Метаболические пути и обмен энергии

ТЕМА 6. ПЕРЕВАРИВАНИЕ УГЛЕВОДОВ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОМ ТРАКТЕ. ГЛИКОЛИЗ. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА

ЧАСТЬ 2. ДИНАМИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ

Гормоны тимуса (вилочковая железа)

Гормоны паращитовидной железы

Гормоны половых желез

Мужские половые гормоны (андрогены) образуются в семенниках, женские половые гормоны (эстрогены,прогестины) продуцируются преимущественно в яичниках. Половые гормоны являются производными циклопентапергидрофенантрена.

Андрогены стимулируют развитие эмбриона по мужскому типу, ответственны за формирования вторичных половых признаков (строение тела, волосяной покров, тембр голоса, процесс сперматогенеза), обладают выраженным анаболическим эффектом (стимулируют белковый синтез в скелетной мускулатуре) . Наиболее важным андрогеном является тестостерон.Производные тестостерона обладают еще более сильным анаболическим действием. Побочное действие этих препаратов, угрожающее здоровью спортсменов, явилось причиной запрещения их использования в спорте.

Биологическая роль эстрогенов и прогестинов состоит в обеспечении репродуктивной функции: оптимальных условий оплодотворения яйцеклетки, беременности, родов и др. Основными представителями женских половых гормонов являются эстрадиол и прогестерон.

 

Паращитовидные железы секретируют 2 гормона (паратгормон и кальцитонин), которые вместе с витамином Д обеспечивают регуляцию кальциевого обмена.

Паратгормон имеет полипептидную природу. Секреция паратгормона зависит от концентрации ионизированного кальция в плазме крови: повышение концентрации кальция снижает секрецию гормона, снижение концентрации кальция – повышает. Паратгормон увеличивает канальцевую реабсорбцию кальция и магния, снижает обратную реабсорбцию калия и фосфата, увеличивает всасывание кальция в желудочно-кишечном тракте, мобилизует выход кальция из костной ткани в кровь.

Кальцитонин– антогонист паратгормона, кальцитонин уменьшает рассасывание костной ткани, уменьшает экскрецию кальция с мочой. Свой эффект кальцитонин осуществляет через регуляцию работы кальциевого-насоса.

 

В тимусе продуцируется 5 гормонально-активных факторов : тимозин, гомеостатический тимусный гормон, тимопоэтины 1 и 11, тимусный гуморальный фактор. Все они являются полипептидами. Основная функция гормонов вилочковой железы – регуляция созревания определенных популяций лимфоидных клеток, то есть участие в регуляции функционирования иммунной системы.

 

 

 

Характерная особенность живых организмов – способность к обмену веществ, осуществляющему множество разнообразных химических реакций. Животные организмы получают из окружающей среды питательные вещества и кислород и возвращают в нее конечные продукты обмена – углекислый газ, воду, аммиак, мочевину и др. Жизнь животных характеризуется непрерывным обменом веществ. Химические реакции в организме согласованы во времени и в пространстве и протекают в определенной последовательности. Процессы обмена веществ регулируются ЦНС и эндокринной системой. Обмен веществ осуществляется с помощью биологических катализаторов – ферментов, которые обеспечивают закономерность химических процессов. Выключение любого фермента приводит к нарушению нормального хода обмена веществ, что приводит к определенной патологии. В обмене веществ выделяют внешний обмен и промежуточный. Внешний обмен – внеклеточное переваривание веществ на путях их поступления и выделения из организма. Под промежуточным обменом понимают всю совокупность ферментативных реакций, происходящих в клетке.

Метаболизм выполняет 4 основные функции: 1) извлечение энергии из окружающей среды (либо в форме химической энергии органических веществ либо в форме энергии солнечного света); 2) превращение экзогенных веществ в строительные блоки – в предшественники макромолекулярных компонентов клетки; 3) сборку белков, нуклеиновых кислот, жиров и др. клеточных компонентов из этих строительных блоков; 4) синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения различных специфических функций данной клетки.

Последовательности метаболических реакций сходны у всех живых форм, особенно в той части, которая составляет центральные метаболические пути. Метаболический путь – это последовательность реакций, приводящих в совокупности к определенному продукту.

А → Б → В → Г → Д, где А - исходное вещество (предшественник), Б, В, Г – интермедиаты, Д – конечный продукт.

Каждый этап катализируется особым ферментом. В большинстве случаев метаболические пути линейны, но могут быть и циклические. Циклические пути обычно имеют ответвления, в которых какие-либо продукты выходят из цепи или входят в него. Метаболические пути подразделяются на центральные и специальные. Центральные пути – общие для распада и синтеза основных макромолекул углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот. Эти пути сходны у любых представителей живого мира. Специальные пути – пути для синтеза и распада индивидуальных, специальных веществ, требующихся в меньших количествах (гормоны, кофакторы и др.). Метаболические пути подразделяют на 3 категории – катаболические, анаболические и амфиболические. Катаболические пути - это ферментативное расщепление сравнительно крупных пищевых молекул - углеводов, жиров и белков - осуществляющееся преимущественно за счет реакций окисления (источником питательных веществ служит либо окружающая среда, либо внутриклеточные депо - запасы, отложившиеся ранее в самой клетке). В ходе окисления крупные молекулы расщепляются с образованием более мелких. Катаболизм сопровождается выделением свободной энергии, заключенной в сложных структурах крупных органических молекул, и запасанием ее в форме энергии фосфатных связей аденозинтрифосфата (АТФ).

Катаболизм включает 3 основных этапа. На 1 этапе крупные пищевые молекулы расщепляются на составляющие их строительные блоки (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты и др.). На 2 этапе большое число продуктов, образовавшихся на 1 стадии, превращаются в более простые молекулы, число которых невелико - ацетил-КоА и др. Затем на 3 этапе эти продукты окисляются до СО₂ и воды.

Анаболические пути - это ферментативный синтез сравнительно крупных клеточных компонентов из простых предшественников. Поскольку процессы синтеза ведут к увеличению размеров молекул и к усложнению их структуры, а это означает уменьшение энтропии, процессы эти связаны с потреблением свободной энергии, которая поставляется в форме энергии фосфатных связей АТФ. Процесс анаболизма включает в себя также 3 стадии, в результате чего образуются биополимеры.

Амфиболические пути – двойственные, связывают катаболические и анаболические пути.

Катаболизм и анаболизм протекают в клетках одновременно, но часто локализуются в разных участках клетки. При катаболизме пищевых веществ извлекаемая из них энергия запасается в форме энергии фосфатных связей (АТФ). Энергия, необходимая для анаболизма, высвобождается при дефосфорилировании АТФ. Таким образом, АТФ выполняет функцию переносчика химической энергии. Химическая энергия может передаваться от катаболических путей к анаболическим также и при участии коферментов (главным образом, НАДФН).

Регуляция метаболизма может осуществляться на разных уровнях. Она может основываться на использовании основных свойств ферментов, на активности регуляторных, или аллостерических, ферментов, на генетической репрессии и дерепрессии синтеза ферментов или на действии ферментов.