ЧАСТЬ А

1. Метаболизм. Общая характеристика

Обмен веществ и энергии (метаболизм) — важнейшая функция живого организма и неотъемлемый признак жизни. Между организмом и внешней средой обмен веществами и энергией осуществляется постоянно. Он начинается с поступления в организм воды и пищевых продуктов и заканчивается удалением из него образовавшихся продуктов распада. В процессе обмена веществ организм получает вещества, необходимые для построения и обновления структурных элементов клеток и тканей, и энергию для обеспечения жизненных процессов.

В клетках организма непрерывно идут процессы химических превращений веществ: синтез свойственных организму белков, жиров и углеводов и параллельное расщепление сложных органических соединений с освобождением энергии и образованием конечных продуктов распада — воды, СО2, углерода, аммиака, мочевины и молочной кислоты.

Совокупность протекающих в живом организме реакций синтеза сложных молекул из более простых с накоплением энергии называется ассимиляцией. При расщеплении сложных органических веществ освобождается энергия, заключенная в химических связях крупных органических молекул, которая запасается в форме богатых энергией фосфатных связей АТФ.

Совокупность протекающих в живом организме ферментативных реакций расщепления сложных органических веществ (в том числе пищевых) называется диссимиляцией.

Ассимиляция и диссимиляция — две противоположно друг другу, но тесно связанные между собой стороны единого процесса — обмена веществ и энергии в живом организме. В самом деле, энергия, освободившаяся в клетках в процессе диссимиляции, используется на биосинтез, а синтезированные в ходе ассимиляции органические вещества расщепляются в процессе диссимиляции. Нарушение любой из этих сторон приводит к расстройству всего обмена веществ в организме. Восполнение затрат организма, сохранение массы его тела и удовлетворение потребностей роста невозможно без постоянного поступления из внешней среды белков, жиров, углеводов, воды, минеральных солей и витаминов, количество и качество которых должно соответствовать состоянию организма и условиям его существования. Органические вещества — основной строительный материал и единственный источник энергии для организма. Однако большинство поступающих с пищей питательных веществ может быть усвоено им лишь после того, как они расщепятся в пищеварительном тракте под действием ферментов на более простые вещества.

Обмен веществ и энергии — важнейшая функция живого организма и неотъемлемый признак жизни. Между организмом и внешней средой обмен веществами и энергией осуществляется постоянно. Он начинается с поступления в организм воды и пищевых продуктов и заканчивается удалением из него образовавшихся продуктов распада. В процессе обмена веществ организм получает вещества, необходимые для построения и обновления структурных элементов клеток и тканей, и энергию для обеспечения жизненных процессов.

В клетках организма непрерывно идут процессы химических превращений веществ: синтез свойственных организму белков, жиров и углеводов и параллельное расщепление сложных органических соединений с освобождением энергии и образованием конечных продуктов распада — воды, СО2, углерода, аммиака, мочевины и молочной кислоты.

Совокупность протекающих в живом организме реакций синтеза сложных молекул из более простых с накоплением энергии называется ассимиляцией. При расщеплении сложных органических веществ освобождается энергия, заключенная в химических связях крупных органических молекул, которая запасается в форме богатых энергией фосфатных связей АТФ.

Совокупность протекающих в живом организме ферментативных реакций расщепления сложных органических веществ (в том числе пищевых) называется диссимиляцией.

Ассимиляция и диссимиляция — две противоположно друг другу, но тесно связанные между собой стороны единого процесса — обмена веществ и энергии в живом организме. В самом деле, энергия, освободившаяся в клетках в процессе диссимиляции, используется на биосинтез, а синтезированные в ходе ассимиляции органические вещества расщепляются в процессе диссимиляции. Нарушение любой из этих сторон приводит к расстройству всего обмена веществ в организме. Восполнение затрат организма, сохранение массы его тела и удовлетворение потребностей роста невозможно без постоянного поступления из внешней среды белков, жиров, углеводов, воды, минеральных солей и витаминов, количество и качество которых должно соответствовать состоянию организма и условиям его существования. Органические вещества — основной строительный материал и единственный источник энергии для организма. Однако большинство поступающих с пищей питательных веществ может быть усвоено им лишь после того, как они расщепятся в пищеварительном тракте под действием ферментов на более простые вещества.

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 специализированных биологических молекул (гем, холин).

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):

E1 E2 E3 E4 E5 S ® A ® B ® C ® D ® P — пример линейного метаболического пути, где S — исходный субстрат, Р — конечный продукт, А, В, С, D — метаболиты (промежуточные продукты).

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

2 стороны метаболизма Катаболизм — процесс расщепления сложных молекул до более простых, идущий с выделением энергии.

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

Анаболизм и катаболизм тесно взаимосвязаны:

* на уровне субстратов (источников углерода);

* на уровне источников энергии:

катаболизм ѕѕѕѕ® АТФ ѕѕѕ® анаболизм.

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

1 S ѕѕѕѕѕѕѕѕѕ® химическая энергия ѕѕѕѕѕѕ® АТФ Высвобождение Преобразование Рассмотрим 1 этап — высвобождение энергии на примере общей схемы катаболизма.

Конечные продукты обмена:

* NН3 — образуется путем дезаминирования;

* СО2 — образуется путем декарбоксилирования;

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

I этап катаболизма происходит в желудочнокишечном тракте и сводится к реакциям гидролиза пищевых веществ. Химическая энергия рассеивается в виде тепла.

II этап (внутриклеточный катаболизм) происходит в цитоплазме и митохондриях.

Процессы промежуточного обмена включают превращения компонентов пищи после их переваривания и всасывания. Промежуточный обмен не только описывает метаболические пути превращения индивидуальных молекул, он показывает также взаимосвязи между различными метаболическими путями. Исследование промежуточного обмена предполагает выяснение механизмов регуляции потоков метаболитов по различным путям. Метаболические пути разделяют на три категории ( Рис.16.1(БХ) Основные метаболические пути ).

1. Анаболические пути включают процессы синтеза компонентов различных структур организма и соединений, обеспечивающих его функционирование. Один из таких путей - синтез белков. Свободная энергия, необходимая для этих процессов, поступает в результате функционирования метаболических путей, образующих следующую категорию.

2. Катаболические пути включают окислительные процессы, поставляющие свободную энергию и запасающие ее в форме высокоэнергетических фосфатов или восстановительных эквивалентов; таковы дыхательная цепь и окислительное фосфорилирование .

3. Амфиболические пути выполняют сразу несколько функций, они находятся на <перекрестках> метаболизма и связывают анаболические и катаболические пути; примером может служить цикл лимонной кислоты .

Биомедицинское значение

Знание обмена веществ нормального организма необходимо для понимания причин многих болезней. Для нормального метаболизма характерны адаптационные изменения в период голодания, при физической нагрузке, в состояниях беременности и лактации. Нарушения метаболизма возникают, например, при недостаточности питания, дефиците тех или иных ферментов или при дисбалансе гормонов. Важным примером болезни, обусловленной нарушением метаболизма ( метаболическая болезнь ), является сахарный диабет .