Co to jest metabolizm?

Nigdy nie zastanawialiśmy się, dlaczego niektórzy jedzą wszystko (nie zapominając o bułkach i słodyczach), podczas gdy wyglądają, jakby nie jedli od kilku dni, podczas gdy inni wręcz przeciwnie, nieustannie liczą kalorie, przechodzą na diety, chodzą na siłownie i nadal nie radzi sobie z dodatkowymi kilogramami. Więc jaki jest sekret? Okazuje się, że wszystko zależy od metabolizmu!

Czym więc jest metabolizm? I dlaczego ludzie, którzy mają wysoki wskaźnik metabolizmu, nigdy nie stają się otyli ani nie mają nadwagi? Mówiąc o metabolizmie, należy zwrócić uwagę, że jest to metabolizm zachodzący w organizmie i wszystkie przemiany chemiczne, począwszy od momentu przedostania się składników odżywczych do organizmu, aż do ich usunięcia z organizmu do środowiska zewnętrznego. Proces metaboliczny to wszystkie reakcje zachodzące w organizmie, dzięki którym budowane są elementy tkanki strukturalnej, komórki, a także wszystkie te procesy, dzięki którym organizm otrzymuje energię potrzebną mu do normalnego funkcjonowania.

Metabolizm ma ogromne znaczenie w naszym życiu, ponieważ dzięki tym wszystkim reakcjom i przemianom chemicznym otrzymujemy z pożywienia wszystko, czego potrzebujemy: tłuszcze, węglowodany, białka, a także witaminy, minerały, aminokwasy, błonnik pokarmowy, kwasy organiczne, itp. d.

Ze względu na swoje właściwości metabolizm można podzielić na dwie główne części - anabolizm i katabolizm, czyli na procesy, które przyczyniają się do powstania wszystkich niezbędnych substancji organicznych oraz na procesy destrukcyjne. Mianowicie procesy anaboliczne przyczyniają się do „przekształcenia” prostych cząsteczek w bardziej złożone. A wszystkie te procesy danych są związane z kosztami energii. Procesy kataboliczne natomiast uwalniają organizm od końcowych produktów rozkładu, takich jak dwutlenek węgla, mocznik, woda i amoniak, co prowadzi do uwolnienia energii, czyli, mówiąc z grubsza, następuje metabolizm moczu.

Co to jest metabolizm komórkowy?

Co to jest metabolizm komórkowy lub metabolizm żywych komórek? Powszechnie wiadomo, że każda żywa komórka naszego ciała to dobrze skoordynowany i zorganizowany system. Komórka zawiera różne struktury, duże makrocząsteczki, które pomagają jej rozpaść się w wyniku hydrolizy (czyli rozszczepienia komórki pod wpływem wody) na najmniejsze składniki.

Ponadto komórki zawierają dużą ilość potasu i bardzo mało sodu, pomimo faktu, że środowisko komórkowe zawiera dużo sodu, a potasu, wręcz przeciwnie, jest znacznie mniej. Ponadto błona komórkowa jest zaprojektowana w taki sposób, aby ułatwiała penetrację zarówno sodu, jak i potasu. Niestety różne struktury i enzymy mogą zniszczyć tę dobrze ugruntowaną strukturę.

A sama komórka jest daleka od stosunku potasu i sodu. Taką „harmonię” osiąga się dopiero po śmierci człowieka w procesie śmiertelnej autolizy, czyli trawienia lub rozkładu organizmu pod wpływem własnych enzymów.

Czym jest energia dla komórek?

Po pierwsze, komórki po prostu potrzebują energii, aby wesprzeć pracę układu, który jest daleki od równowagi. Dlatego, aby komórka była dla niej w normalnym stanie (nawet jeśli jest daleka od równowagi), z pewnością musi otrzymywać niezbędną do tego energię. I ta zasada jest niezbędnym warunkiem normalnego funkcjonowania komórki. Wraz z tym trwają inne prace, mające na celu interakcję z otoczeniem.

Na przykład, jeśli dochodzi do skurczu w komórkach mięśniowych lub w komórkach nerek, a nawet zaczyna się tworzyć mocz, lub pojawiają się impulsy nerwowe w komórkach nerwowych, a także w komórkach odpowiedzialnych za przewód pokarmowy, rozpoczyna się uwalnianie enzymów trawiennych, lub wydzielanie hormonów w komórkach rozpoczyna gruczoły dokrewne? Albo na przykład komórki świetlików zaczęły świecić, aw komórkach ryb np. pojawiły się wyładowania elektryczne? Aby tego wszystkiego uniknąć, potrzebna jest do tego energia.

Jakie są źródła energii

W powyższych przykładach widzimy Że komórka wykorzystuje do swojej pracy energię otrzymaną dzięki strukturze trójfosforanu adenozyny lub (ATP). Dzięki niemu komórka nasyca się energią, której uwolnienie może przepływać między grupami fosforanowymi i służyć jako dalsza praca. Ale jednocześnie, przy prostym hydrolitycznym zerwaniu wiązań fosforanowych (ATP), otrzymana energia nie będzie dostępna dla komórki, w tym przypadku energia zostanie zmarnowana w postaci ciepła.

Proces ten składa się z dwóch następujących po sobie etapów. W każdym takim etapie zaangażowany jest produkt pośredni, który jest oznaczony jako HF. W poniższych równaniach X i Y oznaczają dwie zupełnie różne substancje organiczne, litera F oznacza fosforan, a skrót ADP oznacza difosforan adenozyny.

Normalizacja przemiany materii – termin ten na stałe zagościł w naszym życiu, ponadto stał się wyznacznikiem prawidłowej masy ciała, gdyż zaburzenia przemiany materii w organizmie czy przemianie materii często kojarzone są z przyrostem masy ciała, nadwagą, otyłością lub jej niedoborem. Możliwe jest ujawnienie szybkości procesów metabolicznych w organizmie dzięki badaniu na podstawie metabolizmu.

Jaka jest główna giełda?! Jest to taki wskaźnik intensywności produkcji energii przez organizm. To badanie przeprowadza się rano na czczo, podczas bierności, czyli w spoczynku. Wykwalifikowana osoba mierzy pobór tlenu (O2) oraz wydalanie przez organizm (CO2). Porównując dane, dowiadują się, ile procent organizm spala napływające składniki odżywcze.

Również na aktywność procesów metabolicznych ma wpływ układ hormonalny, tarczyca i gruczoły dokrewne, dlatego też określając leczenie chorób związanych z przemianą materii, lekarze starają się również określić i uwzględnić poziom pracy tych hormonów w organizmie. krwi i chorób tych układów, które są dostępne.

Podstawowe metody badania procesów metabolicznych

Badając procesy metabolizmu jednego (dowolnego) składnika odżywczego, obserwuje się wszystkie jego zmiany (które mu się przytrafiły) od jednej formy, która dostała się do organizmu, do stanu końcowego, w którym jest wydalana z organizmu.

Metody badania metabolizmu są dziś niezwykle różnorodne. Ponadto stosuje się do tego szereg metod biochemicznych. Jedną z metod badania metabolizmu jest sposób wykorzystania zwierząt lub narządy.

Badanemu zwierzęciu wstrzykuje się specjalną substancję, a następnie w jego moczu i kale wykrywa się ewentualne produkty przemian (metabolity) tej substancji. Najdokładniejsze informacje można uzyskać, badając procesy metaboliczne konkretnego narządu, takiego jak mózg, wątroba czy serce. Aby to zrobić, substancja ta jest wstrzykiwana do krwi, po czym metabolity pomagają zidentyfikować ją we krwi pochodzącej z tego narządu.

Ta procedura jest bardzo skomplikowana i obarczona ryzykiem, ponieważ często przy takich metodach badawczych stosowana jest metoda cienkie pączki lub zrobić sekcje tych narządów. Takie skrawki umieszczane są w specjalnych inkubatorach, gdzie są przetrzymywane w temperaturze (zbliżonej do temperatury ciała) w specjalnych rozpuszczalnych substancjach z dodatkiem substancji, której metabolizm jest badany.

Dzięki tej metodzie badań komórki nie są uszkadzane, dzięki temu, że skrawki są na tyle cienkie, że substancja łatwo i swobodnie wnika do komórek, a następnie je opuszcza. Zdarza się, że występują trudności spowodowane powolnym przejściem specjalnej substancji przez błony komórkowe.

W takim przypadku zwykle niszczą membrany zmiażdżyć tkankę, aby specjalna substancja inkubowała kleik komórkowy. Takie eksperymenty dowiodły, że wszystkie żywe komórki organizmu są w stanie utlenić glukozę do dwutlenku węgla i wody, a jedynie komórki tkanki wątroby mogą syntetyzować mocznik.

Czy używamy komórek?

Ze względu na swoją strukturę komórki reprezentują bardzo złożony zorganizowany system. Powszechnie wiadomo, że komórka składa się z jądra, cytoplazmy, aw otaczającej ją cytoplazmie znajdują się małe ciała zwane organellami. Występują w różnych rozmiarach i teksturach.

Dzięki specjalnym technikom możliwe będzie homogenizowanie tkanek komórkowych, a następnie poddanie ich specjalnej separacji (wirowanie różnicowe), uzyskując w ten sposób preparaty, które będą zawierały tylko mitochondria, tylko mikrosomy, a także osocze lub klarowny płyn. Preparaty te inkubuje się oddzielnie ze związkiem, którego metabolizm badany jest w celu dokładnego określenia, które struktury subkomórkowe biorą udział w późniejszych przemianach.

Znane były przypadki, gdy początkowa reakcja rozpoczynała się w cytoplazmie, a jej produkt ulegał zmianom w mikrosomach, a następnie obserwowano zmiany w innych reakcjach z mitochondriami. Inkubacja badanej substancji z homogenatem tkankowym lub żywymi komórkami najczęściej nie ujawnia żadnych indywidualnych etapów związanych z metabolizmem. W zrozumieniu całego łańcucha zachodzących danych o zdarzeniach pomagają następujące po sobie eksperymenty, w których do inkubacji wykorzystywane są pewne struktury subkomórkowe.

Jak używać izotopów promieniotwórczych

Aby zbadać niektóre procesy metaboliczne substancji, konieczne jest:

stosować metody analityczne do oznaczania danej substancji i jej metabolitów;
konieczne jest stosowanie takich metod, które pomogą odróżnić wprowadzoną substancję od tej samej substancji, ale już obecnej w tym preparacie.

Spełnienie tych wymagań było główną przeszkodą podczas badania procesów metabolicznych w organizmie, aż do czasu odkrycia izotopów promieniotwórczych oraz radioaktywnego węglowodanu 14C. A wraz z pojawieniem się 14C i przyrządów umożliwiających pomiar nawet słabej radioaktywności wszystkie powyższe trudności dobiegły końca. Potem, jak mówią, rzeczy z pomiarem procesów metabolicznych poszły w górę.

Teraz, gdy znakowany kwas tłuszczowy 14C jest dodawany do specjalnego preparatu biologicznego (na przykład zawiesiny mitochondriów), to po tym nie są potrzebne żadne specjalne analizy w celu określenia produktów wpływających na jego przemianę. Aby dowiedzieć się, jaki jest stopień wykorzystania, teraz można po prostu zmierzyć radioaktywność sekwencyjnie otrzymanych frakcji mitochondriów.

Ta technika pomaga nie tylko zrozumieć, jak normalizować metabolizm, ale także dzięki niej łatwo odróżnić eksperymentalnie cząsteczki wprowadzonego radioaktywnego kwasu tłuszczowego od cząsteczek kwasów tłuszczowych obecnych już w mitochondriach na samym początku eksperymentu.

Elektroforeza i ... chromatografia

Aby zrozumieć, co i jak normalizuje metabolizm, czyli jak normalizuje się metabolizm, konieczne jest również zastosowanie metod, które pomogą rozdzielić mieszaniny zawierające substancje organiczne w małych ilościach. Jedną z najważniejszych z tych metod, opartą na zjawisku adsorpcji, jest metoda chromatograficzna. Dzięki tej metodzie mieszanina składników zostaje rozdzielona.

W takim przypadku następuje rozdzielenie składników mieszaniny, które odbywa się albo przez adsorpcję na sorbencie, albo z powodu papieru. Podczas rozdzielania przez adsorpcję na sorbencie, to znaczy, gdy zaczynają wypełniać takie specjalne szklane rurki (kolumny), ze stopniową i późniejszą elucją, to znaczy z późniejszym wypłukiwaniem każdego z dostępnych składników.

Metoda separacji elektroforetycznej zależy bezpośrednio od obecności znaków, a także liczby zjonizowanych ładunków cząsteczek. Elektroforezę przeprowadza się również na niektórych nieaktywnych nośnikach, takich jak celuloza, kauczuk, skrobia, czy wreszcie na papierze.

Jedną z najbardziej czułych i wydajnych metod rozdzielania mieszanin jest chromatografia gazowa. Ta metoda separacji jest stosowana tylko wtedy, gdy substancje potrzebne do separacji znajdują się w stanie gazowym lub np. mogą przejść w ten stan w dowolnym momencie.

Jak uwalniane są enzymy?

Aby dowiedzieć się, jak izoluje się enzymy, w tym celu należy zrozumieć, że jest to ostatnie miejsce w tej serii: zwierzę, następnie narząd, następnie wycinek tkanki, a następnie frakcja organelli komórkowych i homogenat zajmują enzymy, które katalizują określoną reakcję chemiczną. Izolowanie enzymów w postaci oczyszczonej stało się ważnym kierunkiem w badaniu procesów metabolicznych.

Połączenie i połączenie powyższych metod umożliwiło główne szlaki metaboliczne większości organizmów zamieszkujących naszą planetę, w tym człowieka. Ponadto metody te pomogły w ustaleniu odpowiedzi na pytanie, jak przebiegają procesy metaboliczne w organizmie, a także pozwoliły wyjaśnić systemowy charakter głównych etapów tych szlaków metabolicznych. Obecnie zbadano już ponad tysiąc wszelkiego rodzaju reakcji biochemicznych, a także enzymy biorące udział w tych reakcjach.

Ponieważ ATP jest niezbędny do pojawienia się jakiejkolwiek manifestacji w żywych komórkach, nie jest zaskakujące, że tempo procesów metabolicznych w komórkach tłuszczowych ma na celu przede wszystkim syntezę ATP. W tym celu stosuje się kolejne reakcje o różnym stopniu złożoności. Reakcje takie wykorzystują głównie chemiczną energię potencjalną, która zawarta jest w cząsteczkach tłuszczów (lipidów) i węglowodanów.

Procesy metaboliczne między węglowodanami a lipidami

Taki proces metaboliczny między węglowodanami a lipidami inaczej nazywany jest syntezą ATP, metabolizmem beztlenowym (czyli bez udziału tlenu).

Główną rolą lipidów i węglowodanów jest to, że to właśnie synteza ATP dostarcza prostszych związków, mimo że te same procesy zachodziły w najbardziej prymitywnych komórkach. Tylko w atmosferze pozbawionej tlenu niemożliwe było całkowite utlenienie tłuszczów i węglowodanów do dwutlenku węgla.

Nawet w tych najbardziej prymitywnych komórkach zastosowano te same procesy i mechanizmy, dzięki którym przeorganizowano samą strukturę cząsteczki glukozy, która syntetyzowała niewielkie ilości ATP. W inny sposób takie procesy w mikroorganizmach nazywane są fermentacją. Do tej pory szczególnie dobrze zbadano „fermentację” glukozy do stanu alkoholu etylowego i dwutlenku węgla w drożdżach.

Aby zakończyć te wszystkie przemiany i uformować szereg produktów pośrednich, konieczne było przeprowadzenie jedenastu kolejnych reakcji, które ostatecznie przedstawiły szereg produktów pośrednich (fosforanów), czyli estrów kwasu fosforowego. Ta grupa fosforanowa została przeniesiona do difosforanu adenozyny (ADP), a także z utworzeniem ATP. Tylko dwie cząsteczki odpowiadały za wydajność netto ATP (dla każdej cząsteczki glukozy wytworzonej w procesie fermentacji). Podobne procesy obserwowano również we wszystkich żywych komórkach ciała, które dostarczały energii tak niezbędnej do normalnego funkcjonowania. Takie procesy bardzo często nazywane są oddychaniem beztlenowym, chociaż nie jest to do końca poprawne.

Zarówno u ssaków, jak i u ludzi proces ten nazywany jest glikolizą, a jego produktem końcowym jest kwas mlekowy, a nie CO2 (dwutlenek węgla) czy alkohol. Z wyjątkiem dwóch ostatnich etapów, cała sekwencja reakcji glikolizy jest uważana za niemal identyczną z procesem zachodzącym w komórkach drożdży.

Metabolizm jest tlenowy, co oznacza wykorzystanie tlenu

Oczywiście wraz z pojawieniem się tlenu w atmosferze, dzięki fotosyntezie roślin, dzięki matce naturze, pojawił się mechanizm, który umożliwił całkowite utlenienie glukozy do wody i CO2. Taki proces tlenowy pozwolił na uwolnienie netto ATP (z trzydziestu ośmiu cząsteczek, w przeliczeniu na każdą cząsteczkę glukozy, tylko utlenione).

Taki proces wykorzystywania tlenu przez komórki do powstawania związków bogatych w energię nazywany jest dziś oddychaniem tlenowym, komórkowym. Oddychanie takie jest realizowane przez enzymy cytoplazmatyczne (w przeciwieństwie do oddychania beztlenowego), a procesy oksydacyjne zachodzą w mitochondriach.

W tym przypadku kwas pirogronowy, który jest produktem pośrednim, po utworzeniu w fazie beztlenowej jest następnie utleniany do stanu CO2 w ciągu sześciu reakcji, w których w każdej reakcji para elektronów jest przenoszona do akceptora, wspólnego koenzym dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy, w skrócie NAD. Ta sekwencja reakcji nazywana jest cyklem kwasu trikarboksylowego, a także cyklem kwasu cytrynowego lub cyklem Krebsa, co prowadzi do tego, że każda cząsteczka glukozy tworzy dwie cząsteczki kwasu pirogronowego. Podczas tej reakcji dwanaście par elektronów oddala się od cząsteczki glukozy w celu jej dalszego utlenienia.

W trakcie działania źródła energii... działają lipidy

Okazuje się, że kwasy tłuszczowe mogą pełnić rolę źródła energii, podobnie jak węglowodany. Reakcja utleniania kwasów tłuszczowych zachodzi dzięki sekwencji odszczepiania od kwasu tłuszczowego (a raczej jego cząsteczki) dwuwęglowego fragmentu z pojawieniem się acetylo-koenzymu A (innymi słowy jest to acetylo-CoA) i przeniesienie równoczesnych dwóch par elektronów do samego łańcucha ich przenoszenia.

Zatem powstały acetylo-CoA jest tym samym składnikiem cyklu kwasu trikarboksylowego, którego dalszy los nie różni się zbytnio od acetylo-CoA, który jest dostarczany poprzez metabolizm węglowodanów. Oznacza to, że mechanizmy syntetyzujące ATP podczas utleniania zarówno metabolitów glukozy, jak i kwasów tłuszczowych są niemal identyczne.

Jeżeli energia dostarczana organizmowi jest uzyskiwana praktycznie tylko dzięki jednemu procesowi utleniania kwasów tłuszczowych (np. podczas głodu, przy chorobie typu cukrzyca itp.), to w tym przypadku intensywność pojawiania się -CoA przekroczy intensywność jego utleniania w samym cyklu kwasu trikarboksylowego. W takim przypadku cząsteczki acetylo-CoA (które będą zbędne) zaczną ze sobą reagować. Dzięki temu procesowi pojawią się kwasy acetylooctowy i b-hydroksymasłowy. Ta kumulacja może powodować ketozę, rodzaj kwasicy, która może prowadzić do ciężkiej cukrzycy, a nawet śmierci.

Dlaczego rezerwy energii?

Aby w jakiś sposób uzyskać dodatkowy zapas energii, na przykład dla zwierząt, które odżywiają się nieregularnie, a nie systematycznie, po prostu muszą jakoś zaopatrzyć się w niezbędną energię. Taki zapasy energii są generowane przez zapasy żywności, do którego wszystko jedno tłuszcze i węglowodany.

Okazało się, kwasy tłuszczowe mogą być magazynowane w postaci tłuszczów obojętnych, które znajdują się zarówno w tkance tłuszczowej, jak iw wątrobie . A węglowodany, gdy dostaną się do przewodu pokarmowego w dużych ilościach, zaczynają hydrolizować do glukozy i innych cukrów, które po wejściu do wątroby są syntetyzowane w glukozę. I natychmiast gigantyczny polimer zaczyna być syntetyzowany z glukozy poprzez łączenie reszt glukozy, a także przez odszczepianie cząsteczek wody.

Czasami resztkowa ilość glukozy w cząsteczkach glikogenu sięga 30 000. A jeśli istnieje zapotrzebowanie na energię, glikogen ponownie zaczyna rozkładać się na glukozę podczas reakcji chemicznej, której produktem jest fosforan glukozy. Fosforan ten wchodzi na szlak procesu glikolizy, który jest częścią szlaku odpowiedzialnego za utlenianie glukozy. Fosforan glukozy może również ulegać reakcji hydrolizy w samej wątrobie, a tak powstała glukoza jest dostarczana do komórek organizmu wraz z krwią.

Jak przebiega synteza węglowodanów do lipidów?

Uwielbiasz węglowodany? Okazuje się, że jeśli ilość węglowodanów otrzymywanych jednorazowo z pożywieniem przekracza dopuszczalną stawkę, w takim przypadku węglowodany trafiają do „rezerwy” w postaci glikogenu, czyli nadmiar pokarmu węglowodanowego zamienia się w tłuszcze. Najpierw acetylo-CoA powstaje z glukozy, a następnie zaczyna być syntetyzowany w cytoplazmie komórki dla długołańcuchowych kwasów tłuszczowych.

Ten proces „transformacji” można opisać jako normalny proces utleniania komórek tłuszczowych. Następnie kwasy tłuszczowe zaczynają się osadzać w postaci trójglicerydów, czyli neutralnych tłuszczów, które osadzają się (głównie w obszarach problematycznych) w różnych częściach ciała.

Jeśli organizm pilnie potrzebuje energii, do krwioobiegu zaczynają przedostawać się neutralne tłuszcze ulegające hydrolizie, a także kwasy tłuszczowe. Tutaj są nasycone cząsteczkami albuminy i globuliny, czyli białkami osocza, a następnie zaczynają być wchłaniane przez inne, bardzo różne komórki. Zwierzęta nie mają takiego mechanizmu, który może syntetyzować z glukozy i kwasów tłuszczowych, ale mają je rośliny.

Synteza związków zawierających azot

U zwierząt aminokwasy są wykorzystywane nie tylko do biosyntezy białek, ale także jako materiał wyjściowy gotowy do syntezy niektórych związków zawierających azot. Aminokwas taki jak tyrozyna staje się prekursorem takich hormonów jak noradrenalina i adrenalina. A glicerol (najprostszy aminokwas) służy jako materiał wyjściowy do biosyntezy puryn, które są częścią kwasu nukleinowego, a także porfiryn i cytochromów.

Prekursorem pirymidyn kwasu nukleinowego jest kwas asparaginowy, a grupa metioninowa zaczyna być przenoszona podczas syntezy kreatyny, sarkozyny i choliny. Prekursorem kwasu nikotynowego jest tryptofan, az waliny (powstającej w roślinach) można syntetyzować taką witaminę jak kwas pantotenowy. A to tylko niektóre przykłady zastosowania syntezy związków zawierających azot.

Jak zachodzi metabolizm lipidów

Zwykle lipidy dostają się do organizmu w postaci trójglicerydów kwasów tłuszczowych. Dostając się do jelita pod wpływem enzymów wytwarzanych przez trzustkę, zaczynają ulegać hydrolizie. Tutaj są ponownie syntetyzowane jako obojętne tłuszcze, po czym dostają się do wątroby lub krwi, a także mogą być odkładane jako rezerwa w tkance tłuszczowej.

Powiedzieliśmy już, że kwasy tłuszczowe można również resyntetyzować z wcześniej pojawiających się prekursorów węglowodanów. Należy również zauważyć, że pomimo tego, że w komórkach zwierzęcych można zaobserwować jednoczesną inkluzję jednego wiązania podwójnego w cząsteczkach długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Komórki te nie mogą zawierać drugiego, a nawet trzeciego wiązania podwójnego.

A ponieważ kwasy tłuszczowe z trzema i dwoma podwójnymi wiązaniami odgrywają ważną rolę w procesach metabolicznych zwierząt (w tym ludzi), w swej istocie są ważnymi składnikami odżywczymi, można powiedzieć witaminami. Dlatego linolenowy (C18:3) i linolowy (C18:2) są również nazywane niezbędnymi nienasyconymi kwasami tłuszczowymi. Stwierdzono również, że w komórkach podwójne czwarte wiązanie może być również zawarte w kwasie linolenowym. Ze względu na wydłużenie łańcucha węglowego może pojawić się kolejny ważny uczestnik reakcji metabolicznych kwas arachidonowy ( S20:4).

Podczas syntezy lipidów można zaobserwować reszty kwasów tłuszczowych, które są związane z koenzymem A. W wyniku syntezy reszty te są przenoszone do estru glicerofosforanowego glicerolu i kwasu fosforowego. W wyniku tej reakcji powstaje związek kwasu fosfatydowego, gdzie jednym z jego związków jest glicerol estryfikowany kwasem fosforowym, a dwoma pozostałymi kwasy tłuszczowe.

Wraz z pojawieniem się tłuszczów obojętnych, kwas fosforowy zostanie usunięty na drodze hydrolizy, a w jego miejsce pojawi się kwas tłuszczowy, który pojawił się w wyniku reakcji chemicznej z acylo-CoA. Sam koenzym A może pochodzić z jednej z witamin kwasu pantotenowego. Cząsteczka ta zawiera grupę sulfhydrylową, która reaguje z kwasami z pojawieniem się tioestrów. Z kolei fosfolipidowy kwas fosfatydowy reaguje z zasadami azotowymi, takimi jak seryna, cholina i etanoloamina.

Zatem wszystkie steroidy znajdujące się w organizmie ssaków (z wyjątkiem witaminy D) mogą być samodzielnie syntetyzowane przez sam organizm.

Jak przebiega metabolizm białek?

Udowodniono, że białka obecne we wszystkich żywych komórkach składają się z dwudziestu jeden rodzajów aminokwasów, które są połączone w różne sekwencje. Aminokwasy te są syntetyzowane przez organizmy. Taka synteza zwykle prowadzi do pojawienia się α-ketokwasu. Mianowicie kwas a-keto lub kwas a-ketoglutarowy bierze udział w syntezie azotu.

Organizmowi ludzkiemu, podobnie jak organizmowi wielu zwierząt, udało się zachować zdolność syntezy wszystkich dostępnych aminokwasów (z wyjątkiem kilku aminokwasów egzogennych), które muszą być dostarczane z pożywieniem.

Jak zachodzi synteza białek

Proces ten zwykle przebiega w następujący sposób. Każdy aminokwas w cytoplazmie komórki reaguje z ATP, a następnie przyłącza się do końcowej grupy cząsteczki kwasu rybonukleinowego, która jest specyficzna dla tego aminokwasu. Następnie skomplikowana cząsteczka jest łączona z rybosomem, określonym w pozycji bardziej wydłużonej cząsteczki kwasu rybonukleinowego, która jest połączona z rybosomem.

Po ustawieniu wszystkich złożonych cząsteczek powstaje luka między aminokwasem a kwasem rybonukleinowym, rozpoczyna się synteza sąsiednich aminokwasów iw ten sposób powstaje białko. Normalizacja metabolizmu następuje dzięki harmonijnej syntezie procesów metabolicznych białko-węglowodan-tłuszcz.

Czym więc jest metabolizm organiczny?

Aby lepiej zrozumieć i zrozumieć procesy metaboliczne, a także przywrócić zdrowie i poprawić metabolizm, konieczne jest przestrzeganie poniższych zaleceń dotyczących normalizacji i przywrócenia metabolizmu.

Ważne jest, aby zrozumieć, że procesów metabolicznych nie można odwrócić. Rozpad substancji nigdy nie przebiega prostą drogą odwracania reakcji syntezy. Inne enzymy, jak również niektóre produkty pośrednie, z konieczności biorą udział w tym rozpadzie. Bardzo często procesy skierowane w różnych kierunkach zaczynają zachodzić w różnych przedziałach komórki. Na przykład kwasy tłuszczowe mogą być syntetyzowane w cytoplazmie komórki pod wpływem jednego określonego zestawu enzymów, podczas gdy proces utleniania w mitochondriach może zachodzić z zupełnie innym zestawem.
W żywych komórkach organizmu obserwuje się wystarczającą ilość enzymów, aby przyspieszyć proces reakcji metabolicznych, ale mimo to procesy metaboliczne nie zawsze przebiegają szybko, co wskazuje na istnienie w naszych komórkach pewnych mechanizmów regulacyjnych, które wpływają na procesy metaboliczne . Do tej pory odkryto już niektóre typy takich mechanizmów.
Jednym z czynników wpływających na zmniejszenie tempa procesów metabolicznych danej substancji jest wnikanie tej substancji do samej komórki. Dlatego regulacja procesów metabolicznych może być ukierunkowana na ten czynnik. Na przykład, jeśli weźmiemy insulinę, której funkcja, jak wiemy, jest związana z ułatwianiem przenikania glukozy do wszystkich komórek. Szybkość „transformacji” glukozy w tym przypadku będzie zależała od szybkości, z jaką się ona pojawiła. Jeśli weźmiemy pod uwagę wapń i żelazo, kiedy dostają się do krwi z jelit, to szybkość reakcji metabolicznych w tym przypadku będzie zależała od wielu, w tym procesów regulacyjnych.
Niestety, nie wszystkie substancje mogą swobodnie przemieszczać się z jednego przedziału komórkowego do drugiego. Istnieje również założenie, że transfer wewnątrzkomórkowy jest stale kontrolowany przez pewne hormony steroidowe.
Naukowcy zidentyfikowali dwa typy serwomechanizmów, które odpowiadają za ujemne sprzężenie zwrotne w procesach metabolicznych.
Nawet u bakterii odnotowano przykłady świadczące o obecności pewnego rodzaju następujących po sobie reakcji. Na przykład biosynteza jednego z enzymów tłumi aminokwasy, które są tak niezbędne do uzyskania tego aminokwasu.
Badając poszczególne przypadki reakcji metabolicznych stwierdzono, że enzym, którego biosynteza została zaburzona, odpowiada za główny etap szlaku metabolicznego prowadzącego do syntezy aminokwasu.
Ważne jest, aby zrozumieć, że niewielka liczba cegiełek bierze udział w procesach metabolicznych i biosyntetycznych, z których każdy zaczyna być wykorzystywany do syntezy wielu związków. Do tych związków należą: acetylokoenzym A, glicyna, glicerofosforan, fosforan karbamylu i inne. Z tych małych składników budowane są następnie złożone i różnorodne związki, które można zaobserwować w organizmach żywych.
Bardzo rzadko proste związki organiczne są bezpośrednio zaangażowane w procesy metaboliczne. Takie związki, aby wykazać swoją aktywność, będą musiały dołączyć do jakiegoś szeregu związków, które aktywnie biorą udział w procesach metabolicznych. Na przykład glukoza może rozpocząć procesy utleniania dopiero po zestryfikowaniu kwasem fosforowym, a dla innych późniejszych przemian będzie musiała zostać zestryfikowana difosforanem urydyny.
Jeśli weźmiemy pod uwagę kwasy tłuszczowe, to one również nie mogą brać udziału w przemianach metabolicznych, o ile tworzą estry z koenzymem A. Jednocześnie każdy aktywator zostaje powiązany z jednym z nukleotydów wchodzących w skład kwasu rybonukleinowego lub powstałych z czego - witamina. Dlatego staje się jasne, dlaczego potrzebujemy witamin tylko w małych ilościach. Są zużywane przez koenzymy, przy czym każda cząsteczka koenzymu jest używana kilka razy w ciągu swojego życia, w przeciwieństwie do składników odżywczych, których cząsteczki są używane raz (na przykład cząsteczki glukozy).

I ostatni! Kończąc ten temat, naprawdę chcę powiedzieć, że sam termin „metabolizm”, jeśli wcześniej oznaczał syntezę białek, węglowodanów i tłuszczów w organizmie, teraz jest używany jako określenie kilku tysięcy reakcji enzymatycznych, które mogą reprezentować ogromną sieć połączonych ze sobą szlaków metabolicznych.

W kontakcie z

Metabolizm. procesy metaboliczne.

Wymiana substancji i energii (metabolizm) odbywa się na wszystkich poziomach organizmu: komórkowym, tkankowym i organizmu. Zapewnia stałość środowiska wewnętrznego organizmu – homeostazę – w ciągle zmieniających się warunkach egzystencji. W komórce zachodzą jednocześnie dwa procesy - jest to metabolizm plastyczny (anabolizm lub asymilacja) oraz metabolizm energetyczny (fatabolizm lub dysymilacja).

Metabolizm plastyczny to zespół reakcji biosyntezy, czyli tworzenia złożonych cząsteczek z prostych. Białka są stale syntetyzowane w komórce z aminokwasów, tłuszcze z glicerolu i kwasów tłuszczowych, węglowodany z monosacharydów, nukleotydy z zasad azotowych i cukrów. Reakcje te zachodzą z wydatkami energetycznymi. Zużyta energia jest uwalniana w trakcie wymiany energii. Metabolizm energetyczny to zespół reakcji rozkładu złożonych związków organicznych na prostsze cząsteczki. Część uwolnionej w tym przypadku energii idzie na syntezę bogatych w energię cząsteczek ATP (kwas adenozynotrójfosforowy). Rozkład substancji organicznych odbywa się w cytoplazmie i mitochondriach przy udziale tlenu. Reakcje asymilacji i dysymilacji są ściśle powiązane ze sobą oraz ze środowiskiem zewnętrznym. Organizm otrzymuje składniki odżywcze ze środowiska zewnętrznego. Substancje odpadowe są uwalniane do środowiska zewnętrznego.

Enzymy (enzymy) to specyficzne białka, biologiczne katalizatory przyspieszające reakcje metaboliczne w komórce. Wszystkie procesy w żywym organizmie przebiegają bezpośrednio lub pośrednio przy udziale enzymów. Enzym katalizuje tylko jedną reakcję lub działa tylko na jeden rodzaj wiązań. Zapewnia to precyzyjną regulację wszystkich procesów życiowych (oddychanie, trawienie, fotosynteza itp.) zachodzących w komórce lub organizmie. W cząsteczce każdego enzymu znajduje się miejsce, które nawiązuje kontakt między cząsteczkami enzymu a określoną substancją (substratem). Aktywnym centrum enzymu jest grupa funkcyjna (na przykład grupa OH - seryna) lub oddzielny aminokwas.

Szybkość reakcji enzymatycznych zależy od wielu czynników: temperatury, ciśnienia, kwasowości podłoża, obecności inhibitorów itp.

Etapy metabolizmu energetycznego:

Przygotowawczy- Występuje w cytoplazmie komórek. Pod działaniem enzymów polisacharydy rozkładają się na monosacharydy (glukozę, fruktozę itp.), Tłuszcze rozkładają się na glicerol i kwasy tłuszczowe, białka na aminokwasy, kwasy nukleinowe na nukleotydy. Uwalnia to niewielką ilość energii, która jest rozpraszana w postaci ciepła.
anoksyczny(oddychanie beztlenowe lub glikoliza) - wieloetapowy rozkład glukozy bez udziału tlenu. Nazywa się to fermentacją. W mięśniach w wyniku oddychania beztlenowego cząsteczka glukozy rozpada się na dwie cząsteczki kwasu lirogronowego (C 3 H 4 O 3), które następnie ulegają redukcji do kwasu mlekowego (C 3 H 6 O 3). Kwas fosforowy i ADP biorą udział w rozkładzie glukozy.
Całkowite równanie tego etapu: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 RO 4 + 2ADP -> 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O
U grzybów drożdżowych cząsteczka glukozy bez udziału tlenu jest przekształcana w alkohol etylowy i dwutlenek węgla (fermentacja alkoholowa). U innych mikroorganizmów glikoliza może zakończyć się utworzeniem acetonu, kwasu octowego itp. Gdy rozpada się jedna cząsteczka glukozy, powstają dwie cząsteczki ATP, w których wiązaniach magazynowane jest 40% energii, reszta energii jest rozpraszane w postaci ciepła.
Oddychanie tlenem- stadium oddychania tlenowego czyli tlenowego, rozszczepienia, które zachodzi na fałdach błony wewnętrznej mitochondriów - cristae. Na tym etapie substancje z poprzedniego etapu rozkładają się na końcowe produkty rozkładu - wodę i dwutlenek węgla. W wyniku rozszczepienia dwóch cząsteczek kwasu mlekowego powstaje 36 cząsteczek ATP. Głównym warunkiem prawidłowego przebiegu rozkładu tlenu jest integralność błon mitochondrialnych. Oddychanie tlenowe jest głównym etapem zaopatrywania komórki w tlen. Jest 20 razy skuteczniejszy niż etap beztlenowy.
Ogólne równanie rozszczepienia tlenu: 2C 3 H 6 0 3 + 60 2 + 36H 3 PO 4 + 36ADP -> 6CO 2 + 38H 2O + 36ATP

Zgodnie z metodą pozyskiwania energii wszystkie organizmy dzielą się na dwie grupy - autotroficzną i heterotroficzną.

Metabolizm energetyczny w komórkach tlenowych roślin, grzybów i zwierząt przebiega w ten sam sposób. Świadczy to o ich związku. Liczba mitochondriów w komórkach tkankowych jest różna, zależy od czynności funkcjonalnej komórek. Na przykład w komórkach mięśniowych jest wiele mitochondriów.

Rozkład tłuszczów na glicerol i kwasy tłuszczowe przeprowadzają enzymy - lipazy. Białka są najpierw rozkładane na oligopeptydy, a następnie na aminokwasy.

Enzymy (z łac. „fermentum” – fermentacja, zakwas), enzymy, specyficzne białka zwiększające szybkość reakcji chemicznych w komórkach wszystkich żywych organizmów. Z natury chemicznej - białka, które mają optymalną aktywność przy określonym pH, obecność niezbędnych koenzymów i kofaktorów oraz brak inhibitorów. Enzymy są również nazywane biokatalizatorami przez analogię do katalizatorów w chemii. Każdy rodzaj enzymu katalizuje przemianę określonych substancji (substratów), czasem tylko jednej substancji w jednym kierunku. Dlatego liczne reakcje biochemiczne w komórkach są przeprowadzane przez ogromną liczbę różnych enzymów. Dzieli się je na 6 klas: oksydoreduktazy, transferazy, hydrolazy, liazy, izomerazy i ligazy. Wiele enzymów wyizolowano z żywych komórek i otrzymano w postaci krystalicznej (po raz pierwszy w 1926 r.).

Rola enzymów w organizmie

Enzymy biorą udział w realizacji wszystkich procesów metabolicznych, w realizacji informacji genetycznej. Trawienie i przyswajanie składników odżywczych, synteza i rozkład białek, kwasów nukleinowych, tłuszczów, węglowodanów i innych związków w komórkach i tkankach wszystkich organizmów - wszystkie te procesy są niemożliwe bez udziału enzymów. Wszelkie przejawy funkcji żywego organizmu - oddychanie, skurcz mięśni, aktywność neuropsychiczna, rozmnażanie itp. - zapewnia działanie enzymów. O indywidualnych cechach komórek pełniących określone funkcje w dużej mierze decyduje unikalny zestaw enzymów, których produkcja jest zaprogramowana genetycznie. Brak choćby jednego enzymu lub jego defekt może prowadzić do poważnych negatywnych konsekwencji dla organizmu.

Właściwości katalityczne enzymów

Enzymy są najbardziej aktywne spośród wszystkich znanych katalizatorów. Większość reakcji w komórce przebiega miliony i miliardy razy szybciej, niż gdyby zachodziły bez enzymów. Tak więc jedna cząsteczka enzymu katalazy jest w stanie w ciągu sekundy przekształcić do 10 tysięcy cząsteczek nadtlenku wodoru, toksycznego dla komórek, powstającego podczas utleniania różnych związków, w wodę i tlen. Właściwości katalityczne enzymów wynikają z ich zdolności do znacznego zmniejszania energii aktywacji związków wchodzących w reakcję, czyli w obecności enzymów potrzeba mniej energii do „rozpoczęcia” tej reakcji.

Historia odkrycia enzymów

Procesy zachodzące z udziałem enzymów znane są człowiekowi od czasów starożytnych, ponieważ przygotowanie chleba, sera, wina i octu opiera się na procesach enzymatycznych. Ale dopiero w 1833 r. po raz pierwszy wyizolowano z kiełkujących ziaren jęczmienia substancję czynną, która przekształca skrobię w cukier i nazwano ją diastazą (obecnie enzym ten nazywa się amylazą). Pod koniec XIX wieku udowodniono, że sok uzyskany przez wcieranie komórek drożdży zawiera złożoną mieszaninę enzymów, które zapewniają proces fermentacji alkoholowej. Od tego czasu rozpoczęto intensywne badania enzymów – ich budowy i mechanizmu działania. Ponieważ rola biokatalizy została ujawniona w badaniu fermentacji, to właśnie z tym procesem związane były dwa procesy, które zostały ustalone od XIX wieku. nazwy to „enzym” (przetłumaczone z greckiego „z drożdży”) i „enzym”. To prawda, że \u200b\u200bostatni synonim jest używany tylko w literaturze rosyjskojęzycznej, chociaż kierunek naukowy zajmujący się badaniem enzymów i procesów z ich udziałem jest tradycyjnie nazywany enzymologią. W pierwszej połowie XX wieku stwierdzono, że enzymy są białkami z natury chemicznej, aw drugiej połowie stulecia dla wielu setek enzymów ustalono już sekwencję reszt aminokwasowych i ustalono strukturę przestrzenną. W 1969 roku po raz pierwszy przeprowadzono chemiczną syntezę enzymu rybonukleazy. Poczyniono ogromne postępy w zrozumieniu mechanizmu działania enzymów.

Lokalizacja enzymów w organizmie

W komórce część enzymów znajduje się w cytoplazmie, ale większość enzymów jest związana z określonymi strukturami komórkowymi, gdzie przejawiają swoje działanie. W jądrze znajdują się na przykład enzymy odpowiedzialne za replikację - syntezę DNA (polimeraza DNA), za jego transkrypcję - tworzenie RNA (polimeraza RNA). W mitochondriach znajdują się enzymy odpowiedzialne za gromadzenie energii, w lizosomach większość enzymów hydrolitycznych biorących udział w rozkładzie kwasów nukleinowych i białek.

Warunki działania enzymów

Wszystkie reakcje z udziałem enzymów przebiegają głównie w środowisku obojętnym, lekko zasadowym lub lekko kwaśnym. Jednak maksymalna aktywność każdego pojedynczego enzymu pojawia się przy ściśle określonych wartościach pH. Dla działania większości enzymów u zwierząt stałocieplnych najkorzystniejsza jest temperatura 37-40oC. W roślinach w temperaturach poniżej 0 o C działanie enzymów nie ustaje całkowicie, chociaż aktywność życiowa roślin gwałtownie spada. Procesy enzymatyczne z reguły nie mogą przebiegać w temperaturach powyżej 70 o C, ponieważ enzymy, jak wszystkie białka, podlegają denaturacji termicznej (zniszczeniu strukturalnemu).

Wielkości enzymów i ich budowa

Masa cząsteczkowa enzymów, podobnie jak wszystkich innych białek, mieści się w przedziale 10 tysięcy - 1 milion (ale może być więcej). Mogą składać się z jednego lub więcej łańcuchów polipeptydowych i mogą być białkami złożonymi. W skład tego ostatniego, wraz ze składnikiem białkowym (apoenzymem), wchodzą związki niskocząsteczkowe – koenzymy (kofaktory, koenzymy), w tym jony metali, nukleotydy, witaminy i ich pochodne. Niektóre enzymy powstają w postaci nieaktywnych prekursorów (proenzymów) i stają się aktywne po pewnych zmianach w strukturze cząsteczki, np. po odcięciu od niej małego fragmentu. Należą do nich enzymy trawienne trypsyna i chymotrypsyna, które są syntetyzowane przez komórki trzustki w postaci nieaktywnych prekursorów (trypsynogenu i chymotrypsynogenu) i uzyskują aktywność w jelicie cienkim jako część soku trzustkowego. Wiele enzymów tworzy tak zwane kompleksy enzymatyczne. Takie kompleksy są na przykład osadzone w błonach komórkowych lub organellach komórkowych i biorą udział w transporcie substancji.

Substancja (substrat) ulegająca przemianie wiąże się z określonym miejscem enzymu, czyli centrum aktywnym, które tworzą boczne łańcuchy aminokwasów, które często znajdują się w znacznie oddalonych od siebie odcinkach łańcucha polipeptydowego. Na przykład centrum aktywne cząsteczki chymotrypsyny tworzą reszty histydyny znajdujące się w łańcuchu polipeptydowym w pozycji 57, seryny w pozycji 195 i kwasu asparaginowego w pozycji 102 (w cząsteczce chymotrypsyny jest 245 aminokwasów). Tak więc złożone układanie łańcucha polipeptydowego w cząsteczce białka - enzym daje możliwość, aby kilka łańcuchów bocznych aminokwasów znajdowało się w ściśle określonym miejscu iw pewnej odległości od siebie. Koenzymy są również częścią centrum aktywnego (część białkowa i składnik niebiałkowy osobno nie mają aktywności enzymatycznej i nabywają właściwości enzymu dopiero po połączeniu).

Przebieg procesów z udziałem enzymów

Większość enzymów charakteryzuje się wysoką specyficznością (selektywnością) działania, gdy konwersję każdego reagenta (substratu) w produkt reakcji przeprowadza specjalny enzym. W takim przypadku działanie enzymu może być ściśle ograniczone do jednego substratu. Na przykład enzym ureaza, który bierze udział w rozkładaniu mocznika na amoniak i dwutlenek węgla, nie reaguje na metylomocznik, który ma podobną strukturę. Wiele enzymów działa na kilka strukturalnie powiązanych związków lub na jeden typ wiązania chemicznego (na przykład enzym fosfataza, który rozszczepia wiązanie fosfodiestrowe). Enzym wykonuje swoje działanie poprzez tworzenie kompleksu enzym-substrat, który następnie rozkłada się, tworząc produkty reakcji enzymatycznej i uwalniając enzym. W wyniku powstania kompleksu enzym-substrat substrat zmienia swoją konfigurację; w tym przypadku przekształcane wiązanie enzym-chemiczne jest osłabione, a reakcja przebiega z mniejszym początkowym wydatkiem energetycznym, aw konsekwencji ze znacznie większą szybkością. Miarą szybkości reakcji enzymatycznej jest ilość substratu, który uległ przemianie w jednostce czasu lub ilość utworzonego produktu. Wiele reakcji enzymatycznych, w zależności od stężenia substratu i produktu reakcji w ośrodku, może przebiegać zarówno w kierunku do przodu, jak i w odwrotnym kierunku (nadmiar substratu przesuwa reakcję w kierunku tworzenia produktu, natomiast nadmierne nagromadzenie tego ostatniego spowoduje w syntezie substratu). Oznacza to, że reakcje enzymatyczne mogą być odwracalne. Na przykład anhydraza węglanowa we krwi przekształca pochodzący z tkanek dwutlenek węgla w kwas węglowy (H2CO3), natomiast w płucach katalizuje przemianę kwasu węglowego w wodę i dwutlenek węgla, który jest usuwany podczas wydechu. Należy jednak pamiętać, że enzymy, podobnie jak inne katalizatory, nie mogą przesunąć równowagi termodynamicznej reakcji chemicznej, a jedynie znacznie przyspieszyć osiągnięcie tej równowagi.

Nomenklatura nazw enzymów

Nazywając enzym ca, jako podstawę przyjmuje się nazwę substratu i dodaje się przyrostek „aza”. Pojawiły się więc w szczególności proteinazy - enzymy rozkładające białka (białka), lipazy (rozkładające lipidy lub tłuszcze) itp. Niektóre enzymy otrzymały specjalne (trywialne) nazwy, na przykład enzymy trawienne - pepsyna, chymotrypsyna i trypsyna.

W komórkach organizmu zachodzi kilka tysięcy różnych reakcji metabolicznych, a co za tym idzie tyle samo enzymów. W celu ujednolicenia tej różnorodności przyjęto międzynarodowe porozumienie w sprawie klasyfikacji enzymów. Zgodnie z tym systemem wszystkie enzymy, w zależności od rodzaju reakcji, które katalizują, podzielono na sześć głównych klas, z których każda obejmuje szereg podklas. Dodatkowo każdy enzym otrzymał czterocyfrowy kod (szyfr) oraz nazwę wskazującą na reakcję, którą katalizuje ten enzym. Enzymy, które katalizują tę samą reakcję w organizmach różnych gatunków, mogą znacznie różnić się budową białek, ale w nomenklaturze mają wspólną nazwę i jeden numer kodowy.

Choroby związane z upośledzoną produkcją enzymów

Brak lub spadek aktywności jakiegokolwiek enzymu (często nadmierna aktywność) u człowieka prowadzi do rozwoju chorób (enzymopatii) lub śmierci organizmu. Tak więc dziedziczna choroba dzieci - galaktozemia (prowadzi do upośledzenia umysłowego) - rozwija się w wyniku naruszenia syntezy enzymu odpowiedzialnego za przemianę galaktozy w łatwo przyswajalną glukozę. Przyczyną innej dziedzicznej choroby – fenyloketonurii, której towarzyszy zaburzenie psychiczne, jest utrata przez komórki wątroby zdolności do syntezy enzymu katalizującego konwersję aminokwasu fenyloalaniny do tyrozyny. Oznaczanie aktywności wielu enzymów we krwi, moczu, rdzeniu kręgowym, nasieniu i innych płynach ustrojowych służy do diagnozowania wielu chorób. Za pomocą takiej analizy surowicy krwi można wcześnie wykryć zawał mięśnia sercowego, wirusowe zapalenie wątroby, zapalenie trzustki, zapalenie nerek i inne choroby.

Stosowanie enzymów przez ludzi

Ponieważ enzymy zachowują swoje właściwości poza organizmem, są z powodzeniem stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Np. enzym proteolityczny papai (z soku z papai) – w browarnictwie, do zmiękczania mięsa; pepsyna – w produkcji „gotowych” zbóż oraz jako lek; trypsyna - w produkcji produktów do żywności dla niemowląt; podpuszczka (podpuszczka z żołądka cielęcia) - w produkcji sera. Katalaza jest szeroko stosowana w przemyśle spożywczym i gumowym, a celulaza i pektydaza, które rozkładają polisacharydy, są używane do klarowania soków owocowych. Enzymy są niezbędne przy ustalaniu struktury białek, kwasów nukleinowych i polisacharydów, w inżynierii genetycznej itp. Za pomocą enzymów uzyskuje się leki i złożone związki chemiczne.

Odkryto zdolność niektórych form kwasów rybonukleinowych (rybozymów) do katalizowania poszczególnych reakcji, czyli działania jako enzymy. Być może podczas ewolucji świata organicznego rybozymy służyły jako biokatalizatory, zanim funkcja enzymatyczna została przeniesiona na białka lepiej przystosowane do wykonywania tego zadania.

Metabolizm (z greckiego μεταβολή - „przemiana, zmiana”) lub metabolizm - zespół reakcji chemicznych zachodzących w żywym organizmie w celu podtrzymania życia. Procesy te pozwalają organizmom rosnąć i rozmnażać się, utrzymywać ich struktury i reagować na bodźce środowiskowe. Metabolizm dzieli się zwykle na dwa etapy: podczas katabolizmu złożone substancje organiczne ulegają rozkładowi do prostszych; w procesach anabolizmu kosztem energii syntetyzowane są substancje takie jak białka, cukry, lipidy i kwasy nukleinowe. Wymiana substancji zachodzi między komórkami ciała a płynem międzykomórkowym, którego stałość składu jest utrzymywana przez krążenie krwi: podczas przechodzenia krwi w naczyniach włosowatych przez przepuszczalne ściany naczyń włosowatych osocze krwi jest całkowicie odnawiane płynem śródmiąższowym 40 razy. Enzymy odgrywają ważną rolę w procesach metabolicznych, ponieważ: ----- działają jako biologiczne katalizatory i zmniejszają energię aktywacji reakcji chemicznej; ----- umożliwiają regulację szlaków metabolicznych w odpowiedzi na zmiany w środowisku komórki lub sygnały z innych komórek. ~~~~~~~~~~~ Katabolizm (z greckiego καταβολή, „upuszczanie, niszczenie”) lub metabolizm energetyczny to proces rozkładu metabolicznego, rozkładu na prostsze substancje (różnicowanie) lub utleniania substancji, zwykle zachodzący z uwalnianie energii w postaci ciepła oraz w postaci ATP. U podłoża dysymilacji leżą reakcje kataboliczne: utrata swoistości dla danego organizmu substancji złożonych w wyniku rozpadu do prostszych. Przykłady: konwersja etanolu poprzez etapy aldehydu octowego (etanal) i kwasu octowego (kwas etanowy) do dwutlenku węgla i wody, czyli proces glikolizy - przemiana glukozy do kwasu mlekowego lub kwasu pirogronowego, a następnie w cyklu oddechowym - ponownie do dwutlenku węgla i wody. ~~~~~~~~~~~ Anabolizm (z greckiego ἀναβολή, „wzrost”) lub przemiana plastyczna – zespół procesów chemicznych składających się na jedną ze stron przemian metabolicznych w organizmie, mających na celu tworzenie komórki i tkanki. Anabolizm łączy się z procesem przeciwnym – katabolizmem, ponieważ produkty rozpadu różnych związków mogą być ponownie wykorzystane podczas anabolizmu, tworząc nowe substancje w innych kombinacjach. Zachodzące w roślinach zielonych procesy anaboliczne z absorpcją energii słonecznej mają ogromne znaczenie dla utrzymania życia na poziomie planetarnym, odgrywając decydującą rolę w syntezie substancji organicznych z nieorganicznych. Anabolizm obejmuje procesy syntezy aminokwasów, monosacharydów, kwasów tłuszczowych, nukleotydów, polisacharydów, makrocząsteczek białkowych, kwasów nukleinowych, ATP. Ze składników odżywczych wchodzących do komórki budowane są białka, tłuszcze, węglowodany charakterystyczne dla organizmu, które z kolei przechodzą do tworzenia nowych komórek, ich narządów i substancji międzykomórkowej. ~~~~~~~~~~~ Asymilacja - zespół procesów anabolizmu (biosyntezy) w żywym organizmie, podczas których w jego skład wchodzą różne substancje. Synteza związków wielkocząsteczkowych (białek, kwasów nukleinowych, polisacharydów, lipidów). Niemożliwe bez energii. Substancje proste (złożone są początkowo rozbijane na proste), niespecyficzne dla żadnego organizmu, zamieniają się w związki złożone charakterystyczne dla tego typu związków (zasymilowane).

Instrukcja

W skład komórek wchodzą następujące związki chemiczne: organiczne (białka, węglowodany, tłuszcze i kwasy nukleinowe), nieorganiczne (woda, sole). Woda w komórkach może stanowić nawet 80%, jest niezbędna do wszystkich procesów życiowych i jest dobrym rozpuszczalnikiem. To tam zachodzą interakcje chemiczne. Woda pomaga również usuwać produkty rozkładu powstałe w wyniku zachodzących reakcji. Główne właściwości życiowe komórki to: biosynteza, rozkład związków organicznych, pobudliwość, wzrost, reprodukcja, metabolizm.

Metabolizm w komórce przebiega następująco. Składniki odżywcze, woda, tlen, witaminy i sole mineralne dostają się do organizmu ze środowiska. Są potrzebne do budowy, aktualizacji elementów strukturalnych komórek, a także do tworzenia energii, która zapewnia procesy życiowe. Tłuszcze, białka, węglowodany, pierwiastki śladowe i witaminy pozyskiwane z zewnątrz wykorzystywane są do syntezy substancji niezbędnych komórkom oraz do budowy struktur komórkowych. Produkty rozpadu są usuwane przez membranę do płynu tkankowego.

Metabolizm to dwa procesy: asymilacja i dysymilacja. Asymilacja to zestaw reakcji tworzenia złożonych cząsteczek organicznych z prostszych, przebiegających z akumulacją energii. Dysymilacja to zespół reakcji rozkładu złożonych substancji organicznych do prostszych, któremu towarzyszy wydzielanie energii. Dysymilacja i asymilacja są ze sobą powiązane, ponieważ synteza substancji nie jest możliwa bez wydatku energii uwalnianej podczas rozpadu złożonych cząsteczek organicznych. Brak równowagi między tymi procesami prowadzi do zaburzeń metabolicznych.

Reakcje metaboliczne w żywej komórce zachodzą w umiarkowanej temperaturze, niewielkich wahaniach kwasowości i normalnym ciśnieniu. W metabolizmie biorą udział enzymy pełniące rolę katalizatorów. Aktywność enzymów jest bardzo wysoka, dlatego do zapewnienia prawidłowego tempa metabolizmu potrzebna jest niewielka ilość cząsteczek tych substancji. Działają jednak selektywnie, przez co komórka potrzebuje wielu rodzajów enzymów.

Podczas rozpadu substancji organicznych uwalniana jest energia, której część jest tracona, a część jest magazynowana przez komórki w postaci cząsteczek ATP (trójfosforanu adenozyny). W razie potrzeby energia ATP jest wykorzystywana na koszt energii komórek, w szczególności na proces asymilacji. Głównym budulcem i jedynym źródłem energii dla organizmu są organiczne substancje spożywcze. Ponieważ składniki odżywcze i produkty przemiany materii komórki dostają się do krwi, metabolizm ma ogromny wpływ na jej stan i na cały organizm jako całość.

Komórka stale wymienia substancje i energię z otoczeniem. Metabolizm (metabolizm)- główna właściwość żywych organizmów. Na poziomie komórkowym metabolizm obejmuje dwa procesy: asymilację (anabolizm) i dysymilację (katabolizm). Procesy te zachodzą jednocześnie w komórce.

Asymilacja(wymiana plastyczna) - zespół reakcji syntezy biologicznej. Z prostych substancji wchodzących do komórki z zewnątrz powstają substancje charakterystyczne dla tej komórki. Synteza substancji w komórce odbywa się z wykorzystaniem energii zawartej w cząsteczkach ATP.

Dysymilacja(metabolizm energetyczny) - zespół reakcji rozszczepiania substancji. Podczas rozpadu związków wielkocząsteczkowych uwalniana jest energia niezbędna do reakcji biosyntezy.

W zależności od rodzaju asymilacji organizmy mogą być autotroficzne, heterotroficzne i miksotroficzne.

Asymilacja autotroficzna

Organizmy autotroficzne są w stanie syntetyzować substancje organiczne z substancji nieorganicznych (CO 2 i H 2 O). Należą do nich zielone rośliny i mikroorganizmy. W zależności od tego, z jakiego źródła energii organizmy autotroficzne korzystają do syntezy substancji organicznych, dzieli się je na dwie grupy: fototrofy i chemotrofy.

Fotosynteza

Rośliny zielone są fototrofami. Do asymilacji wykorzystują energię uwalnianą podczas utleniania substancji nieorganicznych. Zielone rośliny mają chlorofil w chloroplastach. Fotosynteza zachodzi przy udziale chlorofilu. Fotosynteza to proces przekształcania energii słonecznej w energię potencjalną wiązań chemicznych w substancjach organicznych. Fotosynteza składa się z dwóch faz: jasnej i ciemnej.

faza światła.Pod działaniem światła cząsteczka chlorofilu znajdująca się w ziarnach chloroplastu otrzymuje nadmiar energii. Część tej energii idzie na rozszczepienie (fotolizę) cząsteczki wody.

Jony wodoru przyczepiają do siebie elektron, zamieniają się w wolny atom wodoru.

Wodór H służy do przywrócenia nośnika NADP+ (fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego).

NADP? H przechodzi do zrębu chloroplastu, gdzie bierze udział w syntezie węglowodanów.

Jony OH - oddając elektron, zamieniają się w wolne rodniki, które oddziałują ze sobą, tworząc wodę i wolny tlen.

Pozostała część energii jest wykorzystywana do syntezy ATP z ADP.

W lekkiej fazie fotosyntezy powstają: 1) substancja bogata w wiązania energetyczne - ATP; 2) wolny tlen - O 2; 3) H (wodór) jest przyłączony do nośnika, powstaje NADP? N.

Reakcje fazy lekkiej przebiegają bez udziału enzymów.

ciemna faza.W fazie ciemnej następuje wiązanie CO2. W reakcjach fazy ciemnej uczestniczą cząsteczki ATP i atomy wodoru powstające podczas fotolizy i związane z cząsteczkami nośnikowymi. Reakcje tej fazy zachodzą w zrębie chloroplastów z udziałem enzymów.

Cząsteczki monosacharydu - glukozy, otrzymane w wyniku ciemnej fazy fotosyntezy, w wyniku szeregu reakcji enzymatycznych przekształcane są w polisacharydy. Tak więc energia światła słonecznego jest przekształcana w energię wiązań chemicznych złożonych substancji organicznych.

Całkowita reakcja fotosyntezy:

Fotosynteza wytwarza materię organiczną i tlen w atmosferze.

Chemosynteza

Synteza substancji organicznych w bakteriach autotroficznych zachodzi z wykorzystaniem energii uwalnianej podczas reakcji chemicznych utleniania związków nieorganicznych: siarkowodoru, siarki, amoniaku, kwasu azotawego. Ten proces nazywa się chemosyntezą.

Bakterie nitryfikacyjne należą do grupy chemosyntetycznych autotrofów. Jedna grupa bakterii energię niezbędną do syntezy substancji organicznych uzyskuje w wyniku utleniania amoniaku do kwasu azotawego.

Bakterie chemosyntetyczne odgrywają ważną rolę w obiegu substancji w przyrodzie.

Asymilacja heterotroficzna

Heterotroficznyorganizmy budują substancje organiczne swojego organizmu z już istniejących, gotowych substancji organicznych. Heterotrofy obejmują zwierzęta, grzyby i niektóre bakterie.

Organizmy heterotroficzne są w stanie zbudować swoje specyficzne białka, tłuszcze, węglowodany tylko z białek, tłuszczów, węglowodanów.

dov, które otrzymują z pożywieniem. Podczas trawienia substancje te rozkładają się na monomery. Z monomerów w komórkach syntetyzowane są substancje charakterystyczne dla danego organizmu. Wszystkie te reakcje zachodzą przy udziale enzymów i przy wykorzystaniu energii ATP.

Schemat przemian substancji w organizmie heterotroficznym

Asymilacja miksotroficzna

miksotroficznyorganizmy (na przykład zielona euglena) zawierają barwnik chlorofil i dlatego mogą autotrofy. W przypadku braku światła stają się heterotrofy.

Dysymilacja

W zależności od rodzaju dysymilacji organizmy dzielą się na aerobik I beztlenowe.

W organizmie człowieka, zwierząt i większości mikroorganizmów energia powstaje w wyniku reakcji katabolizmu podczas oddechowy Lub fermentacja. Energia ta przechodzi w szczególną formę - energię wiązań makroergicznych cząsteczek ATP. Przy wykorzystaniu energii ATP dochodzi do biosyntezy, podziału komórek, skurczu mięśni i innych procesów. Synteza ATP odbywa się w mitochondriach.

Dysymilacja tlenowa

Wymiana energii odbywa się w 3 etapach. I etap - przygotowawczy.

Na tym etapie cząsteczki złożonych substancji (białek, tłuszczów, węglowodanów, kwasów nukleinowych) rozkładają się na monomery. Uwalniana jest niewielka ilość energii, która jest rozpraszana w postaci ciepła. Synteza ATP nie zachodzi.

II etap - anoksyczny (beztlenowy).

Rozpad beztlenowy zachodzi w cytoplazmie komórek. Monomery utworzone w pierwszym etapie są rozszczepiane bez udziału tlenu w kilku etapach. Rozszczepienie następuje pod działaniem enzymów z wytworzeniem energii ATP. Na przykład w mięśniach (w cytoplazmie komórek) cząsteczka glukozy rozkłada się na dwie cząsteczki kwasu mlekowego i dwie cząsteczki ATP.

3. etap - rozkład tlenu (oddychanie tlenowe).

Wszystkie reakcje tego etapu są katalizowane przez enzymy i zachodzą przy udziale tlenu w mitochondriach. Substancje powstałe w poprzednim etapie utleniają się do produktów końcowych - CO 2 i H 2 O.

To uwalnia dużą ilość energii.

Proces ten nazywa się oddychania komórkowego. Kiedy dwie cząsteczki kwasu mlekowego ulegają utlenieniu, powstaje 36 cząsteczek ATP. W wyniku drugiego i trzeciego etapu, podczas rozszczepiania jednej cząsteczki C 6 H 12 O 6 uwalnianych jest 38 cząsteczek ATP.

Równanie podsumowujące:

Dysymilacja beztlenowa

Rozkład glukozy w beztlenowe bakterie mogą przejść w warunkach beztlenowych. Proces ten nazywa się fermentacja. Podczas fermentacji uwalniana jest nie cała energia zawarta w substancji, a jedynie jej część. Reszta energii pozostaje w wiązaniach chemicznych w powstałej substancji.

Fermentacja alkoholowa wytwarza alkohol i dwie cząsteczki

ATP.

Tak więc podczas rozkładu glukozy w warunkach tlenowych cała energia jest uwalniana, a rozkład przechodzi do produktów końcowych (CO 2 i H 2 O), podczas gdy podczas fermentacji część energii jest uwalniana i rozkład przechodzi do reakcji pośredniej produkty.