Надо Знать

добавить знаний



Обмен веществ



План:


Введение

Схема некоторых метаболических реакций клетки, кружочками обозначены отдельные вещества, выделена серия реакций - основной метаболический путь углеводов ( гликолиз и цикл Кребса)

Обмен веществ или метаболизм - совокупность химических реакций, происходящих в живых организмах. Метаболизм делится на две ветви: катаболизм (диссимиляция или энергетический обмен), включающая реакции расщепления сложных органических веществ до более простых, которое сопровождается их окислением и выделением полезной энергии, и анаболизм (ассимиляция или пластический обмен) - реакции синтеза необходимых клетке веществ, на которые энергия полученная в катаболических реакциях используется.

Почти все метаболические реакции ускоряются ферментами - катализаторами белковой природы. Ферменты не только делают возможным быстрое протекание в клетке большого количества реакций, при других условиях нуждались бы очень высоких температур или / и давления, но и позволяют регулировать их при необходимости. Реакции катализируемая ферментами часто объединяются в последовательности, где продукт одной становится субстратом для следующей, такие серии реакций называются метаболическими путями. Метаболические пути в свою очередь соединяются между собой, образуя сложные разветвленные сети.

Важной характеристикой основных метаболических путей и их компонентов является то, что они являются общими для большинства живых организмов, что свидетельствует о единстве происхождения живой природы. Однако некоторые особенности метаболизма имеет не только каждый вид, но и отдельные особи в пределах вида.


1. Катаболизм и анаболизм

1.1. Катаболизм

Катаболизм
Этапы (виды) Значение
Подготовительный этап Подготовительный этап - расщепление высокомолекулярных органических веществ в мономеров на основе реакций гидролиза в ЖКТ или в лизосомах клеток при участии равных ферментов :

Энергия, которая образовалась на этом этапе, рассеивается в виде тепла

Бескислородный этап ( гликолиз) Гликолиз происходит при участии ферментов, расположенных в растворимой части цитоплазмы. 60% энергии теряется в виде тепла, а 40% идет на синтез двух молекул АТФ. Кроме АТФ в процессе гликолиза образуются две молекул пирвинограднои кислоты (пирувата) и восстанавливаются две молекулы кофермента НАД в НАДН (Н +):
  • Глюкоза + 2 АДФ + 2Н 3 PO 4 + 2НАД + → 2пируват + 2АТФ + 2 Н 2 O + 2НАДН (Н +);
Составляющие реакции гликолиза
  • глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + АДФ (гексокиназа и глюкокиназа)
  • глюкозо-6-фосфат → фруктозо-6-фосфат (фосфогексоизомераза)
  • фруктозо-6-фосфат + АТФ → АДФ + фруктозо-1 ,6-дифосфат (фосфофруктокиназы)
  • фруктозо-1 ,6-дифосфат → глицеральдегидтрифосфат + дигидроксиацетонфосфат (альдолаза)
  • НАД + Фн + глицеральдегидтрифосфат → 1,3-бисфосфорна кислота + НАДH (гліцеральдегідтридегідрогеназа)
  • АДФ + 1,3-бисфосфоглицеринова кислота → 3-фосфоглицеринова кислота + АТФ (фосфоглицераткиназы)
  • 3-фосфоглицеринова кислота → 2-фосфоглицеринова кислота (фосфоглицератмутаза)
  • 2-фосфоглицеринова кислота → фосфоэнолпируват (энолаза)
  • фосфоэнолпируват → оксалоацетат (фосфоенолпіруваткарбоксилаза)
  • оксалоацетат → малат (малатдегидрогеназа)
  • малат → оксалоацетат (малатдегидрогеназа)
  • оксалоацетат → ПВК (пируваткарбоксилазы)
Аэробная окисления, цикл Кребса (аэробные организмы) Аэробная (кислородное) окисление осуществляется в митохондриях, куда попадает пировинградна кислота. В матриксе митохондрий происходит окислительное декарбоксилирование пирувата, следствием образования одной молекулы ацетил- кофермента А, выделение одной молекулы углекислого газа и восстановления одной молекулы НАД. Ацитил-КоА поступает в цикл Кребса, за один оборот этого цикла окисляется одна молекула ацетил-КоА, восстанавливаются три молекулы НАД и одна молекула ФАД, и как побочный продукт выделяются две молекулы углекислого газа.
Составляющие реакции цикла Кребса
  • оксалоацетат + ацетил-CoA + H 2 O → цитрат + CoA-Sh (цитратсинтаза)
  • цитрат → цис-аконитат + H2O (аконитаза)
  • цис-аконитат + H2O → изоцитрат (аконитаза)
  • изоцитрат + НАД + → оксалоцукцинат + НАДН + Н + (изоцитратдегидрогеназа)
  • оксалосукцинат → α-кетоглутарат + CO 2 (изоцитратдегидрогеназа)
  • α-кетоглутарат + NAD + + CoA-SH → сукцинил-CoA + NADH + H + + CO 2 (альфакетоглутаратдегідрогеназа)
  • сукцинил-CoA + ГДФ + Pi → сукцинат + ГТФ + CoA (сукцинилкофермент А синтетаза)
  • сукцинат + убихинон → футамат + убихинол (сукцинатдегидрогеназа)
  • фумарат + H 2 O → L-малат (фумараза)
  • L-малат + Hад + → оксалоацетат + НАДН + Н + (малатдегидрогеназа).

Видновини эквиваленты НАДН и ФАДН 2 переносят электроны и протоны до электронтранспортных цепи внутренней мембраны митохондрий, где происходит окислительное фосфорилирование с образованием 3х молекул АТФ, при переносе электронов от НАДН и 2ох молекул АТФ при переносе электронов от ФАДН 2. Конечным акцептором электронов является кислород:

  • O 2 + 2H + + 2e - → 6CO 2 + H 2 O
Брожение (анаэробные организмы) Брожение - бескислородное превращение пирувата на другие вещества.

В аэробных организмов при интенсивной работе мышц происходит молочнокислое брожение. Это обеспечивает определенную независимость мышц от объема кислорода, который может окиснюваты пируват за определенный промежуток времени


1.2. Анаболизм

1.2.1. Биосинтез белков

Биосинтез белков
Стадия Этапы Значение
Транскрипция Инициация Инициация требует наличия субстратов РНК-полимеразы - нуклеотидов - и обусловливает образование первых звеньев цепи РНК. Первый нуклеотид входит в состав цепи, сохраняя трифосфатные группу, а остальные присоединяются к 3'-OH-группы на следующий с высвобождением пирофосфата. На стадии инициации РНК-продукт связан с матрицей и РНК-полимеразой неплотно, и с высокой вероятностью высвобождается из комплекса. РНК-полимераза, не покидая продукт, снова инициирует РНК (абортивное инициация). При достижении длины цепи РНК от 3 до 9 нуклеотидов комплекс стабилизируется (также происходит отключение σ-субъединицы, которая связывает РНК-полимеразу с промотором). Зависит от факторов транскрипции
Элонгация Синтез всех видов РНК на соответствующем участке (матрицы) ДНК с помощью фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы, якиа строит по принципу комплементарности, копию одной цепи ДНК. ДНК-связующие белки расплетают молекулу ДНК перед РНК-полимеразой, гистоны заплетают позади нее
Терминация Достижение РНК-полимеразой стоп-кодона, разрезание РНК, добавления к 3'-концу транскрипта несколько нуклеотидов аденина для стабильности транскрипта
Процессинг Модифицирование мРНК: кепування (присоединение к 5 'конца транскрипта модифицированного нуклеотида с помощью трифосфатные моста), полиаденилювання (присоединение 200-300 остатков адениловых кислоты), сплайсинг (отщепление интронов с помощью ферментативного комплекса сплайсосомы)
Трансляция Активация аминокислоты Аминокислота соединяется с антикодоном тРНК за счет энергии АТФ образуется комплекс аминоацил- тРНК, что обусловлено ферментом аминоацил-РНК-синтетазой, катализирующий присоединение аминокислоты к тРНК) и их перенос на рибосому;
Инициация Начало синтеза белка с кодона АУГ, что обусловлено привлечением малой субъединицей рибосомы комплекса аминокислота-тРНК в этой последовательности. Кодирование первой аминокислоты - метионина. Обусловлено связыванием мРНК (узнается рибосомой через кепируваний 5 'конец.) И тРНК с малой субъединицей вследствие изменения конформации одного из факторов инициации (IF2) ГТФ. После выхода из взаимодействия IF1 и IF3 (подавляет ассоциацию с большой субъединицей рибосомы в ее связи с иРНК) образуется связка с комплексом 50S-субъединицы, что приводит полную конформацию всего комплекса. Образуется ФЦР (функциональный центр рибосомы). В ФЦР есть два триплеты иРНК, образующих два центра: А (узнавание аминокислоты) и П (присоединения аминокислоты к пептидной цепи). Метионин-комплекс перемещается в П-центр рибосомы
Элонгация Синтез белка (транспорт комплекса аминокислота-тРНК в ФЦР. В центре А - считывание антикодона тРНК и кодона иРНК, что приводит передвижения рибосомы на один триплет. В результате комплекс аминокислота-иРНК-тРНК перемещается в центр П, где происходит присоединение аминокислоты к пептидной цепи . После этого тРНК покидает рибосому)
Терминация Окончание синтеза (начало бессодержательных кодонов на иРНК. Разъединение аминокислот с иРНК и распад рибосом на две субъединицы. Полипептидная цепь погружается в канал ЭПС и приобретает различных типов структур (вторичной и т.д.))

1.2.2. Фотосинтез

Фотосинтез (первичный синтез органических веществ из неорганических (CO 2) под действием фотонов света)
Этап Суть
Световая фаза Световая фаза - комплекс реакций происходит под действием фотонов света на мембранах тилакоидов
  • Возбуждение хлорофилла и синтез АТФ за счет энергии возбужденных электронов;
  • Фотодиссоциации воды - расщепление молекул H 2 O с образованием протонов и свободного кислорода (ФС2)
  • Связывание ионов H с НАДФ.

При попадании квантов света на хлорофилл молекулы хлорофилла возбуждаются. Возбужденные электроны проходят по электронному цепные на мембране к синтезу АТФ. Одновременно происходит расщепление молекул воды. Ионы H + сочетаются с восстановленным НАДФ (ФС1) за счет электронов хлорофилла; выделенная при этом энергия идет на синтез АТФ. Ионы O 2 - отдают электроны на хлорофилл (ФС2) и превращаются в свободный кислород: H 2 O + НАДФ + hν → НАДФH + H + + 1/2O 2 + 2АТФ

Темновая фаза Темновая фаза - фиксация C, синтез C 6 H 12 O 6. Источником энергии является АТФ. В строме хромопластов (куда поступают АТФ, НАДФH и H + от тилакоидов гран и CO 2 из воздуха) проходят циклические реакции, в результате чего есть фиксация CO 2, его восстановления H (за счет НАДФH + H +) и синтез C 6 H 12 O 6:

CO 2 + НАДФH + H + + 2АТФ → 2АДФ + C 6 H 12 O 6


1.2.3. Биосинтез углеводов (глюконеогенез и гликогенез)

Глюконеогенез
Этап Суть
Митохондриальный этап В митохондриях фермент пируваткарбоксилазы превращает ПГК в оксалоацетат. При этом для выхода из митохондрии оксалоацетат превращается в малат с помощью фермента малатдегидрогиназы, который легко диффундирует через мембрану митохондрии. Вне митохондрии малат вновь распадается в оксалоацетат (щавелеоцтова кислота). В цитоплазме он с помощью фосфоенолпіруваткарбоксикінази превращается в фосфоэнолпируват. Для преобразования лактата в фосфоэнолпируват нужен также фермент лактатдегидрогеназа
Составляющие реакции митохондриального этапа
  • ПГК → оксалоацетат (пируваткарбоксилазы)
  • оксалоацетат → малат (малатдегидрогеназа)
  • малат → оксалоацетат;
  • оксалоацетат → фосфоэнолпируват (фосфоенолпіруваткарбоксилаза)
Позамитохондриальний этап Под действием ферментов фосфоэнолпируват постепенно превращается в глюкозу. 10% глюконеогенеза происходит в почках, 90% - в печени. За день может синтезироваться до 80 г глюкозы
Составляющие реакции позамитохондриального этапа
  • фосфоэнолпируват → 2-фосфоглицеринова кислота (энолаза)
  • 2-фосфоглицеринова кислота → 3-фосфоглицеринова кислота (фосфоглицератмутаза)
  • 3-фосфоглицеринова кислота + АТФ → АДФ + 1,3-бисфосфоглицеринова кислота (фосфоглицераткиназы)
  • 1,3-бисфосфорна кислота + НАДH → НАД + Фн + глицеральдегидтрифосфат (гліцеральдегідтридегідрогеназа)
  • глицеральдегидтрифосфат + дигидроксиацетонфосфат → фруктозо-1 ,6-дифосфат (альдолаза)
  • АДФ + фруктозо-1 ,6-дифосфат → фруктозо-6-фосфат + АТФ (фосфофруктокиназы)
  • фруктозо-6-фосфат → глюкозо-6-фосфат (фосфогексоизомераза)
  • глюкозо-6-фосфат + АДФ → глюкоза + АТФ (гексокиназа и глюкокиназа)
Гликогенез
Этап Суть
Присоединение глюкозы в цепи гликогена В целом процесс образования гликогена, стимулируется гормоном инсулином, который усиливает приток глюкозы в клетки
Составляющие реакции гликогенезу
  • глюкоза + Фн → глюкозо-6-фосфат (гексокиназа или глюкокиназа)
  • Глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат (фосфоглюкомутазы)
  • Глюкозо-1-фосфат + УТФ → УДФ-глюкоза + пирофосфат;
  • Перенос УДФ-глюкозы в гликозидной цепи гликогена;
  • Образование связи между первым атомом С остатка глюкозы и 4-гидроксильной групоюмзалишку глюкозы цепи (гликогенсинтаза)
  • УДФ + Фн → УТФ (УТФ)

1.2.4. Биосинтез липидов (липогенеза)

Липогенеза
Этап Суть
Дигидроацетон-3-фосфат - фосфатиды Происходит в цитоплазме. При восстановлении промежуточного продукта гликолиза, Дигидроксиацетон-3-фосфат, или при фосфорелюванни глицерина образуется sn-3-глицерофосфат. При его этерификации по С-1 длинноцепочечных жирных кислот образуются лизофосфатиды, при повторной этерификации (образовании сложных эфиров из жирных кислот) ненасыщенной жирной кислоты по С-2 - фосфатиды, ключевые промежуточные продукты в биосинтезе липидов
Фосфатидаты - триацилглицеринов С фосфатидов кислот после гидролитического расщепления фосфатной группы и последующего ацилирування (введение остатка кислоты-RCO) образуются триацилглицеринов (жиры), которые хранятся в цитоплазме в виде капель

См.. также


Медицина Это незавершенная статья медицины.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам