2. Основные этапы катаболизма и анаболизма Этапы катаболизма

Катаболизм – расщепление крупных молекул с выделением энергии, заключенной в их структуре и запасание ее в форме АТФ. Полный распад крупных молекул осуществляется в 3 этапа:

1) Подготовительный (распад сложных молекул до их составных компонентов): белки → аминокислоты; сложные углеводы → моносахариды; липиды → спирты и высшие жирные кислоты; полинуклеотиды → мононуклеотиды.

Этот процесс осуществляется без участия кислорода, и АТФ здесь не образуется. Он происходит либо в желудочно-кишечном тракте (если речь идет о расщеплении сложных веществ, поступающих с пищей), либо в клетках организма (при распаде собственных, или тканевых сложных молекул).

Расщепление сложных веществ, поступающих с пищей, всегда происходит путем гидролиза при участии соответствующих гидролитических ферментов желудочно-кишечного тракта. Расщепление собственных белков, липидов и нуклеотидов также осуществляется путем гидролитического распада, а что касается углеводов – их распад в клетках организма может происходить как путем гидролиза, так и путем фосфоролиза.

2) Этап универсализации (высвободившиеся в результате подготовительного этапа низкомолекулярные органические соединения, такие как моносахариды, аминокислоты, глицерин, жирные кислоты, подвергаются дальнейшей метаболизации с образованием относительно небольшого круга веществ, чаще всего, это ПВК либо другие кетокислоты, ацетилкоэнзим А или сукцинилкоэнзим А.

Этот этап также осуществляется в клетках организма без участия кислорода (например, гликолиз, β-окисление жирных кислот). АТФ при этом может образовываться, но относительно немного.

3) Этап полного распада (происходит в митохондриях клеток, причем, исключительно в аэробных условиях).

В основе этого процесса лежат такие этапы аэробного дыхания как цикл Кребса и окислительное фосфорилирование, в результате которых промежуточные метаболиты, образовавшиеся на этапе универсализации, полностью окисляются до воды и углекислого газа с высвобождением энергии, которая аккумулируется в форме макроэргических химических связей АТФ.

Этапы анаболизма

Анаболизм – синтез крупных молекул из мелких, идущий с затратой энергии. В клетках животных и растений протекает множество анаболических реакций, в ходе которых из мелких молекул строятся более крупные.

Каждая клетка обычно сама синтезирует для себя необходимые белки, нуклеотиды, липиды, полисахариды и другие сложные вещества, а не получает их готовыми из других клеток (к примеру, гликоген, находящийся в мышцах, синтезируется в мышечных волокнах, а не приносится кровью из печени).

Исходным сырьем для процессов биосинтеза являются сравнительно немногие вещества, в том числе ацетилкоэнзим А, глицин, сукцинилкоэнзим А, рибоза, ПВК и глицерин.

Можно выделить следующие этапы анаболизма:

1) Образование промежуточных метаболитов (ПВК, ацетилкоэнзима А, фосфоглицеринового альдегида и др.), необходимых для прохождения дальнейших этапов биосинтеза.

2) Образование структурных блоков (аминокислот, моносахаридов, высших жирных кислот и др.), необходимых для синтеза сложных органических молекул.

3) Биосинтез сложных (и в том числе высокомолекулярных) соединений: белков и пептидов, сложных углеводов, липидов, полинуклеотидов.

Каждый этап биосинтеза катализируется отдельным ферментом.

Некоторые реакции в биосинтетических процессах не требуют доставки энергии извне, хотя в целом происходящие в клетках процессы синтеза нуждаются в поступлении энергии.

Синтез сложных молекул и их расщепление регулируется при помощи различных, обособленных друг от друга механизмов.