Зат алмасу дегеніміз не?

Метаболизм немесе Зат алмасу - тірі организмде тіршілік ету үшін болатын химиялық реакциялар жиынтығы. Бұл процестер ағзалардың өсуіне және көбеюіне, құрылымын сақтауға және қоршаған орта әсеріне жауап беруге мүмкіндік береді.

Метаболизм әдетте 2 сатыға бөлінеді: катаболизм және анаболизм. Катаболизм кезінде күрделі органикалық заттар қарапайым заттарға азаяды, олар әдетте энергия шығарады. Ал анаболизм процестерінде - қарапайым заттардан күрделі заттар синтезделеді және бұл энергия шығынына алып келеді.

Химиялық метаболикалық реакциялар қатарын метаболикалық жолдар деп атайды. Оларда ферменттердің қатысуымен кейбір биологиялық маңызды молекулалар бірізді түрде басқаларына айналады.

Метаболизм процестерінде ферменттер маңызды рөл атқарады, себебі:

• биологиялық катализатор ретінде әрекет етеді және химиялық реакцияның белсенділігін төмендетеді,
• жасушаның қоршаған ортасындағы өзгерістерге немесе басқа жасушалардың сигналдарына жауап ретінде метаболизм жолдарын реттеуге мүмкіндік береді.

Метаболикалық ерекшеліктер белгілі бір молекуланың ағзаның энергия көзі ретінде қолдануға жарайтын-өзгермейтіндігіне әсер етеді. Мысалы, кейбір прокариоттар энергия көзі ретінде күкіртсутекті пайдаланады, бірақ бұл газ жануарларға улы. Метаболизм жылдамдығы ағзаға қажет тамақ мөлшеріне де әсер етеді.

Биологиялық молекулалар

Метаболизмнің негізгі жолдары және олардың компоненттері көптеген түрлер үшін бірдей, бұл барлық тіршілік иелерінің шығу тегінің біртұтастығын көрсетеді. Мысалы, трикарбон қышқылының циклінде аралық болып табылатын кейбір карбон қышқылдары бактериялардан эукариотты көп жасушалы ағзаларға дейін барлық ағзаларда болады. Метаболизмдегі ұқсастықтар метаболизм жолдарының жоғары тиімділігімен, сондай-ақ олардың эволюция тарихында ерте пайда болуымен байланысты.

Биологиялық молекулалар

Барлық тірі тіршілік иелерін (жануарлар, өсімдіктер, саңырауқұлақтар мен микроорганизмдер) құрайтын органикалық заттар негізінен аминқышқылдары, көмірсулар, липидтер (майлар деп аталады) және нуклеин қышқылдарынан тұрады. Бұл молекулалар тіршілік үшін қажет болғандықтан, метаболикалық реакциялар жасушалар мен ұлпаларды құру немесе энергия көзі ретінде пайдалану үшін оларды жою кезінде осы молекулаларды құруға бағытталған. Көптеген маңызды биохимиялық реакциялар ДНҚ мен белоктарды синтездеуге біріктіріледі.

Метаболикалық рөлі

Метаболизм ерекше назар аударуға тұрарлық. Біздің жасушаларымызды пайдалы заттармен қамтамасыз ету оның белгіленген жұмысына байланысты. Зат алмасудың негізі - адам ағзасында болатын химиялық реакциялар. Ағзаның тіршілігіне қажетті заттар тамақпен бірге алынады.

Сонымен қатар, бізге ауамен бірге дем алатын көп оттегі қажет. Ең дұрысы, құрылыс пен ыдырау процестері арасында тепе-теңдік сақталуы керек. Алайда, бұл тепе-теңдік жиі бұзылуы мүмкін және бұған көптеген себептер бар.

Метаболикалық бұзылулардың себептері

Метаболикалық бұзылулардың алғашқы себептерінің ішінде тұқым қуалайтын факторды анықтауға болады. Бұл түсініксіз болса да, онымен күресу мүмкін және қажет! Сондай-ақ, метаболикалық бұзылулар органикалық аурулардан туындауы мүмкін. Алайда, көбінесе бұл бұзылулар біздің тамақтанбауымыздың салдары болып табылады.

Қоректік заттардың көптігі және олардың жетіспеуі біздің ағзамызға өте зиянды. Ал салдары қайтымсыз болуы мүмкін. Белгілі бір қоректік заттардың артық мөлшері майлы тағамдарды шамадан тыс тұтыну нәтижесінде пайда болады, ал жетіспеушілік салмақ жоғалту үшін түрлі диеталарды қатаң сақтау нәтижесінде туындайды. Негізгі диета көбінесе монотонды диета болып табылады, бұл маңызды қоректік заттардың жетіспеуіне әкеледі, бұл өз кезегінде бұл әр түрлі аурулардың дамуына әкеледі. Көптеген тағамдарға аллергия болуы мүмкін.

Метаболикалық аурулар

Барлық метаболикалық процестерді теңдестіргеннен кейін және ағзаны жетіспейтін дәрумендермен қамтамасыз ете отырып, біз жасушаларымыздың ыдырауынан пайда болатын бірқатар ауыр ауруларға шалдығу қаупі бар. Ыдырау өнімдерінде тірі және өсетін барлық заттар бар, және бұл біздің денсаулығымыз үшін ең қауіпті жау болуы мүмкін. Басқаша айтқанда, ағзаны уақытында токсиндерден тазарту керек, немесе олар жай ғана оны улай бастайды. Артық мөлшерде ыдырау өнімдері созылмалы ауруларды тудырады және бүкіл ағзаның жұмысын баяулатады.

Көмірсулар алмасуының бұзылуымен ауыр ауру пайда болады - қант диабеті, майдың дұрыс алмасуы болмаса, холестерин жинақталады (үйде холестеринді дәрі-дәрмексіз қалай төмендетуге болады?), Бұл жүрек-тамыр ауруларын тудырады. Өсіп келе жатқан бос радикалдар қатерлі ісіктердің пайда болуына ықпал етеді.

Семіздік, сондай-ақ метаболикалық проблемалардың жалпы салдары болып табылады. Бұл топқа сонымен қатар подагра, ас қорыту бұзылыстары, қант диабетінің кейбір түрлері т.б. Минералдар мен дәрумендердің теңгерімсіздігі бұлшықеттерге, сүйектерге, жүрек-тамыр жүйесінің ауыр бұзылуларына әкеледі. Балаларда бұл өсу мен дамудың өсу түрінде өте ауыр зардаптарға әкелуі мүмкін. Айта кету керек, дәрумендерді қосымша қолдану әрдайым ұсынылмайды, өйткені олардың артық болуы жағымсыз салдарға әкелуі мүмкін.

Алдын алу

Біздің ағзамыздағы метаболикалық процестерді реттеу үшін токсиндердің пайда болуына жол бермейтін және зат алмасу сапасын жақсартатын кейбір заттар бар екенін білуіміз керек.

Біріншісі - оттегі. Тіндердегі оттегінің оңтайлы мөлшері метаболизм процестерін айтарлықтай белсендіреді.

Екіншіден, дәрумендер мен минералдар. Жасы ұлғаюымен барлық процестер баяулайды, қан тамырларының ішінара бітелуі байқалады, сондықтан минералдардың, көмірсулар мен оттегінің жеткілікті мөлшерін алу маңызды. Бұл жасушаның су-тұз алмасуының жақсы жұмысын қамтамасыз етеді, өйткені уақыт өткеннен кейін жасуша құрғап, өмірі үшін қажетті барлық элементтерді алмайды. Мұны біле отырып, біз қартаю жасушаларын жасанды түрде тамақтандыруымыз керек.

Зат алмасуды реттейтін көптеген ұсыныстар мен препараттар бар. Халықтық медицинада Ақ теңіз балдырлары - фукус кең танымалдыққа ие болды, оның құрамында минералды заттар мен метаболизмді жақсартуға қажетті пайдалы дәрумендер жиынтығы бар. Дұрыс тамақтану, құрамында холестерин мен басқа да зиянды заттар бар тағамдарды диетадан шығару организмге мінсіз жұмыс істеудің тағы бір әдісі болып табылады.

Білімі: Мәскеу медициналық институты Сеченов, мамандығы - 1991 ж. «Медициналық бизнес», 1993 ж. «Кәсіби аурулар», 1996 ж. «Терапия».

Пластикалық тамақ контейнерлері: фактілер мен мифтер!

Аминоқышқылдар мен ақуыздар түзету

Ақуыздар - биополимерлер және пептидтік байланыстармен қосылған амин қышқылдарының қалдықтарынан тұрады. Кейбір ақуыздар ферменттер және химиялық реакцияларды катализдейді. Басқа ақуыздар құрылымдық немесе механикалық функцияны орындайды (мысалы, цитоскелет түзеді). Ақуыздар сонымен қатар жасуша сигналында, иммундық жауаптарда, жасушалардың агрегациясында, мембраналар арқылы белсенді тасымалдануда және жасуша циклін реттеуде маңызды рөл атқарады.

Метаболизм дегеніміз не?

Метаболизм (немесе метаболизм) - бұл организм өмірі үшін тамақ калориясын энергияға айналдыру процестерінің жиынтығы. Метаболизм ас қорыту мен физикалық белсенділіктен басталады және ұйқы кезінде адамның тыныс алуымен аяқталады, организм мидың қатысуынсыз және өздігінен әртүрлі органдарға оттегін жеткізеді.

Метаболизм тұжырымдамасы салмақ жоғалту немесе бұлшық ет жинау үшін кез-келген диетадағы бастапқы нүкте болып табылатын күнделікті калорияны есептеумен тығыз байланысты. Жастық, жыныстық және физикалық параметрлерге сүйене отырып, негізгі зат алмасу деңгейі анықталады, яғни организмнің күнделікті энергияға қажеттілігін қанағаттандыру үшін қажет калория саны. Болашақта бұл көрсеткіш адам белсенділігінің индикаторына көбейтіледі.

Көбінесе метаболизмді тездету салмақты жоғалту үшін пайдалы деп санайды, өйткені ол денеге көп калорияларды жағуға мәжбүр етеді. Шындығында, салмақ жоғалтатын адамдардың метаболизмі, әдетте, баяулайды, өйткені метаболизмнің жеделдетілуіне тек бір уақытта калория қабылдауды жоғарылату және физикалық белсенділікті жоғарылату арқылы қол жеткізуге болады, яғни бұлшықет өсуіне арналған күш жаттығуы кезінде.

Липидтерді түзету

Липидтер биологиялық мембраналардың бөлігі болып табылады, мысалы, плазмалық мембраналар, коферменттер мен энергия көздерінің компоненттері. Липидтер - бұл бензол немесе хлороформ сияқты органикалық еріткіштерде еритін гидрофобты немесе амфифильді биологиялық молекулалар. Майлар - бұл май қышқылдары мен глицеринді қамтитын қосылыстардың үлкен тобы. Үш май қышқылының молекуласы бар үш күрделі эфирлік байланыстарды құрайтын глицерин трихидрикті спирт молекуласы триглицерид деп аталады. Май қышқылдарының қалдықтарымен қатар күрделі липидтерге, мысалы, сфингозин (сфинголипидтер), гидрофильді фосфат топтары (фосфолипидтерде) кіруі мүмкін. Холестерин сияқты стероидтер - липидтердің тағы бір үлкен класы.

Көмірсулар түзету

Қанттар дөңгелек немесе сызықтық түрінде альдегидтер немесе кетондар түрінде өмір сүре алады, олардың бірнеше гидроксил топтары болады. Көмірсулар - ең көп таралған биологиялық молекулалар. Көмірсулар келесі функцияларды орындайды: энергияны сақтау және тасымалдау (крахмал, гликоген), құрылымдық (өсімдік целлюлозасы, саңырауқұлақтар мен жануарлардағы хитин). Ең көп кездесетін қант мономерлері гексозалар - глюкоза, фруктоза және галактоза. Моносахаридтер күрделі сызықтық немесе тармақталған полисахаридтердің бөлігі болып табылады.

Зат алмасуды қалай тездетуге болады?

Тамақтанудың метаболизмді жеделдетуге әсері бір қарағанда айқын көрінбейді. Метаболизмді нашарлататын көптеген өнімдер бар екеніне қарамастан - қант пен басқа да тез көмірсулардың салмағын көтеретін өнімдерден бастап, оның транс майларымен маргаринге дейін - тек аз ғана өнімдер метаболизмді жеделдете алады.

Денедегі метаболикалық цикл бірнеше күнге созылуы мүмкін (мысалы, көмірсулардан толық бас тартқан кезде, организм кетогендік диетаға 2-3 күн ішінде ауысады), метаболизмді бір өнімді жеп немесе көкөніс салмағын жоғалту үшін жұмсақ шырын ішу арқылы жеделдетуге болмайды. Сонымен қатар, метаболизмнің жылдамдауы, әдетте, тәбеттің жоғарылауымен байланысты - бұл салмақ жоғалту үшін диетаны ұстану әрдайым пайдалы емес.

Салмақ жоғалтудың метаболикалық процестері

Артық салмақтан арықтаған адам дене шынықтырумен белсенді айналысып, калориялары аз диетаны қабылдады делік. Сондай-ақ, ол метаболизмді тездету үшін көбірек су ішу керек және «майды бұзатын» бромелайн ферментіне бай ананас жеу керек. Алайда, түпкі нәтиже зат алмасуды жеделдету емес, оның күрт баяулауы болады.

Мұның себебі қарапайым - дене физикалық белсенділіктің деңгейі күрт жоғарылағандығы туралы және тамақтан энергияны қабылдау күрт төмендегені туралы сигнал жібере бастайды. Адам жаттығуларға қаншалықты белсенді қатысса және диетаны қатаң ұстанса, дене соғұрлым «жаман кезеңдер» келді деп ойлайды және май қорларын үнемдеу үшін метаболизмді бәсеңдететін уақыт келді - плюс, кортизол мен лептин деңгейі артады.

Зат алмасуды қалай жеделдетуге болады?

Салмақ жоғалту үшін метаболизмді «таратуға» және метаболизмді мүмкіндігінше тездетуге тырысудың қажеті жоқ - ең алдымен дененің күнделікті калория алатын өнімдерін мұқият қарау керек. Көп жағдайда диетаны қалыпқа келтіру және тұтынылатын көмірсулардың гликемиялық индексін бақылау тез арада метаболизм процестерін қалыпқа келтіреді.

Көбіне салмақ жоғалтуға тырысатын адамдар дене жаттығуларының энергия шығындарын асыра бағалайды, ал олар тұтынатын тағамның калориясын айтарлықтай бағаламайды. Мәселен, бір банкадағы кола құрамындағы қант 30-40 минуттық уақытқа жетеді - басқаша айтқанда, калорияларды жағуға тырысып, шаршау жаттығуларымен шаршап-шалдыққаннан коладан бас тарту әлдеқайда оңай.

Нуклеотидтерді түзету

ДНҚ және РНҚ молекулалары - ұзын, тармақталмаған нуклеотидтер тізбегі. Нуклеин қышқылдары репликация, транскрипция, аударма және ақуыз биосинтезі процесінде жүзеге асырылатын генетикалық ақпаратты сақтау және іске асыру функциясын орындайды. Нуклеин қышқылдарында кодталған ақпарат репарация жүйесіндегі өзгерістерден қорғалған және ДНҚ репликациясымен көбейтіледі.

Кейбір вирустардың құрамында РНҚ бар геном бар. Мәселен, адамның иммун тапшылығы вирусы өзінің құрамында РНҚ бар геномынан ДНҚ шаблонын жасау үшін кері транскрипцияны қолданады. Кейбір РНҚ молекулалары каталитикалық қасиетке ие (рибозимдер) және сплитосомалар мен рибосомалардың құрамына енеді.

Нуклеозидтер - бұл азот негіздерін рибоза қантына қосу өнімдері. Азотты негіздерге мысал ретінде гетероциклді азотты қосылыстар - пуриндер мен пиримидиндердің туындылары жатады. Кейбір нуклеотидтер сонымен қатар функционалды топтың ауысу реакцияларында коэнзим ретінде әрекет етеді.

Коэнзимдерді өңдеу

Метаболизм химиялық реакциялардың кең спектрін қамтиды, олардың көпшілігі функционалды топтың ауысу реакцияларының бірнеше негізгі түрлерімен байланысты. Коэнзим химиялық реакцияларды катализдейтін ферменттер арасында функционалды топтарды беру үшін қолданылады. Функционалды топтардың ауысуының химиялық реакцияларының әрбір класы жеке ферменттермен және олардың коэффициенттерімен катализденеді.

Аденозин трифосфаты (АТФ) - орталық коферменттердің бірі, жасуша энергиясының әмбебап көзі. Бұл нуклеотид макроергиялық байланыста сақталатын химиялық энергияны әртүрлі химиялық реакциялар арасында беру үшін қолданылады. Ұяшықтарда аз мөлшерде АТФ бар, ол үнемі ADP және AMP-ден түзіліп отырады. Адам ағзасы тәулігіне АТФ массасын өзінің денесінің массасына тең мөлшерде тұтынады. АТФ катаболизм мен анаболизм арасындағы байланыс қызметін атқарады: катаболикалық реакциялармен АТФ түзіледі, анаболикалық реакциялармен энергия жұмсалады. АТФ сонымен қатар фосфорлану реакцияларында фосфат тобының доноры рөлін атқарады.

Витаминдер - аз молекулалы органикалық заттар, олар аз мөлшерде қажет, мысалы, дәрумендердің көпшілігі адамдарда синтезделмейді, бірақ тамақпен немесе асқазан-ішек микрофлорасы арқылы алынады. Адам ағзасында витаминдердің көпшілігі ферменттердің коэффициенті болып табылады. Көптеген дәрумендер өзгертілген биологиялық белсенділікке ие болады, мысалы, барлық суда еритін витаминдер фосфорланған немесе нуклеотидтермен біріктірілген. Никотинамид аденин динуклеотиді (NADH) В дәрумені туындысы₃ (ниацин) және маңызды коэнзим - сутегі акцепторы. Жүздеген түрлі дегидрогеназа ферменттері субстраттардың молекулаларынан электрондарды алып, NAD + молекулаларына өткізеді, бұл оны NADH-ге дейін төмендетеді. Коэнзимнің тотыққан формасы - бұл жасушадағы әртүрлі редуктазаларға арналған субстрат. Ұяшықта NAD NADH және NADPH байланысты екі формада болады. NAD + / NADH катаболикалық реакциялар үшін маңызды, ал NADP + / NADPH анаболикалық реакцияларда жиі қолданылады.

Бейорганикалық заттар мен кофакторлар түзету

Бейорганикалық элементтер метаболизмде шешуші рөл атқарады. Сүтқоректілер массасының шамамен 99% -ы көміртек, азот, кальций, натрий, магний, хлор, калий, сутек, фосфор, оттегі мен күкірттен тұрады. Биологиялық маңызды органикалық қосылыстар (ақуыздар, майлар, көмірсулар және нуклеин қышқылдары) құрамында көміртек, сутек, оттегі, азот және фосфор көп мөлшерде болады.

Көптеген бейорганикалық қосылыстар иондық электролиттер болып табылады. Дене үшін ең маңызды иондар - натрий, калий, кальций, магний, хлоридтер, фосфаттар және бикарбонаттар. Осы иондардың жасуша ішіндегі және жасушадан тыс ортадағы тепе-теңдігі осмотикалық қысым мен рН-ны анықтайды. Ион концентрациясы жүйке және бұлшықет жасушаларының жұмысында да маңызды рөл атқарады. Қозғыш ұлпалардағы әсер ету потенциалы жасушадан тыс сұйықтық пен цитоплазма арасындағы иондардың алмасуынан туындайды. Электролиттер плазма мембранасындағы иондық каналдар арқылы жасушаға енеді және шығады. Мысалы, бұлшықеттің жиырылуы кезінде кальций, натрий және калий иондары плазмалық мембранада, цитоплазмада және түтікшелерде қозғалады.

Денедегі өтпелі металдар - бұл микроэлементтер, мырыш пен темір - ең көп таралған. Бұл металдар белгілі бір ақуыздармен қолданылады (мысалы, ферменттер коэффициент ретінде) және ферменттер мен көлік ақуыздарының қызметін реттеу үшін маңызды. Ферменттер коофакторлары әдетте белгілі бір ақуызға қатты байланған, алайда оларды катализ кезінде өзгертуге болады, ал катализден кейін олар әрқашан бастапқы күйіне оралады (тұтынылмайды). Іздеу металдарын ағза арнайы көлік ақуыздарын қолдана отырып сіңіреді және денеде еркін күйде болмайды, өйткені олар белгілі бір тасымалдаушы ақуыздармен байланысады (мысалы, ферритин немесе металлотиондар).

Барлық тірі организмдерді сегіз негізгі топқа бөлуге болады, олардың қайсысы қолданылатынына байланысты: энергия көзі, көміртек көзі және электрон доноры (тотықтырылатын субстрат).

1. Тірі организмдер энергия көзі ретінде: жарық энергиясын (фотосуретнемесе химиялық байланыстардың энергиясы (химия) Сонымен қатар, паразиттік ағзаларды қабылдаушы жасушаның энергетикалық ресурстарын, терминін сипаттау үшін паратроф.
2. Электронды донор (тотықсыздандырғыш) ретінде тірі организмдер мыналарды пайдалана алады: бейорганикалық заттар (құюнемесе органикалық заттар (орган).
3. Көміртек көзі ретінде тірі организмдер: көміртегі диоксиді (автонемесе органикалық заттар (гетеро-) Кейде терминдер авто және гетеротроф қысқартылған түрдегі биологиялық молекулалардың құрамына кіретін басқа элементтерге қатысты қолданылады (мысалы, азот, күкірт). Бұл жағдайда «азот-автотрофты» организмдер тотыққан органикалық емес қосылыстарды азот көзі ретінде қолданатын түрлер болып табылады (мысалы, өсімдіктер нитратты төмендетуді жүзеге асыра алады). «Азот гетеротрофты» - бұл азоттың тотыққан формаларын азайтуды жүзеге асыра алмайтын және органикалық қосылыстарды оның көзі ретінде қолдана алмайтын организмдер (мысалы, аминқышқылдары азот көзі болып табылатын жануарлар).

Зат алмасу типінің атауы тиісті түбірлерді қосып, тамырдың соңында қосу арқылы қалыптасады -троф-. Кестеде метаболизмнің мүмкін түрлері көрсетілген, мысалдар келтірілген:

• Кейбір авторлар қолданады -гидро су электрон доноры болған кезде.

Классификацияны авторлар тобы (А. Львов, С. ван Нил, Ф. Дж. Райан, Э. Татем) әзірледі және 11-ші симпозиумда «Салқын Көктегі Харбор» зертханасында мақұлданды және бастапқыда микроорганизмдердің тамақтану түрлерін сипаттау үшін қолданылды. Алайда қазіргі уақытта ол басқа организмдердің метаболизмін сипаттау үшін қолданылады.

Кестеден прокариоттардың метаболизмдік қабілеті эукариоттарға қарағанда едәуір әр түрлі екендігі анықталды, олар метаболизмнің фотолитоаототрофты және химиорганогетеротрофты түрлерімен сипатталады.

Айта кету керек, микроорганизмдердің кейбір түрлері қоршаған орта жағдайына (жарық, органикалық заттардың болуы және т.б.) және физиологиялық жағдайына байланысты әр түрлі типтегі метаболизмді жүзеге асыра алады. Метаболизмнің бірнеше түрінің бұл комбинациясы микототрофия ретінде сипатталады.

Бұл жіктеуді көп клеткалы организмдерге қолданғанда бір организмнің ішінде зат алмасу типінде ерекшеленетін жасушалар болуы мүмкін екенін түсіну керек. Сонымен, көп клеткалы өсімдіктердің жер үсті, фотосинтетикалық мүшелерінің жасушалары метаболизмнің фотолитоаототрофты түрімен сипатталады, ал жер асты мүшелерінің жасушалары химиороротеротрофты деп сипатталады. Микроорганизмдер сияқты, қоршаған орта жағдайлары, даму сатысы және физиологиялық күй өзгерген кезде, көп клеткалы организм клеткаларының метаболизм түрі өзгеруі мүмкін. Мысалы, қараңғыда және тұқым өну кезеңінде жоғары өсімдіктердің клеткалары химио-органо-гетеротрофты типті метаболиздейді.

Метаболизм деп қант, май, аминқышқылдарының салыстырмалы түрде үлкен органикалық молекулалары ыдырайтын метаболизм процестері деп аталады. Катаболизм кезінде анаболизм (биосинтез) реакцияларына қажетті қарапайым органикалық молекулалар түзіледі. Көбінесе, катаболизм реакциялары кезінде организм энергияны жұмылдырады, тамақты қорыту кезінде алынған органикалық молекулалардың химиялық байланыстарының энергиясын қол жетімді формаларға: АТФ түрінде, коэнзимдер және трансмембраналық электрохимиялық потенциалдарға айналдырады. Катаболизм термині «энергетикалық метаболизм» синонимі емес: көптеген ағзаларда (мысалы, фототрофтар) энергияны сақтаудың негізгі процестері органикалық молекулалардың ыдырауымен тікелей байланысты емес. Метаболизм түрлері бойынша организмдердің жіктелуі алдыңғы бөлімде көрсетілген энергия көзіне негізделуі мүмкін. Химотрофтар химиялық байланыстардың энергиясын пайдаланады, фототрофтар күн сәулесінің энергиясын тұтынады. Алайда, метаболизмнің әртүрлі формаларының барлығы органикалық молекулалар, су, аммиак, күкірт сутегі сияқты молекулалардың азайтылған донорларынан электрондардың оттегі, нитрат немесе сульфат сияқты акцепторлы молекулаларға ауысуымен байланысты болатын тотығу реакцияларына байланысты. Жануарларда бұл реакциялар күрделі органикалық молекулалардың көмірқышқыл газы мен су сияқты қарапайым заттарға бөлінуін қамтиды. Фотосинтетикалық организмдерде - өсімдіктер мен цианобактериялар - электронды беру реакциялары энергия шығармайды, бірақ олар күн сәулесінен сіңетін энергияны сақтау әдісі ретінде қолданылады.

Жануарлардағы катаболизмді негізгі үш кезеңге бөлуге болады. Біріншіден, ақуыздар, полисахаридтер және липидтер сияқты ірі органикалық молекулалар жасушалардың сыртындағы кішігірім компоненттерге ыдырайды. Әрі қарай, бұл кішкентай молекулалар жасушаларға еніп, одан да кішкентай молекулаларға айналады, мысалы ацетил-КоА. Өз кезегінде, ацетил А коэнзим тобы Кребс циклі мен тыныс алу тізбегіндегі су мен көмірқышқыл газын тотықтырып, АТФ түрінде сақталатын энергияны шығарады.

Асқорытуды өңдеу

Крахмал, целлюлоза немесе белок тәрізді макромолекулалар оларды жасушалар қолданар алдында кішкене бөліктерге бөліп тастау керек. Ферменттердің бірнеше кластары деградацияға қатысады: протеиндер, пептидтер мен аминқышқылдарына дейін ыдырайтын протеазалар, полисахаридтерді олиго- және моносахаридтерге дейін ыдырататын гликозидаздар.

Микроорганизмдер гидролитикалық ферменттерді олардың айналасындағы кеңістікке шығарады, бұл ферменттерді тек арнайы мамандандырылған жасушалардан шығаратын жануарлардан ерекшеленеді. Жасушадан тыс ферменттердің белсенділігі нәтижесінде пайда болатын аминқышқылдары мен моносахаридтер белсенді клеткаларды пайдаланып жасушаларға енеді.

Энергияны өңдеуді алу

Көмірсулардың катаболизмі кезінде күрделі қант жасушалар сіңіретін моносахаридтерге дейін ыдырайды. Ішке кіргеннен кейін қанттар (мысалы, глюкоза және фруктоза) гликолиз кезінде пируватқа айналады және белгілі бір мөлшерде АТФ шығарылады. Пирув қышқылы (пируват) бірнеше метаболикалық жолдардағы аралық. Пируват алмасуының негізгі жолы - ацетил-КоА-ға, содан кейін трикарбон қышқылының айналымына ауысу. Сонымен бірге энергияның бір бөлігі Кребс циклінде АТФ түрінде сақталады, сонымен бірге NADH және FAD молекулалары қалпына келеді. Гликолиз және трикарбоксил қышқылының айналымында көмірқышқыл газы түзіледі, ол тіршіліктің жанама өнімі болып табылады. Анаэробты жағдайда пируваттан гликолиз нәтижесінде фермент лактаты дегидрогеназа ферментінің қатысуымен лактат түзіледі, ал NADH NAD + дейін тотықтырылады, ол гликолиз реакцияларында қолданылады. Моносахаридтердің метаболизмі үшін балама жол бар - пентозды фосфат жолы, оның барысында энергия NADPH коэнзимінің төмендеген коэнзим түрінде сақталады және пентозалар, мысалы, нуклеин қышқылдарының синтезі үшін қажет рибоза түзіледі.

Катаболизмнің бірінші кезеңіндегі майлар бос май қышқылдары мен глицеринге гидролизденеді. Мета қышқылдары ацетил-КоА түзу үшін бета тотығу кезінде ыдырайды, ол өз кезегінде Кребс циклінде катаболизденеді немесе жаңа май қышқылдарының синтезіне өтеді. Май қышқылдары көмірсуларға қарағанда көп энергия шығарады, өйткені май құрамында олардың құрамында сутегі атомдары көп болады.

Аминоқышқылдар ақуыздарды және басқа биомолекулаларды синтездеу үшін қолданылады немесе мочевинаға, көміртегі диоксидіне дейін тотықтырады және энергия көзі ретінде қызмет етеді. Аминқышқылдарының катаболизмінің тотығу жолы аминқышқылын трансаминаза ферменттерімен бөліп алудан басталады. Амин топтары мочевина циклінде, аминқышқылдары жоқ амин қышқылдары кето қышқылдары деп аталады. Кейбір кето қышқылдары Кребс цикліндегі аралық болып табылады. Мысалы, глутаматтың дезаминденуі альфа-кетоглютар қышқылын тудырады. Гликогендік аминқышқылдары глюконеогенез реакцияларында глюкозаға айналуы мүмкін.

Тотықтырғыш фосфорлану

Тотығу фосфорлануында метаболизм жолдарындағы (мысалы, Кребс циклінде) тамақ молекулаларынан шығарылған электрондар оттегіне өтеді, ал босатылған энергия АТФ синтездеу үшін қолданылады. Эукариоттарда бұл процесс митохондриялық мембраналарға бекітілген бірқатар ақуыздардың қатысуымен жүзеге асырылады, олар электронды таратудың тыныс алу тізбегі деп аталады. Прокариоттарда бұл белоктар жасуша қабырғасының ішкі мембранасында болады. Электронды тарату тізбегінің ақуыздары протондарды мембрана арқылы сорып алу үшін азайтылған молекулалардан (мысалы, NADH) электрондарды оттегіге беру арқылы алынған энергияны пайдаланады.

Протонды айдау кезінде сутегі иондарының концентрациясында айырмашылық пайда болады және электрохимиялық градиент пайда болады. Бұл күш протондарды ATP синтаза базасы арқылы митохондрияға қайтарады. Протондардың ағымы ферменттің c-суббірліктерінен шыққан сақинаның айналуына әкеледі, нәтижесінде белсенді синтаза орталығы оның пішінін өзгертеді және фосфорилат аденозин дифосфатын түзіп, оны АТФ-қа айналдырады.

Бейорганикалық энергияны түзету

Гемолитотрофтар метаболизмнің ерекше түріне ие прокариоттар деп аталады, оларда энергия бейорганикалық қосылыстардың тотығуы нәтижесінде пайда болады. Химолитотрофтар молекулалық сутекті, күкірт қосылыстарын (мысалы, сульфидтер, күкіртсутек және бейорганикалық тиосульфаттар), темір (II) оксидін немесе аммиакты тотықтыра алады. Бұл жағдайда осы қосылыстардың тотығуынан алынған энергия электронды акцепторлар, мысалы оттегі немесе нитриттер арқылы түзіледі. Бейорганикалық заттардан энергия алу процестері ацетогенез, нитрификация және денитрификация сияқты биогеохимиялық циклдерде маңызды рөл атқарады.

Күн сәулесінің энергиясы

Күн сәулесінің энергиясын өсімдіктер, цианобактериялар, күлгін бактериялар, жасыл күкірт бактериялары және кейбір протозоа сіңіреді. Бұл процесс көбінесе фотосинтез процесінің бөлігі ретінде көмірқышқыл газын органикалық қосылыстарға айналдырумен біріктіріледі (төменге қараңыз). Кейбір прокариоттардағы энергияны тарту және көміртекті бекіту жүйелері бөлек жұмыс істей алады (мысалы, күлгін және жасыл күкірт бактерияларында).

Көптеген ағзаларда күн энергиясын сіңіру принципі тотығатын фосфорлануға ұқсас, өйткені бұл жағдайда энергия протон концентрациясы градиенті түрінде сақталады және протондардың қозғаушы күші АТФ синтезіне әкеледі. Бұл тасымалдау тізбегіне қажет электрондар фотосинтетикалық реакция орталықтары (мысалы, родопсиндер) деп аталатын жеңіл жиналатын ақуыздардан келеді. Фотосинтетикалық пигменттердің түріне байланысты реакция орталықтарының екі типі жіктеледі, қазіргі кезде фотосинтетикалық бактериялардың көпшілігінде тек бір түрі бар, ал өсімдіктер мен цианобактериялар екі.

Өсімдіктерде, балдырларда және цианобактериялардағы фотосистема II электрондарды судан шығару үшін жарық энергиясын пайдаланады, реакцияның жанама өнімі ретінде молекулалық оттегі шығады. Содан кейін электрондар хлоропласттардағы тиракоидты мембрана арқылы протондарды айдауға энергияны пайдаланатын b6f цитохром кешеніне енеді. Электрохимиялық градиенттің әсерінен протондар мембрана арқылы кері қозғалады және АТФ синтазасын қоздырады. Содан кейін электрондар I фотосистемадан өтеді және оны NADP + коферментін қалпына келтіруге, Кальвин циклінде пайдалануға немесе АТФ қосымша молекулаларын қалыптастыру үшін қайта өңдеуге пайдалануға болады.

Анаболизм - энергия шығыны бар күрделі молекулалардың биосинтезінің метаболикалық процестерінің жиынтығы. Клеткалық құрылымдарды құрайтын күрделі молекулалар қарапайым прекурсорлардан дәйекті түрде синтезделеді. Анаболизм үш негізгі кезеңнен тұрады, олардың әрқайсысы мамандандырылған ферментпен катализденеді. Бірінші кезеңде прекурсорлы молекулалар синтезделеді, мысалы аминқышқылдары, моносахаридтер, терпеноидтар және нуклеотидтер. Екінші кезеңде АТФ энергиясын жұмсайтын прекурсорлар белсендірілген нысандарға айналады. Үшінші кезеңде белсендірілген мономерлер күрделі молекулаларға біріктіріледі, мысалы, ақуыздар, полисахаридтер, липидтер және нуклеин қышқылдары.

Барлық тірі организмдер барлық биологиялық белсенді молекулаларды синтездей алмайды. Автотрофтар (мысалы, өсімдіктер) күрделі органикалық молекулаларды қарапайым бейорганикалық төмен молекулалық заттардан, мысалы көміртегі диоксиді мен суынан синтездей алады. Гетеротрофтарға неғұрлым күрделі молекулаларды құру үшін моносахаридтер мен амин қышқылдары сияқты күрделі заттардың көзі қажет. Организмдер өздерінің негізгі энергия көздеріне сәйкес жіктеледі: фотоавтрофтар мен фотоэтеротрофтар күн сәулесінен энергия алады, ал химиятотрофтар мен химогетеротрофтар бейорганикалық тотығу реакцияларынан энергия алады.

Көміртекті байланыстыратын түзету

Фотосинтез дегеніміз - қажетті энергия күн сәулесінен жұтылатын көмірқышқыл газынан қанттардың биосинтезі. Өсімдіктерде, цианобактериялар мен балдырлар, судың фотолизі оттегі фотосинтезі кезінде жүреді, ал оттегі жанама өнім ретінде шығады. СО түрлендіру үшін₂ 3-фосфоглицерат фотосистемаларда сақталған ATP және NADP энергиясын қолданады. Көміртекті байланыстыру реакциясы бисфосфаттық карбоксилаза ферментінің көмегімен жүзеге асырылады және Кальвин циклінің бөлігі болып табылады. Өсімдіктерде фотосинтездің үш түрі жіктеледі - үш көміртек молекулаларының жолымен, төрт көміртек молекулаларының (С4) және САМ фотосинтезінің жолымен. Фотосинтездің үш түрі көміртегі диоксидінің байланысу жолымен және оның Кальвин цикліне енуімен ерекшеленеді; С3 өсімдіктерінде СО байланыстырады.₂ тікелей Кальвин циклінде және C4 және CAM CO кезінде пайда болады₂ бұрын басқа қосылыстарға енгізілген. Фотосинтездің әртүрлі формалары - күн сәулесінің қарқынды ағымына және құрғақ жағдайларға бейімделу.

Фотосинтетикалық прокариоттарда көміртекті байланыстыру механизмдері әр түрлі болады. Көмірқышқыл газы Кальвин циклінде, кері Кребс циклінде немесе ацетил-КоА карбоксилдену реакцияларында түзілуі мүмкін. Прокариоттар - химиоутотрофтар сонымен қатар СО байланыстырады₂ Кальвин циклі арқылы жүреді, бірақ реакцияны жүргізу үшін бейорганикалық қосылыстардың энергиясы пайдаланылады.

Көмірсулар мен гликандарды өңдеу

Қант анаболизмі процесінде қарапайым органикалық қышқылдарды моносахаридтерге, мысалы, глюкозаға айналдыруға болады, содан кейін крахмал сияқты полисахаридтерді синтездеу үшін қолданылады. Пируват, лактат, глицерин, 3-фосфоглицерат және аминқышқылдары сияқты қосылыстардан глюкозаның түзілуі глюконеогенез деп аталады. Глюконеогенез процесінде пируват бірқатар аралық қосылыстар арқылы глюкоза-6-фосфатқа айналады, олардың көпшілігі гликолиз кезінде де түзіледі. Алайда, глюконеогенез қарама-қарсы бағыттағы гликолиз ғана емес, өйткені бірнеше химиялық реакциялар арнайы ферменттерді катализдейді, бұл глюкозаның түзілуі мен ыдырау процестерін өздігінен реттеуге мүмкіндік береді.

Көптеген ағзалар қоректік заттарды липидтер мен майлар түрінде сақтайды, алайда омыртқалыларда ацетил-КоА (май қышқылының алмасуы өнімі) пируватқа (глюконеогенездің субстраты) айналуын катализдейтін ферменттер жоқ. Ұзақ аштықтан кейін омыртқалылар ми тәрізді тіндерде глюкозаны алмастыра алатын май қышқылдарынан кетон денелерін синтездей бастайды. Өсімдіктер мен бактерияларда бұл метаболизмдік мәселе лимон қышқылы цикліндегі декарбоксилдену сатысын айналып өтіп, ацетил-КоА-ны оксалоацетатқа айналдыруға, содан кейін оны глюкоза синтезі үшін қолдануға мүмкіндік беретін глиоксилат циклын қолдану арқылы шешіледі.

Полисахаридтер құрылымдық және метаболикалық функцияларды орындайды, сонымен қатар олигосахаридті трансфераза ферменттерін қолдану арқылы липидтермен (гликолипидтер) және ақуыздармен (гликопротеиндер) біріктіруге болады.

Майлы қышқылдар, изопреноидтар және стероидтар түзету

Май қышқылдары ацетил-КоА-дан алынған май қышқылдарының синтазалары арқылы түзіледі. Май қышқылдарының көміртегі қаңқасы ацетил тобы алдымен қосылатын реакциялар циклінде кеңейеді, содан кейін карбонил тобы гидроксил тобына азаяды, содан кейін дегидратация және одан кейін қалпына келтіру жүреді. Май қышқылы биосинтезінің ферменттері екі топқа жіктеледі: жануарлар мен саңырауқұлақтарда барлық май қышқылдарының синтезделу реакциясы бір көп функционалды I протеинмен, өсімдік пластидтерімен және бактериялармен жүзеге асырылады, олардың әрқайсысы II типтегі ферменттермен катализденеді.

Терпендер мен терпеноидтер - бұл шөптен жасалған табиғи өнімдердің ең үлкен класының өкілдері. Заттардың осы тобының өкілдері изопреннің туындысы болып табылады және изопентил пирофосфаты мен диметилалилді пирофосфаттың активтендірілген прекурсорларынан түзіледі, олар өз кезегінде әр түрлі метаболикалық реакцияларда пайда болады. Жануарлар мен археяларда изопентил пирофосфаты және диметиллилилді пирофосфат ацетил-КоА-дан мевалонат жолында синтезделеді, ал өсімдіктер мен бактерияларда пируват пен гликералдегид-3-фосфат - мевалонаттық емес жолдың субстраты. Стероидті биосинтез реакцияларында изопрен молекулалары біріктіріліп, скалалин түзеді, содан кейін ланостерол түзіліп циклдік құрылымдар түзеді. Ланостеролды холестерин және эргостерол сияқты басқа стероидтерге айналдыруға болады.

Шараптарды өңдеу

Организмдер 20 қарапайым аминқышқылдарын синтездеу қабілетімен ерекшеленеді. Көптеген бактериялар мен өсімдіктер барлығының 20 синтездей алады, бірақ сүтқоректілер тек 10 маңызды амин қышқылдарын синтездей алады. Осылайша, сүтқоректілер жағдайында тамақтан 9 маңызды амин қышқылдары алынуы керек. Барлық аминқышқылдары гликолиз аралықтарынан, лимон қышқылының циклынан немесе пентозды монофосфат жолынан синтезделеді. Аминқышқылдарының аминқышқылдарынан альфа-кето қышқылдарына ауысуы трансаминация деп аталады. Амино тобының донорлары - глутамат және глутамин.

Пептидтік байланыс арқылы байланысқан аминқышқылдары ақуыздар түзеді. Әр ақуыз аминқышқылдарының қалдықтарының ерекше тізбегіне ие (ақуыздың бастапқы құрылымы). Алфавиттің әріптерін сөздердің шексіз өзгеруінің пайда болуымен біріктіруге болатындықтан, аминқышқылдары бір тізбектей немесе басқа байланып, әртүрлі белоктар түзе алады. Аминоацил-тРНҚ синтетаза ферменті аминқышқылдарының тРНҚ-ға эфирлік байланысы бар АТФ-ға тәуелді қосылысын катализдейді, аминқышқыл-тРНҚ түзіледі. Аминоацил тРНҚ - бұл мРНҚ матрицасын қолдана отырып, аминқышқылдарын ұзын полипептидті тізбектерге біріктіретін рибосомаларға арналған субстрат.