Таким образом, произошло разделение зарядов. Дыхательная цепь – это биологический конденсатор, порождающий разность потенциалов по обе стороны мембраны митохондрии. Эта разность потенциалов обладает потенциальной энергией, которую можно использовать, если открыть шлюз, соединяющий наружную и внутреннюю поверхности мембраны. Такой шлюз, действительно, существует, и попеременно, открывается и закрывается.
При открытии канала протоны по градиенту потенциала устремляются внутрь митохондрии. При этом высвобождается энергия, которая путем сложного сопряжения генерирует 30 молекул АТФ. Ощутите разницу!
Протоны, поступающие внутрь митохондрии, могут уменьшить трансмембранную разность потенциалов, и сдвинуть pH в кислую сторону, а это нежелательно, так как уменьшение потенциала снизит выход АТФ, а увеличение кислотности нарушит функционирование клетки – организм не любит резких и сильных сдвигов в составе и кислотности внутренней среды. Этого не происходит, так как протоны соединяются с кислородом (единственное место в организме, где работает кислород – это митохондрии) и образуют воду.
Эта вода называется метаболической, так как образуется в процессе метаболизма (обмена веществ). В организме человека за сутки образуется порядка 200 мл метаболической воды, и этого, конечно, мало для покрытия потребности в ней.
Есть, однако, организмы (например, мучные черви), которые прекрасно чувствуют себя в безводных условиях, потому что им вполне хватает полученный таким способом метаболической воды.
Все это длинное описание (при сильном упрощении картины) было приведено только затем, чтобы показать, что в организме не происходит непосредственного окисления углерода кислородом. Углерод окисляется в других реакциях, а кислород образует воду, вступая в реакцию с водородом.
У дыхательной цепи есть и еще одна функция – поддержание температуры в организме. Для того, чтобы заставить дыхательную цепь порождать тепло, надо разобщить окисление и фосфорилирование, то есть ограничиться окислением.
Такая ситуация создается в особой ткани – буром жире. В нем, при открытии каналов в митохондриальной мембране энергия движущихся протонов идет на генерирование тепла.
Есть в человеческом организме еще одно место, где работает протонный насос, разделяющий заряды – это слизистая оболочка желудка. Протоны накапливаются в просвете желудка, определяя высокую кислотность желудочного сока.
Для лечения язвы желудка, которая, среди прочего, часто бывает обусловлена именно повышением кислотности, применяют ингибиторы протонной помпы – омепразол и родственные ему препараты. Они снижают кислотность желудочного сока, уменьшая, таким образом, его агрессивность в отношении слизистой оболочки.