1.Динамическая биохимия. Характеристика метаболических путей

Динамическая биохимия изучает превращения химических соединений и энергии в процессе жизнедеятельности живых организмов.

Метаболизм (обмен веществ) – совокупность ферментативных реакций в клетке.

Ф-и:

1) снабжение хим. энергией

2) превращение молекул пищевых веществ в строительные блоки, которые в дальнейшем используются клеткой для построения макромолекул;

3) сборка белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов и прочих клеточных компонентов из этих строительных блоков;

4) синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения каких-либо специфических функций.

Выделяют:

Внешний обмен веществ – внеклеточное переваривание веществ на путях их поступления и выделения из организма.

Промежуточный обмен веществ ‒ превращение в-в внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов.

Попав внутрь клетки, питательное вещество метаболизируется, т.е. претерпевает ряд химических изменений, катализируемых ферментами. Определённая последовательность таких химических изменений называется метаболическим путём, а образующиеся промежуточные продукты – метаболитами.

Линейные метаб. пути

В циклических метаб. путях обычно есть разветвления – продукты реакций выходят из цепи реакций или, наоборот, вливаются в нее (пример: окисление ацетильных групп до СО₂ и Н₂О в цикле лимонной кислоты)

Метаболические пути: центральные и специальные (вторичные).

1. Центральные – превращение основных пищевых в-в в клетке (Б, Ж, У и нукл. кислот). Потоки метаболитов внушительны (ех: окисление неск. сотен г глюкозы ежесуточно). Последовательности хим. превращений на центр. метаб. путях, в принципе, у всех живых форм едины.

Специальные метаболические пути (вторичный метаболизм) – образование специализированных веществ, требующихся в малых количествах (ежесуточный синтез/распад измеряется миллиграммами); (ех: биосинтез коферментов, гормонов, нуклеотидов, пигментов, токсинов, антибиотиков и алкалоидов).

1.1 Характеристика метаболических путей

(Катаболические, анаболические, амфиболические пути)

Промежуточный метаболизм состоит из двух фаз: катаболизма и анаболизма.

1. Катаболизм – расщепление сложных орг. молекул до более простых конечных продуктов. БЖУ распадаются до малата, СО₂ и аммиака. Высвобождается свободная энергия, заключенная в сложной структуре больших органических молекул. Значительная часть свободной энергии запасается в форме АТР, NАDН (NАDPН) (в восст. форме).

Катаболические пути поставляют химическую энергию в виде АТP и NАDPH, к-я используется на анаболических путях для биосинтеза макромолекул из небольших молекул – предшественников.

Ферментативное расщепление БЖУ идет через ряд последовательных реакций.

В аэробном катаболизме есть три главные стадии

1. макромолекулы распадаются на «строительные блоки»: полисахариды ‒ до гексоз или пентоз, жиры ‒ до жирных кислот, глицерола и других компонентов, белки – до аминокислот.

2. «строительные блоки» превращаются в один общий продукт ‒ ацетильную группу ацетил-СоА

3. различные катаболические пути сливаются в один общий – цикл лимонной кислоты; в результате всех превращений образуются только 3 конечных продукта (аммиак, вода, СО2)

2. Анаболизм (биосинтез) – из малых молекул-предшественников синтезируются белки, нуклеиновые кислоты и др. макромолекулярные компоненты клеток. Требует затраты энергии (источник - распад АТP до АDP и неорг. фосфата).

Анаболизм начинается с малых молекул-предшественников, протекает также в три стадии. В отличие от катаболизма для анаболизма характерно расхождение метаболических путей. Из сравнительно небольшого числа простых молекул-предшественников образуется огромное количество разнообразных макромолекул (на центральных путях анаболизма много ответвлений).

Катаболический путь и соответствующий ему, но противоположный по направлению анаболический путь между данным предшественником и данным продуктом обычно не совпадают (различаются промежуточные продукты, отдельные стадии). НО их связывает общая стадия, которая включает цикл лимонной кислоты и некоторые вспомогательные ферментативные реакции. Общая стадия - амфuболuческая стадия метаболизма, выполняет двойную функцию. В катаболизме на этой стадии завершается распад сравнительно небольших молекул, образовавшихся на второй стадии, а в анаболизме поставляет небольшие молекулы-предшественники для биосинтеза аминокислот, ж. к-т и углеводов.

Катаболические и анаболические реакции протекают одновременно, однако их скорости регулируются независимо, они часто локализованы в разных участках клетки.

Регуляция метаболизма осуществляется: 1) при помощи аллостерических ферментов, 2) при помощи гормонов; 3) путем регулирования синтеза ферментов.