Лекция 28. Тема: Взаимосвязь обменных процессов.
Обмен веществ (метаболические пути).
Ключевые метаболиты.
Схемы ключевых метаболитов.
Обмен веществ, или метаболизм, − это совокупность химических реакций в организме, которые обеспечивают его веществами и энергией, необходимыми для жизнедеятельности. В этом процессе можно выделить 2 последовательных этапа.
I – включает переваривание и всасывание, химические изменения, приводящие вещество, поступившее с пищей, к состоянию, в котором оно может проникнуть во внутреннюю среду, и собственно всасывание.
II – превращения, которым подвергаются всосавшиеся вещества в толще слизистой тонкого кишечника или после транспортировки в ткани.
Оба этапа взаимосвязаны и могут обозначать метаболизм.
Метаболический путь – это характер и последовательность химических превращений конкретного вещества в организме. Промежуточные продукты, образующиеся в процессе превращения, называют метаболиты, а последнее соединение метаболического пути – конечный продукт.
Процесс метаболизма включает катаболизм и анаболизм.
Катаболизм:
Превращение полимеров пищи и тканей организма в мономеры:
Липиды Углеводы Белки
Жирные кислоты Глицерин Моносахариды Аминокислоты
Образование из мономеров общих низкомолекулярных продуктов превращения (ацетил-КоА, пируват, α-кетоглутарат).
Цикл Кребса.
Анаболизм:
Цикл Кребса.
Образование мономеров.
Образование полимеров.
Постоянство массы взрослого здорового организма объясняется тем, что процессы ана- и катаболизма соответствуют друг другу, поддерживая чаши весов на одном уровне. Такое состояние обозначается как динамическое равновесие.
В растущем организме преобладают процессы синтеза над распадом, значит, динамическое равновесие сдвинуто в сторону процессов синтеза. Молекулы в организме живут ограниченный период времени. 50% белков печени человека обновляется каждые 10 дней. Белки мышц обновляются на 50% за полгода, а глюкоза в крови – за 1 час. В будущем за такой же промежуток времени остаток старых молекул вновь замещается новыми. Промежуток времени, в течение которого половина вещества заменяется на новые молекулы, называют временем полураспада вещества.
Метаболизм имеет частные и общие пути.
Частные пути – совокупность превращений, свойственная только определенному соединению (например, углеводам, липидам, аминокислотам). Например, общеизвестна роль аминокислот в синтезе мононуклеотидов, гема, сложных липидов. Продукты гидролиза пищевых липидов участвуют в синтезе липопротеинов крови, а продукты гидролиза липопротеинов крови используются для синтеза клеточных липидов.
Общие пути – совокупность превращений, в которые вовлекаются два и более видов соединений (например, углеводы и липиды; или углеводы, липиды и аминокислоты).
Субстраты метаболизма – химические соединения, поступающие с пищей. Среди них – основные пищевые вещества: углеводы, белки, липиды и минорные, поступающие в малых количествах (витамины, минеральные соединения).
В обмене веществ различают центральные метаболические пути. Пути распада различных веществ часто заканчиваются одним метаболитом, с которого начинается общая цепь реакций дальнейшего распада.
С другой стороны, часто одно соединение служит исходным материалом для синтеза различных веществ. При этом образуется перекресток центрального пути с другими путями. В местах перекрестка находятся общие продукты обмена – ключевые метаболиты. Одному центральному пути может сопутствовать множество периферийных, которые могут быть достаточно сложными. Это сравнимо с сетью городских улиц. «Улицы» − это цепи химических реакций, в которых конечные продукты одних реакций являются исходными веществами для других.
Взаимосвязь между различными соединениями – интеграция метаболизма определяется следующим:
наличием общих промежуточных продуктов в большей части метаболических путей;
возможностью взаимопревращений через общие метаболиты;
использованием общих коферментов;
наличием общих путей катаболизма и единой системы освобождения и использования энергии (дыхательная цепь);
наличием сходных механизмов регуляции.
Интеграция метаболических путей служит основным целям, обеспечивающим жизнедеятельность организма:
а) производство энергии в процессе окислительного распада пищевых веществ;
б) биосинтез веществ и структур. Производство ключевых метаболитов и восстановленных коферментов, необходимых для биосинтеза, обеспечивается интеграцией метаболических путей.
В большинстве случаев единым донором водорода для разных биосинтезов является НАДФН, что тоже есть проявление интеграции.