Загальні закономірності обміну речовин. Поняття про катаболізм та анаболізм - Обмін речовин - Біохімія - Конспекти

Головна » Статті » Біохімія » Обмін речовин

Загальні закономірності обміну речовин. Поняття про катаболізм та анаболізм

Обмін речовин (метаболізм) — сукупність біохімічних реакцій перетворення хімічних сполук (метаболітів), що відбуваються в живих організмах.Постійний обмін речовинами та енергією з навколишнім середовищем є головною ознакою живої клітини, що визначає її термодинамічно стаціонарний стан тапротидіє зростанню ентропії в будь-якій біологічній системі. Отже, найважливіша риса біологічної форми руху - саморегуляція, яка виникає як результат сукупності хімічних реакцій, із яких кожна окремо не здатна до саморегуляції, але разом взяті, вони утворюють систему, яка виявляє властивості механізму із зворотним зв'язком.

Обмін речовин в організмі людини та вищих тварин складається з декількох послідовних стадій, що включають у себе:
1) надходження біоорганічних речовин (поживних сполук) — білків, ліпідів, вуглеводів, вітамінів, мінеральних елементів, води — до організму в складі продуктів харчування;

2) перетворення поживних сполук (білків, полісахаридів, жирів) у травному каналі до простих
сполук (амінокислот, моносахаридів, жирних кислот, гліцерину), що здатні всмоктуватися епітелієм слизової оболонки шлунка та кишечника;

3)   біотранспорт молекул — продуктів травлення поживних речовин кров’ю та лімфою, надходження їх через мембрани судин та клітинні мембрани до певних органів і тканин (печінки, м’язів, головного мозку, нирок, жирової тканини тощо);
4)    внутрішньоклітинний метаболізм біомолекул в органах і тканинах (проміжний обмін, або власне метаболізм у вузькому значенні);
5)    виділення(екскреція) з організму — через нирки, легені, шкіру, кишечник — кінцевих продуктів обміну речовин (діоксиду вуглецю, аміаку, сечовини, води, продуктів кон’югації деяких органічних молекул та продуктів їх окислення).

Реакції внутрішньоклітинного метаболізму включають у себе такі біохімічні перетворення:

а)    розщеплення біоорганічних молекул(глюкози, жирних кислот, амінокислот, гліцерину) до кінцевих продуктів проміжного обміну (діоксиду вуглецю, води, аміаку)з вивільненням хімічної енергії та акумуляцією її у формі аденозинтрифосфорної кислоти (аденозинтрифосфату, АТФ), інших макроергічних фосфатів або протонного потенціалу, що забезпечує енергетичні потреби основних процесів життєдіяльності. Сукупність процесів розщеплення біомолекул з вивільненням енергії отримала назву катаболізму (катаболічні шляхи обміну речовин);
б)     синтез специфічних, генетично притаманних даному організмові біомолекул (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів,ліпідів, біорегуляторів тощо), щонеобхідні для утворення власних клітинних та позаклітинних біоструктур. Ці процеси отримали назву анаболізму(анаболічні шляхи метаболізму) та потребують використання енергії у формі АТФ.
в)      використання енергії (у формі АТФ або протонного потенціалу) для забезпечення таких процесів клітинної фізіології, як функціонування скоротливих структур (м’язове скорочення, діяльність елементів цитоскелета, війок і джгутиків тощо), екзо- та ендоцитоз, генерація мембранного потенціалу, активний транспорт метаболітів та неорганічних іонів.
Процеси перетворення одних метаболітів (біомолекул) на інші, що каталізуються ферментами, складають метаболічні шляхи.

Послідовності реакцій, з яких складаються метаболічні шляхи, можуть бути лінійними, розгалуженими та циклічними:

Метаболічні шляхи поділяються на:

1) катаболічні шляхи, які становлять в сукупності катаболізм— реакції розщеплення (гідролізу, окислення тощо) біоорганічних речовин, що надходять із зовнішньогосередовища у складі продуктів харчування (вуглеводів, ліпідів, білків тощо) та біомолекул,які складають структуру клітин та тканин організму;

2) анаболічні шляхи, які становлять анаболізм — реакції синтезу складних біоорганічних сполук, щоскладають різні структурні утворення організму (зокрема, біополімерів — білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів) та забезпечують його функціонування (ліпідів, моносахаридів, амінокислот, нуклеотидів, вітамінів, коферментів, гормонів тощо).
3) амфіболічні шляхи, які містяться на «перехрестях» катаболізму та анаболізму;метаболіти, що складають амфіболічні шляхи, можуть перетворюватися як в катаболічних, так і в анаболічних процесах; прикладом може бути цикл трикарбонових кислот.

Обмін речовин в організмі безпосередньо пов’язаний з обміном енергії. Середреакцій метаболізму розрізняють екзергонічні та ендергонічні реакції.

Екзергонічні реакції (процеси) — такі, що супроводжуються вивільненнямхімічної енергії,
необхідної для функціонування живих організмів.

Найбільш важливими екзергонічними процесами в живих системах є окислювальні реакції, що каталізуються окислювально-відновлювальними ферментамимембран мітохондрій. Енергія, яка вивільняється в окислювальних реакціях,здебільшого акумулюється у формі макроергічних сполук.
Ендергонічні реакції (процеси)— такі, що потребують для своєї течії витратенергії; це ферментативні реакції синтезу та відновлення:

реакції синтезу призводять до утворення новиххімічних зв’язків, ускладненняструктури біомолекул (простих сполук та біополімерів); заджерело енергії в більшостіреакцій синтезу правлять макроергічні зв’язки АТФ;
реакції відновлення— приєднання до біоорганічних сполук (здебільшого,ненасичених зв’язків) атомів водню; в реакціях відновлення як донори використовуються молекули відновленого нікотинамідаденіндинуклеотидфосфату (НАДФН).

Спряження ендергонічних процесів з екзергонічними здійснюється за рахунок синтезу протягом екзергонічної реакції сполук з високим енергетичним потенціалом, які в подальшому використовуються в ендергонічнихреакціях, що забезпечує передачу хімічної енергії від екзергонічного до ендергонічного процесу.

Структурно-функціональні компоненти клітин регулярно оновлюються. В організмі людини постійно проходять реакції і розпаду, і синтезу. Утворені при розпаді метаболіти (наприклад, ацетил-КоА при окисненні жирних кислот) можуть зазнавати катаболізму (розпад ацетил-КоА в циклі Кребса до С0₂ і Н₂0) або знову використовуватися для синтезу структурно-функціональних компонентів
(використання ацетил-КоА для синтезу холестерину). Тому екзергонічні та ендергонічні реакції в організмі спряжені на рівні:

1)субстратів (ацетил-Ко А, піруват, глюкозо-6-фосфат);

2) відновлених еквівалентів (НАДН, НАДФН, ФАДН₂);
3) макроергічних сполук (АТФ тощо).

Протягом біологічної еволюції на Землі виникли два типи обміну речовин —автотрофний та гетеротрофний, що розрізняються залежно від того, у якійформі організми отримують з навколишнього середовища необхідні для їх життєдіяльності і побудови біоструктур вуглець та енергію.

Автотрофні клітини (організми) можуть використовувати як єдине джереловуглецю СО₂
атмосфери, з якого вони здатні утворювати всі свої вуглецьвміснікомпоненти. До автотрофних належать фотосинтезуючі клітини вищих зеленихрослин та клітини деяких прокаріотів — синьо-зелених водоростей, зелених тапурпурових бактерій. Енергію для своїх ендергонічних реакцій автотрофиотримують за рахунок енергії сонячного світла, яка уловлюється та трансформується в хімічну енергію спеціальними світлочутливими білками, зокремахлорофілами хлоропластів зелених рослин.

Сумарне рівняння фотосинтезу:

Гетеротрофні клітини (організми) отримують вуглець, необхідний для побудови власних молекул і біоструктур, у вигляді складних біоорганічних сполук(вуглеводів, ліпідів, білків тощо), що містяться в продуктах харчування. За джерелоенергії для процесів життєдіяльності у гетеротрофів правлять реакції біологічногоокислення метаболітів, які утворюються при катаболізмі моносахаридів, ліпідівта деяких амінокислот.
До гетеротрофних належать еукаріотичні клітини тваринних організмів, у якихосновні екзергонічні процеси, що супроводжуються вивільненням хімічної енергії,відбуваються в мітохондріях.

Категорія: Обмін речовин | Додав: Lolim (12.10.2013)

Переглядів: 24005 | Теги: гетеротрофи, метаболіз, анаболізм, шляхи метеболізму, автотрофи, обмін речовин, катаболізм, Біохілія | Рейтинг: 3.2/4

Всього коментарів: 0