Прежде чем продуцировать молоко, корова должна жить, т. е. дышать, двигаться, поедать и переваривать корма, всасывать продукты их распада в кровь, распределять их с током крови по всему организму и т. д. Чтобы осуществлять все это, для коровы, как и для работы другого механизма, нужна энергия.
Энергия необходима и для построения тела животного, т. е. его мышечной ткани, внутренних органов, а также для образования молока.
Непрерывное поступление энергии в организм животного является важнейшим условием его существования. У растений источником энергии служит энергия солнца. Полное количество энергии, излучаемой солнцем, составляет астрономически огромную величину, однако поверхности земли достигает лишь очень небольшая ее часть. Но и достигнувшая нашей планеты энергия используется растениями в процессах фотосинтеза только в незначительных количествах. При самых благоприятных условиях растения способны фиксировать не более 1% приходящей лучистой …Прежде чем продуцировать молоко, корова должна жить, т. е. дышать, двигаться, поедать и переваривать корма, всасывать продукты их распада в кровь, распределять их с током крови по всему организму и т. д. Чтобы осуществлять все это, для коровы, как и для работы другого механизма, нужна энергия.
Энергия необходима и для построения тела животного, т. е. его мышечной ткани, внутренних органов, а также для образования молока.
Непрерывное поступление энергии в организм животного является важнейшим условием его существования. У растений источником энергии служит энергия солнца. Полное количество энергии, излучаемой солнцем, составляет астрономически огромную величину, однако поверхности земли достигает лишь очень небольшая ее часть. Но и достигнувшая нашей планеты энергия используется растениями в процессах фотосинтеза только в незначительных количествах. При самых благоприятных условиях растения способны фиксировать не более 1% приходящей лучистой энергии.
Растения используют световую энергию для осуществления синтеза Сахаров типа глюкозы и полисахаридов типа крахмала, потребляя для этого углекислый газ воздуха и почвенную воду. Путем сложных реакций с помощью опять-таки ряда ферментов эти простейшие неорганические вещества превращаются в довольно сложные органические. В дальнейшем накопленные про запас сахара в клетках растений окисляются, в результате чего высвобождается энергия, которая используется клетками для своих нужд.
Животные, поедая растения, в конечном счете используют ту же энергию солнца, превращенную растительными клетками в углеводы, белки и жиры. Однако в этом отношении организм животных менее совершенен и способен накапливать в себе в лучшем случае только около 10% связанной растениями энергии. Потребляя органические вещества растений, животные превращают эти соединения в углекислый газ и воду и используют освобождающуюся при этом энергию.
Обычно количество энергии выражают в калориях и джоулях. Калория (кал) определяется таким количеством теплоты, которое необходимо, чтобы нагреть 1 см воды на 1 °С. Одна калория равна 4,185 джоуля. Тысяча калорий составляет 1 килокалорию (ккал). При сжигании 1 г сахара освобождается 4200 кал, при сгорании 1 г жиров — 9300 кал, 1 г белков — 5700 кал энергии.
Крупному рогатому скоту, например, для поддержания жизни требуется около 6000 ккал энергии в сутки, лошади — 7500 ккал, овце — около 700 и свинье — 2100 ккал. Единственной химической реакцией в организме животного, при которой освобождается энергия, является реакция окисления. Мы уже упоминали о реакциях окисления, когда говорили о горении угля. Оно может быть примером типичной реакции окисления углерода кислородом воздуха. Тепло, которое выделяется при горении угля, и является энергией окисления.
Аналогичный процесс происходит и в организме животного при окислении глюкозы. Здесь тоже углерод окисляется кислородом воздуха и освобождается энергия. Реакция окисления глюкозы происходит в каждой клетке организма, куда она приносится кровью. Кровью же из легких в клетку доставляется и кислород. Но в отличие от окисления углерода угля при его горении, когда мы видим и саму реакцию (пламя) и ощущаем выделяемую энергию (теплоту), при окислении углерода глюкозы в клетке ничего подобного, за исключением образования небольшого количества тепла, не происходит. Вызвано это тем, что при горении угля энергия солнца, аккумулированная в нем, освобождается сразу, а окисление глюкозы осуществляется не в одну, а в несколько стадий, а на каждой из них выделяется небольшое количество энергии (рис. 2).
Энергетическую деятельность клетки можно сравнить с получением энергии на атомной электростанции, где за счет намеренного замедления ядерной реакции в течение длительного времени получают постоянный поток такого количества энергии, которое при мгновенном образовании могло бы привести к ядерному взрыву. Количество же выделяемой энергии в том и другом случае одинаково.
Глюкоза, поступающая в клетку, в результате последовательно протекающих почти 30 реакций в конечном итоге превращается в углекислый газ и воду, т. е. в те же вещества, из которых она образовалась в растении. При каждой из этих реакций выделяется небольшое количество энергии. Суммарное количество выделившейся энергии точно такое же, какое выделилось бы, если бы глюкозу сжечь, т. е. 4200 кал из 1 г. Выделившаяся при окислении энергия сохраняется в виде особого вещества — аденозинтри-фосфорной кислоты (АТФ) и расходуется клеткой для своих многочисленных нужд.
Окисление глюкозы в клетке осуществляется при помощи ферментов. Причем каждую из 30 упомянутых реакций катализирует специальный фермент. Здесь мы не будем подробно рассматривать всю цепь превращений глюкозы при ее окислении в клетке, укажем только, что из одной молекулы глюкозы, состоящей из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода, при окислении ее 6 молекулами кислорода получается 6 молекул углекислого газа и столько же молекул воды. Следовательно, суть превращений глюкозы сводится к последовательному укорочению углеродной цепи молекулы глюкозы, т. е. к последовательному отщеплению и окислению атомов углерода. При этом глюкоза превращается в целый ряд веществ, в том числе на одном из этапов окисления из глюкозы возникает уксусная кислота. Это чрезвычайно важное обстоя-тельство, на значении которого для жизнедеятельности организма мы остановимся несколько позже.
Для получения энергии организм может использовать также жиры и белки. Принцип получения энергии непосредственно из жиров и белков остается при этом тот же, что и при получении ее из глюкозы — окислении. Однако если глюкоза окисляется до конца, т. е. сгорает до углекислоты и воды, то после «сгорания» жиров и белков наряду с этими остаются еще и другие продукты «горения». Это для организма, кстати, не проходит бесследно. Дело в том, что недоокисленные продукты распада жиров и белков накапливаются в крови и, будучи по своей природе ядовитыми, создают серьезную угрозу организму. Поэтому животные непосредственно используют в качестве источников энергии жиры и белки только при чрезвычайных обстоятельствах — при полном голодании или в случаях, когда организм теряет способность использовать для этих целей глюкозу.
