Чтение онлайн

Химические элементы, хоть и больше по размеру, чем элементарные частицы, но тоже представляют собой микромир и, взаимодействуя между собой, образуют соединения, вещества и химические процессы. Химические процессы протекают не только во внешнем мире, но и внутри тебя самого, и эти процессы настолько уникальны сами по себе, что порой наталкивают на мысль о чуде или мистике, происходящие в реальном мире, чем на реальные события. Такими химическими процессами в твоём микромире (микромире твоего тела) можно восхищаться не меньше, чем термоядерными реакциями в масштабах всей Вселенной. Эти процессы называются биохимическими.

Биохимические процессы – это основа всего, что сейчас происходит с тобой, в данную секунду, в данную долю секунды. И благодаря им во многом ты сейчас функционируешь как организм и живёшь как человек. Помимо электрохимической передачи импульсов из одной твоей клетки в другую, в твоём теле происходит постоянная активность различных веществ, и описывается это всё такими науками, как физика и химия.

Физика и химия как науки давно стали для человечества двигателем его развития, благодаря не только алхимии, которая способствовала новым открытиям, но и простым наблюдениям, которые люди делали на заре своего существования, когда обращали внимание на целебные свойства тех или иных растений, продуктов питания или свойств шкур или различных веществ, меняющихся в зависимости от температуры, давления или дополнительных компонентов.

Человечество, научившись делать вино, изготавливать сыр, подвергать термической обработке некоторые продукты, стало понимать, что такое процесс брожения, квашения и ферментации и как это влияет на организм. Эти примеры, конечно, всё ещё далеки до классического понимания химии и физики и уж тем более биохимии, но эти простейшие азы позволили человечеству поставить перед собой вопросы о том, почему от вина пьянеют, а кофе и крепкий чай бодрят; почему некоторые травы успокаивают, а мёд согревает и способствует выздоровлению и т.п. Все эти основы физики и химии, заложенные на заре человеческой цивилизации, дали невероятные плоды в науке, которые ты видишь сегодня.

Это сегодня тебе со всех сторон и на всех коробках и пачках от продуктов питания пишут про белки, жиры и углеводы, а также различные витамины и минералы, а раньше человек это всё изучал самостоятельно, чаще по наитию или учась на ошибках (например, не есть гриб мухомор). Это ты сейчас уже много знаешь, что полезно, а что не очень, что такое, например, пробиотики, содержащие живые микрокультуры, которые полезны для твоего организма; что такое витамины группы В, и что они играют огромную роль в клеточном метаболизме; что такое холестерин, который бывает разным, и в меру для организма даже полезен. Да и в целом, мера и баланс чего бы то ни было – это очень важный показатель для организма человека.

Большую роль в таком балансе организма играют ферменты (энзимы) – это сложные молекулы белка, которые ускоряют химические реакции в организме. Кстати, энзим с греческого так и переводится – закваска. То есть это то, что ты представляешь сейчас себе в виде брожения: сахара, дрожжей, молочнокислого, с добавлением солей и прочих ферментов. Брожение – это метаболический процесс, то есть обмен веществ, результатом которого является поддержание жизни через различные химические реакции.

Да, брожение – это не только то, что происходит на заводе по производству пива или у твоей бабушки в банке с квашеной капустой. Брожение происходит в твоём организме и даёт основу для всей твоей жизнедеятельности. Но всё это происходит на микроуровне в твоём внутреннем микромире. И одним из ярких процессов, на котором стоит заострить нам с тобой разговор, является метаболизм.

Метаболизм в организме имеет две стадии. Одна – при которой сложные органические вещества распадаются (окисляются) на более простые (катаболизм); другая – при которой простые вещества образовывают более сложные соединения (анаболизм). При катаболизме энергия выделяется, а при анаболизме энергия затрачивается. Так как в нашем разговоре гораздо интереснее поговорить о выработке энергии, которая идёт в том числе на поддержание мыслительного процесса, то давай остановимся на стадии катаболизма или энергетического обмена. Главная энергетическая компонента метаболизма, которая появляется на свет в результате процесса катаболизма вместе с выработкой тепла, является аденозинтрифосфорная кислота (аденазинтрифосфат – АТФ).

Именно АТФ не только является универсальным источником энергии для всех биохимических процессов, протекающих в твоём организме на микроуровне, но и служит основой для образования тех самых ферментов. Если упростить, то примерами катаболизма являются превращения любимых лакомств детей и взрослых человеческой расы – сахара и алкоголя – в энергию. Сахар – это пример гликолиза, то есть превращение глюкозы в молочную или пировиноградную кислоту (или пируваты). Алкоголь – пример превращения этанола в уксусный альдегид и затем в уксусную кислоту. Далее и то и другое распадается на углекислый газ и воду.

Вот вкратце как устроена грань реальности – микромир, и крохотные процессы внутри твоего тела. Общий путь катаболизма включает в себя стадию окисления пируватов (глюкозы), а в ряде случаев бета-гидроксимасляной кислоты до ацетил-коэнзим А (ацетил-кофермент А – ацетил КоА); затем происходит окисление ацетил КоА в цикле Кребса (цикл лимонной кислоты) и наконец происходит выделение и аккумулирование энергии на мембранах митохондрий – органелл, живущих внутри каждой клетки твоего организма. Цикл Кребса (лимонной кислоты или трикарбоновых кислот) – это сложная цепочка образования и преобразования химических соединений с многочисленными стадиями. В каждой из этих стадий цикла Кребса митохондрии окисляют ацетил КоА, получая углекислый газ и электроны. Электроны в свою очередь заряжают никотинамидадениндинуклеотид – кофермент (коэнзим), задействованный в окислительно-восстановительных реакциях твоих клеток и имеющий два функциональных состояния NAD+ (окисленный), который забирает электроны у молекулы, и NADH (восстановленный), который отдаёт электроны молекулам внутри клеток. Все коферменты (коэнзимы) являются составной частью ферментов (энзимов), определяя их специфичность и активность.

Ферменты, в свою очередь, сами по себе ускоряют химические реакции в организме – это своего рода маленькие двигатели, которые поддерживают скоростной режим химических реакций в твоём организме. Эффективность работы ферментов на микроуровне во времени позволяет говорить о таком понятии, как ферментативная кинетика. То есть простым языком, – ты можешь передвигаться на электросамокате или поставить себе движок с 1000 лошадиных сил и летать без ограничения скорости, не боясь камер и полицейских. Но за бензин всё равно надо платить.

Ферментативная кинетика – это способность усиливать химические реакции в твоём организме благодаря работе ферментов в миллионы, а иногда и в миллиарды раз быстрее любых других катализаторов (ускорителей химических реакций). Невероятный процесс всех этих бесконечных скоростных превращений требует на микроуровне и невероятного потребления энергии и её постоянной выработки.

Твой организм эту энергию генерирует, чтобы ты мог не только выполнять простые действия, но и мог заниматься спортом, преодолевать различные нагрузки и, конечно же, думать и мыслить. Именно этот процесс больше всего забирает энергию.

Процессы, благодаря которым твой организм обеспечивается энергией, в основном запускаются работой микроскопических органелл – жизненно важных компонентов для существования твоей клетки, тех самых митохондрий. Как видишь, от митохондрий уйти никуда нельзя, они очень важны.

Образовывая на своих мембранах уже известный тебе аденазинтрифосфат (АТФ) – нуклеозид, имеющий беспрецедентное значение в обмене энергии и веществ в твоём теле, митохондрии становятся для тебя уникальными клетками жизни. Создавая на своих мембранах основную массу аденазинтрифосфата, митохондрии, как живые органеллы, работают внутри тебя круглые сутки напролёт, не переставая и не отдыхая. Их количество в одной твоей клетке может варьироваться от нескольких тысяч до десятка тысяч штук, и каждая из них непрестанно работает и вырабатывает ради тебя любимого драгоценную энергию. Обычная клетка человеческого тела содержит 1—2 тыс. митохондрий, в то время как клетки мозга, сердца, сетчатки, яичников могут содержать до 11 тыс. митохондрий, а всего их в теле человека может быть до 1 квадриллиона штук (то есть миллион миллиардов или 1 с 15 нулями), а значит, больше чем ты можешь увидеть звёзд с использованием современных тебе телескопов. Не правда ли, поистине будоражащий микромир? А это ещё даже не самый конец этой грани реальности.