Принципы интеграции метаболических путей

В биологии понятие интеграции ввёл английский ученый Г. Спенсер

(1857).
Интеграция метаболизма – скоординиро-ванность (согласованность) метаболических реакций, удовлетворяющая потребностям целого организма. Интеграция позволяет ор-ганизму адекватно реагировать на постоянно меняющиеся условия окружающей среды.

Интеграция проявляется через регуляцию

в рамках физи-ологических ответов организма: в условиях сравнительно слабых воздействий

на организм.
При этом сдвиги гомеостаза организма незначительны. Полноценное существование организма в новых условиях (восстановление нарушенного гомеостаза) достигается за счет мобилизации эволюционно детерминирован-ных компенсаторно-адаптивных реакций.
Фактически речь пойдет о компенсаторно-адаптивной биохимии.

средой вещест-вом, энергией и информацией.

Медико-биологическая наука под ИНФОРМА-ЦИЕЙ подразумевает

комплекс сведений, получаемых клеткой из окружающей среды, которые необходимы для приспособления клетки к постоянно меняющимся условиям её существования.

момента появления одно-клеточных организмов для создания первых многоклеточных организмов.

Это время было потрачено для «создания» механизмов, с помощью которых отдельные клетки, со своим индивидуальным метабо-лизмом, научились «договариваться» друг с другом.
В здоровом многоклеточном организме, ца-рит гармонию между всеми его членами (клетками). В частности, существует равнове-сие между процессами пролиферации клеток и их естественной гибелью - апоптозом.

ста-новится субстратом следующей реакции.
Необратимость - общее свойство

метаболи-ческих путей. Для этого достаточно, чтобы хотя бы одна реакция в физиологических условиях не могла протекать в обратном направлении.
Принципиальная особенность метаболизма состоит в том, что скорость реакций опреде-ляется не законом действующих масс, а актив-ностью ключевых (регуляторных) ферментов.

- конечные продукты с выделе-нием свободной энергии) + анаболические пути

(биосинтез с использованием свобод-ной энергии).

Благодаря компартментализации, ката-болические и анаболические процессы протекают одновременно. Баланс между ними определяется функциональным состоянием организма (регулируется ЦНС, гормонами и ключевыми ферментами).

пируват, по сути, один конечный продукт: ацетил-СоА.
Анаболические пути

расходятся – образуя в результате биосинтеза множество различных продуктов (из небольшого числа предшест-венников).
В сопряжении анаболических и катаболичес-ких процессов главную роль играют АТФ и НАДФН. АТФ циклически рефосфорилируется из АДФ, НАДФН восстанавливается из НАДФ+.

состоянии динами-ческого равновесия или преобладания одного из них (в зависимости

от функционального состояния организма).

Они обес-печивают переключение метаболизма с одно-го метаболического пути на другой

в зависи-мости от потребностей организма.

Ключевые метаболиты:
1. Глюкозо-6-фосфат. Перекрёст путей: синтеза и распада гликогена; ПФП (синтез НАДФН и рибозы); гликолиз.
2. Пируват. Открывает вход в ЦТК углево-дов, липидов (через глицерол) и белков.

ЦТК (цитрат лиаза) и является субстратом для синтеза кетоновых тел.

Ацетил-КоА превращается в цитрат, который выходит в цитозоль, где участвует в синтезе жирных кислот:

цитрат лиаза
цитрат + КоА +АТФ ?? ацетил-КоА + ЩУК + АДФ


синтез жирных кислот

в пируват невозможно. То есть, в организме человека невозможно превращение

жирных кислот в глюкозу.

трёх формах:
1. Макроэргические связи АТФ. АТФ посто-янно образуется и потребляется.

Это главный непосредственно используемый донор сво-бодной энергии в биосистемах, «универсаль-ная энергетическая валюта клетки».
Другие нуклеозид-трифосфаты (гуанозин-, уридин- и цитидин-ТФ) поставляют энергию в строго определеные биосинтетические пути согласно реакции:
АТФ + нуклеозид-ДФ ?? АДФ +
+ нуклеозид-ТФ

переносчики атомов Н, которые в катаболических реакциях отщепляются от окисляемых

субстратов (жирных кислот, глюкозы и аминокислот) с участием специализированных ферментов – дегидрогеназ. Отщепленные атомы Н облада-ют повышенным запасом свободной энергии, что позволяет им служить восстановителями.
В частности: а). НАДН и ФАДН2 – специфи-ческие переносчики Н от окисляемых «топлив-ных» молекул в дыхательную цепь митохонд-рий, где синтезируется основная часть АТФ (более 90%).

биосинтетических путей.
Молекулы субстратов и интермедиатов

биосинтетических реакций часто более окисле-ны по сравнению с продуктами. Поэтому, помимо энергии АТФ, для синтеза требуются восстановительные эквивалентны (восстано-вительный биосинтез).
3. Трансмембранный электрохимический градиент протонов (Н+) на внутренней мембра-не митохондрий, создаваемый дыхательной цепью. Энергия, заключенная в этом градиен-те, используется для синтеза АТФ в из АДФ и Фн (хемиосмотическая теория П. Митчела).

под влиянием аллостерических регуляторов.

II. Ковалентная модификация ферментов: фосфорилирование –

дефосфорилирование (киназы и фосфатазы). Действует помимо ал-лостерической регуляции и сравнительно быстро.

III. Изменение количества фермента – усиле-ние его биосинтеза, либо разрушение уже имеющихся молекул фермента. Реализуется спустя часы.

β-окисление жирных кислот;
- цитоплазма: гликолиз, синтез липидов (а также пуринов

и пиримидинов) и пентозофосфатный путь;
– отчасти в митохондриях и отчасти в цитоплазме: глюконеогенез и синтез мочевины.

V. Гормональная регуляция. Под действием гормонов (первичных мессенджеров) внутри клетки синтезируются вторичные мессендже-ры, которые изменяют активность внутрикле-точных ферментов.

и белков?

1. Общие источники свободной энергии: АТФ
и НАДФН.
2.

Общие предшественники и общие промежу-
точные продукты обмена. Это, прежде все-
го, общий промежуточный продукт –
ацетил-СоА.
3. Конечный и связующий этап метаболичес-
ких превращений – ЦТК и дыхательная цепь.

а также в стабилизации метаболического гомеостаза организма.

Печень осуществляет взаимодействие реакций

обмена белков, жиров и углеводов.
Метаболическая пластичность печени значительна. Оборот ферментов печени (синтез - распад) в 5-10 раз выше, чем таковой в других тканях (даже в мышцах).

целостного организма интеграция углеводного, липидного и белкового обменов обеспечивается работой

эндокринной сис-темы.
Ведущую роль в интеграции этих трех обме-нов играют инсулин, глюкагон и адреналин.
(инсулин и глюкагон, адреналин – антаго-нисты).
ИНТЕГРАЦИЯ РЕАЛИЗУЕТСЯ ЧЕРЕЗ РЕГУЛЯЦИЮ
Полноценную картину интеграции получим, если будем рассматривать регуляцию обмена на уровне мышц, жировой ткани и печени, стоящей во главе процесса.

помощью ФФК-2.
Фруктозо-2,6-бисФ разрушается до фруктозо-6-Ф с помощью

Ф-бисФазы-2.

Оба фермента образуют единый бифункциональный блок.