Что происходит в процессе анаболизма: Страница не найдена | Cross.Expert

Основные закономерности метаболических процессов в организме человека. Часть 1.

Метаболизм – обмен веществ и энергии — представляет собой по классическим определениям, с одной стороны, обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой, а, с другой стороны, совокупность процессов превращения веществ и трансформации энергии, происходящих непосредственно в самих живых организмах. Как известно, обмен веществ и энергии является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи. В обмене веществ, контролируемом многоуровневыми регуляторными системами, участвует множество ферментных каскадов, обеспечивающих совокупность химических реакций, упорядоченных во времени и пространстве. Данные биохимические реакции, детерминированные генетически, протекают последовательно в строго определенных участках клеток, что, в свою очередь обеспечивается принципом компартментации клетки. В конечном итоге в процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в собственные специфические вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из организма. В процессе любых биохимических трансформаций освобождается и поглощается энергия.

Клеточный метаболизм выполняет четыре основные специфические функции, а именно: извлечение энергии из окружающей среды и преобразование ее в энергию макроэргических (высокоэнергетических) химических соединений в количестве, достаточном для обеспечения всех энергетических потребностей клетки; образование из экзогенных веществ промежуточных соединений, являющихся предшественниками высокомолекулярных компонентов клетки; синтез из этих предшественников белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов; синтез и разрушение специальных биомолекул, образование и распад которых связаны с выполнением специфических функций данной клетки.

Поскольку первоначальные представления об обмене веществ возникли в связи с изучением процессов обмена между организмом и внешней средой и лишь впоследствии эти представления расширились до понимания путей трансформации веществ и энергии внутри организма, до настоящего времени принято выделять соответственно

внешний, или общий, обмен веществ и внутренний или промежуточный, обмен веществ. В свою очередь как во внутреннем, так и во внешнем обмене веществ различают структурный (пластический) и энергетический обмен. Под структурным обменом понимают взаимные превращения различных высоко- и низкомолекулярных соединений в организме, а также их перенос (транспорт) внутри организма и между организмом и внешней средой. Под энергетическим обменом понимают высвобождение энергии химических связей молекул, образующейся в ходе реакций и ее превращение в тепло (большая часть), а также использование энергии на синтез новых молекул, активный транспорт, мышечную работу (меньшая часть). В процессе обмена веществ часть конечных продуктов химических реакций выводится во внешнюю среду, другая часть используется организмом. В этом случае конечные продукты органического обмена накапливаются или расходуются в зависимости от условий существования организма, называясь запасными или резервными веществами.

Как указывалось выше совокупность химических превращений веществ, которые происходят непосредственно в организме, начиная с момента их поступления в кровь и до момента выделения конечных продуктов обмена из организма, называют промежуточным обменом (промежуточным метаболизмом). Промежуточный обмен может быть разделен на два процесса: катаболизм (диссимиляция) и анаболизм (ассимиляция). Катаболизмом называют ферментативное расщепление крупных органических молекул, осуществляемое у всех высших организмов, как правило, окислительным путем. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, заключенной в химических связях органических молекул, и резервированием ее в форме энергии фосфатных связей молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Анаболизм, напротив, представляет собой ферментативный синтез крупномолекулярных клеточных компонентов, таких, как полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, а также некоторых их биосинтетических предшественников из более простых соединений. Анаболические процессы происходят с потреблением энергии. Процессы катаболизма и анаболизма происходят в клетках одновременно, неразрывно связаны друг с другом и являются обязательными компонентами одного общего процесса — метаболизма, в котором превращения веществ теснейшим образом переплетены с превращениями энергии. Катаболические и анаболические реакции различаются, как правило, локализацией в клетке. Например, окисление жирных кислот до углекислого газа и воды осуществляется с помощью набора митохондриальных ферментов, тогда как синтез жирных кислот катализирует другая система ферментов, находящихся в цитозоле. Именно благодаря разной локализации катаболические и анаболические процессы в клетке могут протекать одновременно. При этом все превращения органических веществ, процессы синтеза и распада взаимосвязаны, координированы и регулируются нейрогормональными механизмами, придающими химическим процессам нужное направление. В организме человека не существует самостоятельного обмена белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Все превращения объединены в целостный процесс метаболизма, допускающий также взаимопревращения между отдельными классами органических веществ. Подобные взаимопревращения диктуются физиологическими потребностями организма, а также целесообразностью замены одних классов органических веществ другими в условиях блокирования какого-либо процесса при патологии.

Согласно современным представлениям расщепление основных пищевых веществ в клетке представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций, составляющих три главные стадии катаболизма. На первой стадии полимерные органические молекулы распадаются на составляющие их специфические структурные блоки — мономеры. Так, полисахариды расщепляются до гексоз или пентоз, белки — до аминокислот, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов и нуклеозидов, липиды — до жирных кислот и глицерина. Эти реакции протекают в основном гидролитическим путем и количество энергии, освобождающейся на этой стадии, не превышает 1% от всей выделяемой в ходе катаболизма энергии, и почти целиком используется организмом в качестве тепла.

На второй стадии катаболизма продуктами химических реакций становятся еще более простые молекулы, унифицированные для углеводного, белкового и липидного обмена. по своему типу (гликолиз, катаболизм аминокислот, β-окисление жирных кислот соответственно). Принципиальным является то, что на второй стадии катаболизма образуются продукты, которые являются общими для обмена исходно разных групп веществ. Эти продукты представляют собой ключевые химические соединения, соединяющие разные пути метаболизма. К таким соединениям относятся, например, пируват (пировиноградная кислота), образующийся при распаде углеводов, липидов и многих аминокислот, ацетил-КоА, объединяющий катаболизм жирных кислот, углеводов и аминокислот, a-кетоглутаровая кислота, оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота), фумарат (фумаровая кислота) и сукцинат (янтарная кислота), образующиеся при трансформации аминокислот. Продукты, полученные на второй стадии катаболизма, вступают в третью стадию, которая известна как цикл трикарбоновых кислот (терминальное окисление, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса). На третьем этапе ацетил-КоА и некоторые другие метаболиты, например α-кетоглутарат, оксалоацетат, подвергаются окислению в цикле ди- и трикарбоновых кислот Кребса. Окисление сопровождается образованием восстановленных форм НАДН + Н+ и ФАДН2. Именно в ходе второй и третьей стадий катаболизма освобождается и аккумулируется в виде АТФ практически вся энергия химических связей подвергнутых диссимиляции веществ. При этом осуществляется перенос электронов от восстановленных нуклеотидов на кислород через дыхательную цепь, сопровождающийся образованием конечного продукта – молекулы воды. Транспорт электронов в дыхательной цепи сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования.

Главным катаболическим процессом в обмене веществ принято считать биологическое окисление — совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых клетках, — а именно дыхание и окислительное фосфорилирование. Интегральной характеристикой биологического окисления служит так называемый дыхательный коэффициент (RQ), который представляет собой отношение объема выделенного организмом углекислого газа к объему одновременно поглощенного кислорода. При окислении углеводов объем расходуемого кислорода соответствует объему образующегося углекислого газа и поэтому дыхательный коэффициент в этих случаях равен единице. При окислении жиров и белков такое соответствие отсутствует, поскольку кроме окисления углерода до углекислого газа часть кислорода расходуется на окисление водорода с образованием воды. Вследствие этого величины дыхательного коэффициента в случае окисления жиров и белков составляют соответственно около 0, 7 и 0, 8. Подавляющая часть белкового азота при окислении белка в организме переходит в мочевину. Поэтому по дыхательному коэффициенту и данным о количестве выделяемой мочевины можно определять соотношение участвующих в биологическом окислении углеводов, жиров и белков.

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется не только на поддержание температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма. Тем не менее, только часть получаемой при окислении белков, жиров и углеводов энергии используется для синтеза АТФ, другая, значительно большая, превращается в теплоту. Так, при окислении углеводов 22, 7% энергии химических связей глюкозы в процессе окисления используется на синтез АТФ, а 77, 3% в виде тепла рассеивается в тканях. Аккумулированная в АТФ энергия используемая в дальнейшем для механической работы, химических, транспортных, электрических процессов в конечном счете тоже превращается в теплоту. Следовательно, количество тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии химических связей, подвергшихся биологическому окислению. Поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла — калориях или джоулях.

Общий баланс энергии организма определяют на основании калорийности вводимых пищевых веществ и количества выделенного тепла, которое может быть измерено или рассчитано.

При этом надо учитывать, что величина калорийности, получаемая при лабораторной калориметрии, может отличаться от величины физиологической калорической ценности, поскольку некоторые вещества в организме не сгорают полностью, а образуют конечные продукты обмена, способные к дальнейшему окислению. В первую очередь это относится к белкам, азот которых выделяется из организма главным образом в виде мочевины, сохраняющей некоторый потенциальный запас калорий. Очевидно, что калорическая ценность, дыхательный коэффициент и величина теплообразования для разных веществ различны. Физиологическая калорическая ценность (в ккал/г) составляет для углеводов — 4, 1; липидов — 9, 3; белков — 4, 1; величина теплообразования (в ккал на 1 литр потребленного кислорода) для углеводов составляет 5, 05; липидов — 4, 69; белков — 4, 49.

Процесс анаболизма по аналогии с катаболическими процессами также проходит три стадии. При этом исходными веществами для анаболических процессов служат продукты второй стадии и промежуточные соединения третьей стадии катаболизма. Таким образом вторая и третья стадии катаболизма являются в то же время первой, исходной стадией анаболизма и химические реакции, протекающие в данном месте и в данное время, выполняют по сути двойную функцию. С одной стороны, они являются основой завершающего этапа катаболизма, а с другой — служат инициацией для анаболических процессов, поставляя вещества-предшественники для последующих стадий ассимиляции. Подобным образом, например, начинается синтез белка. Исходными реакциями этого процесса можно считать образование некоторых a-кетокислот. На следующей, второй стадии в ходе реакций аминирования или трансаминирования эти кетокислоты превращаются в аминокислоты, которые на третьей стадии анаболизма объединяются в полипептидные цепи. В результате ряда последовательных реакций происходит также синтез нуклеиновых кислот, липидов и полисахаридов. Тем не менее следует подчеркнуть, что пути анаболизма не являются простым обращением процессов катаболизма. Это связано прежде всего с энергетическими особенностями химических реакций. Некоторые реакции катаболизма практически необратимы, поскольку их протеканию в обратном направлении препятствуют непреодолимые энергетические барьеры. Поэтому в ходе эволюции были выработаны другие, специфические для анаболизма реакции, где синтез олиго- и полимерных соединений сопряжен с затратой энергии макроэргических соединений, прежде всего – АТФ.

Статья добавлена 31 мая 2016 г.

Анаболизм биосинтез — Справочник химика 21

    В этой главе мы проанализируем некоторые из основных путей катаболизма питательных веществ и клеточных компонентов. Реакции анаболизма (биосинтеза) будут рассматриваться в последующих главах, [c.306]

    Другая важная сторона метаболизма — неразрывность процессов катаболизма (распада) и анаболизма (биосинтеза) и их регуляция на всех уровнях -от молекулярного до генетического, от модификации субстрата или фермента до сложных регуляторных механизмов, которые функционируют с помощью гормонов, рецепторов, медиаторов, посредников. [c.118]

    Метаболизм углеводов, занимающий центральное место в обмене веществ клетки, состоит из совокупности двух взаимосвязанных процессов анаболизма (биосинтеза) и катаболизма (распада). [c.64]

    В метаболизме, также уже упоминался в разделах, связанных с биосинтезом различных классов природных соединений он участвует в биосинтезе липидов, изопреноидов, фенольных соединений, (В-СО-) как в процессах анаболизма, так и катаболизма. [c.290]

    Жизнь — сложнейший химический процесс, включающий множество реакций. Эти реакции называют метаболическими процессами, или обобщенно метаболизмом (обменом веществ). Те процессы, которые связаны с распадом веществ в клетке, представляют собой катаболизм, а процессы образования (биосинтез биомолекул) являются анаболизмом. Эти две стороны метаболизма неразрывно связаны между собой. [c.72]

    В клетках живых организмов происходит обмен веществ, представляющий собой совокупность химических процессов, управляемых биологическими катализаторами — ферментами. В ходе этих процессов из простых соединений образуются более сложные и, наоборот, сложные соединения распадаются на более простые. Первую группу процессов называют анаболизмом, или биосинтезом, вторую группу — катаболизмом, а в целом обмен веществ — метаболизмом. [c.325]

    Основная часть аминокислот используется в процессах биосинтеза белка и других азотсодержащих веществ. Те аминокислоты, которые не были использованы в реакциях анаболизма (около 100 г в сутки), распадаются в организме до конечных продуктов. Примерно такое же количество аминокислот должно попадать ежедневно в организм с пищей для сохранения азотистого равновесия. [c.167]

    Основное различие в реакциях путей катаболизма и анаболизма заключается в том, что они редко повторяют друг друга. Продукт катаболизма не идентичен тому источнику углерода, который используется в процессе анаболизма. Так происходит при синтезе многих аминокислот, например, при распаде ароматических аминокислот образуются ацетил-КоА и фумаровая или янтарная кислоты, тогда как для синтеза тех же аминокислот исходными продуктами служат фосфоенолпировиноградная кислота и эритро-зо-4-фосфат (см. подробнее тему 5 Пути биосинтеза протеиногенных аминокислот ). [c.451]

    Анаболизм, или биосинтез, начинающийся с малых молекул-предшественников, протекает также в три стадии. Синтез белков, например, начинается с образования а-кетокислот и других пред- [c.382]

    Метаболизм включает в себя катаболизм, или расщепление пищевых веществ, богатых энергией, и анаболизм, или биосинтез новых клеточных компонентов. В катаболических и анаболических процессах различают три главные стадии. На первой стадии катаболизма полисахариды, жиры и белки расщеп- [c. 398]

    Анаболизм. Фаза промежуточного метаболизма, связанная с требующим затрат энергии биосинтезом компонентов клеток из молекул-предшественников. [c.1007]

    Анаболизм — ферментативный синтез сравнительно крупных клеточных компонентов (полисахаридов, нуклеиновых кислот, белков, жиров) из простых предшественников, который ведет к увеличению размеров молекул, к усложнению их структуры. Последовательность ферментативных реакций, приводящих к биосинтезу тех или иных клеточных компонентов, называют анаболическими путями. [c.96]

    Анаболизм — это биосинтез сложных компонентов клетки из более простых предшественников. [c.391]

    Анаболизм тоже состоит из трех стадий, причем соединения, образовавшиеся на третьей стадии катаболизма, являются исходными веществами в процессе анаболизма. Например, биосинтез белков начинается с а-кетокислот, получающихся на третьей стадии катаболизма на второй стадии а-кетокислоты превращаются в а-аминокислоты на третьей стадии анаболизма из а-аминокислот создаются пептидные цепи. Пути катаболизма и анаболизма в большинстве случаев неидентичны. [c.393]

    Нарушения процессов биосинтеза (анаболизм) при попадании химических средств защиты растений в почву почти не имеют значения. Они заслуживают внимания только в той мере, в которой продукты обмена веществ микроорганизмов (например, фенолы как предшественники гуминовых веществ, органические кислоты как хелатирующие вещества, полисахариды как структурообразующие связующие материалы) оказывают влияние на физические и химические свойства почв. Тем не менее следует иметь в виду, что продолжительное действие фунгицидов на почвенные микроорганизмы приводит к снижению жизнеспособности клеток и задерживает накопление новой биомассы. [c.51]

    Из всего изложенного следует, что развитие микроорганизмов нередко происходит в условиях, неоптимальных для размножения, когда на клетку действует фактор (или сумма факторов), приводящий в итоге к нарушению корреляции скорости размножения со скоростью потребления исходного энергетического субстрата. Причем в основе нарушения прямой зависимости между указанными процессами могут лежать различные механизмы. Скорость потребления субстрата при этом будет превосходить скорость координированного синтеза биополимеров (т. е. произойдет нарушение корреляции между процессами катаболизма и анаболизма). Практически это сводится к снижению степени использования энергетического источника па синтез биомассы и к увеличению количества продуктов неполного окисления исходного субстрата, усилению образования в клетках веществ типа запасных, интенсификации процесса биосинтеза .вторичных метаболитов , а также к увеличению рассеивания избыточной, не использованной на процессы размножения энергии в тепловой и световой формах. [c.93]

    Нарушения в обмене углеводов, как правило, связаны с низкой скоростью биосинтеза ферментов, участвующих в процессах анаболизма и катаболизма углеводов. Например, наследственная недостаточность лактазы, сахаразы и других ферментов, катализирующих гидролиз дисахаридов до моносахаридов, вызывает нарушения нормальных процессов всасывания моносахаридов в кровь, в результате чего последние не используются в катаболизме, а являются балластными продуктами, выводимыми с калом. Эссенциальная фруктозурия связана с пониженной концентрацией фосфофруктокиназы, в результате чего в крови и моче накапливается фруктоза, а также снижается концентрация последующих и конечных продуктов обмена углеводов. [c.416]

    Биосинтез 1/553 5/718. См. также Биополимеры, индивидуальные представители алкалоидов, витаминов, гормонов, липидов и др. ассимиляция 1/553. 1149. 1151 2/633 3/503. 504. 697. 810-812. См. также Анаболизм генетических структур, см. Ген яи-ческая инженерия. Генетический код. Гены и биоазотфиксация 1/103. 104 и бноокислеиие. см. Брожение, Ды-хание. Окислительное фосфорилирование и метаболизм, см. Обмен веществ и синтез бактериальный, см. Биотехнология, Микробиологический синтез. Микроорганизмы [c.560]

    См. также Орнити-новый цикл анаболизм, см. Ассимиляция, Биосинтез [c.665]

    Пути биосинтеза (анаболизма) часто идут почти параллельно путям биологического распада (катаболизма) (рис, 7-1), Например, катаболизм начинается с гидролитического расщепления полимерных молекул,, и образующиеся в результате такого расщепления мономеры подвергаются дальнейшему распаду до более мелких, двух- и трехуглеродных фрагментов. Биосинтез же начинается с того, что из мелких молекул образуются мономерные единицы, которые затем соединяются друг с другом, образуя полимеры. Механизмы индивидуальных реакций биосинтеза и биологического распада также часто протекают почти параллельно. Реакции образования связи С—при биосинтезе связаны с реакциями разрыва связи С—С при катаболизме. Сходны также между собой реакции образования полимеров и гидролиза. Тем не менее в большинстве случаев между путями биосинтеза и биологического распада существуют отчетливые индивидуальные различия. Поэтому первый принцип биосинтеза гласит пути биосинтеза, хотя и связаны с катаболи-ческами путями, могут существенно отличаться от них и часто катализируются совершенно другим набором ферментов [c.456]

    Третий пример взаимосвязи процессов метаболизма — общие конечные пути. Такими путями для распада всех биомолекул являются цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) и дыхательная цепь. Эти процессы используются для координации метаболических реакций на различных уровнях. Так, цикл лимонной кислоты является источником СО2 для реакций карбоксилирования, с которых начинается биосинтез жирных кислот и глюкогенез, а также образование пуриновых и пиримидиновых оснований и мочевины. Взаимосвязь между углеводным и белковым обменом достигается через промежуточные метаболиты цикла Кребса а-кетоглутарат и глутамат, оксалоацетат и аспартат. Ацетил-КоА прямо участвует в биосинтезе жирных кислот и в других реакциях анаболизма, а в этих процессах связующими конечными путями выступают реакции энергетического обеспечения с использованием НАДН, НАДФН и АТФ. Важно подчеркнуть, что главным фактором для нормального обмена веществ и протекания нормальной жизнедеятельности является поддержание стационарного состояния. [c.120]

    Термин биосинтез применяют по отношению к химическим реакциям, приводящим in vivo к получению какого-либо конкретного класса соединений. Таким образом, анаболизм можно определить как совокупность биосинтетических процессов, протекаю-ш,их в живом организме. [c.15]

    Катехоламины — представители биогенных аминов, lie. аминов, образующихся в организме в результате процессов Анаболизма. Принципиальный путь биосинтеза катехоламинов, одя из незаменимой а-аминокислоты фенилаланина (см. 11.1), веден на рис. 9.1. К каФехоламинам относятся три последних представленных на рисунке соединений — дофамин, норадре-Яин и адреналин, выполняющие, как и ацетилхолии, роль ней- иедиаторов. Адреналин является гормоном мозгового ве-Й тва надпочечников, а норадреналин и дофамин — () предщественниками. [c.255]

    На уровне восстановительной способности. Катаболические процессы являются, в основном, окислительными и служат донорами высокоэнергетических электронов, для анаболизма же характерно обратное. Основным донором электронов в восстановительных реакциях биосинтеза является НАДФН, восстановление которого происходит в реакциях катаболизма, большей частью в пентозофосфатном пути окисления глюкозы. Напомним существенное различие в функциях НАДФН и НАДН. При катаболизме образуются восстановленные формы как НАДФ» «, так и НАД+, а [c.450]

    При биосинтезе глюкозы, который протекает в основном по пути обращения целого ряда легко обратимых ферментативных реакций гликолиза, синтез отличается от распада в двух наиболее критических точках всей последовательной цепи реакций, а именно, в начале и конце. Так, например, в процессе катаболизма глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат посредством реакции трансфосфорилирования с участием АТФ однако при анаболизме она образуется из фосфорного эфира путем простого гидролиза. Пируват образуется катаболически из фосфоенолпируВата путем трансфосфорилирования — переноса фосфатной группы на АДФ в анаболических же процессах он используется у большинства организмов благодаря двум связанным реакциям сначала пируват карбоксилируется до оксалоацетата и только потом превращается в фосфоенолпируват (описанные реакции см. на Метаболической карте). [c.451]

    Анаболизм, называемый также биосинтезом,-это та фаза метаболизма, в которой из малых молекул-предшественников, или строительных блоков , синтезируются белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулярные компоненты клеток. Поскольку биосинтез-это процесс, в результате которого увеличиваются размеры молекул и усложняется их структура, он требует затраты свободной энергии. Источником этой энергии служит распад АТР до ADP и неорганического фосфата. Для биосинтеза некоторых клеточных компонентов требуются также богатые энергией водородные атомы, донором которых является NADPH (рис. 13-5). Катаболические и анаболические реакции протекают в клетках одновременно, однако их скорости регулируются независимо. [c.380]

    В данной книге мы можем лишь очень кратко коснуться некоторых из наиболее важных аспектов химических реакций, происходяших в живых организмах. Совокупность этих процессов, в результате которых химические соединения синтезируются и распадаются, называют метаболизмом, включающим катаболизм (распад) и анаболизм (синтез). Для обозначения способа синтеза молекул в природе применяют термин биосинтез. [c.309]

    Превращения веществ в клетке (обмен веществ, или метаболизм), в результате которых из сравнительно простых предшественников, например глюкозы, жирных кислот с длинной цепью или ароматических соединений, образуется новое клеточное вещество, можно ради простоты подразделить на три основные группы. Сначала питательные вещества расщепляются на небольшие фрагменты (распад, или катаболизм), а затем в ходе реакций промежуточного обмена, или амфиболизма, они превращаются в ряд органических кислот и фосфорных эфиров. Эти два пути переходят незаметно один в другой. Многообразные низкомолекулярные соединения-это тот субстрат, из которого синтезируются основные строительные блоки клетки. Строительными блоками мы называем аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, фос-форилированные сахара, органические кислоты и другие метаболиты — конечные продукты цепей биосинтеза, иногда длинных. Из них строятся полимерные макромолекулы (нуклеиновые кислоты, белки, резервные вещества, компоненты клеточной стенки и т.п.), из которых состоит клетка. Эти два этапа биосинтеза клеточных веществ-синтез строительных блоков и синтез полимеров-составляют синтетическую ветвь метаболизма, или анаболизм (рис. 7.1). [c.214]

    Образование ферментов, участвующих в процессах анаболизма, например в биосинтезе пиримидинов, пуринов и 20 аминокислот, регулируется путем репрессии. В большинстве случаев сигнал к остановке биосинтеза белков исходит от конечных продуктов этого процесса (репрессия конечным продуктом). Если в среде имеются одновременно два субстрата, то бактерия обычно предпочитает тот субстрат, который обеспечивает более быстрый рост. Синтез ферментов, расще-пляюпщх второй субстрат, репрессируется в этом случае говорят о катаболитной репрессии. [c.474]

    Энергетический арял клетки. Приведенные примеры подтверждают предположения о том, что аденилаты выполняют в клетке важные регуляторные функции и что они в известной степени представляют собой общие для катаболизма и анаболизма сигналы, обеспечивающие нужное соотношение между получением энергии и процессами биосинтеза. Внутриклеточное содержание АТР, ADP и АМР (или, точнее, соотношение между этими тремя аденилатами) определяет скорость отдельных реакций, а тем самым и сложных процессов распада и синтеза. [c.497]

    Даже при биосинтезе глюкозы, который протекает в основном но пути обращения целого ряда легко обратимых ферментативных реакций, синтез отличается от распада (как мы увидим далее) в двух наиболее критических точках всей последовательной цепи реакций, а именно в начале и конце. Так, например, в процессе катаболизма глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат посредством реакции трансфосфорилирования с участием АТФ однако при анаболизме она образуется из фосфорного эфира путем простого гидролиза. Пировиноградная кислота образуется катаболически из фосфоенолпирувата путем трансфосфорилирования — переноса фосфатной группы на АДФ в анаболических же процессах она используется у большинства организмов благодаря двум связанным реакциям сначала пировиноградная кислота карбоксилируется до щавелевоуксусной кислоты и только потом превращается в фосфоенолпируват. В клетках Es heri hia oli, где указанное превращение происходит непосредственно, прямая и обратная реакции все же различаются. Они протекают следующим образом  [c.275]

    Цикл лимонной кислоты (синоним цикл трикарбоновых кислот), часто связываемый с именем Кребса это, образно говоря, та главная ось, вокруг которой вертится метаболизм почти всех суш еству1ощих клеток. Естественно поэтому, что он займет центральное место и в нашем обсуждении. Значение этого цикла, первоначально постулированного для объяснения полного сгорания пирувата (и, таким образом, углеводов), а также дву- и трехуглеродных конечных продуктов окисления жирных кислот, вышло далеко за рамки этих и им подобных чисто катаболических функций, связанных с выработкой энергии. Цикл Кребса является фокусом , в котором сходятся все метаболические пути (см. гл. XI). Поэтому его реакции и субстраты играют решаюш,ую роль в биосинтезе (анаболизме) множества важных соединений, начиная от аминокислот, пуринов и пиримидинов и кончая жирными кислотами с длинной цепью и порфиринами. [c.348]

    Репрессия под действием конечных продуктов характерна для процессов биосинтеза (анаболизма) аминокислот, витаминов, пуринов и пиримидинов индукция же, как правило, имеет место при распаде (катаболизме) источников углерода и энергии Совершенно очевидно, что регуляция необходима для обеспечения экономичности работы белоксинтезирующей системы. Синтез ферментов любого метаболического пути включается или выключается в зависимости от того, сколь велика в данный момент потребность клетки в этом пути. Зачем синтезировать белки, если они не нужны Особенно ярким примером того, как с помощью индукции и репрессии обеспечивается строгий контроль над синтезом определенной группы белков, может служить регуляция образования ферментов, катализирующих распад миндальной кислоты (точнее ее солей — манделатов) у Pseudomonas. Ниже приведена предполагаемая последовательность реакций распада. [c.536]

    Конструктивный и энергетический обмен. Физиология изучает процессы, протекающие в живом организме, и их закономерности. Современная материалистическая физиология основана на принципе единства организма с окружающей средой. Взаимодействие организма со средой проявляется в обмене веществ и энергии (метаболизм). Он включает в себя два процесса конструктивный обмен (ассимиляция, или анаболизм) и энергетический (диссимиляция, или катаболизм). В основе конструктивного обмена лежат биохимические реакции, в процессе которых усваиваются вещества, поступающие из окружающей среды, и идет создание биомассы клетки. Сущность энергетического обмена заключается в разрушении веществ, содержащихся в организме, преимущественно в результате гидролитических и окислительных процессов, сопровождающихся выделением энергии, необходимой для биосинтеза. Оба процесса в клетке идут одновременно и сочетаются друг с другом. Энергия, полученная клеткой в процессе обмена веществ, акку.мулируется в соединениях, содержащих химические связи, при разрыве которых выделяется большое количество энергии (макроэргические). Часто это соединения с фосфатными связями, например аденозинтрифос-фат (АТФ). По мере надобности эти вещества подвергаются гидролитическому распаду, сопровождающемуся выделением энергии. [c.210]

    Не касаясь различий в механизмах накопления тимидина и дезоксиуридина, на основании этих данных можно отметить, что наблюдавшееся повышение концентрации дезоксирибозидов, вероятно, не может быть безразличным для анаболизма пиримидинов. Действительно, как показали Калдарера и др., активность ключевого фермента биосинтеза пиримидинов аспартаткарбамилтрансферазы в печени крыс через 48 час. после общего гамма-облучения была понижена, в то время как потребность в [c.135]

    Принимая во внимание ключевую позицию, которую занимает в регуляции биосинтеза ДНК процесс образования тимиди-лой кислоты (ТМФ), и тот факт, что синтез ТМФ из дезоксиу-ридилата (УМФ) является основным для большинства органов и тканей, мы, совместно с Винецким, изучали переход дУМФ в ТМФ в норме и после облучения. Нам представлялось интересным проследить за корреляцией в изменении активности ферментов как анаболизма, так и катаболизма ТМФ и его предшественников на одной модели и в одни и те же сроки после облучения. [c.137]

    Итак, анаболизм — это совокупность реакций построения сложных молекул и структур из более простых и небольших предшественников с использованием метаболической энергии, Катаболические и анаболические пути могут различаться ферментами, их регуляцией, внутриклеточной локализацией и использованием кофакторов и переносчиков. Многие ферменты амфиболических путей участвуют как в реакциях анаболизма, так и в катаболи-ческих реакциях. Например, большинство гликолитических ферментов принимает участие как в синтезе, так и в катаболизме глюкозы, тогда как жирные кислоты синтезируются из ацетил-КоА и малонил-КоА путем, совершенно отличным от (3-окисления. В активных клетках всегда поддерживается равновесие между процессами анаболизма и катаболизма. На рис. 144 изображена простейшая схема, показывающая за счет чего можно амфи-болические ферменты заставлять работать либо в сторону биосинтеза ( включая Ез-фермент), либо в сторону деградации ( активируя Е -фермент). [c.216]

    Изучение молекулярных процессов, лежаш их в основе переноса наследственной информации, сопряжено со многими методологическими проблемами, которые обусловлены особенностями биосинтеза нуклеиновых кислот, протекающего только на готовой матрице матричный биосинтез). Кроме того, учитывая огромное биологическое значение процессов, протекающих с участием нуклеиновых кислот, многие авторы предпочитают рассматривать их в отдельных разделах курса биохимии. В рамках настоящего пособия процессы переноса генетической информации в живых организмах рассматриваются, исходя из следующих соображений. Прежде всего учитывается, что биосинтезы нуклеиновых кислот представляют собой анаболические процессы, которые целесообразно рассматривать наряду с процессами анаболизма и катаболизма биосоединений данного и других классов. Кроме того, в настоящей главе обсуждается метаболизм нуклеотидов как строительных блоков нуклеиновых кислот. Таким образом, исследование путей биосинтеза нуклеиновых кислот, начиная с нуклеотидов и заканчивая полинуклеотидными цепями, включая их трансформацию, позволяет уяснить взаимосвязь между разными биомолекулами, что, по сути, составляет материальную основу биологической эволюции. Информация, касающаяся общих вопросов биоэнергетики и метаболизма, необходимая для усвоения материала по метаболизму нуклеиновых кислот, дана в предыдущей главе. В следующей главе Обмен белков и аминокислот изложен биосинтез белков трансляция), который протекает на матрице РНК и отражает биологический принцип передачи наследственной информации по цепочке ДНК РНК белок. [c.343]

    Кажущееся постоянство химического состава живого организма поддерживается за счет равновесия между процессами синтеза и разрушения составляющих его компонентов, т. е. равновесия между катаболизмом и анаболизмом. В растущем организме такое равновесие смещено в сторону синтеза белков, т. е. анаболическая функция преобладает над катабо-лической. В организме взрослого человека в результате биосинтеза ежесуточно обновляется до 400 г белка. Разные белки обновляются с различной скоростью — от нескольких минут до 10 и более суток, атакой белок, как коллаген, практически не обновляется за все время жизни организма. В целом период полураспада всех белков в организме человека составляет около 80 сут. Из них необратимо распадается примерно четвертая часть протеиногенных аминокислот (около 100 г), которая должна возобнов- [c.360]

---

Пластический обмен. Репликация, ассимиляция, анаболизм

(анаболизм, ассимиляция).

Автор статьи — Л.В. Окольнова.

Проще говоря, это любые процессы и реакции образования, синтеза веществ.
Примеры:
● репликация ДНК
● синтез и-РНК
● синтез белка
● синтез липидов и углеводов
● фотосинтез
● хемосинтез

Подробно каждый из этих процессов мы будем разбирать в соответствующих темах, здесь же рассмотрим исходные вещества, продукты, получающиеся при энергетическом обмене, место синтеза и организмы, в которых происходят эти процессы.

Репликация (самоудвоение) ДНК.

Из одной молекулы получаются 2 и процесс идет с затратами энергии.

Это основной процесс абсолютно для всех живых ( и неживых систем)

● у вирусов (неживых систем) — он происходит в клетках носителя;
● у бактерий — в цитоплазме (прокариоты)
● у всех других эукариотических организмов — в ядре

Синтез и-РНК (транскрипция).

Так же основной, базовый процесс для всего живого.

Базой, матрицей для синтеза молекулы служит ДНК.
У бактерий (прокриотических организмов) — осуществляется в цитоплазме, у всех эукариотов — в ядре.

Синтез белка.

Все живое потребляет и синтезирует белки.
Процесс построения полимера (белка) из мономеров (аминокислот) происходит в рибосомах.
Рибосомы есть абсолютно во всех клетках — как у бактерий, так и у представителей всех царств эукариотического мира.

Процесс многостадийный и требует большого количества энергии:
1. синтез и-РНК на базе ДНК
2. выход и-РНК из ядра в цитоплазму и прикрепление к рибосоме
3. “считывание” рибосомой информации с и-РНК
4. транспорт соответствующих аминокислот с помощью т-РНК
5. построение белковой нити

Синтез липидов и углеводов.

мономер	полимер
глицерин и жирные кислоты	липиды
моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза)	полисахариды, т.е. углеводы

Происходит в эндоплазматической сети.

Фотосинтез.

Это прямо классический пример пластического обмена — из неорганических веществ получаются органические.

● у растений — во всех клетках наземной части организма в хлоропластах
● у бактерий — в пигменте — хлорофилле

Хемосинтез.

Это процесс пластического обмена, характерный исключительно для бактерий.

Сон и здоровье

СОН – это состояние, которое через определенные нейрофизиологические, химические, психологические изменения дает нам возможность на следующий день быть работоспособными физически, умственно и эмоционально. Сон человека можно подразделить на несколько стадий: 

 ПЕРВАЯ СТАДИЯ (её также можно назвать расслабленным бодрствованием) – поверхностный сон. В этот период мы ещё не спим, но частота дыхания, пульса снижается, также постепенно снижается уровень артериального давления и мышечного тонуса. 

 ВТОРАЯ СТАДИЯ сна – это более глубокий сон (средней глубины), во время которого продолжается снижение артериального давления, пульса, частоты дыхания и происходит дальнейшее расслабление мышц. В этот момент мы перестаем реагировать на незначительные внешние раздражители, на привычный шум за окном или в квартире. В этой фазе могут возникнуть подергивания рук, ног, иногда вовлекающие все тело, так называемые сонные вздрагивания.  

 ТРЕТЬЯ СТАДИЯ (ее в настоящее время принято решение объединить с четвертой), называется глубокий сон, или дельта. Во время глубокого сна происходят важные процессы: накопление необходимых веществ для полноценного функционирования организма, синтез аминокислот, процессы регенерации, синтезируется соматотропный гормон (гормон роста). Функция стадии с быстрыми движениями глаз – это психологическая адаптация, упорядочивание, анализ полученной за день информации, формирование программы будущего поведения, формулирование ответа на полученные вызовы. Важно понимать, что плохой сон, а тем более патология сна вызывает изменения, влечет появление сопутствующих заболеваний. Если эмоциональный стресс, тревога, депрессия вызывают нарушения сна, то и само по себе расстройство сна вызывает появление эмоциональных нарушений, снижение памяти, концентрации внимания, скорости реакции, снижение либидо, импотенцию. Оказалось, что сон у нас очень разный. Можно сказать, что мы спим определенными фрагментами, каждый из которых называется циклом. В цикле есть две фазы: медленного сна и быстрого сна. Затем, когда фаза быстрого сна заканчивается, начинается следующий фрагмент, потом еще один. Всего таких циклов 4-6. Очень важно, что эти фазы — медленный и быстрый сон — различно представлены во время сна: первая из них занимает 75%, вторая — 25%. Медленный сон называется медленным, потому что на электроэнцефалограмме определяется медленная активность, затихает вегетативная деятельность, замедляется пульс, снижается артериальное давление. Наверное, это очень важный период, позволяющий организму накапливать определенные силы, энергию. В это время происходит анаболический процесс. Быстрый же сон настолько необычен, что его даже называют парадоксальным. В мозге регистрируется быстрая ритмическая активность, происходят быстрые движения глаз, мышцы, которые расслабляются в медленном сне, расслабляются еще больше. Возникают вегетативные и эндокринные «бури», колеблются артериальное давление, дыхание, частота сердечных сокращений, наконец, именно в это время мы видим сны. Значит, 25% нашего сна приходится на сон со сновидениями. Таким образом, из 60 лет жизни человек 20 лет проводит во сне, из них 5 лет — в быстром сне т.е. в сновидениях (нет людей, которые не видят сны, а имеются лишь те, которые их помнят или не помнят). Такая организация сна помогает ответить на вопрос, зачем он нужен. 

 Сон нужен потому, что нам действительно необходимо накопление энергии и сил, которые мы тратим в период бодрствования, активной деятельности. Лишь после сна мы чувствуем себя полноценно отдохнувшими. Вечером кажется, что ты уже не имеешь резерва сил, чувствуешь себя «измочаленным», а утром снова готов к активной деятельности. Четверть сна мы тратим на сновидения, наш мозг активно работает в этот период. Количество нейронов, работающих во время сна, очень велико и не меньше, чем при бодрствовании; только надо понять, в чем сущность этой работы. Если для всего организма — это накопление энергии и активная деятельность, то, когда мы говорим о работе во сне, имеется ввиду активная психическая деятельность. Психические явления, происходящие во сне, можно обозначить, как психологическую защиту. Когда человек засыпает, осуществляется сортировка информации, какая-то важная информация идет в долговременную память, неважная — отсеивается. 

 Есть люди, спящие долго, есть спящие мало, они отличаются друг от друга темпераментом, отношением к жизни, психофизиологическим обликом. Есть «жаворонки» и «совы», приспособленные либо к более поздней, либо к более ранней работе, а также «голуби», которые испытывают меньшее давление этих ритмов и могут легче приспосабливаться как к ночной, так и к дневной деятельности. Состояние, в котором человек провел ночь, во многом определяет его способность реализовывать свою жизненную программу. Поэтому сон обеспечивает не только само продолжение жизни, но и, что очень важно, — ее качество. Полноценный сон дает возможность более полной реализации человека в бодрствующем состоянии, таким образом, проблема сна имеет не только медицинские, но и социальные аспекты, важность которых трудно переоценить. 

 Доказано, что длительные периоды «недосыпа» негативно сказываются на качестве жизни: пропадает чувство юмора, появляется раздражительность, замкнутость, зацикленность на одних и тех же проблемах. Потеря всего лишь 4 часов сна снижает реакцию на 45%. Ухудшается память, возможно обострение различных заболеваний. 

ПРАВИЛА ЗДОРОВОГО СНА

1. Старайтесь не накапливать периоды «недосыпа». 

 2. Не стоит принимать перед сном алкоголь и кофеин-содержащие продукты. 

 3. Известно, что вредит качеству сна и то, если вы ложитесь спать голодным или, наоборот, плотно поев. Самый животрепещущий вопрос – сон на голодный желудок. У многих это просто не получается. На самом же деле диетологи рекомендуют, чтобы с момента последнего приема пищи до сна прошло не менее 2-3 часов. Таким образом организм не будет занят перевариванием пищи, и вы уснете гораздо быстрее. И вместо работы по перевариванию пищи ваш организм будет настроен на отдых. 

 ОДНАКО, СПАТЬ МНОГО — НЕ МЕНЕЕ ВРЕДНО, ЧЕМ НЕДОСЫПАТЬ. Идеальная продолжительность сна взрослого человека составляет 7-8 часов в сутки. Некоторые специалисты считают, что женщинам требуется дополнительный час сна, потому что они более эмоциональны. 

 Детям для нормальной работы организма необходимо спать не меньше 10 часов в сутки. Полноценный сон может снизить у них проявления синдрома дефицита внимания и гиперактивности и улучшить поведение. 20 минут дополнительного сна улучшает школьную успеваемость ребенка. 

 Поскольку треть нашей жизни мы проводим во сне, важно оптимальным образом использовать это время для восстановления организма. Постель должна быть удобной, комната для сна — темной и хорошо проветриваемой, а само положение тела — правильным. Помимо того факта, что сон в искаженной позиции может стать причиной хронических болей в шее и нижней части спины, он также может провоцировать головные боли, временную задержку дыхания во время сна (апноэ), изжогу и боли в желудке. Не говоря уже о храпе. 

 СОН НА ЖИВОТЕ: САМАЯ ОПАСНАЯ ПОЗИЦИЯ 

 Несмотря на то, что сон на животе помогает пищеварению и может избавить от храпа, привычка спать в этой позиции провоцирует боли в шее и позвоночнике. Главной причиной является то, что голову приходится поворачивать, поскольку нельзя дышать через подушку. 

 Сгибая одну из ног в колене и подкладывая руку под голову, вы лишь усугубляете ситуацию, поскольку мышцы шеи и плечевого комплекса оказываются в напряжении, а позвоночник искривляется. Боли в спине при привычке спать на животе — лишь вопрос времени. 

 Почему же удобно спать на животе? 

 Доктора считают, что человек стремится спать в той позиции, в которой ему удобнее всего дышать — чем меньший поток воздуха проходит через глотку во время сна, тем вероятнее человек склонен спать на животе. Это объясняет и то, что такое положение снижает храп. 

 В противоположность сну на животе, сон на спине сокращает поступление воздуха в легкие, провоцируя более громкий звук вдыхания и выдыхания. Помимо всего прочего, такая поза не рекомендуется тем, кто склонен к временным остановкам дыхания во время сна (апноэ). 

 СОН НА СПИНЕ: ЛУЧШАЯ ПОЗА ДЛЯ СНА 

 В этом положении позвоночник находится в нейтральной позиции, что помогает организму эффективно восстанавливать силы. Однако помните о том, что подушка при таком сне должна быть максимально тонкой (высокая повышает нагрузку на шею), а матрас должен быть не слишком мягким, но и не слишком твердым. Дополнительные подушки под колени и поясницу сделают сон в такой позе удобнее. 

 СОН НА БОКУ 

 При сне на боку и на спине необходимы правильная, не слишком высокая, подушка и принимающий форму тела матрас, способный амортизировать нагрузку. 

 Подходя любому человеку, сон на боку также считается одной из лучших поз. При этом то, на каком боку вы спите, играет важную роль — сон на правом боку может провоцировать изжогу, а сон на левом снижает выработку кислоты в желудке и полезен при рефлюксной болезни. 

 Наиболее правильным положением рук при сне на боку является вытягивание их вдоль тела — подкладывая руки под подушку, вы можете вызвать как боли в шее, так и неприятное чувство онемения. 

 УЧИМСЯ СПАТЬ ПРАВИЛЬНО 

Помните о том, что привычка спать в неправильной позе может оказаться чрезвычайно устойчивой — вполне вероятно, что первое время вам будет казаться крайне неудобным сон в правильной позиции. Особенное значение это имеет для тех, кто привык спать на животе. Выбирая комфортную для сна позу, сперва убедитесь в том, что матрас и подушка подобраны верно, затем переходите к тестированию сна на спине — если такой сон даже с двумя поддерживающими подушками не покажется вам удобным, переходите ко сну на боку. 

•  Спальня – только для сна

 Обязательно выделите под спальню отдельное помещение. Поверьте, жить так будет намного проще и комфортнее, особенно, если Вы живете не один. Не придется просыпаться каждый раз от звуков льющейся воды и других посторонних шумов. 

 Следующие «враги» крепкого сна – вся цифровая техника. Психологи, сомнологи и дизайнеры интерьеров твердят в один голос – долой все компьютеры, ноутбуки, планшеты и даже телевизор! Особенно телевизор! Все эти посторонние «жители» спальни негативно влияют на качество Вашего сна, а иногда могут даже стать причиной бессонницы. Вспомните это многообразие светодиодов и различных звуковых сигналов от гаджетов – царство постоянных раздражителей. 

 Совет дня! Убирайте даже телефон – вечный отвлекающий фактор – в другую комнату. А вместо него в комнате оставьте только классический будильник.    

• Матрас – всему голова

 Продуманный интерьер комнаты и правильно подобранные обои не смогут помочь Вам крепко заснуть, если у Вас плохой матрас. Вот почему к выбору столь важной для Вас вещи нужно подойти максимально тщательно. 

• Темнота – Ваш верный друг

 Спать нужно обязательно в темноте. И никаких исключений. Все дело в очень нужном для крепкого и здорового сна гормоне – мелатонине. Он вырабатывается исключительно в темноте и помогает лучше заснуть и полноценно выспаться. Конечно, в крупных городах очень сложно добиться комфортной для сна темноты – рекламные билборды, фары машин, яркие фонари явно не способствуют погружению в сон. Вот почему так важно позаботиться о хорошей светоизоляции окон в Вашей спальне. 

 Как вариант, можно повесить очень плотные темные шторы, они станут прекрасной защитой от нежелательного уличного освещения и подарят долгожданный сумрак. 

 Не забудьте, что Вам может мешать спать свет не с улицы, а из соседнего помещения. Вот почему крайне нежелательно устанавливать в спальню дверь со стеклом. Любое включение света сразу же создаст дискомфорт для спящего. 

 Второй нюанс, на котором стоит также подробно остановиться, – тип освещения. Основное освещение в спальне специалисты не рекомендуют использовать, так как оно становится дополнительным источником тепла, что не является плюсом, особенно в летнюю жару. Лучше аккуратный ночник со спокойным светом, который скорее поможет Вам заснуть.   

• Тишина и прохлада

 Да, именно такая атмосфера должна царит в спальне – тихая и прохладная. И об этом нужно позаботиться заранее – еще на стадии покупки или ремонта квартиры. Не стоит лишний раз повторять как посторонние звуки мешают спать. Поэтому полная звукоизоляция спальной комнаты, продуманная заранее, весьма желательна. Обязательно учтите расположение Вашей будущей спальни: ни в коем случае не размещайте ее на южной стороне, иначе в ней всегда будет очень жарко, что совершенно не способствует хорошему отдыху. Идеальные условия для полноценного сна – температура в пределах 18-21°С. 

 Конечно, не всегда есть такая возможность, поэтому желательно предусмотреть наличие кондиционера. Также Вы можете взять на вооружение известные народные средства – сырые простыни и емкости с водой, поставленные на пол (лучше около вентилятора). 

ХОРОШИЙ СОН ИМЕЕТ РЕШАЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ВАШЕГО ЗДОРОВЬЯ. ЧТОБЫ СДЕЛАТЬ КАЖДЫЙ ДЕНЬ БЕЗОПАСНЫМ, ПРОДУКТИВНЫМ, ПРИМИТЕ МЕРЫ, ЧТОБЫ РЕГУЛЯРНО ВЫСЫПАТЬСЯ !

Methodological and methodical aspects of carbohydrate metabolism study in plant cells as the adjoint system | Pohlebaev

Принципы диалектического материализма, раскрывающие всеобщие свойства и законы движения материи, выполняют функции мировоззрения и методологии естествознания. При изучении конкретных объектов и явлений природы эти принципы должны быть уточнены (конкретизированы) на основе достижений науки, для того чтобы более эффективно использовать их методологический потенциал. Целью настоящего исследования явилось демонстрация методологического потенциала категории сопряжения как внутренней стороны взаимодействия, отражающей один из механизмов взаимосвязи между фотосинтезом и дыханием, который непрерывно обеспечивает растительную клетку энергетическим и пластическим материалом, необходимыми для ее жизнедеятельности. Анализ состояния современного естествознания позволяет утверждать, что в понимании сущности принципов и законов организации и эволюции материи основополагающую роль играет философская категория взаимодействия. [1; 2]. Взаимодействие как всеобщая форма связи тел и явлений так же неисчерпаемо, как и движущаяся материя. Отсюда следует, что неисчерпаемость форм движения материи опосредует неисчерпаемость и форм взаимодействий. Кроме того, при анализе категории взаимодействия обнаруживается, что взаимодействие имеет как внешнюю, так и внутреннюю стороны [3]. В наших исследованиях при изучении биологических объектов и явлений приоритет был отдан внутренней стороне взаимодействия, которая отражает их содержательную характеристику. Кроме того, одна из внутренних сторон взаимодействия, которая обусловливает возникновение качественно новых материальных систем, была ранее обозначена нами как сопряжение [4; 5]. Как внутренняя сторона взаимодействия сопряжение играет важнейшую роль в организации и эволюции материи, в целом, и биологической формы ее движения, в частности [6; 7]. Рациональность данного тезиса подтверждается мнением известных ученых, которые отмечают, что «в процессе химической эволюции при наличии всех необходимых для нее условий происходит усиление роли сопряженности. Последовательные сопряженные процессы выступают как существенная сторона организации динамических неравновесных систем» [8, с. 165]. Следует лишь добавить, что биологические системы всех уровней организации, начиная с клетки и заканчивая биосферой, являются неравновесными динамическими системами. Функционирование растительной клетки как элементарной живой системы обусловлено многими видами физических и химических форм сопряжения: энергетическое сопряжение, сопряженные электроны в химических связях биологически активных соединений, сопряженные окислительно-восстановительные реакции и т.д. В процессе длительной эволюции биологической формы движения материи возникли качественно новые виды сопряжения — «сопрягающие мембраны» и «сопрягающие органеллы» [9, с. 9; 10]. В свою очередь, мембранный принцип организации материи обеспечил возникновение такой уникальной сопряженной системы, как клетка, которой присуще явление жизни. Сказанное позволяет характеризовать клетку как элементарную сопряженную живую систему, а понятие «сопряжение», по-видимому, можно использовать в определениях живых систем, в целом. Из этого следует, что категория сопряжения может выполнять методологическую роль в понимании сущности метаболизма растительной клетки, который, в свою очередь, определяет стратегию изучения обучающимися всего курса «Физиологии растений». Это детерминировано тем, что на клеточном уровне выявляются те молекулярные механизмы, которые лежат в основе функционирования любого организма. Данную особенность очень тонко подметил Джон Уилсон: «Ключ к решению любой биологической проблемы, в конечном счете, следует искать в клетке» [11, с. 6]. «На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение вещества и энергии» [12, с. 5]. Поэтому в образовательной области понятия «вещество», «энергия» и «информация» играют важнейшую роль в понимании сущности проявлений жизни на всех уровнях ее организации, и в первую очередь на клеточном уровне [10; 13; 14]. О высоком содержательном уровне этих понятий свидетельствует мнение известного генетика Н.П. Дубинина, который писал, что вещество, энергия и информация являются триадой жизни [15]. Согласно Н.М. Верзилину и В.М. Корсунской, «важнейшее понятие об обмене веществ, связанном с жизненными функциями и условиями жизни, требует особого внимания» [16, с. 90]. «Планомерному развитию понятия об обмене веществ мешает … отсутствие должного внимания обмену внутриклеточному, внутритканевому и превращениям энергии» [16, с. 93]. Подтверждением важности клеточного метаболизма является также регулярное переиздание трехтомника под названием «Молекулярная биология клетки», где объединены результаты исследований на клеточном уровне ведущих ученых. В основе метаболизма лежит совокупность химических (биохимических) реакций, обеспечивающих клетку и в целом организм разнообразными органическими веществами и энергией, которые используются для жизнедеятельности, роста, развития и самовоспроизведения. Условно химические реакции принято группировать и на этой основе выделять частные метаболизмы, такие как углеводный, белковый, липидный, нуклеиновый и др. Следует отметить, что в учебной и вузовской литературе при изучении клетки чаще всего вместо понятия «метаболизм» используют понятие «обмен веществ». Такая подмена понятий неправомерна и ошибочна. Опираясь на методологии системного и исторического подходов, нам удалось снять это противоречие и выявить две взаимосвязанных триады понятий. Первая, более общая, триада понятий — «обмен веществ», «ассимиляция», «диссимиляция» — характеризует физиолого-биохимические процессы на уровне целостного многоклеточного организма. Вторая триада понятий — «метаболизм», «анаболизм», «катаболизм» — отражает сущность механизмов этих процессов на клеточном уровне. При изучении жизненных явлений у одноклеточных организмов эти две триады понятий можно использовать как синонимы. Вместе с тем для предотвращения сумятицы в головах обучаемых при изучении жизненных явлений у одноклеточных организмов целесообразнее использовать понятия из второй группы, отражающие сущность физиолого-биохимических процессов на субмолекулярном уровне [17]. Данный вывод подтверждается мнением авторитетного биолога Н.Ф. Реймерса, который отмечает, что «обмен веществ — более широкое понятие, чем метаболизм, включающее процессы как на клеточном уровне, так и на уровне целостной особи. Эта разница делается незаметной при рассмотрении одноклеточных микроорганизмов» [18, с. 211]. Согласно точке зрения этого автора, ассимиляция включает процесс анаболизма, а диссимиляция — процесс катаболизма [18, с. 33, 106]. Уникальность и значимость углеводного метаболизма (обмена) определяется его вещественным составом. Самым распространенным моносахаридом является D-глюкоза. Ее значимость определяется тем, что она служит основным типом клеточного топлива у большинства организмов, а также мономером для большинства полисахаридов, которые, в свою очередь, являются важными компонентами жестких стенок растительных и бактериальных клеток и мягких оболочек животных клеток. Эти оболочки выполняют не только защитную функцию, но и участвуют в важнейших биологических процессах. Наиболее распространенными полимерами, мономером которых является D-глюкоза, являются целлюлоза, которая служит основным компонентом одревесневших тканей растений, и крахмал — как запасное клеточное топливо. По мнению авторитетных ученых, количество углеводов в биосфере больше, чем всех остальных органических соединений вместе взятых [19; 20]. Для выявления сущности углеводного метаболизма растительной клетки как сопряженной системы нами сконструирована модель (рис. 1), в которой отражена сущность и взаимосвязь двух его звеньев: фотосинтеза, как основы анаболизма, и дыхания — основы катаболизма. В представленной модели можно выделить два вида сопряжения. Первый вид сопряжения имеет место между веществом и энергией в процессе их преобразования как при фотосинтезе, так и при дыхании. В этих процессах происходит поэтапное преобразование вещества, которое тесно сопряжено с преобразованием энергии. Механизмы этих преобразований схожи и в отношении превращения вещества, и в отношении превращения энергии. Отличие заключается лишь в том, что они имеют противоположную направленность. В процессе фотосинтеза из неорганических веществ образуются органические вещества и выделяется кислород, в то время как в процессе дыхания органические вещества взаимодействуют с кислородом, в результате чего образуются неорганические вещества — углекислый газ и вода. Вместе с тем промежуточные метаболиты дыхания и энергия в форме АТР используется во всех других метаболизмах клетки — белковом, липидном, нуклеиновым и т.д. Второй вид сопряжения проявляется в том, что фотосинтез и дыхание могут в определенных условиях обмениваться как важнейшими энергетическими эквивалентами — АТР, NADPH (NADH), так и промежуточными метаболитами. В наибольшей степени это проявляется на первых этапах онтогенеза растений (при прорастании семян), когда гетеротрофный тип питания сменяется автотрофным. Для такого перехода растению необходимо сформировать фотосинтетический аппарат, основой которого служат промежуточные метаболиты и энергетические эквиваленты — АТР, NADH, изначально поставляемые дыханием. Вместе с тем значительная часть клеток растительного организма (стеблей, корней) по типу питания являются гетеротрофами, и для своего роста и развития они используют органические вещества и энергетические эквиваленты, синтезируемые в процессе фотосинтеза. Рисунок 1 — Фотосинтез и дыхание — сопряженные звенья углеводного обмена Основные блоки модели затонированы по-разному, что позволяет обучающимся сосредоточить внимание на сущности и особенностях каждого из них, а также конечных продуктах данного этапа, которые послужат материальной основой для преобразования вещества и энергии на последующих этапах клеточного метаболизма. В первом блоке (светлая тонировка) отражена взаимосвязь и иерархия важнейших общебиологических понятий, одни из которых следует использовать при изучении целостного растительного организма («обмен веществ», «ассимиляция», «диссимиляция»). Другую триаду понятий («метаболизм», «анаболизм», «катаболизм») следует применять при изучении физиолого-биохимических процессов на клеточном уровне. Во втором, основном блоке модели (более темная тонировка) в общих чертах раскрывается сущность преобразования вещества и энергии в двух взаимосвязанных звеньях углеводного метаболизма растительной клетки. Основным звеном данного метаболизма является фотосинтез, который, как уже указывалось выше, является основой анаболизма не только для растительной клетки, но и для всех организмов на нашей планете (кроме хемосинтетиков). Особенность фотосинтеза заключается не только в аспекте его биосферной значимости как поставщика органических веществ и кислорода для всех живых организмов на нашей планете, но в плане его сложности. В основе данного уникального физиолого-биохимического процесса лежат физические и химические явления, обеспечивающие трансформацию энергии и вещества внутри фотосинтетического аппарата и между хлоропластами и окружающей средой. В модели выделены световая и темновая фазы фотосинтеза, в основе которых лежит преобразование вещества и энергии. Световая фаза включает два этапа. На первом этапе — фотофизическом — происходит преобразование внешней неустойчивой формы энергии в виде квантов света во внутреннюю энергию электронного возбуждения. На втором этапе — фотохимическом — энергия электрона тратится на синтез таких энергетических эквивалентов, как АТР и NADPH. Кроме того, на данном этапе происходит фотоокисление воды и выделение свободного кислорода. Энергетические эквиваленты фотохимического этапа используются в темновой фазе фотосинтеза (цикле Кальвина). Энергия АТР тратится на активацию промежуточных метаболитов цикла Кальвина, в то время как NADPH используется как донор водородов, которые восстанавливают углерод углекислого газа до углерода углеводов. В итоге в цикле Кальвина происходит образование глюкозы из углекислого газа и воды (поглощенными из окружающей среды), при участии продуктов световой фазы — АТР и NADPH. Глюкозу как один из важнейших продуктов фотосинтеза необходимо рассматривать как резерв энергетического и пластического материала. Как уже отмечалось, она служит мономером для образования полисахаридов (например, целлюлозы), используемых для построения клеточных стенок. Химические связи молекулы глюкозы обладают большим запасом потенциальной энергии, однако она не может сразу утилизироваться клеткой для физиолого-биохимических превращений. Кроме того, для роста и развития растительной клетки необходимы и такие важнейшие соединения, как белки, липиды, нуклеиновые кислоты и т.д. Данная проблема разрешается во втором звене углеводного метаболизма — дыхании. Растительные клетки содержат два набора ферментов — аэробного и анаэробного (брожения) дыхания. В нормальных условиях конечные продукты фотосинтеза — глюкоза и кислород — используются в аэробном дыхании, которое может протекать по двум путям — гликолитическому и пентозофосфатному, тесно связанным между собой. Приоритет того или другого пути дыхания детерминируется «запросами» клетки на конкретные промежуточные метаболиты. Основным путем аэробного дыхания все же считается гликолитический, в котором выделяют две фазы: анаэробную и аэробную. Анаэробная фаза включает один этап — гликолиз, где происходит поэтапное окисление глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты. Энергия, которая при этом освобождается, тратится на синтез АТР (субстратное фосфорилирование) и NADH. Последний энергетический эквивалент уходит в электронтранспортную цепь (ЭТЦ), где окисляется. Энергии окисления одной молекулы NADH хватает для синтеза трех молекул АТР из ADР и Pi. Данный процесс носит название окислительного фосфорилирования. Энергетический баланс гликолиза составляет 8 АТР. Промежуточные метаболиты данного этапа могут использоваться для синтеза жиров, белков и других органических веществ, необходимых для роста и развития клетки и целого растения. Конечный продукт гликолиза 2ПВК поступает в аэробную фазу, включающую три последовательных этапа: окислительного декарбоксилирования, цикл ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса) и окисление в ЭТЦ. На первом этапе происходит окисление 2 ПВК при участии 2 NAD, в результате образуется 2 NADH, который также поступает в ЭТЦ. Выделившаяся при окислении энергия этих молекул используется для синтеза 6 АТР. Помимо отнятия водорода от 2 ПВК происходит и отнятие двух молекул углекислого газа (декарбоксилирование). Оставшееся двух углеродное звено — ацетил реагирует коэнзимом А (СоА), в результате чего образуется ацетил-CоА. Это центральный промежуточный метаболит аэробного дыхания, через который происходит синтез и распад более 60-ти соединений. Окончательное окисление двух молекул ацетил-CоА. происходит в цикле Кребса. Энергия этого окисления используется для синтеза 2 АТР (субстратное фосфорилирование), 6 NADH и 2 FADН. Сами молекулы распадаются до углекислого газа и воды. Энергетические эквиваленты — 6 NADH и 2 FADН окисляются в ЭТЦ. При окислении 6 NADH освобождается энергия, которой достаточно для синтеза 18 молекул АТР. В то время как при окислении 2 FADН энергии освобождается меньше, ее хватает только для синтеза 4 АТР. Цикл Кребса не является замкнутой системой. Многие промежуточные метаболиты этого цикла, и прежде всего органические кислоты, могут выходить из него и участвовать в азотном обмене, синтезе белков и других важнейших органических соединений. Суммируя значимость всех этапов гликолитического пути дыхания, можно констатировать, что на этом этапе происходит синтез 38 молекул АТР. Из них 4АТР синтезируется за счет механизмов субстратного фосфорилирования и 34 АТР — за счет окислительного фосфорилирования. Кроме того, промежуточные метаболиты, образовавшиеся в этом процессе, являются исходным материалом для биосинтеза липидов, белков, хлорофиллов, фитогормонов и др. Не менее важное значение имеет и второй путь аэробного дыхания — пентозофосфатный, который протекает в цитоплазме и хлоропластах. Такая локализация данного пути дыхания неслучайна. Промежуточные продукты этого пути дыхания и промежуточные продукты гликолитического пути дыхания, а также цикла Кальвина взаимозаменяемы. Это является одним из доказательств, что клеточный метаболизм функционирует как сопряженная система. В сконструированной модели этапы пентозофосфатного пути не представлены подробно. Это сделано преднамеренно, чтобы избежать перегрузки модели информацией. Вместе с тем в модели отражены конечные продукты данного пути дыхания — АТР и промежуточные метаболиты. Они свидетельствуют о том, что в энергетическом аспекте пентозофосфатный путь поставляет 36 АТР и практически не уступает по энергетическому показателю гликолитическому пути дыхания, при котором образуется 38 АТР. Не менее значимыми являются и промежуточные метаболиты данного пути — пентозы, которые являются составной частью нуклеотидов. Нуклеотиды служат мономерами для таких важнейших биополимеров, как DNK, RNК. Кроме того, на их основе синтезируются и такие биологически активные соединения, как АТР, NADP, коэнзим А и фитогормон цитокинин. Таким образом, представленная модель выполняет методологическую и методическую функцию при осмыслении субъектами обучения углеводного метаболизма растительной клетки как сопряженной системы. С точки зрения превращения вещества и энергии данный обмен создает материальную и энергетическую основу для других метаболизмов (белкового, липидного, нуклеинового и т.п.). Осмысление взаимосвязей между отдельными метаболизмами во многом обусловливает понимание сущности живого на клеточном уровне его организации.

Анаболизм белков что это такое и как происходит?

На чтение 3 мин.

Потеря жировой прослойки, рост мышечной массы, повышение мышечного тонуса мышц не могут проходить без анаболизма. Это метаболический процесс, регулируемый оптимизацией ресурсов и их наращиванием. Второе возможно только при переизбытке внутренних строительных материалов. Анаболизм белков – это не только энергетический процесс, способствующий наращиванию тканей, увеличению их силы и выносливости, это еще и мощное воздействие на иммунитет.

Для анаболизма белка требуется 3 ключевых фактора:

• ситуация стресса;
• правильное восстановление;
• наличие энергетических ресурсов.

Процесс анаболизма

Под влиянием стресса тело мобилизует свои внутренние резервы и наращивает ресурсы. Происходит это двумя способами:

• путем формирования новых мышечных волокон и тканей из наружных энергетических источников;
• за счет оптимизации имеющихся ресурсов.

В ходе физических тренировок данный процесс совершается комплексно. Организм не способен контролировать достаточность ресурса, по этой причине его наращивание делается с запасом. Силовые показатели при этом улучшаются.

Что касается динамизма анаболического процесса, то тут все еще проще. Если длительное время организм не попадает в напряженные, стрессовые ситуации, то он освобождается от избыточной мышечной ткани и лишних клеток. Это и есть оптимизация ресурсов.

Интересные статьи:

Фитнес на рабочем месте

Как выбрать кожаную куртку

Стадии анаболизма

Рассматривая анаболизм как комплексный метаболический процесс, можно выделить следующие стадии:

Гормональная

Под влиянием стресса тело входит в фазу супервосстановления. В данный период активизируются регулирующие гормоны. Это происходит для того, чтобы впоследствии организм за счет свой лучшей подготовленности сумел воспринимать аналогичную нагрузку не стрессовой, а привычной. Таким образом, в гипофизе начинает выделяться гормон роста, что затем приводит к выработке мужских половых гормонов.

Генетическая

Под влиянием изменений гормонального фона в процесс включается генетическая составляющая. Анаболический процесс сменяется катаболическим. Организм рушит все старые клетки за счет изменений в структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты. Проходит усиление взаимосвязей и создание дополнительных цепочек, на основе которых, клетка, чья ДНК подверглась изменениям, создает предпосылки к переходу на следующую стадию анаболизма.

Строительная

Данная стадия включает несколько этапов:

• гипертрофию мышечной клетки;
• увеличение энергетической емкости;
• рост запасов гликогена;
• увеличение силовой составляющей.

В результате мышцы плотнеют, активнее двигаются, повышается их выносливость. На этом этапе могут проявляться катаболические сопротивления. Это нормально, когда одновременно происходит разрушение клеток и строительство. Стимулирование анаболизма ведет к увеличению строительства и уменьшению разрушения.

Факторы, определяющие анаболизм

Людям, решившим заняться спортом или же просто привести организм в норму, важно понимать, что правильный энергетический обмен возможен только при наличии следующих факторов:

• сбалансированное питание, обеспечивающее строительный материал для мышц;
• полноценный отдых и сон;
• психологическая стабильность, способствующая снижению скорости катаболических реакций;
• избегание чрезмерной дополнительной стимуляции организма гормонами.

Для получения заметных результатов достаточно бывает активно протекающего анаболического процесса. Неконтролируемый прием стимулирующих препаратов для ускорения анаболизма зачастую провоцирует проблемы на гормональном уровне и приводит к нежелательным патологиям.

Урок 24. энергетика живой клетки — Естествознание — 10 класс

Метаболизм (обмен веществ) – сложная цепь превращений веществ в организме начиная с момента их поступления из внешней среды и кончая удалением продуктов распада. Представляет собой совокупность процессов катаболизма и анаболизма.

Катаболизм (диссимиляция), совокупность ферментативных реакций в живом организме, направленных на расщепление сложных органических соединений до более простых.

Анаболизм (ассимиляция), биохимические реакции, в результате которых из более простых веществ синтезируются более сложные, что приводит к запасанию энергии, к образованию новых материалов для построения клеток и к росту.

Энергетический обмен – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Синтезированная АТФ становится универсальным источником энергии для жизнедеятельности организмов. Значение энергетического обмена – снабжение клетки энергией, которая необходима для жизнедеятельности.

Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм, биосинтез) – это когда из простых веществ с затратой энергии образуются (синтезируются) более сложные. Непосредственным поставщиком энергии в клетках выступает АТФ.

Фотосинтез – процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) с использованием солнечной энергии. Проходит в два этапа: световая фаза (происходит улавливание и фиксация энергии света в АТФ) и темновая (связывание углекислого газа в молекулы глюкзы с затратой энергии АТФ).

Хемосинтез – процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) с использованием энергии окисления неорганических веществ. Например такой тип питания используют азотфиксирующие бактерии.

Клеточное или тканевое дыхание – совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды.

Гликолиз – многоступенчатый процесс бескислородного расщепления глюкозы (С₆Н₁₂0₆) до пировиноградной кислоты (С₃Н₄0₃). Реакции гликолиза катализируются специальными ферментами и протекают в цитоплазме клеток.

Аэробное окисление – окисление пировиноградной кислоты в присутствии атмосферного кислорода, протекающее во много раз быстрее, чем неполный процесс анаэробного дыхания и с выделением большего количества энергии. Конечными продуктами выступают СО₂ и Н₂О.

Брожение – это анаэробный (происходящий без участия кислорода) метаболический распад молекул питательных веществ, например глюкозы под действием ферментов.

Анаболизм — обзор | Темы ScienceDirect

Ремоделирование матрикса

В отличие от анаболизма и фенотипической модуляции, аналогии между катаболизмом хряща при ОА и ремоделированием матрикса во время эндохондральной оссификации выявить труднее. Провоспалительные цитокины интерлейкин-1β (ИЛ-1β) и фактор некроза опухоли-α (TNF-α), по-видимому, не являются «игроками» во время хондрогенеза в эмбриональной или постнатальной пластинке роста и являются механизмом исчезновения аггрекана в пластинке. гипертрофическая зона не выяснена. ⁹⁵ MMPs действительно играют важную роль в ремоделировании матрикса в обоих процессах. Локализация экспрессии MMP-13 в глубокой зоне хряща OA привела к предположению, что гипертрофия хондроцитов и связанное с этим продвижение отметок и утолщение субхондральной кости являются основными признаками прогрессирования заболевания.

Недавние исследования по выявлению ассоциированных с ОА полиморфизмов в гене, кодирующем аспорин (который ингибирует анаболизм хряща путем связывания с TGF-β), и в FRZB (который кодирует секретируемый белок 3 [sFRP3], связанный с завитками). поддержать эту концепцию.Члены семейства sFRP, включая sFRP3, представляют собой гликопротеины, которые противодействуют передаче сигналов лигандов Wnt через завитые мембраносвязанные рецепторы. ¹⁶¹ Растворимые ингибиторы передачи сигналов Wnt, такие как sFRP1 и LRP5, участвуют в поддержании плотности костей взрослого человека. ^162–164 Эктопическая передача сигналов Wnt / β-catenin ведет к усиленной оссификации и подавлению образования хондроцитов во время развития скелета, ⁷⁸ и нарушение передачи сигналов Wnt в хрящах и костях взрослых может иметь патологические последствия.Например, sFRP1 ингибирует образование остеокластов путем связывания с RANKL, ¹⁶⁵ , а sFRP3 ингибирует пролиферацию остеобластов и увеличивает дифференцировку остеобластов независимо от канонической передачи сигналов Wnt / β-катенина. ¹⁶⁶

В хряще ОА sFRP может играть роль в апоптозе хондроцитов. ¹⁶⁷ Поскольку активация β-катенина в зрелых хрящевых клетках стимулирует гипертрофию; матричная минерализация; и экспрессия VEGF, ADAMTS5, MMP-13 и некоторых других MMP, ⁸³ дефектное ингибирование передачи сигналов Wnt из-за полиморфизма FRZB может нарушить нормальный гомеостаз (приводя к аномальному метаболизму хряща и костей).

Обзор метаболических реакций — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите процесс расщепления полимеров на мономеры
• Опишите процесс объединения мономеров в полимеры.
• Обсудить роль АТФ в метаболизме
• Объяснение окислительно-восстановительных реакций
• Опишите гормоны, регулирующие анаболические и катаболические реакции.

В организме постоянно происходят обменные процессы.Метаболизм — это сумма всех химических реакций, которые участвуют в катаболизме и анаболизме. Реакции, управляющие расщеплением пищи для получения энергии, называются катаболическими реакциями. И наоборот, анаболические реакции используют энергию, производимую катаболическими реакциями, для синтеза более крупных молекул из более мелких, например, когда организм формирует белки, связывая вместе аминокислоты. Оба набора реакций имеют решающее значение для поддержания жизни.

Поскольку катаболические реакции производят энергию, а анаболические реакции используют энергию, в идеале использование энергии должно уравновешивать производимую энергию.Если чистое изменение энергии положительное (катаболические реакции выделяют больше энергии, чем используют анаболические реакции), то организм накапливает избыточную энергию, создавая молекулы жира для длительного хранения. С другой стороны, если чистое изменение энергии отрицательное (катаболические реакции выделяют меньше энергии, чем используют анаболические реакции), организм использует накопленную энергию, чтобы компенсировать дефицит энергии, высвобождаемой катаболизмом.

Катаболические реакции

Катаболические реакции расщепляют большие органические молекулы на более мелкие, высвобождая энергию, содержащуюся в химических связях.Эти высвобождения энергии (преобразования) не эффективны на 100 процентов. Количество выделяемой энергии меньше общего количества, содержащегося в молекуле. Примерно 40 процентов энергии, выделяемой в результате катаболических реакций, напрямую передается высокоэнергетической молекуле аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ, энергетическая валюта клеток, можно немедленно использовать для питания молекулярных машин, которые поддерживают функции клеток, тканей и органов. Это включает создание новой ткани и восстановление поврежденной ткани.АТФ также можно хранить для удовлетворения будущих потребностей в энергии. Остальные 60 процентов энергии, высвобождаемой в результате катаболических реакций, выделяется в виде тепла, которое поглощают ткани и жидкости организма.

Структурно молекулы АТФ состоят из аденина, рибозы и трех фосфатных групп ((рисунок)). Химическая связь между второй и третьей фосфатными группами, называемая высокоэнергетической связью, представляет собой самый большой источник энергии в клетке. Это первая связь, которую разрушают катаболические ферменты, когда клеткам требуется энергия для работы.Продуктами этой реакции являются молекула аденозиндифосфата (АДФ) и одиночная фосфатная группа (P _i ). АТФ, АДФ и P _i постоянно проходят через реакции, которые создают АТФ и накапливают энергию, и реакции, которые разрушают АТФ и высвобождают энергию.

Структура молекулы АТФ

Аденозинтрифосфат (АТФ) — это энергетическая молекула клетки. Во время катаболических реакций создается АТФ, и энергия сохраняется до тех пор, пока она не понадобится во время анаболических реакций.

Энергия АТФ управляет всеми функциями организма, такими как сокращение мышц, поддержание электрического потенциала нервных клеток и поглощение пищи в желудочно-кишечном тракте. Метаболические реакции, которые производят АТФ, происходят из различных источников ((Рисунок)).

Источники ATP

Во время катаболических реакций белки расщепляются на аминокислоты, липиды — на жирные кислоты, а полисахариды — на моносахариды.Эти строительные блоки затем используются для синтеза молекул в анаболических реакциях.

Из четырех основных макромолекулярных групп (углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты), которые перерабатываются в процессе пищеварения, углеводы считаются наиболее распространенным источником энергии для питания организма. Они принимают форму сложных углеводов, полисахаридов, таких как крахмал и гликоген, или простых сахаров (моносахаридов), таких как глюкоза и фруктоза. Катаболизм сахара расщепляет полисахариды на отдельные моносахариды.Среди моносахаридов глюкоза является наиболее распространенным топливом для производства АТФ в клетках, и поэтому существует ряд механизмов эндокринного контроля, регулирующих концентрацию глюкозы в кровотоке. Избыточная глюкоза либо хранится в качестве запаса энергии в печени и скелетных мышцах в виде сложного полимерного гликогена, либо превращается в жир (триглицерид) в жировых клетках (адипоцитах).

Среди липидов (жиров) триглицериды чаще всего используются для получения энергии посредством метаболического процесса, называемого β-окислением.Около половины лишнего жира хранится в адипоцитах, которые накапливаются в подкожной клетчатке под кожей, тогда как остальная часть хранится в адипоцитах в других тканях и органах.

Белки, которые представляют собой полимеры, можно разделить на их мономеры, отдельные аминокислоты. Аминокислоты можно использовать в качестве строительных блоков новых белков или далее расщеплять для производства АТФ. Когда человек хронически голодает, такое использование аминокислот для производства энергии может привести к истощению организма, поскольку расщепляется все больше и больше белков.

Нуклеиновые кислоты присутствуют в большинстве продуктов, которые вы едите. Во время пищеварения нуклеиновые кислоты, включая ДНК и различные РНК, распадаются на составляющие их нуклеотиды. Эти нуклеотиды легко абсорбируются и транспортируются по всему телу для использования отдельными клетками во время метаболизма нуклеиновых кислот.

Анаболические реакции

В отличие от катаболических реакций, анаболические реакции включают соединение более мелких молекул в более крупные. Анаболические реакции объединяют моносахариды с образованием полисахаридов, жирные кислоты с образованием триглицеридов, аминокислоты с образованием белков и нуклеотиды с образованием нуклеиновых кислот.Эти процессы требуют энергии в виде молекул АТФ, генерируемых катаболическими реакциями. Анаболические реакции, также называемые реакциями биосинтеза, создают новые молекулы, которые образуют новые клетки и ткани, и оживляют органы.

Гормональная регуляция обмена веществ

Катаболические и анаболические гормоны в организме помогают регулировать метаболические процессы. Катаболические гормоны стимулируют расщепление молекул и выработку энергии. К ним относятся кортизол, глюкагон, адреналин / адреналин и цитокины.Все эти гормоны мобилизуются в определенное время для удовлетворения потребностей организма. Анаболические гормоны необходимы для синтеза молекул и включают гормон роста, инсулиноподобный фактор роста, инсулин, тестостерон и эстроген. (Рисунок) суммирует функцию каждого из катаболических гормонов, а (Рисунок) суммирует функции анаболических гормонов.

Катаболические гормоны
Гормон	Функция
Кортизол	Высвобождается из надпочечников в ответ на стресс; его основная роль заключается в повышении уровня глюкозы в крови путем глюконеогенеза (расщепления жиров и белков)
Глюкагон	Высвобождается из альфа-клеток поджелудочной железы при голодании или когда организму требуется дополнительная энергия; стимулирует расщепление гликогена в печени, повышая уровень глюкозы в крови; его действие противоположно инсулину; глюкагон и инсулин являются частью системы отрицательной обратной связи, которая стабилизирует уровень глюкозы в крови
Адреналин / адреналин	Высвобождается в ответ на активацию симпатической нервной системы; увеличивает частоту сердечных сокращений и сократимость сердца, сужает кровеносные сосуды, является бронходилататором, который открывает (расширяет) бронхи легких для увеличения объема воздуха в легких и стимулирует глюконеогенез

Анаболические гормоны
Гормон	Функция
Гормон роста (GH)	Синтезируется и выделяется гипофизом; стимулирует рост клеток, тканей и костей
Инсулиноподобный фактор роста (IGF)	Стимулирует рост мышц и костей, одновременно подавляя гибель клеток (апоптоз)
Инсулин	Производится бета-клетками поджелудочной железы; играет важную роль в метаболизме углеводов и жиров, контролирует уровень глюкозы в крови и способствует усвоению глюкозы клетками организма; заставляет клетки мышц, жировой ткани и печени поглощать глюкозу из крови и хранить ее в печени и мышцах в виде гликогена; его действие противоположно глюкагону; глюкагон и инсулин являются частью системы отрицательной обратной связи, которая стабилизирует уровень глюкозы в крови
Тестостерон	Вырабатывается семенниками у мужчин и яичниками у женщин; стимулирует увеличение мышечной массы и силы, а также рост и укрепление костей
Эстроген	Вырабатывается в основном яичниками, а также печенью и надпочечниками; его анаболические функции включают ускорение метаболизма и отложение жира

Заболевания…

Метаболические процессы: синдром Кушинга и болезнь Аддисона. Как и следовало ожидать от фундаментальных физиологических процессов, таких как метаболизм, ошибки или сбои в метаболических процессах приводят к патофизиологии или, если их не исправить, к болезненному состоянию.Метаболические заболевания чаще всего являются результатом неправильной работы белков или ферментов, которые имеют решающее значение для одного или нескольких метаболических путей. Нарушение функции белка или фермента может быть следствием генетического изменения или мутации. Однако нормально функционирующие белки и ферменты также могут иметь вредные эффекты, если их доступность не соответствует метаболическим потребностям. Например, чрезмерное производство гормона кортизола (см. (Рисунок)) вызывает синдром Кушинга. Клинически синдром Кушинга характеризуется быстрым увеличением веса, особенно в области туловища и лица, депрессией и тревогой.Стоит упомянуть, что опухоли гипофиза, вырабатывающие адренокортикотропный гормон (АКТГ), который впоследствии стимулирует кору надпочечников высвобождать избыточное количество кортизола, имеют аналогичные эффекты. Этот косвенный механизм гиперпродукции кортизола называется болезнью Кушинга.

Пациенты с синдромом Кушинга могут иметь повышенный уровень глюкозы в крови и имеют повышенный риск ожирения. Они также показывают медленный рост, накопление жира между плечами, слабые мышцы, боли в костях (потому что кортизол заставляет белки расщепляться с образованием глюкозы посредством глюконеогенеза) и утомляемость.Другие симптомы включают чрезмерное потоотделение (гипергидроз), расширение капилляров и истончение кожи, что может привести к легким синякам. Все методы лечения синдрома Кушинга направлены на снижение чрезмерного уровня кортизола. В зависимости от причины избытка, лечение может быть таким простым, как прекращение использования мазей с кортизолом. В случае опухолей часто используется хирургическое вмешательство для удаления опухоли, вызывающей нарушение. Если операция нецелесообразна, лучевая терапия может использоваться для уменьшения размера опухоли или удаления частей коры надпочечников.Наконец, доступны лекарства, которые могут помочь регулировать количество кортизола.

Недостаточное производство кортизола также проблематично. Надпочечниковая недостаточность, или болезнь Аддисона, характеризуется снижением выработки кортизола надпочечниками. Это может быть следствием нарушения работы надпочечников — они не вырабатывают достаточного количества кортизола — или следствием снижения доступности АКТГ из гипофиза. Пациенты с болезнью Аддисона могут иметь низкое кровяное давление, бледность, крайнюю слабость, утомляемость, медленные или вялые движения, головокружение и тягу к соли из-за потери натрия и высокого уровня калия в крови (гиперкалиемия).Жертвы также могут страдать от потери аппетита, хронической диареи, рвоты, поражений во рту и неоднородного цвета кожи. Диагностика обычно включает анализы крови и визуализацию надпочечников и гипофиза. Лечение включает заместительную терапию кортизолом, которую, как правило, следует продолжать всю жизнь.

Реакции окисления-восстановления

Химические реакции, лежащие в основе метаболизма, включают перенос электронов от одного соединения к другому посредством процессов, катализируемых ферментами.Электроны в этих реакциях обычно исходят от атомов водорода, которые состоят из электрона и протона. Молекула отдает атом водорода в форме иона водорода (H ⁺ ) и электрона, разбивая молекулу на более мелкие части. Потеря электрона или окисление высвобождает небольшое количество энергии; и электрон, и энергия затем передаются другой молекуле в процессе восстановления или получения электрона. Эти две реакции всегда происходят вместе в реакции окисления-восстановления (также называемой окислительно-восстановительной реакцией) — когда электрон проходит между молекулами, донор окисляется, а реципиент восстанавливается.Окислительно-восстановительные реакции часто протекают последовательно, так что восстановленная молекула впоследствии окисляется, передавая не только только что полученный электрон, но и полученную энергию. По мере развития серии реакций накапливается энергия, которая используется для объединения P _и и АДФ с образованием АТФ, высокоэнергетической молекулы, которую организм использует в качестве топлива.

Реакции окисления и восстановления катализируются ферментами, запускающими удаление атомов водорода. Коферменты работают с ферментами и принимают атомы водорода.Двумя наиболее распространенными коферментами окислительно-восстановительных реакций являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Их соответствующие восстановленные коферменты — это НАДН и ФАДН ₂ , которые являются энергосодержащими молекулами, используемыми для передачи энергии во время создания АТФ.

Обзор главы

Метаболизм — это сумма всех катаболических (расщепление) и анаболических (синтез) реакций в организме. Скорость метаболизма измеряет количество энергии, используемой для поддержания жизни.Организм должен потреблять достаточное количество пищи для поддержания скорости метаболизма, если он хочет выжить очень долго.

Катаболические реакции расщепляют более крупные молекулы, такие как углеводы, липиды и белки из принятой пищи, на составляющие более мелкие части. Они также включают расщепление АТФ, который высвобождает энергию, необходимую для метаболических процессов во всех клетках по всему телу.

Анаболические реакции, или биосинтетические реакции, синтезируют более крупные молекулы из более мелких составных частей, используя АТФ в качестве источника энергии для этих реакций.Анаболические реакции увеличивают костную и мышечную массу, а также создают новые белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Реакции окисления-восстановления переносят электроны через молекулы, окисляя одну молекулу и восстанавливая другую, и собирая высвободившуюся энергию для преобразования P _i и АДФ в АТФ. Ошибки метаболизма изменяют переработку углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот и могут привести к ряду болезненных состояний.

Обзорные вопросы

При какой реакции образуется моносахарид из полисахарида?

1. реакция окисления – восстановления
2. анаболическая реакция
3. катаболическая реакция
4. биосинтетическая реакция

Если анаболические реакции превышают катаболические, результат будет ________.

1. потеря веса
2. прибавка в весе
3. изменение скорости обмена веществ
4. Развитие болезни

Когда НАД становится НАДН, кофермент был ________.

1. уменьшенный
2. оксид
3. метаболизировано
4. гидролизованный

Анаболические реакции используют энергию на ________.

1. превращение ADP в ATP
2. удаление фосфатной группы из ATP
3. производит тепло
4. расщепление молекул на более мелкие части

Вопросы о критическом мышлении

Опишите, как можно изменить метаболизм.

Увеличение или уменьшение безжировой мышечной массы приведет к увеличению или уменьшению метаболизма.

Опишите, как лечить болезнь Аддисона.

Болезнь Аддисона характеризуется низким уровнем кортизола. Один из способов лечения болезни — дать пациенту кортизол.

Глоссарий

анаболические гормоны

гормоны, стимулирующие синтез новых, более крупных молекул

анаболические реакции

реакции, в результате которых молекулы меньшего размера превращаются в молекулы большего размера

реакции биосинтеза

реакции, которые создают новые молекулы, также называемые анаболическими реакциями

катаболические гормоны

гормоны, стимулирующие распад более крупных молекул

катаболические реакции

реакции, в ходе которых более крупные молекулы расщепляются на составные части

FADH ₂

молекула с высокой энергией, необходимая для гликолиза

флавинадениндинуклеотид (FAD)

Кофермент

, используемый для производства FADH ₂

обмен веществ

сумма всех катаболических и анаболических реакций, происходящих в организме

НАДН

молекула высокой энергии, необходимая для гликолиза

никотинамидадениндинуклеотид (НАД)

Коэнзим

, используемый для производства НАДН

окисление

потеря электрона

окислительно-восстановительная реакция

(также, окислительно-восстановительная реакция) пара реакций, в которых электрон передается от одной молекулы к другой, окисляя одну и восстанавливая другую

редуктор

получение электрона

Функции человеческой жизни — Анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните важность организации для функционирования человеческого организма
• Различать метаболизм, анаболизм и катаболизм
• Приведите как минимум два примера человеческой реакции и человеческого движения
• Сравните и сопоставьте рост, дифференциацию и воспроизведение

Каждая из различных систем органов имеет разные функции и, следовательно, уникальные роли, которые они должны выполнять в физиологии.Эти многие функции можно суммировать с точки зрения нескольких, которые мы можем считать определяющими для человеческой жизни: организация, метаболизм, отзывчивость, движение, развитие и воспроизводство.

Организация

Человеческое тело состоит из триллионов клеток, организованных таким образом, чтобы поддерживать отдельные внутренние отделы. Эти отсеки защищают клетки организма от внешних угроз окружающей среды и поддерживают влажность и питание клеток. Они также отделяют внутренние жидкости организма от бесчисленных микроорганизмов, которые растут на поверхностях тела, включая слизистую оболочку определенных проходов, которые соединяются с внешней поверхностью тела.Например, кишечник является домом для большего количества бактериальных клеток, чем общее количество всех человеческих клеток в организме, но эти бактерии находятся вне тела и не могут свободно циркулировать внутри тела.

Клетки, например, имеют клеточную мембрану (также называемую плазматической мембраной), которая удерживает внутриклеточную среду — жидкости и органеллы — отдельно от внеклеточной среды. Кровеносные сосуды удерживают кровь внутри замкнутой системы кровообращения, а нервы и мышцы обернуты соединительнотканными оболочками, которые отделяют их от окружающих структур.В грудной клетке и брюшной полости множество внутренних мембран отделяют основные органы, такие как легкие, сердце и почки, от других.

Самая большая система органов тела — это покровная система, которая включает кожу и связанные с ней структуры, такие как волосы и ногти. Поверхностная ткань кожи является барьером, который защищает внутренние структуры и жидкости от потенциально вредных микроорганизмов и других токсинов.

Метаболизм

Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена — она ​​может только изменять форму.Ваша основная функция как организма — потреблять (поглощать) энергию и молекулы из продуктов, которые вы едите, преобразовывать часть из них в топливо для движения, поддерживать функции вашего тела, а также строить и поддерживать структуры вашего тела. Это достигается двумя типами реакций: анаболизм и катаболизм.

• Анаболизм — это процесс, при котором более мелкие и простые молекулы объединяются в более крупные и сложные вещества. Ваше тело может собирать, используя энергию, сложные химические вещества, в которых оно нуждается, комбинируя небольшие молекулы, полученные из продуктов, которые вы едите
• Катаболизм — это процесс, при котором более крупные и сложные вещества распадаются на более мелкие и простые молекулы.Катаболизм высвобождает энергию. Сложные молекулы, содержащиеся в пищевых продуктах, расщепляются, поэтому организм может использовать их части для сборки структур и веществ, необходимых для жизни.

Взятые вместе, эти два процесса называются метаболизмом. Метаболизм — это сумма всех анаболических и катаболических реакций, которые происходят в организме ((рисунок)). И анаболизм, и катаболизм происходят одновременно и непрерывно, чтобы вы оставались живыми.

Метаболизм

Анаболические реакции строят реакции, и они потребляют энергию.Катаболические реакции разрушают материалы и высвобождают энергию. Метаболизм включает как анаболические, так и катаболические реакции.

Каждая клетка вашего тела использует химическое соединение, аденозинтрифосфат (АТФ), для хранения и высвобождения энергии. Клетка накапливает энергию в синтезе (анаболизме) АТФ, а затем перемещает молекулы АТФ в то место, где энергия необходима для подпитки клеточной активности. Затем АТФ разрушается (катаболизм) и высвобождается контролируемое количество энергии, которое клетка использует для выполнения определенной работы.

Просмотрите этот анимационный ролик, чтобы узнать больше о метаболических процессах. Какие органы тела, скорее всего, осуществляют анаболические процессы? А как насчет катаболических процессов?

Отзывчивость

Отзывчивость — это способность организма приспосабливаться к изменениям во внутренней и внешней среде. Пример реагирования на внешние раздражители может включать движение к источникам пищи и воды и от предполагаемых опасностей. Изменения во внутренней среде организма, такие как повышение температуры тела, могут вызывать реакцию потоотделения и расширение кровеносных сосудов кожи с целью снижения температуры тела, как показано бегунами на (Рисунок).

Механизм

Движение человека включает в себя не только действия на суставы тела, но также движение отдельных органов и даже отдельных клеток. Когда вы читаете эти слова, красные и белые кровяные тельца перемещаются по вашему телу, мышечные клетки сокращаются и расслабляются, чтобы поддерживать вашу осанку и фокусировать зрение, а железы выделяют химические вещества, регулирующие функции организма. Ваше тело координирует действие целых групп мышц, чтобы вы могли перемещать воздух в легкие и из них, проталкивать кровь по всему телу и продвигать съеденную пищу через пищеварительный тракт.Сознательно, конечно, вы сокращаете свои скелетные мышцы, чтобы переместить кости скелета из одного места в другое (как это делают бегуны на (Рисунок)) и выполнять все повседневные дела.

Марафонцы

Бегуны демонстрируют две характеристики живых людей — отзывчивость и подвижность. Анатомические структуры и физиологические процессы позволяют бегунам координировать действия групп мышц и пота в ответ на повышение внутренней температуры тела.(кредит: Phil Roeder / flickr)

Развитие, рост и размножение

Развитие — это все изменения, через которые проходит тело в жизни. Развитие включает в себя процесс дифференциации, в котором неспециализированные клетки становятся специализированными по структуре и функциям для выполнения определенных задач в организме. Развитие также включает процессы роста и восстановления, оба из которых включают дифференцировку клеток.

Рост — это увеличение размера тела. Люди, как и все многоклеточные организмы, растут за счет увеличения количества существующих клеток, увеличения количества неклеточного материала вокруг клеток (например, минеральных отложений в костях) и, в очень узких пределах, увеличения размера существующих клеток.

Размножение — это образование нового организма из родительских организмов. У человека размножение осуществляется мужской и женской репродуктивными системами. Поскольку смерть придет ко всем сложным организмам, без воспроизводства линия организмов закончится.

Обзор главы

Большинство процессов, происходящих в организме человека, сознательно не контролируются. Они возникают постоянно, чтобы строить, поддерживать и поддерживать жизнь. Эти процессы включают в себя: организацию с точки зрения поддержания основных границ тела; метаболизм, включая передачу энергии через анаболические и катаболические реакции; ответная реакция; движение; и рост, дифференциация, воспроизводство и обновление.

Вопросы по интерактивной ссылке

Просмотрите этот анимационный ролик, чтобы узнать больше о метаболических процессах. Какой катаболизм происходит в сердце?

Обзорные вопросы

Метаболизм можно определить как ________.

1. Приспособление организма к внешним или внутренним изменениям
2. процесс, посредством которого все неспециализированные клетки становятся специализированными для выполнения определенных функций
3. процесс формирования новых ячеек взамен изношенных ячеек
4. сумма всех химических реакций в организме

Аденозинтрифосфат (АТФ) — важная молекула, потому что она ________.

1. — результат катаболизма
2. выброс энергии неконтролируемыми всплесками
3. накапливает энергию для использования клетками тела
4. Все вышеперечисленное

Раковые клетки можно охарактеризовать как «общие» клетки, не выполняющие специализированных функций организма. Таким образом, раковые клетки не имеют ________.

1. дифференциация
2. репродукция
3. отзывчивость
4. и воспроизводство, и отзывчивость

КРИТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МЫШЛЕНИЯ

Объясните, почему запах дыма, когда вы сидите у костра, не вызывает тревогу, а запах дыма в общежитии вызывает.

Когда вы сидите у костра, ваше обоняние адаптируется к запаху дыма. Только если бы этот запах внезапно и резко усилился, вы могли бы заметить и отреагировать. Напротив, запах даже следа дыма был бы новым и очень необычным в вашем общежитии и воспринимался бы как опасность.

Определите три различных способа роста человеческого тела.

Рост может происходить за счет увеличения количества существующих клеток, увеличения размера существующих клеток или увеличения количества неклеточного материала вокруг клеток.

Глоссарий

анаболизм

сборка более сложных молекул из более простых

катаболизм

Распад более сложных молекул на более простые

разработка

изменение, которое организм претерпевает в течение жизни

дифференциация

процесс, с помощью которого неспециализированные клетки становятся специализированными по структуре и функциям

рост

процесс увеличения размера

обмен веществ

сумма всех химических реакций в организме

продление

процесс замены изношенных элементов

репродукция

Процесс, посредством которого создаются новые организмы

отзывчивость

Способность организмов или системы приспосабливаться к изменениям условий

БИОХИМИЯ

Раздел 5

Метаболизм — Сумма всех химических реакций внутри клетки.Его также можно описать как катаболизм , + анаболизм .

Химические реакции
Некоторые реакции требуют энергии. Чтобы сделать эти реакции происходят, и продукт (ы) будет на более высоком уровне энергии чем реагенты. В метаболизме выпадает анаболических реакций, в эту категорию. Анаболические реакции требуют энергии. Катаболические реакции высвободить энергию.

Не все энергетически предпочтительные реакции являются спонтанными.Много раз необходимо добавить энергии активации . Например, бумага (целлюлоза = C6h22O6) стабильно существует в присутствии кислорода. Хотя быстрое окисление целлюлозы с образованием СО2, ч3О и C энергетически благоприятствует, бумага не горит (горение = быстрое окисление целлюлозы), если энергия активации (тепло) не равна применяемый.

I. ФЕРМЕНТЫ
В клетке энергия, необходимая для запуска анаболических реакций как а также энергия активации, необходимая для проведения множества катаболических реакций не может быть непосредственно применен как тепло.Вместо этого клетки используют ферментов чтобы снизить количество энергии, необходимое для возникновения реакций. Таким образом ферментов называются катализаторами , потому что облегчают реакции и ускоряют их вверх, но они не вступают в реакции.

Ферменты снижают энергию активации реакций, потому что ферментов способны (1) связываться с реагентами (, субстрат ), (2) заставлять реагенты ( молекул субстрата ) очень близки друг к другу и (3) искривляют молекулы подложки и дестабилизируют их электронные конфигурации.Это делает молекулы нестабильными и реактивными.

E + S <---> E-S <---> E + P

II. Компоненты фермента:

• Место на ферменте, где связывается субстрат, называется субстратом . сайт связывания или активный сайт фермента . Аллостерический сайт это сайт, отличный от активного сайта.
• Апофермент = белковая часть
• Кофакторы = представляют собой небелковые атомы или молекулы, которые связываются с апофермент.Они разделены на органические молекулы = коферментов, , и неорганические элементы = ионы металлов .
• Коэнзимы = НАД + (никотинамидадениндинуклеотид), ФАД (флавинаденин динуклеотид), КоА (кофермент А)
• Ионы металлов = железо, медь, кальций, цинк, магний.
• Холоэнзим = Апофермент + кофактор

III. Фактор, влияющий на функцию фермента: (не забудь о насыщенности!)

1) pH
2) Температура
3) Концентрация субстрата
4) Концентрация фермента

IV.Подавление ферментов:
a) Конкурентное ингибирование: Молекула с аналогичной структурой. к нормальному субстрату может занимать (и блокировать) активный центр фермента. Можно обратить вспять, добавив больше субстрата. Например. синтетаза фолиевой кислоты связывает ПАБА —> фолиевая кислота. Препарат сульфаниламид имеет очень химическую структуру. аналогично PABA, и лекарство будет связываться с активным центром фермента. Однако синтетаза фолиевой кислоты не способна преобразовывать сульфаниламид. ни во что.

б) Неконкурентный Ингибирование: Ингибиторы (например, свинец или другие металлы) могут связываться с аллостерический участок изменяет форму фермента. Теперь активный сайт отличается и не может связываться с субстратом.

---

ПОТОК ЭНЕРГИИ ПРИ МЕТАБОЛИЗМЕ
Энергия в метаболизме часто протекает в виде электронов. Если электроны УТЕРЯНЫ, это называется окислением . Если электроны НАБИРАЮТСЯ, это называется редукцией . Окисление сочетается с восстановлением ; который если что-то окисляется, то восстанавливается что-то еще (помните первый и второй законы термодинамики!).

В большинстве процессов окисления и восстановления, которые мы будем изучать , электроны (e-) будет перемещаться с протонами (H +) . Поэтому наблюдение за водородом обеспечивает удобный способ узнать, была ли молекула окислена или восстановлена.

Кроме того, во многих окислительно-восстановительных реакциях мы будем рассматривать: молекула никотинамидадениндинуклеотида ( NAD ), которая служит как электронный челнок . NAD может стать СНИЖЕННЫМ до NADH ₂ , а затем переносят электроны в другую реакцию и ОКИСЛЯЮТСЯ назад к NAD . Другими словами, NAD может забирать электроны из одна реакция и перенести их на другую.

Обратите внимание, что когда молекула ОКИСЛЯЕТСЯ на , она ТЕРЯЕТ ЭНЕРГИЮ . Также, чем более восстановлена ​​молекула, тем больше энергии она содержит. (См. Стр.121. — 122, фиг. 5.8 и 5.9 для описания НАД и окисления-восстановления. реакции.)

Конечная цель во многих случаях катаболизма — отобрать энергию от молекулы (источника пищи), улавливают энергию и сохраняют ее как ATP .

Есть три способа сделать СПС:

1.) Подложка уровень фосфорилирования — где высокоэнергетический фосфат из промежуточная фосфорилированная метаболическая молекула переносится непосредственно на АДФ катаболическим путем, превращая его в АТФ .

2.) Окислительное фосфорилирование — где молекула (источник пищи) окисляется и энергия извлекается из электронов электроном транспортная цепь . Затем извлеченная энергия используется для производства ATP с помощью процесса, известного как хемиосмос .

3.) Фотофосфорилирование — Это наблюдается только в клетках, несущих фотосинтез. Здесь световой энергии используется для генерации электронов а затем энергия извлекается из электронов с помощью транспорта электронов (). цепь .Как и при окислительном фосфорилировании, извлеченная энергия используется произвести АТФ путем хемиосмоса .

БАКТЕРИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ

• Аэробное дыхание , в котором кислород является конечным акцептором электронов
• Анаэробное дыхание , в котором неорганическая молекула, кроме кислород — конечный акцептор электронов
• Ферментация , в которой органическая молекула является конечным электроном акцептор, и
• Фотосинтез , во время которого лучистая энергия преобразуется в химическую энергия

1.АЭРОБНОЕ ДЫХАНИЕ
Дыхание глюкозы (углеводный обмен) в качестве источника топлива происходит в 3 стадии: гликолиз, цикл Кребса и цепь переноса электронов.

Глюкоза + 6O ₂ —-> 6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия

(а) ГЛИКОЛИЗ — или Эмбден Мейерхоф Тропа

• Частичный распад (окисление) молекулы глюкозы (молекула 6-C) на 2 пировиноградной кислоты молекул (3-C молекулы).
• Использует 2 АТФ и производит 4 АТФ . Итак, чистая прибыль составляет 2. ATP
• Делает 2 НАДН ₂

(б) КРЕБС ЦИКЛ

• Дальнейшее окисление молекул углерода
• Пировиноградная кислота —> ацетил-КоА + CO2
• Регенерация щавелевоуксусной кислотой (4C) + ацетил-КоА (2C)
• Произведено много НАДН и выделено 6 молекул СО2.

(c) ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ ЦЕПЬ

Это серия ферментов, встроенных в мембрану. Эти ферменты используют мембрана для создания хемиосмотического градиента ионов водорода. Этот градиент ионов водорода называется движущей силой протона , и эта сила поставляет энергию для синтетазы АТФ.

Ферменты цепи переноса электронов представляют собой серию окислительно-восстановительных молекулы-носители электронов и протонные насосы.Эти ферменты используют энергию в электронах от гликолиза и цикла Кребса, чтобы переместить протоны против градиент концентрации для формирования движущей силы протона .

В митохондрии эукариот «прокачиваются» 3 пары протонов. «между внутренней и внешней мембранами митохондрий во время одного выходят из строя транспортную систему электронов, и их повторный вход вызывает образование 3-х молекул АТФ. Однако у прокариот , часто меньше протонов переносится через мембрану за один проход (2 пары в г.coli ), поэтому вырабатывается меньше АТФ (2 в E. coli ). В Однако принцип тот же.

(2) БРОЖЕНИЕ:

• Метаболизм пировиноградной кислоты и использование органической молекулы в качестве конечного электрона. акцептор
• Не требует кислорода
• Регенерация НАД + и НАДФ +
• Вырабатывается очень мало энергии (1-2 АТФ в основном за счет гликолиза)
• Конечные продукты: молочная кислота, CO2, этанол, бутандиол, пропионовая кислота, янтарная кислота, уксусная кислота и др.
• Нет цикла Кребса или цепи переноса электронов
• Обнаружен только в анаэробных и факультативных бактериях

(3) ДЫХАНИЕ

---

Сравнение ферментации и аэробного дыхания.

	Вовлеченные пути	Конечный акцептор электронов	Чистые продукты
Ферментация	гликолиз	Органические молекулы	2 АТФ, CO2, этанол, молочная кислота и др.
Дыхание	гликолиз, цикл Кребса, электронная транспортная цепь	кислород	38 АТФ, CO2, h3O

Сводка по аэробному дыханию:

• Помните, это для одной молекулы глюкозы!
• НАДН будет производить 3 молекулы АТФ
• FADH будет производить 2 молекулы АТФ

	Гликолиз	Цикл Кребса	Электронный транспорт	Общий чистый выпуск
Произведено АТФ	4	2	—	6
АТФ использованный	-2	—	—	-2
НАДН произведено	2	8	—	10
FADH произведено	—	2	—	2
CO2 произведено	—	6	—	6
O2 использованный	—	—	6	6
h3O используется	—	—	6	6
Произведено АТФ	2 ATP	2 ATP	34 ATP	38 ATP

---

Резюме Метаболизма:

• Помните, что мы смотрим только на метаболизм углеводов, но метаболизм жирные кислоты и белки в значительной степени следуют одним и тем же катаболическим путям.
• Мы также не искали никаких анаболических путей, путей, которые используются для сложные молекулы из простых компонентов.

  ---


Лекция 4.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ ПО ПИТАНИЮ:

Энергия — это способность делать работу. Бактериям нужна энергия для подвижность, активный транспорт питательных веществ в клетку и биосинтез компонентов клетки, таких как нуклеотиды, РНК, ДНК, белки, пептидогликан, и Т. Д.Другими словами, энергия требуется для запуска различных химических реакций.

Для получения энергии бактерии ( хемогетеротрофов, ) принимают богатые энергией соединения, такие как глюкоза, попадают в клетку и ферментативно расщепляют их высвободить свою энергию. Следовательно, бактерии нужен способ ловушки . , что высвобожденная энергия, поэтому она не тратится впустую в виде тепла и сохраняет энергию в форме которые могут быть использованы клетками. В основном энергия улавливается и накапливается в виде аденозинтрифосфата или АТФ .Много АТФ нужен для нормального роста. Например, типичная растущая клетка E. coli должна синтезировать примерно 2,5 миллиона молекул АТФ в секунду до поддерживать его энергетические потребности.

1) ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

• свет — фототроф
• окисление-восстановление органических и неорганических соединений — хемотроф
2) ИСТОЧНИК УГЛЕРОДА
• углекислый газ — автотроф (самоподающие)
• органические соединения — гетеротроф
ПРИМЕРЫ:

• Хемогетеротрофы = энергия и углерод из органических молекул
• Хемоавтотрофы = энергия восстановленных неорганических соединений и CO2 как источник углерода.

  ---

Анаболические и катаболические пути — Метаболические пути — Высшая редакция биологии человека

Ферменты контролируют метаболические пути. Ферменты изменяют субстрат на каждом этапе метаболического пути, чтобы в конце получить конечный продукт.

Существуют различные типы метаболических путей:

• анаболические — этот тип пути требует энергии и используется для создания больших молекул из более мелких (биосинтез).
• катаболический — этот тип пути высвобождает энергию и используется для расщепления больших молекул на более мелкие (разложение).

Пример анаболической реакции — синтез гликогена из глюкозы.

Примером катаболической реакции является процесс переваривания пищи, когда различные ферменты расщепляют частицы пищи, чтобы они могли абсорбироваться тонкой кишкой.

Метаболические пути могут быть обратимыми или необратимыми .Почти все пути обратимы.

Если конкретный фермент или субстрат недоступен в пути, то иногда конечный продукт все же может быть получен с использованием альтернативного пути (другой путь метаболизма). Это может занять больше времени, но все же приведет к получению необходимого конечного продукта.

Метаболизм — Центр здорового старения

2 | Упражнения по укреплению мышц

Упражнения для укрепления мышц безопасны для пожилых людей и доказали свою способность поддерживать целостность мышц и костей, а также улучшать баланс, координацию и подвижность.Кроме того, поскольку мышцы очень метаболически активны, наращивание и поддержание здоровой мышечной массы поможет поддерживать ваш метаболизм. Эти упражнения могут даже уменьшить признаки и симптомы распространенных заболеваний обмена веществ, таких как диабет и ожирение. В рекомендациях Министерства здравоохранения и социальных служб рекомендуется выполнять упражнения по укреплению мышц, такие как поднятие тяжестей, упражнения с отягощениями или упражнения с собственным весом (например, отжимания, приседания и т. Д.) Как минимум два дня в неделю.

3 | Придерживайтесь здоровой диеты с низким содержанием обработанных сахаров

Чтобы поддерживать здоровый обмен веществ, вы должны есть разнообразные продукты с высоким содержанием питательных веществ из каждой группы продуктов. Продукты с высоким содержанием питательных веществ — это продукты с высоким соотношением питательных веществ и калорий, например нежирное мясо, овощи и цельнозерновые продукты. Вам следует ограничить переработанные продукты, потому что они могут быть скрытым источником добавления сахара, натрия и «пустых» калорий — калорий, которые несут ограниченную пищевую ценность. Употребление продуктов, богатых клетчаткой, и питье большого количества воды могут особенно улучшить метаболизм, способствуя пищеварению и понижая уровень сахара и холестерина в крови.

4 | Привыкайте к здоровому сну

С возрастом трудно получить хороший ночной сон, и считается, что это отрицательно влияет на важные компоненты метаболизма, такие как уровень глюкозы в крови и чувствительность к инсулину. Причины этого до конца не изучены, но эксперты считают, что виной всему сочетание физиологических, экологических и поведенческих изменений. Исследования показывают, что следующие советы могут способствовать более продолжительному и более спокойному сну:

• Соблюдайте постоянный график сна / бодрствования.
• В спальне должно быть тихо, прохладно и темно.
• Избегайте синего света перед сном (свет, излучаемый экранами телевизоров, ноутбуков, планшетов и т. Д.).
• Избегайте дневного сна, кофеина, никотина и других стимуляторов во второй половине дня.

5 | Think Prevention

Никогда не поздно извлечь выгоду из включения в свою жизнь важных для здоровья привычек. Однако исследования показывают, что если мы начнем раньше, у нас будет гораздо больше шансов поддерживать постоянную здоровую массу тела, что может иметь жизненно важное значение для сохранения метаболической функции, снижения риска многих хронических заболеваний и сохранения функциональной независимости в золотые годы.

Что такое анаболическое состояние? / Фитнес / Бодибилдинг

Во время анаболического состояния ткани человеческого тела получают энергию для роста и поддержания жизнедеятельности. Анаболизм требует энергии для возникновения, в отличие от катаболизма, который на самом деле обеспечивает источник энергии для анаболического состояния.

Понимание анаболизма

Противоположность разрушению, определяемая как наращивание, служит прекрасным объяснением анаболизма.Анаболическое состояние действует как полная противоположность катаболическому состоянию, которое не требует энергии для возникновения.

Через начальный катаболический процесс расщепления более крупных молекул пищи на более мелкие источники энергии организм окисляет эти крошечные химические нити и использует большую часть энергии для продвижения анаболизма.

Представьте себе единственную сферу, входящую в человеческое тело. Процесс пищеварения разбивает этот объект на множество маленьких сфер. Затем мышцы, прошедшие физическую нагрузку или работу, поглощают эти маленькие объекты, превращая их в первоначальную единую сферу.Баланс этих двух процессов позволяет телу поддерживать здоровые и нормальные физические функции.

Стремление к анаболическому состоянию

Чтобы организм перешел в анаболическое состояние, он должен потреблять источник энергии. Продукты или добавки с полезными питательными веществами позволяют мышечной ткани получать указанную энергию. Однако, когда люди не потребляют достаточное количество пищи, происходит более высокий уровень катаболизма. Этот эффект в конечном итоге вредит здоровым мышцам и тканям тела после продолжительного периода времени.

В крайних случаях голодания организм начинает истощать необходимые и здоровые жировые отложения вместе с мышечной тканью, чтобы выжить.

На самом деле, если бы люди могли поддерживать постоянное состояние чистого и здорового анаболизма, у всех была бы вздутая мышечная масса на каждой области тела. Многие профессиональные спортсмены используют анаболические препараты или добавки, которые способствуют усвоению пищевой энергии и белка в мышечной ткани. Некоторые из этих лиц были пойманы, приостановлены или наказаны.

Польза от анаболизма

Анаболическое состояние помогает людям достичь своих целей в фитнесе. Мало того, что анаболизм помогает мышечной ткани расти и поддерживать здоровое состояние, плотность костной ткани также может увеличиваться в результате анаболического процесса.

Чтобы помочь нуждающимся в энергии участкам человеческого тела, правильное питание и физические упражнения по-прежнему имеют большое значение. Тем, кто сталкивается с большей физической активностью, обычно требуется больше энергии, чтобы противодействовать катаболическому состоянию.Некоторые виды упражнений фактически разрушают мышечную ткань и выделяют гормоны, которые в дальнейшем истощают запасы энергии.

Люди, которые намереваются похудеть, набрать мышечную массу или сохранить желаемое телосложение, одинаково выигрывают от употребления богатой питательными веществами пищи до и после физической активности. Это помогает обеспечить организм энергией, которая в конечном итоге достигает мышечной ткани.

Как упоминалось в предыдущем разделе, баланс между анаболизмом и катаболизмом остается крайне важным как для тех, кто занимается регулярными физическими нагрузками, так и для тех, кто не переносит больших физических нагрузок.