|
( общеобразовательная лекция )
Раповец В.А.
Врач-кардиолог
Общие положения
Современная кардиология немыслима без изучения процессов на
молекулярном и субмолекулярном уровнях. Только благодаря современным тонким
методам исследования стали возможны открытия в области такой науки, как
биоэнергетика сердца.
Одна из функций, присущих всему живому, - способность к энергообеспечению за
счет тех или иных внешних энергетических ресурсов. Это и изучает биоэнергетика.
Само слово вошло в обиход с легкой руки А. Сцент – Дьерди, прославившегося в
свое время выделением первого витамина – аскорбиновой кислоты. Так называлась
небольшая книжка, опубликованная А. Сцент – Дьерди в 1956 г. В этом труде было
множество увлекательных мыслей и гипотез, но испытание временем выдержало лишь
слово, вынесенное автором на обложку.
Сначала в некоторых биологических центрах появились лаборатории, отделы
биоэнергетики (отдел МГУ был создан в 1965 г.). Затем с конца 60-х годов стали
издаваться журналы и сборники, пошли симпозиумы, конференции, курсы под этим
названием. И вот сегодня биоэнергетика – одно из популярных научных направлений
со своим кругом идей, объектов и методов, своими лидерами и соперничающими
школами; словом, - интернациональный организм, живущий и развивающийся по
собственным законам.
Вслед за известными успехами этой ветви биологии пришла мода и появилась
тенденция писать слово «биоэнергетика» во всех случаях, где идет речь об
энергетическом аспекте живых существ, невзирая на степень их сложности. В этом
смысле первым биоэнергетиком нужно признать Платона, размышлявшего о судьбе пищи
в организме. Что же до современных исследователей, пытающихся добыть точные
сведения о биологических преобразователях Е, то их правильнее называть
«молекулярными биоэнергетиками».
Сейчас непосредственно о биоэнергетике сердца.
Вступление
Энергетический метаболизм клеток сердца включает в себя 3
раздела:
1–й раздел: процессы аэробного окисления глюкозы и ЖК, которые приводят к
образованию АТФ в митохондриях;
2–й раздел: процесс внутриклеточного транспорта Е;
3–й раздел: реакции использования Е:
а) для сокращения миофибрилл;
б) перенос ионов против градиента их концентрации через клеточные мембраны
Примечание. Эти два процесса взаимосвязаны и их рассмотрим вместе.
в) поддержание биосинтеза в ядре.
Сейчас перейдем к первому большому разделу: образованию энергии.
1–й раздел: процессы аэробного окисления глюкозы и ЖК
Источником биологической Е для организма служит пища, в которой эта Е заключена
в химических связях сложных соединений, главным образом, - в связях С-С и С-Н.
Биохимические процессы, производящие Е, можно подразделить на 2 группы:
1-я группа: процессы, идущие с поглощением О2 воздуха;
2-я группа: без доступа кислорода.
Биологический синтез любой химической связи требует в 3 раза больше Е, чем может
образоваться при простом расщеплении подобной связи. Поэтому организм прибегает
к обходному пути, чем достигает больший к.п.д.
Аэробный путь был открыт в 30-х годах Энгельгардтом и назван окислительным
фосфорилированием, потому что на промежуточных этапах окисления освобождающаяся
Е фиксируется в пирофосфатных связях молекул АТФ и других соединений. Эти связи
Энгельгардт назвал макроэргическими – т.е., высокоэнергетическими. АТФ и ее
аналоги играют роль универсального аккумулятора Е в организме. В этом соединении
Е концентрируется в удобной форме, пригодной для утилизации. Процессы, идущие с
выделением Е, связаны с синтезом АТФ. Процессы с поглощением Е сопряжены с
расщеплением АТФ. Таким образом, АТФ выступает связующим звеном между ними.
Благодаря АТФ, 2 процесса расчленяются во времени. Это придает Е-обмену большую
гибкость. Е – законсервирована и может расходоваься в любое время и на любые
нужды.
АТФ не только посредник, но и депо Е. Во время работы количество АТФ
уменьшается, идут реакции гликолитического фосфорилирования: увеличиваются АДФ,
АМФ, фосфат неорганический. После нагрузки уровень АТФ восстанавливается.
Роль запаса Е и донора фосфатов для АТФ играет также другой макроэрг – КФ. КФ не
поставляет Е для клетки, а обменивает свой фосфат с АТФ. Реакция протекает по
уравнению:
Креатин + АТФ кфк КФ + АДФ
При энергообразовании реакция идет вправо, идет запас КФ. При потреблении Е –
влево – увеличение АТФ. Все субклеточные структуры сердца, которые потребляют Е
(миофибриллы, мембраны), - содержат КФК (ММ - изофермент), сопряженную с АТФ –азными
реакциями.
Аэробный путь энергетически более выгодный. Первые его этапы совпадают с
гликолизом – до стадии образования ПВК. Но в присутствии О2 ПВК не превращается
в МК, а вступает в цикл трикарбоновых кислот Кребса. В цикле Кребса при
окислении пирувата образуется 1 макроэргическая связь, сохраняемая в молекуле
ГТФ, который передает ее на АТФ. Такое фосфорилирование называется субстратным.
Вся остальная Е, содержащаяся в субстратах цикла Кребса передается без потерь на
ферменты НАД и НАДФ, и фиксируется в их эфирных связях.
Дальнейшее окисление этих коферментов через флавиновые ферменты и цитрохромную
систему называется терминальным. Это самый выгодный участок дыхательной цепи,
так как здесь идет больше всего реакций окислительного фосфорилирования. Здесь
образуется 3 молекулярных АТФ. Таким образом, Е субстратов цикла Кребса
переходит в Е АТФ.
Почти все остальные субстраты имеют неуглеводную природу:- аминокислоты, ЖК,
-подвергаясь ферментативным превращениям, образуют либо метаболиты цикла Кребса,
или А – Ко – А (активированная форма уксусной кислоты).
В итоге – превращение Е идет или с окислением ПВК или АКоА. 1 молекула ПВК дает
15 макроэргических связей.
Сейчас рассмотрим, как работают митохондрии.
Митохондрии
Функцию выработки и сохранения Е в клетке несут митохондрии. Грин назвал
митохондрии биохимическими машинами, которые трансформируют и консервируют Е.
Они составляют 25 – 30 % всей массы миокарда. Форма их зависит от вида клеток.
Митохондрии сердца имеют цилиндрическую форму, расположены между миофибриллами и
в непосредственной близости к ним, так как тесный контакт облегчает обмен АТФ.
Это твердые тельца, окруженные гидрофильным золем и заключены в оболочку с
избирательной проницаемостью. Мембраны – две. Внешняя – гладкая. Внутренняя
образует выпячивания. Палад назвал их кристами. От наружной мембраны внутрь, к
центру отходят гребни. Они разделяют митохондрии на камеры, заполненные
матриксом. В митохондриях клеток миокарда, где интенсивно идет Е - обмен, число
крист – наибольшее. Количество матрикса отражает побочные функции митохондрий. В
миокарде его мало. Наружная мембрана и гребни состоят из ЛП и ФЛ. Киндэй и
Шнейдер в 1948 г. нашли в митохондриях полный набор ферментов для цикла Кребса.
|
