Динамическая биохимия Введение в обмен веществ и энергии 1

всей жизни из внешней среды поступают питательные вещества (белки, жиры,

углеводы), а также другие органические и минеральные вещества, в том числе вода и кислород.
Используются они либо для построения собственных веществ организма, либо для извлечения энергии. Продукты обмена веществ и часть энергии, в основном в виде тепла выделяются из организма в окружающую среды (слайд 3)

греч. изменение, превращение) – это совокупность процессов превращения веществ и

энергии в организме, происходящих с участием ферментов. Это строго упорядоченная система биохимических и физиологических процессов, которые обеспечивают поступление питательных и других веществ в организм, их усвоение, превращение внутри клеток, а также выведение образовавшихся продуктов обмена во внешнюю среду.

и выделения из

организма.
Промежуточный обмен (метаболизм) – превращение веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов.

В обмене веществ выделяют внешний и промежуточный обмен:

энергией пищевых веществ, поступающих в организм из среды, или путем

преобразования улавливаемой энергии солнечного света;

2) превращение молекул пищевых веществ в предшественники, участвующие в построении собственных макромолекул;

3) сборку макромолекулярных (белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов) и надмолекулярных (мембран, рибосом, органоидов и т.д.) структур живого организма, т.е. пластическое и энергетическое поддержание его структуры;

4) синтез и разрушение тех биомолекул, выполняющих специфические функции в организме (мембранные липиды, внутриклеточные посредники, пигменты, актин и миозин - мышечные белки и т.д.).

Функции метаболизма

P), называются метаболитами
Метаболический ответ организма - совокупность биохимический реакций организма,

скорости и направленности их протекания при воздействии какого-либо фактора.

Метаболический путь — это последовательность химических реакций, в ходе которых происходит постепенное превращение веществ с участием многих ферментов (Е) до соответствующих конечных продуктов (Р). Различают линейные и циклические метаболические пути:

обеспечивает синтез веществ, необходимых для сохранения структуры и функции клеток,

в оптимальных количествах.
2. Регуляция процессов образования энергии в клетке обеспечивает контроль количества поступающих питательных веществ, необходимых для ее продукции.
3. В результате увеличения или уменьшения скорости специфических реакций, клетка относительно быстро реагирует на изменение условий окружающей среды (температуру, рН, ионный состав, концентрацию питательных веществ).

с наименьшей затратой энергии и веществ. Это осуществляется в результате

сбалансированной работы регуляторных систем внутриклеточного метаболизма, таких как внутриклеточная, гормональная и нервная регуляции.

(количество). Регуляторное воздействие могут оказывать конечные продукты реакции, отдельные метаболиты

и энергетические субстраты. Они либо активируют, либо подавляют активность ферментов, что изменяет скорость отдельных биохимических реакций или всего метаболического пути. Так, например, скорость образования АТФ в митохондриях регулируется уровнем ее концентрации в клетке.
Гормональная регуляция обмена веществ осуществляется специфическими веществами - гормонами . Гормоны регулируют внутриклеточный обмен через вторичные посредники, такие как циклические нуклеотиды, ионы кальция, а также белками-рецепторами и др. Изменение их содержания в клетке также влияет на скорость метаболизма.
Нервная система координирует и объединяет все звенья обмена веществ, воздействуя на указанные выше системы регуляции.
При адаптации организма к мышечной деятельности совершенствуются регуляторные механизмы обмена веществ, что лежит в основе повышения экономичности выполнения работы.

ферментов («ключевых» из полиферментных комплексов).
Изменение количества ферментов (в основном на

индуцибельные или адаптивные ферменты), конституитивные присутствуют всегда.
Изменение проницаемости мембран – изменение комплекса функций мембран (изменение скоростей потоков метаболитов, газов в клетку и из клетки; компартментализация метаболических процессов, изменение электрохимического потенциала, передача нервных импульсов, функционирование рецепторов).

происходит расщепление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов;
Анаболизм,

называемый также биосинтезом, – это та фаза метаболизма, в которой из малых молекул-предшественников, или «строительных блоков», синтезируются белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулярные компоненты клеток;
Общую стадию катаболических и анаболических путей называют иногда амфиболической стадией метаболизма (от греч. amfi – оба).

поставляют химическую энергию в форме АТФ и НАДФН2 .

Эта энергия используется на анаболических путях для биосинтеза макромолекул из небольших молекул предшественников.

на

составляющие их строительные блоки (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты и др.);

продукты, образовавшиеся на 1-й стадии, превращаются в более простые молекулы, число которых невелико – ацетил-КоА и др.;

эти продукты окисляются до СО2 и воды.

компонентов из простых предшественников. Процессы связаны с потреблением свободной энергии,

которая поставляется в форме энергии фосфатных связей АТФ. Анаболизм включает в себя также 3 стадии, в результате чего образуются биополимеры.

I этап анаболизма). Расположены в точках переключения метаболизма связывают катаболические

и анаболические пути.
ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

взаимоотношение анаболических и катаболических процессов в организме на определенный момент

времени

реакции.
Изменение свободной энергии (ДО) — это та часть изменения

внутренней энергии системы, которая может превращаться в работу. Иначе говоря, это полезная энергия и выражается уравнением:

самопроизвольно

c затратой энергии АТФ

реакции синтеза, мышечное сокращение, проведение нервного импульса, транспорт через мембраны

и т.д. - получают энергию путем химического сопряжения с окислительными реакциями, в результате которых происходит высвобождение энергии.

животной пищей в виде углеводов, жиров и белков.
Первичным источником энергии

для всех живых организмов является энергия солнца.

при получении АТФ. За счет энергии окисления веществ происходит «выталкивание»

протонов из матрикса в межмембраннос пространство митохондрий. В результате создается электрохимический потенциал (ЭХП) на внутренней мембране митохондрий. При разрядке мембраны энергия электрохимического потенциала трансформируется в энергию АТФ: Еокисл.→ Еэхп →ЕАТФ.
2. АТФ и другие макроэргические соединения. Материальным носителем свободной энергии в органических веществах являются химические связи между атомами. Обычным энергетическим уровнем возникновения или распада химической связи является 12,5 кДж/моль. Однако имеется ряд молекул, при гидролизе связей которых выделяется более 21 кДж/моль энергии (слайд 29).
3. НАДФ+Н+ - никатинамидадениндинуклеотидфосфат восстановлнный. Специальный аккумулятор с высокой энергией, который используется в клетке для биосинтезов.

J. L, Stryer L, с изм.).

путями:
аккумулирует энергию более энергоемких соединений, стоящих выше АТФ в термодинамической

шкале без участия О2 — субстратное фосфорилирование: S~P + АДФ→S + АТФ;
аккумулирует энергию электрохимического потенциала при разрядке внутренней мембраны митохондрии - окислительное фосфорилирование.

— энергетический заряд. Многие реакции метаболизма контролируются энергетическим обеспечением клеток,

который контролируется энергетическим зарядом клетки.

(все АТФ). Согласно Д. Аткинсону, образующие АТФ катаболические пути ингибируются

высоким энергетическим зарядом клетки, а утилизирующие АТФ анаболические пути стимулируются высоким энергетическим зарядом клетки. Оба пути функционируют одинаково при энергетическом заряде, близком к 0,9 (точка перекреста на рис. 8.4). Следовательно, энергетический заряд, подобно рН, является буферным регулятором метаболизма (соотношения катаболизма и анаболизма). В большинстве клеток энергетический заряд колеблется в пределах 0,80-0,95.

стадии происходит распад полимеров до мономеров в желудочно-кишечном тракте или

внутри клеток. Освобождается до 1% энергии субстратов, которая рассеивается в виде тепла.
Вторая фаза - распад мономеров до общих промежуточных продуктов. Для нее характерно частичное (до 20 %) освобождение энергии, заключенной в исходных субстратах. Часть этой энергии аккумулируется в фосфатных связях АТФ, а часть рассеивается в виде тепла.
Третья фаза - распад веществ до СО2 и Н2О с участием кислорода. Примерно 80 % всей энергии химических связей веществ освобождается в данной фазе, которая сосредотачивается в фосфатных связях АТФ.

НАДН2 и ФАДН2