Основные принципы организации метаболизма этапность. Введение в метаболизм (биохимия). Специфические и общие пути катаболизма
Обмен веществ – можно определить как совокупность всех биоорганических реакций, катализируемых ферментами.
Межуточный обмен начинается с момента поступления питательных веществ в кровь и до момента выведения конечных продуктов обмена и обеспечивающих организм веществами и энергией, необходимыми для его жизнедеятельности.
Метаболизм представляет собой высоко интегрированный и целенаправленный процесс. Интеграция возможна благодаря существованию взаимосвязи между метаболизмами углеводов, белков и жиров и др. Взаимосвязь обеспечивается общим энергетическим снабжением, общими промежуточными метаболитами, на уровне которых происходит пересечение специфических метаболических процессов (гл-6-ф, ПВК, ацетил-КоА), общими метаболическими процессами (ЦТК, окислительное фосфорилирование). Интеграция возможна и благодаря взаимосвязи между тканями и органами. Интегрирующие системы включают нервную систему (центр обработки информации и принятия решения, при изменении условий); эндокринную систему (выработка гормонов, передающих информацию в клетку); сосудистую систему (служит для транспорта не только питательных веществ, но и гормонов).
Последовательность хода обмена веществ в организме позволяет выделить 4 этапа обмена веществ, то есть обмен веществ характеризуется динамичностью и стадийностью.
1 этап – на этом этапе подготавливается поступление питательных веществ во внутренние ткани организма в процессе пищеварения в желудочно-кишечном тракте. Различают:
а) дистантное переваривание – например, расщепление белков под действием пепсина в полости желудка или трипсина в просвете кишечника.
б) пристеночное или мембранное – например, действие пептидаз, фиксированных на поверхности клеток слизистой кишечника;
в) внутриклеточное – например, в лизосомах переваривание под действием протеолитических ферментов.
Кроме ферментов макроорганизма в пищеварении участвуют и ферменты кишечной микрофлоры.
2 этап – резорбция – процессы всасывания питательных веществ через слизистую оболочку кишечника.
3 этап – межуточный обмен – ферментативные процессы синтеза и расщепления, регулируемые нейрогуморальным путем.
4 этап – выделение – экскреция продуктов обмена.
Понятие о процессах катаболизма и анаболизма.
Совокупность химических превращений веществ, которые происходят в организме, начиная с момента их поступления в кровь и до момента выделения конечных продуктов обмена из организма, называется промежуточным метаболизмом (межуточным обменом). Промежуточный обмен может быть разделен на два процесса – катаболизм (диссимиляция) и анаболизм (ассимиляция).
Катаболизмом называют ферментативное расщепление сравнительно крупных органических молекул, как правило, у высших организмов, окислительным путем. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, заключенной в сложных структурах органических молекул и запасанием её в форме энергии фосфатных связей АТФ (экзергонический процесс, с высвобождением энергии Гиббса и запасанием в виде АТФ).
Анаболизм представляет собой ферментативный синтез крупномолекулярных клеточных компонентов, таких как полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, которые характеризуются значительной энергией Гиббса и малой энтропией, а также синтезом некоторых биосинтетических предшественников более простых соединений, с более прочными связями (низкими значениями энергии Гиббса и высокими значениями энтропии – СО 2 , NН 3 , мочевина, креатинин).
Анаболические процессы происходят в клетках одновременно и неразрывно связаны друг с другом. По существу, их следует рассматривать не как два отдельных процесса, а как две стороны общего процесса – метаболизма, в котором превращения веществ теснейшим образом переплетены с превращением энергии.
Катаболизм.
Расщепление основных пищевых веществ в клетке представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций, составляющих 3 основные стадиикатаболизма (Ганс Кребс) – диссимиляция.
1 стадия – крупные органические молекулы распадаются на составляющие их специфические структурные блоки. Так, полисахариды расщепляются до гексоз или пентоз, белки – до аминокислот, нуклеиновые кислоты – до нуклеотидов и нуклеозидов, липиды – до жирных кислот, глицеридов и др. веществ.
Количество энергии, освобождающееся на этом этапе, невелико – менее 1%.
2 стадия – формируются ещё более простые молекулы, причём число их типов существенно уменьшается. Важно подчеркнуть, что здесь образуются продукты, которые являются общими для обмена разных веществ – это, как бы узлы, соединяющие разные пути метаболизма. К ним относятся: пируват – образуется при распаде углеводов, липидов, аминокислот; ацетил-КоА – объединяет катаболизм жирных кислот, углеводов, аминокислот.
Продукты, полученные на 2-й стадии катаболизма, вступают в 3-ю стадию , которая известна как цикл Кребса – цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), в котором идут процессы терминального окисления. В ходе этой стадии все продукты окисляются до СО 2 и Н 2 О. Практически вся энергия освобождается во 2-й и 3-ей стадиях катаболизма.
Все перечисленные выше стадии катаболизма или диссимиляции, которые известны как «схема Кребса» как нельзя более точно отражает важнейшие принципы метаболизма: конвергенцию и унификацию.Конвергенция – объединение различных метаболических процессов, характерных для отдельных видов веществ в единые, общие для всех видов. Следующий этап – унификация – постепенное уменьшение числа участников обменных процессов и использование в метаболических реакциях универсальных продуктов обмена.
На первом этапе четко прослеживается принцип унификации: вместо множества сложных молекул самого различного происхождения образуются достаточно простые соединения в количестве 2-3 десятков. Эти реакции происходят в желудочно-кишечном тракте и не сопровождаются выделением большого количества энергии. Она обычно рассеивается в виде тепла и не используется для других целей. Значение химических реакций первого этапа состоит в подготовке питательных веществ к действительному освобождению энергии.
На втором этапе четко прослеживается принцип конвергенции: слияние различных метаболических путей в единое русло – то есть в 3-й этап.
На 2-ом этапе освобождается около 30% энергии, содержащейся в питательных веществах. Остальные 60-70% энергии освобождается в цикле трикарбоновых кислот и связанного с ним процесса терминального окисления. В системе терминального окисления или дыхательной цепи, основу которого составляет окислительное фосфорилирование, унификация достигает своей вершины. Дегидрогеназы, катализирующие окисление органических веществ в ЦТК, передают на дыхательную цепь только водород, который в процессе окислительного фосфорилирования претерпевает одинаковые превращения.
Анаболизм.
Анаболизм проходит также три стадии. Исходные вещества – те, которые подвергаются превращениям на 3-ей стадии катаболизма. Таким образом, 3 стадия катаболизма – исходная стадия анаболизма. Реакции этой стадии имеют двойную функцию – амфиболическую. Например, синтез белка из аминокислот.
2 стадия – образование из кетокислот аминокислот в реакциях трансаминирования.
3 стадия – объединение аминокислот в полипептидные цепи.
Также, в результате последовательных реакций происходит синтез нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов.
В 60-70 гг XX века выяснилось, что анаболизм не есть простое обращение реакций катаболизма. Это связано с химическими особенностями химических реакций. Ряд реакций катаболизма практически необратимы. Их протеканию в обратном направлении препятствуют непреодолимые энергетические барьеры. В ходе эволюции были выработаны обходные реакции, сопряженные с затратой энергии макроэргических соединений. Катаболический и анаболический пути отличаются, как правило, локализацией в клетке – структурная регуляция.
Например: окисление жирных кислот осуществляется в митохондриях, тогда как синтез жирных кислот катализирует набор ферментов, локализованных в цитозоле.
Именно благодаря разной локализации катаболические и анаболические процессы в клетке могут протекать одновременно.
Принципы интеграции метаболизма
Таким образом, пути метаболизма многообразны, но в этом многообразии заложено единство, которое является специфической чертой обмена веществ.
Это единство состоит в том, что от бактерий до высокоорганизованной ткани высшего организма биохимические реакции тождественны. Другим проявлением единства является цикличность протекания важнейших обменных процессов. Например, цикл трикарбоновых кислот, цикл мочевины, пентозный цикл. Видимо, циклические реакции, отобранные в ходе эволюции, оказались оптимальными для обеспечения физиологических функций.
При анализе организации обменных процессов в организме закономерно возникает вопрос, как же достигается поддержание процессов в соответствии с потребностями организма в разные периоды его жизнедеятельности? Т.е. как поддерживается «гомеостаз» (понятие которое впервые сформировал Кеннон в 1929 г.) в условиях постоянно меняющихся жизненных ситуациий т.е. - при изменении внутренней среды и внешней. Выше уже упоминалось о том, что регуляция обмена веществ в конечном итоге сводится к изменению активности ферментов. В то же время можно говорить об иерархии метаболической регуляции.
В живых организмах, находящихся в процессе постоянного контакта и обмена с окружающей средой, происходят непрерывные химические изменения, составляющие их метаболизм (множество ферментативных реакций). Масштабы и направление метаболических процессов очень разнообразны. Примеры:
а) число клеток E.coli в бактериальной культуре может удваиваться на 2/3 за 20 минут в простой среде с глюкозой и неорганическими солями. Эти компоненты поглощаются, но лишь немногие выделяются в среду растущей бактериальной клеткой, а она состоит приблизительно из 2.5 тыс. белков, 1 тыс. органических соединений, разнообразных нуклеиновых кислот в количестве 10-3*10 молекул. Очевидно, что эти клетки участвуют в грандиозном биологическом спектакле,в котором планово поставляются огромное количество биомолекул необходимых для роста клеток. Не менее сильно впечатляет метаболизм взрослого человека, который сохраняет неизменную массу и состав тела приблизительно 40 лет, хотя за это время потребляет около 6 тонн твердой пищи и 37850 литров воды. Все вещества в организме превращаются (сложные в простые и наоборот) 2/3 ряд последовательных соединений, каждое из которых называется метаболитом. Каждое превращение - этап метаболизма.
Совокупность таких последовательных стадий катализируемых отдельными ферментами называется метаболическим путем. Из совокупности образных метаболических путей, их совместного функционирования складывается метаболизм. Это осуществляется последовательно а не хаотично (синтез аминокислот, распад глюкозы, жирных кислот, синтез пуриновых оснований). Мы знаем очень мало, отсюда и механизм действия лекарственных веществ очень прозрачен!!!
Весь путь метаболизма контролируется обычно первым - вторым этапом метаболизма (лимитирующий фактор, ферменты с аллостерическим центром - регуляторные).
Такие этапы называются ключевыми, а метаболиты на этих этапах ключевыми метаболитами.
Метаболиты, находящиеся на перекрестных путях метаболизма называются узловыми метаболитами.
Есть циклические пути обмена а) обычно участвует другое вещество и исчезает б) клетка обходится малым количеством метаболитов - экономия. Контрольные пути превращение основных питательных веществ
пища
Тир
Альбинизм Эндемический зоб
пигмент гомогент. к-та Тироксин
меланина
Алкаптурия
углекислый газ и вода
Регуляция метаболизма
Каждая реакция идет со скоростью, соизмеримой с потребностью клетки ("умные" клетки!). Эти специфические определяют регуляцию метаболизма.
I. Регуляция скорости поступления метаболитов в клетку (на перенос влияют молекулы воды и градиента концентрации).
а) простая диффузия (например вода)
б) пассивный транспорт (нет затраты энергии, например пентозы)
в) активный транспорт (система переносчиков, АТФ)
II. Контроль количества некоторых ферментов Подавление синтеза ферментов конечным продуктом метаболизма. Это явление представляет собой грубый контроль метаболизма, например синтез ферментов, синтезирующих ГИС подавляется в присутствии ГИС в среде, бактериальной культуре. Грубый контроль - так как он реализуется в течение длительного времени пока разрушаются готовые молекулы фермента. Индукция одного или нескольких ферментов субстратами (увеличение концентрации специфического фермента). У млекопитающих подобное явление наблюдается спустя несколько часов или суток в ответ на индуктор.
III. Контроль каталитической активности а) ковалентная (химическая) модификация б) аллостерическая модификация (+/-) связи Модуляция активности уже присутствующим ферментом - это в основном аллостерическая регуляция (гомо-, гетеро-, гомогетероферменты) или действие активаторов - это тонкий механизм регуляции, так как мгновенно действует в ответ на изменение внутриклеточной среды. Эти регуляторные механизмы эффективны на клеточном и субклеточном уровнях, на межклеточном и органном уровнях регуляции, осуществляющейся гормонами, нейромедиаторами, внутриклеточными медиаторами, простогландинами.
Пути метаболизма:
1) катаболические
2) анаболические
3) амфоболитические (связывают первых два)
Катаболизм - последовательность ферментативных реакций, в результате которых происходит разрушение в основном за счет реакций окисления крупных молекул (углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты) с образованием легких (молочной и уксусной кислот, углекислого газа и воды) и выделением энергии заключенной в ковалентных связях различных соединений, часть энергии запасается в виде макроэргических связей, идущих затем на механическую работу, транспорт веществ, биосинтез крупных молекул.
Различают три стадии катаболизма:
I стадия - Пищеварение. Крупные пищевые молекулы расщепляются на строительные блоки под влиянием пищеварительных ферментов в ЖКТ, при этом выделяется 0.5-1% энергии, заключающейся в связях.
II стадия - Унификации. Большое число продуктов, образовавшихся на 1 стадии дает во 2 стадии более простые продукты, Число которых невелико, при этом освобождается около 30% энергии. Ценна эта стадия еще тем, что освобождение энергии на этом этапе дает начало синтезу АТФ в бескислородных (анаэробных) условиях, что важно организму в условиях гипоксии.
III стадия - Цикл Кребса. (трикарбоновых кислот / лимонной кислоты). По сути это процесс превращения двухуглеродного соединения (уксусная кислота) в 2 моль углекислого газа, но этот путь очень сложный, циклический, многоферментный, основной поставщик электронов в дыхательную цепь, и соответственно молекул АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Почти все ферменты цикла находятся внутри митохондрий, поэтому доноры электронов ЦТК свободно отдают электроны непосредственно дыхательной цепи мембранной системы митохондрий.
Схема Цикла трикарбоновых кислот.
Сукцинил КоА - содержит макроэргическую тиоэфирную связь, способную трансформироваться в макроэргическую связь ГТФ (субстратное фосфорилирование).
ФАД - передает электроны на КoQ дыхательной цепи: электрон
альфакетоглутарат вода изоцитрат
альфакетоглутарат сукцинил КоА СО2
Кроме всего ЦТК - это 1 стадия одновременно анаболизма.
Обмен веществ и энергии - совокупность процессов превращения веществ и энергии в живых организмах и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ включает 3 этапа - поступление веществ в организм, метаболизм, или промежуточный обмен, выделение конечных продуктов обмена.
Основные функции метаболизма - извлечение энергии из окружающей среды (в форме химической энергии органических веществ), превращение экзогенных веществ в строительные блоки, сборка белков, нуклеиновых кислот, жиров из строительных блоков, синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения различных специфических функций данной клетки.
Различают две стороны обмена веществ – анаболизм и катаболизм
Катаболизм – ферментативный распад высокомолекулярных соединений до составляющих их мономеров и дальнейший распад мономеров до конечных продуктов: углекислого газа, аммиака, лактата.
Главные реакции катаболизма – реакции окисления, поставляющие клетке энергию. Энергия может запасаться в двух формах: АТФ, НАДФН+Н - донор водорода в реакциях восстановления при синтезе ряда соединений.
Анаболизм - ферментативный синтез основных макромолекул клетки, а также образование биологически активных соединений, требует затраты свободной энергии (АТФ, НАДФН+Н).
Отличия катаболизма и анаболизма. Катаболизм – распад, запасание АТФ. Анаболизм – синтез, но потребление АТФ. Пути не совпадают, разное число реакций. Отличаются по локализации. Разная генетическая и аллостерическая регуляция.
Основной энергетический источник для человека – энергия, запасённая в химических связях пищевых продуктов. Соотношение Б:Ж:У = 1:1:4. 55% энергии человек получает за счёт углеводов, 15% - за счёт белков, 30% - за счёт жиров (80% приходится на животные жиры, а 20% - на растительные).
Суточная потребность человека в энергии – 3000 ккал. Суточная потребность человека в энергии зависит от: работы (при тяжёлой физической работе выше основной обмен), пола (у женщин величина обмена ниже на 6-10%), температуры (при повышении температуры тела на один градус величина обмена возрастает на 13%), возраста (с возрастом, начиная с 5 лет, величина основного обмена снижается).
За сутки в организме образуется и распадается около 60 кг АТФ. Цикл АТФ-АДФ работает постоянно. Он включает в себя использование АТФ для различных видов работы и регенерацию АТФ за счёт реакций катаболизма.
Унификация питательных веществ идёт в три фазы.
I. Подготовительная фаза. Высокомолекулярные соединения распадаются под действием гидролаз ЖКТ до мономеров. Протекает в ЖКТ и лизосомах. Не является поставщиком энергии (1%).
II фаза. Превращение мономеров в простые соединения - центральные метаболиты (ПВК, ацетилКоА). Эти продукты связывают 3 вида обмена, до 2-3 с, протекает в цитоплазме, завершается в митохондриях, даёт 20-30% энергии, поставляемой анаэробно.
III фаза. Цикл Кребса. Аэробные условия, полное окисление поступивших с пищей веществ, выделяется большое количество энергии и аккумулируется она в АТФ.
Анаболические пути расходятся
1 фаза. Синтез белков начинается с образования α-кетокислот.
2 фаза. Аминирование α-кетокислот, получение АМК.
3 фаза. Из АМК образуются белки. 2 СО2
Общий путь катаболизма. После образования ПВК дальнейший путь распада веществ до углекислого газа и воды происходит одинаково в общем пути катаболизма (ОПК). ОПК включает реакции окислительного декарбоксилирования ПВК и ЦТК. Реакции ОПК происходят в матриксе митохондрий и восстановленные коферменты передают водород на компоненты дыхательной цепи. Катаболические пути сходятся, вливаясь на третьей фазе в ЦТК.
На первой фазе белки дают 20 АМК. На второй фазе 20 АМК дают ацетилКоА и аммиак. На третьей фазе ЦТК даёт углекислый газ, воду и энергию.
Метаболические пути – совокупность катализируемых ферментами реакций, в ходе которых происходит превращение субстрата в продукт. Главные (основные) метаболические пути – универсальные, свойственные любой клетке. Поставляют энергию, синтез основных биополимеров клетки. Добавочные пути менее универсальны, характерны для определённых тканей и органов. Синтез важных веществ. Поставляют энергию в форме НАДФН+Н.
Цикл трикарбоновых кислот открыт в 1937 г Г.Кребсом, протекает в циклическом режиме в матриксе митохондрий, в каждый оборот ЦТК вступает в форме ацетилКоА одна ацетильная группа, 2 атома углерода, и при каждом обороте из цикла выводится 2 молекулы углекислого газа. Оксалоацетат в ЦТК не расходуется, так как он регенерирует.
Изомеризация цитрата - α –Кетоглутарат окисляется до сукцинилКоА и углекислого газа.
ЦТК – специфический механизм для расщепления ацетилКоА на 2 типа продуктов: углекислый газ – продукт полного окисления, восстановленные нуклеотиды, окисление которых является главным источником энергии.
При окислении одной молекулы ацетилКоА в ЦТК и системе окислительного фосфорилирования образуется 12 молекул АТФ: 1АТФ за счёт субстратного фосфорилирования, 11АТФ за счёт окислительного фосфорилирования. Энергия окисления аккумулируется в форме восстановленных нуклеотидов и 1АТФ. Валовое уравнение ЦТК - АцетилКоА + 3НАД + ФАД+ АДФ+Фн+2Н20→ 2СО2+ 3НАД+Н +ФАДН2+ АТФ + КоАSH
ЦТК – центральный метаболический путь. Функции ЦТК: интегрирующая, энергообразующая, анаболическая.
Взаимосвязь обмена веществ на уровне цикла Кребса.
Анаболическая функция ЦТК. Метаболиты цикла Кребса используются для синтеза различных веществ: углекислый газ в реакциях карбоксилирования, α-кетоглутарат → глу, оксалоацетат → глюкоза, сукцинат → гем.
ЦТК играет роль в процессах глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования, липогенеза.
Регуляция ЦТК. Регуляторные энзимы: цитратсинтаза, изоцитратДГ, α –кетоглутаратДГ комплекс.
Положительные аллостерические эффекторы цитратсинтазы - ЩУК, ацетилКоА, НАД, АДФ.
Отрицательные аллостерические эффекторы цитратсинтазы - АТФ, цитрат, НАДН+Н, жирные кислоты, повышение выше нормы концентрации сукцинилКоА.
Действие АТФ заключается в повышении Км для ацетилКоА. С увеличением концентрации АТФ снижается насыщение фермента ацетилКоА и в результате снижается образование цитрата.
Положительные аллостерические эффекторы изоцитратДГ - АДФ, НАД.
Отрицательные аллостерические эффекторы изоцитратДГ - АТФ, НАДН+Н.
Цикл Кребса регулируется по типу обратной связи: ингибируется АТФ, активируется АДФ. Гипоэнергетические состояния – состояния, при которых снижается синтез АТФ.
Гипоксия тканей из-за: снижения концентрации кислорода в воздухе, нарушения работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем, анемии, гиповитаминозы, голодание.
Роль витаминов в цикле Кребса - рибофлавин (ФАД) - кофермент СДГ, α-кетоглутарат ДГ комплекса, РР (НАД) – кофермент МДГ,ИДГ, α-кетоглутарат ДГ, тиамин (ТПФ) - кофермент α-кетоглутарат ДГ комплекса, пантотеновая кислота (КоА): ацетилКоА, сукцинилКоА.
Вопросы.
Особенности ферментативного катализа. Регуляция активности ферментов. Применение ферментов и их модуляторов в медицине.
1. Ферменты. Номенклатура. Классификация ферментов.
2. Уровни организации ферментов.
3. Механизм действия ферментов. Понятие об активном центре фермента, этапы ферментативного катализа.
4. Кинетика ферментативных реакций. Зависимость ферментативной реакции от различных факторов. Уравнение Михаэлиса-Ментен, роль Кm и Vmax в характеристике ферментов.
5. Ингибиторы ферментов. Типы ингибирования. Графическое представление зависимости скорости ферментативной реакции от присутствия ингибиторов различных типов.
6. Механизмы регуляции активности ферментов. Примеры.
7. Аллостеричесие ферменты. Регуляция их активности. Примеры.
8. Энзимодинамика. Энзимотерапия. Примеры.
Введение в обмен веществ. Биологическое окисление.
1. Важнейшие признаки живой материи. Особенности живых организмов, как открытых термодинамических систем.
2. Понятие о процессах катаболизма и анаболизма. Функции клеточного метаболизма. Основные принципы организации метаболизма: этапность, конвергенция, унификация. Стадии генерирования по Кребсу.
3. Схема катаболизма основных питательных веществ. Понятие об общих и специфическом путях катаболизма.
4. Представление о биологическом окислении. Сопряжение экзергонических и эндергонических процессов в организме (на примере фосфорилирования глюкозы).
5. Пути утилизации кислорода. Характеристика высокоэнергетических субстратов, цикл АТФ-АДФ, использование АТФ как универсального источника энергии.
6. Субстратное фосфорилирование: сущность, биологическое значение процесса, примеры.
7. Окислительное фосфорилирование: сущность, биологическое значение процесса.
8. Цепь переноса электронов (ЦПЭ), сопряжение дыхание и синтеза АТФ в митохондриях, коэффициент окислительного фосфорилирования. Ингибиторы и разобщители ЦПЭ.
9. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты: схема, ферменты, связь с синтезом АТФ. Строение пируватдегидрогеназного комплекса: ферменты, коферменты, регуляция процесса.
10. Регуляция и анаболическая функция ЦТК.
Обмен углеводов.
1. Пищевые УВ. Схема переваривания УВ в ЖКТ. Причины непереносимости молока.
2. Синтез гликогена в печени и скелетных мышцах. Регуляция этих процессов.
3. Распад гликогена в печени и скелетных мышцах. Регуляция этих процессов.
4. Гликолиз: общая характеристика, стадии, реакции процесса, регулируемые ферменты, энергетический эффект. Судьба продуктов гликолиза в аэробных условиях: схема процесса, связь с синтезом АТФ.
5. Анаэробный распад глюкозы (анаэробный гликолиз). Судьба продуктов гликолиза в анаэробных условиях. Биологическое значение анаэробного распада глюкозы.
6. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез). Субстраты, энергетические затраты, регулируемые ферменты. Цикл Кори.
7. Пентозо-фосфатный путь (ПФП) окисления глюкозы. Биологическое значение.
Обмен аминокислот, белков, нуклеотидов.
1. Питательная ценность различных белков. Азотистый баланс. Клиническое проявление недостатка белка в пище.
2. Переваривание белков в ЖКТ. Биологическое значение пищеварения. Схема процесса. Характеристика пищеварительных ферментов.
3. Образование соляной кислоты и ее роль в пищеварении белков. Регуляция секреции соляной кислоты. Диагностическое значение анализа желудочного сока. Патологические изменения кислотности и патологические компоненты желудочного сока.
4. Трансаминирование аминокислот, биологическое значение, субстраты, ферменты, роль витаминов в этом процессе.
5. Окислительное дезаминирование (прямое, непрямое) аминокислот. Схема процесса, стадии, ферменты, биологическое значение процесса.
7. Механизмы токсичности аммиака, симптомы аммиачного отравления. Пути бразования аммиака в организме.
8. Пути обезвреживания аммиака. Механизмы транспорта аммиака в организме: глутаминовый и глюкозо-аланиновый циклы.
9. Синтез мочевины: схема реакций, суммарное уравнение. Взаимосвязь с ЦТК. Клиническое значение определения концентрации мочевины в крови и моче, причины повышения и понижения концентрации мочевины.
10. Синтез креатина, креатинфосфата, креатинина. Функции этих соединений в организме.
11. Катаболизм пуриновых нуклеотидов. Содержание мочевой кислоты в сыворотке крови в норме и причины ее повышения. Подагра.
12. Обмен метионина и его роль в обмене веществ.
1.5. Люмен липидов и липопротеидов.
1. Схема переваривания пищевых липидов в ЖКТ: этапы, субстраты, ферменты, роль продуктов гидролиза, роль желчных кислоты. Стеаторея.
2. Этапы катаболизма жирных кислот: реакции ферменты. Энергетический эффект полного окисления С16.0. Регуляция процесса β-окисления ВЖК.
3. Этапы биосинтеза жирных кислот: реакции, ферменты. Регуляция процесса биосинтеза ВЖК.
4. Мобилизация ТАГ в жировой ткани. Регуляция процесса и судьба продуктов липолиза.
5. Схема синтеза глицеролфосфолипидов. Представление о роли лецитина в функционировании сурфактанта легкого.
6. Биосинтез ТАГ: последовательность реакций, субстраты, ферменты. Особенности синтеза в печени, жировой ткани, энтероцитах. Регуляция процесса.
7. Структура и функции холестерина в организме человека. Фонд, пути использования в организме и выведения холестерина. Метаболическая и гормональная регуляция биосинтеза.
8. Функции желчных кислот и их регуляция. Энтерогепатическая циркуляция желчных кислот, биологическое значение.
9. Биологическое значение и структуры кетоновых тел. Синтез кетоновых тел печени, регуляция процесса. Представление о кетонемии, кетонурии и кетоацидозе.
10. Классификация ЛП. Структура и состав плазменных липопротеидных частиц. Апобелки и их функции. Ферменты, участвующие в метаболизме ЛП. Катализируемые реакции и их роль в метаболизме ЛП.
11. Хиломикроны (ХМ) : функции, формирование и метаболизм.
12. ЛПНП и ЛПОНП: формирование, функции и метаболизм.
13. ЛПВП: формирование, функции и метаболизм.
14. Химическая модификация липидов и белков ЛПНП и рецепторов ЛПНП. Молекулярные механизмы развития атеросклероза. Коэффициент атерогенности.
Похожая информация.
Все живые организмы с клеточным строением можно охарактеризовать как открытые системы . В процессе своей жизнедеятельности они должны постоянно обмениваться с окружающей средой энергией и веществом. Энергия необходима живым клеткам для биосинтеза сложных органических веществ, выполнения различных видов движения, размножения, осморегуляции, выведения продуктов обмена и т.д.
Существует такое предположение, что в процессе эволюции первыми появившимися на нашей планете организмами были такие, которые использовали в качестве источников энергии уже готовые органические вещества, накопленные в Мировом океане за счет абиогенного синтеза. Такие организмы называются гетеротрофными
. В то время атмосфера Земли практически не содержала кислорода,
поэтому эти организмы могли получать энергию из органических веществ, используя различные окислительно-восстановительные реакции, и запасать ее в виде АТФ и НАДН. Эти реакции протекали в анаэробных (т.е. бескислородных) условиях. Для построения присущих им органических веществ они также использовали готовые органические вещества в качестве строительных блоков. Поэтому более строго их следует называть хемоорганотрофы
— организмы, использующие в качестве источника углерода и электронов (восстановительных эквивалентов) готовые органические вещества и получающие энергию (АТФ) в окислительно-восстановительных реакциях. Позднее появились организмы, которые стали использовать солнечный свет в качестве источника энергии для синтеза АТФ (фотоорганотрофы
), а потом и углекислый газ, как источник углерода (фотолитотрофы
) — фотосинтезирующие бактерии, растения (низшие и высшие). Такие организмы часто называют фотосинтетиками
, а фотолитотрофов называют автотрофами
, подчеркивая, что они способны синтезировать органические вещества из неорганических (углекислого газа). Отдельную группу автотрофных организмов составляют хемосинтетики
(хемолитотрофы
) — организмы, использующие для получения АТФ и восстановительных эквивалентов энергию, получаемую при окислении неорганических веществ.
Накопление в природе органического вещества в результате деятельности автотрофов стимулировало дальнейший расцвет его потребителей — гетеротрофов.В атмосфере стал появляться молекулярный кислород, являющийся мощнейшим окислителем. Кислород образовывался при фотосинтезе, как побочный продукт. Благодаря наличию кислорода появилась возможность более эффективно и полно использовать энергию, запасенную в органических веществах. Таким образом возникли аэробные организмы, способные полностью окислять сложные органические вещества до воды и углекислого газа с помощью кислорода. Однако, вплоть до настоящего времени сохранились и миксотрофные организмы, сочетающие свойства автотрофов, т.е. имеющих способность к фотосинтезу, и гетеротрофов, питающихся готовыми органическими веществами. К ним относятся, например, хламидомонада или эвглена зеленая.
Итак, для получения энергии живые организмы (как гетеротрофы, так и автотрофы — например, зеленые растения в темноте или их нефотосинтезирующие клетки) разлагают и окисляют органические соединения. Совокупность биохимических реакций разложения сложных веществ до более простых, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии в форме АТФ (универсального богатого энергией соединения), назвали энергетическим обменом (катаболизмом, или диссимиляцией).
Наряду с реакциями энергетического обмена в клетках постоянно протекают процессы, в которых синтезируются сложные органические вещества, присущие данному организму, низкомолекулярные (аминокислоты, сахара, витамины, органические кислоты, нуклеотиды, липиды) и биополимеры (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты). Все эти вещества необходимы клетке для построения различных клеточных структур и выполнения разнообразных функций. Для синтеза этих веществ клетки используют углекислый газ, который получают из внешней среды (автотрофы), либо более сложные органические соединения (гетеротрофы), а также энергию и восстановительные эквиваленты, накопленные в процессе энергетического обмена. Совокупность биосинтетических процессов, протекающих в живых организмах с затратой энергии (а часто и восстановительных эквивалентов), называют пластическим обменом (анаболизмом или ассимиляцией).
Энергетический и пластический обмен, протекающие в клетках, тесно взаимосвязаные процессы. Они происходят одновременно и постоянно. Так, многие промежуточные продукты, которые образуются в процессе реакций энергетического обмена, используются в реакциях биосинтеза в качестве исходных соединений. А энергия, запасенная в виде макроэргических связей АТФ в ходе диссимиляции, постоянно используется в процессах синтеза. Поэтому пластический и энергетический обмен нельзя рассматривать в отрыве друг от друга: это две стороны одного процесса — обмена веществ (метаболизма ), постоянно протекающего во всех живых системах и составляющего биохимическую основу жизни.