Загальні принципи метаболізму
Фото Holger Link на Unsplash
Загалом метаболізм працює наступним чином: поживні речовини використовуються залежно від потреб організму і створюються продукти, які людський організм не може використовувати далі. Потім ці речовини виводяться з диханням, сечею, фекаліями та потом. Як гетеротропна жива істота, люди повинні поглинати поживні речовини ззовні. Він не може піклуватися про себе, як це роблять рослини завдяки фотосинтезу.
Метаболічні процеси - це в основному складні біохімічні реакційні ланцюги, в ході яких або багаті енергією речовини виробляються для зберігання, або вони розщеплюються для отримання енергії. Отже, існує рівновага між накопиченням і руйнуванням біомаси, фокус якої пристосований до сучасних потреб організму.
Важливим принципом метаболізму є реакційні цикли, тобто ланцюги реакцій, які проходять по колу (наприклад, цикл лимонної кислоти). Початкова і кінцева основи - це однаковий матеріал. Подальші реакції пов’язані з перетворенням речовин одна в іншу, при якій енергія, ковалентні зв’язки речовин зберігається в іншій формі або ця виділяється.
Аденозинтрифосфат (АТФ) є центральною молекулою в метаболізмі. Це, так би мовити, енергетична валюта організму. АТФ бере участь як джерело енергії майже у всіх метаболічних процесах. Тому АТФ також є джерелом енергії для скорочення всіх м’язів тіла.
Гормони відіграють вирішальну роль у регулюванні обміну речовин. Це стає особливо очевидним при захворюваннях, при яких вироблення гормону або збільшується, або зменшується.
Основні терміни: метаболізм, катаболізм, анаболізм, проміжні продукти, метаболіти (короткі визначення)
обмін речовин: Метаболізм - це синонім метаболізму.
Катаболізм: Термін катаболізм включає всі метаболічні процеси, за яких біомаса розщеплюється. Складні молекули розщеплюються на простіші молекули. Метою цих процесів є вивільнення енергії, що зберігається в цій біомасі (наприклад, жиру або глікогену). Це призводить до катаболічних метаболічних ситуацій під час голоду або фізичних навантажень. Глюкагон і адреналін - гормони з сильним катаболічним ефектом.
Анаболізм: Протилежністю катаболізму є анаболізм. Тут біомаса накопичується після прийому їжі. Починаючи з простих молекулярних структур, синтезуються більш складні речовини. Енергія їжі зберігається в максимально згущеному вигляді. Наприклад, жир і глікоген накопичуються. Інсулін - класичний анаболічний гормон.
Середній: Метаболізм побудований таким чином, що кілька метаболічних шляхів або мають певну молекулу як кінцевий продукт, або починаються з цієї молекули. Ці так звані проміжні сполуки (наприклад, ацетил-КоА) представляють проміжні станції. Залежно від поточної ситуації (катаболічної або анаболічної), наступні шляхи проходять від цих станцій.
Наприклад, жири та амінокислоти з їжі можуть розщеплюватися на ацетил-КоА. Якщо тіло в даний час відпочиває (анаболічна ситуація), енергія, що міститься в цій сполуці, використовується для синтезу ендогенних жирів (синтез жирних кислот) та глікогену (синтез глікогену). Енергія зберігається. Якщо організм переживає стрес (катаболічна ситуація), ацетил-КоА вводиться в цикл лимонної кислоти і виробляється АТФ.
Метаболіти: Метаболіти - це речовини, які відбуваються в процесі метаболізму всередині клітини. Вони виникають внаслідок ферментативно каталізованих реакцій і можуть відбуватися в наступних реакціях.
Організація обміну речовин
Метаболізм можна розділити на більші групи. Отже, відбувається вуглеводний, жировий і білковий обмін. Ці три області не слід розглядати окремо, оскільки вони можуть зливатися одна в одну в деяких точках шляхом утворення проміжних продуктів. Існує ряд інших метаболічних шляхів, але ці три групи особливо важливі.
У всіх трьох випадках можна спостерігати організацію дуже складних структур у прості молекули (або навпаки). Під час вуглеводного обміну введений в їжу цукор зберігається в печінці та м’язах, наприклад, у формі сильно розгалуженого глікогену. Якщо потрібна енергія, глюкоза вивільняється з глікогену, і гліколіз створює проміжний продукт ацетил-КоА. Потім це можна використовувати в циклі лимонної кислоти. Нарешті, вода утворюється в дихальному ланцюзі в мітохондрії, яка є простою молекулою в кінці цього метаболічного шляху.
Той факт, що проміжні продукти, такі як ацетил-КоА, є сполучною ланкою між метаболічними шляхами, можна визначити з того факту, що розщеплення жиру із складних триацилгліцеридів та деяких білків з такою ж дуже складною третинною структурою призводить до утворення цієї молекули. Водночас це також відправна точка для синтезу жирних кислот.Якщо, наприклад, ви споживаєте особливо велику кількість вуглеводів і не витрачаєте енергію, ацетил-КоА накопичується і стимулюється синтез жирних кислот. Тут можна спостерігати перехід від вуглеводного до жирового обміну.
Огляд важливих органічних реакцій
Особливо важливі реакції відбуваються в кожному метаболічному шляху. Зазвичай це реакції, які знаходяться на початку реакційного ланцюга. У більшості випадків вони сильно ексергонічні і тому незворотні. Якщо ферменти, що каталізують ці реакції кардіостимулятора, пригнічені, метаболічні шляхи можна регулювати. Це, звичайно, привабливо для фармакології.
Однією з таких реакцій є, наприклад, фосфорилювання фруктозо-6-фосфату в положенні 1 ферментом фосфофруктокіназою. Це обмежувальний рівень гліколізу. Подальшими прикладами таких реакцій є карбоксилювання ацетил-КоА в контексті синтезу жирних кислот та дегідрування глюкозо-6-фосфату в пентозофосфатному шляху.
АТФ та функція органічних фосфатів (коротке пояснення)
Як уже зазначалося, АТФ є найважливішим носієм енергії в біохімії. Це нуклеотид аденозин, який зв’язаний з трьома фосфатними групами (α, β, γ). Фосфатні групи з'єднуються між собою послідовно і можуть поступово розщеплюватися. Розщеплення високоенергетичного ангідридного зв’язку кислоти виділяє енергію, яку можна використовувати для подальших реакцій.
Це дозволяє головці міозину в м’язі нахилятися, змушуючи м’яз скорочуватися. Також важливою функцією АТФ є проведення реакцій із позитивним ΔG. Завдяки зчепленню з розщепленням ангідридного зв’язку кислоти з сильно негативним ΔG, сума ΔG обох реакцій стає негативною і, отже, стає можливою.
Крім того, нуклеотиди ATP, GTP, CTP і TTP у їхній дезоксигенованій формі є будівельними блоками ДНК. Фосфати також необхідні в біохімії для регуляції білків. Кінази можуть переносити фосфати до білків і тим самим активувати або інгібувати їх. Фосфатази - супротивники, які можуть знову видалити фосфатні групи.
Популярні запитання
Правильні відповіді можна знайти під посиланнями.
1. Що стосується ацетил-КоА?
- Він не може бути перероблений далі в метаболізмі.
- Він є проміжним продуктом багатьох метаболічних шляхів і, таким чином, з'єднує кілька шляхів.
- Це кінцевий продукт глюконеогенезу.
- Це не грає ролі в метаболізмі жирів.
- Це білок.
2. Що не стосується АТФ?
- Зв’язки ангідриду кислоти між фосфатними групами несуть багато енергії.
- Розщеплюючи АТФ, можна зробити можливими сильні ендергонічні реакції.
- АТФ відіграє центральну роль у скороченні м’язів.
- Це допомагає будувати ДНК.
- Глюкоза є частиною АТФ