Обмен веществ (метаболизм) - общие закономерности протекания

катаболических та анаболических процессов.

Обмін речовин (метаболізм) — сукупність біохімічних реакцій перетворення хімічних сполук (метаболітів), що відбуваються в живих організмах. Постійний обмін речовинами та енергією з навколишнім середовищем є головною ознакою живої клітини, що визначає її термодинамічно стаціонарний стан та протидіє зростанню ентропії в будь-якій біологічній системі.

а) розщеплення біоорганічних молекул (глюкози, жирних кислот, амінокислот, гліцерину) до кінцевих продуктів проміжного обміну (діоксиду вуглецю, води, аміаку) з вивільненням хімічної енергії та акумуляцією її у формі аденозинтри- фосфорної кислоти (аденозинтрифосфату, АТФ), інших макроергічних фосфатів або протонного потенціалу, що забезпечує енергетичні потреби основних процесів життєдіяльності. Сукупність процесів розщеплення біомолекул з вивільненням енергії отримала назву катаболізму;

б) синтез специфічних, генетично притаманних даному організмові біомолекул (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів, біорегуляторів тощо), що необхідні для утворення власних клітинних та позаклітинних біоструктур. Ці процеси отримали назву анаболізму та потребують використання енергії у формі АТФ.

28. Общие стадии внутриклеточного катаболизма биомолекул: белков, углеводов,

липидов.

Стадія 1. На першій стадії катаболізму складні молекули (макромолекули вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот та молекули ліпідів) розщеплюються до простих компонентів:

– полісахариди — до моносахаридів (переважно — глюкози, фруктози, галактози);

– ліпіди (триацилгліцероли) — до жирних кислот та гліцеролу;

– білки — до амінокислот;

– нуклеїнові кислоти — до нуклеотидів.

Реакції першої стадії катаболізму є гідролітичними за своїм механізмом і каталізуються гідролазами травного тракту (шлунка, кишечника). Ці реакції не супроводжуються суттєвим вивільненням хімічної енергії.

Стадія 2. На другій стадії катаболізму декілька десятків метаболітів, що утворились на першій стадії, підлягають ферментативним реакціям розщеплення з вивільненням певної кількості хімічної енергії, яка акумулюється у високоенергетичних (макроергічних) зв’язках АТФ. Реакції другої стадії катаболізму відбуваються внутрішньоклітинно (в цитоплазмі та частково в мітохондріях). Основними з цих реакцій є: для моносахаридів — гліколіз, кінцевим метаболітом якого є піровиноградна кислота (піруват), що в подальшому окислюється до активної форми оцтової кислоти — ацетил-коензиму А (ацетил-КоА); для жирних кислот — β-окислення, кінцевим продуктом якого є ацетил-КоА; для гліцеролу — розщеплення до пірувату, який перетворюється в ацетил-КоА;

для амінокислот та нуклеотидів — дезамінування з виділенням аміаку та розщепленням безазотистих молекулярних скелетів до дво- і тривуглецевих карбонових кислот та їх похідних; більшість із цих метаболітів у кінцевому підсумку також утворюють ацетильний радикал у формі ацетил-КоА.

Таким чином, ацетил-КоА — це загальний кінцевий продукт другої стадії внутрішньоклітинного катаболізму вуглеводів, ліпідів та амінокислот.

Стадія 3. На третій стадії катаболізму відбувається окислення ацетил-КоА до кінцевих метаболітів — двоокису вуглецю та води. Ця стадія має місце в мітохондріях і складається з двох процесів:

– циклу трикарбонових кислот (ЦТК, циклу Кребса), в результаті функціонування якого утворюється СО2, а атоми водню використовуються для відновлення коферментів нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД+) та флавінаденінди-

нуклеотиду (ФАД);

– системи електронного транспорту в мембранах мітохондрій, в якій атоми водню (протони та електрони) переносяться на кисень з утворенням Н2О; ця система спряжена з о кисним фосфорилюванням, в результаті якого енергія реакцій біологічного окислення використовується для синтезу молекул АТФ — головного безпосереднього постачальника енергії у всіх біологічних ендергонічних процесах.

29. Цикл трикарбоновых кислот. Локализация, последовательность

ферментативных реакций, значения в обмене веществ.

Цикл трикарбонових кислот (цикл лимонної кислоти, цикл Кребса) — циклічна послідовність ферментативних реакцій, у результаті яких ацетил-КоА (CH3–CO~S–KoA) — продукт катаболізму основних видів метаболічного палива (вуглеводів, жирів, амінокислот), окислюється до двоокису вуглецю з утворенням атомів водню, які використовуються для відновлення первинних акцепторів дихального ланцюга мітохондрій — нікотинамідних або флавінових коферментів Реакції і ферменти ЦТК локалізовані в матриксі та внутрішній мембрані мітохондрій. Вони

функціонально та біохімічно спряжені з мітохондріальними електронотранспортними ланцюгами, що використовують для відновлення атомів кисню відновлювальні еквіваленти від НАДН (НАДН + Н+) та ФАДН2 або ФМНН2 і утворюють АТФ у ході окисного фосфорилювання.

ФЕРМЕНТАТИВНІ РЕАКЦІЇ ЦИКЛУ ТРИКАРБОНОВИХ КИСЛОТ

1. Утворення лимонної кислоти (цитрату) за рахунок конденсації ацетил-КоА з щавлевооцтовою кислотою (оксалоацетатом):

Реакція каталізується ферментом цитратсинтазою.

2. Перетворення (ізомеризація) цитрату на ізоцитрат. Реакція каталізується ферментом аконітазою і складається з двох етапів:

2.1. Дегідратація лимонної кислоти з утворенням цис-аконітової кислоти (цисаконітату):

2.2. Приєднання до цис-аконітату молекули води. При приєднанні до подвійного зв’язку в складі цис-аконітату Н+ та ОН– у транс-положенні результатом реакції є утворення ізолимонної кислоти (ізоцитрату):

3. Дегідрування та декарбоксилювання ізоцитрату. Реакція каталізується НАД-залежною ізоцитратдегідрогеназою і призводить до утворення α-кетоглутарової кислоти (α-кетоглутарату). Ізоцитратдегідрогеназа є регуляторним ферментом, позитивний модулятор якого — АДФ, негативний — НАДН.

В присутності позитивного модулятора АДФ мономери агрегують між собою з утворенням димеру. Негативний модулятор НАДН протидіє індукованій АДФ агрегації мономерних форм ферменту.

4. Окислення α-кетоглутарату до сукцинату.

4.1. Окислювальне декарбоксилювання α-кетоглутарату з утворенням сукциніл-КоА — стадія, що каталізується мультиензимним α-кетоглутаратдегідрогеназним комплексом. Кінцевий продукт — високоенергетичний тіоефір

сукциніл-КоА, в макроергічному зв’язку якого акумульовано хімічну енергію окислювально-відновлювальною реакцією, що мала місце: НАДН, що утворився в цій реакції, окислюється в дихальному ланцюзі міто-

хондрій із генерацією 3 молекул АТФ. α-кетоглутаратдегідрогеназний комплекс має у своєму складі коферменти тіаміндифосфат (ТДФ), ліпоєву кислоту (ЛК), КоА, НАД+ та ФАД

4.2. Деацилювання сукциніл-КоА (перетворення на янтарну кислоту (сукцинат). Реакція каталізується ферментом сукцинілтіокіназою. У результаті розщеплюється макроергічний зв’язок у молекулі сукциніл-КоА, та за рахунок цієї енергії утворюється нова макроергічна сполука нуклеозидтрифосфат ГТФ: Потім ГТФ передає свою кінцеву фосфатну групу на АДФ у нуклеозидфосфокіназній реакції з утворенням АТФ:

5. Окислення янтарної кислоти до фумарової кислоти (фумарату). Реакція каталізується ФАД-залежним ферментом сукцинатдегідрогеназою: Окислення відновленого коферменту (ФАДН2) за допомогою коензиму Q дихального ланцюга мітохондрій призводить до синтезу за рахунок окисного фосфорилювання 2 молекул АТФ.

6. Перетворення фумарової кислоти на яблучну кислоту (малат) внаслідок приєднання до фумарату молекули води.

Реакція каталізується ферментом фумарат-гідратазою (фумаразою):

7. Окислення малату до оксалоацетату (щавлевооцтової кислоти). Реакція каталізується НАД-залежним ферментом — малатдегідрогеназою мітохондрій: Окислення НАДН, що утворився, в дихальному ланцюзі мітохондрій призво-

дить до генерації 3 молекул АТФ.

Малатдегідрогеназна реакція завершує цикл трикарбонових кислот. Оксалоацетат, який є продуктом даної реакції, здатний до взаємодії з новими молекулами ацетил-КоА

---

Дата добавления: 2015-11-14