Центральные и специальные метаболические пути

В живых клетках протекает множество ферментативных реакций. Всю совокупность этих реакций объединяют общим понятием «метаболизм» («обмен веществ»). Он выполняет четыре специфические функции: 1) снабжение химической энергией, которая добывается путем расщепления богатых энергией пищевых веществ, поступающих из среды, или путем преобразования улавливаемой энергии солнечного света; 2) превращение молекул пищевых веществ в строительные блоки, которые в дальнейшем используются клеткой для построения макромолекул; 3) сборка белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов и прочих клеточных компонентов из этих строительных блоков; 4) синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения каких-либо специфических функций.

Выделяют внешний и промежуточный обмен веществ:

Внешний обмен веществ – внеклеточное переваривание веществ на путях их поступления и выделения из организма.

Промежуточный обмен веществ ‒ превращение веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов.

Попав внутрь клетки, питательное вещество метаболизируется, т.е. претерпевает ряд химических изменений, катализируемых ферментами. Определённая последовательность таких химических изменений называется метаболическим путём, а образующиеся промежуточные продукты – метаболитами.

Большей частью метаболические пути линейны (рис. 16.1). На рисунке показано, что в результате четырех последовательных ферментативных реакций предшественник А превращается в продукт Е, а продукт одной ферментативной реакции служит субстратом следующей:

Рис. 16.1. Линейный метаболический путь

Кроме линейных выделяют циклические метаболические пути (рис. 16.2). Обычно они имеют разветвления, в которых какие-нибудь продукты реакций выходят из цепи реакций данного метаболического пути или, наоборот, вливаются в нее:

Рис. 16.2. Циклический путь

Именно таким путем происходит окисление ацетильных групп до СО₂ и Н₂О в цикле лимонной кислоты

Все метаболические пути делят на центральные и специальные (вторичные). Центральные метаболические пути – пути превращения основных пищевых веществ в клетке (углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот). На этих путях потоки метаболитов довольно внушительны. Например, в организме взрослого человека ежесуточно окисляется несколько сотен граммов глюкозы до СО₂ и воды. Последовательности химических превращений на каждом из центральных метаболических путей, в принципе, у всех живых форм едины. Так, например, расщепление D-глюкозы протекает почти у всех живых организмов одинаково, т. е. через те же реакции и с образованием одних и тех же промежуточных продуктов.

Кроме центральных путей есть и другие метаболические пути со значительно меньшим потоком метаболитов (ежесуточный синтез или распад при этом измеряется миллиграммами). Эти специальные метаболические пути составляют так называемый вторичный метаболизм, роль которого – в образовании различных специализированных веществ, требующихся клеткам в малых количествах. К вторичным метаболическим путям принадлежит, например, биосинтез коферментов и гормонов, потому что эти соединения вырабатываются и используются только в следовых количествах. Сотни различных высокоспециализированных биомолекул, в том числе нуклеотиды, пигменты, токсины, антибиотики и алкалоиды, продуцируются у разных форм жизни на вторичных метаболических путях.