Gon Diovanni

Všichni vědí, že kyslík dýchat musíme, ale proč?

Na zdánlivě jednoduchou otázku není jednoduchá odpověď. Kyslík je nezbytný pro výrobu energie, neboť je finálním příjemcem elektronů v dýchacím řetězci v mitochondriích.
Dobře, ale vyvinula se zde jiná otázka. Proč buňky vyrábějí energii? Všeobecně je tomu tak proto, že musí platit za to, že udrží vnitřní uspořádanost. Je to stále zamotanější, řekl bych. Takže od začátku :)

Dle termodynamických zákonů v celém vesmíru stoupá entropie = neuspořádanost. Neuspořádanost si představme takto. Mám 4 molekuly A, B, C, D. A mám 2 nádoby. Pokud jsou 4 molekuly v pevném skupenství mohu je dát buď do jedné, nebo do druhé nádoby = mám 2 možné stavy (= v jedné nebo v druhé nádobě). Pokud však budou v plynném skupenství, mohou vytvořit mnohem více kombinací. A v první, B, C, D v druhé; A, B v první, C, D v druhé; A, B, C v první, D v druhé; a už mám tři možné stavy a to jsem zdaleka! nevyčerpal všechny možnosti. Z tohoto plyne: změnou skupenství z pevného na plynné došlo ke vzrůstu entropie, neboť molekuly mohou v plynném skupenství vytvářet mnohem více vzájemných stavů než v pevném. Stejné je to s tělem. Pokud žijeme jsme v jednom kuse a relativně stabilní. Pokud však tělo zemře, časem se rozpadne až na molekuly, které mohou vytvořit miliardy různých vzájemných uspořádání, zatímco v těle, které je živé mají svou pevnou polohu. Čili z toho vyplývá, že pokud je tělo živé je jeho entropie relativně nízká, naopak je-li mrtvé bude jeho entropie velmi rychle stoupat.

Fyzici prokázali, že celková entropie vesmíru stále stoupá, ale buňky, mnohobuněčné organismy apod. jsou schopny tomuto zákonu čelit. Ale něco za něco. Aby naše buňky mohly odolávat zubu entropie, musí za to platit (stejně jako sv. Václav platil za mír v českém knížectví).

Buňky přišly na to, že když budou udržovat vlastní entropii nízko a budou okolí poskytovat teplo (které entropii zvyšuje), budou schopny po jistou dobu udržet hodnotu entropie velmi malou. To je důvod, proč buňky vyrábějí energii, potřebují ji proto, aby se "neutopily v moři okolní stoupající entropie". Dle některých filosofů je toto celé smysl našeho života. (Já osobně to ale považuji za poněkud nihilistické).


Buňka tedy produkuje ATP (= adenosintrifosfát. Vysokoenergetická látka, která ve svých anhydridových vazbách drží poměrně nezanedbatelné množství energie). ATP je používáno pro syntézu látek (což snižuje entropii), pro degradaci látek (což zvyšuje entropii), pro trávení potravy (což zvyšuje entropii tráveniny, a tak vyhovíme vesmírným zákonům), pro tvorbu tepla (což zvyšuje entropii okolního světa). Přestože je tvorba tepla uvedena až jako poslední 75% veškeré potravy a zásobních látek je v těle přeměněno na teplo. Z toho vyplývá, že účinnost našeho metabolismu je pouhých 20 - 25%. (parní stroj má účinnost asi 12%, benzinový a dieslový spalovací motor asi 25%).

Aby buňka mohla vyprodukovat ATP musí udržovat v chodu dýchací řetězec, který vyžaduje (zcela nezbytně) kyslík. (Proto se mu také říká dýchací řetězec).

Aby mohl dýchací řetězec pracovat, potřebuje: (1) kyslík, (2) redukované koenzymy (NADH, FADH2). Redukované koenzymy vznikají v citrátovém cyklu, který produkuje též oxid uhličitý. Redukované koenzymy uvolní do bílkovin dýchacícho řetězce elektrony, čímž se oxidují a mohou se znovu použít do citrátového cyklu.

Ty uvolněné elektrony skáčou pro bílkovinách dýchacího řetězce až na poslední, nazývanou komplex IV (nebo také: cytochrom c oxidasa). Z komplexu IV skočí elektron na kyslík, z něhož se stane oxid. Reaguje se všudypřítomným vodíkem za vzniku vody (denně takto vzniká průměrně 300mL vody (což není málo!)). 

Pokud je tedy přítomen kyslík, tak dýchací řetězec pracuje, což má za následek produkci ATP.

Je-li ale přístup kyslíku buňce odepřen, dochází k zastavení dýchacího řetězce, buňce velmi rychle dojdou zásoby ATP, což způsobí, že buňka neudrží nízkou entropii a zaniká. To je princip vzniku infarktu myokardu, ischemické mrtvice atp...

Rád bych ještě zdůraznil důležitost citrátového cyklu. Produkuje obrovská množství oxidu uhličitého, která je potřeba vydýchat (vizte též článek: Proč se při běhu zadýcháváme až po chvíli a ne hned od začátku?), z čehož vyplývá, že dýcháme proto, abychom (1) získali kyslík, (2) zbavili se oxidu uhličitého.