Промежуточный обмен: введение, биомедицинское значение

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; таковыдыхательная 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 .

16

Взаимосвязь пластического и энергетического обмена веществ. 1. Постоянное взаимодействие каждого живого организма с окружающей средой. Поглощение из окружающей среды одних веществ и выделение в нее продуктов жизнедеятельности. Обмен веществ между организмом и средой — главный признак живого. Поглощение растениями и некоторыми бактериями из окружающей среды неорганических веществ и энергии солнечного света, использование их на создание органических веществ. Поглощение растениями и животными из окружающей среды кислорода в процессе дыхания и выделение углекислого газа. Получение из окружающей среды животными, грибами, большинством бактерий, человеком органических веществ и запасенной в них энергии. 2. Сущность обмена. Обмен веществ и превращения энергии в клетке — совокупность химических реакций образования органических веществ с использованием энергии и расщепления органических веществ с освобождением энергии. 3. Пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ, из которых образуются структуры клетки, обновляется ее состав, а также синтезируются ферменты, необходимые для ускорения химических реакций в клетке. Синтез сложного органического вещества — белка — из менее сложных органических веществ — аминокислот — пример пластического обмена. Роль ферментов в ускорении химических реакций, использование энергии на синтез органических веществ, освобожденной в процессе энергетического обмена. 4. Энергетический обмен — расщепление сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов) до простых веществ (в конечном счете до углекислого газа и воды) с освобождением энергии, используемой в процессах жизнедеятельности. Дыхание — пример энергетического обмена, в процессе которого поступивший из воздуха в клетку кислород окисляет органические вещества и при этом освобождается энергия. Участие в энергетическом обмене ферментов, которые синтезировались в процессе пластического обмена, в ускорении реакций окисления органических веществ. 5. Взаимосвязь пластического и энергетического обмена: пластический обмен поставляет для энергетического обмена органические вещества и ферменты, а энергетический обмен поставляет для пластического — энергию, без которой не могут идти реакции синтеза. Нарушение одного из видов клеточного обмена ведет к нарушению всех процессов жизнедеятельности, к гибели организма.

17

1. Сущность дыхания — окисление органических веществ в клетках с освобождением энергии, необходимой для процессов жизнедеятельности. Поступление необходимого для дыхания кислорода в клетки тела растений и животных: у растений через устьица, чечевички, трещины в коре деревьев; у животных — через поверхность тела (например, у дождевого червя) , через органы дыхания (трахеи у насекомых, жабры у рыб, легкие у наземных позвоночных и человека) . Транспорт кислорода кровью и поступление его в клетки различных тканей и органов у многих животных и человека. 2. Участие кислорода в окислении органических веществ до неорганических, освобождение при этом полученной с пищей энергии, использование ее во всех процессах жизнедеятельности. Поглощение кислорода организмом и удаление из него углекислого газа через поверхность тела или органы дыхания — газообмен. 3. Взаимосвязь строения и функций органов дыхания. Приспособленность органов дыхания, например у животных и человека, к выполнению функций поглощения кислорода и выделения углекислого газа: увеличение объема легких человека и млекопитающих животных за счет огромного числа легочных пузырьков, пронизанных капиллярами, возрастание поверхности соприкосновения крови с воздухом, повышение за счет этого интенсивности газообмена. Приспособленность строения стенок дыхательных путей к движению воздуха при вдохе и выдохе, очищению его от пыли (реснитчатый эпителий, наличие хрящей) . 4. Газообмен в легких. Обмен газов в организме путем диффузии. Поступление в легкие по артериям малого круга кровообращения венозной крови, содержащей небольшое количество кислорода и большое количество углекислого газа. Проникновение в плазму венозной крови кислорода из легочных пузырьков и капилляров путем диффузии через их тонкие стенки, а затем в эритроциты. Образование непрочного соединения кислорода с гемоглобином — оксигемоглобина. Постоянное насыщение плазмы крови кислородом и одновременное выделение из крови в воздух легких углекислого газа, превращение венозной крови в артериальную. 5. Газообмен в тканях. Поступление по большому кругу кровообращения артериальной, насыщенной кислородом и бедной углекислым газом крови в ткани. Поступление кислорода в межклеточное вещество и клетки тела, где его концентрация значительно ниже, чем в крови. Одновременное насыщение крови углекислым газом, превращение ее из артериальной в венозную. Транспорт углекислого газа, образующего непрочное соединение с гемоглобином, в легкие.

18