Tu wklejam cytat z ksiazki dr Lutza "zycie bez pieczywa" jest krok po kroku opisana synteza ATP, i z czego powstaje go najwiecej:
Mitochondria to małe komórkowe elektrownie. Ich dziełem jest większa część energii produkowanej w organizmie, nie dziwi więc, że ilość energii, jaką dysponuje organizm, ściśle zależy od tego, jak one działają. Zawsze, kiedy myślisz o energii, myśl też o mitochondriach, kipiących ATP, dzięki czemu prawidłowo funkcjonuje cały organizm. Liczba mitochondriów jest różna w zależności od rodzaju komórki, ale w sumie mogą one zajmować aż do 50% jej objętości. Kiedy robisz się zmęczony, nie zakładaj po prostu, że potrzebujesz nowej porcji węglowodanów, ale zastanów się, jak możesz zmaksymalizować mitochondrialną produkcję energii.
WEWNĄTRZ MITOCHONDRIÓW
Przypuśćmy, że skurczyłbyś się do takich rozmiarów, by móc się wśliznąć do motochondrium. Pierwszą z rzeczy, jaka rzuciłaby ci się w oczy, jest to, że z samej ich budowy wynika, że głównym materiałem stosowanym przez nie do produkcji energii jest tłuszcz. To bardzo ważne i dlatego poświęcimy temu zagadnieniu trochę więcej czasu.
Mitochondria są tak zbudowane, by do produkcji energii wykorzystywać tłuszcz .
Do powstania ATP w mitochondriach prowadzi wiele bardzo złożonych procesów, jednakże aby zrozumieć, skąd bierze się w naszych komórkach energia, wystarczy przyjrzeć się chociażby pięciu głównym etapom jej produkcji. Zostały one sumarycznie przedstawione w tabeli 5.1. Każdy etap omówiono dokładnie poniżej, w tekście. Nie zrażaj się naukowym nazewnictwem, ale postaraj się przejść nad nim do porządku dziennego, a wtedy okaże się, że wszystko gra. Pamiętaj, że opisywane tu reakcje chemiczne zachodzą w każdej komórce twego ciała z częstotliwością tysięcy razy na sekundę.
Pięć zasadniczych etapów prowadzących do wytworzenia ATP w mitochondriach.
Etap l Paliwo zostaje dostarczone do wnętrza mitochondriów.
Etap 2 Paliwo zostaje przekształcone w acetylokoenzym A.
Etap 3 Utlenianie acetylokoenzymu A usuwa zeń elektrony.
Etap 4 Transport elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego.
Etap 5 Oksydacyjna fosforylacja, w wyniku której powstaje ATP.
Etap 1: Dostarczenie paliwa do wnętrza mitochondriów
Proces wytwarzania ATP zachodzi we wnętrzu mitochondriów, a zatem wymaga dostarczenia do nich paliwa. To paliwo stanowi glukoza lub kwasy tłuszczowe. Kwasy tłuszczowe to naukowa nazwa tłuszczów. Na końcu cząsteczek kwasu tłuszczowego znajdują się reaktywne grupy kwasowe, stąd nazwa. Kwasy tłuszczowe dzielimy na nasycone oraz nienasycone.
Do mitochondrium są transportowane w całości, a związkiem, który pomaga w przenoszeniu średnio- i wielkocząsteczkowych kwasów tłuszczowych z "komórkowego bulionu" (zwanego cyto-zolem) do wnętrza mitochondriów, jest L-karnityna. Pomyśl o L-karnitynie jako o pociągu metra, który podwozi ludzi
86
87
z przedmieść do centrum miasta. L-karnityna występuje przede wszystkim w produktach pochodzenia zwierzęcego. (Nazwa tego związku wywodzi się z greckiego słowa carnis, oznaczającego "mięso" lub "ciało"). L-karnityna należy do tych ważnych substancji, które w dostatecznej ilości występują jedynie w pokarmach pochodzenia zwierzęcego, co jest jeszcze jedną przyczyną, dla której powinno się jadać mięso i nabiał. Niektóre z tych substancji omówimy w dalszym ciągu książki, zwłaszcza w rozdziale poświęconym witaminom i składnikom mineralnym.
Kiedy glukoza dostaje się do wnętrza komórki, zostaje rozłożona w procesie glikolizy podobnym do tego, który spotykamy u bakterii. Ten rozkład zachodzi na zewnątrz mitochondriów. Mamy teraz dwie możliwości: produkt glikolizy (pirogronian) może się przedostać do wnętrza mitochondrium, gdzie zostanie utleniony, albo też rozłożony bez przenikania do mitochondrium, do mleczanu w procesie fermentacyjnym podobnym do tego, który został przez nas opisany w wypadku bakterii.
Podsumowując ten etap: tłuszcz trafia do mitochondriów w postaci całej cząsteczki. Glukoza zostaje rozłożona na zewnątrz mitochondriów, a produkt glikolizy (pirogronian) albo przenika do ich wnętrza, albo zostaje zużyty do produkcji energii w procesie anaerobowym, przy czym wydziela się produkt uboczny w postaci mleczanu.
Etap 2: Przekształcenie paliwa w acetylokoenzym A
Kiedy kwasy tłuszczowe znajdą się wewnątrz mitochondriów, ulegają utlenieniu w procesie zwanym beta-oksydacją. Pamiętaj: oksydacja (czyli utlenianie) oznacza, że cząsteczka zostaje pozbawiona części elektronów. Podczas beta-oksydacji następuje rozkład tłuszczów na cząsteczki dwuwęglowe. W tym procesie uwalniane są elektrony, które zostają wykorzystane podczas etapu 2. Bezpośrednim produktem beta-oksydacji tłuszczów wewnątrz mitochondriów jest acetylokoenzym A. Kiedy pochodzący z glikolizy pirogronian dostaje się do mitochondriów, musi zostać na drodze reakcji enzymatycznej przekształcony w acetylokoenzym A. Acetylokoenzym A jest punktem wyjściowym do następnego cyklu produkcji ATP wewnątrz mitochondriów.
Etap 3: Utlenianie acetylokoenzymu A usuwa zeń elektrony
Cykl, w którym dochodzi do utlenienia acetylokoenzymu A, nazywany jest cyklem kwasów trójkarboksylowych, albo cyklem Krebsa. Podczas tego cyklu z acetylokoenzymu A zostają usunięte elektrony, a jednym z produktów ubocznych te go procesu jawi się dwutlenek węgla (CO2), który w związku z tym można traktować jako utlenioną pozostałość po acetylokoenzymie. Dwutlenek węgla stanowi substancję odpadową procesu oddychania mito- P chondrialnego i zostaje usunięty z naszego organizmu w procesie wymiany powietrza i przez skórę.
Etap 4: Transport elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego
Wewnątrz mitochondrium elektrony uzyskane podczas utleniania acetylokoenzymu A, które w gruncie rzeczy pochodzą z tłuszczów lub cukru, są przenoszone przez wiele różnych cząsteczek będących ogniwami tzw. łańcucha oddechowego. Niektóre z tych przenośników elektronów to białka, inne to małe, będące niebiał-kami cząsteczki kofaktorowe. Jednym z takich kofaktorów jest inna ważna substancja spotykana przede wszystkim w pokarmach pochodzenia zwierzęcego, a mianowicie tzw. koenzym Q-10. Bez koenzymu Q-10 nie byłoby oddychania mitochondrialnego, a komórki wytwarzałyby znikome ilości energii.
Także w etapie 4 tlen odgrywa ważną rolę, przyjmuje bowiem przeniesione elektrony, a następnie zostaje zredukowany przez połączenie z wodorem, w wyniku czego powstaje woda.
Etap 5: Oksydacyjna fosforylacja, w wyniku której powstaje ATP
Wędrówka elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego wywołuje zmiany elektryczne między wewnętrzną i zewnętrzną błoną
89
mitochondriów. To właśnie owe chemiczne gradienty, jak czasem bywaj ą nazywane, są siłą napędową, która wytwarza ATP w procesie zwanym fosforylacją oksydacyjną. ATP powstaje z ADP i grupy fosforanowej, zupełnie jak u bakterii (proces odwrotny do tego, z którym mamy do czynienia w czasie energotwórczego rozkładu ATP). ATP jest następnie transportowany poza mitochon-drium, tak by komórka mogła go w każdej chwili użyć do każdej ze swych tysięcy reakcji biochemicznych.
NO DOBRZE, ALE CO TO WŁAŚCIWIE ZNACZY
W komórkach rozwinęły się na drodze ewolucji organelle, które są przystosowane do używania tłuszczu do produkcji energii. Sugeruje to, że metabolizowanie tłuszczu w celu uzyskania energii jest nieodłączną cechą wyższych form życia. Gdyby w komórkach zabrakło mitochondriów, procesy energotwórcze naszego organizmu byłyby ograniczone i niezbyt wydajne. Bakterie mogą wprawdzie wykorzystywać tłuszcz do produkcji energii, ale preferują glukozę i inne łatwe do utlenienia związki węglowe.
Tłuszcz jest paliwem, które pozwala zwierzętom pokonywać wielkie odległości, polować i... baraszkować. Dzieje się tak dlatego, że cząsteczka tłuszczu daje więcej ATP, a więc i energii, niż cząsteczka cukru. Z biochemicznego punktu widzenia wydaje się pewne, że skoro mamy mitochondria, to powinniśmy spożywać tłuszcz.
U prymitywnych organizmów beztlenowych, które zamieszkiwały Ziemię miliardy lat temu (i nadal istnieją), z każdej cząsteczki glukozy po wstaj ą tylko dwie cząsteczki ATP. Skoro cząsteczka glukozy zawiera sześć atomów węgla, zatem oznacza to, że na jeden atom węgla przypada zaledwie 1/3 wytworzonej cząsteczk ATP.
Teoretycznie ta sama cząsteczka glukozy w wyniku oddychanie mitochondrialnego w obecności tlenu dałaby w sumie 36 cząsteczek ATP. Ten bardzo duży wzrost wydajności należy przypisać zastosowaniu w komórce dwóch odmiennych procesów biochemicznych na raz. Rezultatem jest sześć cząsteczek ATP przypadających na każdy atom glukozy.
91
A tymczasem energia, jaką pozyskujemy z tłuszczu, jest jeszcze większa. Aerobowe utlenianie wewnątrz mitochondrium da w wypadku sześciowęglowej cząsteczki kwasu tłuszczowego 48 cząsteczek ATP. Daje to wzrost do 8 cząsteczek ATP na jeden atom węgla cząsteczki tłuszczu. Widać z tego wyraźnie, że tłuszcz w porównaniu z węglowodanami jest pokarmem o wiele bardziej wydajnym energetycznie.
Pomyśl o tym w ten sposób: zwierzęta użyły swych własnych komórek i wyprodukowały cząsteczki tłuszczu, a zatem fakt, że je zjadamy, oznacza dla nas dodatkowe korzyści. Choć węglowodany zmagazynowane w roślinach mają pewien ładunek energii, ale jest jej mniej niż w tłuszczu zwierzęcym. Dlaczego by nie jeść więcej tłuszczów, a mniej węglowodanów, i nie sprawić, że nasze mitochondria będą pracowały z pełną wydajnością. W sposób, do jakiego wyewoluowały.