Углеводный парадокс

Углеводный парадокс

1. Постановка вопроса

Настоящий текст адресован больше биологам, возможно, биофизикам и биохимикам, - и именно им, специалистам в данной области, надлежит разобраться с поставленным в тексте вопросом. Известно, что углеводы, потребляемые человеком в пищу, делятся на быстрые и медленные - и медленные (овсянка, гречка, рис) запасают силы в мышцах на часы и даже дни, чего не происходит при употреблении в пищу быстрых углеводов (хлеб, сахар, печенье), когда силы иссякают практически сразу после начала физической активности. Парадокс ситуации видится в том, что абсолютно все углеводы, поступающие в организм в качестве пищи, расщепляются до глюкозы, а она, поступая в митохондрии и попадая в цикл Кребса, в конечном счете распадается до углекислого газа, воды и собственно источника энергии - молекул аденозинтрифосфата. Пытаясь разобраться, как дифференцированная пища, распадаясь до недифференцированных составляющих, дает дифференцированный результат, прибегну к аналогии: известно, что аккумулятор, заряженный малым током, держит заряд дольше аккумулятора, заряженного током сильным, - причем и время зарядки при малом токе также увеличивается в разы. То есть, как в энергетической, так и в биологической системе существует некое скрытое звено, имеющее порог пропускной способности, - и далее обращусь к метафоре. Если через протекающую водопроводную трубу (сантехник дядя Вася был нерадив) прогонять одно и то же количество воды со скоростью пять и десять километров в час, то что в первом, что во втором случае через брешь за единицу времени утечет одно и то же количество воды, однако при большей скорости течения некий ее объем будет прокачан в два раза быстрее, и потерь будет в два раза меньше.

Несложно видеть, что утечка воды во второй метафоре - это энергия в первой (та энергия, что заряжает аккумулятор, что дает силы в мышцах для физической активности), при этом порог пропускной способности - это размер бреши, через которую утекает вода. Порог - «он и в Африке порог», величина, в общем, статичная, и, следовательно, энергия, запасаемая и в аккумуляторе, и в мышцах, напрямую зависит от времени проистекания процесса. Однако и оно имеет свой предел - и в одном случае ограничено емкостью аккумулятора, в другом - чувством сытости, размерами пищевого тракта, и для того, чтобы энергии система получала как можно больше, "ток воды в трубе" следует максимально замедлять. Собственно, углеводы потому и медленные, что они медленно усваиваются (кто-то подметил это с самого начала), - и далее и следует вопрос к биологам и биофизикам: а что это за "скрытое звено", имеющее порог пропускной способности, в каком виде существует, и как рассчитать величину этого порога?

2014, конец марта

2. Потому что водород

Вообще, первое, что приходит в голову: митохондрии сами по себе являются аккумулятором, - причем гипотеза видится разумной, потому как на определенных стадиях цикла Кребса (приводить описание просто не возьмусь - биологи знают его и так, а не биологи едва ли захотят разбираться - он сложный) [1, c. 43 - 48] на выходе появляются ионы водорода, и они, будучи положительно заряжены, вполне могут обусловливать наличие электрического заряда, распределенного - смею думать - на внутренней "ребристой" стороне мембраны митохондрии. Не желая влезать в биологические дебри, не будучи ни химиком, ни биологом, на том и ограничусь в гипотезах, и лишь добавлю, что "эффект аккумулятора" сам стал бы искать в так называемой цепи тканевого дыхания [1, c. 48 - 50], куда, будучи связанными с коферментом, поступают ионы водорода и где от кофермента к коферменту последовательно передаются по цепи, где и синтезируется основное (34/38) количество молекул АТФ (для не-биологов: клеточное (или тканевое) дыхание - это окисление субстрата, приводящее к получению химической энергии - АТФ, где субстратом служат органические соединения - жиры, белки и углеводы [1, c. 45]). При этом происходящий в митохондриях процесс сам бы охарактеризовал так, что параллельно с окислением водорода, выведением ионов Н⁺ через цепь тканевого дыхания, уходит и электрический заряд, происходит разрядка аккумулятора. И далее добавлю, что если действительно серьезно подходить к вопросу, прежде неплохо бы выяснить у физиков, почему при медленном токе зарядки заряд аккумулятора держится дольше.

2014, начало апреля

3. О синтезе АТФ

Забавные в мире сюжеты бывают порой. Сперва ты скептически и настороженно относишься к информации о медленных углеводах, после, убеждаясь, что да, похоже, всё действительно так, недоумеваешь, как такое вообще может быть, позже, уже по прошествии немалого времени, находишь аналогию с аккумулятором, ваяешь текст с вопросом к биологам, сам же выдвигаешь гипотезу об "аккумуляторной" природе митохондрий - и после, покопавшись в литературе, неожиданно обнаруживаешь, что, во-первых, митохондрии имеют двойную мембрану (вполне могущую служить разнополюсными пластинами аккумулятора), а во-вторых, что хотя изучением синтеза АТФ биологи занимаются почти с середины прошлого столетия, «четкого представления о его механизмах пока еще нет» [1, c. 56]. Книга Грина, Стаута и Тейлора [1] была издана в 1984 и переиздана в 1985 и 1989 годах, в 1990-ом ее перевели у нас, однако и на рубеже веков, когда, поступая на психфак, сам активно штудировал биологию, в вопросах синтеза АТФ с какой-либо иной версией, нежели ныне постигаю со страниц означенного трехтомника, я не сталкивался. В трехтомнике соавторы отмечают, что «в последнее время усиленно обсуждаются две гипотезы» [1, c.56], - и первая, гипотеза химического сопряжения, предполагает, что синтез АТФ связан с переносом электронов посредством одного или нескольких высокоэнергетических продуктов (каких, впрочем, до сих пор обнаружить не удавалось), - вторая же, хемоосмотическая гипотеза, выдвинутая Митчеллом в 1961 году и имеющая наибольшее количество сторонников, предполагает наличие pH градиента, вследствие движения ионов водорода возникающего между двумя сторонами митохондриальной мембраны, но требующего энергетических затрат. «Предполагается, что энергию поставляет перенос электронов по дыхательной цепи, затем эта энергия используется для синтеза АТФ» [1, c.58], - комментируют положения Митчелла авторы. То есть, в энергетическом источнике, приводящем в действие процессы синтеза, и кроется проблемное место всех гипотез, - и думается, не высокоэнергетические посредники и не кислотный градиент, но разность потенциалов, возникающая между мембранами митохондрий, способна более продуктивно справляться с данной проблемой.

2014, середина апреля