Всички функции на телата ни изискват енергия. Тази енергия общо казано се набавя от храната чрез разграждането на хранителните вещества. Конкретно енергията от храната се преобразува и съхранява в няколко различни енергийни молекули.
Някои енергийни молекули, като аденозин-три-фосфат (АТФ), играят роля на енергийна валута, която се „изхарчва“ веднага след синтеза си за различни процеси в тялото ни.
Други енергийни молекули, като креатинфосфат, се съхраняват – като в „сейф“ – за по-късно „изхарчване“.
А трети молекули – никотинамид-аденин-динуклеотид (НАД) и флавин-аденин-динуклеотид (ФАД) – играят ролята на „по-ниско ликвидни“ енергийни молекули, които, като „ценни книжа“ или „акции“, клетката не може да „харчи лесно“, но може да „инвестира“ и от тях да получи много по-голямо количество АТФ за „харчене“.
Кои са основните енергийни молекули в тялото?
Най-важните енергийни молекули са аденозин-три-фосфат (АТФ), креатинфосфат, никотинамид-аденин-динуклеотид (НАД), флавин-аденин-динуклеотид (ФАД) и други.
Освен АТФ сред високоенергийните фосфатни съединения са още съединенията: фосфоенолпируват, 1,3-бисфосфоглицерат, различни ацил-КоА съединения като ацетил-КоА и креатинфосфат.
Тези молекули участват в окислително-редукционни реакции, поддържане на мембранни потенциали и множество метаболитни пътища.
Освен в пренасяне на енергия, тези молекули също регулират метаболитните потоци, адаптират клетките към стрес и участват в сигнални механизми, свързани с растеж, делене и стареене.
АТФ – универсалната енергийна валута на клетката
Аденозин-три-фосфат (АТФ) е основният енергиен носител в клетките.
Енергията, заключена в молекулата на АТФ, произлиза от двете макроергични фосфатни връзки.
При хидролитичното разграждане на тези две фосфатни връзки се освобождава значително количество енергия и се получават „полу-изхабената“ молекули – аденозин-ди-фосфат (АДФ) и „напълно-изхабената“ аденозин-моно-фосфат (АМФ), които са като „изтощена батерия“.
Тези „изтощени“ молекули могат обратно да се „заредят с енергия“, като им се добави съответно един или два нови фосфата и се получи обратно АТФ.
Клетките поддържат минимални запаси от АТФ и разчитат на непрекъснато производство на АТФ (от АДФ), което се случва в процесите на гликолизно разграждане на въглехидратите (глюкоза), Цикълът на Кребс и окислителното фосфорилиране в митохондриите и др.
АТФ е необходима за съкращението на мускулите, активния клетъчен транспорт, биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини, както и за поддържане на електрическата активност на невроните и много други функции.
Креатинфосфат: Енергийният резерв на макроергични фосфати
Повече за креатин, креатинфосфат, креатин монохидрат, креатинин и креатин киназа – четете тук.
Синтезата на АТФ от изхабен АДФ изисква време и хранителни вещества. Но понякога, например при рязко мускулно натоварване, е необходим бърз източник на фосфат, който бързо да възстанови изхабения АДФ до АТФ.
Тук влиза в употреба креатинфосфатната система – най-бързият и ефективен механизъм за регенерация на АТФ в организма, при който ензимът креатин киназа обратимо прехвърля фосфатна група между креатинфосфат и АДФ.
Така креатинфосфатът действа като енергиен резерв, поддържащ стабилността на клетъчния енергиен заряд в първите секунди на интензивно усилие, докато по-бавните системи като гликолизата и окислителното фосфорилиране се активират напълно.
Енергийният резерв с креатин, може да се повлиява и чрез прием на креатин монохидрат като хранителна добавка
Повече за креатин, креатинфосфат, креатин монохидрат, креатинин и креатин киназа – четете тук.
НАД и ФАД – молекулите „инвеститори“
Докато в цялата гликолиза при разграждането на молекулата на глюкозата от храната се получават нетно едва 2 молекули АТФ, в дихателните вериги на митохондриите само от една молекула НАДН+Н+ могат да се произведат към 3 молекули АТФ, а в Цикъла на Кребс от 3 молекули НАДН+Н+ и 1 молекула ФАД.H2 се получават към 11 молекули АТФ.
Докато АТФ може да бъде сравнена с парична валута, която може веднага да бъде „изхарчена“ в магазина, НАД и ФАД могат да бъдат сравнени с инвестиционни инструменти – акции и облигации, – които имат повече стойност, но не могат толкова лесно да бъдат „изхарчени“ в магазина, а трябва да бъдат „обърнати“ в пари (АТФ) в банката (дихателната верига).
Повече за НАД, неговите прекурсори като хранителна добавка и ролята му в клетъчното стареене – четете тук.
Защо се наричат Дихателни вериги?
Дихателните вериги представляват поредица от белтъчни комплекси, наредени на вътрешната мембрана на митохондриите.
Тези дихателни вериги пренасят енергия под формата на биоелектричество (електрони), идваща от редуцираните НАДН+Н+ и ФАД.H2 (които се получават в Цикъла на Кребс и на други места), което в последствие води до синтеза на много повече АТФ.
Наричат се „дихателни“, защото крайната стъпка в процеса използва именно кислорода, който вдишваме.
Кислородът е необходим за придвижването на биоелектричеството (електроните) идващо от НАДН+Н+ и ФАД.H2 протичащо по мембраната на митохондрията, в резултат от което в крайна сметка се синтезира голямо количество АТФ.
Именно в митохондриите в крайна сметка достига кислородът, който вдишваме, и затова процесът се нарича клетъчно „дишане“.
Описаните процеси са комплексни, а науката, която ги изучава, е клон на биохимията, наречена
биоенергетика.
Енергийните молекули в клетката образуват взаимосвързана система, в която АТФ, креатинфосфатът, НАД и ФАД изпълняват различни, но допълващи се роли.
Те осигуряват както мигновена енергия, така и дълбоки резерви, които се „инвестират“ в митохондриите за по-голям добив на АТФ. Разбирането на тези механизми показва колко прецизно и динамично е устроен клетъчният метаболизъм – от бързите реакции на креатинфосфатната система до високоефективното производство на енергия в дихателните вериги. Именно тази координация позволява на организма да поддържа хомеостаза, да реагира на натоварване и да адаптира функциите си към нуждите на всяка клетка.
Референси:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8070484/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK553175/
