Небольшое экспериментальное исследование британских ученых показало, что фотобиомодуляция красным светом значительно снижает уровень сахара в крови. Как сообщается в работе, опубликованной в Journal of Biophotonics, 15-минутное воздействие света с длиной волны 670 нанометров снизило степень повышения уровня глюкозы в крови спустя два часа после приема глюкозы (глюкозотолерантный тест) на 27,7 процента. Пик повышения уровня глюкозы снизился более чем на десять процентов.
Хорошо известно, что при производстве АТФ в митохондриях активно используются кислород и глюкоза. Также установлено, что фотобиомодуляция светом с длиной волны от 650 до 900 нанометров, охватывающей видимый и ближний инфракрасный диапазоны, усиливает выработку митохондриями АТФ, а также снижает концентрацию активных форм кислорода.
Такой свет поглощается цитохром-c-оксидазой в дыхательной цепи, что приводит к увеличению активности переноса электронов, мембранного потенциала митохондрий и выработки АТФ. Однократное воздействие света с может оказывать эффект в течение трех часов, который будет сохраняться до пяти—семи дней. При этом было показано, что улучшение выработки АТФ приводит к положительным сдвигам в общем функционировании: так, увеличивается подвижность и диапазон сенсорных и когнитивных способностей у мух и зрительные способности как у животных моделей, так и у людей.
Майкл Паунер (Michael Powner) из Лондонского университета и Глен Джеффри (Glen Jeffery) из Университетского колледжа Лондона проверили гипотезу о том, что повышение активности митохондрий и выработки АТФ с помощью фотобиомодуляции будет приводить снижению концентрации глюкозы в крови людей. Этот эффект ранее они наблюдали у насекомых.
В исследовании приняли участие 30 человек, которых поровну поделили на группу фотобиомодуляции светом с длиной волны 670 нанометров и группу плацебо. Сначала каждый участник прошел оральный тест на толерантность к глюкозе. Через неделю тест повторился, однако за 45 минут до его проведения на участников исследуемой группы 15 минут воздействовали фотобиомодуляцией.
Первичный анализ показал, что фотобиомодуляция снизила общую концентрацию глюкозы в крови на 7,3 процента (р = 0,0061). Согласно данным анализа, основанным на первоначальном измерении уровня глюкозы, степень повышения уровня глюкозы в тесте снизилось на 27,7 процента (р = 0,0002). Повторные статистические анализы подтвердили значимость этой разницы. Пиковые концентрации глюкозы при фотобиомодуляции снижались в среднем на 12,1 процента (р = 0,0102).
По мнению ученых, фотобиомодуляция могла бы стать эффективным методом коррекции колебаний уровня глюкозы у людей с нарушениями углеводного обмена. Однако необходимы более масштабные клинические рандомизированные испытания, чтобы лучше оценить величину эффекта фотобиомодуляции.
Подробнее о том, на что способен инфракрасный свет и как его используют люди при решении самых разных задач, можно прочитать в материале «Невидимый нам свет».
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Таким образом, гликолиз включает в себя химические перестройки следующего типа:
Итак, суммарное уравнение гликолиза:
Каждое из 9 промежуточных соединений на пути от глюкозы к пирувату содержат остатки ортофосфорной кислоты. По-видимому, фосфатные группы в этом случае выполняют следующие 3 функции:
Ион магния «закрывает собой» часть отрицательного заряда фосфатных групп АТФ
Фермент
Кофактор
Изменение свободной энергии (ΔG′о, кДж/моль)
Фосфогексозоизомераза, или глюкозоизомераза
Mg2+
1,7
У некоторых, как правило анаэробных, бактерий и протистов фосфофруктокиназа в качестве донора фосфорильной группы для образования фруктозо-1,6-бисфосфата использует пирофосфорную кислоту (PPi), а не АТФ:
С энергетической точки зрения в гликолизе можно выделить 2 процесса:
1) Превращение глюкозы в пируват — энергетически выгодный процесс:
2) Образование ATP из ADP и 2Pi — энергетически невыгодный процесс:
Общее изменение энергии Гиббса при гликолизе ΔG′s составляет:
Изменение свободной энергии (ΔG, кДж/моль) на каждой стадии гликолиза
Глюкозо-1-фосфат ⇌ глюкозо-6-фосфат.
Дисахариды до их проникновения в клетку предварительно гидролизуются до соответствующих моносахаридов. В пищеварительном тракте такой гидролиз осуществляют ферменты, прикреплённые к поверхности клеток пищеварительного эпителия (в скобках указан фермент, катализирующий соответствующую реакцию):
Такой путь является основным механизмом вовлечения фруктозы в гликолиз в мышцах и почках. В печени она вовлекается в гликолиз иначе. Фермент печени фруктокиназа катализирует фосфорилирование фруктозы по С-1, а не С-6:
1 — фруктоза, 2 — фруктозо-1-фосфат, 3 — дигидроксиацетонфосфат, 4 — глицеральдегид, 5 — глицеральдегид-3-фосфат, FK — фруктокиназа, ALD-B — фруктозо-1-фосфатальдолаза, TPI — триозофосфатизомераза, TK — триозокиназа.
D-Галактоза, продукт гидролиза лактозы, из кишечника всасывается в кровь, откуда попадает в печень, где фосфорилируется галактокиназой по С-1 с затратой АТФ:
1 — галактоза, 2 — галактозо-1-фосфат, 3 — UDP-глюкоза, 4 — UDP-галактоза, 5 — глюкозо-1-фосфат, 6 — глюкозо-6-фосфат. GK — галактокиназа, GALT — галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза, UGE — UDP-глюкозо-4-эпимераза, PGM — фосфоглюкомутаза.
D-Манноза, образующаяся при пищеварительном расщеплении многих полисахаридов и гликопротеинов, может быть фосфорилирована по С-6 гексокиназой:
Пространственная структура гексокиназы I типа
Пространственная структура фосфофруктокиназы-1
Образование фруктозо-2,6-бисфосфата (снизу) из фруктозо-6-фосфата (сверху)
Пространственная структура пируваткиназы
Принцип работы транскрипционного фактора ChREBP
Как отмечалось выше, в аэробных условиях пируват после гликолиза образует ацетил-CoA и вовлекается в цикл Кребса. Две молекулы НАДH, образующиеся при гликолизе в цитозоле, в этих условиях вновь окисляются до НАД+, отдавая свои электроны в электроно-транспортную цепь (ЭТЦ), которая у эукариот находится в митохондриях. По ЭТЦ эти электроны переходят от одного переносчика к другому, пока не дойдут до конечного акцептора электронов — кислорода:
Позитронно-эмиссионная томография всего тела
Отто Мейергоф — один из первооткрывателей гликолиза
Запросы «DNA» и «ДНК» перенаправляются сюда; см. также другие значения терминов DNA и ДНК.
Структура ДНК (двойная спираль), В-форма. Различные атомы в структуре показаны в разных цветах; детальная структура двух пар оснований показана снизу справа
Двойная спираль (двойной винт) ДНК (правый, А-форма)
В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органеллах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У прокариот и у низших эукариот (например дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Кроме того, одно- или двухцепочечные молекулы ДНК могут образовывать геном ДНК-содержащих вирусов.
С химической точки зрения ДНК — длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в полимерной цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи).
Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и далее принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК содержит последовательности, выполняющие в клетках регуляторные и структурные функции. Кроме того, в геноме эукариот часто встречаются участки, принадлежащие «генетическим паразитам», например транспозонам.
Вплоть до 1950-х годов точное строение ДНК, как и способ передачи наследственной информации, оставалось неизвестным. Хотя и было доподлинно известно, что ДНК состоит из нескольких цепочек, состоящих из нуклеотидов, никто не знал точно, сколько этих цепочек и как они соединены.
Структуры оснований в составе ДНК
В зависимости от концентрации ионов и нуклеотидного состава молекулы двойная спираль ДНК в живых организмах существует в разных формах. На рисунке представлены формы A, B и Z (слева направо)
Как уже было сказано выше, у подавляющего большинства живых организмов ДНК состоит не из одной, а из двух полинуклеотидных цепей. Эти две длинные цепи закручены одна вокруг другой в виде двойной спирали, стабилизированной водородными связями, образующимися между обращёнными друг к другу азотистыми основаниями входящих в неё цепей. В природе эта спираль, чаще всего, правозакрученная. Направления от 3′-конца к 5′-концу в двух цепях, из которых состоит молекула ДНК, противоположны (цепи «антипараллельны» друг другу).
Комплементарность двойной спирали означает, что информация, содержащаяся в одной цепи, содержится и в другой цепи. Обратимость и специфичность взаимодействий между комплементарными парами оснований важна для репликации ДНК и всех остальных функций ДНК в живых организмах.
Части молекул ДНК, которые из-за их функций должны быть легко разделяемы, например, ТАТА последовательность в бактериальных промоторах, обычно содержат большое количество А и Т.
Структура цитозина, 5-метилцитозина и тимина. Тимин может возникать путём деаминирования 5-метилцитозина
ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. С молекулами ДНК связаны два основополагающих свойства живых организмов — наследственность и изменчивость. В ходе процесса, называемого репликацией ДНК, образуются две копии исходной цепочки, наследуемые дочерними клетками при делении, отсюда следует, что образовавшиеся клетки оказываются генетически идентичны исходной.
Генетическая информация реализуется при экспрессии генов в процессах транскрипции (синтеза молекул РНК на матрице ДНК) и трансляции (синтеза белков на матрице РНК).
Последовательность нуклеотидов «кодирует» информацию о различных типах РНК: информационных, или матричных (мРНК), рибосомальных (рРНК) и транспортных (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на основе ДНК в процессе транскрипции. Роль их в биосинтезе белков (процессе трансляции) различна. Информационная РНК содержит информацию о последовательности аминокислот в белке, рибосомальные РНК служат основой для рибосом (сложных нуклеопротеиновых комплексов, основная функция которых — сборка белка из отдельных аминокислот на основе иРНК), транспортные РНК доставляют аминокислоты к месту сборки белков — в активный центр рибосомы, «ползущей» по иРНК.
ДНК генома бактериофага: фотография под просвечивающим электронным микроскопом
Генетическая информация, закодированная в ДНК, должна быть прочитана и в конечном итоге выражена в синтезе различных биополимеров, из которых состоят клетки. Последовательность оснований в цепочке ДНК напрямую определяет последовательность оснований в РНК, на которую она «переписывается» в процессе, называемом транскрипцией. В случае мРНК эта последовательность определяет аминокислоты белка. Соотношение между нуклеотидной последовательностью мРНК и аминокислотной последовательностью определяется правилами трансляции, которые называются генетическим кодом. Генетический код состоит из трёхбуквенных «слов», называемых кодонами, состоящих из трёх нуклеотидов (то есть ACT, CAG, TTT и т. п.).
Во время транскрипции нуклеотиды гена копируются на синтезируемую РНК РНК-полимеразой. Эта копия в случае мРНК декодируется рибосомой, которая «читает» последовательность мРНК, осуществляя спаривание матричной РНК с транспортными РНК, которые присоединены к аминокислотам. Поскольку в трёхбуквенных комбинациях используются 4 основания, всего возможны 64 кодона (4³ комбинации). Кодоны кодируют 20 стандартных аминокислот, каждой из которых соответствует в большинстве случаев более одного кодона. Один из трёх кодонов, которые располагаются в конце мРНК, не означает аминокислоту и определяет конец белка, это «стоп» или «нонсенс» кодоны — TAA, TGA, TAG.
Взаимодействие фактора транскрипции STAT3 с ДНК (показана в виде синей спирали)
Все функции ДНК зависят от её взаимодействия с белками. Взаимодействия могут быть неспецифическими, когда белок присоединяется к любой молекуле ДНК, или зависеть от наличия особой последовательности. Ферменты также могут взаимодействовать с ДНК, из них наиболее важные — это РНК-полимеразы, которые копируют последовательность оснований ДНК на РНК в транскрипции или при синтезе новой цепи ДНК — репликации.
В клетке ДНК находится в компактном, т. н. суперскрученном состоянии, иначе она не смогла бы в ней уместиться. Для протекания жизненно важных процессов ДНК должна быть раскручена, что производится двумя группами белков — топоизомеразами и хеликазами.
ДНК-лигаза I (кольцеобразная структура, состоящая из нескольких одинаковых молекул белка, показанных разными цветами), лигирующая повреждённую цепь ДНК
Рекомбинация происходит в результате физического разрыва в хромосомах (М) и (F) и их последующего соединения с образованием двух новых хромосом (C1 и C2)
Что такое энергия с точки зрения биохакинга
Разберёмся, как апгрейднуть хранилище внутренних сил.
Кадр: фильм «Доктор Стрэндж: В мультивселенной безумия» / Marvel Studios Inc.
Пять лет назад окунулась в мир психологии. С тех пор учится принимать свою психику и тело. Ходит на терапию, участвует в киноклубе, цитирует Бродского и пишет стихи.
Из этой статьи вы узнаете:
Кандидат медицинских наук, доцент кафедры спортивной медицины и медицинской реабилитации Сеченовского университета. Главный специалист отдела по терапевтическому использованию запрещённых субстанций Российского антидопингового агентства (РУСАДА). До 2022 года — директор медицинского департамента ФК «Локомотив». Спикер совместной программы Skillbox и Первого МГМУ имени И. М. Сеченова «Биохакинг».
Мы завели телеграм-канал «Ты как?». Будем в удобном формате рассказывать о саморазвитии, психологии и о том, как эффективно учиться и строить карьеру в любом возрасте. Подписывайтесь!
Основной энергетический субстрат (источник) заключается в молекуле АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Молекула АТФ — универсальная энергетическая единица. Именно от количества АТФ зависит, насколько мы активны и полны сил.
В попытках апгрейднуть своё тело люди придумали биохакинг — набор методик для улучшения биологических процессов организма. И одно из направлений биохакинга — биоэнергетика — изучает, какие источники энергии есть в организме и как поднять уровень содержания АТФ. И не ради хороших анализов и медали за идеальную кровь у терапевта, а ради повышения качества жизни.
«Чем меньше энергии, тем реже мы чувствуем мотивацию работать и саморазвиваться, чаще находимся в плохом настроении. Это накладывает большой отпечаток на все сферы жизни и даже на личное ощущение счастья. Если люди теряют тягу к достижению собственных целей, то перестают получать истинное удовольствие от жизни, больше нервничают и накапливают стресс, который отбирает ещё больше сил».
Молекула АТФ вырабатывается в митохондриях. Митохондрии — это структуры в клетке организма, которые, помимо синтеза энергии, выполняют роль хранилища генетической информации. А ещё митохондрии при сбое в своей работе запускают процесс разрушения всей клетки.
Но вернёмся к энергетической функции митохондрий. Чтобы наполнить нас силами, мотивацией и волей ко всяческим свершениям, организм запускает внутри себя сложную цепочку биохимических реакций. И начинается эта цепочка с переваривания пищи: чтобы добыть энергию, наше тело перерабатывает белки, жиры и углеводы, которые поступают с пищей. То есть чем качественнее мы питаемся, тем «заряженнее» себя чувствуем.
Углеводы расщепляются до простых сахаров (глюкозы), а жиры — до жирных кислот и глицерина. А вот белки редко задействуются в производстве энергии и отвечают за другие задачи. Например, за «сборку» ДНК в клетке.
Итак, митохондрии — это клеточные «электростанции». Если они функционируют эффективно и без сбоев, мы чувствуем себя бодро. А если в митохондриях что-то не так, человек ощущает бессилие. От митохондрий зависит работа всех систем органов. Особенно головного мозга, мышц, сердца — они требуют большого количества энергии.
«Чем лучше справляются митохондрии, тем лучше мы обучаемся, развиваемся, успешнее проявляем себя, например, в спорте. Количество митохондрий и их правильное функционирование — прямой показатель работоспособности и продуктивности».
Выходит, уровень энергичности человека напрямую зависит от работы митохондриальной системы. И от того, что именно мы едим: еда — топливо, из которого митохондрии вырабатывают энергию.
Основная причина низкого уровня энергии — нарушения в работе митохондрий. В частности, слабость и быстрая утомляемость провоцируются такими факторами:
Кстати, любителям подкрепиться шоколадкой между делом стоит знать: при избыточном потреблении сахара выработка АТФ в митохондриях снижается.
Вспомните, как после школы вы с друзьями заходили на фудкорт в ближайшем торговом центре. Устав после уроков, вы хотели подкрепиться и устроить роскошный обед с бургерами, колой и мороженым на десерт.
Но вместо долгожданного прилива сил после трапезы вся компания ощущала лишь тяжесть и ещё большую усталость. Пришлось зазря целый час занимать столик, чтобы найти в себе силы пойти домой. Дело в том, что от большого количества сахара сначала происходит кратковременный подъём сил, а потом (когда «тонна» глюкозы доходит до клеток) человека настигает сонливость, вялость и апатия.
Регулярное падение уровня энергии называется митохондриальной дисфункцией. Это нарушение нормального процесса выработки энергии, на фоне которого происходят изменения во всём организме. Так, митохондриальная дисфункция провоцирует:
А ещё с возрастом люди сталкиваются с саркопенией — разрушением мышечной массы. И на этот процесс также можно повлиять, если поддерживать работу митохондрий: правильно питаться и высыпаться, заниматься спортом и регулярно проходить медицинский чекап.
Снижение выработки энергии начинается с 30–35 лет. К 50–60 годам производительность митохондрий падает примерно в два раза (в сравнении с 25 годами). И ваш уровень энергичности через пять лет, по сути, зависит от текущего образа жизни.
Так что если вы искали секрет долголетия, то для начала можете продлить своё пребывание на планете, наладив работу митохондрий.
И помните, что от нехватки энергии страдает не только тело. Развитие семьи, поддержание дружбы и самореализация тоже требуют энергетических вложений. Когда нет сил, мы не способны вовлекаться в собственную жизнь на сто процентов, а значит, рискуем выпасть из работы, семьи или хобби, теряя очки самореализации и благополучия.
Помочь организму вырабатывать больше энергии можно несколькими способами. Алексей Репетюк дал топ-6 советов с точки зрения биохакинга.
Для восполнения энергии особенно эффективен высокоинтенсивный интервальный тренинг (ВИИТ). Американский колледж спортивной медицины определяет ВИИТ как тренировочную стратегию, во время которой короткие интенсивные периоды активности сменяются менее интенсивными периодами восстановления. Такой подход строится на постоянных скачках пульса (в адекватном диапазоне). Например, чередование 20-секундных спринтов с 60-секундной ходьбой в быстром темпе на протяжении 10 минут.
ВИИТ можно заменить аэробными активностями (например, плаванием или танцами). Занятиям стоит уделять минимум пять часов в неделю.
Ещё один биохакерский секрет, который позволяет тренировать сосуды и улучшать митохондриальную функцию. Активно им пользуется, например, Павел Дуров: ходит в баню с ванной со льдом. По примеру отца Telegram, вы можете посменно принимать холодные ванны и сидеть в сауне.
Чередование тепла и холода способствует нормализации митофагии. Во время этого процесса плохо функционирующие митохондрии внутри клетки уничтожаются, освобождая место для новых, «перспективных» митохондрий.
Желательно разработать рацион для себя вместе со специалистом. Универсального варианта меню для всех, к сожалению, не существует (хотя средиземноморская диета с её заветами подходит большинству). Например, вам могут подойти стратегии DASH или интуитивного питания.
Биохакеры выступают за дополнительную поддержку организма с помощью добавок. После обязательной консультации с врачом вы можете обогатить свой рацион важными для организма элементами:
Не забывайте в течение дня пить воду и есть овощи и фрукты, ориентируясь на правило «сколько потеряли, столько восполняем». Без жидкости в организме невозможны биохимические процессы, которые в том числе участвуют и в выработке энергии.
За сутки удалёнки дома организм лишится меньшего количества жидкости, чем на выходных в горах. Поэтому, если вы регулярно занимаетесь спортом, заведите привычку взвешиваться до тренировки и после. Разницу необходимо умножить на 1,5. Так, вы получите количество жидкости, которую нужно вернуть организму.
Например, Катя приходит в зал и взвешивается в раздевалке: 60 килограммов. А после тренировки весы показывают уже 59,5. Умножаем 0,5 на 1,5 — выходит, Кате необходимо выпить 750 миллилитров воды.
Желательно за три часа до сна. Эта функция на смартфонах и других гаджетах автоматически переводит цветовую гамму экрана в более тёплые оттенки. Это важно, потому что спектр синего цвета отрицательно влияет на эффективность митохондрий и выработку мелатонина (гормона сна). А вот красный спектр сказывается на этих процессах не так пагубно.
Повесьте шторы блэкаут, не используйте яркие лампы с белым светом или другие светодиодные источники. Даже светодиодный огонёк на телевизоре лучше заклеивать, потому что в момент засыпания любой яркий проблеск становится раздражителем и мешает качественному отдыху.
«Если вам интересно погрузиться в мир митохондрий, рекомендую учебник по биоорганической химии Евгения Северина. Там подробно с точки зрения биохимии расписаны источники и циклы энергии в организме и процессы, происходящие в митохондриях. Также о митохондриях и их дисфункции подробно писал Дэйв Эспри в своей книге „Биохакинг мозга“. Будучи биохакером мирового масштаба, Эспри уверен, что митохондрии играют важную роль в качестве нашего здоровья и жизни. И ещё я советую книгу Ника Лейна „Митохондрии и смысл жизни“».
Темп современной жизни и хроническая многозадачность порой требуют слишком много сил. Хорошая новость в том, что мы способны влиять на уровень энергичности. Казалось бы, советы базовые: спите, ешьте, занимайтесь спортом, пейте воду. Но, если заглянуть внутрь себя и разобраться, как работает ваш организм на уровне клеток, можно выиграть дополнительные очки мотивации для поддержания здорового образа жизни.
Программа дополнительного профессионального образования разработана Первым МГМУ им. И. М. Сеченова. Вы освоите научный подход к долголетию и замедлению процессов старения. Сможете улучшить здоровье и внешний вид, обрести стройную и подтянутую фигуру, повысить личную эффективность и быстрее достигать своих целей. Узнаете, как монетизировать новые знания для лучших профессиональных результатов.
Курсы для тех, кто хочет улучшить здоровье или освоить новую профессию
Марафон здоровья! Участие бесплатноеЗа 2 дня вы узнаете, как еда влияет на здоровье и внешний вид, помогает сохранить молодость. А ещё — познакомитесь с профессией нутрициолога.
