Sapiens на диете. Всемирная история похудения, или Антропологический взгляд на метаболизм - [19]
Первая стадия метаболизма называется анаэробной, потому что она не требует кислорода. Вы можете наблюдать ее, когда смотрите Олимпийские игры по телевизору: элитные спринтеры, кажется, вообще не дышат, а пауэрлифтеры[16] задерживают дыхание. Если кислорода недостаточно либо потому, что мы не дышим эффективно, либо (что более вероятно) потому, что мышцы работают слишком интенсивно, чересчур быстро для того, чтобы снабжение O>2 покрывало количество производимого пирувата, последний превращается в лактат. Лактат может быть преобразован в пируват для использования для выработки энергии, но если его накапливается слишком много, то он может превратиться в молочную кислоту, которая заставляет мышцы гореть, когда мы усердно работаем на пределах своих возможностей.
На второй стадии (аэробной) нам нужен кислород. Если в клетке достаточно вещества, то пируват, образующийся в конце первой стадии, попадает внутрь органеллы, которую мы называем митохондрией.
В обычной клетке есть десятки митохондрий, и они известны как энергетические станции клетки, потому что основная часть производства АТФ происходит внутри них. Именно здесь начинается волшебство, которое поддерживает в нас жизнь.
В митохондриях пируват превращается в ацетил-коэнзим А, или ацетил-КоА (см. Рис. 2.1), который соперничал бы с АТФ за звание самого важного химического вещества, о котором вы, вероятно, никогда не слышали или полностью забыли. Ацетил-КоА подобен вагону поезда, набитому пассажирами, — атомами углерода, водорода и кислорода — без двигателя. Параллельно этому составу едет еще один — оксалоацетат, который присоединяется к ацетил-КоА и начинает тянуть его по круговому пути, который мы называем циклом Кребса. Поезд делает восемь остановок, и на каждой из них входят или выходят пассажиры с углеродом, водородом и кислородом. Миграция этих атомов порождает два АТФ. К конечной остановке остается только оксалоацетатный двигатель. Он подсоединен к другому ацетилу-КоА, и цикл повторяется.
15 калорий энергии содержится в каждом грамме АТФ. Его молекулы заряжаются путем добавления фосфата к АДФ.
Важно отметить, что некоторых пассажиров грабят: когда они входят и выходят из поезда цикла Кребса, никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и флавинадениндинуклеотид (ФАД) крадут их электроны (см. Рис. 2.1). Эти молекулы снуют по задворкам митохондрий и выгружают украденные электроны в специальный рецепторный комплекс в мембране — дверь в стене. Митохондрии — это структуры с двойными стенками, как термос: между внутренней и внешней мембранами есть небольшое пространство, называемое межмембранным. Когда украденные электроны обосновываются во внутреннем мембранном комплексе, положительно заряженные ионы водорода (которых там достаточно) преследуют отрицательно заряженные электроны и в итоге попадают в ловушку в межмембранном пространстве. Ионы водорода подобны рыбам, пойманным в сеть: они пытаются проплыть через внутреннюю мембрану, притягиваемые электронами, только чтобы оказаться в ловушке и тесниться в межмембранном пространстве.
Поскольку все положительно заряженные ионы водорода соединены вместе, существует электрохимическая сила, выталкивающая их, чтобы уравновесить заряд по обе стороны внутренней мембраны. Но для ионов водорода есть только один способ покинуть эту западню: специальный портал во внутренней мембране, который работает как турникет. Ионы водорода проходят через турникет, приводимые в движение электрическим зарядом. Когда он вращается, то заставляет вместе молекулы АДФ и фосфата образовывать АТФ. Это настоящий мотор, производящий тридцать два АТФ. Сложная хореография электронов и ионов водорода, танцующих вдоль внутренней мембраны, называемая окислительным фосфорилированием, — это основной генератор энергии, который питает тело.
Но что же происходит с самой молекулой глюкозы, с атомами углерода, кислорода и водорода, о которых мы начали говорить в самом начале? Помните, что именно энергия удерживает их в связанном состоянии. А атомы углерода и кислорода, составляющие 93 % массы молекулы глюкозы, превращаются в углекислый газ (CO>2) при трансформации глюкозы и в пируват в цикле Кребса (см. Рис. 2.1). Водороды соединяются с кислородом в конце окислительного фосфорилирования, образуя воду, Н>2О (см. Рис. 2.1). Мы едим углеводы только для того, чтобы выдыхать их, наполняя воздух вокруг скелетами картофеля прошлого. Оставшаяся часть превращается в капли воды в океане нашего организма.
Сжигание и получение жира и переход на кето-диету
Мы используем точно такие же этапы аэробного дыхания для сжигания жира. Вместо того чтобы взяться за молекулу глюкозы, мы начинаем с триглицерида. Это может быть жир из свежей пиццы, которую мы только что съели, молекула, упакованная в хиломикрон или недавно выпущенная из обильных жировых запасов. Независимо от их источника, триглицериды расщепляются на жирные кислоты и глицерин и превращаются в ацетил-КоА (сначала глицерин трансформируется в пируват; Рис. 2.1). И точно так же, как глюкоза, атомы углерода, кислорода и водорода, которые составляют эти жирные кислоты и глицерины, выдыхаются в виде CO
