Тема 7. Основні поняття динамічної біохімії. Вільна енергія. Механізм дихального ланцюга

Нові терміни, поняття:

динамічна біохімія, біологічне окиснення, метаболіти, метаболізм, обмін енергії, відновлення, фосфорилювання, дихальний ланцюг, тканинне дихання, супероксиддисмутаза, гпутатіонпероксидаза

1. Динамічна біохімія. Вільна енерпя

!! Динамічна біохімія вивчає сукупність перетворень сполук в організмі та взаємопов'язане з ним перетворення енергії.

Ознаки біологічного обміну речовин і енергії

Цілісність і єдність обмінних процесів

Саморегуляція

Обмін речовин і енергії є однією з найважливіших і суттєвих ознак живих організмів.

Живі організми є відкритими системами, для життєдіяльності яких необхідний постійний двобічний зв'язок (обмін) з навколишнім середовищем.

З навколишнього середовища вони отримують поживні речовини і енергію, які вони перетворюють та видозмінюють, а потім використовують утворені сполуки для власних потреб і повертають до навколишнього середовища кінцеві продукти обміну.

! Вся сукупність процесів поглинання, засвоєння з навколишнього середовища, утворення і виділення кінцевих продуктів є суттю обміну речовин.

О

фізіологічних

(перетравлення,

всмоктування,

виділення)

фізичних

(сорбція, дифузія, осмос)

хімічних

(Окислення, відновлення, гідроліз, фосфорилювання таін.)

бмін речовин складається з процесів:

Особливе місце серед цих процесів займають хімічні перетворення органічних сполук, різноманітність яких зводиться до синтезу (анаболізм) та розщеплення (катаболізм), які супроводжуються поглинанням та утворенням хімічної енергії (АТФ).

Обмін речовин і енергії с єдиним, нерозривним процесом, де:

видозмінювання речовини завжди супроводжується виділенням чи поглинанням вільної енергії;

виділена чи поглинута енергія забезпечує розпад чи синтез хімічних зв'язків, тобто видозміну самих речовин.

Термін „обмін речовин та енергії" рівноцінний у загальновживаному понятті терміну „метаболізм".

З біологічної точки зору метаболізм - це перетворення речовин в клітинах організму з моменту попадання до кінцевих продуктів, тобто проміжний обмін.

Значення метаболізму

Розщеплення складних органічних сполук до простих метаболітів з виділенням енергії.

Перетворення екзогенних сполук на попередники біололімерів.

Синтез біополімерів з використанням енергії.

Руйнування молекул, які втратили функціональне значення.

Метаболізм - це сполуки, що утворилися в організмі при перетворенні речовин з моменту їх надходження в організм до виділення продуктів обміну.

Процес обміну енергії полягає у її виділенні, нагромадженні та використанні для забезпечення процесів життєдіяльності.

Енергетичною основою метаболізму є процес трансформації потенціальної енергії, яка вивільняється при окисненні органічних сполук, в енергію хімічних зв'язків АТФ.

Зв'язки, при гідролізі яких зміна вільної енергії системи складає >30 кДж/моль, називаються макроергічними і позначаються знаком ~ (тільда). Сполуки з такими зв'язками називаються макроергами.

Аденілова система АТФ > АДФ > АМФ виступає в ролі сполучного фактора між ендергонічними (анаболізм) та екзергонічними (катаболізм) процесами.

Для активації різних сполук перед включенням їх в процеси синтезу (утворення ацилів кислот, фосфорних ефірів тощо) розщеплення АТФ йде за реакцією АТФ > АДФ + Н₃РО₄.

В процесах синтезу різних субстратів АТФ перетворюється за реакцією:

АТФ> АМФ + Н₄Р₂О₇

Типи синтезу АТФ в природі

шляхом фосфорилювання

Процеси, що потребують

витрат енергії

! Першоджерелом енергії живої природи є сонячна енергія

За способом використання і джерелом енергії живі організми розподіляють на:

Автотрофи - для синтезу складних субстратів використовують сонячну енергію (рослини,

ціанобактерії)

Гетеротрофи – одержують енергію при окисненні складних органічних сполук (мікроорганізми, гідробіонти, тварини,

людина)

Шляхи поповнення вмісту АТФ у клітині

Фосфорилювання АДФ за допомогою зовнішньої енергії

Субстратне фосфорилювання

Синтез de novo

Система креатинфосфат/креатин

АТД - АДФ цикл у клітині:

Етапи перетворення харчових речовин в процесах катаболізму

І - складні високоенергетичні молекули харчових речовин перетворюються на структурні складові („будівельні блоки"): білки гідролізуються до амінокислот, вуглеводи - до моноз, ліпіди - на гліцерин і жирні кислоти.

ІІ - мономери перетворюються у „ключові метаболіти" - ПВК (піровиноградну кислоту) і ацетил-КоА.

ІІІ - у циклі Кребса відбуваються процеси окиснення ацетил-КоА до кінцевих сполук (СО₂ і Н2О) з вивільненням енергії.

!! Центральне місце в енергетичному обміні займають процеси гідролізу, тканинного дихання, бродіння.

Вищі організми одержують вільну енергію в процесах гідролізу і тканинного дихання (останнє енергетично найбільш вигідне).

Шляхи використання вільної енергії

► На процеси біосинтезу (у першу чергу білкових речовин).

► На механічне пересування і м'язові скорочення.

► На процеси активного транспортування поживних речовин через цитоплазматичну мембрану (проти градієнтів концентрації).

► На процес ділення клітин і передачу спадкової інформації.