Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Общие пути катаболизма (лекция) часть 1.doc
Скачиваний:
67
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
2.15 Mб
Скачать

18

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

  1. Два способа синтеза АТФ

  1. Пируват окисляется до ацетил-КоА.

  1. 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:

  1. Энергетическая – снабжение клетки химической энергией,

  2. Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков,

  3. 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.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.