Клетки получают энергию в ходе трех сопряженных процессов – гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и переноса электронов по дыхательной цепи митохондрий. Первые два процесса не требуют участия кислорода и могут происходить в анаэробных условиях (такой тип получения энергии, например, присущ анаэробным бактериям, к которым, например, относятся зловещие клостридии, микроорганизмы, вызывающие газовую гангрену, ботулизм или столбняк). Правда, выход АТФ в таких реакциях невелик. Например, гликолиз и цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) дают на выходе 4 молекулы ФТФ. Дыхательная цепь в митохондриях дает на выходе 34 молекулы АТФ. Что называется, почувствуйте разницу!
Подробности гликолиза, цикла Кребса и передачи электронов по дыхательной цепи митохондрий (для желающих) представлены в приложении.
В гликолизе участвуют активированные молекулы глюкозы, а в цикле Кребса – двууглеродные фрагменты, которые клетка может получать и из других источников, в частности, из свободных жирных кислот, фрагментов жира, отщепленных от глицерина в процессе, называемом липолизом (по-гречески, это и означает расщепление жира). О липолизе речь пойдет ниже. Однако, без гликолиза реакции цикла Кребса начинаются и протекают заторможенно, отсюда и биохимическая поговорка: «Жиры сгорают в пламени углеводов».
Полученная в результате энергия может расходоваться на физическую и умственную работу, синтез гормонов, ферментов и витаминов, поддержание постоянства внутренней среды организма, а излишки, «не нашедшие себе должного применения», запасаются, в соответствующих тканях, в виде гликогена (печень и мышцы) или жира (жировая ткань).
Если организм оказывается в ситуации, требующей повышенного расхода энергии – например, в ситуации, когда надо произвести мышечную работу, в условиях стресса, когда необходимо бросить все силы на борьбу с неблагоприятными воздействиями, то включаются механизмы мобилизации запасенной энергии. Кора надпочечников по команде высших мозговых центров выбрасывает в кровь гормон кортизол. Кортизол оказывает многообразное действие. При дефиците гликогена, под его влиянием в клетках печени происходит глюконеогенез – образование глюкозы из аминокислот, то есть организм идет на крайнюю меру, использует структурные элементы организма на производство энергии (так в блокадном Ленинграде топили печки мебелью). Кроме того, кортизол стимулирует выброс клетками мозгового слоя надпочечников гормона адреналина, который стимулирует распад гликогена на молекулы глюкозы, и распад жира на глицерин и свободные жирные кислоты. В первом случае процесс называется гликогенолизом, а во втором – липолизом. И в том, и в другом варианте организм получает массу источников энергии, так как глюкоза используется для осуществления работы в нервной системе (клетки мозга могут питаться исключительно глюкозой, и им для этого даже не нужен инсулин), а жирные кислоты являются предпочитаемым топливом для сердечной мышцы, произвольной и гладкой мускулатуры, да, впрочем, и для всех остальных тканей в той или иной степени.