 |
Общие и специфические пути катабализма
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ В ОБМЕН ВЕЩЕСТВ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
План
1. Понятие о метаболизме, его функциях и метаболических путях.
2. Общие и специфические пути катаболизма. Катаболическая воронка.
3. АТФ как универсальный аккумулятор и источник энергии.
4. Пути получения энергии в клетке.
5. Способы синтеза АТФ.
6. Классификация макроэргических соединений.
7. Окислительное декарбоксилирование пирувата.
8. Цикл трикарбоновых кислот.
9. Развитие учения о биологическом окислении. Современные теории биологического окисления.
10. Субстраты тканевого дыхания. Ферменты, коферменты (НАД+, НАДФ+, ФАД, убихинон, цитохромоксидаза). Химическое строение коферментов. Локализация дыхательных ферментов в клетке.
11. Биологическое окисление. Субстратное фосфорилирование. Понятие о субстратном фосфорилирование, его механизм, роль в биоэнергетике аэробных и анаэробных тканей.
12. Механизм образования АТФ. Окислительное фосфорилирование. Отличие от субстратного фосфорилирования.
Понятие о метаболизме и метаболических путях
Источником энергии для человека служит распад органических веществ пищи. Макромолекулы в процессе пищеварения расщепляются до более мелких. В клетках эти вещества подвергаются превращениям, включаясь в метаболизм (обмен веществ).
Метаболизм включает два неразрывных процесса анаболизм и катаболизм.
Он выполняет функции:
1. Энергетическая – снабжение клетки химической энергией,
2. Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков,
3. Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.
Анаболизм – это биосинтез Б, ПС, Л, НК и других макромолекул из малых молекул-предшественников. Сопровождается усложнением структуры, требует затрат энергии. Источником такой энергии является энергия АТФ.
|
|
|
Цикл НАДФ-НАДФН
Также для биосинтеза некоторых веществ (ЖК, холестерол) требуются богатые энергией Н+ – их источником является НАДФН. В реакциях анаболизма НАДФН передает свои атомы водорода на синтетические реакции и окисляется до НАДФ. Так формируется НАДФ-НАДФН- цикл.
Катаболизм – расщепление и окисление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Оно сопровождается высвобождением Е, большая часть которой рассеивается в виде тепла. Меньшая часть этой энергии "перехватывается" коферментами окислительных реакций НАД и ФАД, некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ.
Н+, высвобождаемые в реакциях окисления веществ, в основном используются клеткой по двум направлениям:
· на анаболические реакции в составе НАДФН (например, синтез ЖК и холестерина),
· на образование АТФ в митохондриях при окислении НАДН и ФАДН2.
Молекулы НАДФН могут идти не только на реакции анаболизма. Например, они активно привлекаются к реакциям антиоксидантной защиты для нейтрализации свободных радикалов, а в фагоцитирующих клетках, наоборот, требуются для синтеза супероксид анион-радикала, используются для нейтрализации аммиака в реакции синтеза глутамата в реакции восстановительного аминирования и в ряде других процессов.
Общие и специфические пути катабализма
Весь катаболизм условно подразделяется на 3 этапа, включающие реакции общих и специфических путей.
Первый этап
Происходит в кишечнике (переваривание пищи) или в лизосомах (самообновление клеток) при расщеплении уже ненужных или лишних молекул. При этом освобождается около 1% энергии, заключенной в молекуле. Она рассеивается в виде тепла.
Второй этап
Вещества, образованные при внутриклеточном гидролизе или проникающие в клетку из крови, на 2 этапе обычно превращаются
|
|
|
· в ПВК (моносахариды в гликолизе),
· в ацетил-SKoA, в пируват и другие кетокислоты (в катаболизме аминокислот),
· в ацетил-SКоА (при β-окислении жирных кислот).
Локализация 2 этапа – цитозоль и митохондрии. Часть полученной энергии рассеивается в виде тепла и ≈ 13% усваивается - запасается в виде макроэргических связей АТФ.
Схема общих и специфичных путей катаболизма
Под специфичными путями катаболизма понимают реакции, осуществляемые специфичными ферментами в специфичных, для разных классов веществ, реакциях 1 и 2 этапов. После того, как эти процессы закончатся, образуются пируват и ацетил-SКоА (в основном) и начинаются общие пути превращений. Подразумевается, что независимо от источника происхождения пирувата и ацетил-SKoA (из аминокислот, жирных кислот или моносахаридов) они попадают в общий путь катаболизма – 3 этап биологического окисления.
Третий этап
Все реакции этого этапа идут в митохондриях. Ацетил-SКоА (и кетокислоты) включается в реакции цикла трикарбоновых кислот, где углероды веществ окисляются до углекислого газа.
Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД и восстанавливают их. После этого НАДН и ФАДН2 переносят водород в цепь ферментов дыхательной цепи, расположенную на внутренней мембране митохондрий. Здесь в результате процесса под названием " окислительное фосфорилирование " образуется вода и главный продукт биологического окисления – АТФ.
Часть выделенной на этом этапе энергии молекулы рассеивается в виде тепла и около 46% энергии исходного вещества усваивается, т.е. запасается в связях АТФ и ГТФ.
|
|
|
