Kaj je metabolizem?

Nikoli nismo pomislili, zakaj nekateri jedo vse (ne pozabimo na žemljice in slaščice), medtem ko izgledajo, kot da že nekaj dni niso jedli, medtem ko drugi, nasprotno, nenehno štejejo kalorije, se držijo diet, hodijo v fitnes. in še vedno se ne more spopasti z odvečnimi kilogrami. V čem je torej skrivnost? Izkazalo se je, da je vse odvisno od metabolizma!

Kaj je torej metabolizem? In zakaj ljudje z visoko stopnjo metabolizma nikoli ne postanejo debeli ali prekomerno težki? Ko govorimo o metabolizmu, je pomembno opozoriti na naslednje, da je to metabolizem, ki se dogaja v telesu in vse kemične spremembe, začenši od trenutka, ko hranila vstopijo v telo, do odstranitve iz telesa v zunanje okolje. Presnovni proces so vsi procesi, ki potekajo v telesu, zaradi katerih se gradijo elementi strukturnih tkiv, celic, pa tudi vsi tisti procesi, zaradi katerih telo prejme energijo, ki jo tako potrebuje za normalno vzdrževanje.

Presnova je zelo pomembna v našem življenju, saj zahvaljujoč vsem tem reakcijam in kemičnim spremembam iz hrane dobimo vse, kar potrebujemo: maščobe, ogljikove hidrate, beljakovine, pa tudi vitamine, minerale, aminokisline, koristne vlaknine, organske kisline, itd. d.

Po svojih lastnostih lahko metabolizem razdelimo na dva glavna dela - anabolizem in katabolizem, to je na procese, ki prispevajo k nastanku vseh potrebnih organskih snovi in k destruktivnim procesom. Anabolični procesi namreč prispevajo k »pretvorbi« preprostih molekul v kompleksnejše. In vsi ti podatkovni procesi so povezani s stroški energije. Katabolični procesi, nasprotno, sproščajo telo končnih produktov razpada, kot so ogljikov dioksid, sečnina, voda in amoniak, kar vodi do sproščanja energije, to je, grobo rečeno, pride do presnove urina.

Kaj je celični metabolizem?

Kaj je celični metabolizem ali metabolizem živih celic? Znano je, da je vsaka živa celica našega telesa dobro usklajen in organiziran sistem. Celica vsebuje različne strukture, velike makromolekule, ki ji pomagajo, da zaradi hidrolize (to je cepitev celice pod vplivom vode) razpade na najmanjše sestavine.

Poleg tega celice vsebujejo veliko kalija in zelo malo natrija, kljub dejstvu, da celično okolje vsebuje veliko natrija, kalija pa je, nasprotno, veliko manj. Poleg tega je celična membrana oblikovana tako, da pomaga pri prodiranju tako natrija kot kalija. Na žalost lahko različne strukture in encimi porušijo to dobro vzpostavljeno strukturo.

In sama celica je daleč od razmerja kalija in natrija. Takšna "harmonija" se doseže šele po smrti osebe v procesu smrtne avtolize, to je prebave ali razgradnje telesa pod vplivom lastnih encimov.

Kaj je energija za celice?

Prvič, celice preprosto potrebujejo energijo, da podpirajo delo sistema, ki je daleč od ravnovesja. Torej, da bi bila celica v normalnem stanju zanjo (tudi če je daleč od ravnovesja), mora zagotovo prejeti energijo, ki jo potrebuje. In to pravilo je nepogrešljiv pogoj za normalno delovanje celic. Ob tem potekajo druga dela, namenjena interakciji z okoljem.

Na primer, če pride do krčenja v mišičnih celicah, ali v ledvičnih celicah in začne nastajati celo urin, ali se pojavijo živčni impulzi v živčnih celicah, v celicah, ki so odgovorne za prebavila, pa se začne sproščanje prebavnih encimov oz. izločanje hormonov v celicah začne endokrine žleze? Ali pa so na primer celice kresnic začele svetiti, v celicah rib pa so se na primer pojavili električni izpusti? Da bi se temu izognili, je za to potrebna energija.

Kateri so viri energije

V zgornjih primerih vidimo Da celica za svoje delo uporablja energijo, ki jo prejme zaradi zgradbe adenozin trifosfata ali (ATP). Zahvaljujoč njej je celica nasičena z energijo, katere sproščanje lahko teče med fosfatnimi skupinami in služi za nadaljnje delo. Hkrati pa s preprostim hidrolitičnim pretrganjem fosfatnih (ATP) vezi prejeta energija ne bo na voljo celici, v tem primeru bo energija izgubljena kot toplota.

Ta proces je sestavljen iz dveh zaporednih stopenj. V vsaki takšni fazi je vključen vmesni produkt, ki se imenuje HF. V spodnjih enačbah X in Y pomenita dve popolnoma različni organski snovi, črka F pomeni fosfat, okrajšava ADP pa adenozin difosfat.

Normalizacija presnove - ta izraz je danes trdno vstopil v naše življenje, poleg tega je postal pokazatelj normalne teže, saj so presnovne motnje v telesu ali metabolizem pogosto povezane s povečanjem telesne mase, prekomerno telesno težo, debelostjo ali njeno insuficienco. Hitrost presnovnih procesov v telesu je mogoče razkriti s testom na osnovi metabolizma.

Kaj je glavna menjava?! To je takšen pokazatelj intenzivnosti proizvodnje energije v telesu. Ta test se izvaja zjutraj na prazen želodec, med pasivnostjo, to je v mirovanju. Usposobljena oseba meri (O2) privzem kisika in izločanje (CO2) iz telesa. Pri primerjavi podatkov ugotovijo, koliko odstotkov telo porabi vnesenih hranil.

Na aktivnost presnovnih procesov vpliva tudi hormonski sistem, ščitnica in endokrine žleze, zato zdravniki pri ugotavljanju zdravljenja bolezni, povezanih s presnovo, poskušajo prepoznati in upoštevati tudi stopnjo delovanja teh hormonov v telesu. krvi in bolezni teh sistemov, ki so na voljo.

Osnovne metode za preučevanje presnovnih procesov

Pri preučevanju procesov presnove enega (katerega koli) hranila se opazujejo vse njegove spremembe (ki so se zgodile z njim) od ene oblike, ki je vstopila v telo, do končnega stanja, v katerem se izloči iz telesa.

Metode za preučevanje presnove so danes izjemno raznolike. Poleg tega se za to uporabljajo številne biokemične metode. Ena od metod za preučevanje metabolizma je način uporabe živali ali organov.

Testni živali vbrizgajo posebno snov, nato pa z njenim urinom in iztrebki zaznajo morebitne produkte sprememb (metabolite) te snovi. Najbolj natančne informacije je mogoče zbrati s preučevanjem presnovnih procesov določenega organa, kot so možgani, jetra ali srce. Da bi to naredili, se ta snov injicira v kri, nato pa jo metaboliti pomagajo prepoznati v krvi, ki izhaja iz tega organa.

Ta postopek je zelo zapleten in poln tveganja, saj se s takšnimi raziskovalnimi metodami pogosto uporablja metoda tanke ščipalke ali narediti reze teh organov. Takšne reze damo v posebne inkubatorje, kjer jih hranimo pri temperaturi (podobni telesni) v posebnih topnih snoveh z dodatkom snovi, katere presnovo preučujemo.

S to metodo raziskovanja se celice ne poškodujejo, saj so rezi tako tanki, da snov zlahka in prosto vstopi v celice in jih nato zapusti. Zgodi se, da pride do težav zaradi počasnega prehajanja posebne snovi skozi celične membrane.

V tem primeru običajno uniči membrane mletje tkiva, da posebna snov inkubira celično kašo. Takšni poskusi so dokazali, da lahko vse žive celice telesa oksidirajo glukozo v ogljikov dioksid in vodo, le celice jetrnega tkiva pa lahko sintetizirajo sečnino.

Ali uporabljamo celice?

Celice po svoji zgradbi predstavljajo zelo zapleten organiziran sistem. Znano je, da je celica sestavljena iz jedra, citoplazme, v okoliški citoplazmi pa so majhna telesca, imenovana organeli. Na voljo so v različnih velikostih in teksturah.

S posebnimi tehnikami bo možno homogenizirati celična tkiva in jih nato podvrči posebnemu ločevanju (diferencialnemu centrifugiranju) ter tako pridobiti pripravke, ki bodo vsebovali le mitohondrije, samo mikrosome, pa tudi plazmo ali čisto tekočino. Ti pripravki se ločeno inkubirajo s spojino, katere metabolizem preučujemo, da se natančno določi, katere podcelične strukture so vključene v poznejše spremembe.

Znani so primeri, ko se je začetna reakcija začela v citoplazmi, njen produkt pa je doživel spremembe v mikrosomih, nato pa so opazili spremembe pri drugih reakcijah z mitohondriji. Inkubacija proučevane snovi s tkivnim homogenatom ali živimi celicami najpogosteje ne razkrije nobenih posameznih korakov, povezanih s presnovo. Za razumevanje celotne verige dogajanja podatkov o dogodkih pomagajo poskusi, ki si sledijo drug za drugim, v katerih se za inkubacijo uporabljajo določene podcelične strukture.

Kako uporabljati radioaktivne izotope

Za preučevanje določenih presnovnih procesov snovi je potrebno:

uporabljati analitske metode za določanje dane snovi in njenih metabolitov;
je treba uporabiti takšne metode, ki bodo pomagale razlikovati vneseno snov od iste snovi, ki je že prisotna v tem pripravku.

Skladnost s temi zahtevami je bila glavna ovira pri preučevanju presnovnih procesov v telesu, vse do odkritja radioaktivnih izotopov, pa tudi 14C, radioaktivnega ogljikovega hidrata. In s prihodom 14C in instrumentov, ki omogočajo merjenje tudi šibke radioaktivnosti, je vseh naštetih težav konec. Potem so šle stvari z merjenjem presnovnih procesov, kot se reče, navzgor.

Zdaj, ko dodamo označeno 14C maščobno kislino posebnemu biološkemu pripravku (na primer suspenziji mitohondrijev), potem potem niso potrebne posebne analize za ugotavljanje produktov, ki vplivajo na njeno transformacijo. In da bi ugotovili stopnjo uporabe, je zdaj postalo mogoče preprosto izmeriti radioaktivnost zaporedno pridobljenih mitohondrijskih frakcij.

Ta tehnika pomaga ne samo razumeti, kako normalizirati metabolizem, ampak tudi zahvaljujoč njej je enostavno eksperimentalno razlikovati molekule vnesene radioaktivne maščobne kisline od molekul maščobnih kislin, ki so že prisotne v mitohondrijih na samem začetku poskusa.

Elektroforeza in ... kromatografija

Da bi razumeli, kaj in kako normalizira presnovo, to je, kako se metabolizem normalizira, je treba uporabiti tudi metode, ki bodo pomagale ločiti mešanice, ki vsebujejo organske snovi v majhnih količinah. Ena izmed najpomembnejših teh metod, ki temelji na pojavu adsorpcije, je kromatografska metoda. Zahvaljujoč tej metodi se mešanica komponent loči.

V tem primeru pride do ločevanja komponent zmesi, ki se izvaja bodisi z adsorpcijo na sorbentu bodisi zaradi papirja. Pri ločevanju z adsorpcijo na sorbentu, to je, ko začnejo polniti takšne posebne steklene epruvete (kolone), s postopnim in naknadnim eluiranjem, to je z naknadnim izpiranjem vsake od razpoložljivih komponent.

Metoda ločevanja elektroforeze je neposredno odvisna od prisotnosti znakov, pa tudi od števila ioniziranih nabojev molekul. Prav tako se elektroforeza izvaja na nekaterih neaktivnih nosilcih, kot so celuloza, guma, škrob ali na koncu na papirju.

Ena najbolj občutljivih in učinkovitih metod za ločevanje zmesi je plinska kromatografija. Ta metoda ločevanja se uporablja le, če so snovi, potrebne za ločevanje, v plinastem stanju ali pa lahko na primer kadar koli preidejo v to stanje.

Kako se sproščajo encimi?

Da bi ugotovili, kako so encimi izolirani, je za to treba razumeti, da je to zadnje mesto v tem nizu: žival, nato organ, nato odsek tkiva in nato del celičnih organelov in homogenat zavzema encime, ki katalizirati določeno kemično reakcijo. Izolacija encimov v prečiščeni obliki je postala pomembna smer pri preučevanju presnovnih procesov.

Povezava in kombinacija zgornjih metod je omogočila glavne presnovne poti pri večini organizmov, ki naseljujejo naš planet, vključno s človekom. Poleg tega so te metode pomagale najti odgovore na vprašanje, kako potekajo presnovni procesi v telesu, in pomagale razjasniti sistemsko naravo glavnih stopenj teh presnovnih poti. Danes je raziskanih že več kot tisoč najrazličnejših biokemičnih reakcij, pa tudi encimov, ki pri teh reakcijah sodelujejo.

Ker je ATP potreben za pojav kakršne koli manifestacije v življenjskih celicah, ni presenetljivo, da je hitrost presnovnih procesov v maščobnih celicah usmerjena predvsem v sintezo ATP. Da bi to dosegli, se uporabljajo zaporedne reakcije različne kompleksnosti. Takšne reakcije uporabljajo predvsem kemijsko potencialno energijo, ki jo vsebujejo molekule maščob (lipidov) in ogljikovih hidratov.

Presnovni procesi med ogljikovimi hidrati in lipidi

Tak presnovni proces med ogljikovimi hidrati in lipidi se na drug način imenuje sinteza ATP, anaerobna (kar pomeni brez sodelovanja kisika) presnova.

Glavna vloga lipidov in ogljikovih hidratov je, da je sinteza ATP tista, ki zagotavlja enostavnejše spojine, kljub dejstvu, da so isti procesi potekali v najbolj primitivnih celicah. Samo v atmosferi brez kisika ni bilo mogoče popolnoma oksidirati maščob in ogljikovih hidratov v ogljikov dioksid.

Tudi v teh najbolj primitivnih celicah so bili uporabljeni enaki procesi in mehanizmi, zaradi katerih se je preuredila sama struktura molekule glukoze, ki je sintetizirala majhne količine ATP. Na drug način se takšni procesi v mikroorganizmih imenujejo fermentacija. Do danes je bila še posebej dobro raziskana "fermentacija" glukoze do stanja etilnega alkohola in ogljikovega dioksida v kvasovkah.

Da bi dokončali vse te spremembe in oblikovali številne vmesne produkte, je bilo potrebno izvesti enajst zaporednih reakcij, ki so se na koncu izkazale v številnih vmesnih produktih (fosfatih), to je estrih fosforjeve kisline. Ta fosfatna skupina se je prenesla v adenozin difosfat (ADP) in tudi s tvorbo ATP. Samo dve molekuli predstavljata neto izkoristek ATP (za vsako molekulo glukoze, proizvedeno v procesu fermentacije). Podobne procese so opazili tudi v vseh živih celicah telesa, saj so dobavljale energijo, tako potrebno za normalno delovanje. Takšne procese zelo pogosto imenujemo anaerobno celično dihanje, čeprav to ni povsem pravilno.

Tako pri sesalcih kot pri ljudeh se ta proces imenuje glikoliza, njegov končni produkt pa je mlečna kislina, ne CO2 (ogljikov dioksid) ali alkohol. Z izjemo zadnjih dveh stopenj se celotno zaporedje reakcij glikolize šteje za skoraj identično procesu, ki se pojavi v celicah kvasovk.

Presnova je aerobna, kar pomeni uporabo kisika

Očitno se je s prihodom kisika v ozračje, zahvaljujoč fotosintezi rastlin, zahvaljujoč materi naravi pojavil mehanizem, ki je omogočil popolno oksidacijo glukoze v vodo in CO2. Takšen aerobni proces je omogočil neto sproščanje ATP (od osemintridesetih molekul, glede na vsako molekulo glukoze, samo oksidiranih).

Tak proces izkoriščanja kisika v celicah, za nastanek energijsko bogatih spojin, danes poznamo kot aerobno, celično dihanje. Takšno dihanje izvajajo citoplazemski encimi (za razliko od anaerobnega dihanja), v mitohondrijih pa potekajo oksidativni procesi.

Tu se piruvična kislina, ki je intermediat, potem ko nastane v anaerobni fazi, oksidira v stanje CO2 skozi zaporedje šestih reakcij, kjer se v vsaki reakciji par njihovih elektronov prenese na akceptor, skupni koencim nikotinamid adenin dinukleotid, skrajšano (NAD). To zaporedje reakcij se imenuje cikel trikarboksilne kisline, pa tudi cikel citronske kisline ali Krebsov cikel, kar vodi do dejstva, da vsaka molekula glukoze tvori dve molekuli piruvične kisline. Med to reakcijo se dvanajst parov elektronov odmakne od molekule glukoze za njeno nadaljnjo oksidacijo.

V toku vira energije... delujejo lipidi

Izkazalo se je, da lahko maščobne kisline delujejo kot vir energije, prav tako kot ogljikovi hidrati. Reakcija oksidacije maščobnih kislin se pojavi zaradi zaporedja cepitve iz maščobne kisline (ali bolje rečeno njene molekule) fragmenta z dvema ogljikoma s pojavom acetil koencima A (z drugimi besedami, to je acetil-CoA) in prenos hkratnih dveh parov elektronov v samo verigo njihovega prenosa.

Tako je nastali acetil-CoA enak sestavni del cikla trikarboksilne kisline, katerega nadaljnja usoda se ne razlikuje zelo od acetil-CoA, ki se dobavlja s presnovo ogljikovih hidratov. To pomeni, da so mehanizmi, ki sintetizirajo ATP med oksidacijo metabolitov glukoze in maščobnih kislin, skoraj enaki.

Če se energija, dobavljena telesu, pridobi praktično samo zaradi enega samega procesa oksidacije maščobnih kislin (na primer med stradanjem, z boleznijo, kot je sladkorna bolezen itd.), potem je v tem primeru intenzivnost pojava acetil -CoA bo presegla intenzivnost svoje oksidacije v samem ciklu trikarboksilne kisline. V tem primeru bodo molekule acetil-CoA (ki bodo odveč) začele med seboj reagirati. S tem postopkom se bosta pojavili acetoocetna in b-hidroksimaslena kislina. To kopičenje lahko povzroči ketozo, vrsto acidoze, ki lahko povzroči hudo sladkorno bolezen in celo smrt.

Zakaj zaloge energije?

Da bi nekako pridobili dodatno energijo, na primer za živali, ki se hranijo neredno in nesistematično, morajo preprosto nekako založiti potrebno energijo. Takšna zaloge energije se ustvarjajo iz zalog hrane, ki jim je vseeno maščob in ogljikovih hidratov.

Izkazalo se je, maščobne kisline se lahko shranijo v obliki nevtralnih maščob, ki se nahajajo tako v maščobnem tkivu kot v jetrih . In ogljikovi hidrati, ko v večjih količinah pridejo v prebavila, se začnejo hidrolizirati v glukozo in druge sladkorje, ki se ob vstopu v jetra sintetizirajo v glukozo. In potem se začne iz glukoze sintetizirati ogromen polimer z združevanjem ostankov glukoze, pa tudi z odcepitvijo molekul vode.

Včasih preostala količina glukoze v molekulah glikogena doseže 30 000. In če obstaja potreba po energiji, se glikogen med kemično reakcijo spet začne razgraditi na glukozo, produkt slednjega je glukozofosfat. Ta glukozni fosfat vstopi v proces glikolize, ki je del poti, odgovorne za oksidacijo glukoze. Glukozofosfat je lahko tudi podvržen reakciji hidrolize v samih jetrih, tako nastala glukoza pa se dostavi telesnim celicam skupaj s krvjo.

Kako poteka sinteza ogljikovih hidratov v lipide?

Obožujete hrano z ogljikovimi hidrati? Izkazalo se je, da če količina ogljikovih hidratov, prejetih s hrano naenkrat, presega dovoljeno stopnjo, gredo v tem primeru ogljikovi hidrati v "rezervo" v obliki glikogena, tj. presežek hrane z ogljikovimi hidrati se spremeni v maščobe. Najprej se iz glukoze tvori acetil-CoA, nato pa se začne sintetizirati v citoplazmi celice za dolgoverižne maščobne kisline.

Ta proces »preobrazbe« lahko opišemo kot normalen oksidativni proces maščobnih celic. Po tem se začnejo maščobne kisline odlagati v obliki trigliceridov, torej nevtralnih maščob, ki se odlagajo (predvsem na problematičnih področjih) na različnih delih telesa.

Če telo nujno potrebuje energijo, začnejo nevtralne maščobe, ki so podvržene hidrolizi, in maščobne kisline vstopiti v krvni obtok. Tu so nasičene z molekulami albumina in globulina, to je plazemskih beljakovin, nato pa jih začnejo absorbirati druge, zelo različne celice. Živali nimajo takšnega mehanizma, ki bi lahko sintetiziral iz glukoze in maščobnih kislin, imajo pa jih rastline.

Sinteza spojin, ki vsebujejo dušik

Pri živalih se aminokisline uporabljajo ne le kot biosinteza beljakovin, temveč tudi kot začetni material, pripravljen za sintezo nekaterih spojin, ki vsebujejo dušik. Aminokislina, kot je tirozin, postane predhodnik hormonov, kot sta norepinefrin in adrenalin. In glicerol (najenostavnejša aminokislina) služi kot izhodiščni material za biosintezo purinov, ki so del nukleinske kisline, pa tudi porfirinov in citokromov.

Prekurzor pirimidinov nukleinskih kislin je asparaginska kislina, metioninska skupina pa se začne prenašati med sintezo kreatina, sarkozina in holina. Predhodnik nikotinske kisline je triptofan, iz valina (ki se tvori v rastlinah) pa se lahko sintetizira tak vitamin, kot je pantotenska kislina. In to je le nekaj primerov uporabe sinteze spojin, ki vsebujejo dušik.

Kako poteka presnova lipidov

Običajno lipidi vstopajo v telo v obliki trigliceridov maščobnih kislin. Ko so v črevesju pod vplivom encimov, ki jih proizvaja trebušna slinavka, se začnejo hidrolizirati. Tu se spet sintetizirajo kot nevtralne maščobe, nato pa preidejo v jetra ali kri, lahko pa se kot rezerva odložijo tudi v maščobnem tkivu.

Povedali smo že, da je mogoče maščobne kisline ponovno sintetizirati iz predhodno nastalih predhodnikov ogljikovih hidratov. Opozoriti je treba tudi, da kljub dejstvu, da je v živalskih celicah mogoče opaziti hkratno vključitev ene dvojne vezi v dolgoverižne molekule maščobnih kislin. Te celice ne morejo vsebovati druge in niti tretje dvojne vezi.

In ker imajo maščobne kisline s tremi in dvema dvojnima vezma pomembno vlogo v presnovnih procesih živali (tudi človeka), so v svojem bistvu pomembne prehranske sestavine, lahko bi rekli vitamini. Zato linolensko (C18:3) in linolno (C18:2) imenujemo tudi esencialne maščobne kisline. Ugotovljeno je bilo tudi, da je v celicah dvojna četrta vez lahko vključena tudi v linolensko kislino. Zaradi podaljšanja ogljikove verige se lahko pojavi še en pomemben udeleženec presnovnih reakcij arahidonska kislina ( S20:4).

Med sintezo lipidov lahko opazimo ostanke maščobnih kislin, ki so povezani s koencimom A. S sintezo se ti ostanki prenesejo v glicerofosfatni ester glicerola in fosforjeve kisline. Kot rezultat te reakcije nastane spojina fosfatidne kisline, kjer je ena od njenih spojin glicerol, zaesterjen s fosforno kislino, drugi dve pa sta maščobni kislini.

S pojavom nevtralnih maščob bo fosforna kislina s hidrolizo odstranjena, na njenem mestu pa bo maščobna kislina, ki je nastala kot posledica kemične reakcije z acil-CoA. Sam koencim A lahko izvira iz enega od vitaminov pantotenske kisline. Ta molekula vsebuje sulfhidrilno skupino, ki na kisline reagira s pojavom tioestrov. Po drugi strani pa fosfolipidna fosfatidna kislina reagira z dušikovimi bazami, kot so serin, holin in etanolamin.

Tako lahko vse steroide, ki jih najdemo v telesu sesalcev (z izjemo vitamina D), telo samostojno sintetizira.

Kako poteka presnova beljakovin?

Dokazano je, da so beljakovine v vseh živih celicah sestavljene iz enaindvajsetih vrst aminokislin, ki so povezane v različnih zaporedjih. Te aminokisline sintetizirajo organizmi. Takšna sinteza običajno povzroči nastanek α-keto kisline. Namreč a-keto kislina ali a-ketoglutarna kislina sodeluje pri sintezi dušika.

Človeško telo je, tako kot telo mnogih živali, uspelo ohraniti sposobnost sinteze vseh razpoložljivih aminokislin (z izjemo nekaj esencialnih aminokislin), ki jih moramo vnesti s hrano.

Kako poteka sinteza beljakovin

Ta postopek običajno poteka na naslednji način. Vsaka aminokislina v citoplazmi celice reagira z ATP in se nato pridruži končni skupini molekule ribonukleinske kisline, ki je specifična za to aminokislino. Nato se zapletena molekula poveže z ribosomom, določenim v položaju bolj podolgovate molekule ribonukleinske kisline, ki je povezana z ribosomom.

Ko se vse kompleksne molekule zvrstijo, nastane vrzel med aminokislino in ribonukleinsko kislino, začnejo se sintetizirati sosednje aminokisline in tako nastane protein. Normalizacija metabolizma se pojavi zaradi harmonične sinteze presnovnih procesov beljakovin, ogljikovih hidratov in maščob.

Kaj je torej organski metabolizem?

Da bi bolje razumeli in razumeli presnovne procese ter obnovili zdravje in izboljšali metabolizem, je treba upoštevati naslednja priporočila glede normalizacije in obnove metabolizma.

Pomembno je razumeti, da presnovnih procesov ni mogoče obrniti. Razpad snovi nikoli ne poteka po preprosti poti obračanja reakcij sinteze. Pri tem razpadu nujno sodelujejo tudi drugi encimi, pa tudi nekateri vmesni produkti. Zelo pogosto se v različnih predelih celice začnejo odvijati procesi, usmerjeni v različne smeri. Na primer, maščobne kisline se lahko sintetizirajo v citoplazmi celice pod vplivom enega določenega niza encimov, medtem ko se proces oksidacije v mitohondrijih lahko pojavi s popolnoma drugačnim sklopom.
V živih celicah telesa opazimo dovolj encimov, da pospešimo proces presnovnih reakcij, vendar kljub temu presnovni procesi ne potekajo vedno hitro, kar kaže na obstoj nekaterih regulativnih mehanizmov v naših celicah, ki vplivajo na presnovne procese. . Do danes so že odkrili nekatere vrste takih mehanizmov.
Eden od dejavnikov, ki vplivajo na zmanjšanje hitrosti presnovnih procesov določene snovi, je vstop te snovi v samo celico. Zato se lahko regulacija presnovnih procesov usmeri na ta dejavnik. Na primer, če vzamemo inzulin, katerega delovanje je, kot vemo, povezano z olajšanjem prodiranja glukoze v vse celice. Hitrost "transformacije" glukoze bo v tem primeru odvisna od hitrosti, s katero je prispela. Če upoštevamo kalcij in železo, ko vstopita v kri iz črevesja, bo hitrost presnovnih reakcij v tem primeru odvisna od mnogih, vključno z regulativnimi procesi.
Na žalost se vse snovi ne morejo prosto gibati iz enega celičnega predelka v drugega. Obstaja tudi domneva, da je znotrajcelični prenos stalno nadzorovan z določenimi steroidnimi hormoni.
Znanstveniki so identificirali dve vrsti servomehanizmov, ki so odgovorni za negativne povratne informacije v presnovnih procesih.
Tudi pri bakterijah so opazili primere, ki dokazujejo prisotnost nekakšnih zaporednih reakcij. Na primer, biosinteza enega od encimov zavira aminokisline, ki so tako potrebne za pridobitev te aminokisline.
S preučevanjem posameznih primerov presnovnih reakcij je bilo ugotovljeno, da je encim, katerega biosinteza je bila prizadeta, odgovoren za glavni korak v presnovni poti, ki vodi do sinteze aminokisline.
Pomembno je razumeti, da je v presnovne in biosintetske procese vključenih majhno število gradnikov, od katerih se vsak začne uporabljati za sintezo številnih spojin. Te spojine vključujejo: acetil koencim A, glicin, glicerofosfat, karbamil fosfat in druge. Iz teh majhnih sestavin se nato zgradijo kompleksne in raznolike spojine, ki jih lahko opazujemo v živih organizmih.
Zelo redko so preproste organske spojine neposredno vključene v presnovne procese. Takšne spojine, da bi pokazale svojo aktivnost, se bodo morale pridružiti nekaterim vrstam spojin, ki so aktivno vključene v presnovne procese. Na primer, glukoza lahko začne oksidativne procese šele po zaestrenju s fosforno kislino, za druge nadaljnje spremembe pa jo bo treba zaestriti z uridindifosfatom.
Če upoštevamo maščobne kisline, tudi te ne morejo sodelovati pri presnovnih spremembah, dokler tvorijo estre s koencimom A. Hkrati se vsak aktivator poveže z enim od nukleotidov, ki so del ribonukleinske kisline ali nastanejo iz česa. - vitamin. Zato postane jasno, zakaj potrebujemo vitamine le v majhnih količinah. Porabijo jih koencimi, pri čemer se vsaka molekula koencima v svojem življenju porabi večkrat, v nasprotju s hranili, katerih molekule se porabijo enkrat (na primer molekule glukoze).

In zadnji! Ob zaključku te teme bi res rad povedal, da sam izraz "metabolizem", če je prej pomenil sintezo beljakovin, ogljikovih hidratov in maščob v telesu, se zdaj uporablja kot oznaka za več tisoč encimskih reakcij, ki lahko predstavljajo ogromno mreža med seboj povezanih presnovnih poti.

V stiku z

Presnova. presnovni procesi.

Izmenjava snovi in energije (metabolizem) poteka na vseh ravneh telesa: celični, tkivni in organski. Zagotavlja stalnost notranjega okolja telesa - homeostazo - v nenehno spreminjajočih se življenjskih pogojih. V celici potekata dva procesa hkrati - to je plastični metabolizem (anabolizem ali asimilacija) in energetski metabolizem (fatabolizem ali disimilacija).

Presnova plastike je skupek reakcij biosinteze oziroma ustvarjanja kompleksnih molekul iz preprostih. Beljakovine se v celici nenehno sintetizirajo iz aminokislin, maščobe iz glicerola in maščobnih kislin, ogljikovi hidrati iz monosaharidov, nukleotidi iz dušikovih baz in sladkorjev. Te reakcije potekajo s porabo energije. Porabljena energija se sprosti med izmenjavo energije. Energijski metabolizem je niz reakcij za razgradnjo kompleksnih organskih spojin v enostavnejše molekule. Del energije, ki se pri tem sprosti, gre za sintezo energijsko bogatih molekul ATP (adenozin trifosforne kisline). Razgradnja organskih snovi poteka v citoplazmi in mitohondrijih s sodelovanjem kisika. Reakcije asimilacije in disimilacije so tesno povezane med seboj in z zunanjim okoljem. Telo prejema hranila iz zunanjega okolja. Odpadne snovi se sproščajo v zunanje okolje.

Encimi (encimi) so specifične beljakovine, biološki katalizatorji, ki pospešijo presnovne reakcije v celici. Vsi procesi v živem organizmu se neposredno ali posredno izvajajo s sodelovanjem encimov. Encim katalizira samo eno reakcijo ali deluje samo na eno vrsto vezi. S tem je zagotovljena fina regulacija vseh vitalnih procesov (dihanje, prebava, fotosinteza itd.), ki potekajo v celici ali organizmu. V molekuli vsakega encima je mesto, ki vzpostavi stik med molekulami encima in določeno snovjo (substratom). Aktivno središče encima je funkcionalna skupina (na primer OH - serinska skupina) ali ločena aminokislina.

Hitrost encimskih reakcij je odvisna od številnih dejavnikov: temperature, tlaka, kislosti medija, prisotnosti inhibitorjev itd.

Faze energetskega metabolizma:

Pripravljalni- Nastane v citoplazmi celic. Pod delovanjem encimov se polisaharidi razgradijo v monosaharide (glukoza, fruktoza itd.), maščobe se razgradijo v glicerol in maščobne kisline, beljakovine v aminokisline, nukleinske kisline v nukleotide. Pri tem se sprosti majhna količina energije, ki se razprši v obliki toplote.
anoksičen(anaerobno dihanje ali glikoliza) - večstopenjska razgradnja glukoze brez sodelovanja kisika. Imenuje se fermentacija. V mišicah zaradi anaerobnega dihanja molekula glukoze razpade na dve molekuli liruvične kisline (C 3 H 4 O 3), ki se nato reducirata v mlečno kislino (C 3 H 6 O 3). Fosforjeva kislina in ADP sodelujeta pri razgradnji glukoze.
Skupna enačba te stopnje: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 RO 4 + 2ADP -> 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O
V kvasovkah se molekula glukoze brez sodelovanja kisika pretvori v etilni alkohol in ogljikov dioksid (alkoholna fermentacija). Pri drugih mikroorganizmih se lahko glikoliza konča s tvorbo acetona, ocetne kisline itd. Pri razpadu ene molekule glukoze nastaneta dve molekuli ATP, v katerih vezeh je shranjenih 40% energije, preostala energija razpršeno v obliki toplote.
Dihanje s kisikom- stopnja aerobnega dihanja ali kisika, cepitev, ki poteka na gubah notranje membrane mitohondrijev – kristah. Na tej stopnji se snovi prejšnje stopnje razgradijo do končnih produktov razgradnje - vode in ogljikovega dioksida. Kot posledica cepitve dveh molekul mlečne kisline nastane 36 molekul ATP. Glavni pogoj za normalen potek razgradnje kisika je celovitost mitohondrijskih membran. Dihanje kisika je glavna faza pri oskrbi celice s kisikom. Je 20-krat bolj učinkovit kot stopnja brez kisika.
Celotna enačba cepitve kisika: 2C 3 H 6 0 3 + 60 2 + 36H 3 PO 4 + 36ADP -> 6CO 2 + 38H 2 O + 36ATP

Glede na način pridobivanja energije delimo vse organizme v dve skupini - avtotrofne in heterotrofne.

Na enak način poteka presnova energije v aerobnih celicah rastlin, gliv in živali. To priča o njunem odnosu. Število mitohondrijev v celicah tkiva je različno, odvisno je od funkcionalne aktivnosti celic. Na primer, v mišičnih celicah je veliko mitohondrijev.

Razgradnjo maščob v glicerol in maščobne kisline izvajajo encimi - lipaze. Beljakovine se najprej razgradijo v oligopeptide in nato v aminokisline.

Encimi (iz latinščine "fermentum" - fermentacija, kislo testo), encimi, specifične beljakovine, ki povečajo hitrost kemičnih reakcij v celicah vseh živih organizmov. Po kemijski naravi - beljakovine, ki imajo optimalno aktivnost pri določenem pH, prisotnost potrebnih koencimov in kofaktorjev ter odsotnost inhibitorjev. Encimi se po analogiji s katalizatorji v kemiji imenujejo tudi biokatalizatorji. Vsaka vrsta encima katalizira pretvorbo določenih snovi (substratov), včasih samo ene same snovi v eno smer. Zato številne biokemične reakcije v celicah izvaja ogromno različnih encimov. Delimo jih v 6 razredov: oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze in ligaze. Veliko encimov je bilo izoliranih iz živih celic in pridobljenih v kristalni obliki (prvič leta 1926).

Vloga encimov v telesu

Encimi sodelujejo pri izvajanju vseh metabolnih procesov, pri izvajanju genetske informacije. Prebava in asimilacija hranil, sinteza in razgradnja beljakovin, nukleinskih kislin, maščob, ogljikovih hidratov in drugih spojin v celicah in tkivih vseh organizmov - vsi ti procesi so nemogoči brez sodelovanja encimov. Vsaka manifestacija funkcij živega organizma - dihanje, krčenje mišic, nevropsihična aktivnost, razmnoževanje itd. - je zagotovljena z delovanjem encimov. Posamezne značilnosti celic, ki opravljajo določene funkcije, so v veliki meri določene z edinstvenim naborom encimov, katerih proizvodnja je genetsko programirana. Pomanjkanje vsaj enega encima ali kakšna okvara v njem lahko povzroči resne negativne posledice za telo.

Katalitske lastnosti encimov

Encimi so najbolj aktivni med vsemi znanimi katalizatorji. Večina reakcij v celici poteka milijone in milijarde krat hitreje, kot če bi potekale brez encimov. Tako je ena molekula encima katalaze sposobna v sekundi pretvoriti do 10 tisoč molekul vodikovega peroksida, strupenega za celice, ki nastane pri oksidaciji različnih spojin, v vodo in kisik. Katalitske lastnosti encimov so posledica njihove sposobnosti, da znatno zmanjšajo aktivacijsko energijo spojin, ki vstopajo v reakcijo, to je, da je v prisotnosti encimov za "zagon" te reakcije potrebno manj energije.

Zgodovina odkritja encimov

Procese, ki potekajo ob sodelovanju encimov, človek pozna že v pradavnini, saj priprava kruha, sira, vina in kisa temelji na encimskih procesih. Toda šele leta 1833 so iz kalečih ječmenovih zrn prvič izolirali učinkovino, ki pretvarja škrob v sladkor in so jo poimenovali diastaza (zdaj se ta encim imenuje amilaza). Ob koncu 19. stol dokazano je, da sok, pridobljen z drgnjenjem celic kvasovk, vsebuje kompleksno mešanico encimov, ki zagotavljajo proces alkoholnega vrenja. Od takrat se je začelo intenzivno preučevanje encimov – njihove strukture in mehanizma delovanja. Ker se je vloga biokatalize razkrila pri preučevanju fermentacije, sta bila s tem procesom povezana dva procesa, ki sta bila uveljavljena od 19. stoletja. Imeni sta "encim" (prevedeno iz grščine "iz kvasa") in "encim". Res je, da se zadnji sinonim uporablja samo v literaturi v ruskem jeziku, čeprav se znanstvena smer, ki se ukvarja s preučevanjem encimov in procesov z njihovo udeležbo, tradicionalno imenuje encimologija. V prvi polovici 20. stol ugotovljeno je bilo, da so encimi po kemični naravi proteini, v drugi polovici stoletja pa je bilo za več sto encimov že določeno zaporedje aminokislinskih ostankov in ugotovljena prostorska zgradba. Leta 1969 je bila prvič izvedena kemijska sinteza encima ribonukleaze. Pri razumevanju mehanizma delovanja encimov je bil dosežen ogromen napredek.

Lokacija encimov v telesu

V celici se nekateri encimi nahajajo v citoplazmi, večinoma pa so encimi povezani z določenimi celičnimi strukturami, kjer izkazujejo svoje delovanje. V jedru so na primer encimi, ki so odgovorni za replikacijo - sintezo DNA (DNA polimeraza), za njeno prepisovanje - tvorbo RNA (RNA polimeraza). V mitohondrijih so encimi, odgovorni za kopičenje energije, v lizosomih - večina hidrolitičnih encimov, ki sodelujejo pri razgradnji nukleinskih kislin in beljakovin.

Pogoji za delovanje encimov

Vse reakcije, ki vključujejo encime, potekajo predvsem v nevtralnem, rahlo alkalnem ali rahlo kislem mediju. Največja aktivnost vsakega posameznega encima pa se pojavi pri strogo določenih vrednostih pH. Za delovanje večine encimov pri toplokrvnih živalih je najugodnejša temperatura 37-40oC. V rastlinah pri temperaturah pod 0 o C delovanje encimov ne preneha popolnoma, čeprav se vitalna aktivnost rastlin močno zmanjša. Encimski procesi se praviloma ne morejo odvijati pri temperaturah nad 70 ° C, saj so encimi, tako kot vsi proteini, podvrženi toplotni denaturaciji (strukturno uničenje).

Velikosti encimov in njihova struktura

Molekulska masa encimov, tako kot vseh drugih beljakovin, je v območju od 10 tisoč do 1 milijona (lahko pa tudi več). Lahko so sestavljeni iz ene ali več polipeptidnih verig in so lahko kompleksni proteini. Sestava slednjega skupaj z beljakovinsko komponento (apoencim) vključuje nizkomolekularne spojine - koencime (kofaktorje, koencime), vključno s kovinskimi ioni, nukleotidi, vitamini in njihovimi derivati. Nekateri encimi nastanejo v obliki neaktivnih prekurzorjev (proencimov) in postanejo aktivni po določenih spremembah v strukturi molekule, na primer, ko se od nje odcepi majhen fragment. Sem spadata prebavna encima tripsin in kimotripsin, ki ju sintetizirajo celice trebušne slinavke v obliki neaktivnih prekurzorjev (tripsinogen in kimotripsinogen) in pridobita aktivnost v tankem črevesu kot del trebušnega soka. Mnogi encimi tvorijo tako imenovane encimske komplekse. Takšni kompleksi so na primer vgrajeni v celične membrane ali celične organele in sodelujejo pri transportu snovi.

Snov (substrat), ki se transformira, se veže na določeno mesto encima, pred aktivnim centrom, ki ga tvorijo stranske verige aminokislin, ki se pogosto nahajajo v odsekih polipeptidne verige, ki so precej oddaljeni drug od drugega. Na primer, aktivno središče molekule kimotripsina tvorijo ostanki histidina, ki se nahajajo v polipeptidni verigi na položaju 57, serina na položaju 195 in asparaginske kisline na položaju 102 (v molekuli kimotripsina je 245 aminokislin). Tako kompleksno polaganje polipeptidne verige v proteinski molekuli - encimu omogoča, da je več stranskih verig aminokislin na strogo določenem mestu in na določeni razdalji drug od drugega. Del aktivnega centra so tudi koencimi (beljakovinski del in neproteinska komponenta ločeno nimata encimske aktivnosti in pridobita lastnosti encima šele, ko sta združena skupaj).

Potek procesov, ki vključujejo encime

Za večino encimov je značilna visoka specifičnost (selektivnost) delovanja, ko pretvorbo vsakega reaktanta (substrata) v reakcijski produkt izvede poseben encim. V tem primeru je lahko delovanje encima strogo omejeno na en substrat. Na primer, encim ureaza, ki sodeluje pri razgradnji sečnine na amoniak in ogljikov dioksid, ne reagira na metilureo, ki je po strukturi podobna. Mnogi encimi delujejo na več strukturno sorodnih spojin ali na eno vrsto kemične vezi (na primer encim fosfataza, ki cepi fosfodiestrsko vez). Encim deluje s tvorbo kompleksa encim-substrat, ki se nato razgradi na produkte encimske reakcije in sprosti encim. Zaradi tvorbe encimsko-substratnega kompleksa substrat spremeni svojo konfiguracijo; v tem primeru je encimsko-kemijska vez, ki se pretvarja, oslabljena in reakcija poteka z nižjo začetno porabo energije in posledično z veliko višjo hitrostjo. Merilo hitrosti encimske reakcije je količina substrata, ki je bil podvržen transformaciji na enoto časa, ali količina nastalega produkta. Številne encimske reakcije, odvisno od koncentracije substrata in reakcijskega produkta v mediju, lahko potekajo tako v smeri naprej kot v obratni smeri (presežek substrata premakne reakcijo v smeri tvorbe produkta, prekomerno kopičenje slednjega pa povzroči pri sintezi substrata). To pomeni, da so encimske reakcije lahko reverzibilne. Na primer, karboanhidraza v krvi pretvori ogljikov dioksid, ki prihaja iz tkiv, v ogljikovo kislino (H2CO3), medtem ko v pljučih, nasprotno, katalizira pretvorbo ogljikove kisline v vodo in ogljikov dioksid, ki se odstranita med izdihom. Vendar je treba zapomniti, da encimi, tako kot drugi katalizatorji, ne morejo premakniti termodinamičnega ravnovesja kemijske reakcije, temveč le znatno pospešijo doseganje tega ravnovesja.

Nomenklatura imen encimov

Pri poimenovanju encima ca se za osnovo vzame ime substrata in doda končnica "aza". Tako so se pojavile zlasti proteinaze - encimi, ki razgrajujejo beljakovine (beljakovine), lipaze (razgrajujejo lipide ali maščobe) itd. Nekateri encimi so prejeli posebna (trivialna) imena, na primer prebavni encimi - pepsin, kimotripsin in tripsin.

V celicah telesa poteka več tisoč različnih presnovnih reakcij in posledično toliko encimov. Da bi tako raznolikost vnesli v sistem, je bil sprejet mednarodni sporazum o klasifikaciji encimov. V skladu s tem sistemom so bili vsi encimi, odvisno od vrste reakcij, ki jih katalizirajo, razdeljeni v šest glavnih razredov, od katerih vsak vključuje več podrazredov. Poleg tega je vsak encim prejel štirimestno kodno številko (šifro) in ime, ki označuje reakcijo, ki jo ta encim katalizira. Encimi, ki katalizirajo isto reakcijo v organizmih različnih vrst, se lahko bistveno razlikujejo po strukturi beljakovin, vendar imajo v nomenklaturi skupno ime in eno šifro.

Bolezni, povezane z oslabljeno proizvodnjo encimov

Odsotnost ali zmanjšanje aktivnosti katerega koli encima (pogosto prekomerna aktivnost) pri človeku vodi v razvoj bolezni (encimopatij) ali smrt organizma. Torej, dedna bolezen otrok - galaktozemija (vodi do duševne zaostalosti) - se razvije kot posledica kršitve sinteze encima, ki je odgovoren za pretvorbo galaktoze v lahko prebavljivo glukozo. Vzrok druge dedne bolezni - fenilketonurije, ki jo spremlja duševna motnja, je izguba jetrnih celic sposobnosti sintetiziranja encima, ki katalizira pretvorbo aminokisline fenilalanin v tirozin. Določanje aktivnosti številnih encimov v krvi, urinu, hrbtenjači, semenski in drugih telesnih tekočinah se uporablja za diagnosticiranje številnih bolezni. S pomočjo takšne analize krvnega seruma je mogoče v zgodnji fazi odkriti miokardni infarkt, virusni hepatitis, pankreatitis, nefritis in druge bolezni.

Človeška uporaba encimov

Ker encimi ohranijo svoje lastnosti zunaj telesa, se uspešno uporabljajo v različnih panogah. Na primer, proteolitični encim papaje (iz soka papaje) - v pivovarstvu, za mehčanje mesa; pepsin - pri proizvodnji "gotovih" žit in kot zdravilo; tripsin - v proizvodnji izdelkov za otroško hrano; rennin (sirilo iz telečjega želodca) - v sirarstvu. Katalaza se pogosto uporablja v živilski in gumarski industriji, celulaza in pektidaza, ki razgrajujeta polisaharide, pa se uporabljata za bistrenje sadnih sokov. Encimi so potrebni pri določanju strukture beljakovin, nukleinskih kislin in polisaharidov, v genskem inženiringu itd. S pomočjo encimov se pridobivajo zdravila in kompleksne kemične spojine.

Odkrita je sposobnost nekaterih oblik ribonukleinskih kislin (ribozimov), da katalizirajo posamezne reakcije, torej delujejo kot encimi. Morda so med razvojem organskega sveta ribozimi služili kot biokatalizatorji, preden je bila encimska funkcija prenesena na beljakovine, ki so bolje prilagojene za opravljanje te naloge.

Presnova (iz grščine μεταβολή - "preobrazba, sprememba") ali metabolizem - niz kemičnih reakcij, ki se pojavljajo v živem organizmu za ohranjanje življenja. Ti procesi omogočajo organizmom, da rastejo in se razmnožujejo, ohranjajo svoje strukture in se odzivajo na okoljske dražljaje. Presnovo običajno delimo na dve stopnji: med katabolizmom se kompleksne organske snovi razgradijo na enostavnejše; v procesih anabolizma s stroški energije se sintetizirajo snovi, kot so beljakovine, sladkorji, lipidi in nukleinske kisline. Izmenjava snovi poteka med telesnimi celicami in medcelično tekočino, katere stalnost sestave vzdržuje krvni obtok: med prehodom krvi v kapilarah skozi prepustne stene kapilar je krvna plazma popolnoma 40-krat obnovi z intersticijsko tekočino. Encimi imajo pomembno vlogo v presnovnih procesih, ker: ----- delujejo kot biološki katalizatorji in zmanjšujejo aktivacijsko energijo kemijske reakcije; ----- omogočajo regulacijo presnovnih poti kot odgovor na spremembe v celičnem okolju ali signale iz drugih celic. ~~~~~~~~~~~ Katabolizem (iz grščine καταβολή, »spuščanje, uničenje«) ali energetski metabolizem je proces presnovnega razpada, razgradnje na enostavnejše snovi (diferenciacija) ali oksidacije snovi, ki običajno poteka z sproščanje energije v obliki toplote in v obliki ATP. Katabolne reakcije so osnova disimilacije: izguba kompleksnih snovi njihove specifičnosti za določen organizem zaradi razpada v enostavnejše. Primeri: pretvorba etanola skozi stopnje acetaldehida (etanal) in ocetne kisline (etanojska kislina) v ogljikov dioksid in vodo ali proces glikolize - pretvorba glukoze v mlečno kislino ali piruvično kislino in nato v dihalnem ciklu - spet v ogljikov dioksid in vodo. ~~~~~~~~~~~ Anabolizem (iz grščine ἀναβολή, "dvig") ali plastični metabolizem - niz kemičnih procesov, ki sestavljajo eno od strani presnove v telesu, katerih cilj je nastanek celice in tkiva. Anabolizem je medsebojno povezan z nasprotnim procesom - katabolizmom, saj se produkti razpadanja različnih spojin med anabolizmom lahko ponovno uporabijo in tvorijo nove snovi v drugih kombinacijah. Procesi anabolizma, ki se pojavljajo v zelenih rastlinah z absorpcijo sončne energije, so zelo pomembni za ohranjanje življenja na planetarni ravni, igrajo odločilno vlogo pri sintezi organskih snovi iz anorganskih. Anabolizem vključuje procese sinteze aminokislin, monosaharidov, maščobnih kislin, nukleotidov, polisaharidov, beljakovinskih makromolekul, nukleinskih kislin, ATP. Iz hranil, ki vstopajo v celico, se gradijo beljakovine, maščobe, ogljikovi hidrati, značilni za telo, ki pa gredo v nastanek novih celic, njihovih organov in medcelične snovi. ~~~~~~~~~~~ Asimilacija - niz procesov anabolizma (biosinteze) v živem organizmu, med katerimi se v njegovo sestavo vključijo različne snovi. Sinteza makromolekularnih spojin (proteini, nukleinske kisline, polisaharidi, lipidi). Brez energije nemogoče. Preproste snovi (kompleksne se najprej razgradijo na preproste), nespecifične za noben organizem, se spremenijo v kompleksne spojine, značilne za to vrsto spojin (asimilirane).

Navodilo

Sestava celic vključuje naslednje kemične spojine: organske (beljakovine, ogljikovi hidrati, maščobe in nukleinske kisline), anorganske (voda, soli). Vode v celicah je lahko do 80 %, potrebna je za vse življenjske procese in je dobro topilo. Tam potekajo kemične interakcije. Poleg tega voda pomaga odstraniti produkte razgradnje, ki nastanejo kot posledica potekajočih reakcij. Glavne vitalne lastnosti celice so: biosinteza, razgradnja organskih spojin, razdražljivost, rast, razmnoževanje, metabolizem.

Presnova v celici poteka na naslednji način. Hranila, voda, kisik, vitamini in mineralne soli vstopajo v telo iz okolja. Potrebni so za gradnjo, posodabljanje strukturnih elementov celic, pa tudi za tvorbo energije, ki zagotavlja življenjske procese. Maščobe, beljakovine, ogljikovi hidrati, elementi v sledovih in vitamini, pridobljeni od zunaj, se uporabljajo za sintezo snovi, potrebnih za celice, in za gradnjo celičnih struktur. Produkti razpadanja se odstranijo skozi membrano v tkivno tekočino.

Presnova je sestavljena iz dveh procesov: asimilacije in disimilacije. Asimilacija je niz reakcij za tvorbo kompleksnih organskih molekul iz enostavnejših, ki potekajo s kopičenjem energije. Disimilacija je niz reakcij razgradnje kompleksnih organskih snovi v enostavnejše, spremlja pa jo sproščanje energije. Disimilacija in asimilacija sta medsebojno povezani, saj sinteza snovi ni mogoča brez porabe energije, ki se sprosti med razpadom kompleksnih organskih molekul. Neravnovesje med temi procesi vodi do presnovne motnje.

Presnovne reakcije v živi celici potekajo pri zmerni temperaturi, majhnih nihanjih kislosti in normalnem tlaku. Pri presnovi sodelujejo encimi, ki imajo vlogo katalizatorjev. Encimska aktivnost je zelo visoka, zato je za zagotovitev normalne presnove potrebna majhna količina molekul teh snovi. Vendar pa delujejo selektivno, zato celica potrebuje veliko vrst encimov.

Pri razpadu organskih snovi se sprošča energija, ki se je nekaj izgubi, nekaj pa celice shranijo v obliki molekul ATP (adenozin trifosfat). Po potrebi se energija ATP porabi za energetske stroške celic, zlasti za proces asimilacije. Glavni gradbeni material in edini vir energije za telo so organske prehranske snovi. Ker hranila in odpadni produkti celice prehajajo v kri, ima presnova velik vpliv na njeno stanje in na celoten organizem kot celoto.

Celica nenehno izmenjuje snovi in energijo z okoljem. Presnova (metabolizem)- glavna lastnost živih organizmov. Na celični ravni metabolizem vključuje dva procesa: asimilacijo (anabolizem) in disimilacijo (katabolizem). Ti procesi potekajo v celici hkrati.

Asimilacija(plastična izmenjava) - niz reakcij biološke sinteze. Iz enostavnih snovi, ki vstopajo v celico od zunaj, nastanejo snovi, značilne za to celico. Sinteza snovi v celici poteka z uporabo energije, ki jo vsebujejo molekule ATP.

Disimilacija(energijski metabolizem) - niz reakcij cepitve snovi. Med razgradnjo makromolekularnih spojin se sprosti energija, potrebna za reakcije biosinteze.

Glede na vrsto asimilacije so organizmi avtotrofni, heterotrofni in miksotrofni.

Avtotrofna asimilacija

Avtotrofni organizmi so sposobni sintetizirati organske snovi iz anorganskih snovi (CO 2 in H 2 O). Sem spadajo zelene rastline in mikroorganizmi. Glede na vir energije, ki ga uporabljajo avtotrofni organizmi za sintezo organskih snovi, jih delimo v dve skupini: fototrofe in kemotrofe.

fotosinteza

Zelene rastline so fototrofi. Za asimilacijo uporabljajo energijo, ki se sprosti pri oksidaciji anorganskih snovi. Zelene rastline imajo v svojih kloroplastih klorofil. Fotosinteza poteka s sodelovanjem klorofila. Fotosinteza je proces pretvorbe sončne energije v potencialno energijo kemičnih vezi v organskih snoveh. Fotosinteza je sestavljena iz dveh faz: svetle in temne.

svetlobna faza.Pod vplivom svetlobe molekula klorofila, ki se nahaja v zrnih kloroplasta, prejme presežek energije. Del te energije gre za cepitev (fotolizo) molekule vode.

Vodikovi ioni nase pritrdijo elektron in se spremenijo v prosti atom vodika.

Vodik H se uporablja za obnovitev nosilca NADP + (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat).

NADP? H prehaja v stromo kloroplasta, kjer sodeluje pri sintezi ogljikovih hidratov.

OH - ioni, ki oddajo elektron, se spremenijo v proste radikale, ki medsebojno delujejo, tvorijo vodo in prosti kisik.

Drugi del energije se porabi za sintezo ATP iz ADP.

V svetlobni fazi fotosinteze nastanejo: 1) snov, bogata z energijskimi vezmi - ATP; 2) prosti kisik - O 2; 3) H (vodik) se veže na nosilec, nastane NADP? n.

Reakcije svetlobne faze potekajo brez sodelovanja encimov.

temna faza.V temni fazi pride do vezave CO 2 . Reakcije temne faze vključujejo molekule ATP in vodikove atome, ki nastanejo med fotolizo in so povezani z nosilnimi molekulami. Reakcije te faze potekajo v stromi kloroplastov s sodelovanjem encimov.

Molekule monosaharida - glukoze, ki nastanejo kot posledica temne faze fotosinteze, se s serijo encimskih reakcij pretvorijo v polisaharide. Tako se energija sončne svetlobe pretvori v energijo kemičnih vezi kompleksnih organskih snovi.

Skupna reakcija fotosinteze:

Fotosinteza proizvaja organske snovi in kisik v ozračju.

Kemosinteza

Sinteza organskih snovi v avtotrofnih bakterijah poteka z uporabo energije, ki se sprosti med kemičnimi reakcijami oksidacije anorganskih spojin: vodikovega sulfida, žvepla, amoniaka, dušikove kisline. Ta proces se imenuje kemosinteza.

Nitrifikacijske bakterije spadajo v skupino kemosintetskih avtotrofov. Ena skupina bakterij pridobiva energijo, potrebno za sintezo organskih snovi, kot rezultat oksidacije amoniaka v dušikovo kislino.

Kemosintetske bakterije imajo pomembno vlogo v kroženju snovi v naravi.

Heterotrofna asimilacija

Heterotrofniorganizmi gradijo organske snovi svojega telesa iz že obstoječih gotovih organskih snovi. Heterotrofi vključujejo živali, glive in nekatere bakterije.

Heterotrofni organizmi so sposobni zgraditi svoje specifične beljakovine, maščobe, ogljikove hidrate samo iz beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov.

dov, ki jih prejmejo s hrano. Med prebavo te snovi razpadejo v monomere. Iz monomerov v celicah se sintetizirajo snovi, značilne za določen organizem. Vse te reakcije potekajo s sodelovanjem encimov in z uporabo energije ATP.

Shema pretvorbe snovi v heterotrofnem organizmu

Miksotrofna asimilacija

Miksotrofniorganizmi (na primer zelena evglena) vsebujejo pigment klorofil in so zato lahko avtotrofi. Ob pomanjkanju svetlobe postanejo heterotrofi.

Disimilacija

Glede na vrsto disimilacije organizme delimo na aerobna in anaerobno.

V človeškem telesu, živalih in večini mikroorganizmov se energija tvori kot posledica katabolnih reakcij med dihanje oz fermentacijo. Ta energija preide v posebno obliko – energijo makroergičnih vezi molekul ATP. Z uporabo energije ATP pride do biosinteze, delitve celic, krčenja mišic in drugih procesov. Sinteza ATP poteka v mitohondrijih.

Aerobna disimilacija

Izmenjava energije poteka v 3 fazah. 1. stopnja - pripravljalni.

Na tej stopnji se molekule kompleksnih snovi (beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov, nukleinskih kislin) razgradijo na monomere. Pri tem se sprosti majhna količina energije, ki se razprši kot toplota. Sinteza ATP ne pride.

2. stopnja - anoksična (anaerobna).

V citoplazmi celic pride do anoksičnega razpada. Monomeri, ki nastanejo na prvi stopnji, se razdelijo brez sodelovanja kisika v več stopnjah. Cepitev poteka pod delovanjem encimov s tvorbo energije ATP. Na primer, v mišicah (v citoplazmi celic) molekula glukoze razpade na dve molekuli mlečne kisline in dve molekuli ATP.

3. stopnja - razpad kisika (aerobno dihanje).

Vse reakcije te stopnje katalizirajo encimi in potekajo ob sodelovanju kisika v mitohondrijih. Snovi, ki nastanejo v prejšnji fazi, se oksidirajo do končnih produktov - CO 2 in H 2 O.

Pri tem se sprosti velika količina energije.

Ta proces se imenuje celično dihanje. Pri oksidaciji dveh molekul mlečne kisline nastane 36 molekul ATP. Kot rezultat druge in tretje stopnje se med cepitvijo ene molekule C 6 H 12 O 6 sprosti 38 molekul ATP.

Povzetek enačbe:

Anaerobna disimilacija

Razgradnja glukoze v anaerobno bakterije lahko gredo v anoksične pogoje. Ta proces se imenuje fermentacijo. Pri fermentaciji se ne sprosti vsa energija, ki jo snov vsebuje, ampak le del. Preostanek energije ostane v kemičnih vezeh v nastali snovi.

Pri alkoholnem vrenju nastaneta alkohol in dve molekuli

ATP.

Tako se pri razgradnji glukoze v aerobnih pogojih sprosti vsa energija in gre pri razgradnji do končnih produktov (CO 2 in H 2 O), pri fermentaciji pa se del energije sprosti in gre pri razgradnji do vmesne reakcije. izdelkov.