Энергия атф: АТФ и другие органические соединения клетки — урок. Биология, 9 класс.

Чтобы голова была светлой и воссиял чистый разум, клеткам мозга пришлось освоить разные профессии, разделив функции уже на этапе утилизации источников энергии.

Схема метаболических взаимодействий между клетками мозга — нейронами и астроцитами. Глутамат (ГЛУ) — нейромедиатор, высвобождающийся из синаптического окончания нейрона. Часть высвобожденного глутамата поглощается астроцитами с помощью переносчиков возбуждающих аминокислот (ПВАК) совместно с тремя ионами натрия (Na+). Ионы затем выталкиваются с помощью работы Na+/K+-АТФазы, потребляющей энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ). Это стимулирует поглощение глюкозы астроцитами. С помощью переносчиков (GLUT1) глюкоза из кровяного капилляра поступает в астроцит и в процессе гликолиза превращается в лактат (молочную кислоту). При этом освобождаются две молекулы АТФ. Лактат посредством специальных переносчиков (МКТ) поступает в нейрон и после нескольких превращений, в том числе в митохондриях, дарит клетке 38 молекул АТФ. Сами нейроны тоже могут поглощать глюкозу — посредством рецепторов GLUT3. Глюкозо-6-фосфат, образовавшийся в нейроне из глюкозы, направляется в пентозофосфатный цикл, который поставляет вещества-предшественники для синтеза нуклеотидов ДНК и РНК.

‹

›

Открыть в полном размере

Человеческий мозг обладает достаточно скромным весом — на его долю приходится всего два процента массы тела. Но это не мешает мозгу быть самым большим потребителем глюкозы в нашем организме. Каким образом нейроны мозга потребляют такой объём энергии? И можно ли считать расточительность мозга эволюционно устаревшей?

Для нормальной работы органов нашего тела необходима энергия. Большую часть энергии человек получает с пищей — в результате превращения поступающих в организм углеводов в глюкозу и разложения последней до углекислого газа и воды. Превращение сопровождается запасанием энергии в виде аденозинтрифосфатов (АТФ) или других макроэнергетических соединений. Эти запасы энергии распределяются между органами неравномерно. Мозг обычно использует 50% глюкозы, поступающей из печени в кровь, то есть примерно 100 г глюкозы в день. Не так уж мало, учитывая, что вес мозга составляет приблизительно 2% величины массы всего тела. Такая «прожорливость» послужила основанием для создания теории «эгоистичного мозга» («selfish brain» theory)*. Согласно этой теории, интенсивное потребление энергии мозгом обусловлено двумя основными процессами: затратами энергии его клеток на генерацию нервных импульсов и затратами на ведение «домашнего хозяйства» — обеспечение целостности и нормального функционирования клеток мозга. Соотношение между этими двумя процессами оценивается как 2:1.

Роли предопределены

Наиболее активно в энергозависимых процессах мозга участвуют две группы клеток: нейроны и астроциты. Нейроны — клетки, способные генерировать и проводить электрические импульсы. Это клетки-специалисты, так как функция каждого нейрона строго определена. В течение долгого времени (например, у мышей до двух месяцев) происходит процесс «обучения» нейрона. Средний человеческий мозг содержит около 100 миллиардов обученных нейронов, и каждый из них соединяется в среднем с тысячью других нейронов. Таким образом образуются обширные и сложные нейронные сети — основа для обработки и передачи мозгом информации. Ввиду сложных интегративных взаимодействий между нейронами замена этих клеток в нейронных сетях почти всегда сопровождается ухудшением качества нейрональной передачи.

Функция астроцитов — глиальных клеток мозга — состоит, главным образом, в обеспечении нейронов энергией (питательными веществами) и в борьбе с активными формами кислорода и азота. При этом количество астроцитов в несколько раз превышает число нейронов мозга, так что каждый нейрон «окружён» целым ансамб-лем астроцитарных клеток.

Свои энергетические ресурсы нейроны и астроциты используют разными путями. Глюкозо-6-фосфат, образующийся из глюкозы, направляется нейронами по большей части в цепь метаболических превращений пентозофосфатного пути, а в астроцитах это соединение вовлекается в цепь гликолитических реакций. Это принципиальное отличие нейронов от астроцитов. Дело в том, что в ходе пентозофосфатного пути образуются вещества-предшественники (исходные соединения) для синтеза нуклеотидов цепи ДНК и РНК, а также восстановители (доноры протонов и электронов), необходимые нейрону для регенерации глутатиона — белка антиоксидантной защиты мозга. В ходе же гликолитических реакций образуется большое количество энергии, которая используется в астроцитах как «универсальная валюта» в разных биосинтетических процессах. Подобная широта возможных метаболических реакций в астроцитах и относительная консервативность путей в нейронах связаны с разными функциями клеток. Нейроны генерируют потенциалы действия, проводят возбуждение, интегрируют информацию, полученную от разных рецепторов. При этом нейроны, как и любые другие клетки мозга, подвержены нарушениям в цепи ДНК и процессам окисления. Но, как мы уже говорили, каждый нейрон совершенно незаменим. Вот и приходится этим нервным клеткам всячески продлевать себе «молодость», то есть поддерживать себя в функционально активном состоянии. Реакции же пентозофосфатного пути как раз обеспечивают и репарацию повреждённых участков ДНК, и борьбу с активными формами кислорода.

Задача астроцитов — создание условий для нормальной активности нейронов. Для этого астроциты готовы обеспечить их большим количеством энергии и организовать защиту нейронов от окислительного стресса. Единый путь для решения этих двух задач эволюционно пока не сложился. Поэтому астроцитам приходится сжигать всю глюкозу в гликолитической «печи», а уже потом использовать запасённую энергию для «оплаты» разных метаболических путей. Такая сеть реакций обеспечивает синтез в астроцитах широкого спектра ферментов антиоксидантной защиты, включая оксиредуктазу, глутаматцистеин-лигазу, глутатионпероксидазу, глутатионредуктазу, глутатионтрансферазу, а также глутатион и витамин Е. Ещё один важный исход протекания гликолиза в астроцитах — образование лактата (молочной кислоты), который способен перемещаться во внеклеточное пространство. Что же тут особенного? Дело в том, что лактат, попадая из межклеточного пространства в нейроны, способен сначала восстанавливаться до пирувата, а затем — через цепь реакций цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) при помощи митохондриальной цепи — образовывать целый фейерверк молекул АТФ. Благодаря такой сложно устроенной машинерии метаболических превращений в нейронах образуется 38 молекул АТФ против двух молекул АТФ, которые в ходе гликолиза образуются в астроцитах. (Напомним, что АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов.) Строго говоря, сами астроциты не нуждаются в том количестве энергии, которую отдают нейронам, то есть проявляют своеобразную энергетическую щедрость. А вот нейронам такое энергетическое обеспечение крайне необходимо, потому как генерация импульсной активности и тонкая регуляция рецепторов и ионных каналов на клеточной мембране — энергетически «дорогие» процессы, то есть требуют больших энергетических затрат.

Строгий контроль

Для регуляции скорости гликолиза (высокой — в астроцитах и низкой — в нейронах) в клетках мозга служит фермент 6-фосфо-фрукто-2-киназы/фруктозо-2,6-бисфосфатазы (PFKFB). Именно его высокая активность в астроцитах обеспечивает большую скорость протекания в них гликолитических реакций. Однако что произойдёт, если нейроны снизят скорость основного пентозофосфатного пути и, подобно астроцитам, наладят процессы гликолиза? Экспериментально показано, что это приведёт к катастрофе и гибели нейронов. Дело в том, что такое ускорение гликолиза в нейронах вызывает сокращение образования глутатиона, что в конечном счёте ведёт к апоптотической гибели клетки.

Таким образом, в результате разделения энергетических путей (астроциты подготавливают глюкозу к полному расщеплению, а нейроны уже осуществляют её окончательный катаболизм) образуется что-то вроде конвейера по расщеплению энергетических субстратов и молекулы расщепляются полностью, а образующаяся энергия максимально используется клетками.

Опасный «голод» мозга

Согласно наиболее популярной точке зрения, именно изменение энергетического состояния мозга служит причиной (по крайней мере, одной из главных причин) судорожных состояний организма и гибели клеток в структурах мозга. Из-за снижения энергообеспечения клеток мозга вследствие травм, ишемии или внутримозговой опухоли под ударом оказываются, в первую очередь, системы регуляции тормозных процессов в нервной ткани. Недостаток энергии приводит к неспособности нейронов затормозить возбуждение и к постепенному распространению возбуждающей волны во все области мозга. Неконтролируемая постоянная активация клеток вызывает ещё большее истощение их энергетических запасов и окислительный стресс. При снижении активности антиоксидантной защиты ниже критического уровня в клетках происходят необратимые изменения. Развивается замкнутая цепь губительных событий, при которых судорожная активность вследствие дефицита энергии в структуре мозга вызывает новые эпизоды приступов. Судороги начинают порождать новые судороги. Судорожные приступы (эпилептическая активность) развиваются в первую очередь при наследственных заболеваниях, нарушающих нормальный метаболизм энергии в мозге. Причём резкое снижение содержания главного источника энергии — глюкозы в крови — вызывает тяжёлые судорожные припадки. Такой эффект наблюдается, например, у людей, страдающих эпилепсией, в период после сна, когда концентрация глюкозы в крови резко падает из-за отсутствия поступления пищи в течение примерно восьми часов.

Разделяй и «процветай»

Экономисты со времён А. Смита и А. Вебера подмечают, что разделение труда — важнейшее и непременное условие развития экономики любого государства и общества. Этот принцип разделения трудовых обязанностей в полной мере можно отнести и к принципам работы сложных биологических систем.

Эволюционно сложившийся принцип разделения функций клеток увеличил возможности организма. Возросшие сложность и специализация клеток мозга, в конечном счёте, привели к потребности в координировании их работы и, как следствие, к увеличению нагрузки на мозг. В результате нейроны сократили энергетические траты на процессы, не связанные с передачей нервного импульса, а постоянные хлопоты о состоянии нейронов (поддержание биосинтеза белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов, функций митохондрий) взяли на себя астроциты. Причём разделение функций клеток произошло на уровне источников энергии. Отсутствие конкуренции за источники питания позволило астроцитам и нейронам «сконцентрироваться» на своих функциях. Энергетических запасов мозга стало хватать не только на координацию функций организма, обеспечивающих выживание, но и на «халтурку» в виде сознательной деятельности, сильно продвинувшей животных в эффективности их труда.

***

Гликолитические реакции — реакции расщепления глюкозы.

***

Метаболические реакции — это химические реакции, возникающие с момента поступления в организм питательных веществ до момента выделения во внешнюю среду конечных продуктов этих реакций. В метаболизм вовлечены все реакции, протекающие в живых клетках, в результате которых происходит строительство клеток и структур тканей. То есть метаболизм можно рассматривать как процесс обмена веществ и энергии.

***

Метаболический процесс подразделяется на анаболизм и катаболизм. При анаболических реакциях из простых молекул путём биосинтеза образуются сложные, что сопровождается затратой свободной энергии. Анаболические превращения обычно восстановительные. При катаболических реакциях, наоборот, поступившие с пищей и входящие в состав клетки сложные компоненты расщепляются до простых молекул. Эти реакции преимущественно окислительные, сопровождающиеся выделением свободной энергии.

***

Глутатион — трипептид, образованный остатками трёх аминокислот: глутаминовой кислоты, цистеина и глицина. Обладает антиоксидантным действием и определяет окислительно-восстановительные характеристики внутриклеточной среды. Соотношение восстановленной и окисленной форм глутатиона в клетке показывает уровень окислительного стресса. Синтезируется в организме.

***

Потенциал действия — волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки на небольшом участке нейрона. Потенциал действия — физиологическая основа нервного импульса.

Комментарии к статье

* Peters A., Schweiger U., Pellerin L., Hubold C., Oltmanns K. M., Conrad M., Schultes B., Born J. and Fehm H. L. (2004) The selfish brain: competition for energy resources. J. Neurosci. Biobehav. Rev. 28, 143—180.

Timeless Vapes Timeless ATF (Alaskan Thunder F**k) Vape Cartridge 500 мг (энергия)

Пользователи сообщают, что чувствуют себя счастливыми.

Uplifted

Euphoric

Земляной, сладкий и острый сорт с преобладанием сативы, ATF описывается как дающий эйфорический, бодрящий и успокаивающий эффект с сильным усилением аппетита и творческих способностей. Он имеет сильные нотки сосны, лимона и скунса.

Наши картриджи предварительно заполнены выбранным штаммом. Каждая смесь Timeless проходит клинические испытания, в результате чего средний уровень содержания ТГК составляет 85+/-%, что делает ее самым мощным картриджем, когда-либо предлагаемым Timeless Vapes.

Вкусы

• Цветочный
• Ягодный
• Землистый

Эффекты и вкусы описаны пользователями на нашем сайте. Это только для информационных целей и не предназначено как медицинский совет. Пожалуйста, проконсультируйтесь с врачом, прежде чем менять какое-либо лечение.

Timeless Vapes

6,722 Избранное

Наша миссия Timeless Vapes — предоставлять самые чистые и эффективные лекарства на основе каннабиса, стремясь установить стандарт качества в постоянно растущей отрасли.

Компания Timeless Vapes была основана в 2013 году с целью предоставить пациентам эффективный и тонкий способ лечения. Нашей страстью всегда были исследования и разработки, постоянное стремление создавать самые качественные и самые инновационные продукты.

Каждый аспект Timeless Vape создан с учетом осторожности и качества. Мы уделили особое внимание тому, чтобы вы и ваш Timeless Vape оставались чистыми с помощью Timeless Flip Case, созданного специально для осторожности во время приема лекарств. Наши медицинские материалы, передовое оборудование и технологии, созданные в США, обеспечивают непревзойденное качество и производительность. Запатентованная смесь Timeless содержит дистиллят ТГК без растворителей, созданный для стабильного высококачественного продукта с исключительными вкусовыми характеристиками.

Мы верим в то, что наши пациенты должны быть на первом месте, поскольку наши вейпы Timeless Vapes никогда не содержат растворителей или наполнителей и используют только полностью натуральные терпены для улучшения нашего продукта. Это причина, по которой вы «попробуете терпы», наслаждаясь своим вневременным опытом вейпа.

Наше отношение к пациенту на первом месте находит свое отражение в нашей благотворительной деятельности и местных мероприятиях по работе с общественностью, сделав образование сообщества и сбор средств на благотворительность краеугольным камнем нашей философии.

Вы обнаружите, что на нашу продукцию не влияет течение времени или изменение тенденций… мы всегда вне времени.

Alaskan Thunder Fuck

Гибрид

Alaskan Thunder Fuck (ATF) изначально выращивался в долине Матануска, Аляска. Источники расходятся во мнениях относительно генетического происхождения этого штамма, но большинство, кажется, согласны с тем, что он возник как скрещивание русских рудералов и неизвестного типа северной калифорнийской сативы, а затем снова скрестили с афганскими ландрасами в 1970-х годах.

Первоначальный запах этого штамма может оттолкнуть некоторых, поскольку его терпеновый профиль довольно уникален. Смешивая сладкую фруктовость (банан и апельсин) с землистым скунсом (сосна, дизель), этот сорт больше подходит для развитого вкуса. Поклонники Jack Herrer могут насладиться классическими свежими лимонно-сосновыми нотами ATF. Из-за стимулирующего творческий потенциал ATF является отличным сортом для тех, кто хочет потреблять, но при этом сохранять способность концентрироваться. Кроме того, многие говорят, что этому сорту не хватает типичного крушения, которое приходит с мощной сативой.

Так как ATF известен своим интенсивным мозговым эффектом, те, кто склонен к чувствительности, могут захотеть сделать консервативную первую затяжку или две и посмотреть, как она повлияет на них.

Забавный факт: этот сорт назван в честь популярной трансвеститы, известной своими энергичными выступлениями.

Есть вопрос?

Мы здесь, чтобы помочь.

Получить помощь

Timeless Vapes Timeless ATF (Alaskan Thunder F**k) Vape Cartridge 1000 мг (энергия)

Пользователи сообщают, что чувствуют себя счастливыми.

Возвышенный

Эйфорический

Как землистый, сладкий и острый сорт с преобладанием сативы, ATF описывается как дающий эйфорический, поднимающий настроение и успокаивающий кайф с сильным усилением аппетита и творческих способностей. Он имеет сильные нотки сосны, лимона и скунса.

Наши картриджи предварительно заполнены выбранным штаммом. Каждая смесь Timeless проходит клинические испытания, в результате чего средний уровень содержания ТГК составляет 85+/-%, что делает ее самым мощным картриджем, когда-либо предлагаемым Timeless Vapes.

Вкусы

• Цветочный
• Ягодный
• Землистый

Эффекты и вкусы описаны пользователями на нашем сайте. Это только для информационных целей и не предназначено как медицинский совет. Пожалуйста, проконсультируйтесь с врачом, прежде чем менять какое-либо лечение.

Timeless Vapes

6,722 Избранное

Наша миссия Timeless Vapes — предоставлять самые чистые и эффективные лекарства на основе каннабиса, стремясь установить стандарт качества в постоянно растущей отрасли.

Компания Timeless Vapes была основана в 2013 году с целью предоставить пациентам эффективный и тонкий способ лечения. Нашей страстью всегда были исследования и разработки, постоянное стремление создавать самые качественные и самые инновационные продукты.

Каждый аспект Timeless Vape создан с учетом осторожности и качества. Мы уделили особое внимание тому, чтобы вы и ваш Timeless Vape оставались чистыми с помощью Timeless Flip Case, созданного специально для осторожности во время приема лекарств. Наши медицинские материалы, передовое оборудование и технологии, созданные в США, обеспечивают непревзойденное качество и производительность. Запатентованная смесь Timeless содержит дистиллят ТГК без растворителей, созданный для стабильного высококачественного продукта с исключительными вкусовыми характеристиками.

Мы верим в то, что наши пациенты должны быть на первом месте, поскольку наши вейпы Timeless Vapes никогда не содержат растворителей или наполнителей и используют только полностью натуральные терпены для улучшения нашего продукта. Это причина, по которой вы «попробуете терпы», наслаждаясь своим вневременным опытом вейпа.

Наше отношение к пациенту на первом месте находит свое отражение в нашей благотворительной деятельности и местных мероприятиях по работе с общественностью, сделав образование сообщества и сбор средств на благотворительность краеугольным камнем нашей философии.

Вы обнаружите, что на нашу продукцию не влияет течение времени или изменение тенденций… мы всегда вне времени.

Alaskan Thunder Fuck

Гибрид

Alaskan Thunder Fuck (ATF) изначально выращивался в долине Матануска, Аляска. Источники расходятся во мнениях относительно генетического происхождения этого штамма, но большинство, кажется, согласны с тем, что он возник как скрещивание русских рудералов и неизвестного типа северной калифорнийской сативы, а затем снова скрестили с афганскими ландрасами в 1970-х годах.

Первоначальный запах этого штамма может оттолкнуть некоторых, поскольку его терпеновый профиль довольно уникален. Смешивая сладкую фруктовость (банан и апельсин) с землистым скунсом (сосна, дизель), этот сорт больше подходит для развитого вкуса. Поклонники Jack Herrer могут насладиться классическими свежими лимонно-сосновыми нотами ATF. Из-за стимулирующего творческий потенциал ATF является отличным сортом для тех, кто хочет потреблять, но при этом сохранять способность концентрироваться. Кроме того, многие говорят, что этому сорту не хватает типичного крушения, которое приходит с мощной сативой.