Kakav je značaj vazduha i kiseonika za život ljudi, biljaka i svih živih organizama? Koliko dugo zdrava osoba, ljudski mozak, može živjeti bez zraka i kisika? Koji je rekord za zadržavanje daha pod vodom? Zašto osoba treba

Vjerojatno znate da je disanje neophodno kako bi kiseonik neophodan za život sa udahnutim vazduhom ušao u organizam, a prilikom izdisaja telo oslobađa ugljen-dioksid.

Sva živa bića dišu - životinje, ptice i biljke.

Zašto je živim organizmima toliko potreban kiseonik da je život bez njega nemoguć? A odakle dolazi ugljični dioksid u stanicama iz kojeg se tijelo stalno treba rješavati?

Činjenica je da svaka ćelija živog organizma predstavlja malu, ali vrlo aktivnu biohemijsku proizvodnju. Znate li da nijedna proizvodnja nije moguća bez energije. Svi procesi koji se dešavaju u ćelijama i tkivima odvijaju se uz potrošnju velike količine energije.

odakle dolazi?

Uz hranu koju jedemo - ugljene hidrate, masti i proteine. U ćelijama ove supstance oksidirati. Najčešće, lanac transformacija složenih tvari dovodi do stvaranja univerzalnog izvora energije - glukoze. Kao rezultat oksidacije glukoze, oslobađa se energija. Kiseonik je upravo ono što je potrebno za oksidaciju. Energiju koja se oslobađa kao rezultat ovih reakcija ćelija pohranjuje u obliku posebnih visokoenergetskih molekula – oni, poput baterija ili akumulatora, oslobađaju energiju po potrebi. A krajnji proizvod oksidacije hranjivih tvari su voda i ugljični dioksid, koji se uklanjaju iz tijela: iz stanica ulazi u krv, koja prenosi ugljični dioksid u pluća, a tamo se izbacuje tijekom izdisaja. Za sat vremena osoba izluči od 5 do 18 litara kroz pluća ugljen-dioksid i do 50 grama vode.

Između ostalog...

Molekuli visoke energije koji su “gorivo” za biohemijske procese nazivaju se ATP – adenozin trifosforna kiselina. Kod ljudi, životni vek jednog ATP molekula je kraći od 1 minute. Ljudsko tijelo sintetizira oko 40 kg ATP-a dnevno, ali se sve gotovo odmah potroši, a u tijelu se praktično ne stvara rezerva ATP-a. Za normalan život potrebno je stalno sintetizirati nove molekule ATP-a. Zato, bez kiseonika, živi organizam može da živi najviše nekoliko minuta.

Postoje li živi organizmi kojima nije potreban kiseonik?

Svako od nas je upoznat sa procesima anaerobnog disanja! Tako je fermentacija tijesta ili kvasa primjer anaerobnog procesa koji provode kvasci: oni oksidiraju glukozu u etanol (alkohol); proces kiseljenja mlijeka rezultat je rada bakterija mliječne kiseline, koje vrše mliječno kiselu fermentaciju - pretvaraju mliječni šećer u laktozu u mliječnu kiselinu.

Zašto vam je potrebno disanje kiseonikom ako je dostupno disanje bez kiseonika?

Zatim, aerobna oksidacija je mnogo puta efikasnija od anaerobne oksidacije. Uporedite: prilikom anaerobne razgradnje jedne molekule glukoze nastaju samo 2 molekula ATP-a, a kao rezultat aerobnog razgradnje molekula glukoze nastaje 38 molekula ATP-a! Za složene organizme s velikom brzinom i intenzitetom metaboličkih procesa, anaerobno disanje jednostavno nije dovoljno za održavanje života - na primjer, elektronska igračka kojoj su za rad potrebne 3-4 baterije jednostavno se neće uključiti ako je u nju umetnuta samo jedna baterija.

Da li je moguće disanje bez kiseonika u ćelijama ljudskog tela?

Svakako! Prva faza razgradnje molekula glukoze, nazvana glikoliza, odvija se bez prisustva kiseonika. Glikoliza je proces uobičajen za gotovo sve žive organizme. Tokom glikolize nastaje pirogrožđana kiselina (piruvat). Ona je ta koja kreće putem daljnjih transformacija koje vode do sinteze ATP-a kako tijekom kisika tako i disanja bez kisika.

Dakle, rezerve ATP-a u mišićima su vrlo male - dovoljne su samo za 1-2 sekunde mišićnog rada. Ako je mišiću potrebna kratkotrajna, ali aktivna aktivnost, prvo se u njemu mobilizira anaerobno disanje – ono se brže aktivira i daje energiju za oko 90 sekundi aktivnog mišićnog rada. Ako mišić radi aktivno duže od dvije minute, tada se pokreće aerobno disanje: s njim se proizvodnja ATP-a odvija sporo, ali daje dovoljno energije za održavanje fizičke aktivnosti duže vrijeme (do nekoliko sati).

1. U jednoćelijskim organizmima ćelija obavlja sve funkcije karakteristične za svaki živi organizam.Nazovite ove funkcije 2. U višećelijskom organizmu, život Svijet živih organizama je raznolik. Međutim, predstavnici raznih kraljevstava organskog svijeta imaju zajednička svojstva. Odaberite znakove

karakteristika: A - za biljke; B - životinje; B - svi živi
organizmi:
1 - imaju ćelijsku strukturu;
2 - hraniti se gotovim organskim supstancama;
3 - stvaraju organske supstance tokom fotosinteze;
4 - prilikom disanja apsorbiraju kisik i oslobađaju ugljični dioksid;
5 - sastoje se od neorganskih i organska materija;
6 - ćelije sadrže plastide i vakuole sa ćelijskim sokom;
7 - sposoban za metabolizam i energiju;
8 - većina je praktično nepomična;
9 - sposoban za aktivno kretanje;
10 - prilagođeno uslovima okoline:
11 - krajnji produkt metabolizma je urea;
12 - plazma membrana je prekrivena celuloznim ćelijskim zidom;
13 - karakteristično ograničen rast;
14 - ćelije sadrže ćelijski centar i male vakuole bez ćelijskog soka.

Kakvo učešće živi organizmi učestvuju u formiranju sedimentnih stena?Popuni tabelu Kreda__________ (koji su živi organizmi učestvovali u tome

obrazovanje). Ugalj _______________ (koji su živi organizmi učestvovali u njegovom formiranju) =)))

Uzrok uginuća živih organizama mogu biti: drugi živi organizmi, bolesti, nedostatak hrane, nepovoljni uslovi života. Da li je moguće pripisati

Kiseonik- jedan od najčešćih elemenata ne samo u prirodi, već iu sastavu ljudskog tijela.

Posebna svojstva kiseonika kao hemijskog elementa učinila su ga tokom evolucije živih bića neophodnim partnerom u fundamentalnim procesima života. Elektronska konfiguracija molekule kisika je takva da ima nesparene elektrone, koji su vrlo reaktivni. Posjedujući stoga visoka oksidirajuća svojstva, molekul kisika se koristi u biološkim sistemima kao svojevrsna zamka za elektrone, čija se energija gasi kada su povezani s kisikom u molekulu vode.

Nema sumnje da je kiseonik „kod kuće“ za biološke procese kao akceptor elektrona. Rastvorljivost kisika u vodenoj i lipidnoj fazi također je vrlo korisna za organizam čije su ćelije (posebno biološke membrane) izgrađene od fizički i kemijski različitih materijala. To mu omogućava da relativno lako difundira u bilo koju strukturnu formaciju ćelija i učestvuje u oksidativnim reakcijama. Istina, kiseonik u mastima otapamo nekoliko puta bolje nego u mastima vodena sredina, a to se uzima u obzir kada se koristi kisik kao terapeutsko sredstvo.

Svaka ćelija našeg tijela zahtijeva neprekinutu opskrbu kisikom, gdje se koristi u raznim metaboličkim reakcijama. Da biste ga isporučili i sortirali u ćelije, potreban vam je prilično moćan transportni aparat.

U normalnim uslovima, ćelije tela treba da opskrbe oko 200-250 ml kiseonika svake minute. Lako je izračunati da je potreba za njim po danu znatna (oko 300 litara). Uz naporan rad, ova potreba se udeseterostruči.

Difuzija kiseonika iz plućnih alveola u krv nastaje usled alveolarno-kapilarne razlike (gradijenta) tenzije kiseonika, koja pri udisanju normalnog vazduha iznosi: 104 (pO 2 u alveolama) - 45 (pO 2 u plućnim kapilarama ) = 59 mm Hg. Art.

Alveolarni vazduh (sa prosječnim kapacitetom pluća od 6 litara) ne sadrži više od 850 ml kisika, a ova alveolarna rezerva može opskrbiti tijelo kisikom za samo 4 minute, s obzirom da je prosječna potreba organizma za kisikom u normalnim uvjetima oko 200 ml po minuti.

Izračunato je da ako se molekularni kiseonik jednostavno rastvori u krvnoj plazmi (a u njoj se slabo otapa - 0,3 ml u 100 ml krvi), onda je, da bi se obezbedila normalna potreba ćelija za njim, potrebno povećati brzina vaskularnog krvotoka do 180 l u minuti. U stvari, krv se kreće brzinom od samo 5 litara u minuti. Isporuku kiseonika u tkiva vrši divna supstanca - hemoglobin.

Hemoglobin sadrži 96% proteina (globin) i 4% neproteinske komponente (hem). Hemoglobin, poput hobotnice, hvata kiseonik sa svoja četiri pipa. Ulogu “pipaka” koji specifično hvataju molekule kisika u arterijskoj krvi pluća igra hem, odnosno dvovalentni atom željeza koji se nalazi u njegovom središtu. Gvožđe je "pričvršćeno" unutar porfirinskog prstena pomoću četiri veze. Ovaj kompleks gvožđa sa porfirinom naziva se protohem ili jednostavno hem. Druge dvije željezne veze su usmjerene okomito na ravan porfirinskog prstena. Jedan od njih ide u proteinsku podjedinicu (globin), a drugi je slobodan, direktno hvata molekularni kiseonik.

Polipeptidni lanci hemoglobina su raspoređeni u prostoru tako da se njihova konfiguracija približava sfernoj. Svaka od četiri globule ima "džep" u koji se nalazi hem. Svaki hem je sposoban da uhvati jednu molekulu kiseonika. Molekul hemoglobina može vezati najviše četiri molekula kiseonika.

Kako hemoglobin "funkcioniše"?

Posmatranja respiratornog ciklusa "molekularnih pluća" (kako je poznati engleski naučnik M. Perutz nazvao hemoglobin) otkrivaju neverovatne karakteristike ovog pigmentnog proteina. Ispostavilo se da sva četiri dragulja rade zajedno, a ne samostalno. Svaki od dragulja je, takoreći, obaviješten o tome da li je njegov partner dodao kisik ili ne. U deoksihemoglobinu, svi "pipci" (atomi gvožđa) vire iz ravni porfirinskog prstena i spremni su da vežu molekul kiseonika. Nakon što je uhvatio molekul kisika, željezo se uvlači unutar porfirinskog prstena. Prvu molekulu kiseonika je najteže pričvrstiti, a svaki sledeći postaje sve bolji i lakši. Drugim riječima, hemoglobin djeluje prema poslovici „apetit dolazi s jelom“. Dodatak kiseonika čak menja svojstva hemoglobina: postaje više jaka kiselina. Ova činjenica ima veliki značaj u transportu kisika i ugljičnog dioksida.

Pošto se zasiti kiseonikom u plućima, hemoglobin u crvenim krvnim zrncima prenosi ga kroz krvotok do ćelija i tkiva tela. Međutim, prije zasićenja hemoglobina, kisik se mora otopiti u krvnoj plazmi i proći kroz membranu crvenih krvnih zrnaca. U praksi, posebno kada se koristi terapija kiseonikom, važno je da lekar uzme u obzir potencijalne sposobnosti eritrocitnog hemoglobina da zadrži i isporuči kiseonik.

Jedan gram hemoglobina u normalnim uslovima može vezati 1,34 ml kiseonika. Rezonirajući dalje, možemo izračunati da sa prosječnim sadržajem hemoglobina u krvi od 14-16 ml%, 100 ml krvi veže 18-21 ml kisika. Ako uzmemo u obzir volumen krvi, koji u prosjeku iznosi oko 4,5 litara kod muškaraca i 4 litre kod žena, onda je maksimalna aktivnost vezivanja hemoglobina eritrocita oko 750-900 ml kisika. Naravno, to je moguće samo ako je sav hemoglobin zasićen kiseonikom.

Prilikom udisanja atmosferskog zraka hemoglobin je nepotpuno zasićen - 95-97%. Možete ga zasititi upotrebom čistog kiseonika za disanje. Dovoljno je povećati njegov sadržaj u udahnutom zraku na 35% (umjesto uobičajenih 24%). U ovom slučaju, kapacitet kiseonika će biti maksimalan (jednak 21 ml O 2 na 100 ml krvi). Kiseonik se više neće moći vezati zbog nedostatka slobodnog hemoglobina.

Mala količina kiseonika ostaje rastvorena u krvi (0,3 ml na 100 ml krvi) i u tom obliku se prenosi u tkiva. U prirodnim uslovima, potrebe tkiva se zadovoljavaju kiseonikom vezanim za hemoglobin, jer je kiseonik rastvoren u plazmi neznatna količina - svega 0,3 ml u 100 ml krvi. Ovo dovodi do zaključka: ako je tijelu potreban kisik, onda ne može živjeti bez hemoglobina.

Tokom svog života (to je otprilike 120 dana), crvena krvna zrnca obavljaju ogroman posao, prenoseći oko milijardu molekula kiseonika iz pluća u tkiva. Međutim, hemoglobin ima zanimljivu osobinu: ne apsorbira uvijek kiseonik sa istom pohlepom, niti ga daje okolnim ćelijama sa istom voljom. Ovo ponašanje hemoglobina određeno je njegovom prostornom strukturom i može se regulisati i unutrašnjim i vanjskim faktorima.

Proces zasićenja hemoglobina kisikom u plućima (ili disocijacije hemoglobina u stanicama) opisan je krivuljom u obliku slova S. Zahvaljujući ovoj ovisnosti, normalna opskrba stanica kisikom je moguća čak i uz male razlike u krvi (od 98 do 40 mm Hg).

Položaj krivulje u obliku slova S nije konstantan, a njena promjena ukazuje na bitne promjene u biološkim svojstvima hemoglobina. Ako se kriva pomakne ulijevo i njen zavoj se smanji, onda to ukazuje na povećanje afiniteta hemoglobina za kisik i smanjenje obrnutog procesa - disocijacije oksihemoglobina. Naprotiv, pomak ove krivulje udesno (i povećanje zavoja) ukazuje na potpuno suprotnu sliku - smanjenje afiniteta hemoglobina za kisik i bolje oslobađanje istog u tkiva. Jasno je da je pomicanje krivulje ulijevo preporučljivo za hvatanje kisika u plućima, a udesno za njegovo otpuštanje u tkiva.

Krivulja disocijacije oksihemoglobina mijenja se u zavisnosti od pH okoline i temperature. Što je niži pH (pomak u kiselu stranu) i što je temperatura viša, hemoglobin slabije hvata kiseonik, ali se bolje daje tkivima tokom disocijacije oksihemoglobina. Otuda zaključak: u vrućoj atmosferi, zasićenje krvi kisikom se događa neučinkovito, ali s povećanjem tjelesne temperature, istovar oksihemoglobina iz kisika je vrlo aktivan.

Crvena krvna zrnca također imaju svoje regulatorne uređaje. To je 2,3-difosfoglicerinska kiselina, nastala tokom razgradnje glukoze. Od ove supstance zavisi i „raspoloženje“ hemoglobina u odnosu na kiseonik. Kada se 2,3-difosfoglicerinska kiselina akumulira u crvenim krvnim zrncima, ona smanjuje afinitet hemoglobina za kisik i potiče njegovo oslobađanje u tkiva. Ako ga nema dovoljno, slika je suprotna.

Zanimljivi događaji se dešavaju i u kapilarima. Na arterijskom kraju kapilare, difuzija kisika se događa okomito na kretanje krvi (iz krvi u ćeliju). Kretanje se dešava u pravcu razlike parcijalnih pritisaka kiseonika, odnosno u ćelije.

Ćelije daju prednost fizički rastvorenom kiseoniku i on se prvi koristi. Istovremeno, oksihemoglobin se oslobađa svog tereta. Što organ intenzivnije radi, to mu je potrebno više kiseonika. Kada se kiseonik oslobodi, oslobađaju se pipci hemoglobina. Zbog apsorpcije kiseonika tkivima, sadržaj oksihemoglobina u venskoj krvi opada sa 97 na 65-75%.

Pražnjenje oksihemoglobina istovremeno potiče transport ugljičnog dioksida. Potonji, koji nastaje u tkivima kao konačni produkt sagorijevanja tvari koje sadrže ugljik, ulazi u krv i može uzrokovati značajno smanjenje pH okoliša (zakiseljavanje), što je nespojivo sa životom. Zapravo, pH arterijske i venske krvi može fluktuirati u izuzetno uskom rasponu (ne više od 0,1), a za to je potrebno neutralizirati ugljični dioksid i ukloniti ga iz tkiva u pluća.

Zanimljivo je da nakupljanje ugljičnog dioksida u kapilarama i blagi pad pH okoline samo doprinose oslobađanju kisika oksihemoglobinom (krivulja disocijacije se pomiče udesno, a zavoj u obliku slova S se povećava). Hemoglobin, koji igra ulogu samog sistema pufera krvi, neutralizira ugljični dioksid. U tom slučaju nastaju bikarbonati. Dio ugljičnog dioksida je vezan samim hemoglobinom (što rezultira stvaranjem karbhemoglobina). Procjenjuje se da je hemoglobin direktno ili indirektno uključen u transport do 90% ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća. U plućima se javljaju obrnuti procesi, jer oksigenacija hemoglobina dovodi do povećanja njegovih kiselih svojstava i oslobađanja u okruženje joni vodonika. Potonji, spajajući se s bikarbonatima, tvore ugljičnu kiselinu, koju enzim karboanhidraza razlaže na ugljični dioksid i vodu. Ugljični dioksid oslobađaju pluća, a oksihemoglobin, vezujući katione (u zamjenu za otcijepljene ione vodonika), kreće se u kapilare perifernih tkiva. Ovako bliska povezanost između činova snabdijevanja tkiva kisikom i uklanjanja ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća podsjeća nas da pri korištenju kisika u medicinske svrhe ne treba zaboraviti još jednu funkciju hemoglobina - oslobađanje tijela od viška ugljičnog dioksida.

Arterijsko-venska razlika ili razlika u pritisku kiseonika duž kapilare (od arterijskog do venskog kraja) daje predstavu o potrebi tkiva za kiseonikom. Dužina kapilarnog putovanja oksihemoglobina varira u različitim organima (a njihove potrebe za kisikom nisu iste). Stoga, na primjer, napetost kisika u mozgu opada manje nego u miokardu.

Ovdje je, međutim, potrebno napraviti rezervu i podsjetiti da su miokard i ostala mišićna tkiva u posebnim uslovima. Mišićne ćelije imaju aktivan sistem za hvatanje kiseonika iz krvi koja teče. Ovu funkciju obavlja mioglobin, koji ima istu strukturu i radi na istom principu kao i hemoglobin. Samo mioglobin ima jedan proteinski lanac (a ne četiri, kao hemoglobin) i, ​​shodno tome, jedan hem. Mioglobin je kao četvrtina hemoglobina i hvata samo jedan molekul kiseonika.

Jedinstvena struktura mioglobina, koja je ograničena samo na tercijarni nivo organizacije njegovog proteinskog molekula, povezana je sa interakcijom sa kiseonikom. Mioglobin veže kiseonik pet puta brže od hemoglobina (ima visok afinitet prema kiseoniku). Kriva zasićenja mioglobina (ili disocijacije oksimioglobina) kisikom ima oblik hiperbole, a ne S-oblika. Ovo ima veliki biološki smisao, jer mioglobin, koji se nalazi duboko u mišićnom tkivu (gde je parcijalni pritisak kiseonika nizak), pohlepno grabi kiseonik čak i pod uslovima niske napetosti. Stvara se svojevrsna rezerva kisika, koja se po potrebi troši na stvaranje energije u mitohondrijima. Na primjer, u srčanom mišiću, gdje ima dosta mioglobina, tokom dijastole se formira rezerva kisika u stanicama u obliku oksimioglobina, koji tokom sistole zadovoljava potrebe mišićnog tkiva.

Očigledno, stalni mehanički rad mišićnih organa zahtijevao je dodatne uređaje za hvatanje i rezervisanje kisika. Priroda ga je stvorila u obliku mioglobina. Moguće je da nemišićne stanice također imaju neki još nepoznati mehanizam za hvatanje kisika iz krvi.

Općenito, korisnost rada hemoglobina crvenih krvnih zrnaca određuje se po tome koliko je bio u stanju da prenese do stanice i prenese joj molekule kisika i ukloni ugljični dioksid koji se nakuplja u kapilarama tkiva. Nažalost, ovaj radnik ponekad ne radi punim kapacitetom i bez svoje krivice: oslobađanje kiseonika iz oksihemoglobina u kapilari zavisi od sposobnosti biohemijskih reakcija u ćelijama da troše kiseonik. Ako se troši malo kiseonika, onda se čini da „stagnira“ i zbog svoje niske rastvorljivosti u tečnom mediju više ne dolazi iz arterijskog korita. Liječnici primjećuju smanjenje arteriovenske razlike kisika. Ispostavilo se da hemoglobin beskorisno nosi dio kisika, a osim toga, nosi manje ugljičnog dioksida. Situacija nije prijatna.

Poznavanje šema rada sistema za transport kiseonika u prirodnim uslovima omogućava lekaru da izvuče niz korisnih zaključaka za ispravnu upotrebu terapije kiseonikom. Podrazumijeva se da je potrebno zajedno sa kisikom koristiti sredstva koja stimuliraju zitropoezu, povećavaju protok krvi u zahvaćenom tijelu i pomažu korištenje kisika u tkivima tijela.

Istovremeno, potrebno je jasno znati za koje se svrhe kisik troši u stanicama, osiguravajući njihovo normalno postojanje?

Na svom putu do svog mjesta učešća u metaboličkim reakcijama unutar ćelija, kiseonik savladava mnoge strukturne formacije. Najvažnije od njih su biološke membrane.

Svaka ćelija ima plazma (ili vanjsku) membranu i bizarnu raznolikost drugih membranskih struktura koje vezuju subcelularne čestice (organele). Membrane nisu samo pregrade, već formacije koje obavljaju posebne funkcije (transport, razgradnja i sinteza tvari, proizvodnja energije itd.), koje su određene njihovom organizacijom i sastavom biomolekula uključenih u njih. Uprkos varijabilnosti oblika i veličine membrana, one se pretežno sastoje od proteina i lipida. Druge tvari koje se također nalaze u membranama (na primjer, ugljikohidrati) povezane su kemijskim vezama s lipidima ili proteinima.

Nećemo se zadržavati na detaljima organizacije proteinsko-lipidnih molekula u membranama. Važno je napomenuti da svi modeli strukture biomembrana („sendvič“, „mozaik“ itd.) pretpostavljaju prisustvo u membranama bimolekularnog lipidnog filma koji zajedno drže proteinski molekuli.

Lipidni sloj membrane je tekući film koji se stalno kreće. Kiseonik, zbog svoje dobre rastvorljivosti u mastima, prolazi kroz dvostruki lipidni sloj membrana i ulazi u ćelije. Dio kiseonika se prenosi u unutrašnje okruženje ćelija putem nosača kao što je mioglobin. Vjeruje se da je kisik u ćeliji u rastvorljivom stanju. Vjerovatno se više otapa u lipidnim formacijama, a manje u hidrofilnim. Podsjetimo da struktura kisika savršeno zadovoljava kriterije oksidacijskog sredstva koje se koristi kao zamka elektrona. Poznato je da je glavna koncentracija oksidativne reakcije javlja se u posebnim organelama, mitohondrijama. Figurativna poređenja koja su biohemičari dali mitohondrijima govore o svrsi ovih malih (veličine 0,5 do 2 mikrona) čestica. Zovu se i “energetske stanice” i “elektrane” ćelije, čime se naglašava njihova vodeća uloga u formiranju energetski bogatih spojeva.

Ovdje je vjerovatno vrijedno napraviti malu digresiju. Kao što znate, jedna od osnovnih karakteristika živih bića je efikasno vađenje energije. Ljudsko tijelo koristi vanjske izvore energije – nutrijente (ugljikohidrate, lipide i proteine), koje se uz pomoć hidrolitičkih enzima gastrointestinalnog trakta usitnjavaju u manje komade (monomere). Potonji se apsorbiraju i isporučuju u ćelije. Energetsku vrijednost imaju samo one tvari koje sadrže vodonik koji ima veliku zalihu. slobodna energija. Glavni zadatak ćelije, odnosno enzima sadržanih u njoj, je da obradi supstrate na način da se iz njih ukloni vodik.

Gotovo svi enzimski sistemi koji imaju sličnu ulogu lokalizirani su u mitohondrijima. Ovdje se oksidiraju fragment glukoze (pirogrožđana kiselina), masne kiseline i ugljični skeleti aminokiselina. Nakon završne obrade, preostali vodonik se „odstranjuje“ sa ovih supstanci.

Vodik, koji se odvaja od zapaljivih materija uz pomoć posebnih enzima (dehidrogenaza), nije u slobodnom obliku, već u vezi sa posebnim nosačima - koenzimima. To su derivati ​​nikotinamida (vitamin PP) - NAD (nikotinamid adenin dinukleotid), NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) i derivati ​​riboflavina (vitamin B 2) - FMN (flavin mononukleotid) i FAD (flavinadenin dinukleotid).

Vodonik ne gori odmah, već postepeno, u porcijama. U suprotnom, ćelija ne bi mogla da koristi svoju energiju, jer kada bi vodik stupio u interakciju sa kiseonikom, došlo bi do eksplozije, što se lako demonstrira u laboratorijskim eksperimentima. Da bi vodonik u dijelovima oslobađao energiju sadržanu u njemu, u unutrašnjoj membrani mitohondrija postoji lanac nosača elektrona i protona, inače nazvan respiratorni lanac. Na određenom dijelu ovog lanca, putevi elektrona i protona se razilaze; elektroni skaču kroz citohrome (koji se, kao i hemoglobin, sastoje od proteina i hema), a protoni izlaze u okolinu. Na završnoj tački respiratornog lanca, gdje se nalazi citokrom oksidaza, elektroni "klize" na kisik. U tom slučaju energija elektrona se potpuno gasi, a kisik, koji veže protone, svodi se na molekul vode. Voda više nema energetsku vrijednost za tijelo.

Energija koju daju elektroni koji skaču duž respiratornog lanca pretvara se u energiju hemijskih veza adenozin trifosfata - ATP, koji služi kao glavni akumulator energije u živim organizmima. Budući da su ovdje spojena dva čina: oksidacija i stvaranje energetski bogatih fosfatnih veza (prisutne u ATP-u), proces stvaranja energije u respiratornom lancu naziva se oksidativna fosforilacija.

Kako dolazi do kombinacije kretanja elektrona duž respiratornog lanca i hvatanja energije tokom tog kretanja? Još nije sasvim jasno. U međuvremenu, djelovanje bioloških pretvarača energije omogućilo bi rješavanje mnogih pitanja u vezi sa spasavanjem tjelesnih ćelija zahvaćenih patološkim procesom, koje po pravilu doživljavaju energetsko gladovanje. Prema mišljenju stručnjaka, otkrivanje tajni mehanizma stvaranja energije u živim bićima dovest će do stvaranja tehnički perspektivnijih generatora energije.

Ovo su perspektive. Za sada je poznato da se hvatanje energije elektrona dešava u tri sekcije respiratornog lanca i, stoga, sagorevanjem dva atoma vodika nastaju tri ATP molekula. Efikasnost takvog energetskog transformatora je blizu 50%. S obzirom na to da je udio energije koja se opskrbljuje ćeliji tokom oksidacije vodonika u respiratornom lancu najmanje 70-90%, postaju jasnija šarena poređenja koja su dodijeljena mitohondrijama.

ATP energija se koristi u različitim procesima: za sklapanje složenih struktura (na primjer, proteina, masti, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina) od građenja proteina, mehaničke aktivnosti (kontrakcija mišića), električnog rada (nastanak i širenje nervnih impulsa). ), transport i akumulacija supstanci unutar ćelija itd. Ukratko, život bez energije je nemoguć, a čim je dođe do oštrog nedostatka, živa bića umiru.

Vratimo se pitanju mjesta kiseonika u proizvodnji energije. Na prvi pogled, direktno učešće kiseonika u ovom vitalnom procesu deluje prikriveno. Vjerovatno bi bilo prikladno usporediti sagorijevanje vodonika (i rezultirajuće stvaranje energije) sa proizvodnom linijom, iako respiratorni lanac nije linija za sklapanje, već za „rastavljanje“ materije.

U poreklu respiratornog lanca nalazi se vodonik. Iz njega tok elektrona juri do konačnog odredišta - kisika. U nedostatku kiseonika ili njegovom manjku, proizvodna linija ili staje ili ne radi punim kapacitetom, jer nema ko da je istovari, ili je efikasnost istovara ograničena. Nema protoka elektrona - nema energije. Prema prikladnoj definiciji izvanrednog biohemičara A. Szent-Gyorgyija, životom upravlja tok elektrona, čije kretanje određuje vanjski izvor energije - Sunce. Primamljivo je nastaviti ovu misao i dodati da budući da je život kontroliran protokom elektrona, kisik održava kontinuitet ovog toka

Da li je moguće zamijeniti kisik drugim akceptorom elektrona, rasteretiti respiratorni lanac i obnoviti proizvodnju energije? U principu je moguće. To se lako demonstrira u laboratorijskim eksperimentima. Za tijelo je još uvijek neshvatljiv zadatak odabir akceptora elektrona kao što je kisik, tako da se on lako transportuje, prodire u sve stanice i učestvuje u redoks reakcijama.

Dakle, kisik, uz održavanje kontinuiteta protoka elektrona u respiratornom lancu, u normalnim uvjetima doprinosi stalnom stvaranju energije iz tvari koje ulaze u mitohondrije.

Naravno, gore prikazana situacija je donekle pojednostavljena, a mi smo to učinili kako bismo jasnije prikazali ulogu kisika u regulaciji energetskih procesa. Efikasnost takve regulacije određena je radom aparata za transformaciju energije pokretnih elektrona ( električna struja) u hemijsku energiju ATP veza. Ako su hranljive materije prisutne čak i u prisustvu kiseonika. sagorevanje u mitohondrijama "uzalud", toplotna energija koja se oslobađa u ovom slučaju je beskorisna za tijelo, a može doći do energetskog gladovanja sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze. Međutim, takvi ekstremni slučajevi poremećene fosforilacije tokom prenosa elektrona u mitohondrijama tkiva su teško mogući i nisu se susreli u praksi.

Mnogo su češći slučajevi poremećaja proizvodnje energije koji su povezani sa nedostatkom kiseonika u ćelijama. Da li to znači trenutnu smrt? Ispostavilo se da nije. Evolucija je odlučila mudro, ostavljajući određenu rezervu energetske snage za ljudska tkiva. Osigurava ga bezkiseonički (anaerobni) put za stvaranje energije iz ugljikohidrata. Njegova efikasnost je, međutim, relativno niska, jer oksidacija istih nutrijenata u prisustvu kiseonika daje 15-18 puta više energije nego bez njega. Međutim, u kritičnim situacijama, tjelesna tkiva ostaju održiva upravo zahvaljujući anaerobnoj proizvodnji energije (kroz glikolizu i glikogenolizu).

Ovo je mala digresija koja govori o potencijalu stvaranja energije i postojanju organizma bez kiseonika, dodatni dokaz da je kiseonik najvažniji regulator životnih procesa i da je bez njega postojanje nemoguće.

Međutim, ništa manje važno je učešće kisika ne samo u energetskim, već iu plastičnim procesima. Ovu stranu kiseonika ukazali su još 1897. godine naš izvanredni sunarodnik A. N. Bach i nemački naučnik K. Engler, koji su razvili stav „o sporoj oksidaciji supstanci aktiviranim kiseonikom“. Dugo su ove odredbe ostale u zaboravu zbog prevelikog interesovanja istraživača za problem učešća kiseonika u energetskim reakcijama. Tek 60-ih godina našeg stoljeća ponovo se postavlja pitanje uloge kisika u oksidaciji mnogih prirodnih i stranih spojeva. Kako se ispostavilo, ovaj proces nema nikakve veze sa stvaranjem energije.

Glavni organ koji koristi kisik da ga uvede u molekulu oksidirane tvari je jetra. U ćelijama jetre, mnoga strana jedinjenja se neutrališu na ovaj način. A ako se jetra s pravom naziva laboratorijom za neutralizaciju lijekova i otrova, onda kisik u ovom procesu ima vrlo počasno (ako ne i dominantno) mjesto.

Ukratko o lokalizaciji i dizajnu uređaja za potrošnju kisika za plastične svrhe. U membranama endoplazmatskog retikuluma, koji prodire u citoplazmu ćelija jetre, postoji kratak lanac transporta elektrona. Razlikuje se od dugog (sa velikim brojem nosilaca) respiratornog lanca. Izvor elektrona i protona u ovom lancu je reducirani NADP, koji nastaje u citoplazmi, na primjer, tokom oksidacije glukoze u pentozofosfatnom ciklusu (dakle, glukoza se može nazvati punopravnim partnerom u detoksikaciji tvari). Elektroni i protoni se prenose do posebnog proteina koji sadrži flavin (FAD) i od njega do konačne veze - posebnog citokroma zvanog citokrom P-450. Poput hemoglobina i mitohondrijalnih citohroma, on je protein koji sadrži hem. Njegova funkcija je dvostruka: veže oksidiranu supstancu i sudjeluje u aktivaciji kisika. Krajnji rezultat je ovakav složena funkcija citokrom P-450 se izražava u činjenici da jedan atom kisika ulazi u molekulu oksidirane tvari, drugi - u molekulu vode. Očigledne su razlike između završnih činova potrošnje kiseonika tokom stvaranja energije u mitohondrijima i tokom oksidacije supstanci u endoplazmatskom retikulumu. U prvom slučaju kisik se koristi za formiranje vode, au drugom - za stvaranje i vode i oksidiranog supstrata. Udio kiseonika utrošenog u organizmu za plastične svrhe može biti 10-30% (u zavisnosti od uslova za povoljan nastanak ovih reakcija).

Postavljati pitanje (čak i čisto teoretski) o mogućnosti zamjene kisika drugim elementima je besmisleno. S obzirom da je ovaj put iskorištavanja kisika neophodan i za razmjenu najvažnijih prirodnih spojeva – kolesterola, žučnih kiselina, steroidnih hormona – lako je shvatiti dokle sežu funkcije kisika. Ispostavilo se da regulira stvaranje niza važnih endogenih spojeva i detoksikaciju stranih supstanci (ili, kako ih sada zovu, ksenobiotika).

Treba, međutim, napomenuti da enzimski sistem endoplazmatskog retikuluma, koji koristi kiseonik za oksidaciju ksenobiotika, ima neke troškove, koji su sledeći. Ponekad, kada se kisik unese u supstancu, nastaje toksičniji spoj od originalnog. U takvim slučajevima kisik djeluje kao saučesnik u trovanju tijela bezopasnim spojevima. Takvi troškovi uzimaju ozbiljan preokret, na primjer, kada se kancerogeni stvaraju iz prokancerogena uz sudjelovanje kisika. Konkretno, dobro poznata komponenta duhanskog dima, benzopiren, koja se smatrala kancerogenom, zapravo dobiva ova svojstva kada se oksidira u tijelu i formira oksibenzpiren.

Gore navedene činjenice tjeraju nas da obratimo veliku pažnju na one enzimske procese u kojima se kisik koristi kao građevinski materijal. U nekim slučajevima potrebno je razviti preventivne mjere protiv ovog načina potrošnje kisika. Ovaj zadatak je veoma težak, ali mu je potrebno tražiti pristupe kako bi se raznim tehnikama usmjerile regulacijske potencije kisika u smjeru potrebnom za tijelo.

Ovo posljednje je posebno važno u slučaju korištenja kisika u takvom „nekontroliranom“ procesu kao što je peroksidna (ili slobodnim radikalima) oksidacija nezasićenih masnih kiselina. Nezasićene masne kiseline su dio različitih lipida u biološkim membranama. Arhitektura membrana, njihova permeabilnost i funkcije enzimskih proteina uključenih u membrane su u velikoj mjeri determinirani omjerom različitih lipida. Peroksidacija lipida odvija se ili uz pomoć enzima ili bez njih. Druga opcija se ne razlikuje od konvencionalne oksidacije lipida slobodnim radikalima hemijski sistemi i zahtijeva prisustvo askorbinske kiseline. Učešće kisika u peroksidaciji lipida, naravno, nije najbolji način da se iskoriste njegove vrijedne biološke kvalitete. Priroda slobodnih radikala ovog procesa, koji može pokrenuti dvovalentno željezo (centar formiranja radikala), omogućava mu da brzo dovede do raspada lipidnog okosnica membrana i, posljedično, do smrti stanice.

Međutim, takva katastrofa se ne dešava u prirodnim uslovima. Ćelije sadrže prirodne antioksidanse (vitamin E, selen, neki hormoni) koji prekidaju lanac peroksidacije lipida, sprječavajući stvaranje slobodnih radikala. Ipak, korištenje kisika u peroksidaciji lipida, prema nekim istraživačima, također ima pozitivne strane. U biološkim uvjetima, lipidna peroksidacija je neophodna za samoobnavljanje membrane, budući da su lipidni peroksidi spojevi topljiviji u vodi i lakše se oslobađaju iz membrane. Zamijenjeni su novim, hidrofobnim molekulama lipida. Samo prekomjernost ovog procesa dovodi do kolapsa membrana i patoloških promjena u tijelu.

Vrijeme je da se sagledamo. Dakle, kiseonik je najvažniji regulator vitalnih procesa, koji koriste ćelije organizma kao neophodnu komponentu za stvaranje energije u respiratornom lancu mitohondrija. Potrebe za kiseonikom ovih procesa su nejednako zadovoljene i zavise od mnogih uslova (o snazi ​​enzimskog sistema, obilju u supstratu i dostupnosti samog kiseonika), ali se ipak lavovski deo kiseonika troši na energetske procese. Dakle, „životna plata“ i funkcije pojedinih tkiva i organa za vrijeme akutnog nedostatka kisika određuju se endogenim rezervama kisika i snagom bezkiseoničkog puta proizvodnje energije.

Međutim, nije manje važno opskrbiti kisik drugim plastičnim procesima, iako se manji dio za to troši. Pored niza neophodnih prirodnih sinteza (holesterol, žučne kiseline, prostaglandini, steroidni hormoni, biološki aktivni produkti metabolizma aminokiselina), prisustvo kisika je posebno neophodno za neutralizaciju lijekova i otrova. U slučaju trovanja stranim tvarima, možda se može pretpostaviti da je kisik važniji za plastiku nego za energetske svrhe. U slučaju intoksikacije, ova strana djelovanja je upravo praktična upotreba. I samo u jednom slučaju doktor mora razmišljati o tome kako da postavi barijeru potrošnji kiseonika u ćelijama. Govorimo o inhibiciji upotrebe kisika u peroksidaciji lipida.

Kao što vidimo, poznavanje karakteristika isporuke i puteva potrošnje kiseonika u organizmu ključno je za razotkrivanje poremećaja koji nastaju pri različitim vrstama hipoksičnih stanja, kao i za ispravnu taktiku terapijske upotrebe kiseonika u klinici. .

Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.

• Pročitajte recenziju kompleksnog lijeka za hemoroide Proctonol
• Kako smršati 20 kg - stvarne kritike na Guarchibao

Višak kiseonika

Nedostatak kiseonika

Uzroci:

• Smanjenje parcijalnog pritiska O2 u udahnutom vazduhu;

Zašto dišemo?

Vjerojatno znate da je disanje neophodno kako bi kiseonik neophodan za život sa udahnutim vazduhom ušao u organizam, a prilikom izdisaja telo oslobađa ugljen-dioksid.

Sva živa bića dišu - životinje, ptice i biljke.

Zašto je živim organizmima toliko potreban kiseonik da je život bez njega nemoguć? A odakle dolazi ugljični dioksid u stanicama iz kojeg se tijelo stalno treba rješavati?

Činjenica je da svaka ćelija živog organizma predstavlja malu, ali vrlo aktivnu biohemijsku proizvodnju. Znate li da nijedna proizvodnja nije moguća bez energije. Svi procesi koji se dešavaju u ćelijama i tkivima odvijaju se uz potrošnju velike količine energije.

odakle dolazi?

Uz hranu koju jedemo - ugljene hidrate, masti i proteine. U stanicama se ove tvari oksidiraju. Najčešće, lanac transformacija složenih tvari dovodi do stvaranja univerzalnog izvora energije - glukoze. Kao rezultat oksidacije glukoze, oslobađa se energija. Kiseonik je upravo ono što je potrebno za oksidaciju. Energiju koja se oslobađa kao rezultat ovih reakcija ćelija pohranjuje u obliku posebnih visokoenergetskih molekula – oni, poput baterija ili akumulatora, oslobađaju energiju po potrebi. A krajnji proizvod oksidacije hranjivih tvari su voda i ugljični dioksid, koji se uklanjaju iz tijela: iz stanica ulazi u krv, koja prenosi ugljični dioksid u pluća, a tamo se izbacuje tijekom izdisaja. Za sat vremena čovjek kroz pluća ispusti od 5 do 18 litara ugljičnog dioksida i do 50 grama vode.

Između ostalog.

Molekuli visoke energije koji su “gorivo” za biohemijske procese nazivaju se ATP – adenozin trifosforna kiselina. Kod ljudi, životni vek jednog ATP molekula je kraći od 1 minute. Ljudsko tijelo sintetiše oko 40 kg ATP-a dnevno, ali se sve gotovo odmah potroši, a u tijelu se praktično ne stvara nikakva ATP rezerva. Za normalan život potrebno je stalno sintetizirati nove molekule ATP-a. Zato, bez kiseonika, živi organizam može da živi najviše nekoliko minuta.

Postoje li živi organizmi kojima nije potreban kiseonik?

Svako od nas je upoznat sa procesima anaerobnog disanja! Tako je fermentacija tijesta ili kvasa primjer anaerobnog procesa koji provode kvasci: oni oksidiraju glukozu u etanol (alkohol); proces kiseljenja mlijeka rezultat je rada bakterija mliječne kiseline, koje vrše mliječno kiselu fermentaciju - pretvaraju mliječni šećer u laktozu u mliječnu kiselinu.

Zašto vam je potrebno disanje kiseonikom ako je dostupno disanje bez kiseonika?

Zatim, aerobna oksidacija je mnogo puta efikasnija od anaerobne oksidacije. Uporedite: prilikom anaerobne razgradnje jedne molekule glukoze nastaju samo 2 molekula ATP-a, a kao rezultat aerobnog razgradnje molekula glukoze nastaje 38 molekula ATP-a! Za složene organizme s velikom brzinom i intenzitetom metaboličkih procesa, anaerobno disanje jednostavno nije dovoljno za održavanje života - na primjer, elektronska igračka kojoj su za rad potrebne 3-4 baterije jednostavno se neće uključiti ako je u nju umetnuta samo jedna baterija.

Da li je moguće disanje bez kiseonika u ćelijama ljudskog tela?

Svakako! Prva faza razgradnje molekula glukoze, nazvana glikoliza, odvija se bez prisustva kiseonika. Glikoliza je proces uobičajen za gotovo sve žive organizme. Tokom glikolize nastaje pirogrožđana kiselina (piruvat). Ona je ta koja kreće putem daljnjih transformacija koje vode do sinteze ATP-a kako tijekom kisika tako i disanja bez kisika.

Dakle, rezerve ATP-a u mišićima su vrlo male - dovoljne su samo za 1-2 sekunde mišićnog rada. Ako je mišiću potrebna kratkotrajna, ali aktivna aktivnost, prvo se u njemu mobilizira anaerobno disanje – ono se brže aktivira i daje energiju za oko 90 sekundi aktivnog mišićnog rada. Ako mišić radi aktivno duže od dvije minute, tada se pokreće aerobno disanje: s njim se proizvodnja ATP-a odvija sporo, ali daje dovoljno energije za održavanje fizičke aktivnosti duže vrijeme (do nekoliko sati).

Vaši komentari:

Oni sami optužuju za greške, čak i ne sluteći da je ono što govore tačno.

ATP voda. očigledno ljudi nisu mnogo učili u školi

Zašto je potreban prirodni kiseonik?

Čemu služi kiseonik?

Povećane mentalne performanse;

Povećanje otpornosti organizma na stres i smanjenje nervnog stresa;

Održavanje normalnog nivoa kiseonika u krvi, čime se poboljšava ishrana ćelija i organa kože;

Normalizira se rad unutarnjih organa, ubrzava se metabolizam;

Gubitak težine - kisik potiče aktivnu razgradnju masti;

Normalizacija sna - zbog zasićenja ćelija kiseonikom, tijelo se opušta, san postaje dublji i traje duže;

Rješavanje problema hipoksije (tj. manjka kisika).

Prirodni kiseonik, prema naučnicima i lekarima, sasvim je sposoban da se nosi sa ovim zadacima, ali, nažalost, u urbanim uslovima nastaju problemi sa dovoljnom količinom kiseonika.

Naučnici su utvrdili da je prije 200 godina osoba primala do 40% prirodnog kisika iz zraka, a danas se ta brojka smanjila za 2 puta - na 21%.

Zašto je živim organizmima potreban kiseonik?

Životinje mogu preživjeti bez hrane nekoliko sedmica, a bez vode nekoliko dana. Ali bez kiseonika umiru za nekoliko minuta.

Kiseonik je hemijski element i jedan od najčešćih na Zemlji. Nalazi se svuda oko nas, čineći otprilike jednu petinu zraka (a skoro ostatak je dušik).

Kiseonik se kombinuje sa gotovo svim ostalim elementima. U živim organizmima spaja se sa vodonikom, ugljikom i drugim supstancama, čineći otprilike dvije trećine ukupne težine ljudskog tijela.

Na normalnim temperaturama kisik reagira s drugim elementima vrlo sporo, stvarajući nove tvari koje se nazivaju oksidi. Ovaj proces se naziva reakcija oksidacije.

Oksidacija se u živim organizmima stalno događa. Hrana je gorivo živih ćelija. Kada se hrana oksidira, oslobađa se energija koju tijelo koristi za kretanje i vlastiti rast. Spora oksidacija koja se javlja u živim bićima često se naziva unutrašnjim disanjem.

Osoba udiše kiseonik kroz pluća. Iz pluća ulazi u krvožilni sistem i prenosi se po cijelom tijelu. Udišući zrak, opskrbljujemo ćelije našeg tijela kisikom za njihovo unutrašnje disanje. Dakle, potreban nam je kisik za dobivanje energije, zahvaljujući kojoj tijelo može funkcionirati.

Osobe s problemima s disanjem često se smještaju u komore za kisik, gdje pacijent udiše zrak koji je četrdeset do šezdeset posto kisika i ne mora trošiti mnogo energije da dobije potrebnu količinu kisika.

Iako živa bića stalno uzimaju kisik iz zraka za disanje, njegove rezerve, međutim, nikada ne ponestaju. Biljke ga otpuštaju tokom svoje ishrane i na taj način popunjavaju naše zalihe kiseonika.

Zašto je organizmu potreban kiseonik?

Kiseonik- jedan od najčešćih elemenata ne samo u prirodi, već iu sastavu ljudskog tijela.

Posebna svojstva kiseonika kao hemijskog elementa učinila su ga tokom evolucije živih bića neophodnim partnerom u fundamentalnim procesima života. Elektronska konfiguracija molekule kisika je takva da ima nesparene elektrone, koji su vrlo reaktivni. Posjedujući stoga visoka oksidirajuća svojstva, molekul kisika se koristi u biološkim sistemima kao svojevrsna zamka za elektrone, čija se energija gasi kada su povezani s kisikom u molekulu vode.

Nema sumnje da je kiseonik „kod kuće“ za biološke procese kao akceptor elektrona. Rastvorljivost kisika u vodenoj i lipidnoj fazi također je vrlo korisna za organizam čije su ćelije (posebno biološke membrane) izgrađene od fizički i kemijski različitih materijala. To mu omogućava da relativno lako difundira u bilo koju strukturnu formaciju ćelija i učestvuje u oksidativnim reakcijama. Istina, kisik je nekoliko puta topljiviji u mastima nego u vodenoj sredini, a to se uzima u obzir kada se kisik koristi kao terapeutsko sredstvo.

Svaka ćelija našeg tijela zahtijeva neprekinutu opskrbu kisikom, gdje se koristi u raznim metaboličkim reakcijama. Da biste ga isporučili i sortirali u ćelije, potreban vam je prilično moćan transportni aparat.

U normalnim uslovima, ćelije tela treba da opskrbe oko 200-250 ml kiseonika svake minute. Lako je izračunati da je potreba za njim po danu znatna (oko 300 litara). Uz naporan rad, ova potreba se udeseterostruči.

Difuzija kiseonika iz plućnih alveola u krv nastaje usled alveolarno-kapilarne razlike (gradijenta) tenzije kiseonika, koja pri udisanju normalnog vazduha iznosi: 104 (pO 2 u alveolama) - 45 (pO 2 u plućnim kapilarama ) = 59 mm Hg. Art.

Alveolarni vazduh (sa prosječnim kapacitetom pluća od 6 litara) ne sadrži više od 850 ml kisika, a ova alveolarna rezerva može opskrbiti tijelo kisikom za samo 4 minute, s obzirom da je prosječna potreba organizma za kisikom u normalnim uvjetima oko 200 ml po minuti.

Izračunato je da ako se molekularni kiseonik jednostavno rastvori u krvnoj plazmi (a u njoj se slabo otapa - 0,3 ml u 100 ml krvi), onda je, da bi se obezbedila normalna potreba ćelija za njim, potrebno povećati brzina vaskularnog krvotoka do 180 l u minuti. U stvari, krv se kreće brzinom od samo 5 litara u minuti. Isporuku kiseonika u tkiva vrši divna supstanca - hemoglobin.

Hemoglobin sadrži 96% proteina (globin) i 4% neproteinske komponente (hem). Hemoglobin, poput hobotnice, hvata kiseonik sa svoja četiri pipa. Ulogu “pipaka” koji specifično hvataju molekule kisika u arterijskoj krvi pluća igra hem, odnosno dvovalentni atom željeza koji se nalazi u njegovom središtu. Gvožđe je "pričvršćeno" unutar porfirinskog prstena pomoću četiri veze. Ovaj kompleks gvožđa sa porfirinom naziva se protohem ili jednostavno hem. Druge dvije željezne veze su usmjerene okomito na ravan porfirinskog prstena. Jedan od njih ide u proteinsku podjedinicu (globin), a drugi je slobodan, direktno hvata molekularni kiseonik.

Polipeptidni lanci hemoglobina su raspoređeni u prostoru tako da se njihova konfiguracija približava sfernoj. Svaka od četiri globule ima "džep" u koji se nalazi hem. Svaki hem je sposoban da uhvati jednu molekulu kiseonika. Molekul hemoglobina može vezati najviše četiri molekula kiseonika.

Kako hemoglobin "funkcioniše"?

Posmatranja respiratornog ciklusa "molekularnih pluća" (kako je poznati engleski naučnik M. Perutz nazvao hemoglobin) otkrivaju neverovatne karakteristike ovog pigmentnog proteina. Ispostavilo se da sva četiri dragulja rade zajedno, a ne samostalno. Svaki od dragulja je, takoreći, obaviješten o tome da li je njegov partner dodao kisik ili ne. U deoksihemoglobinu, svi "pipci" (atomi gvožđa) vire iz ravni porfirinskog prstena i spremni su da vežu molekul kiseonika. Nakon što je uhvatio molekul kisika, željezo se uvlači unutar porfirinskog prstena. Prvu molekulu kiseonika je najteže pričvrstiti, a svaki sledeći postaje sve bolji i lakši. Drugim riječima, hemoglobin djeluje prema poslovici „apetit dolazi s jelom“. Dodatak kiseonika čak menja svojstva hemoglobina: on postaje jača kiselina. Ova činjenica je od velike važnosti u prijenosu kisika i ugljičnog dioksida.

Pošto se zasiti kiseonikom u plućima, hemoglobin u crvenim krvnim zrncima prenosi ga kroz krvotok do ćelija i tkiva tela. Međutim, prije zasićenja hemoglobina, kisik se mora otopiti u krvnoj plazmi i proći kroz membranu crvenih krvnih zrnaca. U praksi, posebno kada se koristi terapija kiseonikom, važno je da lekar uzme u obzir potencijalne sposobnosti eritrocitnog hemoglobina da zadrži i isporuči kiseonik.

Jedan gram hemoglobina u normalnim uslovima može vezati 1,34 ml kiseonika. Rezonirajući dalje, možemo izračunati da sa prosječnim sadržajem hemoglobina u krvi od 14-16 ml%, 100 ml krvi veže 18-21 ml kisika. Ako uzmemo u obzir volumen krvi, koji u prosjeku iznosi oko 4,5 litara kod muškaraca i 4 litre kod žena, onda je maksimalna aktivnost vezivanja hemoglobina eritrocita oko 750-900 ml kisika. Naravno, to je moguće samo ako je sav hemoglobin zasićen kiseonikom.

Prilikom udisanja atmosferskog zraka hemoglobin je nepotpuno zasićen - 95-97%. Možete ga zasititi upotrebom čistog kiseonika za disanje. Dovoljno je povećati njegov sadržaj u udahnutom zraku na 35% (umjesto uobičajenih 24%). U ovom slučaju, kapacitet kiseonika će biti maksimalan (jednak 21 ml O 2 na 100 ml krvi). Kiseonik se više neće moći vezati zbog nedostatka slobodnog hemoglobina.

Mala količina kiseonika ostaje rastvorena u krvi (0,3 ml na 100 ml krvi) i u tom obliku se prenosi u tkiva. U prirodnim uslovima, potrebe tkiva se zadovoljavaju kiseonikom vezanim za hemoglobin, jer je kiseonik rastvoren u plazmi neznatna količina - svega 0,3 ml u 100 ml krvi. Ovo dovodi do zaključka: ako je tijelu potreban kisik, onda ne može živjeti bez hemoglobina.

Tokom svog života (to je otprilike 120 dana), crvena krvna zrnca obavljaju ogroman posao, prenoseći oko milijardu molekula kiseonika iz pluća u tkiva. Međutim, hemoglobin ima zanimljivu osobinu: ne apsorbira uvijek kiseonik sa istom pohlepom, niti ga daje okolnim ćelijama sa istom voljom. Ovo ponašanje hemoglobina određeno je njegovom prostornom strukturom i može se regulisati i unutrašnjim i vanjskim faktorima.

Proces zasićenja hemoglobina kisikom u plućima (ili disocijacije hemoglobina u stanicama) opisan je krivuljom u obliku slova S. Zahvaljujući ovoj ovisnosti, normalna opskrba stanica kisikom je moguća čak i uz male razlike u krvi (od 98 do 40 mm Hg).

Položaj krivulje u obliku slova S nije konstantan, a njena promjena ukazuje na bitne promjene u biološkim svojstvima hemoglobina. Ako se kriva pomakne ulijevo i njen zavoj se smanji, onda to ukazuje na povećanje afiniteta hemoglobina za kisik i smanjenje obrnutog procesa - disocijacije oksihemoglobina. Naprotiv, pomak ove krivulje udesno (i povećanje zavoja) ukazuje na potpuno suprotnu sliku - smanjenje afiniteta hemoglobina za kisik i bolje oslobađanje istog u tkiva. Jasno je da je pomicanje krivulje ulijevo preporučljivo za hvatanje kisika u plućima, a udesno za njegovo otpuštanje u tkiva.

Krivulja disocijacije oksihemoglobina mijenja se u zavisnosti od pH okoline i temperature. Što je niži pH (pomak u kiselu stranu) i što je temperatura viša, hemoglobin slabije hvata kiseonik, ali se bolje daje tkivima tokom disocijacije oksihemoglobina. Otuda zaključak: u vrućoj atmosferi, zasićenje krvi kisikom se događa neučinkovito, ali s povećanjem tjelesne temperature, istovar oksihemoglobina iz kisika je vrlo aktivan.

Crvena krvna zrnca također imaju svoje regulatorne uređaje. To je 2,3-difosfoglicerinska kiselina, nastala tokom razgradnje glukoze. Od ove supstance zavisi i „raspoloženje“ hemoglobina u odnosu na kiseonik. Kada se 2,3-difosfoglicerinska kiselina akumulira u crvenim krvnim zrncima, ona smanjuje afinitet hemoglobina za kisik i potiče njegovo oslobađanje u tkiva. Ako ga nema dovoljno, slika je suprotna.

Zanimljivi događaji se dešavaju i u kapilarima. Na arterijskom kraju kapilare, difuzija kisika se događa okomito na kretanje krvi (iz krvi u ćeliju). Kretanje se dešava u pravcu razlike parcijalnih pritisaka kiseonika, odnosno u ćelije.

Ćelije daju prednost fizički rastvorenom kiseoniku i on se prvi koristi. Istovremeno, oksihemoglobin se oslobađa svog tereta. Što organ intenzivnije radi, to mu je potrebno više kiseonika. Kada se kiseonik oslobodi, oslobađaju se pipci hemoglobina. Zbog apsorpcije kiseonika tkivima, sadržaj oksihemoglobina u venskoj krvi opada sa 97 na 65-75%.

Pražnjenje oksihemoglobina istovremeno potiče transport ugljičnog dioksida. Potonji, koji nastaje u tkivima kao konačni produkt sagorijevanja tvari koje sadrže ugljik, ulazi u krv i može uzrokovati značajno smanjenje pH okoliša (zakiseljavanje), što je nespojivo sa životom. Zapravo, pH arterijske i venske krvi može fluktuirati u izuzetno uskom rasponu (ne više od 0,1), a za to je potrebno neutralizirati ugljični dioksid i ukloniti ga iz tkiva u pluća.

Zanimljivo je da nakupljanje ugljičnog dioksida u kapilarama i blagi pad pH okoline samo doprinose oslobađanju kisika oksihemoglobinom (krivulja disocijacije se pomiče udesno, a zavoj u obliku slova S se povećava). Hemoglobin, koji igra ulogu samog sistema pufera krvi, neutralizira ugljični dioksid. U tom slučaju nastaju bikarbonati. Dio ugljičnog dioksida je vezan samim hemoglobinom (što rezultira stvaranjem karbhemoglobina). Procjenjuje se da je hemoglobin direktno ili indirektno uključen u transport do 90% ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća. U plućima se javljaju obrnuti procesi, jer oksigenacija hemoglobina dovodi do povećanja njegovih kiselih svojstava i oslobađanja vodikovih jona u okolinu. Potonji, spajajući se s bikarbonatima, tvore ugljičnu kiselinu, koju enzim karboanhidraza razlaže na ugljični dioksid i vodu. Ugljični dioksid oslobađaju pluća, a oksihemoglobin, vezujući katione (u zamjenu za otcijepljene ione vodonika), kreće se u kapilare perifernih tkiva. Ovako bliska povezanost između činova snabdijevanja tkiva kisikom i uklanjanja ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća podsjeća nas da pri korištenju kisika u medicinske svrhe ne treba zaboraviti još jednu funkciju hemoglobina - oslobađanje tijela od viška ugljičnog dioksida.

Arterijsko-venska razlika ili razlika u pritisku kiseonika duž kapilare (od arterijskog do venskog kraja) daje predstavu o potrebi tkiva za kiseonikom. Dužina kapilarnog putovanja oksihemoglobina varira u različitim organima (a njihove potrebe za kisikom nisu iste). Stoga, na primjer, napetost kisika u mozgu opada manje nego u miokardu.

Ovdje je, međutim, potrebno napraviti rezervu i podsjetiti da su miokard i ostala mišićna tkiva u posebnim uslovima. Mišićne ćelije imaju aktivan sistem za hvatanje kiseonika iz krvi koja teče. Ovu funkciju obavlja mioglobin, koji ima istu strukturu i radi na istom principu kao i hemoglobin. Samo mioglobin ima jedan proteinski lanac (a ne četiri, kao hemoglobin) i, ​​shodno tome, jedan hem. Mioglobin je kao četvrtina hemoglobina i hvata samo jedan molekul kiseonika.

Jedinstvena struktura mioglobina, koja je ograničena samo na tercijarni nivo organizacije njegovog proteinskog molekula, povezana je sa interakcijom sa kiseonikom. Mioglobin veže kiseonik pet puta brže od hemoglobina (ima visok afinitet prema kiseoniku). Kriva zasićenja mioglobina (ili disocijacije oksimioglobina) kisikom ima oblik hiperbole, a ne S-oblika. Ovo ima veliki biološki smisao, jer mioglobin, koji se nalazi duboko u mišićnom tkivu (gde je parcijalni pritisak kiseonika nizak), pohlepno grabi kiseonik čak i pod uslovima niske napetosti. Stvara se svojevrsna rezerva kisika, koja se po potrebi troši na stvaranje energije u mitohondrijima. Na primjer, u srčanom mišiću, gdje ima dosta mioglobina, tokom dijastole se formira rezerva kisika u stanicama u obliku oksimioglobina, koji tokom sistole zadovoljava potrebe mišićnog tkiva.

Očigledno, stalni mehanički rad mišićnih organa zahtijevao je dodatne uređaje za hvatanje i rezervisanje kisika. Priroda ga je stvorila u obliku mioglobina. Moguće je da nemišićne stanice također imaju neki još nepoznati mehanizam za hvatanje kisika iz krvi.

Općenito, korisnost rada hemoglobina crvenih krvnih zrnaca određuje se po tome koliko je bio u stanju da prenese do stanice i prenese joj molekule kisika i ukloni ugljični dioksid koji se nakuplja u kapilarama tkiva. Nažalost, ovaj radnik ponekad ne radi punim kapacitetom i bez svoje krivice: oslobađanje kiseonika iz oksihemoglobina u kapilari zavisi od sposobnosti biohemijskih reakcija u ćelijama da troše kiseonik. Ako se troši malo kiseonika, onda se čini da „stagnira“ i zbog svoje niske rastvorljivosti u tečnom mediju više ne dolazi iz arterijskog korita. Liječnici primjećuju smanjenje arteriovenske razlike kisika. Ispostavilo se da hemoglobin beskorisno nosi dio kisika, a osim toga, nosi manje ugljičnog dioksida. Situacija nije prijatna.

Poznavanje šema rada sistema za transport kiseonika u prirodnim uslovima omogućava lekaru da izvuče niz korisnih zaključaka za ispravnu upotrebu terapije kiseonikom. Podrazumijeva se da je potrebno zajedno sa kisikom koristiti sredstva koja stimuliraju zitropoezu, povećavaju protok krvi u zahvaćenom tijelu i pomažu korištenje kisika u tkivima tijela.

Istovremeno, potrebno je jasno znati za koje se svrhe kisik troši u stanicama, osiguravajući njihovo normalno postojanje?

Na svom putu do svog mjesta učešća u metaboličkim reakcijama unutar ćelija, kiseonik savladava mnoge strukturne formacije. Najvažnije od njih su biološke membrane.

Svaka ćelija ima plazma (ili vanjsku) membranu i bizarnu raznolikost drugih membranskih struktura koje vezuju subcelularne čestice (organele). Membrane nisu samo pregrade, već formacije koje obavljaju posebne funkcije (transport, razgradnja i sinteza tvari, proizvodnja energije itd.), koje su određene njihovom organizacijom i sastavom biomolekula uključenih u njih. Uprkos varijabilnosti oblika i veličine membrana, one se pretežno sastoje od proteina i lipida. Druge tvari koje se također nalaze u membranama (na primjer, ugljikohidrati) povezane su kemijskim vezama s lipidima ili proteinima.

Nećemo se zadržavati na detaljima organizacije proteinsko-lipidnih molekula u membranama. Važno je napomenuti da svi modeli strukture biomembrana („sendvič“, „mozaik“ itd.) pretpostavljaju prisustvo u membranama bimolekularnog lipidnog filma koji zajedno drže proteinski molekuli.

Lipidni sloj membrane je tekući film koji se stalno kreće. Kiseonik, zbog svoje dobre rastvorljivosti u mastima, prolazi kroz dvostruki lipidni sloj membrana i ulazi u ćelije. Dio kiseonika se prenosi u unutrašnje okruženje ćelija putem nosača kao što je mioglobin. Vjeruje se da je kisik u ćeliji u rastvorljivom stanju. Vjerovatno se više otapa u lipidnim formacijama, a manje u hidrofilnim. Podsjetimo da struktura kisika savršeno zadovoljava kriterije oksidacijskog sredstva koje se koristi kao zamka elektrona. Poznato je da se glavna koncentracija oksidativnih reakcija javlja u posebnim organelama, mitohondrijima. Figurativna poređenja koja su biohemičari dali mitohondrijima govore o svrsi ovih malih (veličine 0,5 do 2 mikrona) čestica. Zovu se i “energetske stanice” i “elektrane” ćelije, čime se naglašava njihova vodeća uloga u formiranju energetski bogatih spojeva.

Ovdje je vjerovatno vrijedno napraviti malu digresiju. Kao što znate, jedna od osnovnih karakteristika živih bića je efikasno vađenje energije. Ljudsko tijelo koristi vanjske izvore energije – nutrijente (ugljikohidrate, lipide i proteine), koje se uz pomoć hidrolitičkih enzima gastrointestinalnog trakta usitnjavaju u manje komade (monomere). Potonji se apsorbiraju i isporučuju u ćelije. Energetsku vrijednost imaju samo one tvari koje sadrže vodonik, koji ima veliku zalihu slobodne energije. Glavni zadatak ćelije, odnosno enzima sadržanih u njoj, je da obradi supstrate na način da se iz njih ukloni vodik.

Gotovo svi enzimski sistemi koji imaju sličnu ulogu lokalizirani su u mitohondrijima. Ovdje se oksidiraju fragment glukoze (pirogrožđana kiselina), masne kiseline i ugljični skeleti aminokiselina. Nakon završne obrade, preostali vodonik se „odstranjuje“ sa ovih supstanci.

Vodik, koji se odvaja od zapaljivih materija uz pomoć posebnih enzima (dehidrogenaza), nije u slobodnom obliku, već u vezi sa posebnim nosačima - koenzimima. To su derivati ​​nikotinamida (vitamin PP) - NAD (nikotinamid adenin dinukleotid), NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) i derivati ​​riboflavina (vitamin B 2) - FMN (flavin mononukleotid) i FAD (flavinadenin dinukleotid).

Vodonik ne gori odmah, već postepeno, u porcijama. U suprotnom, ćelija ne bi mogla da koristi svoju energiju, jer kada bi vodik stupio u interakciju sa kiseonikom, došlo bi do eksplozije, što se lako demonstrira u laboratorijskim eksperimentima. Da bi vodonik u dijelovima oslobađao energiju sadržanu u njemu, u unutrašnjoj membrani mitohondrija postoji lanac nosača elektrona i protona, inače nazvan respiratorni lanac. Na određenom dijelu ovog lanca, putevi elektrona i protona se razilaze; elektroni skaču kroz citohrome (koji se, kao i hemoglobin, sastoje od proteina i hema), a protoni izlaze u okolinu. Na završnoj tački respiratornog lanca, gdje se nalazi citokrom oksidaza, elektroni "klize" na kisik. U tom slučaju energija elektrona se potpuno gasi, a kisik, koji veže protone, svodi se na molekul vode. Voda više nema energetsku vrijednost za tijelo.

Energija koju daju elektroni koji skaču duž respiratornog lanca pretvara se u energiju hemijskih veza adenozin trifosfata - ATP, koji služi kao glavni akumulator energije u živim organizmima. Budući da su ovdje spojena dva čina: oksidacija i stvaranje energetski bogatih fosfatnih veza (prisutne u ATP-u), proces stvaranja energije u respiratornom lancu naziva se oksidativna fosforilacija.

Kako dolazi do kombinacije kretanja elektrona duž respiratornog lanca i hvatanja energije tokom tog kretanja? Još nije sasvim jasno. U međuvremenu, djelovanje bioloških pretvarača energije omogućilo bi rješavanje mnogih pitanja u vezi sa spasavanjem tjelesnih ćelija zahvaćenih patološkim procesom, koje po pravilu doživljavaju energetsko gladovanje. Prema mišljenju stručnjaka, otkrivanje tajni mehanizma stvaranja energije u živim bićima dovest će do stvaranja tehnički perspektivnijih generatora energije.

Ovo su perspektive. Za sada je poznato da se hvatanje energije elektrona dešava u tri sekcije respiratornog lanca i, stoga, sagorevanjem dva atoma vodika nastaju tri ATP molekula. Efikasnost takvog energetskog transformatora je blizu 50%. S obzirom na to da je udio energije koja se opskrbljuje ćeliji tokom oksidacije vodonika u respiratornom lancu najmanje 70-90%, postaju jasnija šarena poređenja koja su dodijeljena mitohondrijama.

ATP energija se koristi u različitim procesima: za sklapanje složenih struktura (na primjer, proteina, masti, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina) od građenja proteina, mehaničke aktivnosti (kontrakcija mišića), električnog rada (nastanak i širenje nervnih impulsa). ), transport i akumulacija supstanci unutar ćelija itd. Ukratko, život bez energije je nemoguć, a čim je dođe do oštrog nedostatka, živa bića umiru.

Vratimo se pitanju mjesta kiseonika u proizvodnji energije. Na prvi pogled, direktno učešće kiseonika u ovom vitalnom procesu deluje prikriveno. Vjerovatno bi bilo prikladno usporediti sagorijevanje vodonika (i rezultirajuće stvaranje energije) sa proizvodnom linijom, iako respiratorni lanac nije linija za sklapanje, već za „rastavljanje“ materije.

U poreklu respiratornog lanca nalazi se vodonik. Iz njega tok elektrona juri do konačnog odredišta - kisika. U nedostatku kiseonika ili njegovom manjku, proizvodna linija ili staje ili ne radi punim kapacitetom, jer nema ko da je istovari, ili je efikasnost istovara ograničena. Nema protoka elektrona - nema energije. Prema prikladnoj definiciji izvanrednog biohemičara A. Szent-Gyorgyija, životom upravlja tok elektrona, čije kretanje određuje vanjski izvor energije - Sunce. Primamljivo je nastaviti ovu misao i dodati da budući da je život kontroliran protokom elektrona, kisik održava kontinuitet ovog toka

Da li je moguće zamijeniti kisik drugim akceptorom elektrona, rasteretiti respiratorni lanac i obnoviti proizvodnju energije? U principu je moguće. To se lako demonstrira u laboratorijskim eksperimentima. Za tijelo je još uvijek neshvatljiv zadatak odabir akceptora elektrona kao što je kisik, tako da se on lako transportuje, prodire u sve stanice i učestvuje u redoks reakcijama.

Dakle, kisik, uz održavanje kontinuiteta protoka elektrona u respiratornom lancu, u normalnim uvjetima doprinosi stalnom stvaranju energije iz tvari koje ulaze u mitohondrije.

Naravno, gore prikazana situacija je donekle pojednostavljena, a mi smo to učinili kako bismo jasnije prikazali ulogu kisika u regulaciji energetskih procesa. Efikasnost takve regulacije određena je radom aparata za transformaciju energije pokretnih elektrona (električne struje) u hemijsku energiju ATP veza. Ako su hranljive materije prisutne čak i u prisustvu kiseonika. sagorevanje u mitohondrijama "uzalud", toplotna energija koja se oslobađa u ovom slučaju je beskorisna za tijelo, a može doći do energetskog gladovanja sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze. Međutim, takvi ekstremni slučajevi poremećene fosforilacije tokom prenosa elektrona u mitohondrijama tkiva su teško mogući i nisu se susreli u praksi.

Mnogo su češći slučajevi poremećaja proizvodnje energije koji su povezani sa nedostatkom kiseonika u ćelijama. Da li to znači trenutnu smrt? Ispostavilo se da nije. Evolucija je odlučila mudro, ostavljajući određenu rezervu energetske snage za ljudska tkiva. Osigurava ga bezkiseonički (anaerobni) put za stvaranje energije iz ugljikohidrata. Njegova efikasnost je, međutim, relativno niska, jer oksidacija istih nutrijenata u prisustvu kiseonika daje 15-18 puta više energije nego bez njega. Međutim, u kritičnim situacijama, tjelesna tkiva ostaju održiva upravo zahvaljujući anaerobnoj proizvodnji energije (kroz glikolizu i glikogenolizu).

Ovo je mala digresija koja govori o potencijalu stvaranja energije i postojanju organizma bez kiseonika, dodatni dokaz da je kiseonik najvažniji regulator životnih procesa i da je bez njega postojanje nemoguće.

Međutim, ništa manje važno je učešće kisika ne samo u energetskim, već iu plastičnim procesima. Ovu stranu kiseonika ukazali su još 1897. godine naš izvanredni sunarodnik A. N. Bach i nemački naučnik K. Engler, koji su razvili stav „o sporoj oksidaciji supstanci aktiviranim kiseonikom“. Dugo su ove odredbe ostale u zaboravu zbog prevelikog interesovanja istraživača za problem učešća kiseonika u energetskim reakcijama. Tek 60-ih godina našeg stoljeća ponovo se postavlja pitanje uloge kisika u oksidaciji mnogih prirodnih i stranih spojeva. Kako se ispostavilo, ovaj proces nema nikakve veze sa stvaranjem energije.

Glavni organ koji koristi kisik da ga uvede u molekulu oksidirane tvari je jetra. U ćelijama jetre, mnoga strana jedinjenja se neutrališu na ovaj način. A ako se jetra s pravom naziva laboratorijom za neutralizaciju lijekova i otrova, onda kisik u ovom procesu ima vrlo počasno (ako ne i dominantno) mjesto.

Ukratko o lokalizaciji i dizajnu uređaja za potrošnju kisika za plastične svrhe. U membranama endoplazmatskog retikuluma, koji prodire u citoplazmu ćelija jetre, postoji kratak lanac transporta elektrona. Razlikuje se od dugog (sa velikim brojem nosilaca) respiratornog lanca. Izvor elektrona i protona u ovom lancu je reducirani NADP, koji nastaje u citoplazmi, na primjer, tokom oksidacije glukoze u pentozofosfatnom ciklusu (dakle, glukoza se može nazvati punopravnim partnerom u detoksikaciji tvari). Elektroni i protoni se prenose do posebnog proteina koji sadrži flavin (FAD) i od njega do konačne veze - posebnog citokroma zvanog citokrom P-450. Poput hemoglobina i mitohondrijalnih citohroma, on je protein koji sadrži hem. Njegova funkcija je dvostruka: veže oksidiranu supstancu i sudjeluje u aktivaciji kisika. Krajnji rezultat tako složene funkcije citokroma P-450 je da jedan atom kisika ulazi u molekulu oksidirane tvari, a drugi u molekulu vode. Očigledne su razlike između završnih činova potrošnje kiseonika tokom stvaranja energije u mitohondrijima i tokom oksidacije supstanci u endoplazmatskom retikulumu. U prvom slučaju kisik se koristi za formiranje vode, au drugom - za stvaranje i vode i oksidiranog supstrata. Udio kiseonika utrošenog u organizmu za plastične svrhe može biti 10-30% (u zavisnosti od uslova za povoljan nastanak ovih reakcija).

Postavljati pitanje (čak i čisto teoretski) o mogućnosti zamjene kisika drugim elementima je besmisleno. S obzirom da je ovaj put iskorištavanja kisika neophodan i za razmjenu najvažnijih prirodnih spojeva – kolesterola, žučnih kiselina, steroidnih hormona – lako je shvatiti dokle sežu funkcije kisika. Ispostavilo se da regulira stvaranje niza važnih endogenih spojeva i detoksikaciju stranih supstanci (ili, kako ih sada zovu, ksenobiotika).

Treba, međutim, napomenuti da enzimski sistem endoplazmatskog retikuluma, koji koristi kiseonik za oksidaciju ksenobiotika, ima neke troškove, koji su sledeći. Ponekad, kada se kisik unese u supstancu, nastaje toksičniji spoj od originalnog. U takvim slučajevima kisik djeluje kao saučesnik u trovanju tijela bezopasnim spojevima. Takvi troškovi uzimaju ozbiljan preokret, na primjer, kada se kancerogeni stvaraju iz prokancerogena uz sudjelovanje kisika. Konkretno, dobro poznata komponenta duhanskog dima, benzopiren, koja se smatrala kancerogenom, zapravo dobiva ova svojstva kada se oksidira u tijelu i formira oksibenzpiren.

Gore navedene činjenice tjeraju nas da obratimo veliku pažnju na one enzimske procese u kojima se kisik koristi kao građevinski materijal. U nekim slučajevima potrebno je razviti preventivne mjere protiv ovog načina potrošnje kisika. Ovaj zadatak je veoma težak, ali mu je potrebno tražiti pristupe kako bi se raznim tehnikama usmjerile regulacijske potencije kisika u smjeru potrebnom za tijelo.

Ovo posljednje je posebno važno u slučaju korištenja kisika u takvom „nekontroliranom“ procesu kao što je peroksidna (ili slobodnim radikalima) oksidacija nezasićenih masnih kiselina. Nezasićene masne kiseline su dio različitih lipida u biološkim membranama. Arhitektura membrana, njihova permeabilnost i funkcije enzimskih proteina uključenih u membrane su u velikoj mjeri determinirani omjerom različitih lipida. Peroksidacija lipida odvija se ili uz pomoć enzima ili bez njih. Druga opcija se ne razlikuje od oksidacije lipida slobodnim radikalima u konvencionalnim hemijskim sistemima i zahteva prisustvo askorbinske kiseline. Učešće kisika u peroksidaciji lipida, naravno, nije najbolji način da se iskoriste njegove vrijedne biološke kvalitete. Priroda slobodnih radikala ovog procesa, koji može pokrenuti dvovalentno željezo (centar formiranja radikala), omogućava mu da brzo dovede do raspada lipidnog okosnica membrana i, posljedično, do smrti stanice.

Međutim, takva katastrofa se ne dešava u prirodnim uslovima. Ćelije sadrže prirodne antioksidanse (vitamin E, selen, neki hormoni) koji prekidaju lanac peroksidacije lipida, sprječavajući stvaranje slobodnih radikala. Ipak, korištenje kisika u peroksidaciji lipida, prema nekim istraživačima, ima i pozitivne aspekte. U biološkim uvjetima, lipidna peroksidacija je neophodna za samoobnavljanje membrane, budući da su lipidni peroksidi spojevi topljiviji u vodi i lakše se oslobađaju iz membrane. Zamijenjeni su novim, hidrofobnim molekulama lipida. Samo prekomjernost ovog procesa dovodi do kolapsa membrana i patoloških promjena u tijelu.

Vrijeme je da se sagledamo. Dakle, kiseonik je najvažniji regulator vitalnih procesa, koji koriste ćelije organizma kao neophodnu komponentu za stvaranje energije u respiratornom lancu mitohondrija. Potrebe za kiseonikom ovih procesa su nejednako zadovoljene i zavise od mnogih uslova (o snazi ​​enzimskog sistema, obilju u supstratu i dostupnosti samog kiseonika), ali se ipak lavovski deo kiseonika troši na energetske procese. Dakle, „životna plata“ i funkcije pojedinih tkiva i organa za vrijeme akutnog nedostatka kisika određuju se endogenim rezervama kisika i snagom bezkiseoničkog puta proizvodnje energije.

Međutim, nije manje važno opskrbiti kisik drugim plastičnim procesima, iako se manji dio za to troši. Pored niza neophodnih prirodnih sinteza (holesterol, žučne kiseline, prostaglandini, steroidni hormoni, biološki aktivni produkti metabolizma aminokiselina), prisustvo kisika je posebno neophodno za neutralizaciju lijekova i otrova. U slučaju trovanja stranim tvarima, možda se može pretpostaviti da je kisik važniji za plastiku nego za energetske svrhe. U slučaju intoksikacije, ova strana djelovanja nalazi praktičnu primjenu. I samo u jednom slučaju doktor mora razmišljati o tome kako da postavi barijeru potrošnji kiseonika u ćelijama. Govorimo o inhibiciji upotrebe kisika u peroksidaciji lipida.

Kao što vidimo, poznavanje karakteristika isporuke i puteva potrošnje kiseonika u organizmu ključno je za razotkrivanje poremećaja koji nastaju pri različitim vrstama hipoksičnih stanja, kao i za ispravnu taktiku terapijske upotrebe kiseonika u klinici. .

Zooinženjerski fakultet Moskovske poljoprivredne akademije. Nezvanična stranica

Zašto je potreban kiseonik u krvi?

Za normalno funkcioniranje organizma potrebno je da krv bude u potpunosti opskrbljena kisikom. Zašto je ovo toliko važno?

U krvi koja teče iz pluća, skoro sav kiseonik je hemijski vezan za hemoglobin, a ne otopljen u krvnoj plazmi. Prisutnost respiratornog pigmenta - hemoglobina u krvi omogućava mu da prenosi značajnu količinu plinova s ​​malom količinom vlastite tekućine. Osim toga, provedba kemijskih procesa vezivanja i oslobađanja plinova odvija se bez nagle promjene fizičko-hemijskih svojstava krvi (koncentracija vodikovih jona i osmotski tlak).

Kapacitet krvi za kiseonik određen je količinom kiseonika koju hemoglobin može vezati. Reakcija između kiseonika i hemoglobina je reverzibilna. Kada je hemoglobin vezan za kiseonik, on postaje oksihemoglobin. Na visinama do 2000 m nadmorske visine, arterijska krv je 96-98% zasićena kiseonikom. Za vrijeme odmora mišića, sadržaj kisika u venskoj krvi koja teče u pluća iznosi 65-75% sadržaja koji se nalazi u arterijskoj krvi. Intenzivnim mišićnim radom ova razlika se povećava.

Kada se oksihemoglobin pretvori u hemoglobin, boja krvi se mijenja: od grimiznocrvene postaje tamnoljubičasta i obrnuto. Što je manje oksihemoglobina, to je tamnija krv. A kada ga ima vrlo malo, sluznice poprimaju sivkasto-plavkastu boju.

Najvažniji razlog za promjenu reakcije krvi na alkalnu stranu je sadržaj ugljičnog dioksida u njoj, koji pak ovisi o prisutnosti ugljičnog dioksida u krvi. Dakle, što je više ugljičnog dioksida u krvi, to je više ugljičnog dioksida, a samim tim i jači pomak kiselinsko-bazne ravnoteže krvi na kiselu stranu, što bolje doprinosi zasićenju krvi kisikom i olakšava njeno oslobađanje u tkiva. Istovremeno, ugljični dioksid i njegova koncentracija u krvi najjače od svih navedenih faktora utječu na zasićenje krvi kisikom i njegovo otpuštanje u tkiva. No, na krvni tlak posebno jako utječe rad mišića, odnosno pojačana aktivnost organa, što dovodi do povećanja temperature, značajnog stvaranja ugljičnog dioksida, naravno, do većeg pomaka na kiselu stranu i smanjenja napetosti kisika. Upravo u tim slučajevima dolazi do najveće zasićenosti krvi i cijelog organizma u cjelini kisikom. Nivo zasićenosti kisikom u krvi je individualna konstanta osobe, ovisno o mnogim faktorima, od kojih su glavni ukupna površina alveolarnih membrana, debljina i svojstva same membrane, kvaliteta hemoglobina i psihičko stanje osobe. Istražimo ove koncepte detaljnije.

1. Ukupna površina alveolarnih membrana, kroz koje difundiraju plinovi, varira od 30 kvadratnih metara pri izdisanju do 100 pri dubokom udahu.

2. Debljina i svojstva alveolarne membrane zavise od prisustva sluzi na njoj, koja se izlučuje iz organizma kroz pluća, a svojstva same membrane zavise od njene elastičnosti koja se, nažalost, gubi sa godinama i određuje se. po tome kako se osoba hrani.

3. Iako su heminske (koje sadrže gvožđe) grupe u hemoglobinu iste za sve, globinske (proteinske) grupe su različite, što utiče na sposobnost hemoglobina da veže kiseonik. Hemoglobin ima najveću sposobnost vezivanja tokom intrauterinog života. Nadalje, ova imovina se gubi ako nije posebno obučena.

4. Zbog činjenice da se u zidovima alveola nalaze nervni završeci, različiti nervni impulsi izazvani emocijama i sl., mogu značajno uticati na propusnost alveolarnih membrana. Na primjer, kada je osoba depresivna, teško diše, a kada je vesela, sam zrak struji u pluća.

Dakle, nivo zasićenosti krvi kiseonikom je različit za svaku osobu i zavisi od starosti, tipa disanja, čistoće tela i emocionalne stabilnosti osobe. Pa čak i u zavisnosti od gore navedenih faktora kod iste osobe, značajno varira, iznoseći 25-65 mm kiseonika u minuti.

Razmjena kisika između krvi i tkiva slična je razmjeni između alveolarnog zraka i krvi. Budući da postoji kontinuirana potrošnja kisika u tkivima, njegova napetost opada. Kao rezultat, kiseonik prelazi iz tkivne tečnosti u ćelije, gde se troši. Tkivna tekućina osiromašena kisikom, u kontaktu sa stijenkom kapilare koja sadrži krv, dovodi do difuzije kisika iz krvi u tkivnu tekućinu. Što je metabolizam u tkivu veći, to je niža napetost kiseonika u tkivu. I što je ta razlika veća (između krvi i tkiva), veća je količina kisika koja može ući u tkiva iz krvi pri istoj napetosti kisika u kapilarnoj krvi.

Proces uklanjanja ugljičnog dioksida liči na obrnuti proces apsorpcije kisika. Ugljen-dioksid koji nastaje u tkivima tokom oksidativnih procesa difunduje u intersticijsku tečnost, gde je njena napetost niža, a odatle difunduje kroz zid kapilara u krv, gde je njegova napetost čak niža nego u intersticijskoj tečnosti.

Prolazeći kroz zidove tkivnih kapilara, ugljični dioksid se dijelom direktno otapa u krvnoj plazmi kao plin koji je vrlo topljiv u vodi, a dijelom se veže s raznim bazama stvarajući bikarbonate. Ove soli se zatim razlažu u plućnim kapilarama, oslobađajući slobodni ugljični dioksid, koji se zauzvrat brzo razlaže enzimom karboanhidraze na vodu i ugljični dioksid. Nadalje, zbog razlike u parcijalnom tlaku ugljičnog dioksida između alveolarnog zraka i njegovog sadržaja u krvi, on prelazi u pluća, odakle se izbacuje. Glavna količina ugljičnog dioksida prenosi se uz sudjelovanje hemoglobina, koji nakon reakcije s ugljičnim dioksidom stvara bikarbonate, a samo mali dio ugljičnog dioksida prenosi se plazmom.

Ranije je navedeno da je glavni faktor koji reguliše disanje koncentracija ugljičnog dioksida u krvi. Povećanje CO 2 u krvi koja teče u mozak povećava ekscitabilnost i respiratornog i pneumotoksičnog centra. Povećanje aktivnosti prvog od njih dovodi do pojačanih kontrakcija respiratornih mišića, a drugog dovodi do pojačanog disanja. Kada se sadržaj CO 2 vrati u normalu, stimulacija ovih centara prestaje i frekvencija i dubina disanja se vraćaju na normalne nivoe. Ovaj mehanizam radi i u suprotnom smjeru. Ako osoba dobrovoljno duboko udahne i izdiše, sadržaj CO 2 u alveolarnom zraku i krvi će se toliko smanjiti da će nakon prestanka dubokog disanja respiratorni pokreti potpuno prestati sve dok nivo CO 2 u krvi ne dostigne normalu. opet. Stoga tijelo, težeći ravnoteži, održava parcijalni pritisak CO 2 na konstantnom nivou već u alveolarnom zraku.

Ovaj tekst je uvodni fragment. Iz knjige SIDA: Presuda je ukinuta autor Andrej Aleksandrovič Dmitrijevski

Iz knjige Zhirotopka autor Jurij Borisovič Bulanov

Iz knjige Kako produžiti prolazan život autor Nikolaj Grigorijevič Druzjak

Iz knjige The Healing System of a Mucusless Diet autor Arnold Ehret

autor

Iz knjige Najnovija knjigačinjenice. Sveska 1 autor Anatolij Pavlovič Kondrašov

Iz knjige Najnovija knjiga činjenica. Sveska 1 autor Anatolij Pavlovič Kondrašov

autor Anatolij Pavlovič Kondrašov

Iz knjige Najnovija knjiga činjenica. Tom 1. Astronomija i astrofizika. Geografija i druge nauke o Zemlji. Biologija i medicina autor Anatolij Pavlovič Kondrašov

Iz knjige Najnovija knjiga činjenica. Tom 1. Astronomija i astrofizika. Geografija i druge nauke o Zemlji. Biologija i medicina autor Anatolij Pavlovič Kondrašov

Iz knjige Šokantna istina o vodi i soli od Patricia Bragg

Iz knjige Između umivaonika i kreveta, ili lijek za žensku parcelu autor Katya Manukovskaya

Iz knjige Zlatni brkovi protiv nesanice autor Yana Sergeevna Anokhina

Iz knjige Učiti razumjeti svoje analize autor Elena V. Poghosyan

Iz knjige Živa prehrana Arnolda Ehreta (s predgovorom Vadima Zelanda) autor Arnold Ehret

Iz knjige 300 recepata za njegu kože. Maske. Piling. Podizanje. Protiv bora i akni. Protiv celulita i ožiljaka autor Marija Žukova-Gladkova