Понятие об анаболизме и катаболизме: 67. Понятие об обмене веществ и энергии. Анаболические и катаболические процессы, их взаимосвязь. Виды обмена. Патологии обменных процессов.

Содержание

Анаболизм

Анаболизм, или ассимиляция (от лат. азвшй ш — уподобление), представляет собой эндотермический процесс уподобления поступающих в клетку веществ веществам самой клетки. Она является «созидательным» метаболизмом.[ …]

Анаболизм (пластический обмен, ассимиляция) — понятие, противоположное катаболизму: совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых (образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтеза). Для протекания анаболических реакций требуются затраты энергии.[ …]

АНАБОЛИЗМ [от гр. anabole — подъем] — совокупность реакций обмена веществ в организме (метаболизма), соответствующих ассимиляции и направленных на образование органических веществ [70].[ …]

Ассимиляция (синоним — анаболизм) усвоение организмом поступающих из окружающей среды веществ в процессе роста и развития, их уподобление веществам организма.[ …]

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.[ …]

Основными метаболическими процессами являются анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).[ …]

КАТАБОЛИЗМ — составляющая метаболизма, противоположная анаболизму, процесс распада питательных веществ в организме, а также запасенных им веществ (например, гликогена печени), из которых образуется необходимая организму энергия.[ …]

Таким образом, клетка является изотермической системой. Между ассимиляцией (анаболизмом) и диссимиляцией (катаболизмом) существует диалектическое единство, проявляющееся в их непрерывности и взаимности. Например, непрерывно проходящие в клетке превращения углеводов, жиров и белков являются взаимными. Потенциальная энергия поглощаемых клетками углеводов, жиров и белков превращается в кинетическую энергию и тепло по мере превращения этих соединений. Замечательной особенностью клеток является то, что они содержат ферменты. Будучи катализаторами, они ускоряют протекание реакций, синтеза и распада в миллионы раз, при этом в отличие от органических реакций осуществляемых с использованием искусственных катализаторов (в лабораторных условиях), ферментативные реакции в клетках осуществляются без образования побочных продуктов.[ …]

Важнейшим моментом ассимиляции является синтез белков и нуклеиновых кислот. Частным случаем анаболизма является фотосинтез, который представляет собой биологический процесс, при котором органическое вещество синтезируется из воды, двуокиси углерода и неорганических солей под влиянием лучистой энергии Солнца. Фотосинтез в зеленых растениях является автотрофным типом обмена.[ …]

В живой микробиальной клетке непрерывно и одновременно протекают два процесса — распад молекул (катаболизм) и их синтез (анаболизм), составляющие в целом процесс обмена веществ — метаболизм. Иными словами, процессы деструкции потребляемых микроорганизмами органических соединений неразрывно связаны с процессами биосинтеза новых микробиальных клеток, различных промежуточных или конечных продуктов, на проведение которых расходуется энергия, получаемая микробиальной клеткой в результате потребления питательных веществ. Источником питания для гетеротрофных микроорганизмов являются углеводы, жиры, белки, спирты и т.д., которые могут расщепляться ими либо в аэробных, либо в анаэробных условиях. Значительная часть продуктов микробной трансформации может выделяться клеткой в окружающую среду или накапливаться в ней. Некоторые промежуточные продукты служат питательным резервом, который клетка использует после истощения основного питания.[ …]

Метаболизм обмен веществ и энергии в организме, биологической системе; объединение биосинтеза органических веществ (ассимиляции, анаболизма) и процессов их деструкции (диссимиляции, катаболизма).[ …]

Совокупность в живом организме всех химических превращений, обеспечивающих его жизнедеятельность, называется обменом веществ, или метаболизмом. Процессы метаболизма разделяются на 2 группы: анаболизм, или ассимиляция и катаболизм, или диссимиляция. Первая группа включает процессы биосинтеза органических веществ. Анаболизм обеспечивает рост, развитие организма, обновление его структур и накопление энергии. Катаболизм — это процессы расщепления сложных молекул до простых веществ. В детском возрасте преобладают процессы ассимиляции, в пожилом превалируют процессы диссимиляции.[ …]

Метаболизм — совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.[ …]

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ — последовательное превращение, использование, накопление и потери вещества и энергии в живых организмах в процессе жизни, позволяющее им сохраняться, развиваться и самовоспроизводиться. О. в. состоит из процессов ассимиляции и дисимиляции (см. анаболизм, катаболизм, метаболизм).[ …]

Метаболизм есть совокупность катализируемых ферментами процессов, заключающихся, в основном, в обеспечении клеток энергией, получаемой преобразованием энергии солнечного света или расщеплением пищи, поступающей в организм, переводе молекул пищи в блоки, используемые затем для образования макромолекул, сборке биологических макромолекул, а также в синтезе (анаболизме) и распаде (катаболизме) биологических макромолекул, выполняющих специфические функции тех или иных клеток.[ …]

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, аккумулируется 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.[ …]

МЕТАБОЛИЗМ (обмен веществ) — в узком смысле слова промежуточный обмен, охватывающий всю совокупность реакций, главным образом ферментативных, протекающих в клетках и обеспечивающих как расщепление сложных соединений, так и их синтез и взаимопревращение. Определенная последовательность ферментативных превращений какого-либо вещества в клетке называется метаболическим путем, а образующиеся промежуточные продукты — метаболитами (см. анаболизм, катаболизм).[ …]

КАРТЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ — уменьшенные обобщенные изображения земной поверхности, содержащие определенные данные о воздействии на окружающую среду, состоянии окружающей среды и последствиях изменения её состояния. См. Картографирование экологическое. КАРЬЕР [фр. carrière от позднелат. qtiararia — каменоломня] — совокупность выемок в земной коре, образованных при добыче полезных ископаемых открытым способом. КАТАБОЛИЗМ [от гр. katabolë — сбрасывание вниз] — совокупность реакций обмена веществ в организме (метаболизма), соответствующих диссимиляции и заключающихся в распаде сложных органических веществ.[ …]

Питание как экологический фактор. Питанием называется процесс потребления энергии и вещества. Известны два способа питания: голофитный — без захвата пищи (посредством всасывания растворенных пищевых веществ через поверхностные структуры организма) и голозойный — посредством захвата частиц пищи внутрь тела. Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма. Метаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов, включающих разнообразные химические превращения веществ в организме. Реакции синтеза сложных веществ, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма, или ассимиляции.[ …]

Термины «соокисление», «кометаболизм» и «случайное окисление» используются для описания окисления и деградации неростовых субстратов микроорганизмами и являются по существу синонимами. Соокисление было описано Форстером [151] как механизм, с помощью которого активно растущие микроорганизмы окисляют химическое соединение, но не потребляют выделяющиеся при этом углерод и энергию. Впоследствии оба определения были подвергнуты критике на том основании, что они описывали метаболические явления, включенные в существующие понятия метаболизма, анаболизма и катаболизма. В настоящее время кометаболизм определяют как трансформацию соединения, которое неспособно поддерживать размножение клеток, обязательно в присутствии другого трансформируемого субстрата.[ …]

Другой постулат рассматриваемой гипотезы — это то, что способность к синтезу белка остается относительно неизменной во время старения листа. Удобным методом измерения скорости синтеза белка является определение скорости включения радиоактивных аминокислот, таких, как 14С-лейцин, в белок. Аналогичным образом можно определить скорость синтеза РНК по скорости включения предшественника РНК, такого, как ;14С-аденип. Данные, полученные с помощью этих методов, показали, что способность листьев табака включать 14С-лейцин и иС-адешш в процессе старения снижается, хотя довольно желтые листья сохраняют некоторую способность синтезировать определенные ферменты, такие, как пероксидазу и рибонуклеа-зу (вызывающие расщепление РНК). Однако это свидетельствует о том, что снижение способности к синтезу белка в большей •степени является результатом, чем причиной старения. Тем не менее представляется очевидным, что метаболизм белка в стареющих, связанных с растением листьях может рассматриваться как несбалансированная реакция круговорота, где процессы катаболизма преобладают над процессами анаболизма.[ …]

3. Понятие о метаболизме. Анаболизм и катаболизм. Общий план метаболизма. Основной обмен

Живые организмы находятся в постоянной связи с окружающей средой. Эта связь осуществляется в процессе обмена веществ (пластический обмен) и энергии (энергетический обмен). Обмен веществ включает три этапа: поступление веществ в организм (дыхание и питание), метаболизм (катаболизм и анаболизм) и выделение конечных продуктов из организма. Внутриклеточный

метаболизм (превращения химических веществ в организме) включает два типа реакций: катаболизм и анаболизм:

– Катаболизм – процесс расщепления органических молекул до конечных продуктов. Конечные продукты превращений органических веществ – СО2, Н2О и мочевина. В процессы катаболизма включаются вещества, образующиеся как при пищеварении, так и при распаде структурно-функциональных компонентов клеток. Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии.

– Анаболизм объединяет биосинтетические процессы, когда строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы. В анаболических реакциях используется энергия, освобождающаяся при катаболизме.

Общий план метаболизма. Короткие цепочки фрагментов углеводов, аминокислот и продуктов жирового катаболизма расщепляются до атомов водорода и CO2. Атомы водорода, окисляясь, образуют воду. Большая часть энергии, выделяемая при катаболизме, идёт на образование связей между фосфорной кислотой и некоторыми органическими веществами. При гидролизе этих связей выделяется много энергии (10–12 ккал/ моль). Соединения с такими связями называются высокоэнергетическими (макроэргическими). Наиболее важным высокоэнергетическим фосфатом является АТФ.

Для превращения в АТФ энергии, которая освобождается при распаде молекул «топлива», клетка использует 3 различных, но взаимосвязанных пути. Это гликолиз, окисление в цикле Кребса и окислительное фосфорилирование.

Гликолиз – ферментативный анаэробный процесс метаболизма углеводов (главным образом, глюкозы) до молочной кислоты. Обеспечивает клетку энергией в условиях недостаточного снабжения кислородом, а в аэробных условиях является стадией, предшествующей дыханию. При гликолизе 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы молочной кислоты и 2 молекулы АТФ. Окисление – соединение вещества с O2, потеря водорода или потеря электронов. Биологическое окисление катализируют ферменты, локализованные в матриксе митохондрий. Окисление происходит в цикле Кребса, он же цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты. Молекулой, входящей в цикл Кребса, является ацетилкоэнзим А (который образуется при метаболизме как углеводов, так и липидов и аминокислот). Основная функция окисления субстрата в цикле Кребса – обеспечение реакций окислительного фосфорилирования атомами водорода (Н+). Окислительное фосфорилирование основано на следующих принципах: источником энергии, идущей на присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ (фосфорилирование АДФ, в результате которого образуется АТФ), является соединение атомов водорода с молекулой кислорода, вследствие чего образуется вода (эти реакции – основной потребитель O2 в клетке). Ферменты, осуществляющие процессы окислительного фосфорилирования, встроены во внутреннюю мембрану митохондрий.

Основной обмен. Интенсивность окислительных процессов и превращение энергии зависят от индивидуальных особенностей организма (пол, возраст, масса тела и рост, условия и характер питания, мышечная работа, состояние эндокринных желез, нервной системы и внутренних органов), а также от условий внешней среды (температура, давление, влажность воздуха и т. д.). Для определения присущего данному организму уровня окислительных процессов и энергетических затрат проводят исследование в определенных стандартных условиях, исключающих влияние факторов, которые существенно сказываются на интенсивности энергетических затрат (мышечная работа, прием пищи, влияние окружающей среды). Энерготраты организма в таких стандартных условиях получили название основного обмена. Энерготраты в условиях основного обмена связаны с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем – дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени. Величина основного обмена для мужчины среднего возраста (примерно 35 лет), среднего роста (примерно 165 см) и со средней массой тела (примерно 70 кг) составляет 1 ккал на 1 кг массы тела в час, или 1700 ккал в сутки. У женщин он примерно на 10 % ниже.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Диета и Метаболизм- катаболизм и анаболизм в…

Привет, Вы узнаете про метаболизм в организме, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое метаболизм в организме, метаболизм, катаболизм, анаболизм,аэробные упражнения,анаэробные тренировки ,фартлек, аэробика,белки,жиры,углеводы,индекс массы тела,гликемический индекс , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Физиология человека, гигиена и возрастная физиология

План

1 Понятие Диета

2 Понятие метаболизм а и другие основные понятия

3 Калория как оценка количества энергии учавствующей в метаболизме

  • 3.1 Суточная норма потребления калорий для мужчин
  • 3.2 Суточная норма потребления калорий для женщин
  • 3.3 Таблица калорийности продуктов
  • 3.5 Горячая пища и напитки
  • 3.6 Холодная пища и напитки
  • 3.7 Расход калорий органами и на различную активность

4 Обмен веществ

  • 4.1 Процессы пищеварения
  • 4.2 Пластический и энергетический обмен
  • 4.3 МЕТАБОЛИЗМ как единство анаболизм а и катаболизм а

5 Взаимодействия гормонов участвующих в процессах пластического и энергетического обмена (катаболизма и анаболизма) , Регуляция обмена веществ, нарушение обмена веществ

  • 5.1 Регуляция обмена веществ
  • 5.2 Заболевания, связанные с нарушением обмена веществ, понятие индекс массы тела

6 Факторы влияющие на скорость метаболизма

  • 6.1 Как ускорить обмен веществ при жиросжигании?
  • 6.2 Правила питания для ускорения обмена веществ

7 Пищеварение и усвоение

  • 7.1 Обмен веществ (метаболизм) и превращение энергии в организме
  • 7.2 Обмен органических соединений (белков, жиров и углеводов)

8 Составляющие пищевых продуктов и их метаболизм

  • 8.1 белки , Классификация белков, назначение, Белковый обмен
  • 8.2 углеводы , их классификация Функции и Углеводный обмен
  • 8.3 Понятие о Гликемическом индексе
  • 8.4 жиры , их классификация ,Функции , Обмен жиров
  • 8.5 Взаимное превращение макронутриентов
  • 8.6 Промежуточный метаболизм

9 Значение физической активности, Сопоставление аэробной и анаэробной тренировок

  • 9.1 Типы физических упражнений
  • 9.2Тест на общую физическую подготовку (ОФП-тест)
  • 9.3 фартлек и аэробика

Выводы

1 Понятие Диета

Слово «диета», означавшее в Древней Греции «образ жизни, режим питания», после многократной трансформации от изначального dio, dies (день) сегодня трактуется как «рацион и режим питания, назначаемые больному».

Сейчас наука о питании включает диетологию, которая изучает питание здорового и больного человека, разрабатывает основы рационального питания и методы его организации и диетотерапию (лечебное питание), т.е. метод лечения заключается в применение определенной диеты.

Таким образом, считают сегодня диету не только одним из эффективных средств комплексного лечения многих недугов, но и средством, способствующим их профилактике. Впрочем, в прошлом — как в далеком, так и не столь от нас отдаленном — наиболее яркие умы эмпирически приходили к этому. Так в конце XVIII века основоположник немецкого идеализма Иммануил Кант в работе «Спор факультетов» писал, в частности, что диететика — это искусство предотвращать болезни.

2 Понятие Метаболизма и других важных понятий

Метаболизм — это процесс обмена веществ в организме человека, скорость этого обмена зависит от множества факторов, таких как общая масса тела, размер жировой ткани, а также от индивидуального здоровья конкретного человека. Ускорение метаболизма может помочь быстрее сбросить вес. Ниже приведены несколько советов по его ускорению .Метаболизм, или обмен веществ, – это совокупность биохимических процессов и процессов жизнедеятельности клетки. Обеспечивает существование живых организмов. Различают процессы ассимиляции (анаболизма) и диссимиляции (катаболизма). Эти процессы являются разными сторонами единого процесса обмена веществ и превращения энергии в живых организмах.

С научной стороны, метаболизм – биохимический процесс организма, в ходе которого калории из еды превращаются в энергию, необходимую для поддержания жизни. Обмен веществ берет свое начало с переваривания и физической активности, а заканчивается дыханием в ночное время, когда тело полностью расслаблено, а организм продолжает насыщать кислородом внутренние органы.

Метаболизм нельзя ускорить, употребляя в пищу определенные продукты питания. Кроме того, при увеличении скорости обмена веществ повышается аппетит, а этого худеющие точно не хотят. Существуют химичские медицинские вещества которые могут изменить метабализм однако они могут вызывать развитие раковых заболеваний. Поэтому лучше использовать классические приемы воздействия на метаболизм.

Ассимиляция – это процессы, связанные с поглощением, усвоением и накоплением химических веществ, которые используются для синтеза необходимых для организма соединений.

Пластический обмен – это совокупность реакций синтеза, которые обеспечивают возобновление химического состава, рост клеток.

Диссимиляция – это процессы, которые связаны с распадом веществ.

Энергетический обмен – это совокупность реакций расщепления сложных соединений с выделением энергии. Организмы из окружающей среды в процессе жизнедеятельности в определенных формах поглощают энергию. Потом они возвращают в другой форме ее эквивалентное количество.

Не всегда процессы ассимиляции уравновешены с процессами диссимиляции. Накопление веществ и рост в развивающихся организмах обеспечиваются процессами ассимиляции, поэтому они преобладают. Процессы диссимиляции преобладают при недостатке питательных веществ, интенсивной физической работе, старении.

Процессы ассимиляции и диссимиляции тесно связаны с типами питания организмов. Основным источником энергии для живых организмов Земли является солнечный свет. Он опосредованно или непосредственно удовлетворяет их энергетические потребности.

Автотрофы (от греч. аутос – сам и трофе – пища, питание) – это организмы, способные синтезировать органические соединения из неорганических с использованием определенного вида энергии. Различают фототрофы и хемотрофы.

Фототрофы (от греч. фотос – свет) – организмы, которые для процессов синтеза органических соединений из неорганических используют энергию света. К ним принадлежат некоторые прокариоты (фотосинтезирующие серобактерии и цианобактерии) и зеленые растения.

Хемотрофы (от греч. хемиа – химия) для синтеза органических соединений из неорганических используют энергию химических реакций. К ним относятся некоторые прокариоты (железобактерии, серобактерии, азотфиксирующие и т. п.). Автотрофные процессы относятся больше к процессам ассимиляции.

Гетеротрофы (от греч. гетерос – другой) – это организмы, которые синтезируют собственные органические соединения из готовых органических соединений, синтезированных другими организмами. К ним принадлежат большинство прокариот, грибы, животные. Для них источником энергии являются органические вещества, которые они получают с пищей: живые организмы, их остатки или продукты жизнедеятельности. Основные процессы гетеротрофных организмов – распад веществ – основаны на процессах диссимиляции.

3 Калория как оценка количества энергии учавствующей в метаболизме

Для того чтобы колилчествено оценивать количество энергии учавствующей в метаболизме используют единицу энергии — калория.

Калория — внесистемная единица количества теплоты. Одна калория обозначает количество энергии, необходимое, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус Цельсия. 1 кал = 4,1868 Дж . Калория применяется при оценках энергетической ценности («калорийности») пищевых продуктов. Обычно энергетическая ценность указывается в килокалориях (ккал). 1000 калорий (кал) равны одной килокалории (ккал).

3.1 Таблица калорийности продуктов

Все макронутриенты вырабатывают тепло в процессе метаболизма, измеряемое в калориях. В одном грамме углеводов и белков — 4 ккал, жиров — 9 ккал.
Энергетический баланс — это разница между количеством калорий (ккал), которые мы потребляем и которые тратим. Если мы потребляем больше калорий, чем тратим, мы набираем вес. Если тратим больше, чем потребляем, — теряем.

3.2 Суточная норма калорий для мужчин
19-30 ЛЕТ 31-50 ЛЕТ СТАРШЕ 50 ЛЕТ
Преимущественно сидячий образ жизни 2300-2500 ккал 2100-2300 ккал менее 2000 ккал
Умеренно активный образ жизни 2700 ккал 2500 ккал 2300 ккал
Спортсмены и активные люди 3000 ккал 2900 ккал 2600 ккал

3.3 Суточная норма калорий для женщин
19-25 ЛЕТ 26-50 ЛЕТ СТАРШЕ 50 ЛЕТ
Преимущественно сидячий образ жизни 1900-2100 ккал 1700-1900 ккал 1500-1700 ккал
Умеренно активный образ жизни 2100-2300 ккал 2000-2100 ккал 1700-1900 ккал
Спортсмены и активные люди 2300-2500 ккал 2100-2300 ккал 1900-2000 ккал

3.4 Формулы расчета днеано нормы калорий DCI

также существуют формулы для расчета дневной нормы калорий

Табл .суточная потребность в белках, жирах и углеводах и калориях работоспособных мужчин и женщин

Давайте представим себе человека, который весит 70 кг при росте 1,70 м и не очень активен. В повседневной жизни этот человек потребляет в сутки 2400 ккалорий. Давайте рассмотрим подробнее, каким образом и в каких областях он тратит эти калории:

• 300 ккалорий в день уходит на обеспечение функционирования таких органов, как сердце, мозг, печень, почки и т. д. Эти расходы очень низкие и показывают, насколько хорошо наш организм приспособлен к жизни. Так что не в этой области следует заставлять тело потреблять больше;

• 200 ккалорий в день уходит на переваривание пищи. Примерно 10% всех сжигаемых калорий за день — это работа организма по перевариванию пищи.Т.к. для переваривания пищи тоже необходимы калории то существуют т.н продукты с отрицательной калорийностью.

• 700 ккалорий в сутки служат для поддержания физической активности нашего организма. Речь идет о расходах, которые легко можно увеличить, и мы увидим, что в теории возможно активно сжигать калории с помощью физических упражнений. Но на практике чрезвычайно трудно заставить тучных людей заниматься спортом;

• 1400 ккалорий в сутки — более половины общих расходов — идет на поддержание температуры (терморегуляции) тела около 37 °C — температуры, необходимой для нашего выживания. Именно в этой области мы можем и даже обязаны увеличить расходы калорий. Так же частично для поддержания тепла учавствуеи и тепло полученное при канабалозме (окислении) вществ.

Назначение системы терморегуляции — поддержание постоянного значения температуры тела, то есть при гипотермии (снижении температуры тела относительно нормальной) повышать теплообразование и снижать теплопотери, а при гипертермии (повышении температуры тела относительно нормальной), напротив, усиливать теплообмен с окружающей средой и снижать теплообразование.

Этот процесс представляет собой один из аспектов гомеостаза — динамически изменяющегося состояния равновесия между внутренней средой организма животного и его внешним окружением

РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ ПРОИСХОДЯТ С ВЫДЕЛЕНИЕМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ: энергия расходуется на обогрев тела и выполнение внешней работы.

Организм человека в состоянии покоя вырабатывает от 70 до 80 Вт, а во время работы средней тяжести — от 130 до 150 Вт. Возьмем за условие, что человек работает 8 часов в сутки, а 16 часов отдыхает. Значения мощности примем средние: 140 и 75 Вт, в условиях труда и покоя соответственно.

ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА ВЫРАБАТЫВАЕТ:

В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ от 70 до 80 Вт 99 ккал в час
СОВЕРШАЯ РАБОТУ СРЕДНЕЙ ТЯЖЕСТИ от 130 до 150 Вт 112 ккал в час
ВО ВРЕМЯ ТРУДНОЙ РАБОТЫ от 250 до 290 Вт 230 ккал в час
ПРИ ОЧЕНЬ ТЯЖЕЛОЙ РАБОТЕ от 500 до 650 Вт 488 ккал в час
Вт = Дж / сек — тепловая мощность. 1 кал
1 кал/с = 4,19 Вт
1 ккал/час = 1,163 Вт

ВСЯ ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ, ВЫДЕЛИВШАЯСЯ В КЛЕТКАХ ЧЕЛОВЕКА, ОТВОДИТСЯ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ:

• кожными покровами: конвекцией, кондукцией, излучением, жидким потом, выделениями сальных желез, испарением жидких фракций пота и сальных желез,

газовыми выделениями кожи …

• фекалиями: теплоемкостью, газовыми выделениями

• уриной: теплоемкостью

• слюной: теплоемкостью

• выдыхаемым воздухом: разностью теплосодержания вдыхаемогои выдыхаемого воздуха

• парами воды в выдыхаемом воздухе: теплотой парообразования

• работой над внешней средой.

Постоянная температура человека обеспечивается процессами выработки тепла вследствие химических процессов и терморегуляции.

(добавим на рисунок, что в сумме- постоянно идет излучение энергии- около 80-100 вт, от всех пищеварительных процессов- это около 100 ккал в час или около 2000 ккал , поверх этого выделяется тепло в процессе терморегуляции)

Так же если употреблять охлажденную пищу или находиться в прохладно среде , то будут расходыаться дополнительные калории:

• питье 2 литров холодной воды (4 °C) растрачивает 66 ккалорий;(1 кал * (37-4) *2000 = 66000 калорий = 66 ккал )
• рассасывание 6 кубиков подслащенного льда — еще минус 20 ккалорий;
• принятие душа с температурой воды 25 °C в течение 2 минут — минус 100 ккалорий;
• снижение комнатной температуры на 3 °C — минус 100 ккалорий;
• отказ от теплого нижнего белья, свитера или одеяла — минус 100 ккалорий.

Однако, будьте осторожны чтобы не заболеть ОРВИ или другим просдуными заболеваниями .

3.5 Горячая пища и напитки

Супы, пельмени, каши, чаи – все это по традиции должно подаваться на стол «с пылу, с жару». Горячая пища быстрее утоляет голод и надолго дает организму чувство насыщения. Но существуют и опасности, связанные с употреблением чрезмерно горячей пищи – от ожога слизистой рта и пищевода до развития заболеваний желудка, таких как язва и даже рак. Особенно опасны горячие продукты с содержанием жира или масла – они значительно повышают вероятность ожогов.Употребление горячих блюд также может привести к инфекциям, которые образуются в полости рта на местах раздражений и ожогов.

3.6 Холодная пища и напитки

Известно, что употребление в пищу холодных продуктов увеличивает расход энергии тела на их переваривание – организму нужно сначала потратить ресурсы и «нагреть» пищу до нужной температуры и только потом приступить к ее «обработке». Этот принцип был взят за основу для ряда диет, очень популярных в 80-е годы. Стоит знать, что помимо затрудненного переваривания, развития болезней желудка и кишечника, частое употребление холодных продуктов может привести к тонзиллиту различной степени тяжести и даже гнойного характера.

Не ешьте холодной пищу, которая была приготовлена ранее при высокой температуре, особенно содержащую белок – рыбу, мясо, шашлыки, стейки, котлеты. Для нормального переваривания таких блюд они должны быть разогреты, иначе белки не смогут нормально усвоиться в организме, а процесс пищеварения будет затруднен.

Привычка запивать пищу холодными напитками может привести к тому, что вы станете больше и чаще есть – холодные напитки в завершении трапезы не позволяют человеку по-настоящему насытиться едой. На этом принципе, кстати, основаны все предложения на комплексные обеды в фастфудах – горячие напитки в них не включают, предлагая завершить прием пищи холодной газировкой со льдом. Поэтому, если вы не хотите набрать вес, откажитесь от холодных напитков после еды.

Температура подачи основной еды должна быть комфортной и близкой к температуре тела — от 36 до 40 градусов. Так вы позволите органам пищеварения нормально функционировать и правильно переваривать пищу. Значение имеет и время суток – утром и вечером от холодной пищи лучше совсем отказаться, потому что в это время метаболизм замедляется и организму нужен «толчок», чтобы правильно запустить процессы пищеварения, а вот в обеденное время вы вполне можете позволить себе холодец или мороженое.

3.7 Расход калорий органами и на различную активность

Каким образом тело расходует энергию?

Для каждого это понятие индивидуально. Мышцы, к примеру, потреблять от 20% энергии в сутки, печень – 19%, сердце – 8%.

У людей, занимающихся активно спортом, уровень нагрузки более высокий, поэтому необходимо потреблять достаточное количество калорий, чтобы тело могло тратить много энергии на выполнение упражнений, при этом имея достаточно этой энергии в запасе.

Расход калорий на другие занятия кроме ходьбы. Обратите внимание, тоже зависит от веса

Также не стоит забывать и о том, что суточную норму калорий необходимо регулировать исходя из собственного веса: желающим похудеть следует снизить потребление энергии, а тем, кто хочет набрать вес – напротив, увеличить.

4 Обмен веществ

Между организмом и окружающей его средой непрерывно происходит обмен веществ и энергии

Обменом веществ называют сложную цепь превращений веществ в организме, начиная с момента их поступления из внешней среды и заканчивая удалением продуктов распада.

Обмен веществ начинается с поступления в организм воды и пищевых продуктов. В пищеварительном канале часть веществ с помощью ферментов расщепляется до более простых, которые всасываются в кишечнике и переходят в кровь (и с кровью вещества переносятся к клеткам тела). В клетках происходят процессы их химических превращений (клеточный метаболизм), в ходе которых организм получает энергию и материалы, необходимые ему для построения собственных клеток и тканей.

Не использованные в результате превращений веществ остатки и продукты жизнедеятельности (продукты распада) выводятся из организма (с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом).

4.1 Процессы пищеварения

Что происходит после того, как питательные вещества попали в кровоток? Есть всего два варианта развития событий: либо они сгорят (будут использованы в качестве энергии) или отправится на хранение. Вообще, есть и третий вариант: при некоторых заболеваниях (диабет, инсулин-резистентность) питательные вещества могут остаться плавать в крови, вызывая проблемы с сосудами, либо, в конечном итоге, будут выводится из организма с мочой. Но для здорового человека этими вещами можно пренебречь.

Окисление

Окисление — сжигание вещества для производства энергии. Это может произойти в печени, в скелетных мышцах и некоторых других местах. Все четыре макроэлемента (белки, жиры, углеводы и спирт) могут стать энергией.

Запасание

Углеводы могут быть сохранены в виде гликогена печени и мышц. В редких случаях они превращаются в жир.

Основное место хранения жира в теле — жировые клетки (адипоциты). Больше всего их — под кожей. Небольшая часть адипоцитов (а у людей с ожирением — большая) окружает внутренние органы. Такой жир называется висцеральным. Совсем немного жира хранится в мышцах, но он на внешний вид не влияет.

Хранилищем белков в организме можно считать все мышцы тела. Аминокислоты белков используются для самых разных целей — синтез и обновление клеток, ферментов, гормонов и прочего. И если они не поступают с едой, то распадаются белки тела.

Как оказалось, есть связь между размером «хранилища» того или иного вещества и способностью организма использовать его для энергии сразу после еды.

Чем больше потенциальный размер «хранилища» питательного вещества в организме и чем лучше способность организма запасать его, тем меньше это вещество используется для энергии после еды.

И наоборот: чем меньше запасов питательного вещества в теле и чем хуже способность организма его запасать, тем легче вещество сгорает после поступления внутрь.

4.2 Пластический и энергетический обмен

Обмен веществ в организме — это не просто постоянный ток веществ через его основные структуры, а совокупность всех химических реакций, происходящих в организме. Все реакции, связанные с превращением веществ, можно отнести к двум процессам: пластическому и энергетическому обмену.

Пластический обмен (ассимиляция, или анаболизм) — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием (затратой) энергии. Примером анаболизма является синтез белков и гормонов, накопление жиров и создание мышечных волокон. Анаболические процессы протекают в покое и под влиянием анаболических гормонов: стероиды, гормон роста, пептиды, инсулин, а также средств с анаболической активностью (анаболические стероиды, протеин, аминокислоты и многое другое).

Некоторые ошибочно полагают, что в процессе анаболизма идет наращивание мышечной массы. На самом деле это также синтез гликогенов, что приводит к накоплению жировых отложений. Чтобы этого избежать, организму нужен запас энергии, которая поступает с пищей. Поэтому спортсменам, которые желают в короткие сроки увеличить свою мышечную массу, следует включить в рацион белок и позаботиться о достаточном количестве поступающих калорий.

Усилить процесс анаболизма в организме можно одним из следующих методов.

Белковая пища. Если увеличить в своем рационе количество протеина, то появится больше «материала для строительства» клеток и мышечных тканей. Однако следует отметить, что белок не будет приносить пользу в сочетании с низкокалорийной пищей, так как в этом случае в организме не будет хватать энергетических запасов. Поэтому меню спортсмена должно быть максимально сбалансировано с учетом регулярности, степени и количества физических нагрузок.

Уменьшение катаболизма. Один из самых непростых методов, хотя на первый взгляд может показаться довольно простым. Для того чтобы снизить катаболические процессы в организме и повысить анаболизм, необходимо много спать, вести здоровый образ жизни, соблюдать правильный режим питания, избегать переутомления и стрессовых ситуаций, а также тренироваться не на износ организма, а по мере своих сил.

В процессах энергетического обмена (диссимиляции, или катаболизма, или биологического окисления) происходит разрушение (распад) полученных с пищей питательных веществ до простых соединений с высвобождением энергии, запасенной в химических связях органических молекул пищи.Он необходим для образования простых веществ (глюкозы, аминокислот), которые могут быть использованы для экстренных нужд.

Процесс катаболизма является противоположностью анаболизма. Если в первом случае идет создание новых клеток и мышечных волокон, то данное понятие означает расщепление сложных веществ до более простых, а также распад старых частей и окисление веществ.

Интенсивность процессов катаболизма регулируется гормонами.Катаболические реакции провоцируются, прежде всего стрессом, утомлением, физической нагрузкой, голодом и другими ситуациями, которые сопровождаются подъемом концентрации кортизола, адреналина, и, в меньшей степени, гормонами щитовидной железы. Так, например, некоторые из них (глюкокортикоиды) повышают разложение белков и аминокислот, но препятствуют образованию глюкозы, а другие (инсулин), напротив, ускоряют катаболизм глюкозы, но тормозят расщепление белков. Кроме того, повышает данный процесс гормон адреналин, а в свою очередь тестостерон отвечает на преобладание анаболизма в обмене веществ в организме.

Не стоит рассматривать катаболические процессы с негативной точки зрения. Многие спортсмены полагают, что из-за катаболизма они теряют и с трудом наращивают мышечную массу. На самом деле в процессе расщепления веществ организм получает энергию, без которой не было бы сил для тренировок. Кроме того, в процессе разложения сложных веществ на простые, происходит уменьшение количества липидов (отложений жиров).

4.3 МЕТАБОЛИЗМ как единство анаболизма и катаболизма

В здоровом организме оба процесса строго сбалансированы (хотя в период быстрого роста ассимиляция может временно преобладать над диссимиляцией).

Совокупность всех реакций, связанных с обменом веществ (ферментативных химических реакций) в организме называется обмен веществ (метаболизм).

то есть Анаболизм + Катаболизм = Метаболизм

Основными видами обмена веществ являются белковый, углеводный, жировой и водно-солевой обмены.

Организация правильного питания. Для начала задумайтесь над тем, как сделать завтрак более сбалансированным и питательным, поскольку именно он запускает метаболизм в организме после пробуждения. Затем поделите приемы пищи на небольшие порции — количество приемов пищи в сутки должно быть не менее 5 раз.

Также важно отдавать преимущество полезной и здоровой пище, отказаться от фаст-фуда, джанк-фуда, колбасы, сосисок и консервов. Употребляйте в пищу побольше бобов и злаков, овощей и фруктов, мяса и рыбы. Рекомендуется полностью отказаться от жирной и жареной пищи, заменяя ее приготовленной на пару.

Продуктами, особенно сильно ускоряющими метаболизм человека, считаются: зеленый чай, морепродукты, перец, кофе, грейпфрут, горчица, яичный белок, корица, а также бобовые и злаковые культуры.

5 Взаимодействия гормонов участвующих в процессах пластического и энергетического обмена (катаболизма и анаболизма) , Регуляция обмена веществ, нарушение обмена веществ

5.1 Регуляция обмена веществ

Обменные процессы в организме происходят под действием ферментов и регулируются нервно-гуморальным путем.

Почти все железы внутренней секреции принимают участие в регуляции обмена веществ:

  • щитовидная железа регулирует окислительные процессы, влияя на рост и развитие организма;
  • надпочечники регулируют углеводный, жировой и белковый обмен (способствуют превращению белков в углеводы), регулируют обмен воды и солей.

Зеленым цветом выделены положительные эффекты, красным — отрицательные.

5.2 Заболевания, связанные с нарушением обмена веществ. Понятие Индекс массы тела

Нарушения регуляции обмена веществ вызывают различные заболевания.

Каждый человек имеет оптимальный вес, который определяется его ростом, полом и возрастом. Однако неправильное питание может стать причиной изменения веса человека. Человек худеет или поправляется в зависимости от того, какой процесс обмена (пластический или энергетический) преобладает.

Одним из самых распространенных симптомов нарушения обмена веществ и одновременно заболеванием является ожирение. Ожирение делится на степени (по количеству жировой ткани) и на типы (в зависимости от причин, приведших к его развитию).

Индекс массы тела (англ. body mass index (BMI), ИМТ) — величина, позволяющая оценить степень соответствия массы человека и его роста и тем самым косвенно судить о том, является ли масса недостаточной, нормальной или избыточной. Важен при определении показаний для необходимости лечения.

Индекс массы тела рассчитывается по формуле:

,

где:

  • m — масса тела в килограммах
  • h — рост в метрах,

и измеряется в кг/м².

Например, масса человека = 77 кг, рост = 170 см. Следовательно, индекс массы тела в этом случае равен:

ИМТ = 77 : (1,70 × 1,70) ≈ 26,64 кг/м²

Показатель индекса массы тела разработан бельгийским социологом и статистиком Адольфом Кетле в 1869 году.

Интерпретация индекса массы тела

продолжение следует…

Продолжение:


Часть 1 Диета и Метаболизм- катаболизм и анаболизм…
Часть 2 Диета и Метаболизм- катаболизм и анаболизм…
Часть 3 Диета и Метаболизм- катаболизм и анаболизм…
Часть 4 Диета и Метаболизм- катаболизм и анаболизм…

См.также

  • Водно-солевой обмен
  • Витамины. Роль витаминов в организме человека
  • Питание. Состав пищи. Питательные вещества
  • Минеральные вещества и микроэлементы
  • Особенности быстрых и медленных углеводов, гликемический индекс
  • гликемический индекс
  • Процент жира в организме человека, метод измерения и анализа

На этом все! Теперь вы знаете все про метаболизм в организме, Помните, что это теперь будет проще использовать на практике. Надеюсь, что теперь ты понял что такое метаболизм в организме, метаболизм, катаболизм, анаболизм,аэробные упражнения,анаэробные тренировки ,фартлек, аэробика,белки,жиры,углеводы,индекс массы тела,гликемический индекс и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Физиология человека, гигиена и возрастная физиология

ПОНЯТИЕ О КАТАБОЛИЗМЕ И АНАБОЛИЗМЕ ОБЩИЙ ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА

ПОНЯТИЕ О КАТАБОЛИЗМЕ И АНАБОЛИЗМЕ. ОБЩИЙ ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПВК. ЦИКЛ КРЕБСА.

КАТАБОЛИЗМ ПИЩЕВЫХ ВЕЩЕСТВ ЖИРЫ УГЛЕВОДЫ БЕЛКИ ЖИРНЫЕ ГЛИЦЕРИН АМИНОКИСЛОТЫ МОНОСАХАРИДЫ ПИРОВИНОГРАДНАЯ КИСЛОТА АЦЕТИЛ — Kо. А ЦИКЛ КРЕБСА СО 2, Н 2 О HS — Kо. А

МОЛЕКУЛА АЦЕТИЛ-Ко. А

СТРОЕНИЕ МИТОХОНДРИИ

ТРАНСПОРТ ПВК В МИТОХОНДРИИ

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПВК

За открытие цикла трикарбоновых кислот Х. Кребс получил в 1953 году Нобелевскую премию Ханс Кребс

РЕАКЦИИ ЦИКЛА КРЕБСА ЦИТРАТСИНТАЗА АЦЕТИЛ -Kо. А ОКСАЛОАЦЕТАТ ЦИТРАТ

ЦИТРАТ ЦИСАКОНИТАТГИДРАТАЗА ИЗОЦИТРАТ АКОНИТАТГИДРАТАЗА

ИЗОЦИТРАТДЕГИДРОГЕНАЗА ИЗОЦИТРАТ -КЕТОГЛУТАРАТ

-КЕТОГЛУТАРАТ- ДЕГИДРОГЕНАЗНЫЙ КОМПЛЕКС СУКЦИНИЛ-Kо. А -КЕТОГЛУТАРАТ

СУКЦИНИЛ-Kо. А-СИНТЕТАЗА СУКЦИНИЛ-Kо. А СУКЦИНАТ ГТФ + АДФ АТФ + ГДФ

СУКЦИНАТДЕГИДРОГЕНАЗА ФУМАРАТ

ФУМАРАТ ФУМАРАЗА L-МАЛАТ

L-МАЛАТ ОКСАЛОАЦЕТАТ МАЛАТДЕГИДРОГЕНАЗА

ЦИКЛ КРЕБСА И ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ АЦЕТИЛ-Kо. А ОКСАЛОАЦЕТАТ 8 НAДH НAД+ МАЛАТ Н 2 О 7 ФУМАРАТ ФAДH 2 6 ФАД СУКЦИНАТ Н 2 О 1 HS-Kо. А ЦИТРАТ 2 ИЗОЦИТРАТ ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ 5 ГTФ CO 2 3 НАД+ НАДH -КЕТОГЛУТАРАТ НАД+ CO 2 4 НАДH СУКЦИНИЛ-Ko. A ГДФ+H 3 PO 4

РЕГУЛЯЦИЯ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА

АНАПЛЕРОТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ: 1 аминокислоты пвк со 2 оксалоацетат

2 аминокислоты глутамат — кетоглутарат 3 валин изолейцин пропионил-Ko. A сукцинил-Ko. A

4 аминокислоты 5 аминокислоты фумарат оксалоацетат

Понятие об обмене веществ. Процессы ката- и анаболизма, их характеристика, отличия и взаимосвязь.

Понятие об обмене веществ. Процессы ката- и анаболизма, их характеристика, отличия и взаимосвязь.

 

Обмен веществ– совокупность процессов превращения веществ и энергии в организме и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.

Включает 3 этапа:

  1. Поступление
  2. Метаболизм
  3. Выделение конечных продуктов из организма

Метаболизм:

Катаболизм Анаболизм
Распад ВМС до мономеров с выделением энергии АТФ и НАДН2 Синтез макромолекул с затратой энергии

Отличаютсяпо:

  • Локализации
  • Количеству реакций
  • Локализации

Взаимосвязькатаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей организма.

Процессы анаболизма и катаболизманаходятся в организмев состоянии динамического равновесияили временного превалирования одного из них.

Преобладание анаболических процессов катаболических
приводит к росту, накоплению массы тканей к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии

Состояние равновесного или неравновесного соотношения зависит от возраста:

В детском возрасте У взрослых людей в старческом
Преобладает анаболизм находятся в равновесии катаболизм

Их соотношение зависит также от состояния здоровья, физической или психоэмоциональной деятельности.

 

Метаболические пути, их виды.

Общий путь катаболизма– реакция окислительного декарбоксилирования ПВК и цикла Кребса.

Метаболические пути:

Главные Добавочные Побочные
Универсальны Поставляют энергию Синтез основных биополимеров клетки Менее универсальны Синтез важных веществ Энергия НАДФН2 В определенных тканях Пути происходят при патологии В норме иногда

Пример1:



Глюкоза
Главный Добавочный Побочный
Дихотомический (аэробный) распад: 38АТФ из 1 глюкозы Пентозный цикл: В эритроцитах, эндокринных железах, печени (т.е. в определенных тканях) Синтез пентоз, Энергия НАДФН2 Лактоза (пример нормы)

Пример2:

Фенилаланин
Главный Добавочный Побочный
Биосинтез белка Синтез тироксина (только в щитовидной железе) ФенилПВК (токсичное соединение)

 

Основные фазы унификации питательных веществ в организме. Центральные метаболиты.

Фазы:

1. Подготовительная– не является поставщиком энергии (1%).

ВМС распадаются в ЖКТ до мономеров.

2. Образование центральных метаболитов– протекает в цитоплазме, завершается в митохондриях (20-30% энергии)

3. Полное окисление– Цикл Кребса (70-80% энергии) – в аэробных условиях полное окисление поступивших с пищей веществ.

Понятие о биологическом окислении, его отличие от горения.

Биологическое окисление– совокупность реакций окисления субстратов в живых клетках.

Главные функцииокислительных процессов:

  • Запас энергии в утилизируемой форме
  • Рассеяние энергии в виде теплоты
  • Образование полезных соединений
  • Расщепление вредных веществ

Отличие БО от горения:

БО Горение
Не является одноступенчатой реакцией Одноступенчатая реакция
Ферментативный процесс  
Только в мягких условиях  
Освобождение энергии за счет восстановления водорода + Н2О Освобождение энергии за счет С => СО2
Часть энергии переходит в тепло, Часть — в энергию макроэргических связей АТФ Вся энергия переходит в тепловую
Окисление в основном частичное Окисление полное
     

Сущность окисления:

Fe3++ электрон ↔Fe2+

Fe3+ Fe2+
Окислитель, акцептор, антиоксидант Восстановитель, донор, прооксидант

Каждая редокс-пара – имеет свой потенциал. Редокс-потенциалуказывает направление движения электронов.

Тканевое дыхание. Субстраты тканевого дыхания.

Тканевое дыхание– вид биологического окисления, при котором акцептором электронов.

СубстратыТД:

· кислоты цикла Кребса

(коферменты реакций НАД,ФАД: изоцитрат, α-кетоглутарат, сукцинат, малат)

· ПВК

· Лактат

· АК

· α-глицерофосфат

· жирные кислоты

Осуществляется благодаря оксидоредуктазам дыхательной цепи.

Дыхательная цепь, ее структура, локализация, биологическая роль.

Дыхательная цепь– последовательность оксидоредуктаз во внутренней мембране митохондрий, осуществляющих перенос электронов и протонов от субстрата на молекулярный кислород.

Функции:

1. Поставщик энергии для синтеза АТФ

2. 50% энергии – выделяется в виде тепла

Поступление водорода в виде НАДН2либо ФАДН2

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДЕЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.А.ВАГНЕРА» МИНИСТЕРСТВА ЗДРОВООЗРАНЕНИЯ РОССИИ

 

 

Реферат

Понятие об обмене веществ. Процессы ката- и анаболизма, их характеристика, отличия и взаимосвязь.

 

Обмен веществ– совокупность процессов превращения веществ и энергии в организме и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.

Включает 3 этапа:

  1. Поступление
  2. Метаболизм
  3. Выделение конечных продуктов из организма

Метаболизм:

Катаболизм Анаболизм
Распад ВМС до мономеров с выделением энергии АТФ и НАДН2 Синтез макромолекул с затратой энергии

Отличаютсяпо:

  • Локализации
  • Количеству реакций
  • Локализации

Взаимосвязькатаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей организма.

Процессы анаболизма и катаболизманаходятся в организмев состоянии динамического равновесияили временного превалирования одного из них.

Преобладание анаболических процессов катаболических
приводит к росту, накоплению массы тканей к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии

Состояние равновесного или неравновесного соотношения зависит от возраста:

В детском возрасте У взрослых людей в старческом
Преобладает анаболизм находятся в равновесии катаболизм

Их соотношение зависит также от состояния здоровья, физической или психоэмоциональной деятельности.

 


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

МЕТАБОЛИЗМ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

МЕТАБОЛИЗМ, или обмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается энергия. Иногда для удобства рассматривают по отдельности две стороны метаболизма – анаболизм и катаболизм, т.е. процессы созидания органических веществ и процессы их разрушения. Анаболические процессы обычно связаны с затратой энергии и приводят к образованию сложных молекул из более простых, катаболические же сопровождаются высвобождением энергии и заканчиваются образованием таких конечных продуктов (отходов) метаболизма, как мочевина, диоксид углерода, аммиак и вода.

Термин «обмен веществ» вошел в повседневную жизнь с тех пор, как врачи стали связывать избыточный или недостаточный вес, чрезмерную нервозность или, наоборот, вялость больного с повышенным или пониженным обменом. Для суждения об интенсивности метаболизма ставят тест на «основной обмен». Основной обмен – это показатель способности организма вырабатывать энергию. Тест проводят натощак в состоянии покоя; измеряют поглощение кислорода (О2) и выделение диоксида углерода (СО2). Сопоставляя эти величины, определяют, насколько полно организм использует («сжигает») питательные вещества. На интенсивность метаболизма влияют гормоны щитовидной железы, поэтому врачи при диагностике заболеваний, связанных с нарушениями обмена, в последнее время все чаще измеряют уровень этих гормонов в крови. См. также ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА.

Методы исследования.

При изучении метаболизма какого-нибудь одного из питательных веществ прослеживают все его превращения от той формы, в какой оно поступает в организм, до конечных продуктов, выводимых из организма. В таких исследованиях применяется крайне разнообразный набор биохимических методов.

Использование интактных животных или органов.

Животному вводят изучаемое соединение, а затем в его моче и экскрементах определяют возможные продукты превращений (метаболиты) этого вещества. Более определенную информацию можно получить, исследуя метаболизм определенного органа, например печени или мозга. В этих случаях вещество вводят в соответствующий кровеносный сосуд, а метаболиты определяют в крови, оттекающей от данного органа.

Поскольку такого рода процедуры сопряжены с большими трудностями, часто для исследования используют тонкие срезы органов. Их инкубируют при комнатной температуре или при температуре тела в растворах с добавкой того вещества, метаболизм которого изучают. Клетки в таких препаратах не повреждены, и так как срезы очень тонкие, вещество легко проникает в клетки и легко выходит из них. Иногда затруднения возникают из-за слишком медленного прохождения вещества сквозь клеточные мембраны. В этих случаях ткани измельчают, чтобы разрушить мембраны, и с изучаемым веществом инкубируют клеточную кашицу. Именно в таких опытах было показано, что все живые клетки окисляют глюкозу до СО2 и воды и что только ткань печени способна синтезировать мочевину.

Использование клеток.

Даже клетки представляют собой очень сложно организованные системы. В них имеется ядро, а в окружающей его цитоплазме находятся более мелкие тельца, т.н. органеллы, различных размеров и консистенции. С помощью соответствующей методики ткань можно «гомогенизировать», а затем подвергнуть дифференциальному центрифугированию (разделению) и получить препараты, содержащие только митохондрии, только микросомы или прозрачную жидкость – цитоплазму. Эти препараты можно по отдельности инкубировать с тем соединением, метаболизм которого изучается, и таким путем установить, какие именно субклеточные структуры участвуют в его последовательных превращениях. Известны случаи, когда начальная реакция протекает в цитоплазме, ее продукт подвергается превращению в микросомах, а продукт этого превращения вступает в новую реакцию уже в митохондриях. Инкубация изучаемого вещества с живыми клетками или с гомогенатом ткани обычно не выявляет отдельные этапы его метаболизма, и только последовательные эксперименты, в которых для инкубации используются те или иные субклеточные структуры, позволяют понять всю цепочку событий.

Использование радиоактивных изотопов.

Для изучения метаболизма какого-либо вещества необходимы: 1) соответствующие аналитические методы для определения этого вещества и его метаболитов; и 2) методы, позволяющие отличать добавленное вещество от того же вещества, уже присутствующего в данном биологическом препарате. Эти требования служили главным препятствием при изучении метаболизма до тех пор, пока не были открыты радиоактивные изотопы элементов и в первую очередь радиоактивный углерод 14C. С появлением соединений, «меченных» 14C, а также приборов для измерения слабой радиоактивности эти трудности были преодолены. Если к биологическому препарату, например к суспензии митохондрий, добавляют меченную 14C жирную кислоту, то никаких специальных анализов для определения продуктов ее превращений не требуется; чтобы оценить скорость ее использования, достаточно просто измерять радиоактивность последовательно получаемых митохондриальных фракций. Эта же методика позволяет легко отличать молекулы радиоактивной жирной кислоты, введенной экспериментатором, от молекул жирной кислоты, уже присутствовавших в митохондриях к началу эксперимента.

Хроматография и электрофорез.

В дополнение к вышеупомянутым требованиям биохимику необходимы и методы, позволяющие разделять смеси, состоящие из малых количеств органических веществ. Важнейший из них – хроматография, в основе которой лежит феномен адсорбции. Разделение компонентов смеси проводят при этом либо на бумаге, либо путем адсорбции на сорбенте, которым заполняют колонки (длинные стеклянные трубки), с последующей постепенной элюцией (вымыванием) каждого из компонентов.

Разделение методом электрофореза зависит от знака и числа зарядов ионизированных молекул. Электрофорез проводят на бумаге или на каком-нибудь инертном (неактивном) носителе, таком, как крахмал, целлюлоза или каучук.

Высокочувствительный и эффективный метод разделения – газовая хроматография. Им пользуются в тех случаях, когда подлежащие разделению вещества находятся в газообразном состоянии или могут быть в него переведены.

Выделение ферментов.

Последнее место в описываемом ряду – животное, орган, тканевой срез, гомогенат и фракция клеточных органелл – занимает фермент, способный катализировать определенную химическую реакцию. Выделение ферментов в очищенном виде – важный раздел в изучении метаболизма.

Сочетание перечисленных методов позволило проследить главные метаболические пути у большей части организмов (в том числе у человека), установить, где именно эти различные процессы протекают, и выяснить последовательные этапы главных метаболических путей. К настоящему времени известны тысячи отдельных биохимических реакций, изучены участвующие в них ферменты.

Клеточный метаболизм.

Живая клетка – это высокоорганизованная система. В ней имеются различные структуры, а также ферменты, способные их разрушить. Содержатся в ней и крупные макромолекулы, которые могут распадаться на более мелкие компоненты в результате гидролиза (расщепления под действием воды). В клетке обычно много калия и очень мало натрия, хотя клетка существует в среде, где натрия много, а калия относительно мало, и клеточная мембрана легко проницаема для обоих ионов. Следовательно, клетка – это химическая система, весьма далекая от равновесия. Равновесие наступает только в процессе посмертного автолиза (самопереваривания под действием собственных ферментов).

Потребность в энергии.

Чтобы удержать систему в состоянии, далеком от химического равновесия, требуется производить работу, а для этого необходима энергия. Получение этой энергии и выполнение этой работы – непременное условие для того, чтобы клетка оставалась в своем стационарном (нормальном) состоянии, далеком от равновесия. Одновременно в ней выполняется и иная работа, связанная со взаимодействием со средой, например: в мышечных клетках – сокращение; в нервных клетках – проведение нервного импульса; в клетках почек – образование мочи, значительно отличающейся по своему составу от плазмы крови; в специализированных клетках желудочно-кишечного тракта – синтез и выделение пищеварительных ферментов; в клетках эндокринных желез – секреция гормонов; в клетках светляков – свечение; в клетках некоторых рыб – генерирование электрических разрядов и т.д.

Источники энергии.

В любом из перечисленных выше примеров непосредственным источником энергии, которую клетка использует для производства работы, служит энергия, заключенная в структуре аденозинтрифосфата (АТФ). В силу особенностей своей структуры это соединение богато энергией, и разрыв связей между его фосфатными группами может происходить таким образом, что высвобождающаяся энергия используется для производства работы. Однако энергия не может стать доступной для клетки при простом гидролитическом разрыве фосфатных связей АТФ: в этом случае она расходуется впустую, выделяясь в виде тепла. Процесс должен состоять из двух последовательных этапов, в каждом из которых участвует промежуточный продукт, обозначенный здесь X–Ф (в приведенных уравнениях X и Y означают два разных органических вещества; Ф – фосфат; АДФ – аденозиндифосфат):

Поскольку практически для любого проявления жизнедеятельности клеток необходим АТФ, неудивительно, что метаболическая активность живых клеток направлена в первую очередь на синтез АТФ. Этой цели служат различные сложные последовательности реакций, в которых используется потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах углеводов и жиров (липидов).

МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ

Синтез АТФ.

Анаэробный (без участия кислорода).

Главная роль углеводов и липидов в клеточном метаболизме состоит в том, что их расщепление на более простые соединения обеспечивает синтез АТФ. Несомненно, что те же процессы протекали и в первых, самых примитивных клетках. Однако в атмосфере, лишенной кислорода, полное окисление углеводов и жиров до CO2 было невозможно. У этих примитивных клеток имелись все же механизмы, с помощью которых перестройка структуры молекулы глюкозы обеспечивала синтез небольших количеств АТФ. Речь идет о процессах, которые у микроорганизмов называют брожением. Лучше всего изучено сбраживание глюкозы до этилового спирта и CO2 у дрожжей.

В ходе 11 последовательных реакций, необходимых для того, чтобы завершилось это превращение, образуется ряд промежуточных продуктов, представляющих собой эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Их фосфатная группа переносится на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Чистый выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, расщепленную в процессе брожения. Аналогичные процессы происходят во всех живых клетках; поскольку они поставляют необходимую для жизнедеятельности энергию, их иногда (не вполне корректно) называют анаэробным дыханием клеток.

У млекопитающих, в том числе у человека, такой процесс называется гликолизом и его конечным продуктом является молочная кислота, а не спирт и CO2. Вся последовательность реакций гликолиза, за исключением двух последних этапов, полностью идентична процессу, протекающему в дрожжевых клетках.

Аэробный (с использованием кислорода).

С появлением в атмосфере кислорода, источником которого послужил, очевидно, фотосинтез растений, в ходе эволюции развился механизм, обеспечивающий полное окисление глюкозы до CO2 и воды, – аэробный процесс, в котором чистый выход АТФ составляет 38 молекул АТФ на каждую окисленную молекулу глюкозы. Этот процесс потребления клетками кислорода для образования богатых энергией соединений известен как клеточное дыхание (аэробное). В отличие от анаэробного процесса, осуществляемого ферментами цитоплазмы, окислительные процессы протекают в митохондриях. В митохондриях пировиноградная кислота – промежуточный продукт, образовавшийся в анаэробной фазе – окисляется до СО2 в шести последовательных реакциях, в каждой из которых пара электронов переносится на общий акцептор – кофермент никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Эту последовательность реакций называют циклом трикарбоновых кислот, циклом лимонной кислоты или циклом Кребса. Из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты; 12 пар электронов отщепляется от молекулы глюкозы в ходе ее окисления, описываемого уравнением:

Перенос электронов.

В каждой митохондрии имеется механизм, посредством которого восстановленный НАД (НАДЧН, где Н – водород), образовавшийся в цикле трикарбоновых кислот, передает свою пару электронов кислороду. Перенос, однако, не происходит напрямую. Электроны как бы передаются «из рук в руки» и, лишь пройдя цепь переносчиков, присоединяются к кислороду. Эта «цепь переноса электронов» состоит из следующих компонентов:

НАДНЧН ® Флавинадениндинклеотид ® Кофермент Q ®

® Цитохром b ® Цитохром c ® Цитохром a ® O2

Все компоненты этой системы, находящиеся в митохондриях, фиксированы в пространстве и сцеплены друг с другом. Такое их состояние облегчает перенос электронов.

В состав НАД входит никотиновая кислота (витамин ниацин), а в состав флавинадениндинуклеотида – рибофлавин (витамин B2). Кофермент Q представляет собой высокомолекулярный хинон, синтезируемый в печени, а цитохромы – это три разных белка, каждый из которых, подобно гемоглобину, содержит гемогруппу.

В цепи переноса электронов на каждую пару электронов, перенесенную от НАДЧН на O2, синтезируется 3 молекулы АТФ. Поскольку от каждой молекулы глюкозы отщепляются и передаются молекулам НАД 12 пар электронов, в общей сложности на каждую молекулу глюкозы образуется 3ґ12 = 36 молекул АТФ. Этот процесс образования АТФ в ходе окисления называется окислительным фосфорилированием.

Липиды как источник энергии.

Жирные кислоты могут использоваться в качестве источника энергии приблизительно так же, как и углеводы. Окисление жирных кислот протекает путем последовательного отщепления от молекулы жирной кислоты двууглеродного фрагмента с образованием ацетилкофермента A (ацетил-КоА) и одновременной передачей двух пар электронов в цепь переноса электронов. Образовавшийся ацетил-КоА – нормальный компонент цикла трикарбоновых кислот, и в дальнейшем его судьба не отличается от судьбы ацетил-КоА, поставляемого углеводным обменом. Таким образом, механизмы синтеза АТФ при окислении как жирных кислот, так и метаболитов глюкозы практически одинаковы.

Если организм животного получает энергию почти целиком за счет одного только окисления жирных кислот, а это бывает, например, при голодании или при сахарном диабете, то скорость образования ацетил-КоА превышает скорость его окисления в цикле трикарбоновых кислот. В этом случае лишние молекулы ацетил-КоА реагируют друг с другом, в результате чего образуются в конечном счете ацетоуксусная и b-гидроксимасляная кислоты. Их накопление является причиной патологического состояния, т.н. кетоза (одного из видов ацидоза), который при тяжелом диабете может вызвать кому и смерть.

Запасание энергии.

Животные питаются нерегулярно, и их организму нужно как-то запасать заключенную в пище энергию, источником которой являются поглощенные животным углеводы и жиры. Жирные кислоты могут запасаться в виде нейтральных жиров либо в печени, либо в жировой ткани. Углеводы, поступая в большом количестве, в желудочно-кишечном тракте гидролизуются до глюкозы или иных сахаров, которые затем в печени превращаются в ту же глюкозу. Здесь из глюкозы синтезируется гигантский полимер гликоген путем присоединения друг к другу остатков глюкозы с отщеплением молекул воды (число остатков глюкозы в молекулах гликогена доходит до 30 000). Когда возникает потребность в энергии, гликоген вновь распадается до глюкозы в реакции, продуктом которой является глюкозофосфат. Этот глюкозофосфат направляется на путь гликолиза – процесса, составляющего часть пути окисления глюкозы. В печени глюкозофосфат может также подвергнуться гидролизу, и образующаяся глюкоза поступает в кровоток и доставляется кровью к клеткам в разных частях тела.

Синтез липидов из углеводов.

Если количество углеводов, поглощенных с пищей за один прием, больше того, какое может быть запасено в виде гликогена, то избыток углеводов превращается в жиры. Начальная последовательность реакций совпадает при этом с обычным окислительным путем, т.е. сначала из глюкозы образуется ацетил-КоА, но далее этот ацетил-КоА используется в цитоплазме клетки для синтеза длинноцепочечных жирных кислот. Процесс синтеза можно описать как обращение обычного процесса окисления жирных клеток. Затем жирные кислоты запасаются в виде нейтральных жиров (триглицеридов), отлагающихся в разных частях тела. Когда требуется энергия, нейтральные жиры подвергаются гидролизу и жирные кислоты поступают в кровь. Здесь они адсорбируются молекулами плазменных белков (альбуминов и глобулинов) и затем поглощаются клетками самых разных типов. Механизмов, способных осуществлять синтез глюкозы из жирных кислот, у животных нет, но у растений такие механизмы имеются.

Метаболизм липидов.

Липиды попадают в организм главным образом в форме триглицеридов жирных кислот. В кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы они подвергаются гидролизу, продукты которого всасываются клетками стенки кишечника. Здесь из них вновь синтезируются нейтральные жиры, которые через лимфатическую систему поступают в кровь и либо транспортируются в печень, либо отлагаются в жировой ткани. Выше уже указывалось, что жирные кислоты могут также синтезироваться заново из углеводных предшественников. Следует отметить, что, хотя в клетках млекопитающих может происходить включение одной двойной связи в молекулы длинноцепочечных жирных кислот (между С–9 и С–10), включать вторую и третью двойную связь эти клетки неспособны. Поскольку жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями играют важную роль в метаболизме млекопитающих, они в сущности являются витаминами. Поэтому линолевую (C18:2) и линоленовую (C18:3) кислоты называют незаменимыми жирными кислотами. В то же время в клетках млекопитающих в линоленовую кислоту может включаться четвертая двойная связь и путем удлинения углеродной цепи может образоваться арахидоновая кислота (C20:4), также необходимый участник метаболических процессов.

В процессе синтеза липидов остатки жирных кислот, связанные с коферментом А (ацил-КоА), переносятся на глицерофосфат – эфир фосфорной кислоты и глицерина. В результате образуется фосфатидная кислота – соединение, в котором одна гидроксильная группа глицерина этерифицирована фосфорной кислотой, а две группы – жирными кислотами. При образовании нейтральных жиров фосфорная кислота удаляется путем гидролиза, и ее место занимает третья жирная кислота в результате реакции с ацил-КоА. Кофермент А образуется из пантотеновой кислоты (одного из витаминов). В его молекуле имеется сульфгидрильная (– SH) группа, способная реагировать с кислотами с образованием тиоэфиров. При образовании фосфолипидов фосфатидная кислота реагирует непосредственно с активированным производным одного из азотистых оснований, таких, как холин, этаноламин или серин.

За исключением витамина D, все встречающиеся в организме животных стероиды (производные сложных спиртов) легко синтезируются самим организмом. Сюда относятся холестерин (холестерол), желчные кислоты, мужские и женские половые гормоны и гормоны надпочечников. В каждом случае исходным материалом для синтеза служит ацетил-КоА: из ацетильных групп путем многократно повторяющейся конденсации строится углеродный скелет синтезируемого соединения.

МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ

Синтез аминокислот.

Растения и большинство микроорганизмов могут жить и расти в среде, в которой для их питания имеются только минеральные вещества, диоксид углерода и вода. Это значит, что все обнаруживаемые в них органические вещества эти организмы синтезируют сами. Встречающиеся во всех живых клетках белки построены из 21 вида аминокислот, соединенных в различной последовательности. Аминокислоты синтезируются живыми организмами. В каждом случае ряд химических реакций приводит к образованию a-кетокислоты. Одна такая a-кетокислота, а именно a-кетоглутаровая (обычный компонент цикла трикарбоновых кислот), участвует в связывании азота по следующему уравнению:

a-Кетоглутаровая кислота + NH3 + НАДЧН ®

® Глутаминовая кислота + НАД.

Азот глутаминовой кислоты может быть затем передан любой из других a-кетокислот с образованием соответствующей аминокислоты.

Организм человека и большинства других животных сохранил способность синтезировать все аминокислоты за исключением девяти т.н. незаменимых аминокислот. Поскольку кетокислоты, соответствующие этим девяти, не синтезируются, незаменимые аминокислоты должны поступать с пищей.

Синтез белков.

Аминокислоты нужны для биосинтеза белка. Процесс биосинтеза протекает обычно следующим образом. В цитоплазме клетки каждая аминокислота «активируется» в реакции с АТФ, а затем присоединяется к концевой группе молекулы рибонуклеиновой кислоты, специфичной именно для данной аминокислоты. Эта сложная молекула связывается с небольшим тельцем, т.н. рибосомой, в положении, определяемом более длинной молекулой рибонуклеиновой кислоты, прикрепленной к рибосоме. После того как все эти сложные молекулы соответствующим образом выстроились, связи между исходной аминокислотой и рибонуклеиновой кислотой разрываются и возникают связи между соседними аминокислотами – синтезируется специфичный белок. Процесс биосинтеза поставляет белки не только для роста организма или для секреции в среду. Все белки живых клеток со временем претерпевают распад до составляющих их аминокислот, и для поддержания жизни клетки должны синтезироваться вновь.

Синтез других азотсодержащих соединений.

В организме млекопитающих аминокислоты используются не только для биосинтеза белков, но и как исходный материал для синтеза многих азотсодержащих соединений. Аминокислота тирозин является предшественником гормонов адреналина и норадреналина. Простейшая аминокислота глицин служит исходным материалом для биосинтеза пуринов, входящих в состав нуклеиновых кислот, и порфиринов, входящих в состав цитохромов и гемоглобина. Аспарагиновая кислота – предшественник пиримидинов нуклеиновых кислот. Метильная группа метионина передается ряду других соединений в ходе биосинтеза креатина, холина и саркозина. При биосинтезе креатина от одного соединения к другому передается также и гуанидиновая группировка аргинина. Триптофан служит предшественником никотиновой кислоты, а из валина в растениях синтезируется такой витамин, как пантотеновая кислота. Все это лишь отдельные примеры использования аминокислот в процессах биосинтеза.

Азот, поглощаемый микроорганизмами и высшими растениями в виде иона аммония, расходуется почти целиком на образование аминокислот, из которых затем синтезируются многие азотсодержащие соединения живых клеток. Избыточных количеств азота ни растения, ни микроорганизмы не поглощают. В отличие от них, у животных количество поглощенного азота зависит от содержащихся в пище белков. Весь азот, поступивший в организм в виде аминокислот и не израсходованный в процессах биосинтеза, довольно быстро выводится из организма с мочой. Происходит это следующим образом. В печени неиспользованные аминокислоты передают свой азот a-кетоглутаровой кислоте с образованием глутаминовой кислоты, которая дезаминируется, высвобождая аммиак. Далее азот аммиака может либо на время запасаться путем синтеза глутамина, либо сразу же использоваться для синтеза мочевины, протекающего в печени.

У глутамина есть и другая роль. Он может подвергаться гидролизу в почках с высвобождением аммиака, который поступает в мочу в обмен на ионы натрия. Этот процесс крайне важен как средство поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме животного. Почти весь аммиак, происходящий из аминокислот и, возможно, из других источников, превращается в печени в мочевину, так что свободного аммиака в крови обычно почти нет. Однако при некоторых условиях довольно значительные количества аммиака содержит моча. Этот аммиак образуется в почках из глутамина и переходит в мочу в обмен на ионы натрия, которые таким образом реадсорбируются и задерживаются в организме. Этот процесс усиливается при развитии ацидоза – состояния, при котором организм нуждается в дополнительных количествах катионов натрия для связывания избытка ионов бикарбоната в крови.

Избыточные количества пиримидинов тоже распадаются в печени через ряд реакций, в которых высвобождается аммиак. Что касается пуринов, то их избыток подвергается окислению с образованием мочевой кислоты, выделяющейся с мочой у человека и других приматов, но не у остальных млекопитающих. У птиц отсутствует механизм синтеза мочевины, и именно мочевая кислота, а не мочевина, является у них конечным продуктом обмена всех азотсодержащих соединений.

Нуклеиновые кислоты.

Структура и синтез этих азотсодержащих соединений подробно описаны в статье НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕТАБОЛИЗМЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Можно сформулировать некоторые общие понятия, или «правила», касающиеся метаболизма. Приведенные ниже несколько главных «правил» позволяют лучше понять, как протекает и регулируется метаболизм.

1. Метаболические пути необратимы. Распад никогда не идет по пути, который являлся бы простым обращением реакций синтеза. В нем участвуют другие ферменты и другие промежуточные продукты. Нередко противоположно направленные процессы протекают в разных отсеках клетки. Так, жирные кислоты синтезируются в цитоплазме при участии одного набора ферментов, а окисляются в митохондриях при участии совсем другого набора.

2. Ферментов в живых клетках достаточно для того, чтобы все известные метаболические реакции могли протекать гораздо быстрее, чем это обычно наблюдается в организме. Следовательно, в клетках существуют какие-то регуляторные механизмы. Открыты разные типы таких механизмов.

а) Фактором, ограничивающим скорость метаболических превращений данного вещества, может быть поступление этого вещества в клетку; именно на этот процесс в таком случае и направлена регуляция. Роль инсулина, например, связана с тем, что он, по-видимому, облегчает проникновение глюкозы во все клетки, глюкоза же подвергается превращениям с той скоростью, с какой она поступает. Сходным образом проникновение железа и кальция из кишечника в кровь зависит от процессов, скорость которых регулируется.

б) Вещества далеко не всегда могут свободно переходить из одного клеточного отсека в другой; есть данные, что внутриклеточный перенос регулируется некоторыми стероидными гормонами.

в) Выявлено два типа сервомеханизмов «отрицательной обратной связи».

У бактерий были обнаружены примеры того, что присутствие продукта какой-нибудь последовательности реакций, например аминокислоты, подавляет биосинтез одного из ферментов, необходимых для образования этой аминокислоты.

В каждом случае фермент, биосинтез которого оказывается затронутым, был ответствен за первый «определяющий» этап (на схеме реакция 4) метаболического пути, ведущего к синтезу данной аминокислоты.

Второй механизм хорошо изучен у млекопитающих. Это простое ингибирование конечным продуктом (в нашем случае – аминокислотой) фермента, ответственного за первый «определяющий» этап метаболического пути.

Еще один тип регулирования посредством обратной связи действует в тех случаях, когда окисление промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот сопряжено с образованием АТФ из АДФ и фосфата в процессе окислительного фосфорилирования. Если весь имеющийся в клетке запас фосфата и (или) АДФ уже исчерпан, то окисление приостанавливается и может возобновиться лишь после того, как этот запас вновь станет достаточным. Таким образом, окисление, смысл которого в том, чтобы поставлять полезную энергию в форме АТФ, происходит только тогда, когда возможен синтез АТФ.

3. В биосинтетических процессах участвует сравнительно небольшое число строительных блоков, каждый из которых используется для синтеза многих соединений. Среди них можно назвать ацетилкофермент А, глицерофосфат, глицин, карбамилфосфат, поставляющий карбамильную (H2N–CO–) группу, производные фолиевой кислоты, служащие источником гидроксиметильной и формильной групп, S-аденозилметионин – источник метильных групп, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, поставляющие аминогруппы, и наконец, глутамин – источник амидных групп. Из этого относительно небольшого числа компонентов строятся все те разнообразные соединения, которые мы находим в живых организмах.

4. Простые органические соединения редко участвуют в метаболических реакциях непосредственно. Обычно они должны быть сначала «активированы» путем присоединения к одному из ряда соединений, универсально используемых в метаболизме. Глюкоза, например, может подвергнуться окислению лишь после того, как она будет этерифицирована фосфорной кислотой, для прочих же своих превращений она должна быть этерифицирована уридиндифосфатом. Жирные кислоты не могут быть вовлечены в метаболические превращения прежде, чем они образуют эфиры с коферментом А. Каждый из этих активаторов либо родствен одному из нуклеотидов, входящих в состав рибонуклеиновой кислоты, либо образуется из какого-нибудь витамина. Легко понять в связи с этим, почему витамины требуются в таких небольших количествах. Они расходуются на образование «коферментов», а каждая молекула кофермента на протяжении жизни организма используется многократно, в отличие от основных питательных веществ (например, глюкозы), каждая молекула которых используется только один раз.

В заключение следует сказать, что термин «метаболизм», означавший ранее нечто не более сложное, чем просто использование углеводов и жиров в организме, теперь применяется для обозначения тысяч ферментативных реакций, вся совокупность которых может быть представлена как огромная сеть метаболических путей, многократно пересекающихся (из-за наличия общих промежуточных продуктов) и управляемых очень тонкими регуляторными механизмами.

МЕТАБОЛИЗМ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Относительное содержание.

Различные элементы, встречающиеся в живых организмах, перечислены ниже в убывающем порядке в зависимости от их относительного содержания: 1) кислород, углерод, водород и азот; 2) кальций, фосфор, калий и сера; 3) натрий, хлор, магний и железо; 4) марганец, медь, молибден, селен, йод и цинк; 5) алюминий, фтор, кремний и литий; 6) бром, мышьяк, свинец и, возможно, некоторые другие.

Кислород, углерод, водород и азот – это те элементы, из которых построены мягкие ткани тела. Они входят в состав таких соединений, как углеводы, липиды, белки, вода, диоксид углерода и аммиак. Элементы, перечисленные в пп. 2 и 3, находятся в организме обычно в виде одного или нескольких неорганических соединений, а элементы пп. 4, 5 и 6 присутствуют только в следовых количествах и потому их называют микроэлементами.

Распределение в организме.

Кальций.

Кальций присутствует главным образом в костной ткани и в зубах, преимущественно в виде фосфата и в небольших количествах в виде карбоната и фторида. Поступающий с пищей кальций всасывается в основном в верхних отделах кишечника, имеющих слабокислую реакцию. Этому всасыванию (у человека здесь всасывается всего 20–30% кальция пищи) способствует витамин D. Под действием витамина D клетки кишечника вырабатывают особый белок, который связывает кальций и облегчает его перенос через стенку кишечника в кровь. На всасывание влияет также присутствие некоторых других веществ, в особенности фосфата и оксалата, которые в малых количествах способствуют всасыванию, а в больших, наоборот, подавляют его.

В крови около половины кальция связано с белком, остальное составляют ионы кальция. Соотношение ионизированной и неионизированной форм зависит от общей концентрации кальция в крови, а также от содержания белка и фосфата и концентрации водородных ионов (рН крови). Доля неионизированного кальция, на которую влияет уровень белка, позволяет косвенным образом судить о качестве питания и об эффективности работы печени, в которой идет синтез плазменных белков.

На количество ионизированного кальция влияют, с одной стороны, витамин D и факторы, воздействующие на всасывание, а с другой – паратиреоидный гормон и, возможно, также витамин D, поскольку оба эти вещества регулируют как скорость отложения кальция в костной ткани, так и его мобилизацию, т.е. вымывание из костей. Избыток паратиреоидного гормона стимулирует выход кальция из костной ткани, что приводит к повышению его концентрации в плазме. Изменяя скорости всасывания и экскреции кальция и фосфата, а также скорости образования костной ткани и ее разрушения, эти механизмы строго контролируют концентрацию кальция и фосфата в сыворотке крови. Ионы кальция играют регулирующую роль во многих физиологических процессах, в том числе в нервных реакциях, мышечном сокращении, свертывании крови. Выведение кальция из организма происходит в норме в основном (на 2/3) через желчь и кишечник и в меньшей степени (1/3) – через почки.

Фосфор.

Метаболизм фосфора – одного из главных компонентов костной ткани и зубов – во многом зависит от тех же факторов, что и метаболизм кальция. Фосфор в виде фосфата присутствует в организме также в сотнях различных физиологически важных органических эфиров. Паратиреоидный гормон стимулирует выведение фосфора с мочой и выход его из костной ткани; тем самым он регулирует концентрацию фосфора в плазме крови.

Натрий.

Натрий – главный катион внеклеточной жидкости – вместе с белком, хлоридом и бикарбонатом играет важнейшую роль в регулировании осмотического давления и pH (концентрации водородных ионов) крови. В клетках, напротив, содержится очень мало натрия, так как они обладают механизмом для выведения ионов натрия и удержания ионов калия. Весь натрий, превышающий потребности организма, очень быстро выводится через почки.

Поскольку во всех процессах выделения натрий теряется, он должен постоянно поступать в организм с пищей. При ацидозе, когда необходимо, чтобы из организма выводились большие количества анионов (например, хлорида или ацетоацетата), почки предотвращают чрезмерную потерю натрия благодаря образованию аммиака из глутамина. Выведение натрия через почки регулируется гормоном коры надпочечников альдостероном. Под действием этого гормона в кровь возвращается достаточно натрия для поддержания нормального осмотического давления и нормального объема внеклеточной жидкости.

Суточная потребность в хлористом натрии составляет 5–10 г. Эта величина возрастает при поглощении больших количеств жидкости, когда усиливается потоотделение и выделяется больше мочи.

Калий.

В отличие от натрия, калий содержится в клетках в больших количествах, но во внеклеточной жидкости его мало. Главная функция калия – регулирование внутриклеточного осмотического давления и поддержание кислотно-щелочного равновесия. Он также играет важную роль в проведении нервного импульса и во многих ферментных системах, в том числе и в тех, которые участвуют в мышечном сокращении. Калий широко распространен в природе, и его много в любой пище, так что спонтанно калиевая недостаточность возникнуть не может. В плазме концентрация калия регулируется альдостероном, стимулирующим его экскрецию с мочой.

Сера.

С пищей сера поступает в организм главным образом в составе двух аминокислот – цистина и метионина. На конечных этапах метаболизма этих аминокислот сера высвобождается и в результате окисления переводится в неорганическую форму. В составе цистина и метионина сера присутствует в структурных белках. Важную роль играет также сульфгидрильная (–SH) группа цистеина, от которой зависит активность многих ферментов.

Большая часть серы выводится с мочой в виде сульфата. Небольшое количество экскретируемого сульфата обычно связано с органическими соединениями типа фенолов.

Магний.

Метаболизм магния сходен с метаболизмом кальция, и в виде комплекса с фосфатом этот элемент тоже входит в состав костной ткани. Магний присутствует во всех живых клетках, где он функционирует как необходимый компонент многих ферментных систем; эта его роль была убедительно продемонстрирована на примере углеводного обмена в мышцах. Магний, как и калий, широко распространен, и вероятность возникновения его недостаточности очень мала.

Железо.

Железо входит в состав гемоглобина и других гемопротеинов, а именно миоглобина (мышечного гемоглобина), цитохромов (дыхательных ферментов) и каталазы, а также в состав некоторых ферментов, не содержащих гемогруппы. Всасывается железо в верхних отделах кишечника, причем это единственный элемент, всасывающийся только тогда, когда его запас в организме полностью исчерпан. В плазме железо транспортируется в соединении с белком (трансферрином). Через почки железо не выводится; избыток его накапливается в печени в соединении с особым белком (ферритином).

Микроэлементы.

У каждого микроэлемента, присутствующего в организме, своя особая функция, связанная с тем, что он стимулирует действие того или иного фермента или как-либо иначе на него влияет. Цинк необходим для кристаллизации инсулина; кроме того, он является компонентом карбоангидразы (фермента, участвующего в транспорте диоксида углерода) и некоторых других ферментов. Молибден и медь – тоже необходимые компоненты различных ферментов. Иод требуется для синтеза трииодтиронина, гормона щитовидной железы. Фтор (входящий в состав зубной эмали) способствует предотвращению кариеса.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАБОЛИТОВ

Углеводы.

Всасывание.

Моносахариды, или простые сахара, высвобождающиеся при переваривании углеводов пищи, переходят из кишечника в кровоток в результате процесса, называемого всасыванием. Механизм всасывания представляет собой сочетание простой диффузии и химической реакции (активного всасывания). Одна из гипотез, касающихся природы химической фазы процесса, предполагает, что в этой фазе моносахариды соединяются с фосфорной кислотой в реакции, катализируемой ферментом из группы киназ, после чего проникают в кровеносные сосуды и здесь высвобождаются в результате ферментативного дефосфорилирования (разрыва фосфатной связи), катализируемого одной из фосфатаз. Именно активным всасыванием объясняется то, что разные моносахариды всасываются с разной скоростью и что углеводы всасываются даже тогда, когда уровень сахара в крови выше, чем в кишечнике, т.е. в условиях, когда естественно было бы ожидать их перемещения в обратном направлении – из крови в кишечник.

Механизмы гомеостаза.

Поступающие в кровоток моносахариды повышают уровень сахара в крови. При голодании концентрация глюкозы в крови колеблется обычно от 70 до 100 мг на 100 мл крови. Этот уровень поддерживается с помощью механизмов, называемых механизмами гомеостаза (самостабилизации). Как только уровень сахара в крови в результате всасывания из кишечника повышается, в действие вступают процессы, выводящие сахар из крови, так что уровень его колеблется не слишком сильно.

Подобно глюкозе, все прочие моносахариды поступают из кровотока в печень, где превращаются в глюкозу. Теперь они неотличимы как от глюкозы, которая всосалась, так и от той, что уже была в организме, и подвергаются тем же метаболическим превращениям. Один из механизмов гомеостаза углеводов, функционирующий в печени, – это гликогенез, посредством которого глюкоза переходит из крови в клетки, где превращается в гликоген. Гликоген хранится в печени до тех пор, пока не произойдет снижение уровня сахара в крови: в этой ситуации гомеостатический механизм вызовет распад накопленного гликогена до глюкозы, которая вновь поступит в кровь.

Превращения и использование.

Поскольку кровь поставляет глюкозу во все ткани тела и все ткани используют ее для получения энергии, уровень глюкозы в крови снижается главным образом за счет ее использования.

В мышцах глюкоза крови превращается в гликоген. Однако мышечный гликоген не может быть использован для получения глюкозы, которая перешла бы в кровь. В нем заключен запас энергии, и скорость его использования зависит от мышечной активности. В мышечной ткани содержатся два соединения с большим запасом легко доступной энергии в форме богатых энергией фосфатных связей – креатинфосфат и аденозинтрифосфат (АТФ). При отщеплении от этих соединений их фосфатных групп высвобождается энергия для мышечного сокращения. Чтобы мышца вновь могла сокращаться, эти соединения должны быть восстановлены в своей исходной форме. Для этого требуется энергия, которую поставляет окисление продуктов распада гликогена. При мышечном сокращении гликоген превращается в глюкозофосфат, а затем – через ряд реакций – во фруктозодифосфат. Фруктозодифосфат распадается на два трехуглеродных соединения, из которых после ряда этапов образуется сначала пировиноградная кислота, а в конечном итоге – молочная кислота, как об этом уже говорилось при описании метаболизма углеводов. Это превращение гликогена в молочную кислоту, сопровождающееся высвобождением энергии, может происходить в отсутствие кислорода.

При недостатке кислорода молочная кислота накапливается в мышцах, диффундирует в кровоток и поступает в печень, где из нее вновь образуется гликоген. Если кислорода достаточно, то молочная кислота в мышцах не накапливается. Вместо этого она, как это описано выше, полностью окисляется через цикл трикарбоновых кислот до диоксида углерода и воды с образованием АТФ, который может быть использован для сокращения.

Метаболизм углеводов в нервной ткани и эритроцитах отличается от метаболизма в мышцах тем, что гликоген здесь не участвует. Однако и здесь промежуточными продуктами являются пировиноградная и молочная кислоты, образующиеся при расщеплении глюкозофосфата.

Глюкоза используется не только в клеточном дыхании, но и во многих других процессах: синтезе лактозы (молочного сахара), образовании жиров, а также особых сахаров, входящих в состав полисахаридов соединительной ткани и ряда других тканей.

Гликоген печени, синтезируемый при всасывании углеводов в кишечнике, служит самым доступным источником глюкозы, когда всасывание отсутствует. Если этот источник оказывается исчерпанным, в печени начинается процесс глюконеогенеза. Глюкоза образуется при этом из некоторых аминокислот (из 100 г белка образуется 58 г глюкозы) и нескольких других неуглеводных соединений, в том числе из глицериновых остатков нейтральных жиров.

Некоторую, хотя и не столь важную, роль в метаболизме углеводов играют почки. Они выводят из организма избыток глюкозы, когда ее концентрация в крови слишком высока; при меньших концентрациях глюкоза практически не выводится.

В регулировании метаболизма углеводов участвует несколько гормонов, в том числе гормоны поджелудочной железы, передней доли гипофиза и коры надпочечников.

Гормон поджелудочной железы инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови и повышает ее концентрацию в клетках. По-видимому, он стимулирует также и запасание гликогена в печени. Кортикостерон, гормон коры надпочечников, и адреналин, вырабатываемый мозговым веществом надпочечников, воздействуют на метаболизм углеводов, стимулируя распад гликогена (главным образом в мышцах и печени) и синтез глюкозы (в печени).

Липиды.

Всасывание.

В кишечнике после переваривания жиров остаются главным образом свободные жирные кислоты с небольшой примесью холестерина и лецитина и следами жирорастворимых витаминов. Все эти вещества очень тонко диспергированы благодаря эмульгирующему и солюбилизирующему действию солей желчных кислот. Солюбилизирующее действие обычно связывают с образованием нестойких химических соединений между жирными кислотами и солями желчных кислот. Эти комплексы проникают в клетки эпителия тонкого кишечника и здесь распадаются на жирные кислоты и соли желчных кислот. Последние переносятся в печень и вновь секретируются с желчью, а жирные кислоты вступают в соединение с глицерином или холестерином. Образовавшиеся реконструированные жиры поступают в лимфатические сосуды брыжейки в форме млечного сока, т.н. «хилуса». Из сосудов брыжейки хилус по лимфатической системе через грудной проток поступает в кровеносную систему.

После переваривания пищи содержание липидов в крови возрастает приблизительно от 500 мг (уровень при голодании) до 1000 мг на 100 мл плазмы. Присутствующие в крови липиды представляют собой смесь жирных кислот, нейтральных жиров, фосфолипидов (лецитина и кефалина), холестерина и эфиров холестерина.

Распределение.

Кровь доставляет липиды в разные ткани тела и прежде всего в печень. Печень обладает способностью модифицировать поступающие в нее жирные кислоты. Это особенно выражено у видов, запасающих жиры с высоким содержанием насыщенных или, наоборот, ненасыщенных жирных кислот: в печени этих животных соотношение насыщенных и ненасыщенных кислот изменяется таким образом, что отлагающийся жир по своему составу соответствует жиру, свойственному данному организму.

Жиры в печени либо используются для получения энергии, либо переходят в кровь и доставляются ею в разные ткани. Здесь они могут включаться в структурные элементы тканей, но большая их часть отлагается в жировых депо, где они хранятся до тех пор, пока не возникнет потребность в энергии; тогда они снова переносятся в печень и подвергаются здесь окислению.

Метаболизм липидов, как и углеводов, регулируется гомеостатически. Механизмы гомеостаза, воздействующие на липидный и углеводный обмен, видимо, тесно связаны, поскольку при замедлении метаболизма углеводов усиливается метаболизм липидов, и наоборот.

Превращения и использование.

Четырехуглеродные кислоты – ацетоуксусная (продукт конденсации двух ацетатных единиц) и b-гидроксимасляная – и трехуглеродное соединение ацетон, образующийся при отщеплении одного атома углерода от ацетоуксусной кислоты, известны под общим названием кетоновых (ацетоновых) тел. В норме кетоновые тела присутствуют в крови в небольших количествах. Избыточное их образование при тяжелом диабете ведет к повышению их содержания в крови (кетонемия) и в моче (кетонурия) – это состояние обозначают термином «кетоз».

Белки.

Всасывание.

При переваривании белков пищеварительными ферментами образуется смесь из аминокислот и небольших пептидов, содержащих от двух до десяти остатков аминокислот. Эти продукты всасываются слизистой кишечника, и здесь гидролиз завершается – пептиды также распадаются до аминокислот. Поступившие в кровь аминокислоты смешиваются с находящимися здесь такими же аминокислотами. В крови содержится смесь из аминокислот, поступивших из кишечника, образовавшихся при распаде тканевых белков и синтезированных организмом заново.

Синтез.

В тканях непрерывно идет распад белков и их новообразование. Содержащиеся в крови аминокислоты избирательно поглощаются тканями как исходный материал для построения белков, а из тканей в кровь поступают другие аминокислоты. Синтезу и распаду подвергаются не только структурные белки, но и белки плазмы крови, а также белковые гормоны и ферменты.

Во взрослом организме аминокислоты или белки практически не запасаются, поэтому удаление аминокислот из крови происходит с такой же скоростью, как и их поступление из тканей в кровь. В растущем организме формируются новые ткани, и на этот процесс расходуется больше аминокислот, чем поступает в кровь за счет распада тканевых белков.

Печень участвует в метаболизме белков самым активным образом. Здесь синтезируются белки плазмы крови – альбумины и глобулины – а также собственные ферменты печени. Так, при потере плазменных белков содержание альбумина в плазме восстанавливается – за счет интенсивного синтеза – довольно быстро. Аминокислоты в печени используются не только для образования белков, но подвергаются также расщеплению, в ходе которого извлекается заключенная в них энергия.

Превращения и использование.

Если аминокислоты используются в качестве источника энергии, то отщепляемая от них аминогруппа (–NH2) направляется на образование мочевины, а не содержащий азота остаток молекулы окисляется приблизительно так же, как глюкоза или жирные кислоты.

Так называемый «орнитиновый цикл» описывает, как происходит превращение аммиака в мочевину. В этом цикле аминогруппа, отщепившаяся от аминокислоты в форме аммиака, присоединяется вместе с диоксидом углерода к молекуле орнитина с образованием цитруллина. Цитруллин присоединяет второй атом азота, на этот раз от аспарагиновой кислоты, и превращается в аргинин. Далее аргинин подвергается гидролизу с образованием мочевины и орнитина. Орнитин может теперь вновь вступить в цикл, а мочевина выводится из организма через почки как один из конечных продуктов метаболизма.
См. также ГОРМОНЫ; ФЕРМЕНТЫ; ЖИРЫ И МАСЛА; НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ; БЕЛКИ; ВИТАМИНЫ.

ОСНОВЫ БИОХИМИИ

ОСНОВЫ БИОХИМИИ

Профессор Гладилин А.К., 4 курс, 7й семестр, 2004/2005 уч. год

1. Введение в биохимию.

1.1. Биосфера и биологический круговорот веществ и энергии. Пищевые цепи. Автотрофы и гетеротрофы. Симбиоз. Прокариоты и эукариоты. Строение про- и эукариотической клетки. Функции органелл и цитоплазмы клетки.

1.2. Химический состав живых систем. Основные классы биоорганических соединений. «Органический алфавит» жизни. Биологические функции воды. Основной (первичный) и вторичный метаболизм. Катаболизм и анаболизм. Основные пути регуляции биохимических процессов.

1.3. Энергетический обмен клетки. Макроэргические соединения. Природа макроэргической связи. АТФ и другие фосфорилированные соединения. Энергетический заряд клетки. Пути использования энергии, запасаемой в высокоэнергетических соединениях.

2. Углеводы.

2.1. Структура моносахаридов: альдозы и кетозы. Стереоизомерия. Способы изображения (проекции Фишера и Хеоурса, конформационные формулы). Биологические функции моносахаридов. Олигосахариды — структура и биологические функции.

2.2. Структура и биологические функции полисахаридов животных и грибов (гликогена и хитина), растений (крахмала, целлюлозы, инулина, пектинов, гемицеллюлоз — маннанов, галактанов и ксиланов), водорослей (агар-агара, альгиновых кислот) и бактерий (декстрана). Пептидогликаны бактерий и гликопротеиды животных. Гликозаминогликаны и протеогликаны.

2.3. Гликолиз и гликогенолиз. Гликолиз — центральный путь катаболизма глюкозы. Стадии и подстадии гликолиза. «Запусковые» реакции и этапы запасания энергии. Субстратное фосфорилирование. Необратимые стадии гликолиза. «Кислородная задолженность». Пути вовлечения в гликолиз различных ди- и моносахаридов. Гликогенолиз. Регуляция гликолиза и гликогенолиза. Спиртовое и молочнокислое брожение.

2.4. Цикл лимонной кислоты и глиоксалатный цикл.

Пируватдегидрогеназный комплекс ферментов. Коферменты и кофакторы комплекса. Цикл лимонной кислоты. Регуляция окислительного декарбоксилирования пирувата и цикла лимонной кислоты. Анаплеротические реакции. Глиоксилатный цикл и его функции.

2.5. Электрон-транспортная цепь и окислительное фосфорилирование. Внутриклеточная локализация процессов гликолиза, цикла лимонной кислоты и электрон-транспортной системы. Структура митохондрий и челночные системы. Коллекторная функция NADH и FADH2. Четыре комплекса электрон-транспортной цепи. Флавинмононуклеотид. Хемиосмотическая гипотеза и окислительное фосфорилирование. Структура и

механизм действия АТР-синтетазы.

2.6. Глюконеогенез. Превращение пирувата в фосфоенолпируват. Сходства и различия гликолиза и глюконеогенеза. Реципрокная регуляция гликолиза и глюконеогенеза. «Холостые циклы» в углеводном обмене и их роль. Синтез гликогена. Реципрокная регуляция гликоген-синтетазы и гликоген-фосфорилазы.

2.7. Фотосинтез и фотосинтетическое фосфорилирование. Разнообразие фотосинтетиков и доноров водорода при фотосинтезе. Световая и темновая стадии фотосинтеза. Структура и назначение хлорофиллов и каратиноидов. Два типа фотохимических систем и их взаимодействие. Z-схема и циклическое фосфорилирование. Электрон-транспортная система хлоропластов. Общее уравнение фотосинтеза. Фиксация двуокиси углерода. Представление о цикле Кальвина. С4-путь и его физиологическая роль. Фотодыхание.

2.8. Вторичный катаболизм глюкозы. Пентофосфатазный путь и его физиологическая роль. Окислительный и неокислительный этапы пентофосфатазного пути.

2.9. Вторичный катаболизм глюкозы. Биосинтез глюкуроновой кислоты и витамина С.

3. Липиды.

3.1. Структура и функции липидов. Классификация липидов.

Триацилглицериды. Строение и функции триацилглицеридов. Насыщенные (лауриновая, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая и арахиновая) и ненасыщенные (пальмитолеиновая, олеиновая, линолевая, линолеиновая и арахидоновая) кислоты. Состав растительных и животных жиров. Воска.

Фосфолипиды. Фосфатидная кислота. Фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидилхолин (лецитин), кардиолипин. Сфингомиелины.

Прочие вещества липидной природы: стероиды, гликолипиды, липопротеины, витамины, гормоны.

3.2. Мембраны и трансмембранный транспорт.

Типы мембран. Состав и структура клеточных мембран. Жидко-мозаичная модель Сингера-Никольсона. Липопротеины. Активный и пассивный трансмембранный транспорт. Виды транспортных систем. Натрий-калиевый насос, механизм действия и физиологическая роль.

3.2. Окисление жирных кислот. Механизм активации и переноса жирных кислот через внутреннюю мембрану митохондрий. Первая (b-окисление до ацетил-СоА) и вторая (до углекислого газа и воды) стадии окисления жирных кислот. Особенности окисления ненасыщенных жирных кислот и жирных кислот с нечетным числом атомов, углерода. Функции биотина и коферментной формы витамина В12. Образование кетоновых тел в печени и их использование в мышцах.

3.3. Биосинтез жирных кислот. Челночный механизм переноса ацетильных групп из матрикса митохондрий в цитозоль. Образование малонил-СоА. Строение и механизм действия синтетазы жирных кислот. Стадии синтеза жирных кислот. Сходства и различия между окислением и синтезом жирных кислот. Согласованная регуляция окисления и биосинтеза жирных кислот.

3.4. Синтез и гидролиз жиров и фосфолипидов. Образование ди- и триацилглицеридов. Реутилизация холина и синтез лецитина de novo.

4. Азотсодержащие соединения.

4.1. Аминокислоты: строение и биологические функции. Понятие о заменимых и незаменимых аминокислотах. Взаимосвязь аминокислот с метаболитами гликолиза и цикла лимонной кислоты. Механизм реакции переаминирования. Перидоксальфосфат и перидоксаминфосфат. Глутаминаза и глутаминсинтетаза.

4.2. Расщепление и биосинтез аминокислот. Токсичность аммиака и орнитиновый цикл. Аммонио-, урео- и урикотелические организмы. Глюкогенные и кетогенные аминокислоты. Пути распада и синтеза аминокислот, сходства и различия катаболических и анаболических путей. Роль тетрагидрофолиевой кислоты.

4.3. Строение и биологические функции азотистых оснований. Катаболизм и анаболизм пуриновых оснований, нуклеотидов и дезоксинуклеотидов на их основе.

4.4. Строение и биологические функции азотистых оснований. Катаболизм и анаболизм пиримидиновых оснований, нуклеотидов и дезоксинуклеотидов на их основе.

5. Витамины

5.1. Жирорастворимые витамины (A, D, Е, К, убихинон, пластохинон).

5.2. Водорастворимые витамины (В1, В2, В3, В5, В6, В12, С, липоевая кислота, биотин, фолиевая кислота).

6. Гормоны.

6.1. Иерархия эндокринной системы. Первичные, вторичные и конечные мишени. Химическая природа гормонов.

6.2. Водо- и жирорастворимые гормоны. Два механизма действия гормонов. Вторичный посредник и каскадные процессы на примере биохимии адреналина. Представление о гормонах гипоталамуса и гипофиза, поджелудочной железы, щитовидной железы, надпочечников и органов репродуктивной системы.

 

Надо добавить в программу:

Буферная система крови

Микроэлементы

Гемоглобин и миоглобин

Роль ионов, натрий-калиевый насос, кальций как медиатор.

Пищеварение

Механизм движения.

Анаболизм и катаболизм: определения и примеры — видео и стенограмма урока

Истинное или ложное действие на анаболизм и катаболизм

В этом упражнении вы проверите свои знания определений и примеров анаболизма и катаболизма из урока.

Проезд

Определите, верны ли следующие утверждения. Для этого распечатайте или скопируйте эту страницу на чистый лист и подчеркните или округлите ответ.

1. Распад биомолекул необходим для облегчения их использования.

Верно | Ложь

2. Пищеварение — это анаболический процесс, при котором пища превращается в вещества, которые могут быть усвоены организмом.

Верно | Ложь

3. Высокое количество АТФ приводит к преобладанию анаболической активности в клетках.

Верно | Ложь

4. Анаболизм — это разрушительный метаболизм, обычно включающий высвобождение энергии и расщепление биомолекул.

Верно | Ложь

5.Синтез сахара с образованием гликогена — пример катаболизма.

Верно | Ложь

6. Метаболизм — это полный набор физических и химических реакций, происходящих в живых клетках.

Верно | Ложь

7. Клеточное дыхание — это метаболический процесс, который преобразует химическую энергию из молекул кислорода в АДФ.

Верно | Ложь

8. Анаболические гормоны, такие как анаболические стероиды, стимулируют синтез белка и рост мышц.

Верно | Ложь

9. Аденозинтрифосфат (АТФ) — это органическая молекула, которая обеспечивает энергией многие процессы в живых клетках.

Верно | Ложь

10. Наращивание мышечной массы способствует катаболической активности, замедляя анаболические реакции.

Верно | Ложь

Ключ ответа

1. Верно

2. Неверно, потому что правильное утверждение: Пищеварение — это катаболический процесс, при котором пища превращается в вещества, которые могут быть усвоены организмом .

3. Верно

4. Неверно, потому что правильное утверждение: Катаболизм — это деструктивный метаболизм, обычно включающий высвобождение энергии и распад биомолекул .

5. Неверно, потому что правильное утверждение: Синтез сахара с образованием гликогена является примером анаболизма

6. Верно

7. Неверно, потому что правильное утверждение: Клеточное дыхание — это метаболический процесс, который преобразует химическую энергию из молекул кислорода в АТФ .

8. Верно

9. Верно

10. Неверно, потому что правильное утверждение: Наращивание мышечной массы способствует анаболической активности и замедляет катаболические реакции .

Что такое анаболизм?

Анаболизм — это процесс, при котором организм использует энергию, выделяемую катаболизмом, для синтеза сложных молекул. Эти сложные молекулы затем используются для формирования клеточных структур, которые формируются из небольших и простых предшественников, которые действуют как строительные блоки.

Этапы анаболизма

Есть три основных стадии анаболизма.

  • Стадия 1 включает производство предшественников, таких как аминокислоты, моносахариды, изопреноиды и нуклеотиды.
  • Стадия 2 включает активацию этих предшественников в реактивные формы с использованием энергии АТФ
  • Стадия 3 включает сборку этих предшественников в сложные молекулы, такие как белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты.

Источники энергии для анаболических процессов

Различные виды организмов зависят от разных источников энергии.Автотрофы, такие как растения, могут создавать сложные органические молекулы в клетках, такие как полисахариды и белки, из простых молекул, таких как углекислый газ и вода, используя солнечный свет в качестве энергии.

Гетеротрофам, с другой стороны, требуется источник более сложных веществ, таких как моносахариды и аминокислоты, для производства этих сложных молекул. Фотоавтотрофы и фотогетеротрофы получают энергию от света, а хемоавтотрофы и хемогетеротрофы получают энергию от реакций неорганического окисления.

Анаболизм углеводов

На этих этапах простые органические кислоты могут быть преобразованы в моносахариды, такие как глюкоза, а затем использованы для сборки полисахаридов, таких как крахмал. Глюкоза производится из пирувата, лактата, глицерина, глицерат-3-фосфата и аминокислот, и этот процесс называется глюконеогенезом. Глюконеогенез превращает пируват в глюкозо-6-фосфат через ряд промежуточных продуктов, многие из которых используются совместно с гликолизом.

Обычно жирные кислоты, хранящиеся в жировой ткани, не могут быть преобразованы в глюкозу посредством глюконеогенеза, поскольку эти организмы не могут преобразовывать ацетил-КоА в пируват.Это причина того, что при длительном голодании людям и другим животным необходимо производить кетоновые тела из жирных кислот для замены глюкозы в тканях, таких как мозг, которые не могут метаболизировать жирные кислоты.

Растения и бактерии могут превращать жирные кислоты в глюкозу, и они используют цикл глиоксилата, который позволяет обойти стадию декарбоксилирования в цикле лимонной кислоты и позволяет превращать ацетил-КоА в оксалоацетат. Из этого образуется глюкоза.

Гликаны и полисахариды представляют собой комплексы простых сахаров.Эти добавления становятся возможными благодаря гликозилтрансферазе от реактивного донора сахара-фосфата, такого как уридиндифосфат глюкоза (UDP-глюкоза), к акцепторной гидроксильной группе на растущем полисахариде. Гидроксильные группы на кольце субстрата могут быть акцепторами, и, таким образом, полученные полисахариды могут иметь прямую или разветвленную структуру. Образованные таким образом полисахариды могут быть перенесены в липиды и белки с помощью ферментов, называемых олигосахарилтрансферазами.

Анаболизм белков

Белки состоят из аминокислот.Большинство организмов могут синтезировать некоторые из 20 распространенных аминокислот. Большинство бактерий и растений могут синтезировать все двадцать, но млекопитающие могут синтезировать только десять заменимых аминокислот.

Аминокислоты соединены в цепь пептидными связями с образованием полипептидных цепей. Каждый отдельный белок имеет уникальную последовательность аминокислотных остатков: это его первичная структура. Полипептидная цепь претерпевает модификации, сворачивание и структурные изменения с образованием конечного белка.

Нуклеотиды образуются из аминокислот, углекислого газа и муравьиной кислоты путями, которые требуют большого количества метаболической энергии.

Пурины синтезируются в виде нуклеозидов (оснований, прикрепленных к рибозе). Аденин и гуанин, например, получают из предшественника нуклеозида инозинмонофосфата, который синтезируется с использованием атомов аминокислот глицина, глутамина и аспарагиновой кислоты, а также формиата, перенесенного из тетрагидрофолата кофермента.

Пиримидины, такие как тимин и цитозин, синтезируются из основания оротата, которое образуется из глутамина и аспартата.

Анаболизм жирных кислот

Жирные кислоты синтезируются с использованием синтаз жирных кислот, которые полимеризуются, а затем восстанавливают звенья ацетил-КоА.Эти жирные кислоты содержат ацильные цепи, которые расширяются за счет цикла реакций, которые добавляют актильную группу, восстанавливают ее до спирта, дегидратируют до алкеновой группы и затем снова восстанавливают до алкановой группы.

У животных и грибов все эти реакции синтазы жирных кислот осуществляются одним многофункциональным белком типа I. В растениях, плазмидах и бактериях на каждом этапе пути выполняются отдельные ферменты типа II.

Другие липиды, такие как терпены и изопреноиды, включают каротиноиды и составляют самый большой класс растительных натуральных продуктов.Эти соединения получают путем сборки и модификации изопреновых единиц, полученных из реакционноспособных предшественников изопентенилпирофосфата и диметилаллилпирофосфата. У животных и архей мевалонатный путь продуцирует эти соединения из ацетил-КоА.

Источники

  1. http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/592energy.html
  2. http://www.nature.com/scitable/topicpage/dynamic-adaptation-of-nutrient-utilization-in-humans-14232807
  3. http: // www.nature.com/scitable/topicpage/nutrient-utilization-in-humans-metabolism-pathways-14234029
  4. http://www.soundformulas.com/page9.html
  5. http://cronus.uwindsor.ca/units/biochem/web/biochemi.nsf/18e8732806421826852569830050331b/7a371e9af805f74e85256a4f00538021/$FILE/Energy%20metabolism.pdf

Дополнительная литература

4.1: Обзор метаболизма — Medicine LibreTexts

Навыки для развития

  • Обобщите, как получается и используется энергия из энергетических питательных веществ, а также как и где она сохраняется в организме для дальнейшего использования.
  • Объясните роль энергии в процессе построения тканей и органов.

В различных главах этого текста мы исследовали метаболизм углеводов, липидов и белков. В следующем разделе мы соберем эту информацию, чтобы получить четкое представление о важности метаболизма в питании человека.

Метаболизм определяется как сумма всех химических реакций, необходимых для поддержания клеточной функции и, следовательно, жизни организма.Метаболизм подразделяется на катаболизм, относящийся ко всем метаболическим процессам, участвующим в распаде молекул, или анаболизм, который включает все метаболические процессы, участвующие в создании более крупных молекул. Как правило, катаболические процессы высвобождают энергию, а анаболические процессы потребляют энергию. Общие цели метаболизма — передача энергии и транспортировка вещества. Энергия преобразуется из пищевых макроэлементов в клеточную энергию, которая используется для выполнения клеточной работы. Метаболизм преобразует макроэлементы в вещества, которые клетка может использовать для роста и воспроизводства, а также в продукты жизнедеятельности.

В главе 5 вы узнали, что ферменты — это белки и что их задача — катализировать химические реакции. (Напомним, что слово «катализирует» означает ускорение химической реакции и уменьшение энергии, необходимой для завершения химической реакции, без использования катализатора в реакции.) Без ферментов химические реакции не могли бы происходить с достаточно высокой скоростью и были бы использовать слишком много энергии для существования жизни. Метаболический путь представляет собой серию ферментативных реакций, которые превращают исходный материал (известный как субстрат) в промежуточные продукты, которые являются субстратами для следующих ферментативных реакций в этом пути, пока, наконец, не будет синтезирован конечный продукт последней ферментативной реакцией. в пути.Некоторые метаболические пути сложны и включают множество ферментативных реакций, а другие включают лишь несколько химических реакций.

Для обеспечения клеточной эффективности метаболические пути, участвующие в катаболизме и анаболизме, регулируются согласованно в зависимости от энергетического статуса, гормонов, уровней субстрата и конечных продуктов. Согласованная регуляция метаболических путей предотвращает неэффективное построение клетками молекулы, когда она уже доступна. Подобно тому, как было бы неэффективно строить стену в то время, когда она разрушается, для клетки неэффективно с метаболической точки зрения синтезировать жирные кислоты и одновременно разрушать их.

Катаболизм пищевых молекул начинается, когда пища попадает в рот, поскольку фермент слюнной амилазы инициирует расщепление углеводов. Весь процесс пищеварения превращает крупные полимеры в пище в мономеры, которые могут усваиваться. Углеводы расщепляются на моносахариды, липиды — на жирные кислоты, а белки — на аминокислоты. Эти мономеры всасываются в кровоток либо напрямую, как в случае с моносахаридами и аминокислотами, либо переупаковываются в кишечных клетках для транспортировки непрямым путем через лимфатические сосуды, как в случае с жирными кислотами и другими жирорастворимыми молекулами.После всасывания кровь переносит питательные вещества к клеткам. Клетки, которым требуется энергия или строительные блоки, забирают питательные вещества из крови и перерабатывают их катаболическим или анаболическим путем. Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для выполнения многих функций организма, таких как переваривание, всасывание, дыхание, перекачивание крови, транспортировка питательных веществ внутрь и отходы, поддержание температуры тела и создание новых клеток. Моносахариды, липиды расщепляются на жирные кислоты, а белки — на аминокислоты.Эти мономеры всасываются в кровоток либо напрямую, как в случае с моносахаридами и аминокислотами, либо переупаковываются в кишечных клетках для транспортировки непрямым путем через лимфатические сосуды, как в случае с жирными кислотами и другими жирорастворимыми молекулами. После всасывания кровь переносит питательные вещества к клеткам. Клетки, которым требуется энергия или строительные блоки, забирают питательные вещества из крови и перерабатывают их катаболическим или анаболическим путем. Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для выполнения многих функций организма, таких как переваривание, поглощение, дыхание, перекачивание крови, транспортировка питательных веществ внутрь и отходы, поддержание температуры тела и создание новых клеток.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) : Метаболизм подразделяется на метаболические пути, которые разрушают молекулы, выделяющие энергию (катаболизм), и молекулы, которые потребляют энергию, создавая более крупные молекулы (анаболизм).

Энергетический метаболизм более конкретно относится к метаболическим путям, которые высвобождают или хранят энергию. Некоторые из них являются катаболическими путями, такими как гликолиз (расщепление глюкозы), β-окисление (расщепление жирных кислот) и катаболизм аминокислот.Другие являются анаболическими путями и включают те, которые участвуют в накоплении избыточной энергии (например, гликогениз) и синтезе триглицеридов (липогенез). В таблице \ (\ PageIndex {1} \) приведены некоторые катаболические и анаболические пути и их функции в энергетическом обмене.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \) : Метаболические пути
Катаболические пути Функция Анаболические пути Функция
Гликолиз Распад глюкозы Глюконеогенез Синтезировать глюкозу
Гликогенолиз Распад гликогена Гликогенез Синтезировать гликоген
β-окисление Распад жирных кислот Липогенез Синтезировать триглицериды
Протеолиз Расщепление белков до аминокислот Синтез аминокислот Синтезировать аминокислоты

Катаболизм: Разрушение

Все клетки настроены на свой энергетический баланс.Когда уровень энергии высокий, клетки строят молекулы, а когда уровень энергии низкий, запускаются катаболические пути для производства энергии. Глюкоза является предпочтительным источником энергии для большинства тканей, но жирные кислоты и аминокислоты также могут катаболизироваться до молекулы клеточной энергии, АТФ. Катаболизм питательных веществ в энергию можно разделить на три стадии, каждая из которых включает индивидуальные метаболические пути. Три стадии расщепления питательных веществ позволяют клеткам переоценить свои потребности в энергии, поскольку конечные продукты каждого пути могут быть далее переработаны в энергию или направлены на анаболические пути.Кроме того, промежуточные продукты метаболических путей иногда могут быть переведены на анаболические пути после удовлетворения потребностей клетки в энергии. Три стадии расщепления питательных веществ следующие:

Распад глюкозы начинается с гликолиза, который представляет собой десятиступенчатый метаболический путь, дающий два АТФ на молекулу глюкозы; гликолиз происходит в цитозоле и не требует кислорода. Помимо АТФ, конечные продукты гликолиза включают две трехуглеродные молекулы, называемые пируватом.У пирувата есть несколько метаболических судеб. Во-первых, если кислорода недостаточно, он превращается в лактат, а затем отправляется в печень. Во-вторых, если кислорода достаточно и клетке нужна энергия, она направляется в митохондрии и входит в цикл лимонной кислоты (или цикл Кори или цикл Кребса), или три, он может быть преобразован в другие молекулы (анаболизм).

Пируват, который транспортируется в митохондрии, отщепляет один из атомов углерода, образуя ацетил-КоА. Ацетил-КоА, двухуглеродная молекула, общая для метаболизма глюкозы, липидов и белков, вступает во вторую стадию энергетического метаболизма, цикл лимонной кислоты.Это необратимый процесс. Распад жирных кислот начинается с катаболического пути, известного как β-окисление, которое происходит в митохондриях. В этом катаболическом пути четыре ферментативных этапа последовательно удаляют двухуглеродные молекулы из длинных цепочек жирных кислот, давая молекулы ацетил-КоА. В случае аминокислот, как только азот удален (дезаминирован) из аминокислоты, оставшийся углеродный скелет может быть ферментативно преобразован в ацетил-КоА или какой-либо другой промежуточный продукт цикла лимонной кислоты.

В лимонной кислоте цикл ацетил-КоА соединен с четырехуглеродной молекулой. В этом многоступенчатом пути два атома углерода теряются при образовании двух молекул углекислого газа. Энергия, полученная при разрыве химических связей в цикле лимонной кислоты, преобразуется еще в две молекулы АТФ (или их эквиваленты) и высокоэнергетические электроны, которые переносятся молекулами, никотинамидадениндинуклеотид (NADH) и флавинадениндинуклеотид (FADH ). 2 ). НАДН и ФАДН 2 переносят электроны (водород) к внутренней мембране митохондрий, где происходит третья стадия синтеза энергии, в так называемой цепи переноса электронов.В этом метаболическом пути происходит последовательный перенос электронов между несколькими белками и синтезируется АТФ. Также образуется вода.

Весь процесс катаболизма питательных веществ химически подобен горению, поскольку при сжигании молекул углерода образуются углекислый газ, вода и тепло. Однако многие химические реакции катаболизма питательных веществ замедляют распад молекул углерода, так что большая часть энергии может быть захвачена, а не преобразована в тепло и свет. Полный катаболизм питательных веществ эффективен на 30-40%, поэтому часть энергии выделяется в виде тепла.Тепло является жизненно важным продуктом катаболизма питательных веществ и участвует в поддержании температуры тела. Если бы клетки были слишком эффективны в преобразовании энергии питательных веществ в АТФ, люди не выдержали бы до следующего приема пищи, так как они бы умерли от переохлаждения.

Мы измеряем энергию в калориях, которые представляют собой количество энергии, высвобождаемой для подъема одного грамма воды на один градус Цельсия. Пищевые калории измеряются в ккал, калориях или 1000 калориях. При сжигании углеводов выделяется 4 ккал / г .; белок производят 4 ккал / г; жир производит 9 ккал / г; а алкоголь производит 7 ккал / г.

Из некоторых аминокислот удаляется азот, а затем они попадают в цикл лимонной кислоты для производства энергии. Азот включается в мочевину, а затем удаляется с мочой. Углеродный скелет превращается в пируват или непосредственно входит в цикл лимонной кислоты. Эти аминокислоты называются глюконеогенными, потому что они могут использоваться для производства глюкозы. Аминокислоты, которые дезаминируются и становятся ацетил-КоА, называются кетогенными аминокислотами и никогда не могут стать глюкозой.

Жирные кислоты никогда не превращаются в глюкозу, но являются важным источником энергии.Они разбиты на две углеродные единицы в процессе, называемом бета-окислением, и входят в цикл лимонной кислоты как ацетил-КоА. В присутствии глюкозы эти две углеродные единицы входят в цикл лимонной кислоты и сжигаются, чтобы получить энергию (АТФ) и произвести побочный продукт CO 2 . Если уровень глюкозы низкий, образуются кетоны. Кетоновые тела можно сжигать для получения энергии. Мозг может использовать кетоны.

Анаболизм: Здание

Энергия, выделяемая катаболическими путями, поддерживает анаболические пути построения макромолекул, таких как белки РНК и ДНК, и даже целых новых клеток и тканей.Анаболические пути необходимы для создания новой ткани, такой как мышцы, после длительных упражнений или ремоделирования костной ткани, процесса, включающего как катаболические, так и анаболические пути. Анаболические пути также создают молекулы-накопители энергии, такие как гликоген и триглицериды. Промежуточные звенья катаболических путей энергетического метаболизма иногда отвлекаются от производства АТФ и вместо этого используются в качестве строительных блоков. Это происходит, когда клетка находится в положительном энергетическом балансе. Например, промежуточный продукт цикла лимонной кислоты, α-кетоглутарат, может быть анаболически переработан в аминокислоты глутамат или глутамин, если они необходимы.Напомним, что человеческий организм способен синтезировать одиннадцать из двадцати аминокислот, входящих в состав белков. Все метаболические пути синтеза аминокислот ингибируются конкретной аминокислотой, которая является конечным продуктом данного пути. Таким образом, если в клетке достаточно глутамина, он отключает его синтез.

Анаболические пути регулируются их конечными продуктами, но тем более энергетическим состоянием клетки. Когда энергии достаточно, по мере необходимости будут построены более крупные молекулы, такие как белок, РНК и ДНК.В качестве альтернативы, когда энергии недостаточно, белки и другие молекулы будут разрушаться и катаболизироваться с высвобождением энергии. Яркий пример этого — у детей с маразмом. У этих детей серьезно нарушены функции организма, что часто приводит к смерти от инфекции. Дети с маразмом страдают от голода по калориям и белку, которые необходимы для выработки энергии и создания макромолекул. Отрицательный энергетический баланс у детей с маразмом приводит к разрушению мышечной ткани и тканей других органов в попытке выжить в организме.Из-за значительного уменьшения мышечной ткани дети с маразмом выглядят истощенными или «истощенными мышцами».

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Метаболический путь глюконеогенеза

В гораздо менее серьезном примере у человека также отрицательный энергетический баланс между приемами пищи. За это время уровень глюкозы в крови начинает падать. Чтобы восстановить нормальный уровень глюкозы в крови, стимулируется анаболический путь, называемый глюконеогенезом.Глюконеогенез — это процесс построения молекул глюкозы из определенных аминокислот, который происходит в основном в печени (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Печень экспортирует синтезированную глюкозу в кровь для использования другими тканями.

Накопитель энергии

Напротив, в «сытом» состоянии (когда уровни энергии высоки) будет накапливаться дополнительная энергия из питательных веществ. Глюкоза может храниться только в мышцах и тканях печени. В этих тканях он хранится в виде гликогена, сильно разветвленной макромолекулы, состоящей из тысяч мономеров глюкозы, скрепленных химическими связями.Мономеры глюкозы соединяются анаболическим путем, называемым гликогенезом. На каждую хранящуюся молекулу глюкозы используется одна молекула АТФ. Следовательно, для хранения энергии требуется энергия. Уровни гликогена быстро достигают своего физиологического предела, и когда это происходит, избыток глюкозы превращается в жир. Клетка с положительным энергетическим балансом обнаруживает высокую концентрацию АТФ, а также ацетил-КоА, продуцируемого катаболическими путями. В ответ катаболизм отключается и включается синтез триглицеридов, который происходит посредством анаболического пути, называемого липогенезом.Новообразованные триглицериды транспортируются в жировые клетки, называемые адипоцитами. Жир является лучшей альтернативой гликогену для хранения энергии, поскольку он более компактен (на единицу энергии) и, в отличие от гликогена, организм не накапливает воду вместе с жиром. Вода весит очень много, и увеличенные запасы гликогена, которые сопровождаются водой, резко увеличивают массу тела. Когда в организме положительный энергетический баланс, избыток углеводов, липидов и белков превращается в жир.

Ключевые выводы

  • Общими целями метаболизма являются передача энергии и транспортировка вещества. Метаболизм определяется как сумма всех химических реакций, необходимых для поддержания клеточной функции, и подразделяется на катаболизм (относящийся ко всем метаболическим процессам, участвующим в распаде молекул) или анаболизм (который включает все метаболические процессы, участвующие в создании более крупных молекул). Как правило, катаболические процессы высвобождают энергию, а анаболические процессы потребляют энергию.
  • Метаболический путь — это серия ферментативных стадий, на которых субстрат (исходный материал) преобразуется в промежуточные продукты, которые являются субстратами для протекающих ферментативных реакций, пока, наконец, не будет синтезирован конечный продукт последней ферментативной реакцией в этом пути.
  • Системам органов организма требуется топливо и строительные блоки для переваривания, поглощения, дыхания, перекачивания крови, транспортировки питательных веществ внутрь и выброса, поддержания температуры тела и создания новых клеток среди множества других функций.
  • Когда уровни энергии высоки, клетки строят молекулы, а когда уровни энергии низкие, катаболические пути стимулируются для высвобождения энергии.
  • Энергия, выделяемая катаболическими путями, поддерживает анаболические пути построения более крупных макромолекул.
  • В «сытом» состоянии (когда уровни энергии высоки) дополнительное питательное топливо будет храниться в виде гликогена или триглицеридов.

Обсуждение стартеров

  1. Обсудите практичность хранения энергии в ранних человеческих цивилизациях и последствия этих метаболических процессов в современном мире.Вернитесь к истории индейцев пима в главе 1 «Питание и вы» и к концепции «гена бережливости».
  2. Может ли человек с избыточным весом винить свой лишний вес в замедленном метаболизме?

Анаболические и катаболические пути, регулирующие массу скелетных мышц

В целом считается, что скорость синтеза клеточного белка определяется двумя факторами: эффективностью трансляции и трансляционной способностью. Трансляционная эффективность определяется как синтез белка на единицу количества РНК, а трансляционная способность определяется как общее содержание рибосом на единицу ткани (1).Подавляющее большинство исследований мышечного анаболизма неявно сосредоточено на определении тех сигнальных путей, которые приводят к повышению эффективности трансляции, хотя недавние исследования начали изучать сигнальные события, которые регулируют биогенез рибосом, то есть способность трансляции (2-4). Как показано на рисунке, mTOR (мишень рапамицина: комплекс TORC1 у млекопитающих) в настоящее время считается основным центром интеграции множества вышележащих сигнальных путей, которые при активации в конечном итоге приводят к повышению эффективности трансляции.Повышение эффективности трансляции происходит в течение относительно короткого периода времени и обычно рассматривается независимо от каких-либо изменений трансляционной способности клетки. Хотя практически очевидно, что процессы, которые регулируют эффективность перевода и возможности перевода, скоординированы, лежащий в основе механизм, ответственный за такую ​​координацию, еще предстоит полностью выяснить. Надер и его коллеги сообщили, что рапамицин предотвращает увеличение рибосомальной РНК во время мышечной гипертрофии, предполагая, что mTOR / TORC1 на самом деле может быть ответственным за координацию изменений в эффективности и емкости трансляции (3).В первой части анаболического раздела будут обсуждаться недавние открытия тех путей, которые увеличивают эффективность трансляции в ответ на стимул, а затем краткое обсуждение некоторых начальных исследований, изучающих контроль биогенеза рибосом во время гипертрофии скелетных мышц.

Передача сигналов mTOR

В скелетных мышцах взрослых людей путь передачи сигналов mTOR / TORC1 в настоящее время признан основным путем, регулирующим синтез белка, ведущим к повышению эффективности трансляции (см.).Исследования последних нескольких лет продолжали уточнять наше понимание того, как модулируется этот путь, и его взаимосвязь с другими путями, такими как путь TGF-β. За более подробным обзором сигнального пути mTOR читателя отсылают к более полным обзорам (5, 6).

Одним из наиболее хорошо изученных триггеров передачи сигналов mTOR в скелетных мышцах является IGF-1. Многочисленные исследования документально подтвердили способность IGF-1 вызывать мышечную гипертрофию путем активации Akt передачи сигналов mTOR.Остался открытым вопрос, была ли активация mTOR IGF-1 абсолютно необходимой для гипертрофии мышц. Чтобы ответить на этот вопрос, Спангенбург с соавторами изучили, способны ли мыши, сверхэкспрессирующие доминантно-отрицательную форму рецептора IGF-1 (мыши MKR), вызывать гипертрофический ответ после синергетической аблации (7). Несколько удивительно, что эти исследователи не обнаружили разницы в величине гипертрофии между мышами дикого типа и мышами MKR в ответ на повышенную механическую нагрузку, вызванную аблацией синергиста.Кроме того, обе линии мышей показали эквивалентные уровни активации Akt и нижестоящей мишени mTOR, p70 S6K . Эти результаты важны по двум причинам; Во-первых, это ясно демонстрирует, что передача сигналов рецептора IGF-1 не критична для индукции мышечной гипертрофии, и, во-вторых, это указывает на участие некоторого другого вышестоящего медиатора активации передачи сигналов mTOR, помимо IGF-1.

Предыдущая работа Хорнбергера и его коллег описала механическую активацию mTOR с помощью IGF-1-независимого пути с участием фосфолипазы D (PLD) через ее метаболит фосфатидную кислоту (PA) (8).Совсем недавно работа лаборатории Hornberger расширила эти первоначальные результаты, сообщив, что активация mTOR после эксцентрических сокращений требует синтеза PA PLD, который не зависит от активности PI3K-Akt (9). Роль PLD в передаче сигналов mTOR была дополнительно прояснена, когда было показано, что PLD1, но не PLD2, был нижестоящим эффектором активации mTOR Rheb (гомолог Ras, обогащенный в мозге) за счет физического взаимодействия с Rheb GTP-зависимым образом (10 ). Кроме того, было показано, что регуляция активности PLD1 с помощью Rheb чувствительна к доступности аминокислот через неизвестный механизм, который, вероятно, включает связывание Rheb или, что более предположительно, через взаимодействие с чувствительным к аминокислотам PI3K, Vps34 (10).

Vps34 (вакуумная сортировка белков 34) относится к классу III, PI3K, как ранее было показано, опосредует активацию аминокислот p70 S6K с помощью mTOR (11, 12). В скелетных мышцах MacKenzie et al. Сообщили, что сокращения с высоким сопротивлением значительно увеличивают активность Vps34, возможно, в ответ на повышение внутримышечных уровней лейцина (13). Основываясь на временной реакции активации p70 S6K , эти авторы предложили интересную модель, в которой первоначальная активация mTOR происходила через путь PLD / PA посредством механических стимулов, с последующей аминокислотной стимуляцией активности Vps34 и заключительной фазой Активация mTOR факторами роста.Особый интерес для скелетных мышц представляет открытие, что аминокислоты вызывают увеличение внутриклеточного Ca 2+ , что приводит к активации кальмодулина Vps34, хотя это открытие остается спорным (14, 15). Помимо Vps34, две группы сообщили о захватывающем открытии, что семейство Rag GTPases необходимо и достаточно для аминокислотной активации пути mTOR (16, 17). Определение точной роли Vps34 и Rag GTPases в регуляции синтеза белка в скелетных мышцах взрослых представляет собой захватывающее направление для будущих исследований.

Несмотря на растущую сложность пути mTOR (18) и актуальность этих новых открытий для роста мышц, исследование Миядзаки и Эссера предоставило доказательства того, что сигнальный путь mTOR может регулироваться специфическим для мышц образом (19). . Ген стрессовой реакции Redd2 (регулируется в развитии и в ответе на повреждение ДНК 2), как было обнаружено, сильно обогащен скелетными мышцами и способен ингибировать с помощью TSC2-зависимого механизма базальную активность mTOR, а также в ответ на механическое растяжение. и лейцин (19).В соответствии с этим открытием, экспрессия мРНК Redd2 подавлялась на 50% как в молодых, так и в старых скелетных мышцах человека в ответ на анаболический стимул и на 90% после механической перегрузки подошвенной мышцы мыши синергистической аблацией (20) (неопубликованное наблюдение MM & KE). Будет очень интересно определить, поможет ли специфическая для мышц инактивация Redd2 поддерживать массу скелетных мышц в периоды неиспользования.

Передача сигналов β-catenin / c-Myc

Помимо эффективности трансляции, скорость синтеза белка также определяется трансляционной способностью клетки, что отражается в содержании рибосом.Как упоминалось ранее, путь mTOR, как было показано, регулирует рибосомный биогенез в мышцах посредством UBF-опосредованного увеличения транскрипции рРНК (3). Однако исследования начали предоставлять доказательства важности пути передачи сигналов β-catenin / c-Myc, который действует независимо от пути mTOR в регуляции биогенеза рибосом. В совокупности было показано, что после семи дней механической перегрузки уровни ядерного β-катенина увеличивались более чем в 4 раза с соответствующим увеличением экспрессии миоядерного c-Myc и ~ 3-кратным увеличением общей РНК (4, 21 ).Специфическая для мышц инактивация гена β-катенина полностью предотвращает рост мышц в ответ на механическую перегрузку, четко демонстрируя необходимость β-катенина и активации его генов-мишеней, т.е. c-Myc для гипертрофии мышц, хотя последний пункт требует дополнительных учиться.

Разница между анаболизмом и катаболизмом

Главное отличие — анаболизм против катаболизма

Анаболизм и катаболизм — это совокупность метаболических процессов, которые вместе идентифицируются как метаболизм.Анаболизм — это набор реакций, участвующих в синтезе сложных молекул, начиная с небольших молекул внутри тела. Катаболизм — это набор реакций, участвующих в расщеплении сложных молекул, таких как белки, гликоген и триглицериды, на простые молекулы или мономеры, такие как аминокислоты, глюкоза и жирные кислоты соответственно. Основное различие между анаболизмом и катаболизмом состоит в том, что анаболизм — это конструктивный процесс, а катаболизм — это деструктивный процесс .

В этой статье объясняется,

1. Что такое анаболизм
— Определение, процессы, стадии, функция
2. Что такое катаболизм
— Определение, процессы, стадии, функция
3. В чем разница между анаболизмом и катаболизмом

Что такое анаболизм

Набор реакций, при которых синтезируются сложные молекулы, начиная с небольших молекул, известен как анаболизм.Таким образом, анаболизм — это конструктивный процесс. Анаболические реакции требуют энергии в виде АТФ. Их считают эндергоническими процессами. При синтезе сложных молекул постепенно наращиваются ткани и органы. Эти сложные молекулы необходимы для роста, развития и дифференциации клеток. Они увеличивают мышечную массу и минерализуют кости. Многие гормоны, такие как инсулин, гормон роста и стероиды, участвуют в процессе анаболизма.

В анаболизме участвуют три стадии.На первом этапе производятся такие предшественники, как моносахариды, нуклеотиды, аминокислоты и изопреноиды. Во-вторых, эти предшественники активируются с помощью АТФ в активную форму. В-третьих, эти реактивные формы собраны в сложные молекулы, такие как полисахариды, нуклеиновые кислоты, полипептиды и липиды.

Организмы можно разделить на две группы в зависимости от их способности синтезировать сложные молекулы из простых предшественников. Некоторые организмы, такие как растения, могут синтезировать сложные молекулы в клетке, начиная с одного предшественника углерода, такого как диоксид углерода.Их называют автотрофами. Гетеротрофы используют промежуточно сложные молекулы, такие как моносахариды и аминокислоты, для синтеза полисахаридов и полипептидов соответственно. С другой стороны, в зависимости от источника энергии организмы можно разделить на две группы: фототрофы и хемотрофы. Фототрофы получают энергию от солнечного света, а хемотрофы получают энергию от окисления неорганических соединений.

Фиксация углерода из углекислого газа достигается либо фотосинтезом, либо хемосинтезом.У растений фотосинтез происходит через световую реакцию и цикл Кальвина. Во время фотосинтеза образуется глицерат-3-фосфат, гидролизующий АТФ. Глицерат-3-фосфат позже превращается в глюкозу в результате глюконеогенеза. Фермент гликозилтрансфераза полимеризует моносахариды с образованием моносахаридов и гликанов. Обзор фотосинтеза показан на рис. 1 .

Рисунок 1: Фотосинтез

В процессе синтеза жирных кислот ацетил-КоА полимеризуется с образованием жирных кислот.Изопреноиды и терпены — это большие липиды, синтезируемые полимеризацией изопреновых звеньев во время мевалонатного пути. Во время синтеза аминокислот некоторые организмы способны синтезировать незаменимые аминокислоты. Аминокислоты полимеризуются в полипептиды во время биосинтеза белка. Пути de novo и пути восстановления участвуют в синтезе нуклеотидов, которые затем могут быть полимеризованы с образованием полинуклеотидов во время синтеза ДНК.

Что такое катаболизм

Набор реакций, при которых сложные молекулы расщепляются на мелкие части, известен как катаболизм.Таким образом, катаболизм — это деструктивный процесс. Катаболические реакции высвобождают энергию в форме АТФ, а также тепло. Их считают экзэргоническими процессами. Небольшие единицы молекул, образующиеся при катаболизме, могут использоваться либо в качестве предшественников в других анаболических реакциях, либо для высвобождения энергии путем окисления. Таким образом, считается, что катаболические реакции производят химическую энергию, необходимую для анаболических реакций. Некоторые клеточные отходы, такие как мочевина, аммиак, молочная кислота, уксусная кислота и диоксид углерода, также образуются во время катаболизма.Многие гормоны, такие как глюкагон, адреналин и кортизол, участвуют в катаболизме.

В зависимости от использования органических соединений в качестве источника углерода или донора электронов организмы классифицируются как гетеротрофы и органотрофы соответственно. Гетеротрофы расщепляют моносахариды, такие как промежуточные сложные органические молекулы, чтобы генерировать энергию для клеточных процессов. Органотрофы расщепляют органические молекулы, чтобы произвести электроны, которые могут быть использованы в их цепи переноса электронов, генерируя энергию АТФ.

Макромолекулы, такие как крахмал, жиры и белки из пищи, поглощаются и расщепляются на небольшие единицы, такие как моносахариды, жирные кислоты и аминокислоты, соответственно, во время пищеварения пищеварительными ферментами. Затем моносахариды используются в гликолизе для получения ацетил-КоА. Этот ацетил-КоА используется в цикле лимонной кислоты. АТФ производится путем окислительного фосфорилирования. Жирные кислоты используются для производства ацетил-КоА путем бета-окисления. Аминокислоты либо повторно используются в синтезе белков, либо окисляются до мочевины в цикле мочевины.Процесс клеточного дыхания, включающий гликолиз, цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование, показан на рисунке 2.

Рисунок 2: Клеточное дыхание

Разница между анаболизмом и катаболизмом

Определение

Анаболизм: Анаболизм — это метаболический процесс, при котором простые вещества синтезируются в сложные молекулы.

Катаболизм: Катаболизм — это метаболический процесс, при котором большие молекулы расщепляются на более мелкие.

Роль в метаболизме

Анаболизм: Анаболизм — это конструктивная фаза метаболизма.

Катаболизм: Катаболизм — разрушительная фаза метаболизма.

Требования к энергии

Анаболизм: Анаболизм требует энергии АТФ.

Катаболизм: Катаболизм высвобождает энергию АТФ.

Тепло

Анаболизм: Анаболизм — это эндергоническая реакция.

Катаболизм: Катаболизм — это экзэргоническая реакция.

Гормоны

Анаболизм: Эстроген, тестостерон, гормон роста, инсулин и т. Д. Участвуют в анаболизме.

Катаболизм: Адреналин, кортизол, глюкагон, цитокины и т. Д. Участвуют в катаболизме.

Утилизация кислорода

Анаболизм: Анаболизм анаэробный; он не использует кислород.

Катаболизм: Катаболизм — аэробный; он использует кислород.

Воздействие на организм

Анаболизм: Анаболизм увеличивает мышечную массу.Формирует, ремонтирует и украшает ткани.

Катаболизм: Катаболизм сжигает жир и калории. Он использует хранящуюся пищу для выработки энергии.

Функциональность

Анаболизм: Анаболизм действует во время отдыха или сна.

Катаболизм: Катаболизм является функциональным при активности тела.

Преобразование энергии

Анаболизм: Кинетическая энергия преобразуется в потенциальную во время анаболизма.

Катаболизм: Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию во время катаболизма.

Процессы

Анаболизм: Анаболизм возникает во время фотосинтеза у растений, синтеза белка, синтеза и ассимиляции гликогена у животных.

Катаболизм: Катаболизм происходит во время клеточного дыхания, пищеварения и выделения.

Примеры

Анаболизм: Синтез полипептидов из аминокислот, гликогена из глюкозы и триглицеридов из жирных кислот являются примерами анаболических процессов.

Катаболизм: Распад белков на аминокислоты, гликоген на глюкозу и триглицериды на жирные кислоты являются примерами катаболических процессов.

Заключение

Анаболизм и катаболизм вместе можно назвать метаболизмом. Анаболизм — это конструктивный процесс, в котором используется энергия в форме АТФ. Это происходит во время таких процессов, как фотосинтез, синтез белка, синтез гликогена. Анаболизм сохраняет в организме потенциальную энергию, увеличивая массу тела.Катаболизм — это деструктивный процесс, который высвобождает АТФ, который может использоваться во время анаболизма. Он сжигает накопленные сложные молекулы, уменьшая массу тела. Основное различие между анаболизмом и катаболизмом — это тип реакций, участвующих в этих двух процессах.

Ссылки:
1. «Метаболизм». Википедия . Фонд Викимедиа, 12 марта 2017 г. Web. 16 марта 2017 г.

Изображение предоставлено:
1. «Простой обзор фотосинтеза» Дэниел Майер (mav) — исходное изображениеВекторная версия Ерпо — собственная работа (GFDL) через Commons Wikimedia
2.«2503 Cellular Respiration» Колледж OpenStax — анатомия и физиология, веб-сайт Connexions. 19 июня 2013 г. (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia

.

Катаболизм — обзор | Темы ScienceDirect

Пути катаболизма и анаболизма АА

Катаболизм и анаболизм АА имеют некоторые общие характеристики. В обоих путях используются одни и те же коферменты. Конечные продукты катаболических путей и метаболические предшественники анаболических путей являются промежуточными продуктами гликолиза, цикла лимонной кислоты и пентозофосфатного пути.

Следующим этапом катаболизма (после дезаминирования) является окислительная деструкция аналогов α-кетокислот АК. Они окисляются до CO 2 и H 2 O в митохондриях печени, тонкой кишки, мышц и почек. Эти ткани играют главную роль в катаболических процессах с преобладающим участием печени.

Катаболические пути 20 АК являются классическим примером конвергентного метаболического пути. Все индивидуальные пути входят в цикл лимонной кислоты через шесть общих промежуточных продуктов: ацетил-КоА, пируват, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат и оксалоацетат.Таким образом, многие катаболические пути АК упрощаются, но функционально интегрированы с энергетическим метаболизмом глюкозы и жирных кислот (, рис. 2, ).

Рисунок 2. Общая схема катаболизма и анаболизма АА (красные стрелки представляют катаболические пути, а синие стрелки — анаболические пути).

Полное окисление АК способствует образованию АТФ (в данном случае CO 2 является конечным продуктом). Этот вклад варьируется и зависит от присутствия АК в рационе.Если количество АК превышает потребности для синтеза белка и производства АТФ, их углеродные скелеты направляются на другие продукты: de novo синтез глюкозы (глюконеогенез), жирных кислот или в определенных условиях кетоновых тел (кетогенез).

Некоторые АК дают только одно конечное промежуточное соединение (например, аспарагин и аспартат дают только оксалоацетат, а лизин и лейцин только ацетил-КоА), но некоторые более одного раза, что отражает различный катаболизм их углеродов (например, фенилаланин и тирозин дают как фумарат, так и фумарат). ацетил-КоА и треонин дает сукцинил-КоА, пируват и ацетил-КоА).

Те АК, которые полностью или частично разлагаются до ацетил-КоА (или ацетоацетил-КоА), могут участвовать в кетогенезе, способствуя синтезу кетоновых тел. Эти АК называются кетогенными. Точно так же те АК, которые дают оставшиеся пять продуктов (пируват, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат и оксалоацетат), называются глюкогенными АК, поскольку они могут быть преобразованы в глюкозу путем глюконеогенеза. Это деление не исключительное. Некоторые АК также являются кетогенными и глюкогенными.Только лейцин и лизин являются исключительно кетогенными АК, потому что они расщепляются только до ацетил-КоА (напомним, что атомы углерода жирных кислот не вносят прямого вклада в глюконеогенез, потому что они полностью распадаются на ацетил-КоА, но косвенно вносят свой вклад, обеспечивая энергию в форма АТФ для синтеза глюкозы). При неконтролируемом сахарном диабете и длительном голодании тканевые (мышечные) белки разрушаются, и АК используются для обеспечения предшественников глюконеогенеза и кетогенеза.

Катаболизм АК является конвергентным процессом, анаболизм — примером дивергентного метаболического процесса с исходными точками в гликолитическом (3-фосфоглицерат, фосфоенолпируват и пируват) цикле лимонной кислоты (оксалоацетат и α-кетоглутарат). и пентозофосфатные промежуточные соединения (рибозо-5-фосфат и эритрозо-4-фосфат) (, фиг. 2, ).

Как мы упоминали ранее, степень синтеза АК у разных организмов сильно различается. В отличие от бактерий и растений, человек может синтезировать только половину из двадцати, то есть несущественные АК. Вторую половину, незаменимую АА, люди получают с пищей. Их синтетические пути сложны и специфичны для разных организмов, в отличие от несущественных АК, которые синтезируются за несколько (часто за один) простых шагов.

Одним из важных факторов, определяющих анаболизм АК, является включение азота (аминогруппы) в промежуточные продукты биосинтеза.Глутамат и глутамин играют важную роль в этих процессах: глутамат в реакциях трансаминирования с пиридоксальфосфатом в качестве простетической группы и глутамин в реакциях, катализируемых ферментами глутамин амидотрансферазы. Пожалуйста, не путайте это с глутаминазой в митохондриях, которая катализирует высвобождение свободных ионов аммония и глутамата из глутамина; амидотрансферазы имеют два домена: один связывает глутамин, а другой домен является акцептором гамма-амидного азота глутамина.

Второй не менее важной детерминантой метаболизма АК является перенос одноуглеродной группы в различных степенях окисления: в наиболее окисленном состоянии (CO 2 ) с биотином в качестве кофактора, промежуточных состояниях (метилен, метенил, формил, формино, а также метильные группы) с тетрагидрофолатом в качестве кофактора и S -аденозилметионин, который является преобладающим кофактором для переноса одноуглеродной единицы как наиболее восстановленного состояния — метильной группы.

Клеточный анаболизм и катаболизм (метаболомика)

липопротеины M r (MDa) плотность (г / дл) (нм) триглицериды холестерин фосфолипиды аполипопротеины
хиломикрон 400

0.95

1200-75

80-95% (из диеты) 2-7% 3-9% A-I, A-II, A-IV, A-V, B-48, C-I, C-II, C-III, E, M
остатки хиломикронов : частично метаболизированные хиломикроны, которые потеряли большую часть своих триглицериды через деградации в мышечной и жировой ткани, но сохраняют свои сложные эфиры холестерина; они повторно попадают в кровоток и попадают в печень клетки через рецептор-опосредованный эндоцитоз.В печени они перевариваются и их холестерил сложные эфиры расщепляются с образованием свободного холестерина.

<< 1,506

500-80

диета триглицеридов

A-I, A-II, A-IV, A-V, B-48, C-I, C-II, C-III, E, M
очень большая плотность липопротеины (ЛПОНП) / пре-b-липопротеины 10-80

0.95-1.006

80-30 (напрямую относится к сумме доступные триглицериды => конвертируемость в LDL)

55-80% (эндогенный) 5-15% 10-20% B-100, C-I, C-II, C-III, E
средней плотности липопротеины (IDL) 5-10

1.006-1.019

35-25

20-50% 20-40% 15-25% B-100, C-I, C-II, C-III, E
липопротеины низкой плотности (ЛПНП) / β-липопротеины большой ЛПНП 2.3

1.019–1.063

25-18

5-15% 40-50% 20-25% Б-100, М
маленький плотный ЛПНП (чувствительный К.. восприимчивый к чему-либо окисление, связывает протеогликан, проникает в артериальную стенку)






липопротеины высокой плотности (HDL) / а-липопротеины ЛПВП 1 0.17-0,36

1.063-1.210

12-5

5-10% 15-25% 20-30% A-I (70-80%; очень защитная роль), A-II, C-I, C-II, C-III, D, E, F, J, L1, M, SAA
HDL 2 (больше, больше холестерин)






HDL 3 (меньше, меньше холестерин)






липопротеины (а) (Lp (a))

1.