Тема 3,4. Основные закономерности метаболизма. Цикл Кребса. Молекулярные основы биоэнергетики
Метаболизмом называют всю совокупность химических реакций в живых клетках. В более узком смысле "метаболизм" означает промежуточный обмен, то есть превращение веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов. Промежуточные продукты называют метаболитами или интермедиатами.
Центральные метаболические пути сходны у всех живых форм (принцип биохимического единства) и обеспечивают: а) приток химической энергии за счет расщепления пищевых веществ или преобразования энергии солнечного света; б) синтез строительных блоков для построения макромолекул и в) сборку клеточных компонентов.
Промежуточный обмен складывается из двух фаз: катаболизм и анаболизм. В ходе катаболизма происходит расщепление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов, что сопровождается запасанием значительной части свободной энергии в высокоэнергетических (макроэргических) соединений. Анаболические процессы включают биосинтез строительных блоков и макромолекулярных компонентов клетки, что сопрягается с реакциями распада макроэргических соединений (прежде всего, нуклеозидтрифосфатов). Скорости катаболических и анаболических реакций тонко регулируются в соответствии с потребностями организма и условиями внешней среды.
Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) является амфиболическим путем. Амфиболический путь сочетает в себе катаболические и анаболические реакции. В цикле Кребса осуществляются не только окислительные превращения энергетических субстратов до конечных продуктов, но и происходит образование субстратов для других метаболических путей.
|
|
|
Процессы катаболизма в клетках животных сопровождаются потреблением кислорода, который необходим для реакций окисления. Электроны и протоны на первом этапе переходят от органических субстратов на коферменты NAD- и FAD-зависимых дегидрогеназ, а далее переносятся на кислород через цепь переносчиков, организованных в дыхательную цепь митохондрий. Кислород при этом восстанавливается до воды.
Согласно хемиосмотической теории I, III и IV белковые комплексы дыхательной цепи при переносе электронов выкачивают протоны из матрикса митохондрий в межмембранное пространство, создавая электрохимический потенциал, который далее используется АТФ-синтетазой для окислительного фосфорилирования. При окислении NADH(H+) величины потенциала достаточно для синтеза 3 молекул АТФ, при окислении FADH2 – 2 ATФ. Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем.
Многие заболевания людей и животных связаны с нарушением энергетического обмена. Так как для нормального протекания процессов жизнедеятельности необходима энергия, то нарушение энергообеспечения влияет на многие функций организма.
|
|
|
Нарушение энергетических процессов может быть связано с недостаточностью субстратов окисления (углеводов, аминокислот, жирных кислот и др.), с невозможностью их использования, с недостаточностью ферментов дыхательной цепи, в том числе из-за нехватки витаминов, входящих в ее состав или являющихся предшественниками коферментов, с блокированием процессов окислительного фосфорилирования и образования АТФ, с уменьшением активности Н+-АТФ-синтеза, с токсическими поражениями, при которых нарушается проницаемость митохондриальных мембран, с дефицитом кислорода.
Нарушение регуляции энергетических процессов наблюдают при гипогликемии, когда снижается содержание глюкозы в крови – важного источника энергии в организме. Это состояние может быть вызвано голоданием, тяжелой физической нагрузкой, потреблением алкоголя. Гипогликемия неблагоприятно влияет на функции мозга: развивается гипогликемический шок, потеря сознания, спазмы сосудов головного мозга, температура тела снижается.
|
|
|
Еще один пример патологии, обусловленной нарушением энергетического обмена, – лихорадка. Повышение температуры тела связано, как правило, с бактериальной или вирусной инфекцией. Лихорадку вызывают вещества пирогены, выделяемые бактериями, которые разъединяют тканевое дыхание и фосфорилирование. При этом уменьшается образование АТФ и энергия, которая не используется для фосфорилирования АДФ выделяется в виде тепла.
Развитие патологий характерно непосредственно для самого аппарата энергообеспечения, в частности, для митохондрий (митохондриальные болезни, при которой заметно снижается активность ферментов биологического окисления. Наблюдаются при некоторых гормональных расстройствах).
Энергетический обмен – суммарный показатель интенсивности метаболизма, поэтому его изменения из-за различного влияния окружающей среды можно использовать для анализа приспособленности обменных процессов организма. Стресс, вызванный разнообразным влиянием (тепло, холод, рентгеновское излучение, травма, воспаление), через посредничество центральной нервной и эндокринной системы приводит к интенсификации метаболических процессов в организме, в том числе – к увеличению уровня энергетического обмена.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 32; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!