Вопрос № 2: Понятие об энергетическом обмене клетки. Стадии катаболизма, их значение.

Вопрос №1:Понятие о метаболизме, катаболизме и анаболизме

Метаболизм (обмен веществ) – это совокупность биохимических реакций превращения химических соединений, которые происходят в живых организмах.

Состоит метаболизм из нескольких последовательных стадий:

1. Это поступление биополимеров (белков, липидов, углеводов), витаминов, минеральных элементов, воды в организм в составе продуктов питания.

2. Превращение этих веществ в пищеварительном тракте в более простые соединения (мономеры: аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды, глицерин), которые всасываются эпителием слизистой оболочки желудка и кишечника в кровь.

3. Транспорт молекул кровью и лимфой, поступление через мембраны в клетки.

4. Внутриклеточный метаболизм биомолекул.

5. Выведение из организма конечных продуктов обмена веществ (CO₂, NH₃, мочевины, воды, и т.д.).

Катаболизм – это совокупность процессов расщепления веществ с выделением энергии.

Анаболизм – это синтез, генетически запрограммированных, биополимеров и молекул, необходимых для образования собственных структур.

Вопрос № 2: Понятие об энергетическом обмене клетки. Стадии катаболизма, их значение.

Внутриклеточный метаболизм (промежуточный обмен) включает такие превращения:

а) расщепление биоорганических молекул (глюкозы, аминокислот, жирных кислот, глицерина) до конечных продуктов обмена (СО2, Н2О, NH3) с выделением энергии и ее аккумуляцией в виде АТФ и других макроэргических фосфатов. Совокупность процессов расщепления веществ с выделением энергии называется катаболизмом.

б) синтез специфических, генетически детерминированных данному организму, биополимеров и молекул (белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и др.), необходимых для образования собственных структур. Эти процессы называют анаболизмом.

в) использование энергии (в форме АТФ или иных формах) для обеспечения различных фи-

физиологических функций.

Стадии катаболизма биомолекул. При расщеплении биомолекул в организме выделяют 3 стадии, которые являются общими для катаболизма различных биомолекул.

В первой стадии (подготовительная) все сложные биомолекулы (полимеры) расщепляются до просты компонентов (мономеров):

1. Полисахариды расщепляются до моносахаридов;

2. Липиды à глицерин + жирный кислоты;

3. Белки à аминокислот;

4. Нуклеиновые кислоты à до мононуклеотидов.

Реакции первой стадии катализируются гидролазами желудка, и кишечника. На этой стадии высвобождается около 1% химической энергии, которая рассеивается в виде тепла.

Во второй стадии (в цитоплазме клеток и в митохондриях) мономеры, образовавшиеся в первой стадии, внутриклеточно подвергаются превращениям с выделением энергии (20-30%). Основные реакции катаболизма:

Для моносахаридов – гликолиз, конечным продуктом которого является пировиноградная кислота, которая далее подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в активную форму уксусной кислоты – ацетил Ко-А.

Для жирных кислот – β-окисление, конечным продуктом которого является ацетил Ко-А;

Для аминокислот и нуклеотидов – дезаминирование и расщепление безазотистых молекул до ди- и трёхуглеродных карбоновых кислот и их производных. Большинство этих метаболитов превращается в ацетил Ко-А.

Таким образом, общим конечным продуктом второй стадии внутриклеточного катаболизма углеводов, жиров, липидов и аминокислот является ацетил Ко-А.

В третьей стадии (в митохондриях) катаболизма в митохондриях происходит окисление ацетил Ко-А до СО₂ и Н₂О и окислительное фосфолирование с образованием АТФ. Окисление ацетил Ко-А до СО₂ происходит в ЦТК, при участии коферментов НАД- и ФАД- зависимых дегидрогиназ и цитохромов. В этой стадии высвобождается гораздо больше энергии, чем при других стадиях (около 70-80%), использующаяся для окислительного фосфолирования АТФ в организме.

Пируватдегидрогеназная реакция.

Важнейшим источником ацетил-КоА является реакция окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты, которая катализируется мультиферментным пируватдегидрогеназным комплексом, который включает 3 фермента (Е1- пируватдегидрогеназа; Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза; Е3 -дигидролипоилдегидрогеназа) и использует 5 коферментов. Суммарная реакция:

Первый фермент (пируватдегидрогеназа) катализирует декарбоксилирование пирувата с образованием СО2 и гидроксиэтильного производного тиаминдифосфата (ТДФ). Второй фермент (дигидролипоилацетилтрансфераза) переносит гидроксиэтильную группу от ТДФ сначала на окисленную форму липоевой кислоты, а далее на КоА с образованием ацетил-КоА. Третий фермент (ФАД-содержащая дигидролипоилдегидрогеназа) катализирует окисление восстановленной формы липоевой кислоты с образованием ФАДН2, от которого атомы водорода переносятся на НАД с образованием в конечном итоге НАДН2, который и окисляется в дыхательной цепи митохондрий с выделением 3-х молекул АТФ.

­*Отметим, что в случае нарушения деятельности пируватдегидрогеназного комплекса замедляется метаболизм пировиноградной кислоты и ее концентрация резко возрастает в крови и моче. Это происходит, например, при дефиците тиамина (витамина В1), который является источником кофермента – тиаминдифосфата, или при наследственном дефиците пируватдегидрогеназы или дигидролипоилдегидрогеназы

Вопрос №3: АТФ – универсальный макроэрг. Химическое строение. Эндергонические и экзергонические реакции в клетке. Сопряжение реакций с гидролизом АТФ. Приведите примеры других макроэргов. Укажите варианты синтеза АТФ.

Макроэргические соединения (греч. makros большой + ergon работа, действие; синоним: высокоэргические соединения, высокоэнергетические соединения) – группа природных веществ, молекулы которых содержат богатые энергией, или макроэргические связи; присутствуют во всех живых клетках и участвуют в накоплении и превращении энергии. Разрыв макроэргических связей в молекулах сопровождается высвобождением энергии, использующаяся для биосинтеза и транспорта веществ, мышечного сокращения, пищеварение и других процессов жизнедеятельности организма.