1. Обмен веществ включает в себя 3 этапа:

1 .поступление веществ в организм и расщепление основных веществ: белков, жиров, углеводов до мономеров

2.метаболизм или промежуточный обмен

3.выделение продуктов обмена.

Метаболизм состоит из двух фаз: катаболизма (расщепление сложных органических молекул до СО₂ , Н₂О и мочевины, сопровождается выделением энергии) -экзорганические реакции и анаболизма (синтез сложных веществ (полимеров) из более простых с использованием энергии, выделяющейся при катаболизме) - эндорганические реакции.

Центральная роль в энергетическом обмене принадлежит АТФ, в макроэргических связях которой запасается энергия, выделяемая в процессе катаболизма. АТФ используется в реакциях анаболизма, для поддержания температуры тела, работы организма.

За сутки образуется ~ 60кг АТФ, запасов АТФ в клетке хватает на несколько секунд. Необходимое количество АТФ получается за счет цикла.

Таким образом, синтез АТФ тесно связан с процессами катаболизма. Это превращение и есть сущность энергетического обмена. В организме вещества: белки, жиры, углеводы распадаются в три стадии (рис.1)

1. внеклеточная. Протекает в ЖКТ, где белки, жиры, углеводы распадаются до мономеров или составных частей;

2. внутриклеточная. В результате нее полученные мономеры распадаются либо до пирувата, либо до ацетилкоа. 1 и 2 стадия являются специфическими.

3. общий конечный путь катаболизма. Для всех трех классов веществ - цикл трикарбоновых кислот, т.к. ПВК превращается в ацетилКоА, то у нас есть 2 общих пути катаболизма - окислительное декарбоксилирование пирувата(ПВК—>ацетилкоА) и цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). В результате ЦТК происходит отщепление двух атомов Н 4 раза (окисление субстратов, участие коферментов) и выделяется СО₂. СО₂ выделяется с выдыхаемым воздухом, а 2 Н, отщеплённые от субстрата поступают в ЦПЭ или митохондриальную дыхательную цепь, где в результате переноса Н образуется Н₂О. Таким образом, исходя из рис.1, конечными продуктами катаболизма являются СОд, и HjO. Общие пути катаболизма протекают в митохондриях. Конечные продукты: СО₂ и Н₂ О термодинамически стабильны, содержание кислорода в них больше, чем в начальных продуктах, т.е. реакции катаболизма связаны с реакциями окисления и потреблением О₂. Распад органических веществ в живых тканях, сопровождающийся потреблением (\ и выделением СО₂ и Цр, называется тканевым дыханием. В результате окисления веществ или субстратов углерод окисляемых веществ включается в СО₂, а потребляемый кислород включается в молекулу H₂О(за счет Н окисляемых субстратов).

Если субстрат окисляется, то это означает отщепление от него Н (дегидрирование), если субстрат восстанавливается к нему присоединяется 2 атома Н (гидрирование).

Ферменты, осуществляющие эту реакцию относятся к 1 классу и называют дегидрогеназами (участвуют коферменты НАД и ФАД, т.к. они являются переносчиками двух атомов водорода).

Рис.1

Название фермента при окислении — субстрат + дегидрогеназа, при восстанови продукт+дегидрогеназа. Энергия окисляющихся веществ используется для синтеза АТФ из АДФ и фосфора (неорганического). Существует 2 основных пути синтеза АТФ

1. путем окислительного фосфорилирования - синтез АТФ с участием ЦПЭ митохондриях).

2. субстратное фосфорилирование - синтез АТФ на уровне субстратов за счет энергии разрыва макроэрической связи субстрата (не требует присутствия мембран митохондрий):гликолиз, ЦТК.

Цикл трикарбоновых кислот (цикл лимонной кислоты или цикл Кребса). Значение ЦТК:

1. общий конечный путь катаболизма белков, жиров, углеводов

2. основной, но не единственный постановщик атомов Н, отщепляемых от субстратов вЦПЭ

3. выполняет не только катаболическую роль, но и анаболическую: метаболиты ЦТК служат предшественниками для синтеза многих веществ, например, глюкозы и аминокислот. Протекает в митохондриях, все ферменты, кроме сукцинатдегидрогеназы находятся в матриксе, СДГ связан с внутренней мембраной митохондрий, АЦ его выступает в матрикс.

Сущность ЦТК.

Двухуглеродная молекула ацетилКоА взаимодействует с четырехуглеродной молекулой оксалоацетата образуется шестиуглеродная молекула лимонной кислоты (цитрата), от которой в ходе дальнейших реакций отщепляется 2С в виде СО и 4 раза протекает реакция окисления субстратов (дегидрирование или отщепление 2Н). В конечном итоге молекула оксалоацетата регинирирует и может вступать в следующий цикл, а 2 Н, отщепленные от субстрата, поступают в ЦПЭ и в сопряженном с этим процессом образуется АТФ.

Ключевая реакция (регулируется (катализируется) аллостерическим центром) – это реакция скорость лимитирующая.

Таким образом, в результате одного цикла 1 молекула ацетилкоА сгорает до СO₂ и Н₂О

(ЦПЭ)—»ЦТК и ЦПЭ - единый процесс.

Окислительное декарбоксилирование ПВК - ОДПВК - общий путь катаболизма белков,

жиров, углеводов, протекает в митохондриях, в результате образуется ацетилкоА,

который вступает в ЦТК, восстановленный кофермент НАД и CO₂

Катализирует это превращение мультиферментный комплекс, состоящий из трех

ферментов и пяти коферментов.

Ферменты:

Е1 - пируватдекарбоксилаза,

Е 2 - ацетилтрансфераза дегидролипоевой кислоты, Е 3 - дегидрогиназа дигидролипоевой кислоты. 5 коферментов: НАД (витамин РР)

ФАД (витамин В )

тиаминопирофосфат (ТПФ - витамин В )

КоА (витамин пантотеновая кислота)

липоевая кислота

Все ферменты объединены в пируватдегидрогеназный комплекс, аналогичный комплекс функционирует в ЦТК, при превращении а-кетоглутаровой кислоты в сукцинилКоА. В его состав входит около трех десятков ферментов Е1 , около десятка (8) ЕЗ и 1 молекула Е2 . Они соединены с собой таким образом, что серусодержащая часть липоевой кислоты, соединенная с Е2, способна перемещаться последовательно к АЦ Е1 и Е2 —> промежуточные продукты не успевают выходить в раствор.

При недостатке витамина В нарушается процесс ОДПВК - это приводит к накоплению лактата. Наблюдается у алкоголиков с нарушенным режимом питания или при синдроме Вернике-Корсакова. Выделяют 3 реакции:

1 реакция осуществляется с помощью Е1 - пируватдекарбоксилаза КоЕ - производное витамина В - тиаминпирофосфат.

Происходит отщепление карбоксильной группы от пирувата и перенос оставшегося ацильного остатка. СН₃СОО на дегидролипоевую кислоту. Дегидролипоевая кислота является коферментом второго фермента - ацетилтрансфераза, она содержит дисульфидную группу в составе и боковую цепь, которая амидной связью соединена с Е2 (рис.1). Рис.1

Во второй реакции ацетильный остаток переносится на КоА при помощи фермента Е2 , т.е. фермент Е2 отщепляет ацетильный остаток от собственного кофермента.

В третьей реакции происходит окисление дигидролипоата Е2 третьим ферментом -дигидролипоат Е2 дегидрогеназа.