<<
>>

Энергетическое звено метаболизма

Источником энергии, используемым организмом для выполнения всех видов работ служит энергия химической связи. Высвобождение энергии осуществляется в результате окислительно-восстановительного распада простых метаболитов: глюкозы, аминокислот, глицерина, жирных кис
лот, которые получаются при превращении сложных вещества в пищеварительном тракте.


На I этапе полисахариды расщепляются до моносахаридов (обычно гексоз). Жиры распадаются на глицерин и высшие жирные кислоты, а белки - на составляющие их свободные аминокислоты. Эти процессы в основном являются гидролитическими, и освобождающаяся в небольшом количестве энергия используется в качестве тепла (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Этапы катаболического превращения крупных молекул. ЦТК - цикл трикарбоновых веществ.

На II этапе мономерные молекулы (гексозы, глицерин, жирные кислоты и аминокислоты) подвергаются дальнейшему распаду, в процессе которого образуются богатые энергией фосфатные соединения и ацетил- КоА.

В частности, при гликолизе гексозы расщепляются до пировиноградной кислоты и далее до ацетил-КоА. Этот процесс сопровождается образованием ограниченного числа богатых энергией фосфатных связей путем субстратного фосфорилирования. Высшие жирные кислоты на этом этапе распадаются до ацетил-КоА, в то время как глицерин окисляется по гликолитическому пути до пировиноградной кислоты и далее до ацетил- КоА.

Использования аминокислот как источника энергии (при дефиците углеводов) осуществляется по-разному. Одни аминокислоты непосредственно превращаются в метаболиты цикла Кребса (глутамат, аспартат), другие - опосредованно через глутамат (пролин, гистидин, аргинин), третьи - в пируват и далее в ацетил-КоА (аланин, серин, глицин, цистеин), некоторые из них, в частности лейцин, изолейцин, расщепляются до ацетил- КоА, а из фенилаланина и тирозина помимо ацетил-КоА, образуется окса- лоацетат (через фумаровую кислоту).

Таким образом, на II этапе происходит образование ацетил-КоА, являющегося, по существу, единым (общим) промежуточным продуктом катаболизма основных пищевых веществ в клетках.

На III этапе ацетил-КоА подвергаются окислению («сгоранию») в цикле трикарбоновых кислот, которое сопровождается образованием восстановленных форм НАДН и ФАДН2.

По существу, первые три этапа можно определить как процесс ката- болического превращения крупных молекул.

На IV этапе электроны переносятся от восстановленных нуклеотидов на кислород (через дыхательную цепь). Это сопровождается образованием конечного продукта - молекул воды. Транспорт электронов сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование самый эффективный способ синтеза АТФ, в результате которого компоненты дыхательной цепи катализируют перенос электронов от НАДН (или восстановленного убихинона) на молекулярный кислород. При этом образуется энергия для синтеза АТФ. Это постоянно действующий и наиболее эффективный путь энергообразования в клетках всех типов, так как в нем наряду с глюкозой могут быть использованы не только жирные кислоты, но и кетоновые тела. Подчеркнем, что при снижении парциального давления кислорода до 90 мм. рт. ст. скорость аэробного гликолиза и окислительного фосфорилирования существенно снижаются. Клиническим эквивалентом этого снижения являются слабость, разбитость, плохое самочувствие.

Помимо основного источника энергии описанного выше существуют

альтернативные источники получения энергии.

1. Анаэробный гликолиз - при отсутствии или недостатке в клетке кислорода пировиноградная кислота подвергается восстановлению до молочной кислоты (боли в мышцах, возникающие через некоторое время после непривычной интенсивной физической нагрузки, связаны именно с накоплением в них молочной кислоты). Образование молочной кислоты не является конечным продуктом обмена веществ. Под действием лактатдегидрогеназы молочная кислота окисляется снова в пируват. Кроме того, током крови молочная кислота переносится в печень, где превращается в глюкозу, которая через кровь разносится по всему организму (цикл Кори) (рис. 1.4). Без существенных последствий для организма анаэробный гликолиз может покрывать кратковременные энергетические нагрузки, даже субмаксимальные. Однако при заболеваниях анаэробный гликолиз не обеспечивает в полной мере потребности клеток в энергии. При этом накапливается молочная кислота, и в результате этого возникает недостаточность функциональных систем, в том числе, не связанных напрямую с пораженной системой или органом.

Печень Кровь Клетки
Глюкоза ---------- ► Глюкоза----------- ► Глюкоза
J і.
-6 АТФ \ + 2 АТФ

г

Пируват Пируват
і і. 1
Лактат ■*----------- Лактат молекула информационной или матричной РНК (мРНК). Каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов (кодон). Основную роль в транскрипции играет фермент РНК-полимераза.

Готовая мРНК, кодирующая аминокислотную последовательность будущей белковой цепи, образует затем сложный комплекс со специальной клеточной органеллой - рибосомой. На рибосомах идет второй этап биосинтеза белка - трансляция.

Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной в мРНК. Аминокислотная последовательность выстраивается при помощи транспортных РНК (тРНК). Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая соответствуюищий антикодон, «подходящий» к кодону мРНК. Во время трансляции рибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепь. Энергией биосинотез белка обеспечивается за счет АТФ.

В дальнейщем при помощи вспомогательных белков шаперонов складывается биологически активная конформация пептидной цепи (свертывание). При посттрансляционном созревании у многих белков удаляются части пептидной цепи или присоединяются дополнительные группы, например олигосахариды или липиды. Эти процессы происходят в эндоплазматическом ретикулуме и в аппарате Гольджи. Затем готовая белковая молекула транспортируется в нужное место клетки.

Значительно проще синтезируются углеводы и липиды. Это ни что иное, как цикл простых биохимических реакций катализируемых ферментами. Исходными субстратами служат вещества, поступившие в клетку или полученные при метаболизме.

В условиях дефицита углеводов необходимая концентрация глюкозы в крови может поддерживаться за счет ее синтеза (глюконеогенез). Синтез глюкозы протекает, как и при гликолизе, но в обратном направлении. Исходными соединениями для глюконеогенеза являются некоторые аминокислоты, лактат, а также глицерин, т.е. те вещества, которые способны превратиться в пируват или любой другой метаболит глюконеогенеза (ас- партат - в оксалоацетат, глицерин - в триозофосфат и т.д.). При различных физиологических состояниях для глюконеогенеза используются различные первичные вещества. В условиях голодания (недостаток углеводов получаемых с пищей) используется тканевый белок, который распадается до аминокислот. При интенсивной физической работе используется лактат, образующийся в эритроцитах и мышечной ткани при недостатке О2. При распаде жиров получается глицерин. В организме человека за счет глюконео- генеза образуется несколько сотен граммов глюкозы в сутки.

Синтез высших жирных кислот может протекать в клетках различных органов и тканей, однако основная масса соединений этого класса синтезируется в печени и в жировой ткани, а важнейшим субстратом, продукты метаболизма которого используются для синтеза липидов, является глюкоза. С наибольшей интенсивностью этот синтез идет в период абсорбции глюкозы в желудочно-кишечном тракте, когда концентрация глюкозы в крови повышена.

Биосинтез липидов основан на синтезе жирных кислот из ацетил- КоА (образуется из глюкозы в результате окисления пирувата) с дальнейшим превращением их в жиры, воск, фосфолипиды и некоторые другие более специализированные биологически активные вещества. Для синтеза из ацетил-КоА в пальматиновую кислоту помимо ферментов (ацетил-СоА- карбоксилаза, пальмитилсинтетаза) требуется карнитин, осуществляющий перенос ацетил-КоА из митохондрий в цитоплазму, ацилпереносящий белок, на котором происходит сборка ацильных остатков и биотин кофермент ацетил-СоА-карбоксилазы. Под действием ферментов - элонгаз (удлинение цепи) и десатураз (введение двойных связей) - протекает превращение пальматиновой кислоты в стеариновую и олеиновую.

Необходимо отметить, что ряд полиненасыщенных жирных кислот не синтезируется в организме, хотя они необходимы для нормального функционирования, поэтому линолевая и линоленовая кислоты являются незаменимыми (эссенциальными) и должны поступать в достаточном количестве с пищей. Арахидоновая кислота может синтезироваться в клетках животных из линоленовых кислот, однако в условиях недостаточного поступления линоленовой кислоты с пищей арахидоновая кислота также становится незаменимой жирной кислотой.

Вообще все высшие жирные кислоты, всосавшиеся в клетки кишечника, используются в энтероцитах для ресинтеза различных липидов. При поступлении в энтероциты моноацилглицериновони через фосфатидную кислоту могут быть превращены в триацилглицерины. При поступлении в энтероциты лизофосфолипидов они превращаются в фосфолипиды.

Эндогенный синтез других липидов осуществляется в цитозоле клетки. Так, для синтеза триглициридов и фосфолипидов необходим фосфоди- гидроксиацетон - промежуточный продукт расщепления глюкозы или высшие жирные кислоты и глицерин, поступающие в клетки из крови (рис. 1.10). Все необходимые организму глицерофосфолипиды могут синтезироваться в его клетках, причем в клетках могут функционировать несколько альтернативных метаболических путей биосинтеза глицерофосфолипидов.

Сфинголипиды, подобно глицерофосфолипидам, не являются незаменимыми компонентами пищи и могут синтезироваться из других соединений. Для их синтеза нужны в первую очередь сфингозин, активированные жирные кислоты в виде ацил-КоА-производных; активированный холин или активированные мономеры углеводной природы в виде их УДФ- производных для синтеза цереброзидов или ганглиозидов.

Важное значение принадлежит и синтезу холестерина . Общее содержание холестерина в организме составляет около 140 г. Основная масса этого соединения включена в состав мембран всех клеток. Холестерин является предшественником в синтезе других стероидов: желчных кислот, стероидных гормонов, витамина D3. Существует два пути поступления холестерина - экзогенный и эндогенный. Суточная потребность человека в холестерине составляет около 1 г. Причем вся потребность в этом соединении может быть удовлетворена за счет его эндогенного синтеза. В то же время экзогенный, т.е. пищевой холестерин, также эффективно усваивается организмом.

Холестерин синтезируется в клетках из двух углеродных группировок ацетил-КоА (рис. 1.11). Процесс синтеза холестерина включает в себя порядка 35 последовательных реакций. Следует отметить, что некоторые промежуточные продукты этого метаболического пути используются для синтеза других соединений. Так, фарнезилпирофосфат используется в клетках для синтеза коэнзима Q, необходимого для работы главной дыхательной цепи митохондрий, или долихола, принимающего участие в синтезе гетероолигосахаридных компонентов гликопротеидов.

Все эти реакции требуют энергетических затрат. Энергия для синтеза доставляется реакцией расщепления АТФ, поэтому каждое звено биосинтеза всегда сопряжено с распадом АТФ.

лнкалиа
нсмі-н
лицердлкиназа




Ацил-КоА

Гли церсл-3- фосфат

ацил трансфераз а

К А

1 - Ацил пт и це рол- 3-

- фосфат { тзофссфа тидвт і

Ацил-КсА

" -Аципглицерол-Э-фосфат

ацилтрансфіераза

2- МоноацилглицЕро л
КлА
КоА О Н^С-О-0
Н..О
'-оофатилвт-оосф-эгидропаза
Ацил- КоА
К і-
1 .г-Днацилглицерал
Тр иацилглице рол



(триглицерид .1

Рис. 1.10. Биосинтез триглицеридов [по: Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф., 1998].


CH^GO-S-HoA СНдСО-S-HoA

А цет нл - КоїГ\ / Ацет ил - КоА


.HS-KoA

Рис. 1.11. Общая схема синтеза холестерина [по: Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф., 1998].

<< | >>

Еще по теме Энергетическое звено метаболизма:

  1. Пластическое звено метаболизма
  2. Ричард Гордон, Крис Даффилд, Вики Викхорст. Энергетическая медицина. Метод квантового прикосновения 2.0. Новый взгляд на энергетические возможности человека. «София», Москва.2018, 2018
  3. Реферат. Иммунный статус у больных угревой болезнью (гуморальное звено)2017, 2017
  4. Энергетический баланс
  5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
  6. Энергетические чакры
  7. Принципы оценки энергетического характера тренировочных нагрузок по ЧСС
  8. Естественные метаболиты энергетических процессов
  9. Регуляторы энергетических процессов
  10. ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА, ПОВЫШАЮЩИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ КЛЕТОК
  11. Работы по тяжести на основе общих энергетических затрат организма
  12. Кацудзо Ниши. Энергетическое дыхание. Издательство Крылов,2009, 2009
  13. СРЕДСТВА КОРРЕКЦИИ НАРУШЕНИЙ ЭЛЕКТРОЛИТНОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА СЕРДЦА
  14. МЕТАБОЛИЗМ КЛЕТКИ И ВИТАМИНЫ
  15. Препараты, преимущественно влияющие на энергетические процессы клетки
  16. ОБЩАЯ СТРУКТУРА МЕТАБОЛИЗМА КЛЕТКИ
  17. Глава 10. МЕТАБОЛИЗМ