Фундаментальные закономерности обмена веществ: катаболизм, анаболизм. Стадии катаболизма обмен веществ

 

Живые организмы характеризуются рядом признаков, коренным образом отличающих их от неживых тел. Одним из таких признаков является обмен веществ - постоянно протекающий, самосовершающийся, саморегулирующий процесс обновления живых организмов. С прекращением обмена веществ прекращается жизнь. Обмен веществ включает в себя разнообразные физиологические, физические и химические процессы.

К физиологическим процессам относится поступление питательных веществ (белков, липидов, углеводов, минеральных веществ, воды, витаминов и др.) из окружающей среды и выделение продуктов жизнедеятельности организма. Физические процессы - это сорбция, всасывание, различные формы движения. К химическим процессам относятся распад питательных веществ и синтез необходимых организму соединений.

В химических процессах обмена веществ выделяют внешний и промежуточный виды обмена.

Внешний обмен - это внеклеточное превращение веществ на путях их поступления и выделения.

Промежуточный обмен - это превращения веществ внутри клеток. Процессы промежуточного обмена включают превращения компонентов пищи после их переваривания и всасывания. Именно промежуточный обмен изучает динамическая биохимия.

Промежуточный обмен веществ иначе называют метаболизмом. Метаболизм - это совокупность всех химических реакций в клетке. Вещества, образующиеся в ходе химических реакций, принято называть метаболитами. Число химических реакций в клетках организма человека огромно, но следует подчеркнуть, что все реакции протекают согласованно. Цепи химических реакций образуют метаболические пути или циклы, каждый из которых выполняет определенную функцию.

В метаболизме принято выделять два противоположных процесса - катаболизм и анаболизм.

Катаболизм (в переводе с греческого - вниз) - это процессы распада веществ, сопровождающиеся выделением энергии.

Анаболизм (в переводе с греческого - вверх) - процессы синтеза сложных молекул из более простых, сопровождающиеся потреблением энергии.

Катаболизм сопровождается освобождением энергии, которая может аккумулироваться в виде АТФ. При анаболических процессах происходит потребление энергии, которая освобождается при распаде АТФ до АДФ и фосфорной кислоты или АМФ и пирофосфорной кислоты. Следовательно, АТФ является сопрягающим энергетическим звеном катаболизма и анаболизма. Кроме АТФ связующим звеном могут служить специфические метаболические пути или циклы. Связующий путь (цикл), объединяющий пути распада и синтеза веществ, называется амфиболическим.

Примером амфиболического цикла может служить цикл Кребса. Амфиболические пути связаны, как правило, с окислением веществ до углекислого газа и воды.

Рис. Схема взаимосвязи катаболизма и анаболизма

Несмотря на то, что катаболизм и анаболизм тесно связаны друг с другом, они являются самостоятельными путями. Если бы эти фазы метаболизма различались лишь направлением, то в обмене возникли бы бесполезные пути (циклы). Такие циклы возникают при патологии. Чтобы этого не происходило, в клетках организма пути синтеза и распада веществ пространственно разобщены.

Сопряжение эндергонических процессов с экзергоническими

         Жизненно важные процессы - реакции синтеза, мышечное сокращение, проведение нервного импульса, активный транспорт - получают энергию путем химического сопряжения с окислительными реакциями, т.е. происходит сопряжение экзергонических реакций с эндергоническими.

         Экзергоническими реакциям обычно являются катаболические реакции - распад или окисление “топливных” молекул (энергосодержащих нутриентов), которые поступают в составе пищевых продуктов.

         Эндергоническими являются реакции анаболизма - реакции синтеза сложных биоорганических соединений – клеточных макромолекул.

         Совокупность всех биохимических превращений химических веществ в живом организме представляет собой метаболизм.

 

Главным макроэргом в живых организмах является аденозинтрифосфат (АТФ), который обеспечивает передачу свободной энергии от экзергоническим процессам к эндергоническим

         Главным макроэргом в живых организмах является аденозинтрифосфат (АТФ), который обеспечивает передачу свободной энергии от экзергоническим процессам к эндергоническим

         (~) означает, что перенос группы, соединенной такой связью, сопровождается выделением большого количества свободной энергии.

         Свободная энергия гидролиза концевой фосфатной группы АТФ

         = - 30,5 кДж/моль.

 

 

Важно понимать, что извлечь энергию можно не непосредственно из питательных веществ, поступающих с пищей, а из продуктов их распада, которые образуются в процессе обмена веществ.

         Важно понимать, что извлечь энергию можно не непосредственно из питательных веществ, поступающих с пищей, а из продуктов их распада, которые образуются в процессе обмена веществ.