Общее понятие об обмене веществ. Катаболизм и анаболизм. Основные этапы. Значение АТФ и других макроэргических соединений в обеспечении энергией процессов жизнедеятельности. Способы образования АТФ в организме.

Биохимия — СПбГПМУ, Педиатрический факультет

<h2>Катаболизм и анаболизм</h2>

Метаболизм делится на два взаимосвязанных процесса: катаболизм (диссимиляция) и анаболизм (ассимиляция).

Катаболизм — это ферментативное расщепление крупных органических молекул (белков, полисахаридов, липидов и др.) до более простых соединений. При этом происходит высвобождение энергии, которая резервируется в форме энергии фосфатных связей молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). У аэробных организмов конечными продуктами катаболизма являются , , АТФ и восстановленные переносчики водорода (НАД·Н и НАДФ·Н). Катаболизм сопровождается окислением используемых веществ.

Анаболизм — это ферментативный синтез крупномолекулярных клеточных компонентов (полисахаридов, нуклеиновых кислот, белков, липидов) из более простых соединений, а также некоторых их биосинтетических предшественников. Анаболические процессы происходят с потреблением энергии, которая поступает из реакций катаболизма. Анаболизм включает три основных этапа:

<ol>

<li>Синтез молекул-предшественников (аминокислот, моносахаридов, терпеноидов, нуклеотидов).</li>

<li>Активация предшественников.</li>

<li>Объединение активированных мономеров в сложные молекулы. </li>

</ol>

Катаболизм и анаболизм протекают в клетке одновременно и тесно связаны: анаболизм использует энергию и восстановители, образующиеся в реакциях катаболизма, а катаболизм осуществляется под действием ферментов, образующихся в результате реакций анаболизма.

<h2>Основные этапы обмена веществ</h2>

<ol>

<li>Подготовительный этап. Переработка пищевых веществ в органах пищеварения. Полимерные органические молекулы распадаются на составляющие их структурные блоки — мономеры: полисахариды — до гексоз или пентоз, белки — до аминокислот, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов и нуклеозидов, липиды — до жирных кислот и глицерина. Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. </li>

<li>Межуточный (промежуточный) обмен веществ. Всасывание мономеров в кровь и поступление их в клетки. Поступившие вещества участвуют в восстановлении клеточных мембран, иных процессах на молекулярном уровне и т. д.. </li>

<li>Образование и выделение продуктов метаболизма. </li>

</ol>

<h2>Значение АТФ и других макроэргических соединений</h2>

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота, аденозинтрифосфат) — универсальный источник энергии в живых организмах. Это нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. Остатки фосфорной кислоты в молекуле АТФ соединены друг с другом высокоэнергетическими (макроэргическими) связями. При разрыве такой связи выделяется почти в 4 раза больше энергии, чем при разрыве других связей. Обычно макроэргические связи обозначают символом ∼.

Функции АТФ:

<ul>

<li>обеспечение реакций синтеза веществ в организме;</li>

<li>активный транспорт молекул через клеточную мембрану;</li>

<li>создание межмембранного электрического потенциала;</li>

<li>обеспечение сокращения мышц;</li>

<li>участие в создании циклического аденозинмонофосфата (посредника в процессе передачи гормональных сигналов в клетки);</li>

<li>участие в синтезе нуклеиновых кислот (ДНК и РНК);</li>

<li>регуляция биохимических процессов (усиление или подавление активности отдельных ферментов при помощи присоединения молекулы к их регуляторным центрам). </li>

</ul>

Другие макроэргические соединения:

<ul>

<li>богатые энергией фосфаты: 1,3-бисфосфоглицерат, фосфоенолпируват, креатинфосфат, аргининфосфат, карбамоилфосфат, ацетилфосфат, нуклеозидтрифосфаты, нуклеозиддифосфаты, пирофосфат;</li>

<li>богатые энергией тиоэфиры, образованные коферментом А: сукцинил-КоА, ацетил-КоА, ацил-КоА. </li>

</ul>

<h2>Способы образования АТФ в организме</h2>

В зависимости от источника энергии выделяют три типа фосфорилирования — процесса синтеза АТФ:

<ol>

<li>Фотосинтетическое фосфорилирование. Происходит в световой фазе фотосинтеза за счёт солнечной энергии. Образующаяся АТФ используется в темновой фазе для синтеза углеводов. </li>

<li>Субстратное фосфорилирование. Происходит в гиалоплазме в результате гликолиза и частично в матриксе митохондрий в результате цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) за счёт энергии макроэргов. На этот способ приходится около 10% синтезируемой в организме АТФ. </li>

<li>Окислительное фосфорилирование. Происходит в митохондриях за счёт свободной энергии, выделяющейся при транспорте электронов по цепи переноса электронов (ЦПЭ) от окисляемого субстрата на кислород. На этот способ приходится около 90% синтезируемой в организме АТФ. </li>

</ol>

Окислительное фосфорилирование — основной способ образования АТФ. Он представляет собой результат совместной работы электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) и АТФ-синтазы митохондрий. АТФ-синтаза — фермент, который синтезирует АТФ. Он состоит из двух частей: F0 (погружена в мембрану) и F1.

Механизм работы АТФ-синтазы: генерируемая протонным градиентом энергия поставляется из межмембранного пространства в матрикс через внутреннюю мембрану с помощью Fo-компонента. Протонный градиент создаёт протон-движущую силу, включающую разность pH и электрический мембранный потенциал. Высвобожденная за счёт этого энергия приводит в движение два ротационных двигателя, связанных друг с другом, — c-кольцо в Fo и γ-, δ-, ε-субъединицы в F1. Вращение γ-субъединицы обеспечивает энергию для синтеза АТФ.

За сутки в организме человека образуется около 40 кг АТФ. В активно функционирующих клетках (например, в мышцах) может содержаться до 0,5% АТФ от их массы.

</div>

Все вопросы раздела: Подготовка к экзамену по биохимии