Тема №7 Введение в обмен веществ. Биологическое окисление

Цель: сформировать понятие об обмене веществ и его составных частях, усвоить основные положения биоэнергетики, типы биологического окисления, механизмы дегидрирования.

Основные фундаментальные положения

Обмен веществ – важнейшее свойство живого организма – представляет собой совокупность химических реакций, которые протекают в сложившейся эволюционно последовательности. Превращения веществ, поступающих в организм из среды, проходят независимо от их химической природы следующие общие стадии: переваривание (деполимеризация), транспорт (в том числе всасывание), метаболизм в тканях по пути синтеза или окислительно-восстановительного распада.

Метаболический путь – это характер и последовательность превращений определенного вещества в организме. Рассматриваемое вещество – субстрат превращений, промежуточные продукты – метаболиты, а завершающий продукт – конечный продукт метаболического пути.

Два противоположно направленных процесса – катаболизм и анаболизм связаны частными и общими путями метаболизма, включая метаболические циклы и анаплероз.

Организм, как открытая система, должен непрерывно возобновлять запасы энергии, расходуемой на поддержание процессов жизнедеятельности.

Существует два источника энергии для живых систем: энергия ультрафиолетовой части солнечного спектра, которую используют аутотрофы, и энергия химических связей, которую используют гетеротрофы.

Извлечение энергии химических связей, осуществляемое в ходе биологического окисления в организме человека, реализуется за счет реакций переноса водорода от доноров к акцепторам (реакции дегидрирования). При этом часть энергии рассеивается, а остальная запасается в виде макроэргических соединений (главным образом – АТФ), расходуемых на выполнение четырех основных видов работ (электрической, механической, осмотической и химической).

Донаторами реакций дегидрирования являются субстраты, образованные в ходе биоокисления из углеводов, липидов и белков экзо- и эндогенного происхождения, а конечным акцептором – кислород. Сложные ферменты, участвующие в дегидрировании (дегидрогеназы) содержат в составе коферменты НАД⁺ и ФАД, локализуются в цитоплазме и матриксе митохондрий и передают водород в цепь тканевого дыхания.

Основные вопросы базовых дисциплин, необходимые для изучения темы

Из химии:

1. Механизмы протекания химических реакций.

2. Элементы химической термодинамики и биоэнергетики.

3. Химические свойства кислорода.

4. Электрохимия.

5. Общая характеристика реакций органических соединений.

6. Окислительно-восстановительные процессы, окислительно-восстановительные потенциалы.

7. Окислительно-восстановительные свойства органических соединений.

8. Строение макроэргов: АТФ, креатинфосфат, фосфоенолпируват.

9. Низкомолекулярные биорегуляторы.

Вопросы для изучения темы

1. Обмен веществ. Определение, понятие о метаболизме, метаболических путях, метаболитах, конечных продуктах, катаболизме, анаболизме, амфиболизме, анаплеротических процессах.

2. Основные стадии катаболизма.

3. Основные положения биоэнергетики: экзергонические и эндергонические реакции в живой клетке. Свободная энергия и законы термодинамики.

4. Виды биологического окисления.

5. Дегидрирование субстрата и окисление водорода (образование воды) как источник энергии для синтеза АТФ и создания мембранных потенциалов. Значение разности окислительно-восстановительных потенциалов, как движущей силы переноса электронов.

6. Дегидрогеназы и их коферменты. Структурные формулы коферментов.