39.Загальні закономірності обміну речовин…
Метаболічні шляхи поділяються на:
– катаболічні шляхи, які становлять в сукупності катаболізм — реакції розщеп-
лення (гідролізу, окислення тощо) біоорганічних речовин, що надходять із зовнішнього
середовища у складі продуктів харчування (вуглеводів, ліпідів, білків тощо) та біомолекул,
які складають структуру клітин та тканин організму;
– анаболічні шляхи, які становлять анаболізм — реакції синтезу складних
біоорганічних сполук, що складають різні структурні утворення організму (зокрема,
біополімерів — білків, нуклеїнових кислот,полісахаридів) та забезпечують його
функціонування (ліпідів, моносахаридів, амінокислот, нуклеотидів, вітамінів,
коферментів, гормонів тощо).
– амфіболічні шляхи, які містяться на “перехрестях” катаболізму та анаболізму;
метаболіти, що складають амфіболічні шляхи, можуть перетворюватися як в катабо-
лічних, так і в анаболічних процесах; прикладом може бути цикл трикарбонових кислот.
Обмін речовин в організмі безпосередньо пов’язаний з обміном енергії. Серед
реакцій метаболізму розрізняють екзергонічні та ендергонічні реакції
У ферментативному розщепленні складних біоорганічних сполук в організмі
виділяють три основних стадії (етапи), що є загальними для катаболізму різних
біомолекул.
Стадія 1. На першій стадії катаболізму складні молекули (макромолекули
вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот та молекули ліпідів) розщеплюються до
простих компонентів:
– полісахариди — до моносахаридів (переважно — глюкози, фруктози, галак-
този);
– ліпіди (триацилгліцероли) — до жирних кислот та гліцеролу;
– білки — до амінокислот;
– нуклеїнові кислоти — до нуклеотидів.
Реакції першої стадії катаболізму є гідролітичними за своїм механізмом і
каталізуються гідролазами травного тракту (шлунка, кишечника). Ці реакції не
супроводжуються суттєвим вивільненням хімічної енергії.
Стадія 2. На другій стадії катаболізму декілька десятків метаболітів, що
утворились на першій стадії, підлягають ферментативним реакціям розщеплення
з вивільненням певної кількості хімічної енергії, яка акумулюється у високо-
енергетичних (макроергічних) зв’язках АТФ.
Реакції другої стадії катаболізму відбуваються внутрішньоклітинно (в цито-
плазмі та частково в мітохондріях). Основними з цих реакцій є:
для моносахаридів — гліколіз, кінцевим метаболітом якого є піровиноградна
кислота (піруват), що в подальшому окислюється до активної форми оцтової
кислоти — ацетил-коензиму А (ацетил-КоА);
для жирних кислот — βββββ-окислення, кінцевим продуктом якого є ацетил-КоА;
для гліцеролу — розщеплення до пірувату, який перетворюється в ацетил-КоА;
для амінокислот та нуклеотидів — дезамінування з виділенням аміаку та
розщепленням безазотистих молекулярних скелетів до дво- і тривуглецевих кар-
бонових кислот та їх похідних; більшість із цих метаболітів у кінцевому підсумку
також утворюють ацетильний радикал у формі ацетил-КоА.
Таким чином, ацетил-КоА — це загальний кінцевий продукт другої стадії
внутрішньоклітинного катаболізму вуглеводів, ліпідів та амінокислот.
Стадія 3. На третій стадії катаболізму відбувається окислення ацетил-КоА
до кінцевих метаболітів — двоокису вуглецю та води. Ця стадія має місце в
мітохондріях і складається з двох процесів:
– циклу трикарбонових кислот (ЦТК, циклу Кребса), в результаті функ-
ціонування якого утворюється СО2, а атоми водню використовуються для віднов-
лення коферментів нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД+) та флавінаденінди-
нуклеотиду (ФАД);
– системи електронного транспорту в мембранах мітохондрій, в якій
атоми водню (протони та електрони) переносяться на кисень з утворенням Н2О;Глава 8. Обмін речовин: катаболізм, анаболізм 121
ця система спряжена з окисним фосфорилюванням, в результаті якого енергія
реакцій біологічного окислення використовується для синтезу молекул АТФ —
Анаплеротичні реакції — реакції клітинного метаболізму, що підвищують
концентрацію субстратів трикарбонового циклу, утворюючи їх з інтермедіатів інших
метаболічних шляхів (зокрема, амінокислот, пірувату). Активуючи ЦТК, анапле-
ротичні реакції сприяють посиленню інтенсивності катаболічних процесів в організмі.
Утворення субстратів ЦТК в анаплеротичних реакціях:
1. Перетворення амінокислот на дикарбонові кислоти — субстрати ЦТК:
– утворення ααααα-кетоглутарату в реакціях трансамінування;
– утворення оксалоацетату в реакціях трансамінування;
– утворення ααααα-кетоглутарату в глутаматдегідрогеназній реакції;
– утворення сукциніл-КоА з ізолейцину, валіну, метіоніну, треоніну.
2. Утворення оксалоацетату з пірувату в піруваткарбоксилазній реакції:
Піруват + CO2+ АТФ Оксалоацетат + АДФ + Фн
Коферментом піруваткарбоксилази є біотин (вітамін H), що в ході реакції зво-
ротно акцептує СО2, утворюючи N-карбоксибіотин.
Піруваткарбоксилаза — алостеричний фермент, позитивним модулятором
якого є ацетил-КоА. За умов низької внутрішньоклітинної концентрації ацетил-КоА
активність ферменту і, відповідно, швидкість піруваткарбоксилазної реакції низькі.
Накопичення ацетил-КоА, що спостерігається при активації катаболічних процесів,
стимулює через утворення оксалоацетату інтенсивність ЦТК і активність окислення
його головного субстрату — ацетил-КоА.
Утворення оксалоацетату з пірувату під дією піруваткарбоксилази є найваж-
ливішою анаплеротичною реакцією в клітинах печінки та нирок.
3. Утворення оксалоацетату з фосфоенолпірувату:
Реакція каталізується фосфоенолпіруваткарбоксикіназою. При цьому відбува-
ється утворення макроергічного нуклеозидтрифосфату ГТФ за рахунок розщеплення
високоенергетичного зв’язку в молекулі фосфоенолпірувату — метаболіту гліколізу.
Фосфоенолпіруваткарбоксикіназна реакція є анаплеротичною реакцією ЦТК, що
має місце в міокарді та інших м’язових тканинах. Ця ж реакція, за умов її перебігу
у зворотному напрямку, використовується в процесі синтезу глюкози.
40.Загальна х-ка циклу Кребса
Цикл трикарбонових кислот (ЦТК) — це загальний
кінцевий шлях окислювального катаболізму клітини в
аеробних умовах. Реакції і ферменти ЦТК локалізовані
в матриксі та внутрішній мембрані мітохондрій. Вони
функціонально та біохімічно спряжені з мітохондріаль-
ними електронотранспортними ланцюгами, що викори-
стовують для відновлення атомів кисню відновлю-
вальні еквіваленти від НАДН (НАДН + Н+) та ФАДН2
або ФМНН2 і утворюють АТФ у ході окисного фос-
форилювання.
Схема функціонування ЦТК .
Цикл трикарбонових кислот починається з взаємо-
дії (конденсації) двовуглецевої молекули ацетил-КоА
(C2) з чотиривуглецевою (С4) щавлевооцтовою кис-
лотою (оксалоацетатом), що призводить до утворення
шестивуглецевої (С6) молекули лимонної кислоти
(цитрату). В результаті подальшого багатоступеневого
перетворення три- та дикарбоно-
вих кислот (інтермедіатів ЦТК) Ацетил-КоА
відбувається регенерація оксало- (C2) КоА-SH
ацетату (С4) та виділяються дві
молекули двоокису вуглецю (С2).
Таким чином, коензим А від-
щеплюється від ацетил-КоА
вже в першій реакції ЦТК; у ході
функціонування подальших реакцій
циклу відбувається відщеплення CO2 CO2
від цитрату . Загальні закономірності метаболізму
ЦТК — цитратний цикл) двох молекул двоокису вуглецю та чотирьох пар
атомів водню (4 х 2Н), що дозволяє подати таке сумарне рівняння ЦТК:
СН3СООН + 2 Н2О 2 СО2 + 8(4 Ч 2) Н