Общая схема катаболизма питательных веществ

Все катаболические процессы можно разделить на 3 этапа (фазы)

В 1 фазе происходит распад полимерных молекул на монмеры (белки до амк и тд) Эта фаза локализуется в желудочно-кишечном тракте это так называемый распад экзогенных полимеров и распад эндогенных полимеров локализующихся в клетках т е распад резервных углеводов, липидов, обновление белков Объем распадающихся эндогенных полимеров ни чуть не меньше экзогенных Например белков мы потребляем примерно 100 гр, а эндогенных белков расщепляется еще 400 гр В этой фазе нет окислительных процессов Основные процессами химическими является гидролиз, фосфоролиз и при этом выделяется 1-2% энергии от общего запаса в пнтат вещ-ах Вся энергия рассеивается в виде теплоты В этой фазе происходит важное событие Это резкое уменьшение числа соединений, которые затем вступают во вторую фазу катаболизма Огромное разнообразие пищевых соединений вступающих в первую фазу на выходе дает около 50 соединений, что значительно упрощает дальнейшую переработку

Во второй фазе примерно этих ЭД соединений подвергаются дальнейшему- расщеплению и на входе из этой фазы остается в основном 5 соединекий(Ацетил-КоА, (ЩУК, Пировинограт,) Оксалоацетат Фумарат, 2-оксоглуторкг, сукцинил-КоА) Иначе говоря, дальнейшая переработка соединений во второй фазе сопровождается еще большей унификацией промежуточных продуктов В отношении характера химических процессов вторая фаза носит смешанный характер Здесь как и в первой фазе встречаются реакции гидролиза, фосфоролиза, тиолиза, лиазного расщепления и в отличии от первой фазы - окислительные процессы Благодаря окислительным процессам и другим процессам, на этой стадии выделяется 1/3 часть энергии заключенной в питательных веществах Причем часть этой энергии уже аккумулируется в виде макроэргов

В третей фазе все 5 соединений вступают в единый метаболический путь получивший название Цикла Кребса В котором они и расщепляются до конечных продуктов, а из Цикла Кребса выходят атомы водорода, которые проходя через цепь дыхательных ферментов соединяются с кислородом с образованием воды Эта фаза носит исключительно окислительный характер В ней выделяется 2/3 энергии питат вещ-в и аккумуляция энергии достигает 40% Внутренняя логика такой организации катаболических процессов заключается в том, что по мере углубления распада питательных веществ, количество промежуточных продуктов уменьшается Такой принцип построения катаболических процессов получил название - принципа конвергениции

Метаболические процессы 1 и 2 фаз катаболизма обычно индивидуальны для каждого соединения или узкой группы соединения одного класса, поэтому они получили названия специфических путей катаболизма Метаболические процессы 3 фазы в независимости от того какое исходное вещество расщепилось является общим отсюда название -общие метаболические пути (цикл КреОса, цепь дыхательных ферментов) Наличие общим метаболических путей в 3 фазе метаболизма несомненно повышает адаптационные возможности живых организмов, поскольку позволяет сравнительно легко переключатся с одного типа питательных веществ на другой

ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Пластический материал для биосинтеза и они же источник энергии Белки норма - 100 гр Калорический коэфнцент 4,1 Часть продукта распада белков выводится в неокисленном виде (мочевина, креатинин) При рачсщеплении питательных веществ и процессе всасывания часть энергии превращается в теплоту - специфический и динамический действия пищи

Пища человека содержит множество химических соединений как органических, так и минеральных Главную долю органических веществ пищи составляют основные пищевые вещества — углеводы, жиры, белки Часть органических веществ — это минорные пищевые вещества, требующиеся в малых количествах К ним принадлежат, в частности, витамины

Пищевые вещества могут быть заменимыми и незаменимыми Заменимые — это те, которые могут образоваться в организме из других веществ Например, жиры могу! образоваться из углеводов, углеводы — из аминокислот, некоторые аминокислоты образуются из других аминокислот или га углеводов Незаменимые пищевые вещества не синтезируются из других веществ и поэтому должны содержаться в пище в готовом виде

Основные пищевые вещества болыдей частью представляют собой полимеры В желудочно-кишечном тракте они гидролизу-ются при участии ферментов класса гидролаз на мономеры в этом заключается суть пищеварения В процессе пищеварения происходит уменьшение разнообразия веществ из бесчисленного количества белков разного строения, полисахаридов, жиров получается 20 разных аминокислот, небольшое число моносаха-ридов (главным образом глюкоза, фруктоза, галактоза), глицерин, жирные кислоты (главным образом олеиновая, стеариновая, пальмитиновая) Мономеры как низкомолекулярные вещества значительно легче проникают через клеточные мембраны кишечного эпителия (полимеры практически не всасываются) С кровью мономеры транспортируются во

ЦИКЛ КРЕБСА

Это высокоорганизованная циклическая система взаимопревращений ди- и трикарбоновых кислот, катализируемых мультиферментным комплексом Он составляет основу клеточного метаболизма Несмотря на то, что этот метаболический путь является замкнутым его началом считается цитратсинтазная реакция в ходе которой конденсация Ацетия-КоА и оксалоацитата дает цитрат Далее следует реакция отщепление воды катализируемая ферментом аконитазой продуктом реакции является цис-

Этот же фермент (аконитаза или аконитатгитротаза) катализирует реакцию гидротации в итоге образуется изомер -изолимонная кислота

Окислительная реакция кот катализируется ферментом изоцитратдегидрогиназа (она еще и карбоксилирующая) а-кетоггаотаровая кислота В ходе реакции отщепляется СО2, энергия окислительного превращения аккумулируется в восстановленном НАД

а-кетоглютаровая кислота под действием а-кетоглюторатдегидрогиназного комплекса (3 типа ферментов, 2 кофермента НАД, КоА и 3 простетических группы тиаминпирофосфат, липоевую кислоту и Флавинадениндннуклеотид) Это тоже реакция окисления идущая путем дегидрирования В данном случае часть энергии запасается еще и в макроэргической связи Образуется сукценил-КоА

Сукцешга-КоА Фермент катализирует очень интересную реакцию в ходе которой из ГДФ и фосфорной кислоты образуется ГТФ Отщепляется КоА фермент - сукценил-КоА-синтаза (сукцинаттиокиназа) В итоге образуется янтарная кислота - сукцинат Эта реакция субстратно-окислительного фосфорноирования

Сукцинат далее вступает вновь в реакцию окисления с участием фермент» сукцинатдегидрогиназы Это ФАД зависимый фермент остальные дегидрогиназы НАД зависимые ФАД восстанавливается а сукцинат окисляется с образованием фумаровой кислоты

Происходит немедленное присоединение воды с участием фермента фумаразы и образуется малат (яблочная кислота)

Малат, с участием малатдегидрогиназы содержащий НАД, окисляется в итоге образуется ЩУК т е происходит регенерация первого продукта

ЩУК может снова вступать в реакцию конденсации с ацетил-КоА с образованием лимонной

Что происходит в цикле Кребса?

СНЗ-С + ЗНАД + ФАД + ГДФ + НЗРО4 + 2Н2О -> 2СОг + ЗНАДН+Н* + ФАДН2 + ГТФ + HSKoA

Как регулируется цикл Кребса?

Термодинамический контроль работы цикла

Пусковой реакцией цикла является цитратсиктазная реакция она сопровождается большой потерей энергии Д G = - 7,7 ккал/моль В условиях клетки эта реакция практически необратима Большой потерей энергии сопровождается <х-кетоглюторатдегидрогиназная реакция ДО = -8 ккал/моль В условиях клетки эта реакция абсолютна необратима

За счет пусковой стадии и особенно а-кетст люторатдегидрогиназной реакции движение метаболитов возможно лишь в одном направлении т е в направлении деградации (ращипления) ацетип-КоА т е здесь мы имеем дело с двойным термодинамическим контролем направления процесса

Кинетический контроль скорости потока метаболитов.

Обеспеченность клетки энергией можно характеризовать величиной энергетического ее заряда Он равен отношению концентрации АТФ и половины концентрации АДФ к концентрация АДФ, АТФ и АМФ Когда клетка хорошо обеспечена энергией большая часть ее адениловых нуклеотидов находится в форме АТФ и величина энергетического заряда приближается к 1 Высокая концентрация АДФ и АМФ признак нехватки энергии Отсюда работа цикла Кребса должна тормозиться высокой концентрацией АТФ Цикл Кребса должен стимулироваться высокой концентрацией АДФ и АМФ, энергии не хватает - пора включать цикл Аналогичную роль может играть отношение восстановленно! о НАД к окисленному

Скорость работы цикла контролируется прежде всего на пусковой стадии, которая определяется в значительной мере концентрацией ЩУК в клетке Кроме того цитратсинтаза аллостерически угентается высокими концентрациями АТФ, восстав НАД, и сукцинил-КоА Угнетение активности ферментов высокими концентрациями АТФ вполне понятно - клетка обеспеченна энергией и цикл Кребса выключается

Второе регуляторное звено - изоцитратдегидрогиназная реакция Изоцитратдегндрогиназа аллостерически ингибируется высокими концентрациями АТФ и восстановленного НАД В то же время АДФ выступает в качестве аллостерического активатора Аллостерическим активатором по некоторым данным является так же изоцитрат

Третьим уровнем регуляции является а-кетоглюторатдегидропшазная реакция Здесь восстановленный НАД и АТФ явл аллостер ингибиторами работы этого комплекса Активатором выступает АМФ Высокие концентрации сукцинил-КоА угнетает работу комплекса

Активность фермента сукцинатдегидрогиназы ингибируется по конкурентному механизму высокими концентрациями ЩУК и малоновой кислоты.