 |
Взаимосвязь обменных процессов
|
|
|
|
ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Метаболизм как высоко интегрированная система метаболических путей. Уровни взаимосвязи.
При изучении курса биологической химии в силу необходимости приходится искусственно выделять из всей совокупности метаболических процессов, протекающих в организме, обмен углеводов, обмен липидов, обмен аминокислот и др.
В реальных клетках, органах и тканях все эти процессы интегрированы в единую систему, в которой нарушение работы одного из метаболических путей неизбежно сопровождается в качестве компенсаторной реакции перестройкой работы всей системы.
Можно выделить несколько уровней взаимосвязей обменных процессов :
· информационный,
· структурный,
· энергетический,
· уровень восстановительных эквивалентов (НАД восстановленные и ГТФ восстановленные)
· уровень потока метаболитов
УРОВЕНЬ ПОТОКА МЕТАБОЛИТОВ
Информационный уровень взаимосвязи
В геноме клеток заложена информация о структуре, а, следовательно, и о функциональной активности различных белков(ферменты, транспортные, защитные и другие белки)
При генетических дефектах или при нарушении синтеза даже одного фермента обычно развивается или наследственное заболевание, или наследственная предрасположенность в той или иной форме
Структурный уровень взаимосвязи
Нормальное существование живых объектов, будь это одноклеточные организмы или многоклеточные, прокариоты или эукариоты, возможно лишь при определенном уровне их структурной организации.
Интегрирующие функции присущи различным элементам клеточной структуры.
Главная роль принадлежит мембранному аппарату клетки.
|
|
|
Именно мембраны, за счет контролируемой клеткой избирательной проницаемости, направляют поток веществ из одного компартмента (отсека) в другой, т. е. связывает метаболические процессы, протекающих в разных отделах клетки.
Более того, за счет изменения проницаемости мембран одно и тоже соединение может использоваться по разным направлениям, в зависимости от того, в каком компартменте клетки оно окажет- ся.
Н-р, ацетилКоА в матриксе митохондрий подвергается окислительному расщеплению, вовлекается в цикл Кребса или в систему дыхательных цепей, тогда как, поступив из митохондрий в цитозоль, он будет использоваться для синтеза высших жирных кислот.
Однако интегрирующие функции присущи не только мембранному аппарату клеток. Достаточно вспомнить рибосомы. Эти органеллы, лишенные мембранного аппарата, являются тем фокусом, в котором сходятся поток информации (мРНК), поток пластического материала (аминоацилтРНК) и поток энергии (ГТФ), необходимые для сборки полипептидных цепей белковых молекул. Интегрирующая функция рибосом бесспорна.
Энергетический уровень взаимосвязи и уровень восстановительных эквивалентов
Важная роль в интеграции клеточного метаболизма принадлежит соединениям с высоким термодинамическим потенциалом переноса атомов или атомных группировок.
К ним, во-первых, относятся соединения, которые мы называемым макроэргами (АТФ, ГТФ, креатинфосфат и др. ), во-вторых, восстановленные формы коферментов восстановленный НАД и восстановленный НАДФ
Функционирование макроэргов связано с накоплением и переносом свободной энергии из цепей реакций катаболических и анаболических
За счет этого переноса свободной энергии параллельно или последовательно идущие цепи реакции оказываются тесно связанными друг с другом.
Соединения второй группы выступают в клетках в качестве переносчиков восстановительных эквивалентов, связывая в единое целое как последовательно, так и параллельно идущие метаболические процессы.
|
|
|
Н-р, в ходе bокисления атомы водорода переносятся с окисляемого субстрата на НАД+ или ФАД, а затем передаются в цепь дыхательных ферментов.
Восстановительные эквиваленты, накапливаемые в ходе катаболизма в клетке в виде восстановленных форм НАДФН+Н+ или других соединений, используются в восстановительных реакциях клеточного анаболизма, связывая, таким образом, катаболические и анаболические процессы в единую систему (НАДФН+Н+ является источником активного водорода, необходимого для синтеза ацетоновых тел, ВЖК, холестерола)
Уровень потока метаболитов
Два или более метаболических процесса будут взаимосвязаны, если они имеют общие промежуточные продукты (метаболиты).
Именно за счет наличия этих общих метаболитов и может осуществляться переключение потока вещества из одного метаболического пути в другой:
Соединения, которые являются общими для 2-х или более метаболических путей получили название узловые метаболиты/узловые пункты метаболизма
Это такие соединения как глбкоза-6-фосфат, пируват, Ацетил КоА, ЩУК и др
Система взаимных превращений узловых метаболитов или набор р-ий взаимных превращений получила название центральные пути метаболизма.
Они включают в себя
Эта группа метаболических путей составляет как бы стержень или остов метаболизма, на который надстраиваются все остальные обменные процессы. Важность центральных метаболических путей одновременно с конвергентной организацией метаболизма позволяет человеку переходить с одного источника питания на другой.
В этой системе имеются необратимые р-ии
· окислительное декарбоксилирование пирувата
· пируваткиназная реакция
· окислительное декарбоксилирование α -кетоглутарата
благодаря наличию этих метаболических р-ии живая система извлекает энергию из поступающих в нее экзогенных питательных веществ.
Все обмены рассмотрим на практике
|
|
|
