Дыхание для человека — синоним жизни. Пока я дышу, пока мое сердце бьется — я жив. Дыхание столь естественно для нас, что люди обычно не замечают его и не задумываются о том, как оно происходит и что за ним стоит. К счастью, этот пробел в общечеловеческой любознательности активно заполняют ученые всех мастей, от медиков до химиков и физиков. Попробуем взглянуть на дыхание глазами биолога.
Для современного биолога дыхание — не только и не столько «вдох-выдох, нос сопит, стекла запотели». Это сложный биохимический процесс получения необходимой нашему телу энергии путем реакций различных питательных веществ с кислородом. Дыхание, по сути, — это то же самое, что горение, то есть реакция окисления веществ кислородом воздуха. Только происходит оно гораздо более медленно, постепенно и под жестким контролем организма.
Наши дыхательные пути и легкие решают проблему доставки кислорода из воздуха в кровь и высвобождения из крови углекислого газа. Наш желудочно-кишечный тракт обеспечивает поступление в кровь питательных веществ из пищи. Кровь доставляет кислород и питательные вещества ко всем клеткам нашего тела. Внутри практически каждой клетки есть специальные сложные структуры — органеллы, названные митохондриями, которые отвечают за главный этап дыхания — за «сжигание» питательных веществ кислородом и получение энергии, необходимой для жизни клетки. Тут и начинается самое интересное.
I.6.2 Знакомьтесь, митохондрии!
Митохондрии — это вытянутые пузырьки внутри клетки, отделенные от остального ее содержимого двумя тонкими мембранами, состоящими из липидов и гидрофобных белков — жирных, нерастворимых в воде молекул. Эти мембраны — самое главное в процессе дыхания. Мембраны похожи на тонкие масляные пленки; они непроницаемы для большинства водорастворимых молекул и ионов. Мембраны играют важнейшую роль в жизни клетки, надежно отделяя клетку от окружающей среды, а клеточные органеллы — от прочего внутриклеточного содержимого (цитоплазмы).
Внешняя мембрана митохондрий — гладкая, а внутренняя многократно складчата. В качестве аналогии можно представить еще, не надутый воздушный шар, который смяли и засунули внутрь маленького воздушного шарика, а затем начали надувать. Маленький шарик снаружи будет круглый и гладкий, а большой шар внутри будет сморщенный и весь в складках.
Такое странное устройство мембран необходимо митохондриям, чтобы увеличить площадь внутренней мембраны. Ведь именно в этой мембране, прочно засев в ее жирной толще, находятся белки-ферменты, осуществляющие дыхание, т. е. окисление питательных веществ кислородом.