергия –120 кДж/моль.
Общий же (уже известный нам) энергетический баланс преобразования Глюкоза – 2 лактат складывается из трёх слагаемых, которым соответствуют
- расщепление глюкозы на две «половинки» +40 кДж/моль,
- и доведение «половинок» до лактата –120 кДж/моль × 2
---------------------------------------------
Всего – 200 кДж/моль.
(В посте 22 приводился упрощённый, менее детальный, расчёт баланса гликолиза.)
Примерно половина выделяющейся энергии аккумулируется в двух молекулах АТФ (по 50 кДж/моль в каждой). Другая половина рассеивается в виде теплоты, что тоже не является для клетки излишним.
И вот после того, как мы разобрались в энергетике гликолиза, можно вернуться к исходному вопросу. –
Существуют ли или возможны ли, в принципе, другие схемы анаэробного распада глюкозы – такие, которые бы приводили к извлечению из глюкозы ещё большего количества энергии?
На этом интереснейшем месте, как водится, надо завершить первую часть нашего повествования.
