Метаболизм клетки. Центральные метаболические пути.

Гомеостаз - постоянство состава внутренней среды организма, относительная стабильность биохимических показателей метабо­лизма.

Метаболизм (обмен веществ) - комплекс биохимических и физиологических процессов, которые обеспечивают поступление в организм веществ из окружающей среды, усвоение их, превраще­ние в тканях, выведение продуктов обмена (метаболитов) из орга­низма во внешнюю среду.

Ассимиляция (анаболизм) - усвоение необходимых для орга­низма веществ и синтез специфических для организма соединений. Протекает с поглощением энергии.

Диссимиляция (катаболизм) - совокупность биохимических реакций, обеспечивающих распад веществ, извлечение из них энергии и выделение продуктов распада.

Саморегуляция - автоматическая регуляция обмена веществ путем изменения скорости химических реакций с помощью нервной, эндокринной и ферментной систем организма.

Гормоны - биологически активные вещества, образуются в эндокринных железах и могут быть активаторами или ингибито­рами, репрессорами или индукторами ферментов.

Метаболиты - промежуточные продукты распада или синтеза разных классов веществ.

Гидролиз - процесс распада сложных веществ до более про­стых с участием воды.

Диффузия - самопроизвольное равномерное распределение мо­лекул растворенного вещества по всему объему раствора. Напри­мер: перемещение питательных веществ из просвета кишечника в его стенку, из нее в кровь, а из крови в клетки тканей организма.

Активный транспорт веществ - перенос растворенного ве­щества в область большей его концентрации. Этот процесс требует затраты энергии.

Тема 10. Биоэнергетика

Биоэнергетика - раздел биохимии, изучающий закономерности преобразования энергии в живых организмах.

Биологическое окисление - многоступенчатый ферментатив­ный процесс распада сложных органических веществ (углеводов, липидов, белков) с отнятием атомов водорода и последующим пе­реносом их на кислород или другие акцепторы водорода. Сопро­вождается постепенным освобождением химической энергии.

Окисление аэробное — биологическое окисление, происходя­щее с обязательным участием кислорода. Протекает в митохонд­риях клеток. Акцептором протонов и электронов водорода являет­ся кислород. Конечные продукты аэробного окисления веществ: вода и углекислый газ.

Аэробное окисление углеводов - окисление молекулы глюко­зы в тканях организма с участием кислорода до конечных продук­тов обмена с образованием 38 АТФ.

Аэробный обмен (клеточное дыхание) - процесс распада и окисления питательных веществ с участием кислорода, протекаю­щий в митохондриях с образованием АТФ.

Окисление анаэробное - биологическое окисление, происхо­дящее без участия кислорода. Протекает преимущественно в ци­топлазме клеток. Акцептором протонов и электронов водорода являются некоторые промежуточные метаболиты, например, пи-ровиноградная кислота (ПВК) при анаэробном окислении углево­дов. Конечные продукты анаэробного окисления - недоокисленные вещества (например, молочная кислота при окисле­нии углеводов; окси-, кето-, органические кислоты при окислении белков и аминокислот; кетоновые тела при неполном окислении жиров и жирных кислот.

Анаэробное окисление углеводов (гликолиз или гликогенолиз) - расщепление глюкозы, гликогена в тканях организма без участия О₂ до молочной кислоты и АТФ.

Анаэробный обмен - процесс распада питательных веществ, протекающий в клетках организма без участия кислорода (О₂).

Митохондрии - органоиды клетки, обеспечивающие аэробное окисление веществ до Н₂О и СО₂ с освобождением энергии и обра­зованием молекул АТФ. На выростах внутренней мембраны мито­хондрий (кристах) в определенном порядке располагаются фер­менты дыхательной цепи митохондрий, ферменты, катализирую­щие образование АТФ - АТФ~синтетазы, а также мембранные транспортные системы.

Матрикс - жидкая, внутренняя часть митохондрий. Содержит ферменты цикла трикарбоновых кислот, ферменты окисления жирных кислот, ферментную дегидрогеназную систему ПВК (пируватдегидрогеназную систему) и др.

Дыхательная цепь митохондрий - цепь ферментов класса оксидоредуктаз, расположенные в определенной последовательности на кристах митохондрий. Обеспечивает завершающий этап аэроб­ного окисления веществ путем переноса протонов и электронов водорода на кислород. Ферменты дыхательной цепи способны пе­редавать протоны и электроны водорода в одном направлении - от предыдущего к последующему звену и на конечный акцептор - кислород. За счет энергии переноса по дыхательной цепи двух атомов водорода (протонов и электронов) возможно образование трех мо­лекул АТФ.

Дегидрирование - основной тип окислительно-восстановительных реакций в живом организме, при котором от молекулы окисляемого вещества с участием ферментов дегидрогеназ отщеп­ляются атомы водорода (протоны и электроны).

Кофермент НАД (никотинамидадениндинуклеотид) - кофермент дегидрогеназ, отнимающий атомы водорода (протоны и электроны) от окисляемых веществ. Содержит остаток витамина РР (никотинамид).

Кофермент ФМН (флавинмононуклеотид) - кофермент дегидрогеназ, отнимающий атомы водорода (протоны и элек­троны) от окисляемых веществ или от восстановленного кофермента НАД (НАД Н₂). Содержит остаток витамина В₂ (рибофлави­на), является мононуклеотидом.

Кофермент ФАД (флавинадениндинуклеотид) - кофермент дегидрогеназ, выполняющих функции подобно ФМН. Со­держит остаток витамина В₂ и азотистое основание аденин, явля­ется динуклеотидом.

Кофермент (убихинон) - кофермент дегидрогеназ, содержа­щий циклическое органическое соединение хинон. Участвует в отнятии атомов водорода от окисляемых веществ и флавинзависимых ферментов. Небелковый компонент дыхательной цепи, кото­рый участвует в передаче электронов и протонов на цитохромы. По строению близок к витамину К. От убихинона протоны водорода переносятся на О₂, выходя наружу, за пределы внутренней мембраны митохондрий. Электроны поступают в систему электронпереносящих ферментов - цитохромов.

Цитохромы (железосодержащие ферментные белки) — сис­тема ферментов дыхательной цепи, переносящие электроны от KoФ Q на кислород. Содержат атомы железа, которые, изменяя свою валентность, могут присоединять и отдавать электроны. Известны три класса цитохромов, различающиеся строением молекулы: а, Ь, с. Цитохром аа₃ - цитохромоксидаза двухкомпонентный фермент, который переносит электроны непосредственно на О₂.

Макроэргические соединения - вещества, содержащие в моле­кулах химические связи богатые энергией (макроэргические связи). При разрыве таких связей выделяется в 2 раза больше энергии (более 21 кДж/моль), чем при разрыве большинства связей. При записи формул такие связи обозначают волнистой линией «~».

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) - основное макроэргическое соединение клеток. Молекула АТФ построена из аденина (азотистого основания), рибозы (моносахарид) и трех остатков фосфорной кислоты. Содержит две макроэргические связи между концевыми остатками фосфорной кислоты: аденин — рибоза - фосфат ~ фосфат ~ фосфат

Ресинтез АТФ - образование (син­тез) АТФ из АДФ и Н₃РО₄ за счет энергии, выделяющейся при окисления органических веществ в клетке.

Гидролиз АТФ - химическая реакция распада АТФ при взаи­модействии с водой. Сопровождается освобождением энергии от 33,5 до 41,9 кДж/моль:

АТФ + Н₂О → АДФ + Н₃РО₄ +Q (энергия). Реакцию катализирует фермент АТФ-аза.

АТФ-аза (аденозинтрифосфатаза) - фермент, расщепляющий молекулы АТФ до АДФ и Н₃РО₄.

Креатинфосфат (КФ) - макроэргическое вещество, постоянно находящееся в клетке и используемое для анаэробного ресинтеза АТФ, главным образом в мышцах и нервной ткани, служит энерге­тическим буфером.

Фосфорилирование субстратное - ресинтез АТФ при взаимо­действии АДФ с другим фосфорсодержащими макроэргическими веществами (субстратами), образующимися в клетке.

Фосфорилирование окислительное - ресинтез АТФ за счет энергии переноса протонов и электронов водорода в дыхательной цепи митохондрий при аэробном окислении веществ. Осуществля­ется на трех участках дыхательной цепи и сопровождается образо­ванием трех молекул АТФ с участием фермента АТФ-синтетазы. Протоны водорода при переходе через митохондриальную мем­брану внутрь митохондрии обеспечивают АТФ-синтетазу необхо­димой энергией.

Разобщение окисления и фосфорилирования - состояние в митохондриях, когда процесс окисления и выделения свободной энергии протекает, а синтез АТФ не происходит. Возможно при воздействии некоторых веществ, нарушении структуры внутрен­них мембран митохондрий (например, при интенсивной физиче­ской разминке) и других факторах.