мет

1. Метаболизма; функция и характеристика. Метаболические пути и метаболиты.

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. Промежуточный обмен веществ иначе называют метаболизмом.

Метаболизм – это совокупность всех химических процессов, которые могут протекать в клетке. Его делят на непрерывный, скоординированный, регулируемый. Все биохимические процессы, происходящие в клетках живых организмов, протекают в условиях постоянства температуры и давления, при отсутствии значительных перепадов концентраций, резких изменений объема и т.п. Превращение органических соединений в клетке происходит в ходе последовательных реакций, которые называются метаболическими путями.

Метаболиты – вещества, образующиеся в процессе метаболических превращений (промежуточные и конечные). 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 – это процессы распада веществ, сопровождающиеся выделением энергии. Анаболизм – процессы синтеза сложных молекул из более простых, сопровождающиеся потреблением энергии.

Метаболические пути, в которых объединяются процессы распада и синтеза органических соединений, называются амифиболическими. Примером амфиболического цикла может служить цикл Кребса. Амфиболические пути связаны, как правило, с окислением веществ до углекислого газа и воды.

Функции метаболизма в организме:

 Снабжение организма (клетки) химической энергией.

 Расщепление соединений, поступающих вместе с пищей, и их превращение в материал для построения макромолекул.

 Распад обновляемых структурных компонентов клетки.

 Синтез биополимеров и макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и углеводов).

 Синтез и распад биологических молекул, выполняющих специфические функции (гормоны, коферменты, медиаторы и т.п.)

2. Основные этапы метаболизма биополимеров и макромолекул

Анаболизм – совокупность реакций, которые ведут к образованию сложных веществ, характерных для данной клетки данного организма, из простых предшественников. Цель анаболизма – рост и размножение живых систем.

Катаболизм – распад сложных веществ с образованием простых. Цель катаболизма – образование промежуточных соединений, необходимых для реакций анаболизма (например, образуемая в цикле Кребса альфа-кето-глутаровая кислота используется для синтеза около половины всех необходимых организму аминокислот), а также получение и запасание энергии для протекания энергозатратных процессов (например, активный транспорт в клетках, смещение равновесия реакций), так как окисление веществ, как правило, сопровождается большим выделением энергии.

Кроме того, существуют амфиболические пути обмена, которые могут служить как для синтеза сложных веществ, так и для их распада в зависимости от конкретной ситуации в клетке и в организме.

Анаболизм и катаболизм не могут идти отдельно друг от друга. Для анаболизма необходимы энергия и промежуточные соединения или исходные простые вещества, образуемые в катаболизме. Для осуществления катаболизма необходимы ферменты и структуры, которые образуются в результате реакций анаболизма. Оба этих процесса идут одновременно, однако они должны следовать правилам организации метаболических процессов в клетке:

1) Пути синтеза и распада одного и того же вещества никогда не совпадают полностью. Всегда существуют некие реакции, ведущие к расщеплению какого-то соединения при помощи определенных ферментов. Если нужно наоборот синтезировать это соединение из тех предшественников, которые образуются при его распаде, это никогда не будет прямой реакций. Например, реакции синтеза и распада биополимеров: синтез белков на рибосомах – анаболизм, гидролиз белков – катаболизм.

2) Как правило, первая реакция метаболического пути устроена таким образом, что она идет с большим отрицательным изменением свободной энергии (то есть является необратимой). В результате эта реакция запускает весь метаболический путь, в результате этого накапливается первый продукт, повышение его концентрации автоматически приводит к ускорению второй реакции и т.д.