МЕТАБОЛІЗМ І БІОЕНЕРГЕТИКА

Метаболізм - біохімічні перетворення речовин, що надходять з їжею, побудова з них тканин організму. Метаболізм включає також розпад. В основі метаболізму лежить високоорганізована і цілеспрямована клітинна активність. Інтенсивність і спрямованість метаболізму забезпечується регулюванням хімічного синтезу і хімічного розпаду, активністю ферментів, а також зміною проникності біологічних мембран.

Розрізняють дві тісно взаємопов'язані сторони обміну речовин і енергії: катаболізм і анаболізм.

ЕНЕРГЕТИЧНА ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК анаболізму і катаболізму

Катаболические перетворення (від грец. Katabole - скидання, руйнування) спрямовані на розщеплення складних молекул (як надійшли з їжею, так і вже входять до складу клітин) до простих компонентів (на кінцевих стадіях - переважно до діоксиду вуглецю і води). Катаболізм - це шлях від складного в простому, окислювальні, екзергонічеськие процеси, що супроводжуються зниженням енергії Гіббса (ДС). Ця енергія запасається і йде на забезпечення реакцій анаболічних шляхів.

Анаболічні перетворення (від грец. Anabole - підйом) спрямовані на освіту і оновлення структурно-функціональних компонентів клітини, т. Е. На синтез складних біомолекул (білків, нуклеїнових кислот, коферментів, гормонів та ін.) З простіших. Анаболічні шляхи - це відновлювальні, ендергонічеськие процеси, що протікають зі збільшенням енергії Гіббса.

Анаболічні процеси протікають за рахунок енергії, укладеної в хімічних зв'язках молекул специфічної групи з'єднань (макроетов, в тому числі АТР і ін.), В яких акумулюється енергія, що виділяється в катаболічних процесах. Виграш в енергії Гіббса використовується для зсуву рівноваги в сполучених термодинамічно невигідних біохімічних процесах, наприклад в синтезі біополімерів. АТР є сполучаються енергетичним ланкою обох сторін метаболізму - катаболізму і анаболізму.

Необхідно підкреслити, що кожен з цих процесів (катаболізм і анаболізм) складається з двох одночасно протікаючих і взаємопов'язаних процесів (рис. 11.1):

  • • перший (проміжний метаболізм) - послідовність ферментативних реакцій розпаду або синтезу, проміжні продукти яких носять назву метаболітів ;
  • • другий (енергетичне сполучення) - перетворення енергії, супутні кожної реакції метаболізму, яка або запасається у формі енергії фосфатних зв'язків, або витрачається при розпаді цих зв'язків.

Схема взаємозв'язку анаболізму і катаболізму

Мал. 11.1. Схема взаємозв'язку анаболізму і катаболізму

Процеси катаболізму і анаболізму можна розбити на три основні стадії (рис. 11.2). Тут наводиться істотно спрощена схема цих процесів. Стрілки, що показують основні шляхи метаболізму: жирні стрілки - катаболические шляху, тонкі штриховані - анаболічні.

Вихідними речовинами, або «будівельними блоками», для анаболізму служать сполуки, що поставляються третьою стадією катаболізму. Таким чином, третя стадія катаболізму є першою (вихідної) стадією анаболізму.

Три стадії метаболізму

Мал. 11.2. Три стадії метаболізму

З численних метаболітів тут представлені деякі найбільш важливі представники - піруват, ацетил-СоА і гліцерин. Ці сполуки є сполучною ланкою між метаболізмом білків, вуглеводів (полісахаридів) і ліпідів.

Катаболические і анаболічні шляхи не збігаються між собою як за місцем дії, так і за типом хімічних перетворень. Однак вони, як уже зазначалося, нерозривно пов'язані між собою проміжними метаболітами, т. Е. Проміжні метаболіти розподіляються в організмі і направляються на синтез (анаболізм), а також і в процеси розпаду (катаболізм). Центральну роль в цьому розподілі грає цикл лимонної кислоти. Як показано на рис. 11.2, проміжні метаболіти використовуються і в якості «будівельних блоків» для синтезу необхідних біомолекул (пунктирна стрілка), і в катаболічних процесах з метою отримання енергії для життєдіяльності організму (суцільні стрілки). Таким чином, цей циклічний шлях грає як катаболическую, так і анаболическую роль і називається центральним або амфіболіческім (від грецького амфі - обидва).

При експериментальному дослідженні метаболічного шляху, по-перше, ідентифікують реагуючі компоненти, з'ясовують стехіометрію і механізм для кожної з послідовних стадій процесу. Заключним етапом такого дослідження є відтворення ферментативних реакцій в пробірці. По-друге, ідентифікують генетичні, аллостерічеськіє і гормональні механізми, за допомогою яких здійснюється регуляція швидкості даного метаболічного процесу.

Метаболічні шляхи в живому організмі вивчають за допомогою різних методів: визначенням вводяться в організм і виводяться з нього речовин (в нормі, а також в умовах стресу і патології), перфузії окремих органів, методами переживають (живих) зрізів клітин і тканин. Дуже перспективними є методи, засновані на вивченні мутантних організмів з генетичними дефектами, а також мічених атомів.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >