Регуляция обменных процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Регуляция обменных процессов

План

1. Влияние пищевых веществ на процессы обмена

2. Взаимосвязь превращений белков, жиров и углеводов

3. Типы регуляции обменных процессов в биологических системах

Литература

1. Влияние пищевых веществ на процессы обмена

В основе жизнедеятельности всех биологических систем лежит обмен веществ, сущность которого сводится к тому, что организмы получают из внешней среды органические и неорганические вещества, подвергающиеся разнообразным химическим превращениям. Конечные продукты обмена веществ выделяются во внешнюю среду и, в свою очередь, претерпевают изменения в процессе утилизации другими организмами (бактериями, растениями). Следовательно, обмен веществ можно рассматривать как совокупность двух противоположно направленных процессов - ассимиляции и диссимиляции. Различают внешний обмен веществ, поступающих в организм и выделяющихся из него в виде конечных продуктов обмена, и промежуточный обмен веществ, который связан с превращением поступивших в организм веществ.

Поступающие в организм пищевые вещества используются как источник энергии, как пластический материал для обновления клеток и тканей организма и осуществления определенных функций, как вещества, непосредственно принимающие участие в промежуточном обмене веществ. При этом процессы синтеза (анаболизм) и разрушения (катаболизм) связаны между собой. Пищевые вещества, поступающие извне, и вещества, образуемые клетками, настолько перемешиваются, что практически становятся неразделимыми.

Обмен веществ может быть исследован как в целостном организме, при этом участвует действительное соотношение веществ в живом организме, так и вне организма, когда исследование ведется в искусственных условиях. Кроме этих методов существуют и промежуточные методы исследования обмена веществ. Например, широко распространен метод клеточных культур, когда из тканей готовят препараты без сохранения целостности данной ткани, состоящие только из жизнеспособных клеток, размножающихся при определенных условиях. Для исследования обмена веществ используют различные приемы разрушения клеток, позволяющие выделить клеточные структуры в неповрежденном состоянии.

Основная цель биохимии - расшифровка обмена веществ в целостном живом организме, но это сложная задача, поэтому, кроме перечисленных методов, исследования ведут с применением многочисленных физических и физико-химических методов.

Классический метод изучения обмена веществ в целостном живом организме - это изучение химического состава поступающей пищи и сопоставление с данными химического анализа конечных продуктов обмена. Таким способом изучают баланс отдельных пищевых веществ. Характерной особенностью взрослого организма является его стремление к сохранению постоянства состава тела, т.е. баланса.

Баланс энергии определяют на основе данных о калорийности пищевых продуктов, введенных с пищей и выделяющихся из организма.

Непрямые методы исследования баланса энергии основаны на том, что если известно количество сгораемых пищевых веществ, то можно рассчитать выделяемое тепло, основываясь на количестве потребляемого кислорода или образования СО2. Если сгорают углеводы, то каждый литр потребляемого кислорода освобождает 5 ккал. При сгорании жиров выделяется 4,7 ккал. На основе изучения газообмена можно выяснить состав смеси сгораемых в организме пищевых веществ.

Кроме данных методов определения обмена веществ применяют методы, основанные на результатах химических анализов крови, взятой после приема пищи.

обмен вещество энергия регуляция

2. Взаимосвязь превращений белков, жиров и углеводов

Давно было замечено и подтверждено в опытах с изотопами, что в организме углеводы могут превращаться в жиры. Процесс обратного превращения - жиров в углеводы - в течение долгого времени оставался невыясненным; тесная связь глицеринового компонента жиров с трехуглеродными промежуточными продуктами углеводного обмена не вызывала сомнений, но доказать прямую связь с жирными кислотами и глюкозой было трудно. И только после того как была выявлена роль ацетил-Со А как в углеводном, так и липидном обмене, эта связь стала очевидной. Ацетил-Со А, образующийся при окислении липидов, может включаться в цикл лимонной кислоты, как и ацетил-СоА, полученный при окислении углеводов и белков.

Недавно с использованием метода меченых атомов было показано, что у больных, страдающих диабетом, жирные кислоты превращаются в глюкозу. Так как при обмене белковых веществ аминокислоты превращаются в кетокислоты (такие как пировиноградная кислота), то, следовательно, продукты реакции могут включаться в общую схему обмена углеводов. Часть аминокислот (например, глицин) может включаться в схемы превращения углеводов и жиров.

Таким образом, цикл лимонной кислоты - связующее звено всех путей обмена поступающих в организм основных пищевых веществ - белков, углеводов, липидов. Все цепные и круговые процессы заканчиваются образованием конечных продуктов обмена веществ - воды и углекислоты - и освобождением энергии.

Схема взаимосвязи основных типов обмена веществ

3. Типы регуляции обменных процессов в биологических системах

Важная сторона метаболизма - неразрывность процессов катаболизма (распада) и анаболизма (биосинтеза) и их регуляция на всех уровнях - от молекулярного до генетического, от модификации субстрата или фермента до сложных регуляторных механизмов, которые функционируют с помощью гормонов, рецепторов, медиаторов, посредников.

Биохимическая логика жизнедеятельности - переход от гена к признаку. Он осуществляется уникальными биомолекулами (ДНК и РНК) с участием не менее своеобразных биокатализаторов - ферментов. Жизнь сама по себе - сложнейший метаболический процесс, в котором активно действуют главные макромолекулы: белки, углеводы, липиды, составляющие их низкомолекулярные компоненты и многочисленные биологически активные вещества, выполняющие как структурную, так и регуляторную роль.

Между превращениями белков, углеводов и жиров существует теснейшая взаимосвязь, позволяющая в сложном организме отдельным частям клетки и органам функционировать в согласии друг с другом, поддерживая жизнедеятельность.

Существуют различные пути проявления взаимосвязи в процессах обмена веществ: наличие общих предшественников и промежуточных метаболитов, сходное энергетическое обеспечение, общие конечные пути окисления и образование похожих конечных продуктов, а также общие пути регуляции этих процессов.

Среди названных путей взаимосвязи различных процессов обмена веществ выделим некоторые как наиболее важные.

Первый пример взаимосвязи - общее энергетическое обеспечение. При биосинтезе разнообразных биомолекул (и простых, и сложных) в качестве общего источника энергии используются либо АТФ, обеспечивающий энергию фосфорилирования, либо НАДН и НАДФН, поставляющие восстановительную энергию. Если в клетке имеет место синтез какого-либо вещества, то он происходит за счет распада другого вещества, что можно видеть на различных примерах. Если в печени усиливается образование глюкозы за счет обращения гликолиза (глюконеогенез), то синтез белков и жиров в этот момент невозможен, наоборот, необходимо гидролизовать часть белков и липидов и окислить аминокислоты и жирные кислоты, чтобы обеспечить биосинтез глюкозы энергией АТФ и НАД*Н. Другой пример: если в клетке усилены процессы образования мембран, то требуется ускорение распада углеводов для обеспечения энергией биосинтеза необходимых белков и липидов.

Второй пример взаимосвязи - существование общих предшественников и промежуточных продуктов. Протекание самых разных реакций на этом пути включает и кооперативные, и сопряженные, и конкурентные взаимодействия. Примером может быть образование различных соединений углеводной и липидной природы на основе глицерина, а также аминокислот - аланина, серина - на основе триоз, образующихся во время гликолиза. Следует отметить, что наиболее важным промежуточным продуктом обмена веществ, участвующих во всех метаболических реакциях, является ацетил-КоА - ключевая молекула и связующее звено различных сторон обмена. Существенно и наличие однонаправленности потока веществ в сторону липогенеза от углеводов и белков через ацетил-КоА. Поскольку в организме человека не существует механизма превращения ацетил-КоА в трехуглеродное соединение обратный переход углерода жирных кислот в глюкозу или аминокислоты невозможен.

Третий пример взаимосвязи процессов метаболизма - общие конечные пути. Такими путями для распада всех биомолекул являются цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) и дыхательная цепь. Эти процессы используются для координации метаболических реакций на различных уровнях. Так, цикл лимонной кислоты является источником СО2 для реакций карбоксилирования, с которых начинается биосинтез жирных кислот и глюкогенез, а также образование пуриновых и пиримидиновых оснований и мочевины. Взаимосвязь между углеводным и белковым обменом достигается через промежуточные метаболиты цикла Кребса: б-кетоглутарат и глутамат, оксалоацетат и аспартат. Ацетил-КоА прямо участвует в биосинтезе жирных кислот и в других реакциях анаболизма, а в этих процессах связующими конечными путями выступают реакции энергетического обеспечения с использованием НАДН, НАДФН и АТФ. Важно подчеркнуть, что главным фактором для нормального обмена веществ и протекания нормальной жизнедеятельности является поддержание стационарного состояния.

Литература

1. Казаков Е.Д., Биохимия зерна и хлебопродуктов. [Текст] / Е.Д. Казаков, Г.П Карпиленко - СПб: ГИОРД, 2005.- 512 с.

2. Комов В.П., Биохимия. [Текст] /В,П. Комов. - СПб.: ГИОРД, 2004. - 465с

3. Ленинджер А. Основы биохимии: В 3 т. М.: Мир, 1987. 980 с.

4. Луценко Н.Г. Начала биохимии: Кур лекций / РХТУ им. Менделеева Д.И. . - М.: МАЙК «Наука/Интерпериодика» , 2002 - 125 с

5. Рис Э.., Введение в молекулярную биологию: от клеток к атомам: Пер. с англ. [Текст] / Э. Рис, М. Стернберг.- М.: Мир, 2002. - 142с.

6. Уайт А., Фендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии. В 3 т. - М.: Мир, 1981.

7. Щербаков В.Г., Биохимия. [Текст] / В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов, Т.Н. Прудникова, А.Д. Минакова - СПб.: ГИОРД, 2003. - 440 с.

8. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М.: НИИ биомед. химии РАМН, 1999. - 372 с

Размещено на Allbest.ru