Недавно страну облетела новость: госкорпорация «Роснано» инвестирует 710 млн рублей в производство инновационных лекарственных препаратов против возрастных заболеваний. Речь идет о так называемых «ионах Скулачева» – фундаментальной разработке отечественных ученых. Она поможет справиться со старением клеток, которое вызывает кислород.
«Как же так? – удивитесь вы. – Без кислорода невозможно жить, а вы утверждаете, что он ускоряет старение!» На самом деле противоречия тут нет. Двигатель старения – активные формы кислорода, которые образуются уже внутри наших клеток.
Источник энергии
Немногие знают, что чистый кислород опасен. Его в небольших дозах применяют в медицине, но если дышать им долго, можно отравиться. Лабораторные мыши и хомячки, к примеру, живут в нем всего несколько дней. В воздухе же, которым мы дышим, кислорода чуть больше 20%.
Почему же столько живых существ, в том числе человек, нуждаются в небольшом количестве этого опасного газа? Дело в том, что О2 – мощнейший окислитель, перед ним не может устоять практически ни одно вещество. А всем нам нужна энергия, чтобы жить. Так вот, получать ее мы (а также все животные, грибы и даже большинство бактерий) можем, именно окисляя те или иные питательные вещества. Буквально сжигая их, как дрова в каминной топке.
Происходит этот процесс в каждой клетке нашего тела, где для него имеются специальные «энергетические станции» – митохондрии. Именно туда в конечном итоге попадает все, что мы съели (разумеется, переваренное и разложенное до простейших молекул). И именно внутри митохондрий кислород делает единственное, что он умеет, – окисляет.
Такой способ получения энергии (его называют аэробным) весьма выгоден. Например, некоторые живые существа умеют получать энергию и без окисления кислородом. Только вот благодаря этому газу из одной и той же молекулы получается в несколько раз больше энергии, чем без него!
Скрытый подвох
Из 140 литров кислорода, которые мы вдыхаем за день из воздуха, почти все уходит на получение энергии. Почти – но не все. Примерно 1% тратится на производство… яда. Дело в том, что во время полезной деятельности кислорода образуются и опасные вещества, так называемые «активные формы кислорода». Это – свободные радикалы и перекись водорода.
Зачем вообще природе вздумалось производить этот яд? Некоторое время назад ученые нашли этому объяснение. Свободные радикалы и перекись водорода при помощи особого белка-фермента образуются на внешней поверхности клеток, с их помощью наш организм уничтожает бактерии, попавшие в кровь. Очень разумно, если учесть, что радикал гидроксида по своей ядовитости соперничает с хлоркой.
Однако не весь яд оказывается за пределами клеток. Он образуется и в тех самых «энергетических станциях», митохондриях. В них же имеется своя собственная ДНК, которую и повреждают активные формы кислорода. Дальше все понятно и так: работа энергетических станций разлаживается, ДНК повреждена, начинается старение…
Зыбкий баланс
К счастью, природа позаботилась о том, чтобы нейтрализовать активные формы кислорода. За миллиарды лет кислородной жизни наши клетки в общем-то научились держать О2 в узде. Во-первых, его не должно быть слишком много или слишком мало – и то и другое провоцирует образование яда. Поэтому митохондрии умеют «выгонять» лишний кислород, а также «дышать» так, чтобы он не мог образовать те самые свободные радикалы. Более того, в арсенале нашего организма есть вещества, которые неплохо борются со свободными радикалами. Например, ферменты-антиоксиданты, которые превращают их в более безобидную перекись водорода и просто кислород. Другие ферменты тут же берут в оборот перекись водорода, превращая ее в воду.
Вся эта многоступенчатая защита неплохо работает, но со временем начинает давать сбои. Сначала ученые думали, что с годами ферменты-защитники от активных форм кислорода слабеют. Оказалось, нет, они по-прежнему бодры и активны, однако по законам физики какие-то свободные радикалы все равно минуют многоступенчатую защиту и начинают разрушать ДНК.
Можно ли поддержать свою природную защиту от ядовитых радикалов? Да, можно. Ведь чем дольше живут в среднем те или иные животные, тем лучше отточена их защита. Чем интенсивнее обмен веществ у того или иного вида, тем эффективнее его представители справляются со свободными радикалами. Соответственно, первая помощь себе изнутри – вести активный образ жизни, не позволяя обмену веществ замедлиться с возрастом.
Тренируем молодость
Есть еще несколько обстоятельств, которые помогают нашим клеткам справляться с ядовитыми производными кислорода. Например, поездка в горы (1500 м и выше над уровнем моря). Чем выше, тем меньше в воздухе кислорода, и жители равнины, попав в горы, начинают чаще дышать, им трудно двигаться – организм пытается компенсировать нехватку кислорода. Через две недели жизни в горах наш организм начинает приспосабливаться. Повышается уровень гемоглобина (белок крови, который разносит кислород из легких во все ткани), а клетки учатся использовать О2 экономичнее. Возможно, говорят ученые, это одна из причин того, что среди горцев Гималаев, Памира, Тибета, Кавказа много долгожителей. И даже если вы попадете в горы только на время отпуска раз в год, вы получите те же самые выгодные изменения, пусть всего на месяц.
Итак, можно научиться вдыхать много кислорода или, наоборот, мало, существует масса дыхательных техник обоих направлений. Однако по большому счету организм все равно будет поддерживать количество кислорода, попадающего в клетку, на некоем среднем, оптимальном для себя и своей нагрузки уровне. И тот самый 1% будет уходить на производство яда.
Поэтому ученые считают, что действеннее будет зайти с другой стороны. Оставить в покое количество О2 и усилить клеточную защиту от его активных форм. Нужны антиоксиданты, причем такие, которые смогут проникать внутрь митохондрий и обезвреживать яд именно там. Как раз такие и хочет выпускать «Роснано». Возможно, уже через несколько лет подобные антиоксиданты можно будет принимать, как нынешние витамины А, Е и С.
Молодильные капли
Перечень современных антиоксидантов давно уже не ограничивается перечисленными витаминами А, Е и С. Среди новейших открытий – ионы-антиоксиданты SkQ, разработанные группой ученых под руководством действительного члена Академии наук, почетного президента Российского общества биохимиков и молекулярных биологов, директора Института физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ, лауреата Государственной премии СССР, основателя и декана факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Владимира Скулачева.
Еще в 70-е годы ХХ века он блестяще доказал теорию о том, что митохондрии являются «электростанциями» клеток. Для этого были изобретены положительно заряженные частицы («ионы Скулачева»), которые могут проникать внутрь митохондрий. Теперь академик Скулачев и его ученики «прицепили» к этим ионам вещество-антиоксидант, которое способно «разобраться» с ядовитыми соединениями кислорода.
На первом этапе это будут не «таблетки от старости», а препараты для лечения конкретных болезней. Первыми в очереди стоят глазные капли для лечения некоторых возрастных проблем со зрением. Подобные препараты уже дали совершенно фантастические результаты при испытании на животных. В зависимости от вида, новые антиоксиданты могут снижать раннюю смертность, увеличивать среднюю продолжительность жизни и продлевать максимальный возраст – заманчивые перспективы!
Вы, наверно, знаете, что дыхание необходимо для того, чтобы в организм с вдыхаемым воздухом поступал кислород, необходимый для жизни, а при выдохе организм выделяет наружу углекислый газ.
Дышит все живое - и животные, и птицы, и растения.
А зачем живым организмам так необходим кислород, что без него невозможна жизнь? И откуда в клетках берется углекислый газ, от которого организму нужно постоянно освобождаться?
Дело в том, что каждая клеточка живого организма представляет собой маленькое, но очень активное биохимическое производство. А вы знаете, что никакое производство невозможно без энергии. Все процессы, которые протекают в клетках и тканях, протекают с потреблением большого количества энергии.
Откуда же она берется?
С пищей, которую мы едим, - из углеводов, жиров и белков. В клетках эти вещества окисляются . Чаще всего цепь превращений сложных веществ приводит к образованию универсального источника энергии - глюкозы. В результате окисления глюкозы высвобождается энергия. Вот для окисления как раз и нужен кислород. Энергию, которая высвобождается в результате этих реакций, клетка запасает в виде особых высокоэнергетических молекул - они, как батарейки, или аккумуляторы, отдают энергию по необходимости. А конечным продуктом окисления питательных веществ являются вода и углекислый газ, который удаляются из организма: из клеток он поступает в кровь, которая переносит углекислый газ в легкие, и там он выводится наружу в процессе выдоха. За один час через легкие человек выделяет от 5 до 18 литров углекислого газа и до 50 граммов воды.
Кстати...
Высокоэнергетические молекулы, которые являются "топливом" для биохимических процессов, называются АТФ - аденозинтрифосфорная кислота. У человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ составляет менее 1 минуты. Человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день, но при этом вся она практически тут же тратится, и запаса АТФ в организме практически не создаётся. Для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ. Вот почему без поступления кислорода живой организм может прожить максимум несколько минут.
А бывают ли живые организмы, которые не нуждаются в кислороде?
С процессами анаэробного дыхания знаком каждый из нас! Так, брожение теста или кваса - это пример анаэробного процесса, осуществляемого дрожжами: они окисляют глюкозу до этанола (спирта); процесс скисания молока - это результат работы молочнокислых бактерий, которые осуществляют молочнокислое брожение - превращают молочный сахар лактозу в молочную кислоту.
Зачем нужно кислородное дыхание, если есть бескислородное?
Затем, что аэробное окисление в разы эффективнее, чем анаэробное. Сравните: в процессе анаэробного расщепления одной молекулы глюкозы образуется всего 2 молекулы АТФ, а в результате аэробного распада молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ! Для сложных организмов с высокой скоростью и интенсивностью обменных процессов анаэробного дыхания просто не хватит для поддержания жизни - так электронная игрушка, которой для работы требуется 3-4 батарейки, просто не включится, если в нее вставить только одну батарейку.
А в клетках человеческого организма возможно бескислородное дыхание?
Конечно! Первый этап распада молекулы глюкозы, который называется гликолизом, проходит без присутствия кислорода. Гликолиз - это процесс, общий практически для всех живых организмов. В процессе гликолиза образуется пировиноградная кислота (пируват). Именно она отправляется по пути дальнейших превращений, приводящих к синтезу АТФ как при кислородном, так и бескислородном дыхании.
Так, в мышцах запасы АТФ очень малы - их хватает только на 1-2 секунды мышечной работы. Если мышце необходима кратковременная, но активная деятельность, первым в ней мобилизуется анаэробное дыхание - оно быстрее активируется и дает энергию примерно на 90 секунд активной работы мышцы. Если же мышца активно работает более двух минут, то подключается аэробное дыхание: при нем производство АТФ происходит медленно, но энергии оно дает достаточно, чтобы поддерживать физическую активность в течение длительного времени (до нескольких часов).
Как уже выяснилось, красные тельца крови, а в часности Гемоглобин приносят кислород в клетки организма.
А зачем клетке Кислород?
Кислород
Особенности строения молекулы О атмосферный кислород состоит из двухатомных молекул, в каждой молекуле О имеется по 2 неспаренных электрона
.
Энергия
диссоциации молекулы О на атомы довольно высока
и составляет 493,57 кДж/моль.
Высокая прочность химической связи между атомами в молекуле О приводит к тому, что при комнатной температуре газообразный кислород химически довольно малоактивен. В природе он медленно вступает в превращения при процессах гниения. При нагревании, даже небольшом, химическая активность кислорода резко возрастает. При поджигании он реагирует с взрывом с водородом, метаном, другими горючими газами, с большим числом простых и сложных веществ.
Зачем клетке энергия?
Каждая живая клетка должна постоянно добывать энергию . Энергия нужна ей, чтобы вырабатывать тепло и синтезировать (создавать ) некоторые жизненно необходимые ей химические вещества, например белки или наследственное вещество. Энергия нужна клетке, и чтобы двигаться .Клетки тела, способные совершать движения, называются мышечными. Они могут сокращаться. Это и приводит в движение наши руки, ноги, сердце, кишечник. Наконец, энергия нужна, чтобы вырабатывать электрический ток : благодаря ему одни части тела общаются с другими. А обеспечивают связь между ними в первую очередь нервные клетки.
Как клетка добывает энергию?
Клетки сжигают питательные вещества, и при этом выделяется какое-то количество энергии.
Делать это они могут двумя способами.
Во-первых, сжигать углеводы, главным образом глюкозу, в отсутствие кислорода
.
это древнейшая форма извлечения энергии, и она очень
неэффективна.
Вспомните, что жизнь зародилась в воде, то есть в среде, где кислорода было очень мало.
Во-вторых, клетки организма сжигают пировиноградную кислоту, жиры и белки в присутствии кислорода. Все перечисленные вещества содержат углерод и водород. Сжигание водорода в чистом кислороде выделяет большое количество энергии
Помните телевизионные репортажи с космодромов о запуске ракет? Они взмывают ввысь за счет невероятного количества энергии, выделяемой при... окислении водорода, то есть при сжигании его в кислороде. Космические ракеты высотой с башню устремляются в небо за счет громадной энергии, что выделяется при сжигании водорода в чистом кислороде. Их топливные баки заполнены жидкими водородом и кислородом. При запуске двигателей водород начинает окисляться и огромная ракета стремительно уносится в небо. Может быть, это кажется невероятным, и все-таки: та же энергия, что уносит ввысь космическую ракету, поддерживает и жизнь в клетках нашего тела. Эта же энергия поддерживает жизнь и в клетках нашего тела. Разве что в клетках не происходит никакого взрыва и из них не вырывается сноп пламени. Окисление совершается поэтапно, и потому вместо тепловой и кинетической энергии образуются молекулы АТФ.
1.У одноклеточных организмов клетка выполняет все функции,свойственные любому живому организму.Назови эти функции.2.В многоклеточном организме жизнь Мир живых организмов отличается разнообразием. Однако представители различных царств органического мира имеют общие свойства. Выберите признаки,характерные: А - для растений; Б - животных; В - всех живых
организмов:
1 - имеют клеточное строение;
2 - питаются готовыми органическими веществами;
3 - создают органические вещества в процессе фотосинтеза;
4 - при дыхании поглощают кислород и выделяют углекислый газ;
5 - состоят из неорганических и органических веществ;
6 - клетки содержат пластиды и вакуоли с клеточным соком;
7 - способны к обмену веществ и энергии;
8 - большинство практически неподвижны;
9 - способны к активному передвижению;
10 - приспособлены к условиям окружающей среды:
11 - конечным продуктом обмена веществ является мочевина;
12 - плазматическая мембрана покрыта целлюлозной клеточной стенкой;
13 - характерно ограниченный рост;
14 - клетки содержат клеточный центр и мелкие вакуоли без клеточного сока.
образовании). Каменный уголь_______________(какие живые организмы принимали участие в ее образовании)=)))
Причиной гибели живых организмов могут быть: другие живые организмы, болезни, отсутствие пищи, неблагоприятные условия для жизни. Мможно ли отнестиЗначение воздуха для жизни растений и человека.
Воздух — смесь разнообразных газов. В составе кислорода много азота и кислорода. Самое интересное, что без этих компонентов невозможна жизнь на планете. Это связано с тем, что данные химические вещества способствуют протеканию разнообразных реакций в организме. Без них невозможен метаболизм.
Какое значение имеет воздух, кислород для жизни человека, растений и всех живых организмов?
Этот газ участвует в обменных процессах. Благодаря этому газу все живые организмы дышат. Это касается как людей, так и растений. Кроме того. при вдыхании воздуха, в организме животных и людей происходит процесс окисления глюкозы. Во время этой химической реакции происходит выделение энергии.
Без энергии в свою очередь не возможно осуществлять движение.
Сколько здоровый человек, мозг человека может прожить без воздуха, кислорода?
Значения неоднозначные. Это зависит от физического здоровья и тренировок. Вообще обычный человек в среднем может побыть без воздуха 4-9 минут. Если учесть пребывание под водой, то обычный посетитель пляжа сможет быть под водой 30-80 секунд. А девушки, добывающие жемчуг из воды, могу прожить без воздуха 5 минут. Дело в том, что без кислорода прекращается выработка энергии и сердце останавливаются. Без кислорода погибают мозговые клетки.
Сейчас разработано множество способов продления бездыханного периода. Эти техники практикуют йоги и известные дайверы.
Почему при задержке дыхания в крови накапливается углекислый газ?
Это происходит в результате обменных процессов, а точнее во время окисления глюкозы. При взаимодействии глюкозы и кислорода получается вода и углекислый газ, который накапливается в организме.
Сколько воздуха, кислорода нужно человеку в час, в сутки?
Для каждого человека это разные числа. Количество зависит и от нагрузки.
Примерные данные потребления воздуха за минутку:
- Сидячее положение и состояние покоя 6 л
- Легкие физические нагрузки 20 л
- Фитнес, кардио тренировки 60 л
То есть за сутки значения будут составлять:
- 864 л в состоянии покоя
- 28800 л при легкой нагрузке
- 86400 л во время тяжелых нагрузок
Необходимый объем воздуха, кислорода на человека в помещении: значение
Этими числами руководствуются при проектировании вентиляции.
Среднее значение находится в пределах 30-60 кубов воздуха в час в помещении.
Какой зафиксирован рекорд задержки дыхания человека под водой?
Занесен в Книгу рекордов Гиннеса Том Ситас. Это фридайвер, у которого объем легких на 20% больше чем у обычного человека. Его рекорд составил 22 минуты и 22 секунды. Задержка дыхания происходила под водой. До рекорда дайвер дышал кислородом из баллона и не принимал пищу 5 часов.
Тренировка задержки дыхания: упражнения
Существует несколько методик тренировок задержки дыхания.
Упражнения:
- Ходьба под счет. На самом деле в самом начале тренировку нет необходимости задерживать дыхание. Необходимо через 10 шагов осуществлять вдох и через 10 выдох. Со временем можно вдохом и выдохом вставлять интервалы задержки дыхания.
- Йога. Практически все упражнения йогов направлены на увеличение объема легких. Необходимо чаще заниматься йогой.
- Полоскание. Как не парадоксально звучит, но в танцах живота часто используют это упражнение. Необходимо сделать глубокий вдох, а затем выдох. После этого осуществляется задержка дыхания и толчкообразные движения животом.
- Собачье дыхание. Необходимо в течение дня время от времени дышать как собаки. То есть осуществлять частые и короткие вдохи и выдохи.
Воздух — основа жизни. Без него невозможно существование людей и других живых организмов.
ВИДЕО: Задержка дыхания