Super Fokus: Para buch, człowiek w ruch

Ponad miliard lat temu prosty orga-nizm jednokomórkowy wchłonął sąsiada. To był początek przyszłej różnorodności życia, z jego olbrzymimi możliwościami, jakie daje wytwarzanie i przetwarzanie energii. A wszystko dla-tego, że wchłonięta bakteria, zamiast zginąć, postanowiła popracować. Czy na zasadzie współpracy z gospodarzem, czy raczej jako pasożyt, nadal nie jest jasne. Wiadomo jednak, że tak właśnie powstały mitochondria - miniaturowe elektrownie naszych komórek. Dzisiaj epizod pasożytniczy dawno mają za sobą i są pożytecznie zapraco-wanymi częściami komórki. Zasuwając bez ustanku, zyskały przydomek silniczków życia. Ale biorąc pod uwagę złożoność zachodzących w nich przemian, słowo elektrownia wcale nie jest na wyrost.

Miliard molekuł

Pochłaniane z jedzeniem związki, takie jak białka, tłuszcze i węglowodany, w wyniku utleniania dostarczają organizmowi energetycznych aminokwasów, kwasów tłuszczowych, glicerolu i glukozy. Trawienie to "rozmienianie na drobne" wielkich cząsteczek. Ludzka maszyna funkcjonuje dzięki energii powstającej w trakcie reakcji chemicznych. Wydajność energetyczna człowieka nie jest jednak imponująca. Procesy przemiany materii pochłaniają nawet 70 proc. naszego dziennego zapotrzebowania na energię. Poza obrotem energii konieczne do funkcjonowania organizmu jest jej magazynowanie. Tę funkcję pełnią cząsteczki adenozynotrifosforanu (ATP) powstające w mitochondriach. W niektórych komórkach człowieka znajduje się nawet ponad tysiąc mitochondriów (w komórkach wątroby - około 1,5 tys.). Ludzka komórka może mieć w danym momencie nawet miliard molekuł ATP, które zostały wytworzone w czasie niespełna 3 minut. Ale termin ich zużycia jest podobny. ATP nie jest rozprowadzane po organizmie z komórki, która je wytworzyła. Wymieniana jest jedynie energia. Jak wygląda nasze zużycie ATP? Siedząc lub leżąc, dorosły człowiek zużywa około 40 kg ATP na dobę. Gdyby wstał i poszedł, pobiegł, popracował, spożytkowałby w tym samym czasie nawet 200 kg ATP. Chwilowa zawartość ATP w ludzkim ciele to zaledwie kilkadziesiąt gramów. Gdyby więc miniaturowe siłownie komórek przestały pracować, energii życiowej wystarczyłoby nam akurat na tyle, żeby powiedzieć "koniec", i to nie za głośno.

Elektryczna elektrownia

Skąd nasze komórkowe elektrownie czerpią energię do pracy, czyli syntezy ATP? Działają "na prąd", który powstaje dzięki różnicy stężeń dodatnich jonów wodoru po obu stronach jednej z błon znajdujących się w mitochondriach. Dodatnie jony wodoru, dążąc do wyrównania potencjału elektrycznego, przenikają przez błonę do wnętrza mitochondriów, gdzie znajduje się z kolei nadmiar ujemnych jonów OH. Strumień jonów pobudza do pracy cały "zakład", a elektrownia działa dzięki maleńkiej turbinie. Strumień elektronów wprawia w ruch obrotowy część mitochondrium o nieforemnym kształcie. Wirując, twór ten zawadza o inne części elektrowni, pobudzając reakcje chemiczne. Energia powstająca w trakcie tego procesu gromadzona jest w wiązaniach chemicznych ATP. Ten związek oddaje nam swoją moc podczas wyzwalającego energię pozbywania się jednej z trzech reszt kwasu fosforowego przy udziale wody. Żywa komórka robi z tej chemicznie wyzwolonej energii świetny użytek: przemieszcza się, powiela, zmienia kształt, pobiera przez błonę komórkową składniki pokarmowe i pozbywa się produktów ubocznych. Dzięki czystej sile z ATP mięśnie mogą się kurczyć, a nerwy przenosić informacje. Tak w dużym skrócie wygląda życie. Gdyby nie żarłoczność sprzed tysiącleci, która doprowadziła do powstania komórkowej elektrowni, na Ziemi do dzisiaj żyłyby dwa rodzaje organizmów: prymitywne - z jądrem i jeszcze prostsze - bez.

Zobacz: Super Fokus. Planujesz podróż samolotem ? Teraz zajrzą Ci WSZĘDZIE !

Mięśnie napędzają konstrukcję szkieletu, przetwarzając energię chemiczną w mechaniczną i wyzwalając ciepło. Ruchomymi połączeniami między składnikami szkieletu są stawy. Zespoły mięśni o jednakowym lub zbliżonym kierunku włókien, tak zwane aktony, zginają bądź prostują, przywodzą i odwodzą, nawracają i odwracają kończyny. Aktony w obrębie głowy i tułowia potrafią skłaniać je w przód i tył, w lewo i prawo, a także skręcać. Ludzkie ramię zawdzięcza swoją sprawność aż 66 aktonom. Kości człowieka, z punktu widzenia mechaniki, są dźwigniami, a stawy są ich punktami podparcia. W ludzkim ciele pracuje około 600 mięśni. Pojedyncze włókno mięśniowe może utrzymać ciężar do 300 mg (trzech pszczół). Wiązka włókien o przekroju 1 cm kwadratowego znosi nacisk 12 kg, a mięsień czworogłowy uda 350 kg. Gdyby połączyć siłę skurczu wszystkich ludzkich mięśni, wytrzymałyby nacisk 25 ton.

Podejmując kilkunastominutowy wysiłek, pracujące mięśnie wykorzystują glukozę. Żeby dociągnąć do godziny pracy, zużywają glikogen - własny i zmagazynowany w wątrobie. Przeciętny człowiek ma 300 g glikogenu w mięśniach i 100 g w wątrobie. Wytrenowany sportowiec ma nawet 900 g glikogenu, ale i to nie wystarcza do kilkunastogodzinnego wysiłku. Wówczas źródłem energii dla mięśni stają się kwasy tłuszczowe.

Energia do pracy mięśni może pochodzić ze spalania tłuszczów, w trakcie którego zużywany jest tlen, ale i ze spalania glukozy lub jej formy zapasowej, jaką jest glikogen, w warunkach kiedy tlenu jest mało lub nie ma go wcale. Mięśnie sprinterów, do swojego trwającego kilka sekund wysiłku, zużywają ATP. Rolę rezerwowego magazynu ATP w mięśniach pełni związek o nazwie fosfokreatyna. Uwalnia ona ATP niezbędne np. podczas odruchów. Tak więc cofając sparzony palec czy robiąc unik, naruszamy swój magazyn energetyczny.

ZAPISZ SIĘ: Codziennie wiadomości Super Expressu na e-mail