I. Метаболизм, катаболизм, анаболизм: понятие и взаимосвязь.
Совокупность химических реакций, в результате которых из сравнительно простых веществ окружающей среды образуется новое клеточное вещество и энергия, а также все другие химические проявления жизни, называется метаболизмом.
В основе обмена веществ лежат два противоположных, взаимоисключающих и одновременно взаимодополняющих друг друга процесса: катаболизм и анаболизм.
Катаболизм
– энергетический
обмен, включающий процессы расщепления
пищевых веществ, которые происходят в
основном за счет реакций окисления, в
результате чего выделяется энергия.
Установлено, что микробная клетка
запасается энергий в форме соединений,
обладающих макроэргичекой связью –
это АТФ, АДФ, и т.д. При гидролизе этой
связи от нуклеотидов отщепляется остаток
фосфорной кислоты и освобождается
энергия, которая может быть использована
в процессе биосинтеза. Катаболизм это
процессы расщепления.
Для микроорганизмов
известны две формы катаболизма:
дыхание – это сложный процесс окисления с участием кислорода. Связано с образованием большого количества энергии, воды и СО2. Различают аэробное дыхание, анаэробное дыхание и близкое к дыханию неполное окисление.
брожение – жизнь без кислорода. Осуществляется неполный распад органических веществ с образованием незначительного количества энергии и продуктов, богатых энергией. Отщепляемый от субстрата водород идет не к кислороду, а к органическим соединениям, которые образуются в ходе самого брожения.
Анаболизм – конструктивный обмен. Он включает процессы синтеза макромолекул клетки из более простых соединений, присутствующих в окружающей среде. Он связан с потреблением энергии, которая вырабатывается в процессе катаболизма.
Катаболизм
и анаболизм протекают в клетке
одновременно. Многие реакции и
промежуточные продукты являются для
них общими.
II. Роль ферментов в процессах метаболизма.
Большую роль в процессах метаболизма играют ферменты. По локализации (расположению) ферменты делятся на экзоферменты и эндоферменты.
Экзоферменты не связаны со структурой цитоплазмы, легко выделяются в среду при жизни клетки, являются индуцибельными, т.е. синтезируются клеткой в ответ на присутствие индуктора (субстрата или его аналога), связаны с внеклеточным питанием (гидролазы).
Эндоферменты прочно связаны со структурами цитоплазмы, действуют только внутри клетки, осуществляют дальнейшее разложение поступающих в клетку веществ– конститутивные,т.е.синтезируются независимо от состава среды (оксидоредуктазы, трансферазы).
III. Катаболические реакции, общие для дыхания и брожения.
Брожение
и дыхание имеют общие стадии химических
превращений, протекающих в анаэробных
условиях и заканчивающихся образованием
пировиноградной кислоты- ПВК (СН3СОСООН).
ЭМП (Эмбдена – Мейергофа – Парнаса), или гликолитический;
КДФГ, или Энтнера – Дудорова;
Пентозофосфатный (ПФ).
Различные микроорганизмы в разной степени используют тот или иной из рассмотренных путей.
ЭМП
глюкоза глюкозо 6 – фосфат фруктозо-6фосфат
СН2ОН АДФ СН2ОН
АТФ СН2ОН
СН2ОР
гексокиназа изомераза
АДФ фруктозо1,6дифосфат
АТФ СН2ОН
3 ФГА (3 фосфоглицеринный альдегид)
СН2ОР
Под действием
альдолазы фруктозо1,6дифосфат расщепляется
на 2 молекулы 3фосфоглицеринового
альдегида.
Дальнейшее превращение ФГА осуществляется за счет переноса водорода и фосфорных остатков через ряд органических кислот с участием специфических дегидрогеназ. Синтезируется две молекулы АТФ. Синтез АТФ, сопряженный с окислением промежуточных метаболитов называется
Энергетический выход = 2 АТФ + 2 ПВК.
Ферменты этого пути обнаружены у дрожжей, в мышцах животных, у бактерий, т.к. они универсальны.
КДФГ
С Н2ОН АДФ СН2ОР НАДФ*Н2
АТФ НАДФ
гексокиназа
Затормозит или разгонит: что произойдет с нашим метаболизмом, если есть по ночам
- Здоровье
Нередко мы можем услышать о том, что обмен веществ можно «разогнать» и существуют в мире люди, которым можно спокойно есть любую пищу, так как они не потолстеют.
8 ноября 2022
- Источник:
- iStockphoto
Мало кто разбирается, как работает метаболизм на самом деле, — у многих знания заканчиваются на «хорошем», который позволяет есть все подряд и не полнеть, и «плохом» — он запасает «жир» даже из листика салата. С научной точки зрения метаболизм — это два взаимно противоположных процесса — катаболизм (расщепление) и анаболизм (синтез). За их счет тело расщепляет сложные соединения пищи, получая из них энергию для клеток и строительный материал. А уже «строительный материал» используется для синтеза сложных соединений, необходимых для жизни, — белков, гормонов, липидных соединений, ферментов и т. д.
Оба процесса должны быть в балансе, это помогает поддерживать нормальный вес и активность, предупреждает болезни. В детстве анаболизм преобладает, в молодом возрасте процессы уравновешены, после 40 лет начинает преобладать катаболизм. «Доктор Питер» разобрал самые спорные утверждения о метаболизме с эндокринологом Елизаветой Дзантиевой.
«У стройных метаболизм выше, чем у полных»
Скорость обменных процессов это обусловленный генетически процесс, есть люди, не склонные к набору веса, но это достаточно редкий случай. Те, кто имеет более высокий вес, должны получать больше энергии, чтобы обеспечить потребности тела, пища у таких людей расщепляется быстрее. Кроме того, дело не в скорости метаболизма, а в уровне поступления и расходования калорий.
Если поступает больше, чем нужно клеткам, полнеть одинаково быстро будут и худощавые, и люди с «широкой костью». Для потери веса нужно сокращать потребление углеводов и жиров, а вот белок требуется в достаточном количестве.
Читайте также
«Если сократить объем пищи — метаболизм тормозится»
Такой феномен реально существует, и именно поэтому терять вес, голодая или сокращая калории до критического минимума, неправильно. Если резко сократить поступление калорий — тело переходит в режим «энергосбережения». Скорость обменных процессов тормозится, чтобы расходовать меньше энергии и жечь меньше калорий.
При этом первыми горят мышечные ткани, но не жиры, поэтому вы слабеете, становитесь раздражительными и вялыми. Голод провоцирует тягу к пище и срывы, после которых масса может стремительно прибывать, если вернуться к прежнему питанию.
«Метаболизм тормозится с возрастом»
С возрастом снижается физическая активность, у женщин после прекращения менструаций резко сокращается суточная энергетическая потребность. Но обмен веществ тормозится при меньшей активности. Если пожилой человек не сидит в четырех стенах, занимается спортом — этого уже достаточно.
Полезна любая активность: домашние дела, прогулки на улице, фитнес, гимнастика. Но в идеале нам нужны те занятия, которые тренируют мышцы. Не обязательно стремиться к фигуре бодибилдера, достаточно просто регулярно нагружать мышцы, чтобы они жгли калории. Эти занятия помогают ускорять метаболизм не только при активности, но и в состоянии покоя.
Читайте также
«Я занимаюсь фитнесом — мне можно»
Опасное заблуждение — после активных тренировок вознаграждать себя печеньем, пирожным или плотным обедом.
Не нужно переоценивать объем калорий, который сжигается при нагрузках. Помним, что нам нужно еще расходовать подкожные запасы, создавая дефицит калорий с пищей. Поэтому одновременно с нагрузками нужно пересмотреть питание, вам важно создать небольшой дефицит калорий.
«Дробное питание подстегнет аппетит»
Подобные утверждения не нашли своего научного объяснения, и нет разницы в том, будете ли вы получать калории с трех плотных, объемных приемов пищи или с 6-7 небольших перекусов. На скорость метаболизма этот факт не влияет. Но есть данные о том, что подобный дробный режим помогает уменьшить чувство голода, которое заставляет нас переедать. Но важно адекватно контролировать качество пищи и ее объем.
Читайте также
«Острые блюда разгонят метаболизм»
Утверждение практически не соответствует реальности. Ускорение метаболизма происходит в пределах 2-3%, что несущественно влияет на похудение. Происходит это за счет повышения температуры и временного усиления кровообращения в тканях.
Чтобы этот метод реально помогал, нужно постоянно есть очень большое количество перца чили, а это опасно для желудка! Поэтому замените острое зеленым чаем — эффекты в отношении метаболизма у них примерно равны, а для пищеварения и всего организма этот напиток гораздо полезнее.
«Если есть на ночь — растолстеешь»
Частота приемов пищи, как и время, когда она употребляется, не влияют на базовый метаболизм. В аналогию можно привести автомобиль — расход топлива при спокойной езде не зависит от того, заправляете вы его по 10 литров каждый день или заливаете полный бак раз в неделю. На набор веса влияет то, что вы едите (пирожные, бутерброды или листья салата и яблоки) и в каком количестве (2-3 ложки йогурта или тарелка жирного гуляша с хлебом).
Поэтому, если на ночь вы перекусили салатом из овощей или несладким йогуртом и суточная калорийность пищи не превышена, вы не наберете вес из-за ночных походов на кухню.
Автор текста:Алена Парецкая
МЕТАБОЛИЗМ
МЕТАБОЛИЗММетаболизм
Метаболизм — это слово, которое мы используем для управления материальными и энергетическими ресурсами.
Энергия может быть получена путем разрушения сложных молекул (катаболизм) или энергия может быть использована для создания сложных молекул (анаболизм). Анаболические и катаболические процессы часто сочетаются таким образом, что энергия, полученная в результате анаболизма, может быть использована для катаболизма.
Несколько слов об энергии:
Энергия может передаваться. Его нельзя создать. Передача энергии всегда неэффективна — часть энергии всегда теряется в виде тепла. Свободная энергия – это энергия, доступная для выполнения работы. Различают два типа химических реакций. Экзергонические реакции протекают с чистым высвобождением свободной энергии. Эндергонические реакции поглощают свободную энергию.
Я знаю, что говорил вам, что вы не будете нести ответственность за термины экзергонический и эндергонический, но вам все равно будет полезно их знать, чтобы вы могли прочитать остальную часть этих заметок.
Другой способ представить себе эти реакции — рассмотреть относительную потенциальную энергию продуктов и реагентов (5.
3, стр. 74). Эндергонические реакции требуют затрат энергии для превращения простых низкоэнергетических реагентов в сложные высокоэнергетические продукты. Экзергонические реакции высвобождают энергию, связанную с реагентами, и дают более простые продукты с низким содержанием энергии. Ключевой стратегией управления эндергоническими реакциями является соединение их с экзергоническими реакциями посредством энергетического челнока, называемого АТФ.
Для чего нам нужна эта энергия? Клетка выполняет три вида работы:
1. Механические работы. Примеры: биение ресничек, мышечные сокращения, внутриклеточное движение.
2. Транспортные работы. Примеры: Перекачивание веществ через градиенты.
3. Химические работы. Примеры: синтез полимеров из мономеров.
Непосредственным источником энергии для этой работы, так называемого энергетического челнока, является АТФ, аденозинтрифосфат.
АТП
АТФ представляет собой нуклеозидтрифосфат, состоящий из аденина, связанного с рибозой, которая связана с тремя фосфатными группами (5.
Когда фосфатная группа отрывается от хвоста молекулы АТФ (путем гидролиза), молекула превращается в АДФ (аденозиндифосфат). Этот гидролиз является экзергонической реакцией и дает энергию. Связи, удерживающие фосфат на АТФ, слабые. Они известны как высокоэнергетические связи, но не потому, что они прочные (если бы они были прочными, потребовалось бы много энергии, чтобы их разорвать. Думайте об АТФ как о подпружиненной молекуле с последним фосфатом, только что застрявшим на конце).
Когда фосфат удаляется из АТФ, он присоединяется к молекуле, которая является частью эндергонической реакции, в управлении которой мы заинтересованы. Теперь эта молекула нестабильна (т.е. более реактивна), поэтому некоторая энергия стала доступной для эндергонической реакции. Та молекула, к которой добавлена фосфатная группа, называется фосфорилированным промежуточным соединением.
АТФ регенерируется посредством клеточного дыхания, при котором энергия глюкозы используется для фосфорилирования АДФ с образованием АТФ.
Клеточное дыхание
Жизнь — это работа. Клетки всегда выполняют работу, строя молекулы, перекачивая ионы, двигаясь и т. д. Для выполнения этой работы клеткам нужна энергия из внешних источников. Энергия поступает в (большинство) экосистем в виде солнечной энергии, затем растения превращают ее в химическую энергию. Все остальные организмы получают энергию из пищи, которая восходит к этим растениям.
Клетки высвобождают энергию, содержащуюся в пище, путем систематического разложения пищевых молекул на простые низкоэнергетические отходы. Часть химической энергии используется для совершения работы, часть теряется в виде тепла. Пути распада называются катаболическими путями. Одним из таких катаболических путей является ферментация (без доступа кислорода). Более распространенный и более эффективный путь называется клеточным дыханием. Кислород соединяется с органическими молекулами для высвобождения энергии.
Органические соединения + Кислород
СО2 + Вода + ЭнергияВсе типы макромолекул можно расщепить и использовать в качестве топлива. Обычно мы изучаем деградацию глюкозы:
C 6 H 12 O 6 +6 O 2
6 CO 2 + 6 H 2 O + Энергия (АТФ + Тепло)Мы склонны потреблять белки, углеводы и жиры в рамках нашего рациона. Если мы используем эти типы молекул из-за их содержания энергии (в отличие от их использования из-за их
запасных частей для создания новых молекул), молекулы разбиваются на промежуточные молекулы, которые вступают в дыхательный путь глюкозы где-то вдоль линии. Клеточное дыхание не приводит к непосредственному перемещению жгутиков, перекачиванию растворенных веществ или выполнению какой-либо клеточной работы. Клеточное дыхание генерирует АТФ, который, в свою очередь, расходуется клеткой для выполнения работы. Помните, что АТФ похожа на нагруженную пружину. Фосфаты присоединяются к концу АДФ, образуя АТФ.
Этот процесс называется фосфорилированием.
Существует три стадии дыхания: гликолиз, цикл Кребса и система переноса электронов. Вы должны прочитать модули 6.1 и 6.2 в своем учебнике. Они почти полностью охватывают то, что я говорил в классе о клеточном дыхании. Обратите внимание, что хотя мы и считаем клеточное дыхание эффективным способом преобразования энергии глюкозы в АТФ (пригодную для использования форму), мы все же не
=т получить все это. (Куда уходит остальная энергия?)6.3 говорит о том, сколько энергии мы используем для различных видов деятельности. Это может вас заинтересовать. Обратите внимание, что они используют термин
AK-cal@ или Akilocalorie@. Это эквивалент того, что мы называем калорией в повседневном языке.Ферменты
Ферменты являются катализаторами. Катализаторы – это химические вещества, которые изменяют скорость реакции, не поглощаясь самой реакцией. Именно они регулируют различные реакции метаболизма.
Несмотря на то, что многие реакции являются экзергоническими, для их запуска все же требуется некоторое количество энергии.
Этот дополнительный импульс называется энергией активации. Функция ферментов заключается в снижении энергии активации, необходимой для запуска реакций. Они не влияют на чистое изменение энергии уравнения. (5.5a&b, стр. 76)
Реагент, на котором работает фермент, называется его субстратом. Ферменты очень специфичны к субстрату. Обычно это белки. Напомним, что белки имеют определенную форму. Существует область фермента, называемая активным центром, к которой подходят молекулы субстрата. Катализатор (фермент) может сделать ряд вещей, чтобы облегчить реакцию. Он может скручивать молекулы, способствуя разрыву связи, он может служить шаблоном для приведения молекул субстрата в правильное положение, он может создавать «микроокружение», способствующее продвижению реакции (например, рН). (5.6, стр. 77)
На действие ферментов влияет многое. Большинство ферментов функционируют в определенном оптимальном диапазоне температуры и рН. Многие ферменты нуждаются в помощи кофакторов. Ингибиторы ферментов могут мешать действию фермента, связываясь (постоянно или временно) с сайтом на ферменте.
Ингибитор может прикрепляться к активному центру, блокируя субстраты (называемый конкурентным ингибитором), или он может присоединяться к другому месту, вызывая изменение формы (и, следовательно, функции) фермента (неконкурентный ингибитор) (5.8, стр. 78). Производство ферментов, кофакторов, ингибиторов и т. д. является средством, с помощью которого организм контролирует обмен веществ.
Метаболизм клеток | Клеточная биология
Клеточный метаболизм — это набор химических реакций, происходящих в живых организмах для поддержания жизни. Клеточный метаболизм включает сложные последовательности контролируемых биохимических реакций, более известных как метаболические пути. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, поддерживать свою структуру и реагировать на изменения окружающей среды.
Чтобы ознакомиться с комплексными решениями Bio-Techne для метаболизма липидов, гомеостаза глюкозы и энергетического баланса, посетите нашу страницу метаболизма на сайте bio-techne.
com
Целевые файлы клеточного метаболизма
- Амилоидные бета-пептиды
- Аутофагия
- Метаболизм углеводов
- Цитохром P450
- Синтез ДНК, РНК и белков 90 092
- Реакция на стресс/несвернутый белок ER
- Гликобиологические зонды Новые
- Метаболизм липидов
- Окислительное фосфорилирование
- Прионовый белок
- Убиквитин/протеасомная система
Родственные мишени
- Митохондриальный кальций Uniporter
- Нейронный метаболизм
Регулирование
Химические реакции метаболизма организованы в метаболические пути, в которых одно химическое вещество превращается в другое с помощью последовательности ферментов. Ферменты имеют решающее значение для метаболизма и позволяют тонко регулировать метаболические пути для поддержания постоянного набора условий в ответ на изменения в окружающей среде клетки, процесс, известный как гомеостаз.
Класс
Метаболизм клеток состоит из двух отдельных частей: анаболизма и катаболизма. Анаболизм — это конструктивный метаболический процесс, в котором клетка использует энергию для создания молекул, таких как ферменты и нуклеиновые кислоты, и выполнения других жизненно важных функций. Анаболизм включает три основных этапа: во-первых, производство предшественников, таких как аминокислоты, моносахариды, изопреноиды и нуклеотиды; во-вторых, их активация в реактивные формы; и в-третьих, сборка этих предшественников в сложные молекулы.
Катаболизм — это метаболический процесс, при котором клетка расщепляет сложные молекулы. Целью катаболических реакций является обеспечение энергией и компонентами, необходимыми для анаболических реакций. Катаболические реакции обычно экзотермические и в зависимости от субстрата подразделяются на катаболизм углеводов, жиров и белков.
Литература по клеточному метаболизму
Tocris предлагает следующую научную литературу по клеточному метаболизму для демонстрации нашей продукции.
