Зарегистрироваться

Метаболизм

Категории Биохимия | Под редакцией сообщества: Биология

Метаболизм (обмен веществ) – совокупность химических реакций, проходящих в живом организме.

Метаболизм является одной из главных характеристик живых организмов. Он подразделяется на катаболизм (расщепление сложных органических соединений – белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот) и анаболизм (синтез высокомолекулярных соединений). В процессе катаболизма происходит выделение и последующее запасание энергии в виде АТФ, НАДН и других соединений. Эта энергия затем расходуется в анаболизме для синтеза различных компонентов клетки.

 

Катаболизм и анаболизм

Внутри живых клеток постоянно протекает огромное количество реакций. Часть из них направлена на расщепление поступающих веществ, главным образом белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот, до соответствующих более простых веществ – аминокислот, жирных кислот, моносахаридов и нуклеотидов. Эти реакции объединяются под названием катаболизм. Катаболизм обеспечивает поступление энергии и строительных блоков, необходимых для жизнедеятельности клетки. Начинается катаболизм с процессов пищеварения, при которых употребляемые в пищу вещества (как правило, полимеры) расщепляются до более простых соединений (мономеров), которые могут использоваться клеткой. При поступлении в клетку эти вещества могут дальше либо расщепляться, либо использоваться в качестве строительного материала, либо запасаться в виде полисахаридов, триацилглицеридов и запасных белков.

Основными стадиями катаболизма углеводов и жирных кислот являются гликолиз, цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, ЦТК) и окислительное фосфорилирование. На этих стадиях происходит полное окисление углеводов и жиров до воды и углекислого газа, при этом запасается энергия в виде аденозинтрифософата (АТФ). При катаболизме аминокислот они сначала дезаминируются, а их углеродный скелет затем окисляется в цикле Кребса, однако, обычно аминокислоты не используются для получения энергии, а идут на синтез собственных белков клетки.

Вторая часть биохимических реакций внутри живых клеток направлена на синтез различного рода соединений с затратой энергии. Совокупность этих реакций называется анаболизмом. Основным источником энергии фототрофов служит солнечный свет, а гетеротрофы используют энергию, запасенную в виде химических соединений. Фотосинтезирующие организмы, используя энергию солнечного света, синтезируют углеводы из воды и углекислого газа. У животных глюкоза синтезируется в процессе глюконеогенеза, затем она может использоваться для синтеза запасного полисахарида гликогена.

Аминокислоты используются в синтезе белков на рибосомах. У живых организмов для синтеза белка используется 20 основных аминокислот. Синтез белка – сложный процесс, включающий транскрипцию (синтез матричной преРНК на основе ДНК), процессинг преРНК с образование зрелой матричной РНК (мРНК) и трансляцию мРНК на рибосомах. В белке аминокислоты соединяются пептидной связью, каждый белок обладает уникальной аминокислотной последовательностью (первичной структурой). После синтеза белок должен принять правильную трехмерную структуру, некоторые белки сворачиваются спонтанно, а для других необходимо наличие специальных белков – шаперонов.

Жирные кислоты синтезируются из ацетил-кофермента А и НСО͞3 . Источниками энергии при этом служат восстановленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН) и аденозинтрифосфат (АТФ). Этот процесс катализируется сложным полиферментным комплексом – синтазой жирных кислот.

 

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

Ключевую роль в процессах метаболизма играет «универсальная энергетическая валюта» клетки – аденозинтрифосфорная кислота (аденозинтрифосфат, АТФ). Это соединение состоит из азотистого основания аденина, моносахарида рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, соединенных пирофосфатными связями. При гидролизе концевой пирофосфатной связи АТФ высвобождает 8,4 ккал/моль (при рН 7,0, tºC =37ºC и 1М Mg2+). Эта энергия может использоваться при переносе фосфорильной группы на другие соединения, при биосинтезе различных соединений, транспорта веществ через биологические мембраны, при движении (в том числе при мышечном сокращении) и других процессах жизнедеятельности. Основной источник АТФ – синтез из АДФ (аденозиндифосфата) и неорганического фосфата, осуществляемый митоходриальным ферментом F1F0-АТФ-синтазой при переносе протонов через мембрану митохондрий в процессе окислительного фосфорилирования. Кроме этого, АТФ может образовываться в процессе субстратного фосфорилирования (например, в гликолизе и цикле трикарбоновых кислот). Таким образом, АТФ является основным веществом, которое связывает процессы катаболизма и анаболизма.

Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.