Углеводный парадокс

1. Постановка вопроса

Настоящий текст адресован больше к биологам, возможно, к биофизикам, 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 несколько часов, чего не происходит при приеме углеводов быстрых (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, с током крови поступающей в митохондрии и попадающей в цикл Кребса, в конечном счете распадающейся 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 значительно дольше аккумулятора, заряженного током мощным, - 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 приведу метафору: 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 при большей скорости течения в брешь воды утечет в два раза меньше, чем при скорости меньшей, - причем и время, затраченное на прогон жидкости, также будет соотнесено как один к двум. 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 энергия, запасаемая как в аккумуляторе, так и в мышцах, напрямую зависит от времени проистекания процесса. Однако и оно имеет свой предел, в одном случае ограничено емкостью аккумулятора, в другом - чувством сытости, размерами желудка, 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 оно существует, и как рассчитать величину порога?

2014, конец марта

2. Потому что водород

Вообще, первое, что приходит на ум в ответ на поставленный в тексте вопрос: митохондрии сами по себе являются аккумулятором, - причем гипотеза видится разумной, потому что на определенных стадиях цикла Кребса (приводить описание которого просто не возьмусь - биологи знают его и так, а не биологи поймут что-либо едва ли) [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 т.н. цепи тканевого дыхания [1, c. 48 - 50], куда, будучи связанными с коферментом, поступают ионы водорода, где от кофермента к коферменту они последовательно передаются по цепи, и где синтезируется основное количество (34/38) молекул АТФ. При этом происходящий в митохондриях процесс сам охарактеризовал бы, 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 аккумулятором держится дольше.

2014, начало апреля

3. О синтезе АТФ

Вообще, забавные в мире порой случаются сюжеты. Сперва ты скептически и настороженно относишься к информации о медленных углеводах, потом, 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 у нас 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. Грин, Стаут и Тейлор пишут, 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, хемиосмотическая 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. Видимо, 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