Метаболит это в биохимии

Метаболит это в биохимии

Метаболизм или обмен веществ — совокупность химических реакций в организме, которые обеспечивают его веществами и энергией, необходимыми для жизнедеятельности. В обмене веществ можно выделить два основных этапа: подготовительный — когда поступившее алиментарным путем вещество подвергается химическим превращениям, в результате которых оно может поступить в кровь и далее проникнуть в клетки, и собственно метаболизм, т.е. химические превращения соединений, проникнувших внутрь клеток.

Метаболический путь — это характер и последовательность химических превращений конкретного вещества в организме. Промежуточные продукты, образовавшиеся в процессе метаболизма называются метаболитами, а последнее соединение метаболического пути — конечный продукт.

Процесс распада сложных веществ на более простые называется катаболизмом. Так, поступающие в пищей белки, жиры, углеводы под действием ферментов пищеварительного тракта распадаются на более простые составные части (аминокислоты, жирные кислоты и моносахариды). При этом высвобождается энергия. Обратный процесс, т. е. синтез сложных соединений из более простых называется анаболизмом. Он идет с затратой энергии. Из образовавшихся в результате пищеварения аминокислот, жирных кислот и моносахаридов в клетках синтезируются новые клеточные белки, фосфолипиды мембран и полисахариды.

Существует понятие амфиболизм, когда одно соединение разрушается, но при этом синтезируется другое.

Метаболический цикл — это метаболический путь, один из конечных продуктов которого идентичен одному из соединений, вовлеченных в этот процесс.

Частный путь метаболизма — совокупность превращений одного определенного соединения (углеводы или белки). Общий путь метаболизма — когда вовлекаются два и более видов соединений (углеводы, липиды и частично белки вовлечены в энергетический метаболизм).

Субстраты метаболизма — соединения поступающие с пищей. Среди них выделяют основные пищевые вещества (белки, углеводы, липиды) и минорные, которые поступают в малых количествах (витамины, минеральные вещества).

Интенсивность метаболизма определяется потребностью клетки в тех или иных веществах или энергии, регуляция осуществляется четырьмя путями:

1) Суммарная скорость реакций определенного метаболического пути определяется концентрацией каждого из ферментов этого пути, значением рН среды, внутриклеточной концентрацией каждого из промежуточных продуктов, концентрацией кофакторов и коферментов.

2) Активностью регуляторных (аллостерических) ферментов, которые обычно катализируют начальные этапы метаболических путей. Большинство из них ингибируется конечным продуктом данного пути и этот вид ингибирования называется «по принципу обратной связи».

3) Генетический контроль, определяющий скорость синтеза того или иного фермента. Яркий пример — появление в клетке индуцибельных ферментов в ответ на поступление соответствующего субстрата.

4) Гормональная регуляция. Ряд гормонов способны активировать или ингибировать многие ферменты метаболических путей.

Живые организмы представляют собой термодинамически неустойчивые системы. Для их формирования и функционирования необходимо непрерывное поступление энергии в форме, пригодной для многопланового использования. Для получения энергии практически все живые существа на планете приспособились подвергать гидролизу одну из пирофосфатных связей АТФ. В связи с этим одна из главных задач биоэнергетики живых организмов это восполнение использованных АТФ из АДФ и АМФ.

Основной источник энергии в клетке — окисление субстратов кислородом воздуха. Этот процесс осуществляется тремя путями: присоединением кислорода к атому углерода, отщеплением водорода или потерей электрона. В клетках окисление протекает в форме последовательного переноса водорода и электронов от субстрата к кислороду. Кислород играет в этом случае роль восстанавливающегося соединения (окислителя). Окислительные реакции протекают с высвобождением энергии. Для биологических реакций характерны сравнительно небольшие изменения энергии. Это достигается за счет дробления процесса окисления на ряд промежуточных стадий, что позволяет запасать ее небольшими порциями в виде макроэргических соединений (АТФ). Восстановление атома кислорода при взаимодействии с парой протонов и электронов приводит к образованию молекулы воды.

Это процесс потребление клетками тканей организма кислорода, который участвует в биологическом окислении. Такой вид окисления называют аэробным окислением. Если конечным акцептором в цепи переноса водорода выступает не кислород, а другие вещества (например пировиноградная кислота), то такой тип окисления называют анаэробным.

Т.о. биологическое окисление — это дегидрирование субстрата с помощью промежуточных переносчиков водорода и его конечного акцептора.

Дыхательная цепь (ферменты тканевого дыхания) — это переносчики протонов и электронов от окисляемого субстрата на кислород. Окислитель — это соединение, способное принимать электроны. Такая способность количественно характеризуется окислительно-восстановительным потенциалом по отношению к стандартному водородному электроду, рН которого равен 7,0. Чем меньше потенциал соединения, тем сильнее его восстанавливающие свойства и наоборот.

Т. о. любое соединение может отдавать электроны только соединению с более высоким окислительно-восстановительным потенциалом. В дыхательной цепи каждое последующее звено имеет более высокий потенциал, чем предыдущее.

Дыхательная цепь состоит из:

Читайте также:  Хронический миелолейкоз продолжительность жизни

1. НАД — зависимой дегидрогеназы;

2. ФАД- зависимой дегидрогеназы;

3. Убихинона (Ко Q );

4. Цитохрмов b , c , a + a 3 .

НАД-зависимые дегидрогеназы . В качестве кофермента содержат НАД и НАДФ . Пиридиновое кольцо никотинамида способно присоединять электроны и протоны водорода.

ФАД и ФМН-зависимые дегидрогеназы содержат в качестве кофермента фосфорный эфир витамина В2 ( ФАД ).

Убихинон (Ко Q ) отнимает водород у флавопротеидов и превращается при этом в гидрохинон .

Цитохромы — белки хромопротеиды, способные присоединять электроны, благодаря наличию в своем составе в качестве простетических групп железопорфиринов. Они принимают электрон от вещества, являющегося немного боле сильным восстановителем, и передают его более сильному окислителю. Атом железа связан с атомом азота имидазольного кольца аминоксилоты гистидина с одной стороны от плоскости порфиринового цикла, а с другой стороны с атомом серы метионина. Поэтому потенциальная способность атома железа в цитохромах к связыванию кислорода подавлена.

В цитохроме с порфириновая плоскость ковалентно связана с белком через два остатка цистеина, а в цитохромах b и а , она ковалентно не связано с белком.

В цитохроме а+ а3 (цитохромоксидазе) вместо протопорфирина содержатся порфирин А, который отличатся рядом структурных особенностей. Пятое координационное положение железа занято аминогруппой, принадлежащей остатку аминосахара, входящего в состав самого белка.

В отличии от гема гемолгобина атом железа в цитохромах может обратимо переходить из двух в трехвалентное состояние это обеспечивает транспорт электронов (См. подробнее приложение 1 «Атомная и электронная структура гемопротеинов «).

Механизм работы электронтранспортной цепи

Наружная мембрана митохондрии (рис. 4.8.1) проницаема для большинства мелких молекул и ионов, внутренняя почти для всех ионов (кроме протонов Н) и для большинства незаряженных молекул.

Все вышеперечисленные компоненты дыхательной цепи встроены во внутреннюю мембрану. Транспорт протонов и электронов по дыхательной цепи обеспечивается разностью потенциалов между ее компонентами. При этом каждое увеличение потенциала на 0,16 В освобождает энергию, достаточную для синтеза одной молекулы АТФ из АДФ и Н3РО4. При потреблении одной молекулы О2 образуется 3 АТФ .

Процессы окисления и образования АТФ из АДФ и фосфорной кислоты т.е. фосфорилирования протекают в митохондриях. Внутренняя мембрана образует множество складок — крист. Пространство органиченное внутренней мембраной — матриксом. Пространство между внутренней и наружной мембранами называется межмембранным.

Такая молекула содержит в себе три макроэргических связи. Макроэргической или богатой энергией называют химическую связь, при разрыве которой высвобождается более 4 ккал/моль. При гидролитическом расщеплении АТФ до АДФ и фосфорной кислоты высвобождается 7,3 ккал/моль. Ровно столько же тратится для образования АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты и это один из основных путей запасания энергии в организме.

В процессе транспорта электронов по дыхательной цепи высвобождается энергия, которая тратится на присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ с образованием одной молекулы АТФ и одной молекулы воды. В процессе переноса одной пары электронов по дыхательной цепи высвобождается и запасается в виде трех молекул АТФ 21,3 ккал/моль. Это составляет около 40 % высвободившейся при электронном транспорте энергии.

Такой способ запасания энергии в клетке называется окислительным фосфорилированием или сопряженным фосфорилированием.

Молекулярные механизмы этого процесса наиболее полно объясняет хемоосмотическая теория Митчелла, выдвинутая в 1961 году.

Механизм окислительного фосфорилирования (рис.4.8.2.):

1) НАД-зависимая дегидрогеназа расположена на матриксной поверхности внутренней мембраны митохондрий отдает пару электронов водорода на ФМН-зависимую дегидрогеназу. При этом из матрикса пара протонов переходит также на ФМН и в результате образуется ФМН Н2. В это время пара протонов, принадлежащих НАД выталкивается в межмембранное пространство.

2) ФАД-зависимая дегидрогеназа отдает пару электронов на Ко Q а пару протонов выталкивает в межмембранное пространство. Получив электроны Ко Q принимает из матрикса пару протонов и превращается в Ко Q Н2.

3) Ко Q Н2 выталкивает пару протонов в межмембранное пространство, а пара электронов передается на цитохромы и далее на кислород с образованием молекулы воды.

В итоге при переносе пары электронов по цепи из матрикса в межмембранное пространство перекачивается 6 протонов (3 пары), что ведет к созданию разницы потенциалов и разницы рН между поверхностями внутренней мембраны.

4) Разница потенциалов и разница рН обеспечивают движение протонов через протонный канал обратно в матрикс.

5) Такое обратное движение протонов ведет к активации АТФ-синтазы и синтезу АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. При переносе одной пары электронов (т.е. трех пар протонов) синтезируется 3 молекулы АТФ (рис. 4.7.3.).

Разобщение процессов дыхания и окислительного фосфорилирования происходит если протоны начинают проникать через внутреннюю мембрану митохондрий. В этом случае выравнивается градиент рН и исчезает движущая сила фосфорилирования. Химические вещества — разобщители называются протонофорами, они способны переносить протоны через мембрану. К таковым относятся 2,4 -динитрофенол , гормоны щитовидной железы и др. (рис. 4.8.3.).

Читайте также:  Экхимозы у детей

Образовавшаяся АТФ из матрикса в цитоплазму переносится ферментами транслоказами, при этом в обратном направлении в матрикс переносится одна молекула АДФ и одна молекула фосфорной кислоты. Понятно, что нарушение транспорта АДФ и фосфата тормозит синтез АТФ.

Скорость окислительного фосфорилирования зависит в первую очередь от содержания АТФ, чем быстрее она расходуется, тем больше накапливается АДФ, тем больше потребность в энергии и следовательно активнее идет процесс окислительного фосфорилирования. Регуляцию скорости окислительного фосфорилирования концентрацией в клетке АДФ называют дыхательным контролем.

ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ IV .8.

1. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача // Екатеринбург: Уральский рабочий, 1994, 384 с.;

2. Кнорре Д. Г., Мызина С. Д. Биологическая химия. – М.: Высш. шк. 1998, 479 с.;

3. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функций клетки // М.: Мир, 1974, 956 с.;

4. Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии // Ростов-на Дону: Феникс, 1999, 540 с.;

5. Степанов В. М. Молекулярная биология. Структура и функции белков // М.: Высшая школа, 1996, 335 с.;

6. Скулачев В. П. Энергетика биологических мембран // М.: Наука, 1989, 565 с.;

7. Карякин А. В., Арчаков А. И. Межмембранный перенос электронов // Успехи современной биологии, 1981, Т. 91, вып. 1, с. 74-89;

8. Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен). Под ред. М.И.Прохоровой // Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1982. — 327 с.

© И н с т и т у т Ф и з и к и
им. Л.В.Киренского 1998-2007

[an error occurred while processing this directive]

МЕТАБОЛИТЫ (греч, metabole перемена, превращение) — вещества, подвергающиеся хим. превращениям в организме в процессе промежуточного обмена веществ (метаболизма) .

За счет действия разного рода регуляторных механизмов динамические концентрации М. в здоровом организме поддерживаются на постоянном уровне, характерном для каждого М. Средние величины этих концентраций (с указанием пределов колебаний) служат одной из характеристик нормы. При патол, состояниях концентрации М. изменяются, причем эти изменения часто бывают специфичными для той или иной болезни. На этом основаны многие биохим, методы лаб. диагностики болезней.

Многие М. поступают в организм извне в составе пищи и являются предшественниками других М., образующихся в организме. Вещества в живой клетке последовательно превращаются сначала в один М., из к-рого образуется другой, и т. д. Такие последовательности превращений называют метаболическими путями. Напр., метаболический путь распада глюкозы до молочной кислоты включает такую последовательность М.: глюкоза —> глюкозо-6-фосфат —> фруктозо-6-фосфат —> фруктозо-1,6-дифосфат —> фосфоглицериновый альдегид 1,3-дифосфоглицериновая к-та —> фосфоенолпировиноградная к-та —> Пировиноградная к-та —> молочная к-та. Каждый метаболит образуется из своего предшественника в результате действия специфического фермента и, в свою очередь, служит субстратом для другого фермента (см. Ферменты). На этом основано избирательное прерывание метаболических цепей с помощью антиметаболитов (см.) — структурных аналогов метаболитов, к-рые используются в качестве лекарственных средств, а также в экспериментальных исследованиях.

В процессе метаболизма образуются М., являющиеся структурно-функциональными компонентами клетки, напр, такие, как коферменты, гормоны и другие регуляторные вещества, белки, нуклеиновые к-ты, структурные полисахариды и т. д. Следует, однако, отметить, что термин «метаболиты» к высокомолекулярным веществам применяют редко. М. могут превращаться в конечные продукты обмена веществ (конечные М.), выводимые из организма. Основными конечными М. для многих животных и человека являются углекислота (CO2), вода, мочевина (у рептилий и птиц вместо мочевины образуется мочевая к-та). Ряд конечных М., в т. ч. М. чужеродных соединений, выводится в форме глюкуронидов, сульфатов, продуктов микросомного окисления.

Клетки разных видов животных имеют как сходство, так и различия по составу М. Напр., аминокислоты, нуклеотиды, многие коферменты и др. являются универсальными для всех форм жизни. Напротив, М., являющиеся предшественниками незаменимых пищевых факторов человека — витаминов, незаменимых аминокислот, незаменимых жирных к-т и т. п., отсутствуют в организме человека, но имеются у многих микроорганизмов, растений и нек-рых животных, способных синтезировать эти вещества,

Метаболиты в норме и при патологии

В живой клетке ежесекундно образуются сотни метаболитов. Однако их концентрации поддерживаются на определенном уровне, который является специфической биохимической константой или референтной величиной. При болезнях происходит изменение концентрации метаболитов, что является основой биохимической лабораторной диагностики. К нормальным метаболитам относят глюкозу, мочевину, холестерол, общий белок сыворотки крови и ряд других. Выход концентрации этих веществ за пределы физиологических норм (повышение либо снижение) говорит о нарушении их обмена в организме. Более того, ряд веществ в организме здорового человека обнаруживается только в определенных биологических жидкостях, что обуславливается спецификой их метаболизма. Например, белки сыворотки крови в норме не проходят через почечный фильтр и, соответственно, не обнаруживаются в моче. Но при воспалении почек (гломерулонефрите) белки (в первую очередь альбумины) проникают через капсулу клубочка, появляются в моче – протеинурия и трактуются как патологические компоненты мочи.

Читайте также:  Каломазание у взрослых причины лечение фото

Патологическими метаболитами являются миеломные белки (белки Бенс-Джонса), парапротеины при макроглобулинемии Вальденштрема, накопление аномального гликогена при гликогенозах, разнообразных фракций сложных липидов при сфинголипидозах и т.д. Они обнаруживаются только при болезнях и для здорового организма не характерны.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Похожие главы из других книг:

7. РОЛЬ БЕССОЗНАТЕЛЬНОГО ПРИ НЕКОТОРЫХ ФОРМАХ ПАТОЛОГИИ

7. РОЛЬ БЕССОЗНАТЕЛЬНОГО ПРИ НЕКОТОРЫХ ФОРМАХ ПАТОЛОГИИ Формированием условного рефлекса на неосознаваемые внешние стимулы объясняется нервный механизм пространственной ориентации слепых людей [Бериташвили, 1969]. Существенная роль звуковых раздражений для ощущения

3.2. Парадигма активности: нейрон, как и индивид, достигает «результат», получая необходимые метаболиты из своей «микросреды»

3.2. Парадигма активности: нейрон, как и индивид, достигает «результат», получая необходимые метаболиты из своей «микросреды» Упомянутые ранее этапы приобретают смысл в том случае, если принять, что процесс, обеспечивающий переход от прек постсинаптическим образованиям,

8. ПРОЕКЦИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОПЫТА НА СТРУКТУРЫ МОЗГА В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ

8. ПРОЕКЦИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОПЫТА НА СТРУКТУРЫ МОЗГА В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ 8.1. Зависимость проекции индивидуального опыта от особенностей индивидуального развития Из всего сказанного ранее с очевидностью следует, что с позиций системной психофизиологии проблема

8.4. Изменение проекции индивидуального опыта в условиях патологии

8.4. Изменение проекции индивидуального опыта в условиях патологии Проекция опыта на структуры мозга может изменяться не только при нормальном ходе индивидуального развития. Повреждающие воздействия, такие, например, как перерезка нервов или ампутация пальцев,

8.6. Значение материала патологии для изучения системной организации поведения

8.6. Значение материала патологии для изучения системной организации поведения Таким образом, проекция индивидуального опыта на структуры мозга изменяется в филогенезе, определяется историей обучения в процессе индивидуального развития и модифицируется при

Порочные круги во внутриклеточных системах как основа клеточной патологии

Порочные круги во внутриклеточных системах как основа клеточной патологии Вводные замечания можно распространить и на порочные потенциально патогенетические круги во внутриклеточных системах. Следует сказать, что в клетке труднее, чем в физиологических системах,

Патологии системы свертывания крови.

Патологии системы свертывания крови. ГемофилииГемофилин – наследственные заболевания, обусловленные отсутствием определенных факторов свертывания крови. Гемофилия А связана с дефицитом фактора VIII, гемофилия В (болезнь Кристмаса) – фактора IX, гемофилия С – фактора XI.

Патологии органов мужской половой системы

Патологии органов мужской половой системы Аномалии строения полового членаВ ряде случаев у кобелей встречаются аномалии в виде укорочения, искривления, сужения крайней плоти (фимоз), недоразвития дистального отдела мочеиспускательного канала, при котором его наружное

2.1. Вопрос нормы и патологии. Определение нормальной психики

2.1. Вопрос нормы и патологии. Определение нормальной психики В работе с животными, проявляющими аномальное поведение, одним из базовых понятий, на которое должны опираться в своей деятельности специалисты в области поведенческой медицины, это различение нормы и

Патологии беременности и послеродового периода

Патологии беременности и послеродового периода Выпадение влагалища наблюдается во второй половине беременности при погрешностях кормления и отсутствии моциона. Оно обусловливается повышением внутрибрюшного давления в сочетании с расслаблением сфинктера преддверия

Физиолого-генетические проблемы сложных форм поведения в норме и патологии[46]

Физиолого-генетические проблемы сложных форм поведения в норме и патологии[46] Поведение высших позвоночных животных и человека чрезвычайно гетерогенно. С. Н. Давиденков (1947) указывал на то, что вопрос о «вариациях нормы» высшей нервной деятельности человека и отношение

6. ВЫБОР МЕТОДИКИ И ТАКТИКИ ЛЕЧЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КЛИНИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ, СТЕПЕНИ ТЯЖЕСТИ ОСНОВНОЙ И СОПУТСТВУЮЩЕЙ ПАТОЛОГИИ

6. ВЫБОР МЕТОДИКИ И ТАКТИКИ ЛЕЧЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КЛИНИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ, СТЕПЕНИ ТЯЖЕСТИ ОСНОВНОЙ И СОПУТСТВУЮЩЕЙ ПАТОЛОГИИ Среди вышеописанных методик РДТ наиболее часто применяется полное (влажное) голодание, эту методику можно считать даже классической, ибо

Ссылка на основную публикацию
Месячный ребенок срыгнул желтым цветом
Младенцы срыгивают часто. Причин для этого у младенцев достаточно много. Врачи объясняют это чувствительностью слизистой младенца, недостаточно развитой мускулатурой желудка,...
Месакол или салофальк что лучше отзывы
Для лечения воспалительных заболеваний слизистой кишечника, протекающих в хронической форме, врачи нередко назначают такие препараты, как Салофальк или Месакол. Эти...
Места постановки горчичников при кашле
Лечение горчичниками проводили еще наши бабушки и дедушки, выбирая это доступное и эффективное средство. Сегодня горчичники от кашля помогают так...
Метаболит это в биохимии
Метаболизм или обмен веществ - совокупность химических реакций в организме, которые обеспечивают его веществами и энергией, необходимыми для жизнедеятельности. В...
Adblock detector