Введение в обмен веществ. Общий путь катаболизма. Биологическое окисление.
Лекция для специальности 31.05.01 Лечебное дело подготовлена доцентом кафедры общей и биологической химии ТГМУ О. А. Артюковой
2017 – 2018 учебный год
Основные вопросы лекции:
Введение в обмен веществ. Связь организма с окружающей средой. Пищевые вещества.
Метаболизм: анаболические, катаболические реакции.
Специфические и общие пути катаболизма.
Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты: строение пируватдегидрогеназного комплекса (ферменты, коферменты, витамины).
Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса): последовательность реакций и- характеристика ферментов.
Реакция субстратного фосфорилирования в цикле лимонной кислоты, макроэргические соединения.
Энергетическая и пластическая функции цикла Кребса.
Регуляция активности пируватдегидрогеназного комплекса и цикла лимонной кислоты.
Обмен веществ в организме
Живые организмы характеризуются рядом признаков, коренным образом отличающих их от неживых. Одним из таких признаков является обмен веществ - постоянно протекающий, саморегулирующийся процесс обновления.
С прекращением обмена веществ прекращается жизнь. Обмену веществ сопутствует обмен энергии.
Обмен веществ включает в себя разнообразные процессы:
физиологические
физические
химические
Понятие о метаболизме (от греч. μεταβολή — превращение, изменение)
Метаболизм – это совокупность всех химических реакций клетке.
Число таких реакций > 100000, но все реакции протекают согласованно.
Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ.
Метаболизм
|
|
|
|
|
|
Катаболизм - |
|
распад сложных |
Анаболизм – |
|
синтез сложных |
|
|
||||
веществ до простых |
веществ из простых |
||||
Сопровождается |
Сопровождается |
||||
выделением энергии |
потреблением энергии |
||||
ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
Обмен веществ включает:поступление веществ в организм;метаболизм или промежуточный обмен;выделение конечных продуктов обмена
Метаболизм представлен противоположными, но и взаимосвязанными процессами.
Совокупность реакций расщепления сложных молекул на более простые носит название катаболизма (греч. «katabole» - разрушение).
В результате процессов катаболизма высвобождается энергия. Существенная ее часть запасается в виде высокоэнергетических
химических связей АТФ, что позволяет организму быстро и эффективно обеспечивать различные процессы жизнедеятельности.
Биоэнергетика –
раздел биохимии, изучающий процессы получения, преобразования и использования энергии в живых клетках.
Каждое вещество обладает определенным |
|
запасом энергии, заключенной в химических |
Химические |
связях между атомами. |
процессы |
В ходе экзергонических реакций |
|
|
|
выделяется энергия, ~ 50% которой |
|
|
|
|
|
||
запасается в виде макроэргических |
|
|
|
Экзергонические |
|||
(высокоэнергетических) |
|||
химических связей. |
сопровождаются |
||
|
|||
Если при разрыве химической связи |
выделением |
||
энергии |
|||
изменение уровня свободной энергии |
|||
|
|
||
составит > 25 - 30 кДж/моль, то такая связь считается макроэргической. Обозначается знаком тильда ~
Эндергонические
сопровождаются
затратой
энергии
Аккумуляторы энергии в организме (макроэргические соединения)
Нуклеозидтрифосфаты: АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ Ацетил ~ КоА Креатин ~ фосфат
Фосфоенолпируват и др.
АТФ – фундаментальная единица биохимической энергии!
используют все формы жизни на Земле;
играет главную роль в клеточной энергетике;
постоянный источник энергии в клетке;
мобильный, водорастворимый источник энергии.
Недостаток АТФ приводит к развитию гипоэнергетических состояний.
АТФ
обеспечивает
разные виды работ
|
Транс- |
Транс- |
|
Мышечное |
мембранный |
мембранная |
Синтез |
сокращение |
электрический |
разность |
соединений |
механическая |
потенциал |
концентраций |
химическая |
работа |
электрическая |
осмотическая |
работа |
|
работа |
работа |
|
Значительный дефицит АТФ несовместим с жизнью клетки!
Значительная часть свободной энергии АТФ обусловлена взаимным электростатическим отталкиванием фосфатных остатков (одноименно заряженных).
Разрыв макроэргических связей в молекуле АТФ (гидролиз) сопровождается освобождением энергии от 40 до 60 кДж/моль (в зависимости от локализации в клетке)