- •Введение в метаболизм.
- •Анаболизм
- •Надф Катаболизм
- •II этап
- •III этап
- •Аденозинтрифосфат
- •Комплекс Mg и атф.
- •Два способа синтеза атф
- •Пируватдегидрогеназный мульферментный комплекс
- •Суммарное уравнение окисления пировиноградной кислоты
- •Реакции синтеза ацетил-sКоА
- •Реакции образования надн Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса
- •Регуляция активности пируватдегидрогеназы
- •Цикл трикарбоновых кислот.
- •Основная роль цтк заключается в:
- •Реакции цикла трикарбоновых кислот
- •Регуляция цикла трикарбоновых кислот
- •Изменение скорости реакций цтк и причины накопления кетоновых тел при некоторых состояниях
Введение в метаболизм.
Основы биоэнергетики.
Наумов АВ
1 Метаболизм или обмен веществ.
2 Анаболизм
3 Катаболизм
4 Методы исследования обмена веществ
5 Аденозинтрифосфат
6 Способы получения энергии в клетке
Два способа синтеза АТФ
Пируват окисляется до ацетил-КоА.
Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса
10 Цикл трикарбоновых кислот
11 Регуляция цикла трикарбоновых кислот.
Часть 1.
Метаболизм или обмен веществ.
Метаболизм – это совокупность химических реакций, протекающих в организме. При этом процессы, происходящие в просвете желудочно-кишечного тракта, не входят в понятие метаболизма, поскольку полость желудочно-кишечного тракта рассматривается как часть внешней среды.
Метаболизм или обмен веществ представляет из себя сумму всех химических преобразований с участием ферментов, происходящих в клетках организма. Серия таких последовательных реакций представляет из себяметаболический путьпревращений.
Предшественник (субстрат) превращается впродуктпроходя ряд промежуточныхметаболических интермедиатов, называемыхметаболитами.
Термин промежуточный обмен веществподразумевает комбинацию активностей всех совместно протекающих метаболических путей и превращения веществ в организме с момента поступления их в клетки до образования конечных продуктов обмена
Метаболических процессы в организме могут быть катаболическими и анаболическими.
Катаболизм- это фаза распада в обменене веществ в которой органические молекулы питательных веществ (углеводы, жиры и белки) превращаются в небольшиеконечные продукты обмена. Катаболизм продуцирует энергию, часть которой запасается в видеАТФлибо в виде восстановленных переносчиков электронов (НАДН*, НАДФН*иФАДН2), при этом часть энергии теряется в видетепла.
Анаболизмэто биосинтез высокомолекулярных молекул и комплексов молекул (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды) из низкомолекулярных предшественников. Для протекания анаболических реакций требуется энергия, обычно в виде переноса фосфатных группАТФлибо восстановительного потенциалаНАДФН*.
Некоторые метаболические пути имеют циклическийхарактер: из двух субстратов, вступающих в серию реакций, один полностью восстанавливается для нового цикла реакций, другой превращается в продукт. Например,щавелевоуксусная кислота(ЩУК, оксалацетат) постоянно обновляется для работыцикла тикарбоновых кислот(ЦТК).
Три типа нелинейных путей обмена веществ. а) нисходящий, катаболический; б) разветвлённый анаболический и с) циклический.
Клетки организма поддерживают и анаболические и катаболические пути обмена. Особенности регуляции процессов состоят в том, что при активации катаболизма, происходит подавление анаболизма, и наоборот. К тому же они имеют одни и теже конечные продукты, например: гликолиз и глюконеогенез
Глюкоза → пируват(катаболизм глюкозы)
Пируват → глюкоза(анаболизм глюкозы)
Метаболические пути имеют несколько уровней регуляции:
Наиболее лабильный – концентрацияибиодоступностьсубстрата. В ределахKm скорость реакции строго зависит от концентрации субстрата.
Аллостерическая регуляция (обычно продуктами реакции),
Ковалентная модификацияфермента(фосфорилирование, ацетилирование, метилирование и проч.).
Изменение экспрессии генов фермента (Это длительный тип регуляции занимает от нескольких минут до часов).
метаболические пути часто в клетке имеют органельную локализацию (компартментализация). Например, распад жирных кислот протекает в митохондриях, синтез – в цитоплазме.
Метаболизм выполняет три специализированные функции:
Энергетическая – снабжение клетки химической энергией,
Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков,
Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.
Методы исследования обмена веществ.
В современных биохимических исследованиях широко используют такие методы как хроматография,рентгеноструктурный анализ,ЯМР-спектроскопия,электронная микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия. Методы изучения процессов метаболизма можно подразделить на две основные группы:
методы изучения метаболизма на целых организмахи
аналитически-дезинтегрирующиеметоды.
Изучение процессов метаболизма на целом организме. Ранее использовали определениеконцентрации выделения конечного продуктапри введении предполагаемыхпромежуточных метаболитов. Например, в опытах на животных с экспериментальным диабетом, было установлено, что введение таких аминокислот, какAla, Ser, Glu, вызывает еще более усиленное выведение глюкозы с мочой. На этом основании было сделано заключение, что эти аминокислоты могут служить метаболическими предшественниками глюкозы. В настоящее время с этой целью применяютсяизотопы(меченые атомы).
Обычно используются либо:
стабильные изотопы элементов, отличающихся по массе от широко распространенных в организме элементов (тяжелые изотопы). Из них чаще используют
изотопы водородас массой 2 (дейтерий, 2Н),
азотс массой 15 (15N),
углеродс массой 13 (13С) и
кислородс массой 18 (180);
радиоактивные изотопы. Из радиоактивных изотопов применяются:
изотопы водорода(тритий, 3Н),
фосфора(32Ри33Р),
углерода(14С),
серы(35S),
йода(125I),
железа(59Fe),
натрия(24Na) и др.
Радионуклид |
Период полураспада |
3H (тритий) |
12.43 года |
14C |
5730 лет |
32P |
14.3 дней |
33P |
25.4 дней |
35S |
87.4 дней |
125I |
60 дней |
Пометив при помощи стабильного или радиоактивного изотопа молекулу исследуемого соединения и введя его в организм, определяют затем меченые атомы или содержащие их химические группы в определенных соединениях и делают заключение о путях превращениямеченого вещества в организме.
С помощью изотопного методаможно установить:
локализации, места накопления и пути транспорта иследуемых веществ;
время пребываниявещества в организме, которое характеризуетпериод его полураспада,т. е. время, за которое количество изотопа или меченого соединения уменьшается вдвое,
получить точные сведения относительно проницаемости мембран;
изучать процессы синтеза полимеров (скорость, локализацию, участие субстратов) (белков);
изучать пути метаболизма, чтобы установить, является ли данное вещество предшественником или продуктом распада другого соединения.
Наконец, при существовании нескольких путей обмена веществ можно определить, какой из них превалирует.
Аналитически-дезинтегрирующиеметоды. Принцип этих методов состоит в поэтапном упрощении, сложной биологической системы с целью изолирования отдельных ее частей. В нисходящей последовательности, их можно расположить в следующем порядке:
удаление отдельных органов (в частности, путем изучения перфузата в опытах с изолированными органами было установлено, что печень служит главным местом образования кетоновых тел и мочевины);
метод тканевых срезов и клеточных культур (с помощью такой методики на аппарате Варбурга было изучено тканевое дыхание (потребление кислорода и выделение углекислого газа тканями);
получение гомогенатов и субклеточных фракций (разрушение клеточных мембран делает возможным непосредственный контакт между содержимым клетки и добавленными соединениями. Это дает возможность установить, какие ферменты, коферменты и субстраты имеют значение для исследуемого процесса. Применение метода дифференциального центрифугирования гомогенатов позволяет изучать процессы обмена веществ, связанные с различными органеллами клетки (митохондриями, лизосомами, рибосомами, ядром и др. Например, для изучения путей и механизмов синтеза белка используют изолированные рибосомы, а для исследования окислительных реакций цикла Кребса или цепи дыхательных ферментов служат митохондрии),
частичная или полная реконструкция ферментной системы in vitroс использованием ферментов, коферментов и других компонентов реакции.