Все о метаболизме биология

Понятие о метаболизме



Метаболизм — совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией.

Оглавление:

Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.

Катаболизм (или энергетический обмен, или диссимиляция) — совокупность химических реакций, приводящих к образованию простых веществ из более сложных (гидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака и других веществ). Катаболические реакции идут обычно с выделением энергии.

Анаболизм (или пластический обмен, или ассимиляция) — понятие, противоположное катаболизму — совокупность химических реакций синтеза сложных веществ из более простых (образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтеза). Для протекания анаболических реакций требуются затраты энергии.

Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.



Источник: http://jbio.ru/ponyatie-o-metabolizme

Доклад: Метаболизм

Кировская гимназия имени героя Советского Союза Султана Баймагамбетова

Экзаменционный реферат по биологии

Выполнил: Сысоев М.Ю.

Преподаватель: Савченко И.В.



Определение метаболизма Анаболизм и катаболизм Энергетический обмен в клетке

Протеины Определения протеинов Синтез протеинов в живых организмах Классификация, структура и функции

Синтез липидов в живых организмах Компоненты липидов Образование липидов Некоторые виды липидов

Синтез углеводов в живых организмах Классификация углеводов Синтез Использование в живых организмах

Мы довольно много знаем о процессах, протекающих в клетке на молекулярном уровне. Достаточно упомянуть о том, что была расшифрована структура генетического материала -ДНК, были получены интересные и принципиально новые данные об активности генов в бактериальной клетке и клетках высших организмов.



На современном этапе развития науки следует больше внимания уделять организму как целому, связывать протекающие процессы с его функционированием, помнить о том, что наша конечная цель состоит в понимании структуры и функция организма в целом на основе знаний об отдельных его системах. Однако достичь этой цели невозможно без знания реакциях метаболизма, ведь, не зная что и как получается в организме, нельзя предположить что может получится в будущем.

В процессе написания сего реферата, я хочу узнать подробней о том что такое метаболизм, как проиходят реакции метаболизма в организме и какие ученые занимались изучением сих реакций.
Любая живая клетка, осуществляя многообразные процессы синтеза и распада веществ, подобна сложнейшему химическому комбинату. Для нормального протекания этиъ химических процессов необходим постоянный обмен веществами между клеткой и окружающей средой, а также постоянное превращение энергии в клетке. Получаемые извне белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы расходуются клетками на синтез необходимых им соединений, построение клеточных структур.

Из поступающих в клетку веществ, под воздействием ферментов образуются новые вещества, необходимые для замены израсходованных веществ и построения органоидов. Вест набор реакций биосинтеза веществ в клетке называется ассимиляцией или пластического обмена. Также эти реакции называют реакциями анаболизма. Эти реакции происходят с поглощением энергии и потому называются эндотермическими.

Очевидно, что синтез каких-либо веществ невозможен без затрат энергии. Особенно интенсивно реакции анаболизма происходят в растущей, развивающейся клетке. Важнейшими из таких реакций являются синтез белка и фотосинтез. Как же клетка получает энергию для реакций биосинтеза? Наряду с процессами синтеза новых веществ, в клетках происходит постоянный распад запасенных при ассимиляции сложных органических веществ. При участии ферментов эти вещества распадаются до более простых соединений: при этом высвобождается энергия. Чаще всего эта энергия запасается в виде аденозинтри-фосфата (АТФ). Далее эта энергия используется для различных нужд клетки, в том числе и для реакций анаболизма. Совокупность этих реакций называется диссимиляцией или энергетический обмен. Также они называются реакциями катаболизма. Эти реакции происходят с выделением энергии и потому называются экзотермическими.

Разложение углеводов начинается уже в ротовой полости. Когда углеводы попадают туда, начинает выделяться слюна, в которой помимо воды и солей различных кислот, содержит ферменты, которые позволяют начать расщепление простых углеводов, таких как крахмал и мальтозу. Расщепление происходит до появления, как правило, глюкозы. Далее, появившаяся глюкоза всасывается, а остальные не поддающиеся расщеплению в ротовой полости углеводы идут по ЖКТ дальше и попадают в желудок, а затем и в кишечный тракт.

Попадая в наш организм, белки сначала оказываются в ротовой полости, где ферменты слюны ничего с ними поделать не могут, и затем попадают в желудок. В желудке, выделяется желудочный сок, который содержит самые различные ферменты, соляную кислоту и некоторые другие вещества. Благодаря богатому набору ферментов, большинство белков перевариваются там. Некоторые аминокислоты, полученные в результате пищеварения, используются для синтеза белков организма, а остальные превращаются в глюкозу.



Ферменты которые расщепляют белки называются протеазами.

Как и белки, липиды начинают разлагаться только в желудке, да и то

-далеко не все липиды, а только простейшие. Дальшейшее разложение липидов происходит в кишечнике. Попадая в кишечник, пища, смоченная слюной и желудочным соком, подвергается действию кишечного сока, желчи, сока поджелудочной железы, здесь же происходит всасывание продуктов переваривания в кровеносные и лимфатические капилляры.

Анаболизм и катаболизм -противоположные процессы: в одном случае вещества образуются, в другом -разрушаются. Но они тесно связаны и друг без друга невозможны. Ведь если в клетке не будет синтеза веществ, то нечему будет распадаться, т.е. не будет материала для распада и получения энергии. Таким образом метаболизм -совокупность реакций анаболизма и катаболизма, т.е. обмен веществ.

Энергетический обмен в клетке



АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез, деление и т.д. В среднем, содержание АТФ в клетке составляет около 0,05% ее массы, но в тех клетках, где затраты АТФ велики (например, в клетках печени, поперечно-полосатых мышц), ее содержание может доходить до 0,5%. Синтез АТФ в клетках происходит главным образом в митохондриях. Этот процесс можно условно разделить на три этапа: 1) Подготовительный: при этом этапе крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты: жиры распадаются на жирные кислоты и глицерин, белки до аминокислот и далее. В ходе этих превращений энергии выделяется мало и она рассеивается в виде тепла, т.е. АТФ не образуется. 2) Неполное бескислородное расщепление: на этом этапе вещества, образовавшиеся во время первого этапа, разлагаются под действием ферментов и в отсутствие кислорода. Ниже я постараюсь привести пример на основе гликолиза. Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно, процесс можно представить так:

C₆H₁₂O₆+2H₃PO₄+2АДФ = 2C₃H₆O₃+2H₂O+2АТФ Где можно наглядно увидеть, что при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты, которая затем во многих клетках превращается в молочную кислоту. Причем, образовавшейся энергии хватает для образования двух молекул АТФ. Несмотря на кажущуюся простоту, гликолиз -очень сложный и многоступенчатый процесс, насчитывающий более десяти ступеней, катализируемых различными ферментами. В результате, только 40% энергии запасается в виде АТФ, остальная часть энергии рассеивается в виде тепла. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. 3) Полное кислородное расщепление или клеточное дыхание: на этом этапе вещества, образовавшиеся во время второго этапа, распадаются до конечных CO₂и H₂O. Этот этап упрощенно можно представить в виде следующего уравнения:

2C₃H₆O₃+ 6O₂+ 36H₃PO₄+ 36АДФ→CO₂+ 42H₂O +36АТФ Таким образом, окисление двух молекул молочной кислоты, приводит к выделению большого количества энергии, достаточной для образования 36 молекул АТФ. Клеточное дыхание происходит на кристах митохондрий. КПД этого процесса выше чем у гликолиза и составляет примерно 55%. В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Для получения энергии в клетках используются не только сахариды, но также липиды и, в некоторых случаях, белки. Однако, чаще всего используются сахара.

Протеины (белки) -это сложные органические соединения, состоящие из углерода, кислорода, водорода и азота. В некоторых белках также может содержатся сера и фосфор.Часть белков образует комплексы с другими молекулами, содержащими фосфор, железо, цинк и медь.

Молекулы белков — (цепи построенные из аминокислот) -очень велики; это макромолекулы, молекулярная масса которых колеблется от нескольких тысяч, до нескольких миллионов. В природных белках встречается двадцать различных аминокислот. Однако, потенциально разнообразие белков безгранично, поскольку каждому белку свойственна своя особая аминокислотная последовательность, генетически контролируемая, то есть -закодированная в ДНК клетки, вырабатывающей данный белок. Белков в данных клетках больше, чем каких-бы то ни было других органических соединений: на их долю приходится больше 50% общей сухой массы клеток.

Они -важный элемент пищи животных и могут превращаться в жиры, углеводы и другие белки. А их большое разнообразие позволяет им выполнять в живом организме множество различных функций, такие как:

1) Пластическая функция 2) Метаболическая функция 3) Энергетическая 4) Транспортная 5) Регуляторная 6) Сигнальная 7) Защитная

Сложность строения белковых молекул и чрезвычайное разнообразие разнообразие их функций крайне затрудняют создание единой четкой классификации белков на какой-либо основе. Я постараюсь изобразить некоторые классификации белков в виде таблиц.

/> Простые СложныеСостоят только изСостоят из глобулярныхаминокислотбелков и небелкового материала

Название Свойства Пример АльбуминыНейтральные, растворимы в воде и разбавленных соленых растворахЯичный альбумин Сывороточный альбумин в кровиГлобулиныНейтральные. Нерастворимы в воде. Растворимы в разбавленных соленых растворахСодержащиеся в крови антитела ФибринГистоныОсновные Растворимы в воде Нерастворимы в разбавленном водном растворе аммиакаСвязаны с нуклеиновыми кислотами в нуклеопротеидах клеткиСклеропротеиныНерастворимы в воде и в большей части других растворителейКератин волос, кожи, коллаген сухожилий, эластин связок



Название Простетическая группа Пример ФосфопротеиныФосфорная кислотаКазеин молока Вителлин яичного желткаГликопротеиныУглеводПлазма крови Муцин (компонент слюны)НуклеопротеиныНуклеиновая кислотаКомпоненты вирусов Хромосомы РибосомыХромопротеиныПигментГемоглобин-гем (железосодержащий пигмент)Фитохром (пигмент растительного происхождения)Цитохром (дыхательный пигмент)ЛипопротеиныЛипидКомпонент мембран Липопротеины крови -траспортная форма липидовФлавопротеиныФАД (флавинадениндинуклеот ид)Компонент цепи переноса электронов при дыханииМеталлопротеиныМеталлНитратредуктаза -фермент, катализирующий в растениях превращение нитрата в нитрит

Также белки могут классицироваться не только по сложности и составу, но и их функциям и структуре. Ниже представлены таблицы классификации белков по их структуре и по их функциям.

Класс белков Характеристика Функция ФибриллярныеНаиболее важна вторичная структура (третичная почти или совсем не выражена)Нерастворимы в воде. Отличаются большой механической прочностью. Длинные параллельные полипептидные цепи, скрепленные друг с другом поперечными сшивками, образуют длинные волокна или слоистые структуры.Выполняют в клетках и в организме структурные функции, например в составе соединительной ткани; к этой группе относятся среди других коллаген (сухожилия, межклеточное вещество костной ткани), миозин в мышцах, фиброин (шелк, паутина), кератин (волосы, рога, ногти, перья)ГлобулярныеНаиболее важна третичная структура. Полипептидные цепи свернуты в компактные глобулы. Растворимы -легко образуют коллоидные суспензии.Выполняют функции ферментов, антител (глобулины сыворотки крови определяют имуннологическую активность) и в некоторых случаях гормонов (например -инсулин)ПромежуточныеФибриллярной природы, но растворимые.Примером может служить фибриноген, превращающийся в нерастворимый фибрин при свертывании крови.

Также, при описании структуры белков рассматривают обычно три разных уровня организации. Первичная структура: под ней обычно подразумевают число и последовательность аминокислот, соединенных друг с другом пептидными связями в полипептидной цепи. Вторичная структура: α-спираль, возможная благодаря множеству водородных связей, возникаемых между находящимися поблизости друг от друга СО-и NH-группами. Третичная структура: у большинства белков полипептидные цепи свернуты особым образом в компактную глобулу. Этот способ свертывания полипептидных цепей глобулярных белков называется третичной структурой

Класс белков Характеристика Локализация/Функция Структурные белкиКоллаген Склеротин α-Кератин Эластин Мукопротеины Белки оболочки вирусовКомпонент соединительной ткани Наружный скелет насекомых Кожа, перья, рога Связки Слизистые секреты КапсидФерментыТрипсин Липаза Амилаза ГлутаминсинтетазаКатализ белков, жиров, углеводов. Катализ образования глутамина из глутаминовой кислоты и аммикаГормоныИнсулин ГлюкагонРегуляция обмена глюкозыТранспортные белкиГемоглобин Гемоцианин Миоглобин Сывороточный альбуминТранспорт О₂ в крови позвоночных и некоторых беспозвоночных. Транспорт жирных кислот и липидов и т.п.Защитные белкиАнтитела Фибриноген ТромбинОбразуют защитные комплексы с инородными телами. Участие в свертывании кровиСократительные белкиМиозин АктинПодвижные нити миофибрилл саркомера Неподвижные нити миофибрилл саркомераЗапасные белкиЯичный альбумин КазеинБелок яйца Белок молокаТоксиныЗмеиный яд Дифтерийный токсинФерменты Токсин, вырабатываемый дифтерийной палочкойСинтез белков

Синтез белков в клетках -это очень сложный и энергозатратный процесс, он требует очень большого количества ферментов и других специфических макромолекул, общее количество которых, близко к трёхстам. Часть из них, к тому же объединены в сложную трёхмерную структуру рибосом. Но несмотря на большую сложность, синтез протекает с чрезвычайно высокой скоростью (десятки аминокислотных остатков в секунду). Процесс может замедляться и даже останавливаться ингибиторами-антибиотиками… Он протекает как в клетках прокариотах, так и в клетках эукариотах.



Синтез белков проводится рибосомами. Рибосома состоит из двух субчастиц: большой и малой. (см. приложение1)

Каждая субчастица состоит из нескольких десятков белков, каждый из которых уже изучен, известно, каким образом каждый белок уложен в субчастицу. При исследовании белков используют метод электрофореза, то есть в электрическом поле в специальном геле или специальном носителе молекулы белков разъединяются в зависимости от их заряда и молекулярного веса, то есть под действием поля они начинают двигаться и могут отодвигаться друг от друга на разное расстояние. Другим методом разделения белков является хроматография, в результате этого метода на носителе получают пятнышки, каждый из которых соответствует отдельному белку.

Белки в рибосоме держатся на каркасе, состоящем из рибосомной РНК. Формирование рибосомы начинается с того, что рибосомная РНК сворачивается и на нее в определенном порядке начинают налипать белки. На рисунке представлена рибосомная РНК. В ней самокомплементарные участки нити РНК спариваются, образуя шпильки (вторичная структура), и затем РНК сворачивается (третичная структура РНК), образуя каркас субчастиц. (см. приложение1)

Еще один вид РНК, участвующей в синтезе белка, это транспортная РНК (тРНК). Молекулы тРНК относительно небольшие (по сравнению с рибосомной или матричной РНК). За счет спаривания комплементарных участков молекулы тРНК образуется три «стебля» с петлями на концах и один «стебель», образованный 5′-и 3′-концами молекулы тРНК. Изображение этой структуры похоже на крест или клеверный лист. «Голова» на этом листе представлена антикодонной петлей, здесь находится антикодон – те три нуклеотида, которые комплементарно взаимодействуют с кодоном в мРНК. Противоположный антикодонной петле стебель, образованный концами молекулы, называется акцепторным стеблем – сюда присоединяется соответствующая аминокислота.

Распознают подходящие друг другу тРНК и аминокислоты специальные ферменты, называемые аминоацил-тРНК синтетазами. Для каждой аминокислоты есть своя аминоацил-тРНК синтетаза.(см.



В рибосоме находится матричная РНК (мРНК). С кодоном (тремя нуклеотидами) мРНК комплементарно связан антикодон транспортной РНК, на которой висит остаток аминокислоты. На рисунке видна такая структура (тРНК вместе с аминокислотой, которая называется аминоцил-тРНК).(см. приложение3)

Процесс трансляции, также как и процесс транскрипции, связан с перемещением вдоль молекулы нуклеиновой кислоты, разница в том, что рибосома шагает на три нуклеотида, в то время как РНК-полимераза -на один.

Аминоцил т-РНК входит в рибосому, комплементарно связываясь с кодоном мРНК, затем происходит реакция при которой аминокислотные остатки связываются друг с другом, а т-РНК удаляется. (см. приложение4)

«Словарь» для перевода с языка нуклеотидов на язык аминокислот называется генетическим кодом. Аминокислот — 20, нуклеотидов – 4, число комбинаций из 4 по 2 = 16, а аминокислот 20, поэтому кодировка не двух, а трехбуквенная, каждая тройка называется кодоном. Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами в мРНК (которая, в свою очередь, кодируется ДНК).

В таблице на рисунке боковые столбцы кодируют левую и правую букву кодона, верхняя строка – среднюю. Например кодон AUG кодирует аминокислоту метионин. Число комбинаций из 4 по 3 = 64, то есть некоторые аминокислоты кодируются несколькими кодонами. Три кодона не кодируют никакую аминокислоту, они называются терминирующими. Когда они попадаются в мРНК, рибосома прекращает свою работу и готовая полипептидная цепь выбрасывается наружу.(см. приложение5)



Таблица генетического кода была составлена в 60-х годах. Начало положили Ниренберг и Маттеию. Они пытались производить в пробирке эксперименты на клеточных экстрактах, к которым были добавлены искусственные матрицы РНК. В то время считалось, что кодоны, состоящие из одного нуклеотида (UUU или ААА) не кодируют аминокислоты. Ниренберг и Маттеи использовали полиU-РНК (то есть состоящую только из урацилов) в качестве контроля в своих опытах, но именно в этой пробирке прошла реакция. Стало ясно, что кодон UUU кодирует аминокислоту фенилаланин. Затем была составлена таблица генетического кода.

Генетический код универсален. Он один и тот же у всех микроорганизмов. Есть небольшие отличия в генетическом коде митохондрий.

Определение и классификация

Липиды -обширная группа жироподобных веществ, нерастворимых в воде. Большинство липидов состоит из высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина.

Содержание липидов в разных клетках сильно варьируется: от 2-3% до 50-90% в клетках семян некоторых растений и жировой ткани животных соответсвенно.



Липиды присутствуют во всех, без исключения клетках, выполняя самые различные функции. 1) Энергетическая функция. Наиболее простые и широкораспростра-

ненные липиды играют роли источников энергии.

2) Защитная функция. Благодаря низкой теплопроводности, липиды используются как теплоизоляционный материал, например в подкожном жировом слое.

3) Строительная функция. Так как липиды водонерастворимы, они используются при построении клеточных мембран. 4) Регуляторная функция. Многие гормоны (например гормоны коры надпочечников) являются производными липидов.

В соответствии с химическим строением различают три основные группы липидов: 1) Жирные кислоты и продукты их ферментативного окисления, 2) Глицеролипиды (содержат в молекуле остаток глицерина), 3) Липиды, не содержащие в молекуле остаток глицерина (за



исключением соеденений, входящих в первую группу). По другой классификации (она приведена на схеме), липиды подразделяют на нейтральные липиды, фосфолипиды и гликолипиды.

Жирные кислоты содержат в своей молекуле кислотную группу -COOH( карбоксильная группа). Жирными их называют потому, что некоторые высокомолекулярные члены этой группы входят в состав жиров. Общая формула жирных кислот имеет вид R⋄COOH, где R -атом водорода, или алкильный радикал, типа -CH₃, -C₂H₅ и далее.В липидах, радикал R обычно представлен длинной цепью углеродных атомов. Большая часть жирных кислот содержит четное количество атомов углерода, от 14 до 22 (чаще всего 16 или 18). В приложении по липидам даны рисунки, на которых можно увидеть строение двух наиболее распространенных жирных кислот. При просмотре рисунков, советую обратить внимание на длинные “хвосты” из атомов углерода и водорода. Углеводородные хвосты молекул определяют многие свойства липидов, в том чиле и нерастворимость в воде.

Иногда в жирных кислотах имеются одна или несколько двойных связей (C=C). В этом случае жирные кислоты, и содержащие их липиды называются ненасыщенными. Соответсвенно, те кислоты где двойных связей нет, называются насыщенными. Ненасыщенные жирные кислоты плавятся при более низких кислотах, например олеиновая кислота -основной компонент оливкого масла -в обычных условиях бывает жидкой, тогда как стеариновая кислота при обычных условиях -твердая.

Большая часть липидов -это сложные эфиры спирта глицерола. Поэтому их называют глицеридами.

У глицерола имеется три гидроксильные группы (-ОН), каждая из которых способна вступать в реакцию с жирной кислотой, то есть образовывать сложный эфир. Обычно, в реакцию вступают все три гидроксильные группы глицерола (схему образования сложного эфира можно найти в приложениях по липидам), поэтому продукт реакции называют триглицеридом. Биосинтез жирных кислот протекает в цитоплазме, в основном в печени, жировой ткани, почках, легких и молочных железах. Главным источником атомов углерода является глюкоза.



Свойства и функции триглицеридов

Триглицериды -самые распространенные из липидов, встречающихся в природе. Их принято разделять на жиры и масла, в зависимости от того, остаются ли они твердыми при 20℃ (жиры) или имеют жидкую консистенцию при этой температуре (масла). Температура плавления липида тем ниже, чем выше в нем доля ненасыщенных жирных кислот.

Триглицериды неполярны и поэтому нерастворимы в воде. Их плотность ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают. Калорийность липидов выше чем у углеводов, т.е. данная масса липида выделяет при окислении больше энергии, чем равная ей масса углевода. Это можно объяснить тем, что в липидах, по сравнению с углеводами больше водорода и совсем мало кислорода. Одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустыни, так как жир запасаемый в их организмах, используется именно для этой цели.

Углеводами называют вещества с общей формулой Cx(H2O)y, где y и x могут иметь различные значения. Название “углеводы” отражает тот факт, что в молекулах этих веществ присутствуют атомы водорода и кислорода в том же соотношении, что и в молекулах воды. Углеводы подразделяют на три главных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

В животных организмах, углеводы напрямую не синтезируются. Биосинтез -начинаеться в фотосинтезирующих и хемосинтезирующих организмах. Подробнее остановлюсь на фотосинтезирующих -это растения (высшие и низшие) и синезелёные водоросли. В них происходит фотосинтез, образование высшими растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями сложных органических веществ, необходимых для жизнедеятельности как самих растений, так и всех других организмов, из простых соединений за счёт энергии света, поглощаемой хлорофиллом и другими фотосинтетическими пигментами. Один из важнейших биологических процессов, постоянно и в огромных масштабах совершающийся на нашей планете.

Суммарное (и очень сильно упрощенное) уравнение фотосинтеза выражается следующим образом: 6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂. Там образуеться много промежуточных органических кислот. При использовании в Фотосинтезе только CO₂и H₂О образуются углеводы.



Из простых углеводов образуются более сложные (сахароза, фруктоза, крохмал и прочие), которые выполняют функции «долгосрочных» запасных веществ. Молекулы углеводов -более-менее универсальны для всех организмов.

Попадая в гетеротрофные организмы -углеводы и белки разбираются на составные части. И из них либо собираются свои молекулы, либо добывается энергия для жизненноважных процессов. Углеводы могут переситезироваться в жиры и кислоты.

В таблице на рисунке боковые столбцы кодируют левую и правую букву кодона, верхняя строка – среднюю. Например кодон AUG кодирует аминокислоту метионин. Число комбинаций из 4 по 3 = 64, то есть некоторые аминокислоты кодируются несколькими кодонами. Три кодона не кодируют никакую аминокислоту, они называются терминирующими. Когда они попадаются в мРНК, рибосома прекращает свою работу и готовая полипептидная цепь выбрасывается наружу.

В процессе написания реферата, я узнал подробнее о том что такое метаболизм, как проиходят реакции метаболизма в организме и какие ученые занимались изучением сих реакций.

Я узнал много нового о процессах, протекающих в клетке на молекулярном уровне. Например, я изучил подробней синтез белка, липидов и углеводов.



На современном этапе развития науки следует больше внимания уделять организму как целому, связывать протекающие процессы с его функционированием, помнить о том, что наша конечная цель состоит в понимании структуры и функция организма в целом на основе знаний об отдельных его системах.

Авторы: Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор.

1996 Москва “Мир”

2) Биология. Человек: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. убеч. заведений/ А.С. Батуев, А.Д. Ноздрачев и др.; под ред. А.С. Батуева

3) Animal growth and development by David R. Newth



Edward Arnold (Publishers) Ltd 1970

4) Общая химия: учебное пособие / Н.Л. Глинка — М.: КНОРУС, 2010. -752 с.

5) Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. М.: Изд-во МГУ, 1992, 448 с.

Источник: http://www.ronl.ru/doklady/biologiya/48807/

Что такое метаболизм простым языком: определение и описание

Обмен веществ – это тот процесс, который происходит в человеческом организме ежесекундно. Под этим термином следует понимать совокупность всех реакций организма. Метаболизм же, это целостность абсолютно любых энергетических и химических реакций, которые отвечают за обеспечение нормальной жизнедеятельности и самовоспроизведение. Он происходит между межклеточной жидкостью и самими клетками.



Жизнь просто невозможна без метаболизма. Благодаря обмену веществ происходит адаптация любого живого организма к внешним факторам.

Примечательно, что природа настолько грамотно устроила человека, что обмен веществ у него происходит автоматически. Именно это дает возможность клеткам, органам и тканями самостоятельно восстанавливаться после влияния определенных внешних факторов или же внутренних сбоев.

Благодаря обмену веществ процесс регенерации происходит без вмешательства в него.

Кроме этого, человеческий организм – это сложная и высокоорганизованная система, способная к самосохранению и саморегулированию.

В чем суть метаболизма?

Верным будет сказать, что метаболизм – это изменение, превращение, переработка химических веществ, а также энергии. Этот процесс состоит из 2 основных, связанных между собой стадий:


  • разрушение (катаболизм). Он предусматривает распад сложных органических веществ, поступивших в организм, до более простых. Это особый энергетический обмен, происходящий во время окисления или же распада определенного химического или органического вещества. В результате в организме происходит выброс энергии;
  • подъем (анаболизм). В его ходе происходит образование важных для организма веществ – кислот, сахара и белка. Этот пластический обмен происходит с обязательными затратами энергии, что дает организму возможность взращивать новые ткани и клетки.

Катаболизм и анаболизм – это два равноправных процесса в обмене веществ. Они крайне тесно связаны друг с другом, а происходят циклично и последовательно. Если сказать простым языком, то оба процесса крайне важны для человека, ведь дают ему возможность поддерживать адекватный уровень жизнедеятельности.

Если происходит нарушение в анаболизме, то в таком случае возникает существенная необходимость дополнительного употребления анаболиков (тех веществ, которые способны усилить обновление клеток).

В течение жизни происходит несколько важных этапов метаболизма:

  1. получение необходимых питательных элементов, которые поступают в организм с пищей;
  2. всасывание жизненно необходимых веществ в лимфу и кровоток, где происходит распад на ферменты;
  3. распространение полученных веществ по организму, выделение энергии и их усвоение;
  4. выведение продуктов метаболизма путем мочеиспускания, дефекации и с потом.

Причины и последствия сбоев обмена веществ и метаболизм

Если на какой-либо из стадий катаболизма или анаболизма происходит сбой, то этот процесс становится предпосылкой нарушения всего обмена веществ. Такие изменения настолько патологичны, что мешают человеческому организму нормально функционировать и осуществлять процесс саморегуляции.

Дисбаланс обменных процессов может произойти на любом отрезке жизни человека. Особенно опасен он в детском возрасте, когда все органы и структуры находятся на этапе формирования. У детей сбои в метаболизме чреваты такими серьезными заболеваниями:



Существуют основные факторы риска подобного процесса:

  1. наследственность (мутации на генном уровне, наследственные недуги);
  2. неправильный способ жизни человека (пагубные привычки, стресс, нерациональное питание, сидячая малоподвижная работа, отсутствие режима дня);
  3. проживание в грязной с экологической точки зрения зоне (задымленность, пыльный воздух, грязная питьевая вода).

Причин сбоя обменных процессов может быть несколько. Это могут быть патологические изменения в работе важных желез: надпочечников, гипофиза и щитовидной.

Кроме этого, к предпосылкам сбоев относят несоблюдение рациона питания (сухая пища, частые переедания, болезненная увлеченность жесткими диетами), а также плохую наследственность.

Существует целый ряд внешних признаков, по которым можно самостоятельно научиться распознавать проблемы катаболизма и анаболизма:

  • недостаточная или чрезмерная масса тела;
  • соматическая усталость и отечность верхних и нижних конечностей;
  • ослабленные ногтевые пластины и ломкость волос;
  • кожные высыпания, прыщи, шелушение, бледность или покраснение покровов.

Как наладить обмены при помощи питания?

Что такое метаболизм в организме уже выяснили. Теперь следует разобраться в его особенностях и способах восстановления.

Первостепенный в организме метаболизм и его первый этап. Во время его течения происходит поступление пищи и питательных веществ. Существует достаточно много продуктов питания, которые способны благотворно повлиять на обмен веществ и метаболизм, например:

  • богатые грубой овощной клетчаткой продукты (свекла, сельдерей, капуста, морковь);
  • постное мясо (филе курицы без кожи, телятина);
  • зеленый чай, цитрусовые фрукты, имбирь;
  • богатая фосфором рыба (особенно морская);
  • экзотические фрукты (авокадо, кокосы, бананы);
  • зелень (укроп, петрушка, базилик).

Если метаболизм отличный, то в таком случае тело будет стройным, волосы и ногти крепкие, кожа без косметических дефектов, а самочувствие всегда хорошим.

В некоторых случаях продукты питания, способствующие улучшению обменных процессов, могут быть недостаточно приятными на вкус и неаппетитными. Несмотря на это без них сложно обойтись в вопросе наладки метаболизма.

Не только благодаря пищевым продуктам растительного происхождения, но также и при правильном подходе к своему распорядку можно восстановить организм и метаболизм. Однако важно знать, что сделать это в короткий срок не получится.

Восстановление метаболизма – продолжительный и постепенный процесс, не требующий отклонений от курса.

Занимаясь этим вопросом, следует всегда ориентироваться на следующие постулаты:

  • обязательный плотный завтрак;
  • строгий режим питания;
  • максимальное потребление жидкости.

Чтобы поддерживать метаболизм нужно питаться часто и дробно. Важно помнить, что завтрак – это самый главный прием пищи, который и запускает обмен веществ. Он должен включать высокоуглеводные крупы, а вот вечером напротив, лучше от них отказаться и отдать предпочтение низкокалорийный белковым продуктам, например кефиру и творогу.

Качественно ускорить метаболизм поможет употребление большого количества минеральной или очищенной воды без газа. Нужно еще не забывать о перекусах, которые должны включать грубую клетчатку. Именно она поможет вытянуть из организма максимальное количество шлаков и холестерина, да так, что не нужны будут препараты снижающие холестерин в крови, метаболизм сам все сделает.

Источник: http://diabethelp.org/bolezn/metabolizm.html

Обмен веществ (метаболизм)

Обмен веществ (или метаболизм, от греческого μεταβολή — «превращение, изменение») (далее по тексту — «О. в.») — это лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме.

Немецкий философ и мыслитель Фридрих Энгельс, определяя жизнь, указывал, что её важнейшим свойством является постоянный О. в. с окружающей внешней природой, с прекращением которого прекращается и жизнь. Таким образом, обмен веществ — существеннейший и непременный признак жизни.

Все без исключения органы и ткани организмов находятся в состоянии непрерывного химического взаимодействия с другими органами и тканями, а также с окружающей организм внешней средой. С помощью метода изотопных индикаторов было установлено, что интенсивный метаболизм происходит в любой живой клетке.

С пищей в организм поступают из внешней среды разнообразные вещества. В организме эти вещества подвергаются изменениям (метаболизируются), в результате чего они частично превращаются в вещества самого организма. В этом состоит процесс ассимиляции. В тесном взаимодействии с ассимиляцией протекает обратный процесс — диссимиляция. Вещества живого организма не остаются неизменными, а более или менее быстро расщепляются с выделением энергии; их замещают вновь ассимилированные соединения, а возникшие при разложении продукты распада выводятся из организма. Химические процессы, протекающие в живых клетках, характеризуются высокой степенью упорядоченности: реакции распада и синтеза определённым образом организованы во времени и пространстве, согласованы между собой и образуют целостную, тончайше отрегулированную систему, сложившуюся в результате длительной эволюции. Теснейшая взаимосвязь между процессами ассимиляции и диссимиляции проявляется в том, что последняя является не только источником энергии в организмах, но также источником исходных продуктов для синтетических реакций.

В основе характерного для обмена веществ порядка явлений лежит согласованность скоростей отдельных химических реакций, которая зависит от каталитического действия специфических белков — ферментов. Почти любое вещество, для того чтобы участвовать в О. в., должно вступить во взаимодействие с ферментом. При этом оно будет изменяться с большой скоростью в совершенно определённом направлении. Каждая ферментативная реакция является отдельным звеном в цепи тех превращений (метаболических путей), которые в совокупности составляют метаболизм. Каталитическая активность ферментов изменяется в очень широких пределах и находится под контролем сложной и тонкой системы регуляций, обеспечивающих организму оптимальные условия жизнедеятельности при меняющихся условиях внешней среды. Таким образом, закономерный порядок химических превращений зависит от состава и активности ферментного аппарата, настраивающегося в зависимости от потребностей организма.

Для познания обмена веществ существенно изучение как порядка отдельных химических превращений, так и тех непосредственных причин, которые определяют этот порядок. О. в. складывался при самом возникновении жизни на Земле, поэтому в его основе лежит единый для всех организмов нашей планеты биохимический план. Однако в процессе развития живой материи изменения и совершенствование О. в. шли неодинаковыми путями у разных представителей животного и растительного мира. Поэтому организмы, принадлежащие к различным систематическим группам и стоящие на разных ступенях исторического развития, наряду с принципиальным сходством в основном порядке химических превращений, имеют существенные и характерные отличия. Эволюция живой природы сопровождалась изменениями структур и свойств биополимеров, а также энергетических механизмов, систем регуляции и координации метаболизм.

I. Ассимиляция

Особенно значительны различия в обмене веществ у представителей разных групп организмов в начальных этапах процесса ассимиляции. Как полагают, первичные организмы использовали для питания органического вещества, возникшие абиогенным путём (см. происхождение жизни); при последующем развитии жизни у некоторых из живых существ возникла способность к синтезу органических веществ. По этому признаку все организмы могут быть разделены на гетеротрофов и автотрофов (см. автотрофные организмы и гетеротрофные организмы). У гетеротрофов, к которым принадлежат все животные, грибы и многие виды бактерий, О. в. основан на питании готовыми органическими веществами. Правда, они обладают способностью усваивать некоторое, сравнительно незначительное, количество CO2, используя его для синтеза более сложных органических веществ. Однако этот процесс совершается гетеротрофами только за счёт использования энергии, заключённой в химических связях органических веществ пищи. Автотрофы (зелёные растения и некоторые бактерии) не нуждаются в готовых органических веществах и осуществляют их первичный синтез из входящих в их состав элементов. Некоторые из автотрофов (серобактерии, железобактерии и нитрифицирующие бактерии) используют для этого энергию окисления неорганических веществ (см. хемосинтез). Зелёные растения образуют органические вещества за счёт энергии солнечного [гор] света в процессе фотосинтеза — основного источника органического вещества на Земле.

В процессе фотосинтеза зелёные растения ассимилируют CO2 и образуют углеводы, фотосинтез представляет собой цепь последовательно совершающихся окислительно-восстановительных реакций, в которых принимает участие Хлорофилл — зелёный пигмент, способный улавливать солнечную энергию. За счёт энергии света происходит фотохимическое разложение воды, причём кислород выделяется в атмосферу, а водород используется для восстановления CO2. На сравнительно ранних этапах фотосинтеза образуется фосфоглицериновая кислота, которая, подвергаясь восстановлению, даёт трёхуглеродные сахара — триозы. Две триозы — фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон — под действием фермента альдолазы конденсируются с образованием гексозы — фруктозо-дифосфата, который, в свою очередь, превращается в другие гексозы — глюкозу, маннозу, галактозу. Конденсация фосфодиоксиацетона с рядом др. альдегидов приводит к образованию пентоз. Образовавшиеся в растениях гексозы служат исходным материалом для синтеза сложных углеводов — сахарозы, крахмала, инулина, целлюлозы (клетчатки) и др.

Пентозы дают начало высокомолекулярным пентозанам, участвующим в построении опорных тканей растений. Во многих растениях гексозы могут превращаться в полифенолы, фенолкарбоновые кислоты и другие соединения ароматического ряда. В результате полимеризации и конденсации из этих соединений образуются дубильные вещества, антоцианы, флавоноиды и другие сложные соединения.

Животные и другие гетеротрофы получают углеводы в готовом виде с пищей, преимущественно в виде дисахаридов и полисахаридов (сахароза, крахмал). В пищеварительном тракте углеводы под действием ферментов расщепляются на моносахариды, которые всасываются в кровь и разносятся ею по всем тканям организма. В тканях из моносахаридов синтезируется запасной полисахарид животных — гликоген. См. углеводный обмен.

Первичные продукты фотосинтеза, хемосинтеза и образовавшиеся из них или поглощённые с пищей углеводы являются исходным материалом для синтеза липидов — жиров и других жироподобных веществ. Так, например, накопление жиров в созревающих семенах масличных растений происходит за счёт сахаров. Некоторые микроорганизмы (например, Torulopsis lipofera) при культивировании на растворах глюкозы за 5 часов образуют до 11% жира на сухое вещество. Глицерин, необходимый для синтеза жиров, образуется путём восстановления фосфоглицеринового альдегида. Высокомолекулярные жирные кислоты — пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и другие, дающие при взаимодействии с глицерином жиры, синтезируются в организме из уксусной кислоты — продукта фотосинтеза или окисления веществ, образовавшихся в результате распада углеводов. Животные получают жиры также с пищей. При этом жиры в пищеварительном тракте расщепляются липазами на глицерин и жирные кислоты и усваиваются организмом. См. жировой обмен.

У автотрофных организмов синтез белков начинается с усвоения неорганического азота (N) и синтеза аминокислот. Некоторые микроорганизмы в процессе азотфиксации усваивают из воздуха молекулярный азот, который при этом превращается в аммиак (NH3). Высшие растения и хемосинтезирующие микроорганизмы потребляют азот в виде аммонийных солей и нитратов, причём последние предварительно подвергаются ферментативному восстановлению до NH3. Под действием соответствующих ферментов NH3 затем соединяется с кето- или оксикислотами, в результате чего образуются аминокислоты (например, пировиноградная кислота и NH3 дают одну из наиболее важных аминокислот — аланин). Образовавшиеся таким образом аминокислоты могут далее подвергаться переаминированию и другим превращениям, давая все другие аминокислоты, входящие в состав белков.

Гетеротрофные организмы также способны синтезировать аминокислоты из аммиачных солей и углеводов, однако животные и человек получают основную массу аминокислот с белками пищи. Ряд аминокислот гетеротрофные организмы синтезировать не могут и должны получать их в готовом виде в составе пищевых белков.

Аминокислоты, соединяясь друг с другом под действием соответствующих ферментов, образуют различные белки (смотрите статью белки, раздел Биосинтез белков). Белками являются все ферменты. Некоторые структурные и сократительные белки также обладают каталитической активностью. Так, мышечный белок миозин способен гидролизовать аденозинтрифосфат (АТФ), поставляющий энергию, необходимую для мышечного сокращения. Простые белки, вступая во взаимодействие с другими веществами, дают начало сложным белкам — протеидам: соединяясь с углеводами, белки образуют гликопротеиды, с липидами — липопротеиды, с нуклеиновыми кислотами — нуклеопротеиды. Липопротеиды — основной структурный компонент биологических мембран; нуклеопротеиды входят в состав хроматина клеточных ядер, образуют клеточные белоксинтезирующие частицы — рибосомы. См. также азот в организме, белковый обмен.

II. Диссимиляция

Источником энергии, необходимой для поддержания жизни, роста, размножения, подвижности, возбудимости и других проявлений жизнедеятельности, являются процессы окисления части тех продуктов расщепления, которые используются клетками для синтеза структурных компонентов.

Наиболее древним и поэтому наиболее общим для всех организмов является процесс анаэробного расщепления органических веществ, осуществляющийся без участия кислорода (см. брожение, гликолиз). Позднее этот первоначальный механизм получения энергии живыми клетками дополнился окислением образующихся промежуточных продуктов кислородом воздуха, который появился в атмосфере Земли в результате фотосинтеза. Так возникло внутриклеточное, или тканевое дыхание. Подробнее см. окисление биологическое.

Основным источником запасённой в химических связях энергии у большинства организмов являются углеводы. Расщепление полисахаридов в организме начинается с их ферментативного гидролиза. Например, у растений при прорастании семян запасённый в них крахмал гидролизуется амилазами, у животных поглощённый с пищей крахмал гидролизуется под действием амилаз слюны и поджелудочной железы, образуя мальтозу. Мальтоза далее гидролизуется с образованием глюкозы. В животном организме глюкоза образуется также в результате расщепления гликогена. Глюкоза подвергается дальнейшим превращениям в процессах брожения или гликолиза, в результате которых образуется пировиноградная кислота. Последняя, в зависимости от типа обмена веществ данного организма, сложившегося в процессе исторического развития, может далее подвергаться разнообразным превращениям. При различных видах брожений и при гликолизе в мышцах пировиноградная кислота подвергается анаэробным превращениям. В аэробных условиях — в процессе дыхания — она может подвергаться окислительному декарбоксилированию с образованием уксусной кислоты, а также служить источником образования другх органических кислот: щавелево-уксусной, лимонной, цис-аконитовой, изолимонной, щавелево-янтарной, кетоглутаровой, янтарной, фумаровой и яблочной. Их взаимные ферментативные превращения, приводящие к полному окислению пировиноградной кислоты до CO2 и H2O, называются трикарбоновых кислот циклом, или циклом кребса.

Диссимиляция жиров также начинается с их гидролитического расщепления липазами с образованием свободных жирных кислот и глицерина; эти вещества могут далее легко окисляться, давая, в конечном счёте, CO2 и H2O. Окисление жирных кислот идёт главным образом путём так называемые β-окисления, т. е. таким образом, что от молекулы жирной кислоты отщепляются два углеродных атома, дающих остаток уксусной кислоты, и образуется новая жирная кислота, которая может подвергнуться дальнейшему β-окислению. Получающиеся остатки уксусной кислоты либо используются для синтеза различных соединений (например, ароматических соединений, изопреноидов и др.), либо окисляются до CO2 и H2O. См. также жировой обмен, липиды.

Диссимиляция белков начинается с их гидролитического расщепления протеолитическими ферментами, в результате чего образуются низкомолекулярные пептиды и свободные аминокислоты. Такого рода вторичное образование аминокислот происходит, например, весьма интенсивно при прорастании семян, когда белки, содержащиеся в эндосперме или в семядолях семени, гидролизуются с образованием свободных аминокислот, частично используемых на построение тканей развивающегося растения, а частично подвергающихся окислительному распаду. Происходящий в процессе диссимиляции окислительный распад аминокислот осуществляется путём дезаминирования и приводит к образованию соответствующих кето- или оксикислот. Эти последние либо подвергаются дальнейшему окислению до CO2 и H2O, либо используются на синтез различных соединений, в том числе новых аминокислот. У человека и животных особенно интенсивный распад аминокислот идёт в печени.

Образующийся при дезаминировании аминокислот свободный МН3 ядовит для организма; он связывается с кислотами или же превращается в мочевину, мочевую кислоту, аспарагин или глутамин. У животных аммонийные соли, мочевина и мочевая кислота выводятся из организма, у растений же аспарагин, глутамин и мочевина используются в организме в качестве запасных источников азота. Таким образом, одним из важнейших биохимических отличий растений от животных является почти полное отсутствие у первых азотистых отбросов. Образование мочевины при окислительной диссимиляции аминокислот осуществляется в основном с помощью так называемого орнитинового цикла, который тесно связан с другими превращениями белков и аминокислот в организме. Диссимиляция аминокислот может происходить также путём их декарбоксилирования, при котором из аминокислоты образуются CO2 и какой-либо амин или же новая аминокислота (например, при декарбоксилировании гистидина образуется гистамин — физиологически активное вещество, а при декарбоксилировании аспарагиновой кислоты — новая аминокислота — (α- или β-аланин). Амины могут подвергаться метилированию, образуя различные бетаины и такие важные соединения, как, например, холин. Растения используют амины (наряду с некоторыми аминокислотами) для биосинтеза алкалоидов.

III. Связь обмена углеводов, липидов, белков и других соединений

Все биохимические процессы, совершающиеся в организме, тесно связаны друг с другом. Взаимосвязь обмена белков с окислительно-восстановительными процессами осуществляется различным образом. Отдельные биохимические реакции, лежащие в основе процесса дыхания, происходят благодаря каталитическому действию соответствующих ферментов, т. е. белков. Вместе с тем сами продукты расщепления белков — аминокислоты могут подвергаться различным окислительно-восстановительным превращениям — декарбоксилированию, дезаминированию и др.

Так, продукты дезаминирования аспарагиновой и глутаминовой кислот — щавелево-уксусная и α-кетоглутаровая кислоты — являются вместе с тем важнейшими звеньями окислительных превращений углеводов, происходящих в процессе дыхания. Пировиноградная кислота — важнейший промежуточный продукт, образующийся при брожении и дыхании, — также тесно связана с белковым обменом: взаимодействуя с NH3 и соответствующим ферментом, она даёт важную аминокислоту α-аланин. Теснейшая связь процессов брожения и дыхания с обменом липидов в организме проявляется в том, что фосфоглицериновый альдегид, образующийся на первых этапах диссимиляции углеводов, является исходным веществом для синтеза глицерина. С другой стороны, в результате окисления пировиноградной кислоты получаются остатки уксусной кислоты, из которых синтезируются высокомолекулярные жирные кислоты и разнообразные изопреноиды (терпены, каротиноиды, стероиды). Таким образом, процессы брожения и дыхания приводят к образованию соединений, необходимых для синтеза жиров и др. веществ.

IV. Роль витаминов и минеральных веществ в обмене веществ

В превращениях веществ в организме важное место занимают витамины, вода и различные минеральные соединения. Витамины участвуют в многочисленных ферментативных реакциях в составе коферментов. Так, производное витамина B1 — тиаминпирофосфат — служит коферментом при окислительном декарбоксилировании (α-кетокислот, в том числе пировиноградной кислоты; фосфорнокислый эфир витамина B6 — пиридоксальфосфат — необходим для каталитического переаминирования, декарбоксилирования и других реакций обмена аминокислот. Производное витамина А входит в состав зрительного пигмента. Функции ряда витаминов (например, аскорбиновой кислоты) окончательно не выяснены. Разные виды организмов различаются как способностью к биосинтезу витаминов, так и своими потребностями в наборе тех или иных поступающих с пищей витаминов, которые необходимы для нормального обмена веществ.

Важную роль в минеральном обмене играют Na, К, Ca, Р, а также микроэлементы и другие неорганического вещества. Na и К участвуют в биоэлектрических и осмотических явлениях в клетках и тканях, в механизмах проницаемости биологических мембран; Ca и Р — основные компоненты костей и зубов; Fe входит в состав дыхательных пигментов — гемоглобина и миоглобина, а также ряда ферментов. Для активности последних необходимы и другие микроэлементы (Cu, Mn, Mo, Zn).

Решающую роль в энергетических механизмах обмена веществ играют эфиры фосфорной кислоты и прежде всего аденозинфосфорные кислоты, которые воспринимают и накапливают энергию, выделяющуюся в организме в процессах гликолиза, окисления, фотосинтеза. Эти и некоторые другие богатые энергией соединения (см. макроэргические соединения) передают заключённую в их химических связях энергию для использования её в процессе механической, осмотической и других видов работы или же для осуществления синтетических реакций, идущих с потреблением энергии (см. также биоэнергетика).

V. Регуляция обмена веществ

Удивительная согласованность и слаженность процессов обмена веществ в живом организме достигается путём строгой и пластичной координации О. в. как в клетках, так и в тканях и органах. Эта координация определяет для данного организма характер метаболизма, сложившийся в процессе исторического развития, поддерживаемый и направляемый механизмами наследственности и взаимодействием организма с внешней средой.

Регуляция обмена веществ на клеточном уровне осуществляется путём регуляции синтеза и активности ферментов. Синтез каждого фермента определяется соответствующим геном. Различные промежуточные продукты О. в., действуя на определённый участок молекулы ДНК, в котором заключена информация о синтезе данного фермента, могут индуцировать (запускать, усиливать) или, наоборот, репрессировать (прекращать) его синтез. Так, кишечная палочка при избытке изолейцина в питательной среде прекращает синтез этой аминокислоты. Избыток изолейцина действует двояким образом:

  • а) угнетает (ингибирует) активность фермента треониндегидратазы, катализирующего первый этап цепи реакций, ведущих к синтезу изолейцина, и
  • б) репрессирует синтез всех ферментов, необходимых для биосинтеза изолейцина (в том числе и треониндегидратазы).

Ингибирование треониндегидратазы осуществляется по принципу аллостерической регуляции активности ферментов.

Предложенная французскими учёными Ф. Жакобом и Ж. Моно теория генетической регуляции рассматривает репрессию и индукцию синтеза ферментов как две стороны одного и того же процесса. Различные репрессоры являются в клетке специализированными рецепторами, каждый из которых «настроен» на взаимодействие с определённым метаболитом, индуцирующим или репрессирующим синтез того или иного фермента. Таким образом, в клетки, полинуклеотидных цепочках ДНК заключены «инструкции» для синтеза самых разнообразных ферментов, причём образование каждого из них может быть вызвано воздействием сигнального метаболита (индуктора) на соответствующий репрессор (подробнее см. молекулярная генетика, оперон).

Важнейшую роль в регуляции обмена веществ и энергии в клетках играют белково-липидные биологические мембраны, окружающие протоплазму и находящиеся в ней ядро, митохондрии, пластиды и другие субклеточные структуры. Поступление различных веществ в клетку и выход их из неё регулируются проницаемостью биологических мембран. Значительная часть ферментов связана с мембранами, в которые они как бы «вмонтированы». В результате взаимодействия того или иного фермента с липидами и другими компонентами мембраны конформация его молекулы, а следовательно, и его свойства как катализатора будут иными, чем в гомогенном растворе. Это обстоятельство имеет огромное значение для регулирования ферментативных процессов и обмена веществ в целом.

Важнейшим средством, с помощью которого осуществляется регуляция обмена веществ в живых организмах, являются гормоны. Так, например, у животных при значительном понижении содержания caxapa в крови усиливается выделение адреналина, способствующего распаду гликогена и образованию глюкозы. При избытке сахара в крови усиливается секреция инсулина, который тормозит процесс расщепления гликогена в печени, вследствие чего в кровь поступает меньше глюкозы. Важная роль в механизме действия гормонов принадлежит циклической аденозинмонофосфорной кислоте (цАМФ). У животных и человека гормональная регуляция Обмен веществ. тесно связана с координирующей деятельностью нервной системы (см. нервная регуляция).

Благодаря совокупности тесно связанных между собой биохимических реакций, составляющих обмен веществ, осуществляется взаимодействие организма со средой, являющееся непременным условием жизни. Фридрих Энгельс писал: «Из обмена веществ посредством питания и выделения… вытекают все прочие простейшие факторы жизни…» («Анти-Дюринг», 1966, с. 80). Таким образом, развитие (онтогенез) и рост организмов, наследственность и изменчивость, раздражимость и высшая нервная деятельность — эти важнейшие проявления жизни могут быть поняты и подчинены воле человека на основе выяснения наследственно обусловленных закономерностей обмена веществ и сдвигов, происходящих в нём под влиянием меняющихся условий внешней среды (в пределах нормы реакции данного организма). См. также биология, биохимия, генетика, молекулярная биология и литературу при этих статьях. (биохимик, доктор биологических наук, профессор (1944), член-корреспондент АН СССР [en] Вацлав Леонович Кретович)

VI. Нарушения обмена веществ

Любое заболевание [en] сопровождается нарушениями обмена веществ. Особенно отчётливы они при расстройствах трофической и регуляторной функций нервной системы и контролируемых ею желёз внутренней секреции. Метаболизм нарушается также при ненормальном питании (избыточный или недостаточный и качественно неполноценный пищевой рацион, например недостаток или избыток витаминов в пище и др.). Выражением общего нарушения О. в. (а тем самым и обмена энергии), обусловленного изменением интенсивности окислительных процессов, являются сдвиги в основном обмене. Повышение его характерно для заболеваний [en] , связанных с усиленной функцией щитовидной железы, понижение — с недостаточностью этой железы, выпадением функций гипофиза и надпочечников и общим голоданием. Выделяют нарушения белкового, жирового, углеводного, минерального, водного обмена; однако все виды обмена веществ так тесно взаимосвязаны, что подобное деление условно.

Нарушения обмена веществ выражаются в недостаточном или избыточном накоплении веществ, участвующих в обмене, в изменении их взаимодействия и характера превращений, в накоплении промежуточных продуктов метаболизма, в неполном или избыточном выделении продуктов О. в. и в образовании веществ, не свойственных нормальному обмену. Так, диабет сахарный характеризуется недостаточным усвоением углеводов и нарушением их перехода в жир; при ожирении происходит избыточное превращение углеводов в жир; Подагра связана с нарушением выделения из организма мочевой кислоты. Избыточное выделение с мочой мочекислых, фосфорнокислых и щавелевокислых солей может привести к выпадению этих солей в осадок и к развитию почечнокаменной болезни. Недостаточное выделение ряда конечных продуктов белкового обмена вследствие некоторых заболеваний почек приводит к уремии.

Накопление в крови и тканях ряда промежуточных продуктов обмена веществ (молочной, пировиноградной, ацетоуксусной кислот) наблюдается при нарушении окислительных процессов, расстройствах питания и авитаминозах; нарушение минерального обмена может привести к сдвигам кислотно-щелочного равновесия. Расстройство обмена холестерина лежит в основе атеросклероза и некоторых видов желчнокаменной болезни. К серьёзным расстройствам обмена веществ следует отнести нарушение усвоения белка при тиреотоксикозе, хроническом нагноении, некоторых инфекциях; нарушение усвоения воды при диабете несахарном, солей извести и фосфора при рахите, остеомаляции и других заболеваниях костной ткани, солей натрия — при аддисоновой болезни.

Диагностика нарушений обмена веществ

Диагностика нарушений обмена веществ основывается на исследовании газообмена, соотношения между количеством того или иного поступающего в организм вещества и выделением его, определении химических составных частей крови, мочи и других выделений. Для изучения нарушений метаболизма вводят изотопные индикаторы (например, радиоактивный йод — главным образом 131 I — при тиреотоксикозе).

Лечение нарушений обмена веществ направлено главным образом на устранение причин, их вызывающих. См. также «молекулярные болезни», наследственные заболевания и литературу при этих статьях. (С. М. Лейтес)

Подробнее об обмене веществ читайте в литературе:

  • Энгельс Ф., Диалектика природы, Маркс Карл, Энгельс Ф., Сочинения, 2 издание, том 20;
  • Энгельс Ф., Анти-Дюринг, там же;
  • Вагнер P., Митчелл Г., Генетика и обмен веществ перевод с английского М., 1958;
  • Кристиан Бемер Анфинсен. Молекулярные основы эволюции, перевод с англ., М., 1962;
  • Жакоб Франсуа, Моно Жак. Биохимические и генетические механизмы регуляции в бактериальной клетке, [перевод с франц.], в книге: Молекулярная биология. Проблемы и перспективы, Москва, 1964;
  • Опарин Александр Иванович. Возникновение и начальное развитие жизни, М., 1966;
  • Скулачев Владимир Петрович. Аккумуляция энергии в клетке, М., 1969;
  • Молекулы и клетки, перевод с английского, в. 1 — 5, М., 1966 — 1970;
  • Кретович Вацлав Леонович. Основы биохимии растений, 5 издание, М., 1971;
  • Збарский Борис Ильич, Иванов И. И., Мардашев Сергей Руфович. Биологическая химия, 5 изд., Л., 1972.

Найти ещё что-нибудь интересное:

  • Перед применением информации проконсультируйтесь с врачом[en] ! Марк Твен : Будьте осторожны при чтении книг о здоровье[en] . Вы можете умереть[en] от опечатки.

Понравилась статья? Лайкните, комментируйте, поделитесь с друзьями! Получите +1 к Карме 🙂

Похожие статьи:

17 растений и овощей, обладающих целебными свойствами

11 бытовых предметов, вызывающие рак

Комментарии к статье

Внимание! Реклама, сквернословие, спам и пр. не по теме статьи удаляется.

Чесночная настойка от ста болезней

В прозрачную бутылку положить 12 зубчиков чеснока, каждый разделенный на 4 части. Залить тремя стаканами красного вина.

Закрыть и поставить на солнечную сторону окна на две недели. Каждый день взбалтывать 2-3 раза. Затем процедить и перелить в темную бутылку.

Принимать по 1 ч. ложке 3 раза в день в течении месяца.

Чудодейственное средство, чтобы вывести соли из организма, повысить работоспособность, очистить кровь, улучшить иммунитет, укрепить сосуды.

Очень сильно укрепляет сердце, очищает кровь и тонизирует организм.

Убирает лишние жиры и улучшает обмен веществ. Незаменим от женских болезней и воспалений. Мягко очищает весь организм от вредных отложений.

Источник: http://www.doctorate.ru/metabolism/


Top
×