Клітини і енергія. Частина друга.

Жива клітина – найбільший економ: вона-то знає ціну калорій і без потреби не витратить навіть кванта енергії. Якщо б люди знали, як бережливо, по крупицях збирає вона ці дорогоцінні кванти, який важкий, багатоступінчастий процес накопичення енергії! Я не стану детально розповідати вам про господарські клопоти клітини, вони занадто довгі і копіткі. Але секрет її енергетичних заощаджень розкрию, вже дуже вміло вона користується накопиченим багатством.

Клітина не чекає. Миттєво, на першу вимогу отримує вона запитані калорії. І тут же пускає їх у справу: енергія каскадом падає на її молекулярні механізми. Все це відбувається так швидко, немов у надрах живої машини захований ще і акумулятор або бачок з пальним.

А там всього-на-всього молекула. Але яка! Рухома, повна енергії, готова щедро наділити нею всіх зустрічних – словом, чудо-молекула. У ній три атома фосфору, до відмови «заряджені» електрикою. На цих атомах, як на трьох китах, спочиває вся енергетика клітини. Пов’язані воєдино в молекулі АТФ, вони служать тим акумулятором, що готовий в будь-яку секунду віддати накопичений заряд.

Таких заряджених молекул в клітині велика кількість. Разом вони і складають енергетичний запас, яким вона покриває витрати по опаленню, подорожам, випуску білка – за всіма статтями свого великого господарства. І як би клітина не витрачалася, її запасники, врешті-решт, поповняться новими калоріями: віддавши енергію, молекула-акумулятор тут же перезаряджається, накопичує запал для чергового вибуху. Клітина просигналила – і знову потік енергії спрямовується до її конвеєрів, ферментів, миттю скорочує м’яз, жене по нерву імпульс…

Невичерпне, здається, джерело живої енергії. Але ні, і диво-молекулам потрібно десь добувати її, шукати постійне джерело для перезарядки. Хто ж постачає всю громаду клітин, де організм тримає основний енергетичний капітал і, нарешті, як його розмінює?

Кажуть, природа проста. Треба б додати: і скажено винахідлива. Клітини-трудівниці всі до єдиної живуть на централізованому постачанні. Пальне тече до них безперервним потоком. Саме тече; головний постачальник енергії тут – звичайний цукор – глюкоза. І приносить її кров. Ось вам і весь капітал. Просто, чи не так?

Але не поспішайте: щоб розщепити пальне, витягти з нього енергію, клітина повинна добре попрацювати. Цілий набір ферментів трудиться близько її топок, окислюючи, дотла спалюючи здобуту глюкозу. Від цукру залишається один шлак, та кілька заряджених чудо-молекул. Клітина прямо горить на роботі. Горить і не згорає: занадто холодне полум’я в її топках, занадто повільно спалюють вони це рідке паливо. І в тому великий сенс: поступово розпадаючись, глюкоза віддає свої калорії не відразу, а дрібними порціями. Клітина встигає підхопити їх і законсервувати в нових диво-молекулах. Так йде безперервна перезарядка її акумуляторів.

Всі ці процеси настільки відпрацьовані, підігнані один до одного, що навіть сама трудова – м’язова клітина може деякий час працювати в борг. І ще як працювати!

Коли кульгавий лорд Байрон плив бурхливої ночі через Геллеспонт, він навряд чи підозрював, яку складну, істинно подвійну бухгалтерію вела його атлетична мускулатура. Адже за всю цю пекельну м’язову працю потрібно було тут же розплачуватися енергією, а запас її не такий вже й великий. У самих м’язах пального на кілька секунд такої роботи. Великий склад палива в печінці, тут прямо-таки цукрові гори, але ж їх ще треба перепалити, розміняти цей нерухомий капітал на ходову енергетичну монету. Чим же м’язи плавця розплачувалися за його подвиг?

Палили, зрозуміло, щосили запаси глюкози. Мобілізована у всіх частинах тіла, вона палала у м’язовій топці. Але кисень! Де запастися їм на таке вогнище? Адже легені не надувний м’яч. Розраховані на мірний хід життя, вони постачають кисень в обріз на саме неспішне спалювання палива.

Виходить, пального поруч з клітинами хоч відбавляй, і духу замало, нічим дихати. А плавець все-таки бореться з хвилею, палає в його м’язах глюкоза, наперекір всьому палає. М’язові топки працюють на повну потужність. Завантажені доверху, вони безперебійно постачають атлета енергією.

Незбагненна бухгалтерія: витрати пального весь час більше приходу, а баланс, загальний підсумок сходиться копійка в копійку. Як тут природа зводить кінці з кінцями? Адже не стане вона порушувати власні закони!

Вірно: не стане. Але в тому-то і справа, що у неї є інші можливості. З першої хвилини запливу мускулатура плавця перейшла на подвійний рахунок: енергією за кожен помах він розплачувався відразу, а глюкозу палив в кредит, без кисню. Не всю, звичайно, а ту, що залишилася без кисневого пайка. І чим тренованіше м’язи плавця, витриваліше серце, тим довше терплять вони дедалі більше задухи.

Але ось він на березі, і організм тут же пред’являє йому рахунок: борги, особливо кисневі, потрібно оплачувати сповна. Серце і легені беруть всю тяжкість на себе, вони як і раніше працюють з величезною віддачею. А м’язи, хоч вже на спокої, теж не гасять топки: тут в полум’ї кисню догоряють уламки глюкози – шлак, що засмічує молекулярні механізми м’яз.

І ось що цікаво: догоряючи, цей утиль дає енергію для побудови нових молекул глюкози. Організм використовує пальне, можна сказати, на всі сто відсотків! Погашаючи кисневу заборгованість, він пече в своїх топках справжнє сміття і при цьому примудряється витягти калорії, знову нарощує енергетичний потенціал.

Ось це і є економіка життя. Тут до останнього атома, електрона – все взято на облік, працює в злагоді з іншими деталями цієї разюче рентабельної машини. Неспроста, треба думати, клітина навела в своїх володіннях настільки суворий порядок. Без неї вона не тільки рушити – зітхнути не змогла б, адже дихання життя – метафора, за якою приховані дуже складні відносини кожної крапельки живої плоті з киснем. Керують ними найбільш непосидючі з усіх жителів клітини – ферменти.

Ці неспокійні молекули служать тут чимось на зразок місцевої адміністрації, втручаються рішуче в усі внутрішньоклітинні події. Чи йде синтез білка, чи захищається клітина від вірусу, чи прибув в неї який-небудь бажаний гість, скажімо, вітамін або гормон – їм до всього є діло. Жодна реакція, жодна молекула не обійдеться без їх посередництва. І вже, звичайно, ферменти – найактивніші учасники паливних заготовок клітини. На їх плечах, можна сказати, тримається вся її енергетика. Такою довірою у природи користується лише відома працьовитість. Немає нічого дивного, що ферменти-опалювачі, як і все молекулярне населення клітини, працюють на рідкість дружно.

Без суєти, не плутаючись в чужих реакціях, вони займають відведене місце і, немов по конвеєру, пускають першу молекулу пального, за нею йде інша, третя, десята. А в цей час поруч, на іншій конвеєрній лінії йде обробка кисню, десь неподалік ферменти оточили чудо-молекулу, складають в неї енергію, що відняла у глюкози…

Тисячі конвеєрів працюють в кожній клітині, десятки тисяч ферментів є посередником тут між різними молекулами. Те рвуть їх на частини, то знову збирають уламки, тут же будують різні кислоти, солі… Так постійно, день у день крутиться цей молекулярний млин, перемелюючи цукор на калорії, викидаючи у відхід воду і вуглекислоту.

Гранично закінчений енергетичний цикл життя. І на рідкість загадковий. Адже скільки б не була клітка багата ферментами, чудо-молекулами, який би сили заряд вони не несли, важко зрозуміти, як все це доходить до її робочих деталей, яким чином потік енергії призводить в рух живу машину, керує самим життям. Чому, скажімо, заряджена молекула, розпадаючись, втрачаючи всього один атом, раптом електризує нерв, жене по ньому імпульс? І як м’яз, прийнявши нервовий сигнал, примудряється настільки швидко, прямо за помахом ока виконати наказ? Я ловлю себе на думці, що помах оком і є той частий випадок, коли м’яз повинен миттєво, в частки секунди мобілізувати свої ресурси.

Ферменти хоч і розторопні, таку швидкість розвинути не в силах. Тут, видно, діють інші, надшвидкісні переносники енергії. Про них трохи згодом в нашій наступній статті.

Далі буде.

Автор: А. Шварц.