Метаболизм или обмен веществ

Часть 1.

Регуляция цикла трикарбоновых кислот.

Цикл трикарбоновых кислот

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса

Пируват окисляется до ацетил-КоА.

Два способа синтеза АТФ

Способы получения энергии в клетке

Аденозинтрифосфат

Методы исследования обмена веществ

Катаболизм

Анаболизм

Метаболизм или обмен веществ.

Наумов АВ

Метаболизм – это совокупность химических реакций, протекающих в организме. При этом процессы, происходящие в просвете желудочно-кишечного тракта, не входят в понятие метаболизма, поскольку полость желудочно-кишечного тракта рассматривается как часть внешней среды.

Метаболизм или обмен вещест в представляет из себя сумму всех химических преобразований с участием ферментов, происходящих в клетках организма. Серия таких последовательных реакций представляет из себя метаболический путь превращений.

Предшественник (субстрат) превращается в продукт проходя ряд промежуточных метаболических интермедиатов, называемых метаболитами.

Термин промежуточный обмен веществ подразумевает комбинацию активностей всех совместно протекающих метаболических путей и превращения веществ в организме с момента поступления их в клетки до образования конечных продуктов обмена

Метаболических процессы в организме могут быть катаболическими и анаболическими.

Катаболизм - это фаза распада в обменене веществ в которой органические молекулы питательных веществ (углеводы, жиры и белки) превращаются в небольшие конечные продукты обмена. Катаболизм продуцирует энергию, часть которой запасается в виде АТФ либо в виде восстановленных переносчиков электронов (НАДН*, НАДФН* и ФАДН₂), при этом часть энергии теряется в виде тепла.

Анаболизм это биосинтез высокомолекулярных молекул и комплексов молекул (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды) из низкомолекулярных предшественников. Для протекания анаболических реакций требуется энергия, обычно в виде переноса фосфатных групп АТФ либо восстановительного потенциала НАДФН *.

Некоторые метаболические пути имеют циклический характер: из двух субстратов, вступающих в серию реакций, один полностью восстанавливается для нового цикла реакций, другой превращается в продукт. Например, щавелевоуксусная кислота (ЩУК, оксалацетат) постоянно обновляется для работы цикла тикарбоновых кислот (ЦТК).

Три типа нелинейных путей обмена веществ. а) нисходящий, катаболический; б) разветвлённый анаболический и с) циклический.

Клетки организма поддерживают и анаболические и катаболические пути обмена. Особенности регуляции процессов состоят в том, что при активации катаболизма, происходит подавление анаболизма, и наоборот. К тому же они имеют одни и теже конечные продукты, например: гликолиз и глюконеогенез

Глюкоза → пируват (катаболизм глюкозы)

Пируват → глюкоза (анаболизм глюкозы)

Метаболические пути имеют несколько уровней регуляции:

· Наиболее лабильный – концентрация и биодоступность субстрата. В ределах K_m скорость реакции строго зависит от концентрации субстрата.

· Аллостерическая регуляция (обычно продуктами реакции),

· Ковалентная модификация фермента (фосфорилирование, ацетилирование, метилирование и проч.).

· Изменение экспрессии генов фермента (Это длительный тип регуляции занимает от нескольких минут до часов).

· метаболические пути часто в клетке имеют органельную локализацию (компартментализация). Например, распад жирных кислот протекает в митохондриях, синтез – в цитоплазме.

Метаболизм выполняет три специализированные функции:

1. Энергетическая – снабжение клетки химической энергией,
2. Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков,
3. Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.

Методы исследования обмена веществ.

В современных биохимических исследованиях широко используют такие методы как хроматография, рентгеноструктурный анализ, ЯМР-спектроскопия, электронная микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия. Методы изучения процессов метаболизма можно подразделить на две основные группы:

· методы изучения метаболизма на целых организмах и

· аналитически-дезинтегрирующие методы.

Изучение процессов метаболизма на целом организме. Ранее использовали определение концентрации выделения конечного продукта при введении предполагаемых промежуточных метаболитов. Например, в опытах на животных с экспериментальным диабетом, было установлено, что введение таких аминокислот, как Ala, Ser, Glu, вызывает еще более усиленное выведение глюкозы с мочой. На этом основании было сделано заключение, что эти аминокислоты могут служить метаболическими предшественниками глюкозы. В настоящее время с этой целью применяются изотопы (меченые атомы).

Обычно используются либо:

· стабильные изотопы элементов, отличающихся по массе от широко распространенных в организме элементов (тяжелые изотопы). Из них чаще используют

o изотопы водорода с массой 2 (дейтерий, ²Н),

o азот с массой 15 (¹⁵N),

o углерод с массой 13 (¹³С) и

o кислород с массой 18 (¹⁸0);

· радиоактивные изотопы. Из радиоактивных изотопов применяются:

o изотопы водорода (тритий, ³Н),

o фосфора (³²Р и ³³Р),

o углерода (¹⁴С),

o серы (³⁵S),

o йода (¹²⁵I),

o железа (⁵⁹Fe),

o натрия (²⁴Na) и др.

Радионуклид	Период полураспада
^3H (тритий)	12.43 года
^14C	5730 лет
^32P	14.3 дней
^33P	25.4 дней
^35S	87.4 дней
^125I	60 дней

Пометив при помощи стабильного или радиоактивного изотопа молекулу исследуемого соединения и введя его в организм, определяют затем меченые атомы или содержащие их химические группы в определенных соединениях и делают заключение о путях превращения меченого вещества в организме.

С помощью изотопного метода можно установить:

· локализации, места накопления и пути транспорта иследуемых веществ;

· время пребывания вещества в организме, которое характеризует период его полураспада, т. е. время, за которое количество изотопа или меченого соединения уменьшается вдвое,

· получить точные сведения относительно проницаемости мембран;

· изучать процессы синтеза полимеров (скорость, локализацию, участие субстратов) (белков);

· изучать пути метаболизма, чтобы установить, является ли данное вещество предшественником или продуктом распада другого соединения.

· Наконец, при существовании нескольких путей обмена веществ можно определить, какой из них превалирует.

Аналитически-дезинтегрирующие методы. Принцип этих методов состоит в поэтапном упрощении, сложной биологической системы с целью изолирования отдельных ее частей. В нисходящей последовательности, их можно расположить в следующем порядке:

· удаление отдельных органов ( в частности, путем изучения перфузата в опытах с изолированными органами было установлено, что печень служит главным местом образования кетоновых тел и мочевины );

· метод тканевых срезов и клеточных культур ( с помощью такой методики на аппарате Варбурга было изучено тканевое дыхание (потребление кислорода и выделение углекислого газа тканями );

· получение гомогенатов и субклеточных фракций ( разрушение клеточных мембран делает возможным непосредственный контакт между содержимым клетки и добавленными соединениями. Это дает возможность установить, какие ферменты, коферменты и субстраты имеют значение для исследуемого процесса. Применение метода дифференциального центрифугирования гомогенатов позволяет изучать процессы обмена веществ, связанные с различными органеллами клетки (митохондриями, лизосомами, рибосомами, ядром и др. Например, для изучения путей и механизмов синтеза белка используют изолированные рибосомы, а для исследования окислительных реакций цикла Кребса или цепи дыхательных ферментов служат митохондрии ),

· частичная или полная реконструкция ферментной системы in vitro с использованием ферментов, коферментов и других компонентов реакции.

Дата добавления: 2013-12-13