Энергетическая взаимосвязь катаболизма и анаболизма

	Выделяющие энергию питательные вещества а. Углеводы б. Жиры в. Белки		Клеточные макромолекулы а. Белки б. Полисахариды в. Липиды г. НК

 

 

АДФ+НРО₄^2-

НАД+

НАДФ+

 

АТФ

НАДН

Обедненные энергией конечные продукты а. СО2 б. Н2О в. NН3

Молекулы предшественники а. Аминокислоты б.Сахара в. Жирные кислоты г. Азотистые основания

НАДФН

	химическая энергия

 

 

 

Существует три типа обмена веществ:

а. сходящийся катаболический,

б. расходящийся анаболический,

в. циклический.

 

Вопросы для самопроверки

1. Каковы общие закономерности взаимосвязи обмена веществ в организме?

2. Утилизация АТФ организмом человека.

3. Роль митохондрий в биоэнегетике и метаболизме?

4. В чем выражается взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и белков?

5. Напишите химическую схему взаимосвязи белкового и углеводного обмена.

6. Составьте схему перехода от жиров к углеводам.

7. Какие соединения являются связующими при переходе от углеводов к
липидам?

 

Биомембраны и транспорт.

 

Первая живая клетка появилась как только образовалась мембрана, которая отделила содержимое клетки от окружающей среды. Мембраны формируют внешнюю границу клетки и регулируют транспорт молекул через эту границу. Они разделяют клетку на дискретные компартаменты, чтобы изолировать процессы и компоненты. Мембраны организуют последовательности сложных реакций, играют центральную роль в накоплении и хранении энергии, осуществлении межклеточных связей. Биологическая активность мембран во многом зависит от их физических свойств.

Мембраны представляют собой достаточно прочные и одновременно эластичные самоизолирующиеся образования, они обладают селективной проницаемостью к полярным растворителям. Их гибкость, эластичность позволяют трансформировать форму в процессе роста клетки и ее движения. Ее способность к изолированности при нарушении целостности клетки обусловлена способностью двух мембран сплавляться.

Мембраны не представляют только пассивный барьер. Они включают массив белков, являющихся промоторами или катализаторами различных молекулярных механизмов. Транспортные белки, встроенные в мембраны, подобно насосам перемещают растворы органических соединений и неорганических ионов через мембрану против градиента концентраций. Преобразователи энергии переводят энергию из одной формы в другую. Рецепторы на плазматической мембране воспринимают внеклеточные сигналы, преобразуя их в молекулярные изменения внутри клетки. Мембраны построены из двух слоев молекул, поэтому они очень тонкие, их можно рассматривать как двумерные системы.

Большое число процессов в клетке связано с мембранами (синтез липидов и определенных белков, преобразование энергии в митохондриях и хлоропластах). Так как межмолекулярные взаимодействия более вероятны в двумерном пространстве, чем трехмерном, эффективность фермент-катализируемых циклов превращений на мембранах существенно увеличивается.

Белки и полярные липиды составляют основную массу биологических мембран, небольшое количество углеводов представлено в гликопротеинах или гликолипидах.

 

Основные компоненты плазматических мембран.

 

Вид	Белок, %	Фосфолипид, %	Др. липиды	Стерол, %	Тип стерола
Печень мыши			-		Холестерол
Лист кукурузы			Галактолипид		Цитостерол
Дрожжи			Триацилглицеролы		Эргостерол
E. коли			Стерилсложные эфиры		-

 

Каждая мембрана имеет характерный липидный состав, что подтверждается исследованиями методом электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии детергента - додецилсульфата натрия.

Мембраны с различными функциями имеют в своем составе различные белки. Толщина мембран составляет от 5 до 8 нм. Основным структурным элементом мембраны выступает липидный бислой. Мембранные липиды находятся в постоянном движении. Хотя структура липидного бислоя сама по себе устойчива, молекулы индивидуальных фосфолипидов и стеролов имеют большую степень свободы в плоскости мембраны. Они диффундируют так быстро, что молекула индивидуального липида может переместиться, к примеру вокруг эритроцита всего лишь за несколько секунд. Внутренняя часть бислоя может рассматриваться как жидкость, углеводородные цепи жирных кислот находятся в постоянном движении в результате вращения вокруг одинарных С-С связей. Степень жидкостного состояния зависит от состава липидов и температуры. При низких температурах движение липидов замедляется и бислой имеет состояние близкое к паракристаллическому. Температура перехода от паракристаллического состояния к жидкому зависит от состава липидов мембраны. Насыщенные жирные кислоты способствуют образованию паракристаллического состояния. Содержание стеролов также определяет температуру перехода. Жесткие циклические структуры стеролов снижают свободу движения соседних жирнокислотных цепей. С другой стороны при низких температурах они препятствуют компактизации жирнокислотных цепей.

Как микроорганизмы, так и культуры животных клеток регулируют свой липидный состав таким образом, чтобы обеспечивать необходимую жидкую консистенцию в изменяющихся условиях роста.

Жирнокислотный состав клеток Е. коли, выращенных при разных температурах

Жирная кислота	Процент жирной кислоты
10°С	20°С	30°С	40°С
Миристиновая (14:0)
Пальметиновая (16:0)
Пальметолеиновая (16:1)
Олеиновая (18:1)
Гидроксимиристиновая
Отношение: ненасыщенные к-ты / насыщенные к-ты	2,90	2,00	1,60	0,38

 

Мембранные белки пронизывают липидный бислой, могут быть фиксированы на внешней или внутренней стороне бислоя. Мембранные белки ориентированы асимметрично, они могут быть разделены на две группы: внутренние (неотъемлемые) и внешние (периферические) белки. Периферические белки могут быть отделены от мембраны путем мягких обработок, они в общем случае растворимы в воде. Напротив внутренние мембранные белки требуют для своего отделения действия ряда агентов (детергентов, органических растворителей или денатурантов). Они образуют нерастворимые в воде агрегаты.

Каждая живая клетка требует для своего существования поступления из окружения питательных веществ для биосинтеза и получения энергии, она выделяет в окружающую среду вторичные продукты метаболизма. Плазматическая мембрана содержит белки, которые распознают и переносят в клетку такие необходимые вещества, как углеводы, аминокислоты и неорганические ионы. В некоторых случаях эти компоненты поступают в клетку против градиента концентрации, т.е. накачиваются в клетку посредством биологических транспортных систем.

 

Типы транспорта

Тип транспорта	Носитель белка	Создает конц. градиент	Зависит от энергии	Примеры
Простая диффузия	Нет	Нет	Нет	Н2О, О2, N2, CH4
Пассивный транспорт	Да	Нет	Нет	Глюкоза проникает в эритроциты
Активный транспорт: Первичный	Да	Да	Да	Н+АТФаза
Вторичный	Да	Да	Да	Аминокислоты и сахара
Ионные каналы	Да	Нет	Нет	Na+ канал ацетил-холина

 

Вопросы для самоконтроля

1. Структура билипидного слоя плазматической мембраны.

2. Зависимость жирнокислотного состава клетки от темпетратуры.

3. С чем связана проницаемость липидных мембран?

4. Особенности транспорта ионов натрия и калия через плазматические мембраны.

 

Гормональная регуляция.

 

Существенной характеристикой мультиклеточных организмов является дифференциация клеток и разделение их по виду деятельности. В дополнение к центральным циклам преобразования энергии и вещества, которые имеют место в каждой клетке, органы и ткани сложных организмов, в частности человека, имеют специальные функции и как следствие характеристические требования к питательным веществам и картине метаболизма в целом. Гормональные сигналы интегрируют и координируют метаболическую активность различных тканей, разносят информацию о размещении и распределении энергоемких веществ и веществ-предшественников синтеза биологических макромолекул к каждому органу.

Каждый орган и ткань человеческого тела имеют специализированную функцию, которая отражается в его анатомии и метаболической активности. Скелетные мышцы, используя метаболическую энергию, производят движение, жировая ткань сохраняет жиры, которые служат для запаса энергии, специальные разделы мозга продуцируют электрические сигналы. Печень играет роль центрального химического процессора и распределителя в процессе метаболизма, поставщика смеси питательных веществ посредством кровеносного русла. Глюкоза, поступающая в печень, под действием фермента глюкокиназы фосфорилируется до глюкозы-6-фосфата.