Тема 5. Введение в метаболизм. Центральные метаболические пути

Метаболизм — совокупность химических реакций, протекающих в клетках организма с момента поступления пищевых веществ в организм до образования конечных продуктов обмена.

Функции метаболизма:

• cнабжение клеток химической энергией;

• превращение молекул пищи в строительные блоки;

• сборка из этих блоков компонентов клетки (белки, липиды, нуклеиновые кислоты);

• синтез и разрушение специфических биологических молекул.

Метаболический путь — последовательность химических превращений вещества. Метаболические пути многоэтапны, взаимосвязаны, регулируемы, скоординированы в пространстве. Они бывают линейными (распад и синтез гликогена, гликолиз и др.) и циклическими (цикл трикарбоновых кислот, орнитиновый цикл) (рис. 5.1).

E₁ E₂ E₃ E₄ E₅

S  A  B  C  D  F — пример линейного метаболического пути, где S — исходный субстрат; F — конечный продукт; А, В, С, D — метаболиты (промежуточные продукты); Е – ферменты.

Ферменты (фермент), которые определяют скорость всего процесса в целом, называются ключевыми, катализируют необратимые реакции, имеют четвертичную структуру и легко регулируются.

Две стороны метаболизма

1. Катаболизм — процесс расщепления сложных молекул до более простых, идущий с выделением энергии.

2. Анаболизм — процесс синтеза сложных веществ из более простых, идущий с затратой энергии в виде АТФ.

Анаболизм и катаболизм тесно взаимосвязаны:

На уровне субстратов:

Белки

Липиды

Углеводы

катаболизм

Ацетил – КоА

анаболизм

Жирные кислоты

Кетоновые тела

Холестерол

На уровне источников энергии:

катаболизм  АТФ  анаболизм

Прямое преобразование химической энергии субстратов в энергию макроэргических связей АТФ невозможно. Этот процесс разбит на две стадии:

1 2

S  химическая энергия  АТФ

Высвобождение Преобразование

Рассмотрим  этап — высвобождение энергии — на примере общей схемы катаболизма (рис.5.2).

Конечные продукты обмена:

• NН₃ — образуется путем дезаминирования;

• СО₂ — образуется путем декарбоксилирования;

• Н₂О — образуется путем окисления водорода кислородом в дыхательной цепи (тканевое дыхание).

 этап катаболизма происходит в желудочно-кишечном тракте и сводится к реакциям гидролиза пищевых веществ. Химическая энергия рассеивается в виде тепла.

 этап (внутриклеточный катаболизм) происходит в цитоплазме и митохондриях. Химическая энергия частично рассеивается в виде тепла, частично накапливается в виде восстановленных коферментных форм, частично запасается в макроэргических связях АТФ (субстратное фосфорилирование).

 заключительный этап катаболизма протекает в митохондриях и сводится к образованию конечных продуктов обмена СО₂ и Н₂О. Химическая энергия частично рассеивается в виде тепла, 40–45 % ее запасается в виде АТФ (окислительное фосфорилирование)

Рис. 5.2. Катаболизм пищевых веществ