Катаболизм протекает с потреблением: Общая характеристика обмена веществ — Спортивный клуб "Спецназ" | Бокс, Кикбоксинг, Армейский рукопашный бой, Самооборона для девушек в Ростове-на-Дону

Содержание

Общая характеристика обмена веществ

Тест 1. Молекулярный кислород (О₂) непосредственно используется в:

а) гликолизе

б) кроветворении

в) тканевом дыхании

г) трансаминировании

Тест 2. В клетке тканевое дыхание протекает в:

а) митохондриях

б) рибосомах

в) цитоплазме

г) ядре

Тест 3. Переваривание пищевых веществ осуществляется путем:

а) гидролиза

б) окисления

в) тиолиза

г) фосфоролиза

Тест 4. Для обеспечения всех своих потребностей живой организм использует энергию:

а) внутриядерную

б) лучистую

в) тепловую

г) химическую

Тест 5. Катаболизм является совокупностью процессов:

а) изомеризации химических соединений

б) переноса молекул через мембраны

в) расщепления сложных молекул на более простые

г) синтеза сложных молекул из простых

Тест 6. В процессе катаболизма преобладают реакции:

а) гидролиза

б) окисления

в) тиолиза

г) фосфоролиза

Тест 7. Реакции катаболизма протекают преимущественно с потреблением:

а) водорода

б) воды

в) кислорода

г) углекислого газа

Тест 8. Анаболизм является совокупностью процессов:

а) изомеризации химических соединений

б) переноса молекул через мембраны

в) расщепления сложных молекул на более простые

г) синтеза сложных молекул из простых

Тест 9. Молекулярный кислород расходуется в реакциях:

а) гидролиза

б) окисления

в) изомеризации

г) синтеза

Тест 10. В состав АТФ входят:

а) аденин, глюкоза и один фосфатный остаток

б) аденин, рибоза и два фосфатных остатка

в) аденин, рибоза и три фосфатных остатка

г) аминокислота, дезоксирибоза и три фосфатных остатка

Тест 11. При гидролизе АТФ в физиологических условиях выделяется энергия в количестве:

а) 2-3 ккал

б) 5-6 ккал

в) 10-12 ккал

г) 17-18 ккал

Тест 12. Энергия АТФ необходима для реакций:

а) гидролиза

б) окисления

в) изомеризации

г) синтеза

Тест 13. Взрослый человек, активно не выполняющий физическую работу, расходует в течение суток:

а) 400-500 г АТФ

б) 2-3 кг АТФ

в) 40-50 кг АТФ

г) 100-120 кг АТФ

Тест 14. В клетке цикл Кребса протекает в:

а) митохондриях

б) рибосомах

в) цитоплазме

г) ядре

Тест 15. В процессе пищеварения белки превращаются в:

а) аминокислоты

б) ацетил-кофермент А

в) жирные кислоты

г) кетоновые тела

Помогите пожалуйста СРОЧНО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Тест Тесты по теме 1.6 «Обмен

Тест

Тесты по теме 1.6 «Обмен веществ и энергии»

1.Живой организм термодинамической системой

A) закрытой;

Б) изолированной;

B) открытой;

2. Переваривание пищевых веществ осуществляется путем:

B) тиолиза;

Г) фосфоролиза;

A) гидролиза;

Б) окисление;

3.Пншеварительнфые ферменты относятся к классу:

B)оксидоредуктаз;

Г) трансфераз;

A) гидролиза;

Б)нзомераз;

4. Для обеспечения всех своих потребностей живой организм использует энергию:

B) тепловую;

Г) химическую;

A) внутриядерную;

Б) лучистую;

5. Катаболизм совокупностью процессов:

A) изомеризации химических соединений;

Б) переноса молекул через мембраны;

B) расщепление сложных молекул на более простые;

Г) синтез сложных молекул из простых;

6. В процессе катаболизма преобладают реакции:

A) гидролиза;

Б) окисление;

B) тиолиза;

Г) фосфоролиза;

7. Реакция катаболизма протекают преимущественно с потребление;

Б) воды;

B) кислорода;

Г) углекислого газа;

A) водороды;

8. Анаболизм является совокупностью процессов:

A) изомеризация химических соединений;

Б) переноса молекул через мембраны;

B) расщепление сложных молекул на более простые;

Г) синте сложный молекул из простых;

B) изомеризации;

Г) синтеза;

9. Молекулярный кислород расходуется в реакция:

A) гидролиза;

Б) окисление;

10. В состав АТФ входят:

A) аденин, глюкоза н один остаток фосфорной кислоты;

Б) аденин, рибоза и два остатка фосфорной кислоты;

B) аденин, рибоза и три остатка фосфорной кислоты;

Г) аминокислота, дезоксирибоза и три остатка фосфорной кислоты;

11. При гидролизе одного моля АТФ в физнологических условиях выделяется энергия количеством:

B) 10-12 ккал;

Г) 17-18 ккал;

A) 2-3ккал;

Б) 5-6 ккал;

12. Энергия АТФ необходима для протекания реакций;

П)синтеза;

A) гидролиза;

Б) окисление;

B)изомеризации;

13. Взрослый человек, активно не занимающийся физической работой, расходует в течение суток:

A) 400-500г АТФ;

B) 40-50 кг АТФ;

Б) 2-3 кг АТФ;

Г) 90-100 кг АТФ;

Углеводы

1.Углеводы обязательно содержать функциональные группы:

A) альдегидную и аминную;

B) альдегидную и спиртовую;

Б) альдегидную и карбоксильную;

Г) карбоксильную и спиртовую;

2. Глюкоза является:

A) моносахаридом;

B) олигосахаридом;

Б) дисахаридом;

Г) полисахаридом;

3. Фруктоза является:

A) моносахаридом;

B) олигосахаридом;

Б) дисахаридом;

Г) полисахаридом;

4. Сахароза является:

A) моносахаридом;

B) олигосахаридом;

Б) дисахаридом;

Г) полисахаридом;

5. Полисахаридом является:

A) глюкоза;

Б) крахмал;

B) рибоза;

6. Мономером гликогена является:

A) глюкоза;

Б) рибоза;

B) сахароза;

7.Моносохаридом является:

A) галактоза

B) сахароза

Б) лактоза

Г) целлюлоза

8. Суточная потребность в углеводах для взрослого человека составляет:

A) 50-100г

Б) 100-150 г

B) 450-500г

Г) 800-900г

9. Конечным продуктом гидролиза крахмала в процессе пищеварения является:

A) глюкоза

Б) рибоза

b) сахароза

Г) фруктоза

10.Ращепление крахмала пищи осуществляется ферментом:

A) амилоза

Б) каталазой

B) лактозой

Г) сахарозой

11. Конечным продуктам анаэробного распада глюкозы является:

A)a- кетоглутаровая кислота

Б) молочная кислота

B) пировиноградная кислота

Г) щавелево-уксусная кислота

12. Глюкоза депонируется в печени в форме:

A) гликогена

Б) крахмала

B) лактозы

Г) сахарозы

13. Распад гликогена в мышцах и в печени начинается с реакции:

A) гидролиза

Б) окисления

B) тиолиза

г) фосфоролиза

14. распад гликогена в печени ускорят гормон:

A) альдостерон

Б) глюкагон

B) инсулин

Г) паратгормон

15. Распад гликогена в мышцах ускоряет гормон:

A) альдостерон

Б) глюкагон

B) инсулин

Г) кортикостерон

16. Синтез гликогена в мышцах ускоряет гормон:

A) альдостерон

Б) глюкагон

B) инсулин

Г) кортикостерон

22. При распаде глюкозы -Кол образуется на:

A) а-кетоглутарновой кислоты

B) пировиноградной кислоты

Г) шанелево-уксусной кислоты

E) кислоты

23. Цикл состоит из последовательных превращений:

Б) ацетил КоА

B) глицерин

Г) мочевины

24. В клетке цикл трикарбоновых кислот протекает в:

A) митоҳондриях

B) цитоплазме

Г) ядре

Б) рибосомах

25. При окисление молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса синтезируется:

A) 3 молекулы АТФ

B) 12 молекул АТФ

Б) 5 молекул АТФ

Г)38 молекул АТФ

26. При окислении молекулы глюкозы до углекислого газа и воды синтезируется:

A) 3 молекулы АТФ

B) 12 молекул АТФ

Г) 38 молекул АТФ

Б) 5 молекул АТФ

27. Молочная кислота является конечным продуктом анаэробного превращения:

Б) аминокислот

B) глюкозы

Г) нуклеотидов

A) аденин

28. В клетке аэробный гликолиз протекает в:

A) митохондриях

B) цитоплазме

Б) рибосомах

Г) ядре

29. У здорового человека в состоянии покоя и натощак концентрация глюкозы в крови:

B) 8-10 ммоль/л

A)1-2 ммоль /л

Г) 14-14 ммоль/л

Б) 4-б ммоль л

30. Гипогликемии соответствует концентрация глюкозы в крови:

A)1-2 ммоль /л

B) S-10 ммоль/л

Г) 14-14 ммоль/л

Б) 4-6 ммоль/л

31. В процессе ГМФ- пути распада глюкозы образуется:

A) АТФ

B) рибозо-5-фосфат

Г) щавелево — уксусная кислота

Б) лактат

Основные закономерности метаболических процессов в организме человека. Часть 1.

Метаболизм – обмен веществ и энергии — представляет собой по классическим определениям, с одной стороны, обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой, а, с другой стороны, совокупность процессов превращения веществ и трансформации энергии, происходящих непосредственно в самих живых организмах. Как известно, обмен веществ и энергии является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи. В обмене веществ, контролируемом многоуровневыми регуляторными системами, участвует множество ферментных каскадов, обеспечивающих совокупность химических реакций, упорядоченных во времени и пространстве. Данные биохимические реакции, детерминированные генетически, протекают последовательно в строго определенных участках клеток, что, в свою очередь обеспечивается принципом компартментации клетки. В конечном итоге в процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в собственные специфические вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из организма. В процессе любых биохимических трансформаций освобождается и поглощается энергия.

Клеточный метаболизм выполняет четыре основные специфические функции, а именно: извлечение энергии из окружающей среды и преобразование ее в энергию макроэргических (высокоэнергетических) химических соединений в количестве, достаточном для обеспечения всех энергетических потребностей клетки; образование из экзогенных веществ промежуточных соединений, являющихся предшественниками высокомолекулярных компонентов клетки; синтез из этих предшественников белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов; синтез и разрушение специальных биомолекул, образование и распад которых связаны с выполнением специфических функций данной клетки.

Поскольку первоначальные представления об обмене веществ возникли в связи с изучением процессов обмена между организмом и внешней средой и лишь впоследствии эти представления расширились до понимания путей трансформации веществ и энергии внутри организма, до настоящего времени принято выделять соответственно внешний, или общий, обмен веществ и внутренний или промежуточный, обмен веществ. В свою очередь как во внутреннем, так и во внешнем обмене веществ различают структурный (пластический) и энергетический обмен. Под структурным обменом понимают взаимные превращения различных высоко- и низкомолекулярных соединений в организме, а также их перенос (транспорт) внутри организма и между организмом и внешней средой. Под энергетическим обменом понимают высвобождение энергии химических связей молекул, образующейся в ходе реакций и ее превращение в тепло (большая часть), а также использование энергии на синтез новых молекул, активный транспорт, мышечную работу (меньшая часть). В процессе обмена веществ часть конечных продуктов химических реакций выводится во внешнюю среду, другая часть используется организмом. В этом случае конечные продукты органического обмена накапливаются или расходуются в зависимости от условий существования организма, называясь запасными или резервными веществами.

Как указывалось выше совокупность химических превращений веществ, которые происходят непосредственно в организме, начиная с момента их поступления в кровь и до момента выделения конечных продуктов обмена из организма, называют промежуточным обменом (промежуточным метаболизмом). Промежуточный обмен может быть разделен на два процесса: катаболизм (диссимиляция) и анаболизм (ассимиляция). Катаболизмом называют ферментативное расщепление крупных органических молекул, осуществляемое у всех высших организмов, как правило, окислительным путем. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, заключенной в химических связях органических молекул, и резервированием ее в форме энергии фосфатных связей молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Анаболизм, напротив, представляет собой ферментативный синтез крупномолекулярных клеточных компонентов, таких, как полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, а также некоторых их биосинтетических предшественников из более простых соединений. Анаболические процессы происходят с потреблением энергии. Процессы катаболизма и анаболизма происходят в клетках одновременно, неразрывно связаны друг с другом и являются обязательными компонентами одного общего процесса — метаболизма, в котором превращения веществ теснейшим образом переплетены с превращениями энергии. Катаболические и анаболические реакции различаются, как правило, локализацией в клетке. Например, окисление жирных кислот до углекислого газа и воды осуществляется с помощью набора митохондриальных ферментов, тогда как синтез жирных кислот катализирует другая система ферментов, находящихся в цитозоле. Именно благодаря разной локализации катаболические и анаболические процессы в клетке могут протекать одновременно. При этом все превращения органических веществ, процессы синтеза и распада взаимосвязаны, координированы и регулируются нейрогормональными механизмами, придающими химическим процессам нужное направление. В организме человека не существует самостоятельного обмена белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Все превращения объединены в целостный процесс метаболизма, допускающий также взаимопревращения между отдельными классами органических веществ. Подобные взаимопревращения диктуются физиологическими потребностями организма, а также целесообразностью замены одних классов органических веществ другими в условиях блокирования какого-либо процесса при патологии.

Согласно современным представлениям расщепление основных пищевых веществ в клетке представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций, составляющих три главные стадии катаболизма. На первой стадии полимерные органические молекулы распадаются на составляющие их специфические структурные блоки — мономеры. Так, полисахариды расщепляются до гексоз или пентоз, белки — до аминокислот, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов и нуклеозидов, липиды — до жирных кислот и глицерина. Эти реакции протекают в основном гидролитическим путем и количество энергии, освобождающейся на этой стадии, не превышает 1% от всей выделяемой в ходе катаболизма энергии, и почти целиком используется организмом в качестве тепла.

На второй стадии катаболизма продуктами химических реакций становятся еще более простые молекулы, унифицированные для углеводного, белкового и липидного обмена. по своему типу (гликолиз, катаболизм аминокислот, β-окисление жирных кислот соответственно). Принципиальным является то, что на второй стадии катаболизма образуются продукты, которые являются общими для обмена исходно разных групп веществ. Эти продукты представляют собой ключевые химические соединения, соединяющие разные пути метаболизма. К таким соединениям относятся, например, пируват (пировиноградная кислота), образующийся при распаде углеводов, липидов и многих аминокислот, ацетил-КоА, объединяющий катаболизм жирных кислот, углеводов и аминокислот, a-кетоглутаровая кислота, оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота), фумарат (фумаровая кислота) и сукцинат (янтарная кислота), образующиеся при трансформации аминокислот. Продукты, полученные на второй стадии катаболизма, вступают в третью стадию, которая известна как цикл трикарбоновых кислот (терминальное окисление, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса). На третьем этапе ацетил-КоА и некоторые другие метаболиты, например α-кетоглутарат, оксалоацетат, подвергаются окислению в цикле ди- и трикарбоновых кислот Кребса. Окисление сопровождается образованием восстановленных форм НАДН + Н+ и ФАДН2. Именно в ходе второй и третьей стадий катаболизма освобождается и аккумулируется в виде АТФ практически вся энергия химических связей подвергнутых диссимиляции веществ. При этом осуществляется перенос электронов от восстановленных нуклеотидов на кислород через дыхательную цепь, сопровождающийся образованием конечного продукта – молекулы воды. Транспорт электронов в дыхательной цепи сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования.

Главным катаболическим процессом в обмене веществ принято считать биологическое окисление — совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых клетках, — а именно дыхание и окислительное фосфорилирование. Интегральной характеристикой биологического окисления служит так называемый дыхательный коэффициент (RQ), который представляет собой отношение объема выделенного организмом углекислого газа к объему одновременно поглощенного кислорода. При окислении углеводов объем расходуемого кислорода соответствует объему образующегося углекислого газа и поэтому дыхательный коэффициент в этих случаях равен единице. При окислении жиров и белков такое соответствие отсутствует, поскольку кроме окисления углерода до углекислого газа часть кислорода расходуется на окисление водорода с образованием воды. Вследствие этого величины дыхательного коэффициента в случае окисления жиров и белков составляют соответственно около 0, 7 и 0, 8. Подавляющая часть белкового азота при окислении белка в организме переходит в мочевину. Поэтому по дыхательному коэффициенту и данным о количестве выделяемой мочевины можно определять соотношение участвующих в биологическом окислении углеводов, жиров и белков.

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется не только на поддержание температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма. Тем не менее, только часть получаемой при окислении белков, жиров и углеводов энергии используется для синтеза АТФ, другая, значительно большая, превращается в теплоту. Так, при окислении углеводов 22, 7% энергии химических связей глюкозы в процессе окисления используется на синтез АТФ, а 77, 3% в виде тепла рассеивается в тканях. Аккумулированная в АТФ энергия используемая в дальнейшем для механической работы, химических, транспортных, электрических процессов в конечном счете тоже превращается в теплоту. Следовательно, количество тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии химических связей, подвергшихся биологическому окислению. Поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла — калориях или джоулях.

Общий баланс энергии организма определяют на основании калорийности вводимых пищевых веществ и количества выделенного тепла, которое может быть измерено или рассчитано. При этом надо учитывать, что величина калорийности, получаемая при лабораторной калориметрии, может отличаться от величины физиологической калорической ценности, поскольку некоторые вещества в организме не сгорают полностью, а образуют конечные продукты обмена, способные к дальнейшему окислению. В первую очередь это относится к белкам, азот которых выделяется из организма главным образом в виде мочевины, сохраняющей некоторый потенциальный запас калорий. Очевидно, что калорическая ценность, дыхательный коэффициент и величина теплообразования для разных веществ различны. Физиологическая калорическая ценность (в ккал/г) составляет для углеводов — 4, 1; липидов — 9, 3; белков — 4, 1; величина теплообразования (в ккал на 1 литр потребленного кислорода) для углеводов составляет 5, 05; липидов — 4, 69; белков — 4, 49.

Процесс анаболизма по аналогии с катаболическими процессами также проходит три стадии. При этом исходными веществами для анаболических процессов служат продукты второй стадии и промежуточные соединения третьей стадии катаболизма. Таким образом вторая и третья стадии катаболизма являются в то же время первой, исходной стадией анаболизма и химические реакции, протекающие в данном месте и в данное время, выполняют по сути двойную функцию. С одной стороны, они являются основой завершающего этапа катаболизма, а с другой — служат инициацией для анаболических процессов, поставляя вещества-предшественники для последующих стадий ассимиляции. Подобным образом, например, начинается синтез белка. Исходными реакциями этого процесса можно считать образование некоторых a-кетокислот. На следующей, второй стадии в ходе реакций аминирования или трансаминирования эти кетокислоты превращаются в аминокислоты, которые на третьей стадии анаболизма объединяются в полипептидные цепи. В результате ряда последовательных реакций происходит также синтез нуклеиновых кислот, липидов и полисахаридов. Тем не менее следует подчеркнуть, что пути анаболизма не являются простым обращением процессов катаболизма. Это связано прежде всего с энергетическими особенностями химических реакций. Некоторые реакции катаболизма практически необратимы, поскольку их протеканию в обратном направлении препятствуют непреодолимые энергетические барьеры. Поэтому в ходе эволюции были выработаны другие, специфические для анаболизма реакции, где синтез олиго- и полимерных соединений сопряжен с затратой энергии макроэргических соединений, прежде всего – АТФ.

Статья добавлена 31 мая 2016 г.

Общая характеристика обмена веществ.

Обмен веществ и энергии – это обязательное условие существования живых организмов.

Организм из внешней среды получает энергию и строительные вещества, затем эти вещества перерабатываются и, наконец, ненужные продукты переработки выделяются из организма в окружающую среду. Таким образом, обмен веществ может быть представлен в виде трех процессов.

1. Пищеварение – это процесс в ходе которого пищевые вещества, как правило высокомолекулярные и для организма чужеродные, под действием пищеварительных ферментов расщепляются и превращаются в простые соединения – универсальные для всех живых организмов. Белки, например, распадаются на аминокислоты точно такие же как аминокислоты самого организма. Из углеводов пищи образуется универсальный моносахарид – глюкоза. Поэтому конечные продукты пищеварения могут вводиться во внутреннюю среду организма и использоваться клетками для разнообразных целей.

2. Метаболизм – это совокупность химических реакций, протекающая во внутренней среде организма. Правда, иногда слово «метаболизм» понимают как синоним обмена веществ.

3. Выделение – это процесс удаления отработанных веществ из организма. Этот процесс происходит, как на последних этапах пищеварения, так и в ходе метаболизма. В последнем случае в выделении участвует кровь и особые органы выделения продуктов распада азотистых веществ — почки.

Рассмотрим, однако, более подробно собственно метаболизм.

Метаболизм включает в себя два процесса, которые являются двумя его неразрывными сторонами: катаболизм и анаболизм.

Катаболизм –это процессы расщепления веществ, результатомкоторых является извлечение энергии и получение молекул меньшего размера. Конечными продуктами катаболизма являются углекислый газ, вода, аммиак.

Катаболизм в организме человека и большинства живых существ характеризуется следующими особенностями.

· В процессе катаболизма преобладают реакции окисления.

· Катаболизм протекает с потреблением кислорода.

· В процессе катаболизма выделяется энергия, примерно половина которой аккумулируется в форме молекул аденозинтрифосфата (АТФ).Значительная часть энергии выделяется виде тепла.

Анаболизм –это реакции синтеза. Для этих процессов характерны следующие особенности.

· Анаболизм – это, главным образом, реакции восстановления.

· В процессе анаболизма происходит потребление водорода.

· Источником энергии для реакций анаболизма служит АТФ.

Узнать еще:

Метаболизм | справочник Пестициды.ru

Cхема метаболических процессов

Процессы метаболизма

Метаболизм включает две группы жизненно важных процессов – катаболизм (энергетический обмен) и анаболизм (биосинтез, или пластический обмен).^[3]

Катаболизм – это совокупность процессов расщепления питательных веществ, которые происходят в основном за счет реакций окисления. В результате выделяется энергия. Основными формами катаболизма у микроорганизмов являются брожение и дыхание. При брожении происходит неполный распад сложных органических веществ с выделением небольшого количества энергии и накоплении богатых энергией конечных продуктов. При дыхании (аэробном) обычно осуществляется полное окисление соединений с выходом большого количества энергии.^[3]
Анаболизм объединяет процессы синтеза молекул из более простых веществ, которые присутствуют в окружающей среде. Реакции анаболизма связаны с потреблением свободной энергии, которая вырабатывается в процессах дыхания, брожения. Для протекания пластического обмена необходимо поступление в организм питательных веществ, на основе которых при участии выделенной в ходе катаболизма энергии обновляются структурные компоненты клеток, происходит рост и развитие.^[3]

Катаболизм и анаболизм протекают параллельно, многие их реакции и промежуточные продукты являются общими. Тем не менее, на протяжении разных периодов существования интенсивность пластического и энергетического обмена неодинакова. Так, у насекомых в период размножения, линьки, во время ранних фаз развития (яйцо, личинка) синтетические процессы преобладают над процессами распада. В тоже время, определенные дегенеративные изменения в организме (старение, заболевания) способны приводить к преобладанию интенсивности катаболизма над анаболизмом, что порой угрожает гибелью живому объекту.^[3](фото)

Превращение сульфооксида в сульфон

Использовано изображение:^[2]

Метаболизм пестицидов

Метаболизм пестицидов – превращения пестицидов под влиянием продуктов жизнедеятельности различных живых организмов – бактерий, грибов, высших растений и животных.^[4]

В результате биотрансформации токсичных веществ в большинстве случаев образуются менее токсичные продукты (метаболиты), более растворимые и легко выводимые из организма. В некоторых случаях токсичность метаболитов оказывается выше, чем попавших в организм веществ. Обмен промышленных ядов возможен за счет реакций окисления, восстановления, гидролитического расщепления, метилирования, ацилирования и др.^[1]

В метаболизме пестицидов большое значение имеют реакции окисления атома серы в молекулах некоторых веществ, что характерно, например, для инсектицидов из группы производных карбаминовой и фосфорной кислот. Окисление серы у этих соединений происходит независимо от структуры остальной части молекулы, при этом вначале образуется соответствующий сульфооксид, а затем сульфон: (фото) Продукты окисления не отличаются по токсичности от исходного вещества, но они значительно более стойки к гидролизу.

Окисление тионофосфатов

А — тионофосфат, В – фосфат, 1 и 2- свободные радикалы, 3 — кислотный остаток

Использовано изображение:^[2]

Реакции метаболизма, происходящие в растениях, обусловливают длительное инсектицидное действие для ряда эфиров фосфорных кислот с тиоэфирным радикалом. Окисление тионофосфатов в различных организмах рассматривается как активирующая ступень в процессах метаболизма этих веществ.^[2](фото)

Токсичность продукта реакции для млекопитающих и насекомых увеличивается в десятки и сотни раз по сравнению с исходным веществом. Однако эти токсичные метаболиты легко гидролизуются и поэтому сохраняются в биологических средах непродолжительное время.^[2]

Близкие статьи

Ссылки:

Все статьи о токсикологии в разделе: Основы токсикологии

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Мир; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 295 с

Груздев Г.С. Химическая защита растений. Под редакцией Г.С. Груздева — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Агропромиздат, 1987. — 415 с.: ил.

Липунов И.Н., Первова И.Г. Основы микробиологии и биотехнологии: курс лекций. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. Университет, 2008. – 231 с

Мельников Н.Н., Новожилов К.В., Белан С.Р., Пылова Т.Н. Справочник по пестицидам — М.: Химия, 1985. — 352 с.

Свернуть Список всех источников

Анаболизм, анаболические реакции — Справочник химика 21

Анаболизм и катаболизм — разнонаправленные процессы и протекают независимо друг от друга. Однако они тесно взаимосвязаны между собой. Катаболические процессы поставляют метаболиты и энергию для процессов анаболизма. Анаболические реакции накапливают (запасают) сложные питательные вещества и энергию, что создает возможность дальнейших реакций катаболизма (см. рис. 7). [c.29]
Анаболизм — ферментативный синтез крупных полимерных молекул из простых предшественников с затратой энергии. Идет в три стадии, причем третья стадия катаболизма является первой стадией анаболизма. Анаболизм и катаболизм не являются простым обращением реакций. Анаболические пути должны отличаться от путей катаболизма хотя бы одной из ферментативных реакций, чтобы регулироваться независимо. Например, специфический путь распада глюкозы до лактата (гликолиз) включает 11 реакций синтез глюкозы из лактата — 8 обратимых реакций распада глюкозы и 3 дополнительных реакции с новым набором ферментов. Именно на этих стадиях за счет контроля акгивности ферментов регулируются суммарные скорости распада и синтеза глюкозы. Кроме того, реакции катаболизма и анаболизма часто разделены мембранами и протекают в разных отсеках (компартментах) клеток. Например, распад жирных кислот идет в митохондриях, а их синтез — в цитозоле. Конечные продукты метаболизма — Н2О, СО2, ННз- [c.98]

Таким образом, обмен веществ тесно связан с обменом энергии. Реакции катаболизма, сопровождающиеся уменьщением свободной энергии (—АО), являются донорами не только структурных предшественников, но и обеспечивают энергетически процессы анаболизма (+Аб). Напомним, что если АС отрицательно, то реакция протекает самопроизвольно и сопровождается уменьшением свободной энергии. Такие реакции называются экзергоническими, к ним относятся, как правило, катаболические превращения. Если же значение АО положительно, то реакции будут протекать только при поступлении свободной энергии извне и называться эндергоническими (анаболические процессы). При АО, равном нулю, система находится в равновесии. [c.190]

Анаболизм, называемый также биосинтезом,-это та фаза метаболизма, в которой из малых молекул-предшественников, или строительных блоков , синтезируются белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулярные компоненты клеток. Поскольку биосинтез-это процесс, в результате которого увеличиваются размеры молекул и усложняется их структура, он требует затраты свободной энергии. Источником этой энергии служит распад АТР до ADP и неорганического фосфата. Для биосинтеза некоторых клеточных компонентов требуются также богатые энергией водородные атомы, донором которых является NADPH (рис. 13-5). Катаболические и анаболические реакции протекают в клетках одновременно, однако их скорости регулируются независимо. [c.380]

Совокупность биохимических процессов, протекающих в клетках и обеспечивающих их жизнедеятельность, называется обменом веществ или метаболизмом. В клетку постоянно поступают метаболиты, которые подвергаются определенным превращениям, вовлекаясь в обменные процессы. Эти процессы можно разделить на два типа анаболические, связанные с синтезом новых структур, и катаболические — реакции деградации, распада сложных веществ до более простых. Процессы анаболизма и катаболизма связаны друг с другом и в физиологических условиях протекают строго согласованно. Кроме обмена химических веществ, в клетках постоянно про- [c.14]

Анаболизм — ферментативный синтез сравнительно крупных клеточных компонентов (полисахаридов, нуклеиновых кислот, белков, жиров) из простых предшественников, который ведет к увеличению размеров молекул, к усложнению их структуры. Последовательность ферментативных реакций, приводящих к биосинтезу тех или иных клеточных компонентов, называют анаболическими путями. [c.96]

Анаболические процессы протекают благодаря энергии, заключенной в химических связях молекул специфической группы высокоэнергетичес-KUXсоединений (АТФ и др.), в которых аккумулируется энергия, выделяемая в катаболических процессах. Необходимо отметить, что с химической точки зрения термин высокоэнергетические соединения не совсем корректен. В биохимии под высокоэнергетическими соединениями понимаются лабильные вещества, гидролиз которых в физиологических условиях сопровождается значительным понижением AG. Выигрыш в свободной энергии используется для смещения равновесия в сопряженных термодинамически невыгодных биохимических процессах, например синтеза биополимеров. Так, АТФ является сопрягающим энергетическим звеном обеих сторон метаболизма — анаболизма и катаболизма. Такое энергетическое сопряжение представляет собой основной способ использования энергии в живых организмах. Примеры сопряженных биохимических реакций будут неоднократно обсуждаться на страницах данного раздела. Но не только АТФ, а и другие соединения, образующиеся в результате катаболизма и используемые в анаболических процессах для синтеза специфических биомолекул, выполняют роль субстратов, сопря- [c.312]

Даже при биосинтезе глюкозы, который протекает в основном но пути обращения целого ряда легко обратимых ферментативных реакций, синтез отличается от распада (как мы увидим далее) в двух наиболее критических точках всей последовательной цепи реакций, а именно в начале и конце. Так, например, в процессе катаболизма глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат посредством реакции трансфосфорилирования с участием АТФ однако при анаболизме она образуется из фосфорного эфира путем простого гидролиза. Пировиноградная кислота образуется катаболически из фосфоенолпирувата путем трансфосфорилирования — переноса фосфатной группы на АДФ в анаболических же процессах она используется у большинства организмов благодаря двум связанным реакциям сначала пировиноградная кислота карбоксилируется до щавелевоуксусной кислоты и только потом превращается в фосфоенолпируват. В клетках Es heri hia oli, где указанное превращение происходит непосредственно, прямая и обратная реакции все же различаются. Они протекают следующим образом [c.275]

Опыт показывает, что такие антагонистические процессы, как катаболизм и анаболизм, всегда идут разными путями. Это и понятно. Катаболические реакции, как правило, экзер-гоничны, так что соответствующие анаболические реакции не могут идти самопроизвольно, во всяком случав не в тех же условиях. Поэтому для анаболизма используются другие пути, позволяющие вложить дополнительную химическую энергию. Как правило, анаболические процессы требуют больше полезной энергии, чем получается при катаболизме. Часто в катаболических реакциях, поддерживающих динамические состояния, совсем не образуется полезной энергии, а энергия рассеивается в виде тепла. [c.20]

При биосинтезе глюкозы, который протекает в основном по пути обращения целого ряда легко обратимых ферментативных реакций гликолиза, синтез отличается от распада в двух наиболее критических точках всей последовательной цепи реакций, а именно, в начале и конце. Так, например, в процессе катаболизма глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат посредством реакции трансфосфорилирования с участием АТФ однако при анаболизме она образуется из фосфорного эфира путем простого гидролиза. Пируват образуется катаболически из фосфоенолпируВата путем трансфосфорилирования — переноса фосфатной группы на АДФ в анаболических же процессах он используется у большинства организмов благодаря двум связанным реакциям сначала пируват карбоксилируется до оксалоацетата и только потом превращается в фосфоенолпируват (описанные реакции см. на Метаболической карте). [c.451]

Совокупность всех химических реакций, протекающих в клетке, составляет то, что мы называем метаболизмом. Метаболизм подразделяется на анаболизм и катаболизм — два разных типа реакций, которые нередко протекают и в разных частях клетки. Катаболические реакции, или реакции распада, обьгано сопровождаются высвобождение энергии. По большей части это окисление и гидролиз. Анаболические реакции, или реакции синтеза, наоборот, требуют затрат энергии. Часто это реакции конденсации. Все эти реакции протекают с участием ферментов. Примером фермента, участвующего в анаболизме, может служить глутаминсинтетаза, катализирующая синтез аминокислоты глутамина из глутаминовой кислоты и аммиака [c.152]

Итак, анаболизм — это совокупность реакций построения сложных молекул и структур из более простых и небольших предшественников с использованием метаболической энергии, Катаболические и анаболические пути могут различаться ферментами, их регуляцией, внутриклеточной локализацией и использованием кофакторов и переносчиков. Многие ферменты амфиболических путей участвуют как в реакциях анаболизма, так и в катаболи-ческих реакциях. Например, большинство гликолитических ферментов принимает участие как в синтезе, так и в катаболизме глюкозы, тогда как жирные кислоты синтезируются из ацетил-КоА и малонил-КоА путем, совершенно отличным от (3-окисления. В активных клетках всегда поддерживается равновесие между процессами анаболизма и катаболизма. На рис. 144 изображена простейшая схема, показывающая за счет чего можно амфи-болические ферменты заставлять работать либо в сторону биосинтеза ( включая Ез-фермент), либо в сторону деградации ( активируя Е -фермент). [c.216]

Соотношение анаболизма и катаболизма хорошо охарактеризовал Г. Корнберг В ходе катаболических процессов из пищевых источников углерода образуются взаимопревращаемые промежуточные продукты центральных путей обмена анаболические же пути представляют собой последовательности ферментативных реакций, в процессе которых из этих промежуточных продуктов образуются строительные блоки, входящие в состав макромолекул. Таким образом, в то время как катаболические пути имеют совершенно определенные исходные вещества, но не имеют однозначно идентифицируемых конечных продуктов, анаболические пути, начинаясь Ьт неопределенных рубежей, ведут к ясно различимым конечным продуктам . [c.273]

Катаболические реакции являются источниками энергии, которая вырабатывается в форме АТФ в результате окислительного фосфорилиро-ваипя в дыхательной цепи. В анаболических процессах происходит потребление энергии в форме АТФ. Процессы катаболизма являются преимущественно окислительными и служат источниками восстановленных форм никотинамиднуклеотидов (НАД-Н и НАДФ-Н), потребляемых при анаболизме. На конечных стадиях катаболизма происходит удаление из организма большинства метаболитов в форме СОа, НгО, ЫН4 (или мочевины и некоторых других азотсодержащих соединений). [c.393]

Введение в обмен веществ, энергетический обмен. Тканевое дыхание. ЦПЭ. Окислительное фосфорилирование

Цели занятия: сформировать представление о метаболических процессах;

сформировать знания о молекулярных механизмах тканевого дыхания и синтезе АТФ, что необходимо для объяснения нарушений метаболизма и функций при гипоксии, анемиях, постреанимационных состояниях.

Задачи обучения: уметь определять связь между обменом веществ и обменом энергии; уметь оценивать энергетический эффект отдельных этапов ЦПЭ;

уметь оценивать патологические состояния организма при действии ингибиторов и разобщителей тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования

Основные вопросы темы:

Основные этапы направления обмена веществ. Характеристика и функции катаболизма и анаболизма
Взаимосвязь обмена веществ и энергии. Макроэргические соединения. Цикл АДФ-АТФ
Строение и функции биомембран, их роль в обмене веществ
Механизмы переноса веществ через мембраны
Строение митохондриальных мембран
Методы изучения обмена веществ
Понятие о биологическом окислении.
Строение коферментов – переносчиков протонов и электронов.
Локализация ферментов митохондриальной ЦПЭ. Строение и функции митохондрий.

Окислительное фосфорилирование – основной механизм синтеза АТФ. Хемиосмотическая теория Митчела.
Токсические формы кислорода, ферменты их обезвреживания.

12.Гипоксические и гипоэнергетические состояния. Коэффициент фосфорилирования. Дыхательный контроль.

13.Ингибиторы тканевого дыхания. Разобщители процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.

14.Написать формулы коферментов НАД, ФАД, убихинона в окислительной и восстановленной форме.

15.Изобразить в виде схемы локализацию ферментов дыхательной цепи, показать места ингибирования.

Методы обучения и преподавания: практическое занятие – дискуссия

В ходе дискуссии обратить внимание на следующее:

Метаболизм- совокупность всех ферментативных реакций в клетке. Этот высокоинтегративный и целенаправленный процесс выполняет следующие функции:

А) извлечение энергии из окружающей среды

Б) превращение экзогенных веществ в предшественники макромолекулярных компонентов клетки

В) сборку белков, нуклеиновых кислот, жиров и др. клеточных компонентов из этих предшественников

Г) синтез и разрушение биомолекул, необходимых для выполнения специфических функций данной клетки

Метаболизм состоит из анаболических и катаболических процессов. Анаболизм- реакции синтеза структурно-функциональных компонентов клетки, протекают с потреблением энергии. Катаболизм- реакции распада до конечных продуктов обмена, сопровождающиеся выделением энергии. Эти пути неидентичны, их связывает общая стадия, т.н. амфиболические или центральные пути

Выделяющаяся в процессе катаболизма энергия аккумулируется в виде химическое энергии в макроэргических соединениях, в первую очередь АТФ (вторым важным макроэргическим соединением в мышцах служит креатинфосфат). Энергия АТФ может превращаться в другие виды энергии, используемые в процессе жизнедеятельности организма,т.е. АТФ играет центральную роль в энергетическом обмене: цикл АТФ- АДФ

Катаболизм

АДФ + Н₃РО₄ энергия

Работа АТФ

АТФ обеспечивает нормальное протекание всех функций организма, он является постоянной составной частью всех органов и тканей, локализуется в разных участках клетки.

Важнейшим условием существования клетки и нормального течения обменных процессов в ней являются биологические мембраны. Они выполняют следующие функции:

А) баръерная- обеспечивает избирательный, регулируемый, пассивный и активный обмен веществом клетки с окружающей средой

Б) матричная- обеспечивает взаимное расположение и ориентацию мембранных белков, обеспечивает оптимальное взаимодействие мембранных ферментов

В) механическая- обеспечивает прочность и автономность клеток и внутриклеточных структур

Г) энергетическая- синтез АТФ на внутренней мембране митохондрий и фотосинтез в мембранах хлоропластов

Д) генерация и проведение биопотенциалов

Е) рецепторная- горморецепция, обонятельная и др.

Огромная роль мембран в организации метаболизма связана с их относительно большой совокупной площадью и разделением клетки на компартменты. Студенты должны усвоить, что нарушение нормального функционирования мембран приводит к различным заболеваниям (атеросклероз, вирусные и инфекционные болезни, отравления и др.). Лечение часто связано с воздействием на мембраны с целью нормализовать

их функции

Тканевое дыхание – совокупность ферментативных окислительно- восстановительных реакций в клетке, снабжающая организм энергией в доступной для использоваия форме. Этот многоступенчатый процесс начинается с дегидрирования субстрата (малат, сукцинат идр.) с последующей передачей 2 атомов водорода (т.е. 2 электронов и 2 протонов) по цепи дыхательных ферментов на кислород. Ферменты тканевого дыхания сосредоточены во внутренней мембране митохондрий. Перенос протонов и электронов по ми охондриальной ЦПЭ происходит в строгом соответствии со значениями редокс- потенциалов окислительно- восстановительных пар переносчиков от НАДН на убихинон , через цитохромную систему на кислород. Конечным продуктом такого окисления является вода. Окисление водорода различных субстратов кослородом,т.е. образование воды в организме ( и вне организма) сопровождается выделением энергии 210- 230 кДж/моль, часть этой энергии используется для синтеза АТФ

Процесс дыхания сопряжен с синтезом АТФ. Сопряженные реакции синтеза воды и АТФ называются окислительным фосфорилированием. Ряд факторов в организме (гормоны, яяды) могут вызвать разобщение этих сопряженных реакций , что может привести к патологическим состояниям, например, гипоксии.

Контроль: вопросы по теме:

Что такое метаболизм?
Назовите стороны метаболизма.
Что такое катаболизм?
Назовите этапы катаболизма.
Какие этапы связаны с выделением энергии?
Каковы функции анаболизма?
Какие реакции относятся к общим путям катаболизма? Назовите ферменты, участвующие в этих реакциях
Какие реакции называются вспомогательными?
Какие вещества относятся к макроэргическим?

Выполните следующие задания:

№ 1

Выберите условия, необходимые для сопряжения тканевого дыхания и синтеза АТФ: 1.Возникновение электрического потенциала на мембране митохондрий;

2.Возникновение градиента pH по обе стороны внутренней мембраны;

3.Наличие в мембране митохондрий H-АТФ – синтетазы;

4.Наличие в мембране Na/K – АТФазы.

№ 2

При передозировки барбитуратов (амитала) значительно снижается скорость реакций цитратного цикла. Объясните:

1.Какие реакции ЦТК окажутся заблокированными в этих условиях?

2.Что является причиной торможения этих реакций?

№ 3

Выберите причины нарушения синтеза АТФ в митохондриях (гипоэнергетические состояния):

1.Снижение концентрации гемоглобина в крови;

2.Нарушение структуры митохонриальной мембраны

3.Дефицит витаминов B1, B2, PP

4.Ингибирование ферментов цитратного цикла

№ 4

Назовите причины возникновения гипоксии – недостатка кислорода в тканях:

1.недостаток O₂ в воздухе;

2.нарушение легочной вентиляции;

3.нарушение кровообращения,

4.возникновение анемии,

5.действие разобщителей, ингибиторов ферментов ЦПЭ

№ 5

Объясните, правильны ли следующие утверждения:

1.«Окислительное фосфорилирование – основной путь синтеза АТФ в организме, потому что тепловая энергия организма не может быть превращена в другие виды энергии»

2.«Вследствие окисления янтарной кислоты сукцинатдегидрогеназой в ЦПЭ синтезируется 2 моль АТФ, потому что ЦПЭ в этом случае начинается с ФАД – зависимой дегидрогеназы»

№ 6

Ежедневно в организме взрослого человека образуется значительные оличества АТФ, однако, вес тела, его строение и состав за этот период существенно не меняется. Как можно это объяснить?

№ 7

Укажите ферменты митохондриальной ЦПЭ.

1.Малатдегидрогеназа

2.Сукцинатдегидрогеназа

3.Цитохромоксидаза

4.НАДН – дегидрогеназа

5.Каталаза

6.Супероксиддисмутаза

7.QH₂ – дегидрогеназа

8.Изоцитратдегидрогеназа

Обзор метаболических реакций | Анатомия и физиология II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Опишите процесс расщепления полимеров на мономеры
Опишите процесс объединения мономеров в полимеры
Обсудить роль АТФ в метаболизме
Объяснение окислительно-восстановительных реакций
Опишите гормоны, регулирующие анаболические и катаболические реакции

В организме постоянно происходят обменные процессы. Метаболизм — это сумма всех химических реакций, которые участвуют в катаболизме и анаболизме. Реакции, управляющие расщеплением пищи для получения энергии, называются катаболическими реакциями. И наоборот, анаболические реакции используют энергию, производимую катаболическими реакциями, для синтеза более крупных молекул из более мелких, например, когда организм формирует белки, связывая аминокислоты. Оба набора реакций имеют решающее значение для поддержания жизни.

Поскольку катаболические реакции производят энергию, а анаболические реакции используют энергию, в идеале использование энергии должно уравновешивать производимую энергию.Если чистое изменение энергии положительное (катаболические реакции выделяют больше энергии, чем используют анаболические реакции), то организм накапливает избыточную энергию, создавая молекулы жира для длительного хранения. С другой стороны, если чистое изменение энергии отрицательное (катаболические реакции выделяют меньше энергии, чем используют анаболические реакции), организм использует накопленную энергию, чтобы компенсировать дефицит энергии, высвобождаемой катаболизмом.

Катаболические реакции

Катаболические реакции расщепляют большие органические молекулы на более мелкие, высвобождая энергию, содержащуюся в химических связях.Эти высвобождения энергии (преобразования) не эффективны на 100 процентов. Количество выделяемой энергии меньше общего количества, содержащегося в молекуле. Примерно 40 процентов энергии, выделяемой в результате катаболических реакций, напрямую передается высокоэнергетической молекуле аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ, энергетическая валюта клеток, можно немедленно использовать для питания молекулярных машин, которые поддерживают функции клеток, тканей и органов. Это включает создание новой ткани и восстановление поврежденной ткани.АТФ также можно хранить для удовлетворения будущих потребностей в энергии. Остальные 60 процентов энергии, высвобождаемой в результате катаболических реакций, выделяется в виде тепла, которое поглощают ткани и жидкости организма.

Структурно молекулы АТФ состоят из аденина, рибозы и трех фосфатных групп. Химическая связь между второй и третьей фосфатными группами, называемая высокоэнергетической связью, представляет собой самый большой источник энергии в клетке. Это первая связь, которую разрушают катаболические ферменты, когда клеткам требуется энергия для работы.Продуктами этой реакции являются молекула аденозиндифосфата (АДФ) и одиночная фосфатная группа (P _i). АТФ, АДФ и P _и постоянно проходят через реакции, которые создают АТФ и накапливают энергию, и реакции, которые разрушают АТФ и высвобождают энергию.

Рис. 1. Аденозинтрифосфат (АТФ) — это энергетическая молекула клетки. Во время катаболических реакций создается АТФ, и энергия сохраняется до тех пор, пока она не понадобится во время анаболических реакций.

Энергия АТФ управляет всеми функциями организма, такими как сокращение мышц, поддержание электрического потенциала нервных клеток и поглощение пищи в желудочно-кишечном тракте.Метаболические реакции, производящие АТФ, происходят из различных источников.

Рис. 2. Во время катаболических реакций белки расщепляются на аминокислоты, липиды — на жирные кислоты, а полисахариды — на моносахариды. Эти строительные блоки затем используются для синтеза молекул в анаболических реакциях.

Из четырех основных макромолекулярных групп (углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот), которые перерабатываются в процессе пищеварения, углеводы считаются наиболее распространенным источником энергии для питания организма.Они принимают форму сложных углеводов, полисахаридов, таких как крахмал и гликоген, или простых сахаров (моносахаридов), таких как глюкоза и фруктоза. Катаболизм сахара расщепляет полисахариды на отдельные моносахариды. Среди моносахаридов глюкоза является наиболее распространенным топливом для производства АТФ в клетках, и поэтому существует ряд механизмов эндокринного контроля, регулирующих концентрацию глюкозы в кровотоке. Избыточная глюкоза либо хранится в качестве запаса энергии в печени и скелетных мышцах в виде сложного полимерного гликогена, либо превращается в жир (триглицерид) в жировых клетках (адипоцитах).

Среди липидов (жиров) триглицериды чаще всего используются для получения энергии посредством метаболического процесса, называемого β-окислением. Около половины лишнего жира хранится в адипоцитах, которые накапливаются в подкожной клетчатке под кожей, тогда как остальная часть хранится в адипоцитах в других тканях и органах.

Белки, которые представляют собой полимеры, можно разделить на их мономеры, отдельные аминокислоты. Аминокислоты можно использовать в качестве строительных блоков новых белков или далее расщеплять для производства АТФ.Когда человек хронически голодает, такое использование аминокислот для производства энергии может привести к истощению организма, поскольку расщепляется все больше и больше белков.

Нуклеиновые кислоты присутствуют в большинстве продуктов, которые вы едите. Во время пищеварения нуклеиновые кислоты, включая ДНК и различные РНК, распадаются на составляющие их нуклеотиды. Эти нуклеотиды легко абсорбируются и транспортируются по всему телу для использования отдельными клетками во время метаболизма нуклеиновых кислот.

Анаболические реакции

В отличие от катаболических реакций, анаболические реакции включают соединение более мелких молекул в более крупные.Анаболические реакции объединяют моносахариды с образованием полисахаридов, жирные кислоты с образованием триглицеридов, аминокислоты с образованием белков и нуклеотиды с образованием нуклеиновых кислот. Эти процессы требуют энергии в виде молекул АТФ, генерируемых катаболическими реакциями. Анаболические реакции, также называемые реакциями биосинтеза , создают новые молекулы, которые образуют новые клетки и ткани и оживляют органы.

Гормональная регуляция обмена веществ

Катаболические и анаболические гормоны в организме помогают регулировать метаболические процессы. Катаболические гормоны стимулируют расщепление молекул и производство энергии. К ним относятся кортизол, глюкагон, адреналин / адреналин и цитокины. Все эти гормоны мобилизуются в определенное время для удовлетворения потребностей организма. Анаболические гормоны необходимы для синтеза молекул и включают гормон роста, инсулиноподобный фактор роста, инсулин, тестостерон и эстроген. В следующей таблице обобщены функции каждого из катаболических гормонов, а в следующей таблице обобщены функции каждого из них. анаболические гормоны.

Таблица 1. Катаболические гормоны
Гормон	Функция
Кортизол	Высвобождается из надпочечников в ответ на стресс; его основная роль заключается в повышении уровня глюкозы в крови путем глюконеогенеза (расщепление жиров и белков)
глюкагон	Высвобождается из альфа-клеток поджелудочной железы при голодании или когда организму требуется дополнительная энергия; стимулирует расщепление гликогена в печени, повышая уровень глюкозы в крови; его действие противоположно инсулину; глюкагон и инсулин являются частью системы отрицательной обратной связи, которая стабилизирует уровень глюкозы в крови
Адреналин / эпинефрин	Высвобождается в ответ на активацию симпатической нервной системы; увеличивает частоту сердечных сокращений и сократимость сердца, сужает кровеносные сосуды, является бронходилататором, который открывает (расширяет) бронхи легких для увеличения объема воздуха в легких и стимулирует глюконеогенез

Таблица 2.Анаболические гормоны
Гормон	Функция
Гормон роста (GH)	Синтезируется и выделяется гипофизом; стимулирует рост клеток, тканей и костей
Инсулиноподобный фактор роста (IGF)	Стимулирует рост мышц и костей, одновременно подавляя гибель клеток (апоптоз)
инсулин	Производится бета-клетками поджелудочной железы; играет важную роль в метаболизме углеводов и жиров, контролирует уровень глюкозы в крови и способствует усвоению глюкозы клетками организма; заставляет клетки мышц, жировой ткани и печени поглощать глюкозу из крови и хранить ее в печени и мышцах в виде глюкагона; его действие противоположно гликогену; глюкагон и инсулин являются частью системы отрицательной обратной связи, которая стабилизирует уровень глюкозы в крови
Тестостерон	Производится семенниками у мужчин и яичниками у женщин; стимулирует увеличение мышечной массы и силы, а также рост и укрепление костей
Эстроген	Производится в основном яичниками, а также печенью и надпочечниками; его анаболические функции включают ускорение метаболизма и отложение жира

Нарушения метаболических процессов: синдром Кушинга и болезнь Аддисона

Как и следовало ожидать от фундаментального физиологического процесса, такого как метаболизм, ошибки или сбои в метаболической обработке приводят к патофизиологии или, если не исправить, к болезненному состоянию.Метаболические заболевания чаще всего являются результатом неправильной работы белков или ферментов, которые имеют решающее значение для одного или нескольких метаболических путей. Нарушение функции белка или фермента может быть следствием генетического изменения или мутации. Однако нормально функционирующие белки и ферменты также могут иметь вредные эффекты, если их доступность не соответствует метаболическим потребностям. Например, чрезмерное производство гормона кортизола вызывает синдром Кушинга. Клинически синдром Кушинга характеризуется быстрым увеличением веса, особенно в области туловища и лица, депрессией и тревогой.Стоит упомянуть, что опухоли гипофиза, вырабатывающие адренокортикотропный гормон (АКТГ), который впоследствии стимулирует кору надпочечников высвобождать избыточное количество кортизола, имеют аналогичные эффекты. Этот косвенный механизм гиперпродукции кортизола называется болезнью Кушинга.

Пациенты с синдромом Кушинга могут иметь повышенный уровень глюкозы в крови и имеют повышенный риск ожирения. Они также показывают медленный рост, накопление жира между плечами, слабые мышцы, боли в костях (потому что кортизол заставляет белки расщепляться с образованием глюкозы посредством глюконеогенеза) и утомляемость.Другие симптомы включают чрезмерное потоотделение (гипергидроз), расширение капилляров и истончение кожи, что может привести к легким синякам. Все методы лечения синдрома Кушинга направлены на снижение чрезмерного уровня кортизола. В зависимости от причины избытка, лечение может быть таким простым, как прекращение использования мазей с кортизолом. В случае опухолей часто используется хирургическое вмешательство для удаления опухоли, вызывающей нарушение. Если операция нецелесообразна, лучевая терапия может использоваться для уменьшения размера опухоли или удаления частей коры надпочечников.Наконец, доступны лекарства, которые могут помочь регулировать количество кортизола.

Недостаточное производство кортизола также проблематично. Надпочечниковая недостаточность, или болезнь Аддисона, характеризуется снижением выработки кортизола надпочечниками. Это может быть следствием нарушения работы надпочечников — они не вырабатывают достаточного количества кортизола — или следствием снижения доступности АКТГ из гипофиза. Пациенты с болезнью Аддисона могут иметь низкое кровяное давление, бледность, крайнюю слабость, утомляемость, медленные или вялые движения, головокружение и тягу к соли из-за потери натрия и высокого уровня калия в крови (гиперкалиемия).Жертвы также могут страдать от потери аппетита, хронической диареи, рвоты, поражений во рту и неоднородного цвета кожи. Диагностика обычно включает анализы крови и визуализацию надпочечников и гипофиза. Лечение включает заместительную терапию кортизолом, которую, как правило, следует продолжать всю жизнь.

Реакции окисления-восстановления

Химические реакции, лежащие в основе метаболизма, включают перенос электронов от одного соединения к другому посредством процессов, катализируемых ферментами.Электроны в этих реакциях обычно исходят от атомов водорода, которые состоят из электрона и протона. Молекула отдает атом водорода в форме иона водорода (H ⁺) и электрона, разбивая молекулу на более мелкие части. Потеря электрона или окисление высвобождает небольшое количество энергии; и электрон, и энергия затем передаются другой молекуле в процессе восстановления или получения электрона. Эти две реакции всегда происходят вместе в окислительно-восстановительной реакции (также называемой окислительно-восстановительной реакцией) — когда электрон проходит между молекулами, донор окисляется, а реципиент восстанавливается.Окислительно-восстановительные реакции часто происходят последовательно, так что восстановленная молекула впоследствии окисляется, передавая не только только что полученный электрон, но и полученную энергию. По мере развития серии реакций накапливается энергия, которая используется для объединения P _и и АДФ с образованием АТФ, высокоэнергетической молекулы, которую организм использует в качестве топлива.

Реакции окисления и восстановления катализируются ферментами, запускающими удаление атомов водорода. Коферменты работают с ферментами и принимают атомы водорода.Двумя наиболее распространенными коферментами окислительно-восстановительных реакций являются никотинамидадениндинуклеотид (NAD) и флавинадениндинуклеотид (FAD) . Их соответствующие восстановленные коферменты — это NADH и FADH ₂ , которые являются энергосодержащими молекулами, используемыми для передачи энергии во время создания АТФ.

Обзор главы

Метаболизм — это сумма всех катаболических (расщепление) и анаболических (синтез) реакций в организме.Скорость метаболизма измеряет количество энергии, используемой для поддержания жизни. Организм должен принимать достаточное количество пищи, чтобы поддерживать скорость метаболизма, если он хочет выжить очень долго.

Катаболические реакции расщепляют более крупные молекулы, такие как углеводы, липиды и белки из принятой пищи, на составляющие более мелкие части. Они также включают расщепление АТФ, который высвобождает энергию, необходимую для метаболических процессов во всех клетках по всему телу.

Анаболические реакции, или биосинтетические реакции, синтезируют более крупные молекулы из более мелких составных частей, используя АТФ в качестве источника энергии для этих реакций.Анаболические реакции увеличивают костную и мышечную массу, а также создают новые белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Реакции окисления-восстановления переносят электроны через молекулы, окисляя одну молекулу и восстанавливая другую, и собирая высвободившуюся энергию для преобразования P _i и АДФ в АТФ. Ошибки метаболизма изменяют переработку углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот и могут привести к ряду болезненных состояний.

Самопроверка

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе.

Вопросы о критическом мышлении

Опишите, как можно изменить метаболизм.
Опишите, как лечить болезнь Аддисона.

Показать ответы

Увеличение или уменьшение мышечной массы приведет к увеличению или уменьшению метаболизма.
Болезнь Аддисона характеризуется низким уровнем кортизола. Один из способов лечения болезни — дать пациенту кортизол.

Глоссарий

анаболических гормонов: гормонов, которые стимулируют синтез новых, более крупных молекул

анаболических реакций: реакций, в результате которых молекулы меньшего размера превращаются в молекулы большего размера

реакций биосинтеза: реакций, которые создают новые молекулы, также называемые анаболическими реакциями

катаболических гормонов: гормонов, которые стимулируют распад более крупных молекул

катаболических реакций: реакций, в ходе которых более крупные молекулы расщепляются на составные части

FADH ₂: молекула с высокой энергией, необходимая для гликолиза

флавинадениндинуклеотид (FAD): кофермент , используемый для производства FADH ₂

обмен веществ: сумма всех катаболических и анаболических реакций, происходящих в организме

НАДН: высокоэнергетическая молекула, необходимая для гликолиза

никотинамидадениндинуклеотид (НАД): кофермент , используемый для производства НАДН

окисление: потеря электрона

реакция окисления-восстановления: (также окислительно-восстановительная реакция) пара реакций, в которых электрон передается от одной молекулы к другой, окисляя одну и восстанавливая другую

сокращение: набирание электрона

Функции и требования человеческой жизни

Цели обучения

Определите метаболизм и классифицируйте две фазы: анаболизм и катаболизм
Перечислить основные потребности человеческого тела в выживании

Каждая из различных систем органов имеет разные функции и, следовательно, уникальные роли, которые они должны выполнять в физиологии.Однако, поскольку тело построено на химии, одним из основных процессов является метаболизм.

Метаболизм

Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена — она может только изменять форму. Ваша основная функция как организма — потреблять (поглощать) энергию и молекулы из продуктов, которые вы едите, преобразовывать часть из них в топливо для движения, поддерживать функции вашего тела, а также строить и поддерживать структуры вашего тела. Это достигается двумя типами реакций: анаболизм и катаболизм .

Анаболизм — это процесс, при котором более мелкие и простые молекулы объединяются в более крупные и сложные вещества. Ваше тело может собирать, используя энергию, сложные химические вещества, в которых оно нуждается, комбинируя небольшие молекулы, полученные из продуктов, которые вы едите
Катаболизм — это процесс, с помощью которого более крупные более сложные вещества расщепляются на более мелкие более простые молекулы. Катаболизм высвобождает энергию. Сложные молекулы, содержащиеся в пищевых продуктах, расщепляются, поэтому организм может использовать их части для сборки структур и веществ, необходимых для жизни.

Взятые вместе, эти два процесса называются метаболизмом. Метаболизм — это сумма всех анаболических и катаболических реакций, происходящих в организме (рис. 1.6). И анаболизм, и катаболизм происходят одновременно и непрерывно, чтобы вы оставались живыми.

Рисунок 1.6. Обмен веществ

Анаболические реакции — это строительные реакции, которые потребляют энергию. Катаболические реакции разрушают материалы и высвобождают энергию. Метаболизм включает как анаболические, так и катаболические реакции.

Каждая клетка вашего тела использует химическое соединение, аденозинтрифосфат (АТФ) , для хранения и высвобождения энергии. Клетка накапливает энергию в синтезе (анаболизме) АТФ, а затем перемещает молекулы АТФ в то место, где энергия необходима для подпитки клеточной активности. Затем АТФ разрушается (катаболизм) и высвобождается контролируемое количество энергии, которая используется клеткой для выполнения определенной работы.

Просмотрите этот анимационный ролик, чтобы узнать больше о метаболических процессах.Какой катаболизм происходит в сердце?

Потребности в выживании

Люди приспосабливались к жизни на Земле, по крайней мере, последние 200 000 лет. Земля и ее атмосфера дали нам воздух для дыхания, воду для питья и пищу для еды, но это не единственные условия для выживания. Хотя вы можете редко задумываться об этом, вы также не можете жить за пределами определенного диапазона температуры и давления, который обеспечивает поверхность нашей планеты и ее атмосфера. В следующих разделах исследуются эти пять жизненных требований.

Питательные вещества

A питательное вещество — это вещество, содержащееся в продуктах питания и напитках, которое необходимо для выживания человека. Питательные вещества включают углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, витамины и минералы. Энергетические питательные вещества — это в первую очередь углеводы и липиды, тогда как белки в основном поставляют аминокислоты, которые являются строительными блоками самого тела. Вы глотаете их с пищей и напитками растительного и животного происхождения, а пищеварительная система расщепляет их на молекулы, достаточно мелкие, чтобы они могли усвоиться.Продукты распада углеводов и липидов затем могут быть использованы в метаболических процессах, которые превращают их в АТФ. Витамины и минералы — это более простые вещества, которые участвуют во многих важных химических реакциях и процессах, таких как нервные импульсы, а некоторые, такие как кальций, также вносят вклад в структуру тела.

Кислород

Атмосферный воздух состоит только на 20 процентов из кислорода, но этот кислород является ключевым компонентом химических реакций, поддерживающих жизнь тела, включая реакции, которые производят АТФ.Клетки мозга особенно чувствительны к недостатку кислорода из-за их потребности в высоком и стабильном производстве АТФ. Без кислорода возможно повреждение мозга в течение пяти минут, а смерть — в течение десяти минут.

Вода

Самым важным компонентом в организме является вода. В зависимости от температуры окружающей среды и состояния нашего здоровья мы можем прожить без воды всего несколько дней. Функциональные химические вещества организма растворяются и переносятся в воде, а химические реакции жизни происходят в воде.Более того, вода — самый крупный компонент клеток, крови и жидкости между клетками, а вода составляет около 70 процентов массы тела взрослого человека. Вода также помогает регулировать нашу внутреннюю температуру и смягчает, защищает и смазывает суставы и многие другие структуры тела.

Температура тела

Вы, наверное, видели новости о спортсменах, умерших от теплового удара, или путешественниках, умерших от холода. Такие смерти происходят потому, что химические реакции, от которых зависит тело, могут происходить только в узком диапазоне температур тела, от чуть ниже до чуть выше 37 ° C (98.6 ° F). Когда температура тела поднимается выше или ниже нормы, определенные белки (ферменты), которые способствуют химическим реакциям, теряют свою нормальную структуру и способность функционировать, и химические реакции метаболизма не могут продолжаться.

Тем не менее, организм может эффективно реагировать на кратковременное воздействие тепла (рис. 1.8) или холода. Одна из реакций организма на тепло — это, конечно, потоотделение. Пот, испаряющийся с кожи, отводит некоторое количество тепловой энергии от тела, охлаждая его.Достаточное количество воды (из внеклеточной жидкости в организме) необходимо для образования потоотделения, поэтому адекватное потребление жидкости необходимо для балансирования этой потери во время реакции потоотделения. Неудивительно, что потоотделение гораздо менее эффективно во влажной среде, потому что воздух уже насыщен водой. Таким образом, пот на поверхности кожи не может испаряться, и внутренняя температура тела может стать опасно высокой.

Рисунок 1.8. Экстремальная жара

Люди до некоторой степени адаптируются к многократному воздействию высоких температур.(Источник: McKay Savage / flickr)

Организм также может эффективно реагировать на кратковременное воздействие холода. Одна из реакций на холод — дрожь, которая представляет собой случайное движение мышц, генерирующее тепло. Другой ответ — повышенное разложение накопленной энергии для выработки тепла. Однако, когда этот запас энергии истощается и внутренняя температура начинает значительно падать, красные кровяные тельца теряют способность отдавать кислород, лишая мозг этого критического компонента производства АТФ.Недостаток кислорода может вызвать спутанность сознания, летаргию и, в конечном итоге, потерю сознания и смерть. Тело реагирует на холод, уменьшая кровообращение в конечностях, руках и ногах, чтобы предотвратить охлаждение там крови и чтобы ядро тела могло оставаться в тепле. Однако даже когда внутренняя температура тела остается стабильной, ткани, подвергающиеся сильному холоду, особенно пальцы рук и ног, могут обморожаться, когда кровоток к конечностям значительно снижен. Эта форма повреждения тканей может быть необратимой и привести к гангрене, требующей ампутации пораженной области.

Ежедневное подключение

Контролируемая гипотермия

Как вы уже знаете, тело постоянно участвует в скоординированных физиологических процессах для поддержания стабильной температуры. Однако в некоторых случаях переопределение этой системы может быть полезным или даже спасти жизнь. Гипотермия — это клинический термин, обозначающий аномально низкую температуру тела (гипо- = «ниже» или «ниже»). Контролируемая гипотермия — это клинически индуцированная гипотермия, выполняемая для снижения скорости метаболизма какого-либо органа или всего тела человека.

Контролируемая гипотермия часто используется, например, во время операций на открытом сердце, поскольку она снижает метаболические потребности мозга, сердца и других органов, снижая риск их повреждения. Когда контролируемая гипотермия используется в клинических условиях, пациенту назначают лекарства для предотвращения дрожи. Затем тело охлаждают до 25–32 ° C (79–89 ° F). Сердце останавливается, и внешний сердечно-легочный насос поддерживает кровообращение в теле пациента. Сердце дополнительно охлаждается и поддерживается при температуре ниже 15 ° C (60 ° F) на время операции.Эта очень низкая температура помогает сердечной мышце переносить недостаток кровоснабжения во время операции.

Некоторые врачи отделений неотложной помощи используют контролируемую гипотермию, чтобы уменьшить повреждение сердца у пациентов, перенесших остановку сердца. В отделении неотложной помощи врач вводит кому и снижает температуру тела пациента примерно до 91 градуса. Это состояние, которое сохраняется в течение 24 часов, замедляет метаболизм пациента. Поскольку для функционирования органов пациента требуется меньше крови, нагрузка на сердце снижается.

Атмосферное давление

Давление — это сила, оказываемая веществом, находящимся в контакте с другим веществом. Атмосферное давление — это давление, создаваемое смесью газов (в основном азота и кислорода) в атмосфере Земли. Вы можете этого не замечать, но атмосферное давление постоянно оказывает давление на ваше тело. Это давление удерживает газы внутри вашего тела, такие как газообразный азот в жидкостях организма, растворенными. Если бы вас внезапно выбросило с космического корабля над атмосферой Земли, вы перешли бы из ситуации нормального давления в ситуацию очень низкого давления.Давление азота в крови будет намного выше, чем давление азота в пространстве, окружающем ваше тело. В результате азот в вашей крови расширится, образуя пузырьки, которые могут заблокировать кровеносные сосуды и даже вызвать разрушение клеток.

Атмосферное давление не только способствует растворению газов в крови. Ваша способность дышать, то есть поглощать кислород и выделять углекислый газ, также зависит от точного атмосферного давления. Высотная болезнь частично возникает из-за того, что атмосфера на больших высотах оказывает меньшее давление, уменьшая обмен этих газов и вызывая одышку, спутанность сознания, головную боль, летаргию и тошноту.Альпинисты переносят кислород, чтобы уменьшить воздействие как низкого уровня кислорода, так и низкого барометрического давления на больших высотах (рис. 1.9).

Рисунок 1.9. Суровые условия

Альпинисты на Эвересте должны работать в условиях экстремального холода, низкого уровня кислорода и низкого барометрического давления в среде, враждебной для жизни человека. (Источник: Мелани Ко / flickr)

Гомеостатический дисбаланс

Декомпрессионная болезнь

Декомпрессионная болезнь (ДКБ) — это состояние, при котором газы, растворенные в крови или других тканях тела, больше не растворяются после снижения давления на организм.Это состояние влияет на подводных ныряльщиков, которые слишком быстро всплывают после глубокого погружения, и может повлиять на пилотов, летящих на больших высотах в самолетах с негерметичными кабинами. Дайверы часто называют это состояние «изгибами», имея в виду боль в суставах, которая является симптомом ДКБ.

Во всех случаях причиной DCS является снижение барометрического давления. На большой высоте барометрическое давление намного меньше, чем на поверхности Земли, потому что давление создается за счет веса столба воздуха над телом, давящего на него.Очень сильное давление на дайверов в глубокой воде также возникает из-за веса столба воды, давящего на тело. Для дайверов DCS возникает при нормальном барометрическом давлении (на уровне моря), но это вызвано относительно быстрым снижением давления по мере того, как дайверы поднимаются из условий высокого давления на глубокой воде до ныне низкого, для сравнения, давления на уровне моря. . Неудивительно, что дайвинг в глубоких горных озерах, где атмосферное давление на поверхности озера меньше, чем на уровне моря, с большей вероятностью приведет к ДКБ, чем дайвинг в воде на уровне моря.

При DCS растворенные в крови газы (в основном азот) быстро выходят из раствора, образуя пузырьки в крови и других тканях тела. Это происходит потому, что когда давление газа над жидкостью уменьшается, количество газа, которое может оставаться растворенным в жидкости, также уменьшается. Это давление воздуха, благодаря которому ваши нормальные газы крови растворяются в крови. При понижении давления остается меньше растворенного газа. Вы убедились в этом, открыв газированный напиток.Удаление крышки баллона снижает давление газа над жидкостью. Это, в свою очередь, вызывает появление пузырьков, поскольку растворенные газы (в данном случае двуокись углерода) выходят из раствора в жидкости.

Наиболее частыми симптомами ДКБ являются боли в суставах, с головной болью и нарушением зрения, возникающими в 10-15% случаев. При отсутствии лечения очень тяжелая форма ДКБ может привести к смерти. Немедленное лечение — чистым кислородом. Затем пострадавшего помещают в барокамеру.Гипербарическая камера — это усиленная закрытая камера, в которой давление превышает атмосферное. Он лечит DCS, повторно нагружая тело, так что давление может быть снято гораздо более постепенно. Поскольку гипербарическая камера вводит кислород в тело под высоким давлением, она увеличивает концентрацию кислорода в крови. Это приводит к замене части азота в крови кислородом, который легче переносится вне раствора.

Динамическое давление жидкостей организма также важно для выживания человека.Например, кровяное давление, то есть давление, оказываемое кровью, когда она течет по кровеносным сосудам, должно быть достаточно большим, чтобы кровь могла достичь всех тканей тела, и в то же время достаточно низким, чтобы хрупкие кровеносные сосуды могли выдерживать трение и силу. пульсирующего потока сжатой крови.

Второй пример положительной обратной связи сосредоточен на обращении вспять крайних повреждений тела. После проникающей раны наиболее непосредственной угрозой является чрезмерная кровопотеря. Меньшая циркуляция крови означает снижение артериального давления и уменьшение перфузии (проникновения крови) в мозг и другие жизненно важные органы.Если перфузия сильно снижена, жизненно важные органы отключатся, и человек умрет. Организм реагирует на эту потенциальную катастрофу, выделяя в поврежденную стенку кровеносного сосуда вещества, которые запускают процесс свертывания крови. По мере того, как происходит каждый этап свертывания, он стимулирует высвобождение большего количества свертывающихся веществ. Это ускоряет процессы свертывания и закрытия поврежденного участка. Свертывание ограничивается определенной областью, основанной на строго контролируемой доступности белков свертывания.Это адаптивный, спасающий жизнь каскад событий.

Метаболизм (для подростков) — Nemours Kidshealth

Что такое метаболизм?

Метаболизм (произносится: meh-TAB-uh-liz-um) — это химические реакции в клетках организма, которые превращают пищу в энергию. Нашему телу нужна эта энергия, чтобы делать все — от движения к мышлению до роста.

Определенные белки в организме контролируют химические реакции обмена веществ. Одновременно происходят тысячи метаболических реакций, которые регулируются организмом, чтобы наши клетки оставались здоровыми и работающими.

Как работает метаболизм?

После того, как мы съели пищу, пищеварительная система использует ферменты для:

расщепляет белки на аминокислоты
превращает жиры в жирные кислоты
превращает углеводы в простые сахара (например, глюкозу)

При необходимости организм может использовать сахар, аминокислоты и жирные кислоты в качестве источников энергии. Эти соединения всасываются в кровь, которая переносит их в клетки.

После того, как они попадают в клетки, другие ферменты ускоряют или регулируют химические реакции, участвующие в «метаболизме» этих соединений.Во время этих процессов энергия этих соединений может высвобождаться для использования организмом или накапливаться в тканях организма, особенно в печени, мышцах и жировых тканях.

Метаболизм — это балансирующее действие, включающее два вида деятельности, которые происходят одновременно:

наращивание тканей тела и запасов энергии (так называемый анаболизм)
разрушение тканей тела и запасов энергии, чтобы получить больше топлива для функций организма (так называемый катаболизм)

Анаболизм (произносится: uh-NAB-uh-liz-um), или конструктивный метаболизм, заключается в построении и хранении.Он поддерживает рост новых клеток, поддержание тканей тела и накопление энергии для использования в будущем. При анаболизме маленькие молекулы превращаются в более крупные и сложные молекулы углеводов, белков и жиров.

Катаболизм (произносится: kuh-TAB-uh-liz-um), или деструктивный метаболизм, это процесс, который производит энергию, необходимую для всей активности клеток. Клетки расщепляют большие молекулы (в основном углеводы и жиры), чтобы высвободить энергию. Это обеспечивает топливо для анаболизма, нагревает тело и позволяет мышцам сокращаться, а тело двигаться.

По мере того, как сложные химические соединения распадаются на более простые вещества, организм выделяет продукты жизнедеятельности через кожу, почки, легкие и кишечник.

Что контролирует метаболизм?

Некоторые гормоны эндокринной системы помогают контролировать скорость и направление метаболизма. Тироксин, гормон, вырабатываемый и выделяемый щитовидной железой, играет ключевую роль в определении того, насколько быстро или медленно протекают химические реакции метаболизма в организме человека.

Другая железа, поджелудочная железа, вырабатывает гормоны, которые помогают определить, является ли основная метаболическая активность организма анаболической (произносится: ан-э-бол-ик) или катаболической (произносится: кат-э-бол-ик).Например, большая анаболическая активность обычно происходит после еды. Это потому, что еда увеличивает уровень глюкозы в крови — самого важного топлива для организма. Поджелудочная железа ощущает этот повышенный уровень глюкозы и высвобождает гормон инсулин, который сигнализирует клеткам об увеличении их анаболической активности.

Метаболизм — сложный химический процесс. Поэтому неудивительно, что многие люди думают об этом в самом простом смысле: как о чем-то, что влияет на то, насколько легко наше тело набирает или теряет вес.Вот где нужны калории. Калории — это единица измерения, которая измеряет, сколько энергии конкретная пища дает организму. Плитка шоколада содержит больше калорий, чем яблоко, поэтому она дает организму больше энергии — а иногда это может быть слишком хорошо. Точно так же, как автомобиль хранит бензин в бензобаке до тех пор, пока он не понадобится для заправки двигателя, тело накапливает калории — в основном в виде жира. Если вы переполните бензобак автомобиля, он выльется на тротуар. Точно так же, если человек ест слишком много калорий, они «выливаются» в виде лишнего жира.

Количество калорий, сжигаемых за день, зависит от того, сколько человек тренируется, количества жира и мышц в его или ее теле и базальной скорости метаболизма (BMR) человека. BMR — это мера скорости, с которой тело человека «сжигает» энергию в виде калорий в состоянии покоя.

BMR может влиять на склонность человека набирать вес. Например, человек с низким BMR (который, следовательно, сжигает меньше калорий в состоянии покоя или во сне), как правило, со временем набирает больше фунтов жира, чем человек такого же роста со средним BMR, который ест такое же количество пищи и получает такое же количество упражнений.

На

BMR могут влиять гены человека и некоторые проблемы со здоровьем. На это также влияет состав тела — люди с большей мышечной массой и меньшим количеством жира обычно имеют более высокий BMR. Но люди могут изменить свой BMR определенным образом. Например, человек, который больше тренируется, не только сжигает больше калорий, но и становится более физически подготовленным, что увеличивает его или ее BMR.

4.1 Энергия и метаболизм — Концепции биологии — 1-е канадское издание

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Объясните, что такое метаболические пути
Изложите первое и второе начало термодинамики
Объясните разницу между кинетической и потенциальной энергией
Описать эндергонические и экзэргонические реакции
Обсудить, как ферменты действуют как молекулярные катализаторы

Посмотрите видео о гетеротрофах.

Ученые используют термин биоэнергетика для описания концепции потока энергии (рис. 4.2) через живые системы, такие как клетки. Клеточные процессы , такие как построение и разрушение сложных молекул , происходят посредством ступенчатых химических реакций . Некоторые из этих химических реакций являются спонтанными и высвобождают энергию, тогда как другие требуют энергии для протекания. Точно так же, как живые существа должны постоянно потреблять пищу для пополнения своих запасов энергии, клетки должны постоянно производить больше энергии, чтобы восполнить то, что используется многими химическими реакциями, требующими энергии, которые постоянно происходят.В совокупности все химические реакции , которые происходят внутри клеток, включая те, которые потребляют или генерируют энергию, называются метаболизмом клетки .

Рис. 4.2. В конечном счете, большинство форм жизни получают энергию от солнца. Растения используют фотосинтез для захвата солнечного света, а травоядные животные поедают растения для получения энергии. Плотоядные животные едят травоядных, и возможное разложение растительного и животного материала способствует пополнению запасов питательных веществ.

Учитывайте метаболизм сахара.Это классический пример одного из многих клеточных процессов, которые используют и производят энергию. Живые существа потребляют сахар в качестве основного источника энергии, потому что молекулы сахара имеют много энергии, хранящейся в их связях. По большей части фотосинтезирующие организмы, такие как растения, производят эти сахара. Во время фотосинтеза растения используют энергию (первоначально солнечного света) для преобразования газообразного углекислого газа (CO ₂) в молекулы сахара (например, глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆).Они потребляют углекислый газ и выделяют кислород в качестве побочного продукта. Эта реакция кратко описана как:

6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия ——-> C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂

Поскольку этот процесс включает синтез молекулы, накапливающей энергию, для его выполнения требуется подача энергии. Во время световых реакций фотосинтеза энергия обеспечивается молекулой, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ) , которая является основным источником энергии для всех клеток.Так же, как доллар используется в качестве валюты для покупки товаров, клетки используют молекулы АТФ в качестве энергетической валюты для выполнения немедленной работы. Напротив, молекулы-накопители энергии, такие как глюкоза, потребляются только для того, чтобы расщепиться для использования своей энергии. Реакцию, которая собирает энергию молекулы сахара в клетках, нуждающихся в кислороде для выживания, можно описать обратной реакцией на фотосинтез. В этой реакции расходуется кислород и выделяется углекислый газ в качестве побочного продукта. Реакция резюмируется как:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂ ——> 6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия

Обе эти реакции включают много этапов.

Процессы производства и расщепления молекул сахара иллюстрируют два примера метаболических путей. Метаболический путь — это серия химических реакций, в которых исходная молекула изменяется, шаг за шагом, через ряд промежуточных продуктов метаболизма, в конечном итоге давая конечный продукт. В примере метаболизма сахара первый метаболический путь синтезирует сахар из более мелких молекул, а другой путь расщепляет сахар на более мелкие молекулы. Эти два противоположных процесса — первый, требующий энергии, а второй — производящий энергию — называются анаболическими путями (строительные полимеры) и катаболическими путями (разрушение полимеров на их мономеры) соответственно.Следовательно, метаболизм состоит из синтеза (анаболизма) и деградации (катаболизма) (рис. 4.3).

Важно знать, что химические реакции метаболических путей не происходят сами по себе. Каждая стадия реакции ускоряется или катализируется белком, называемым ферментом. Ферменты важны для катализирования всех типов биологических реакций — как тех, которые требуют энергии, так и тех, которые выделяют энергию.

Рис. 4.3. Катаболические пути — это те пути, которые генерируют энергию за счет разрушения более крупных молекул.Анаболические пути — это те, которые требуют энергии для синтеза более крупных молекул. Оба типа путей необходимы для поддержания энергетического баланса клетки.

Термодинамика относится к изучению энергии и передачи энергии с участием физической материи. Материя, относящаяся к конкретному случаю передачи энергии, называется системой, а все, что находится вне этой материи, называется окружающей средой. Например, при нагревании кастрюли с водой на плите система включает плиту, кастрюлю и воду.Энергия передается внутри системы (между плитой, кастрюлей и водой). Есть два типа систем: открытая и закрытая. В открытой системе можно обмениваться энергией с окружающей средой. Плита открыта, потому что тепло может быть потеряно в воздухе. Закрытая система не может обмениваться энергией со своим окружением.

Биологические организмы — открытые системы. Между ними и их окружением происходит обмен энергией, поскольку они используют энергию солнца для фотосинтеза или потребляют молекулы, накапливающие энергию, и выделяют энергию в окружающую среду, выполняя работу и выделяя тепло.Как и все в физическом мире, энергия подчиняется физическим законам. Законы термодинамики управляют передачей энергии внутри и между всеми системами во Вселенной.

В общем, энергия определяется как способность выполнять работу или создавать какие-либо изменения. Энергия существует в разных формах. Например, электрическая энергия, световая энергия и тепловая энергия — это разные виды энергии. Чтобы понять, как энергия поступает в биологические системы и выходит из них, важно понимать два физических закона, управляющих энергией.

Первый закон термодинамики гласит, что общее количество энергии во Вселенной постоянно и сохраняется. Другими словами, во Вселенной всегда было и будет точно такое же количество энергии. Энергия существует во многих различных формах . Согласно первому закону термодинамики, энергия может передаваться с места на место или преобразовываться в различные формы, , но не может быть создана или уничтожена . Передачи и преобразования энергии происходят вокруг нас постоянно.Лампочки преобразуют электрическую энергию в световую и тепловую. Газовые плиты преобразуют химическую энергию природного газа в тепловую. Растения осуществляют одно из наиболее биологически полезных преобразований энергии на Земле: преобразование энергии солнечного света в химическую энергию, хранящуюся в органических молекулах (рис. 4.2). Некоторые примеры преобразования энергии показаны на рисунке 4.4.

Задача для всех живых организмов — получить энергию из окружающей среды в формах, которые они могут передавать или преобразовывать в полезную энергию для выполнения работы.Живые клетки эволюционировали, чтобы справиться с этой задачей. Химическая энергия, хранящаяся в органических молекулах, таких как сахара и жиры, передается и преобразуется через серию клеточных химических реакций в энергию в молекулах АТФ. Энергия в молекулах АТФ легко доступна для работы. Примеры типов работы, которую должны выполнять клетки, включают построение сложных молекул, транспортировку материалов, обеспечение движения ресничек или жгутиков и сокращение мышечных волокон для создания движения.

Рисунок 4.4 Показаны некоторые примеры передачи и преобразования энергии из одной системы в другую и из одной формы в другую. Пища, которую мы потребляем, обеспечивает наши клетки энергией, необходимой для выполнения функций организма, так же как световая энергия дает растениям средства для создания необходимой им химической энергии. (кредит «мороженое»: модификация работы Д. Шэрон Прюитт; кредит «дети»: модификация работы Макса из Провиденса; кредитный «лист»: модификация работы Кори Занкера)

Основные задачи получения живой клетки, преобразование и использование энергии для работы может показаться простым.Однако второй закон термодинамики объясняет, почему эти задачи сложнее, чем кажется. Все передачи и преобразования энергии никогда не бывают полностью эффективными . При каждой передаче энергии некоторое количество энергии теряется в непригодной для использования форме. В большинстве случаев это форма тепловой энергии. Термодинамически тепловая энергия определяется как неработающая энергия, передаваемая от одной системы к другой. Например, когда включается электрическая лампочка, часть энергии, преобразуемой из электрической энергии в энергию света, теряется в виде тепловой энергии.Точно так же часть энергии теряется в виде тепловой энергии во время клеточных метаболических реакций.

Важным понятием в физических системах является понятие порядка и беспорядка. Чем больше энергии теряется системой в окружающую среду, тем менее упорядоченной и случайной является система. Ученые называют меру случайности или беспорядка в системе энтропией . Высокая энтропия означает высокий беспорядок и низкую энергию. Молекулы и химические реакции также имеют разную энтропию. Например, энтропия увеличивается, когда молекулы с высокой концентрацией в одном месте диффундируют и разлетаются.Второй закон термодинамики гласит, что энергия всегда будет теряться в виде тепла при передаче или преобразовании энергии.

Живые существа очень упорядочены, для поддержания низкого энтропийного состояния требуется постоянный подвод энергии.

Когда объект находится в движении, с ним связана энергия. Подумайте о шаре для разрушения. Даже медленно движущийся шар-разрушитель может нанести большой урон другим объектам. Энергия, связанная с движущимися объектами, называется кинетической энергией (Рисунок 4.5). Ускоряющаяся пуля, идущий человек и быстрое движение молекул в воздухе (выделяющих тепло) — все они обладают кинетической энергией.

А что, если тот же самый неподвижный шар для разрушения поднять с помощью крана на два этажа над землей? Если подвешенный шар для разрушения неподвижен, связана ли с ним энергия? Ответ положительный. Энергия, которая требовалась для поднятия разрушающего шара, не исчезла, но теперь сохраняется в разрушающем шаре в силу его положения и силы тяжести, действующей на него.Этот вид энергии называется потенциальной энергией (рис. 4.5). Если мяч упадет, потенциальная энергия будет преобразована в кинетическую энергию до тех пор, пока вся потенциальная энергия не будет исчерпана, когда мяч упадет на землю. Шары-крушители тоже качаются, как маятник; во время качания происходит постоянное изменение потенциальной энергии (самая высокая в верхней части качания) на кинетическую энергию (самая высокая в нижней части качания). Другие примеры потенциальной энергии включают энергию воды, удерживаемой за плотиной, или человека, который собирается прыгнуть с парашютом из самолета.

Рисунок 4.5 У негазированной воды есть потенциальная энергия; движущаяся вода, например, в водопаде или быстро текущей реке, обладает кинетической энергией. (кредит «плотина»: модификация работы «Паскаля» / Flickr; кредит «водопад»: модификация работы Фрэнка Гуальтьери)

Потенциальная энергия связана не только с расположением материи, но и со структурой материи. Даже пружина на земле имеет потенциальную энергию, если она сжата; то же самое происходит и с туго натянутой резинкой. На молекулярном уровне связи, которые удерживают атомы молекул вместе, существуют в определенной структуре, обладающей потенциальной энергией.Помните, что анаболические клеточные пути требуют энергии для синтеза сложных молекул из более простых, а катаболические пути выделяют энергию, когда сложные молекулы расщепляются. Тот факт, что энергия может выделяться при разрыве определенных химических связей, означает, что эти связи обладают потенциальной энергией. Фактически, в связях всех пищевых молекул, которые мы едим, хранится потенциальная энергия, которая в конечном итоге используется для использования. Это потому, что эти связи могут высвобождать энергию при разрыве.Тип потенциальной энергии, которая существует в химических связях и высвобождается при разрыве этих связей, называется химической энергией. Химическая энергия отвечает за обеспечение живых клеток энергией из пищи. Высвобождение энергии происходит при разрыве молекулярных связей в молекулах пищи.

Посмотрите видео о килокалориях.

Концепция в действии

Посетите сайт и выберите «Маятник» в меню «Работа и энергия», чтобы увидеть изменение кинетической и потенциальной энергии маятника в движении.

После того, как мы узнали, что химические реакции высвобождают энергию при разрыве энергонакопительных связей, возникает следующий важный вопрос: как количественно и выражается энергия, связанная с этими химическими реакциями? Как можно сравнить энергию, выделяемую в результате одной реакции, с энергией другой реакции? Измерение свободной энергии используется для количественной оценки этой передачи энергии. Напомним, что согласно второму закону термодинамики, любая передача энергии связана с потерей некоторого количества энергии в непригодной для использования форме, такой как тепло.Свободная энергия, в частности, относится к энергии, связанной с химической реакцией, которая доступна после учета потерь. Другими словами, свободная энергия — это полезная энергия или энергия, доступная для выполнения работы.

Если во время химической реакции выделяется энергия, то изменение свободной энергии, обозначенное как ∆G (дельта G), будет отрицательным числом. Отрицательное изменение свободной энергии также означает, что продукты реакции имеют меньше свободной энергии, чем реагенты, потому что они выделяют некоторую свободную энергию во время реакции.Реакции, которые вызывают отрицательное изменение свободной энергии и, следовательно, высвобождают свободную энергию, называются экзергоническими реакциями. Подумайте: ex эргономичный означает, что энергия ex в системе. Эти реакции также называются спонтанными реакциями, и их продукты имеют меньше накопленной энергии, чем реагенты. Необходимо провести важное различие между термином «спонтанный» и идеей немедленного протекания химической реакции. В отличие от повседневного использования этого термина, спонтанная реакция — это не реакция, которая возникает внезапно или быстро.Ржавчина железа — это пример спонтанной реакции, которая происходит медленно, мало-помалу, с течением времени.

Если химическая реакция поглощает энергию, а не высвобождает ее в целом, то ∆G для этой реакции будет положительным значением. В этом случае у продуктов больше свободной энергии, чем у реагентов. Таким образом, продукты этих реакций можно рассматривать как молекулы, запасающие энергию. Эти химические реакции называются эндергоническими реакциями , а — несамопроизвольными .Эндергоническая реакция не будет происходить сама по себе без добавления свободной энергии.

Рисунок 4.6. Показаны некоторые примеры эндергонических процессов (требующих энергии) и экзэргонических процессов (тех, которые выделяют энергию). (кредит a: модификация работы Натали Мэйнор; кредит b: модификация работы Министерством сельского хозяйства США; кредит c: модификация работы Кори Занкера; кредит d: модификация работы Гарри Мальша)

Посмотрите на каждый из показанных процессов и решите если он эндергонический или экзергонический.

Есть еще одна важная концепция, которую необходимо учитывать в отношении эндергонических и экзэргонических реакций. Экзергонические реакции требуют небольшого количества энергии для начала, прежде чем они смогут приступить к своим этапам высвобождения энергии. Эти реакции имеют чистое высвобождение энергии, но все же требуют некоторого ввода энергии вначале. Это небольшое количество энергии, необходимое для протекания всех химических реакций, называется энергией активации.

Концепция в действии

Посмотрите анимацию перехода от свободной энергии к переходному состоянию реакции.

Вещество, которое способствует протеканию химической реакции, называется катализатором, а молекулы, катализирующие биохимические реакции, называются ферментами. Большинство ферментов — это белков и , которые выполняют критическую задачу , снижая энергию активации химических реакций внутри клетки. Большинство реакций, критических для живой клетки, протекают слишком медленно при нормальной температуре, чтобы быть полезными для клетки. Без ферментов , чтобы ускорить эти реакции, жизнь не могла бы существовать.Ферменты делают это, связываясь с молекулами реагентов и удерживая их таким образом, чтобы облегчить процессы разрыва и образования химических связей. Важно помнить, что ферменты не изменяют, является ли реакция экзергонической (спонтанной) или эндергонической. Это потому, что они не изменяют свободную энергию реагентов или продуктов. Они только уменьшают энергию активации, необходимую для продолжения реакции (рис. 4.7). Кроме того, сам фермент не изменяется в результате реакции, которую он катализирует.После того, как одна реакция катализируется, фермент может участвовать в других реакциях.

Рис. 4.7. Ферменты снижают энергию активации реакции, но не изменяют свободную энергию реакции.

Химические реагенты, с которыми связывается фермент, называются субстратами фермента. В зависимости от конкретной химической реакции может быть один или несколько субстратов. В некоторых реакциях один реагент-субстрат распадается на несколько продуктов. В других случаях два субстрата могут объединиться, чтобы создать одну большую молекулу.Два реагента также могут вступить в реакцию, и оба они станут модифицированными, но выходят из реакции в виде двух продуктов. Место внутри фермента, где связывается субстрат, называется активным сайтом фермента . Активный сайт — это место, где происходит «действие». Поскольку ферменты являются белками, в активном центре существует уникальная комбинация боковых цепей аминокислот. Каждая боковая цепь характеризуется разными свойствами. Они могут быть большими или маленькими, слабокислотными или основными, гидрофильными или гидрофобными, положительно или отрицательно заряженными или нейтральными.Уникальная комбинация боковых цепей создает очень специфическую химическую среду в активном центре. Эта специфическая среда подходит для связывания с одним конкретным химическим субстратом (или субстратами).

Активные сайты подвержены влиянию местной среды. Повышение температуры окружающей среды обычно увеличивает скорость реакции, катализируемой ферментами или иначе. Однако температуры, выходящие за пределы оптимального диапазона, снижают скорость, с которой фермент катализирует реакцию. Высокие температуры в конечном итоге вызывают денатурирование ферментов, необратимое изменение трехмерной формы и, следовательно, функции фермента.Ферменты также подходят для наилучшего функционирования в определенном диапазоне pH и концентрации соли, и, как и в случае с температурой, экстремальные значения pH и концентрации соли могут вызывать денатурирование ферментов.

В течение многих лет ученые считали, что связывание фермента с субстратом происходит простым способом «замок и ключ». Эта модель утверждает, что фермент и субстрат идеально сочетаются друг с другом за один мгновенный шаг. Однако текущие исследования поддерживают модель, называемую индуцированной подгонкой (рис. 4.8). Модель индуцированной подгонки расширяет модель замка и ключа, описывая более динамическое связывание между ферментом и субстратом.Когда фермент и субстрат объединяются, их взаимодействие вызывает небольшой сдвиг в структуре фермента, который формирует идеальную структуру связывания между ферментом и субстратом.

Концепция в действии

Просмотрите анимацию индуцированной посадки.

Когда фермент связывает свой субстрат, образуется комплекс фермент-субстрат. Этот комплекс снижает энергию активации реакции и способствует ее быстрому развитию одним из множества возможных способов. На базовом уровне ферменты способствуют химическим реакциям, в которых участвует более одного субстрата, объединяя субстраты вместе в оптимальной ориентации для реакции.Другой способ, которым ферменты способствуют реакции своих субстратов, — это создание оптимальной среды в активном центре для протекания реакции. Химические свойства, проистекающие из особого расположения R-групп аминокислот в активном центре, создают идеальную среду для реакции определенных субстратов фермента.

Комплекс фермент-субстрат также может снизить энергию активации за счет нарушения структуры связи, так что ее легче разорвать. Наконец, ферменты также могут снижать энергию активации, принимая участие в самой химической реакции.В этих случаях важно помнить, что фермент всегда возвращается в исходное состояние по завершении реакции. Одним из отличительных свойств ферментов является то, что они в конечном итоге остаются неизменными в результате катализируемых ими реакций. После того, как фермент катализирует реакцию, он высвобождает свой продукт (продукты) и может катализировать новую реакцию.

Рис. 4.8. Модель индуцированной подгонки представляет собой корректировку модели «замок-и-ключ» и объясняет, как ферменты и субстраты претерпевают динамические модификации во время переходного состояния для увеличения сродства субстрата к активному сайту.

Казалось бы, идеальным иметь сценарий, в котором все ферменты организма существуют в изобилии и оптимально функционируют во всех клеточных условиях, во всех клетках, во все времена. Однако множество механизмов гарантирует, что этого не произойдет. Клеточные потребности и условия постоянно меняются от клетки к клетке и со временем меняются внутри отдельных клеток. Необходимые ферменты клеток желудка отличаются от ферментов жировых клеток, клеток кожи, клеток крови и нервных клеток. Кроме того, клетка пищеварительного органа усерднее обрабатывает и расщепляет питательные вещества в течение времени, которое следует за едой, по сравнению со многими часами после еды.Поскольку эти клеточные потребности и условия меняются, должны меняться количества и функциональность различных ферментов.

Поскольку скорость биохимических реакций контролируется энергией активации, а ферменты ниже и определяют энергию активации химических реакций, относительные количества и функционирование различных ферментов в клетке в конечном итоге определяют, какие реакции будут протекать и с какой скоростью. Это определение строго контролируется в клетках. В определенных клеточных средах активность ферментов частично контролируется факторами окружающей среды, такими как pH, температура, концентрация соли и, в некоторых случаях, кофакторами или коферментами.

Ферменты также могут регулироваться способами, которые либо стимулируют, либо снижают активность фермента. Есть много видов молекул, которые подавляют или стимулируют функцию ферментов, и различные механизмы, с помощью которых они это делают. В некоторых случаях ингибирования фермента молекула ингибитора достаточно похожа на субстрат, чтобы она могла связываться с активным сайтом и просто блокировать связывание субстрата. Когда это происходит, фермент ингибируется посредством конкурентного ингибирования , потому что молекула ингибитора конкурирует с субстратом за связывание с активным центром.

С другой стороны, при неконкурентном ингибировании молекула ингибитора связывается с ферментом в месте, отличном от активного сайта, называемом аллостерическим сайтом , но все же удается блокировать связывание субстрата с активным сайтом. Некоторые молекулы ингибитора связываются с ферментами в том месте, где их связывание вызывает конформационное изменение, которое снижает сродство фермента к его субстрату. Этот тип торможения называется аллостерическим торможением (рис. 4.9).Большинство аллостерически регулируемых ферментов состоят из более чем одного полипептида, что означает, что они имеют более одной белковой субъединицы. Когда аллостерический ингибитор связывается с областью фермента, все активные центры белковых субъединиц слегка изменяются, так что они связывают свои субстраты с меньшей эффективностью. Есть аллостерические активаторы, а также ингибиторы. Аллостерические активаторы связываются с участками фермента, удаленными от активного сайта, вызывая конформационные изменения, которые увеличивают сродство активного сайта (ов) фермента к его субстрату (ам) (рис.9).

Рис. 4.9. Аллостерическое ингибирование работает, косвенно вызывая конформационные изменения активного сайта, так что субстрат больше не подходит. Напротив, при аллостерической активации молекула активатора изменяет форму активного сайта, чтобы обеспечить лучшее прилегание субстрата.

Через призму коренных народов

Растения не могут убежать или спрятаться от своих хищников, и они разработали множество стратегий, чтобы отпугнуть тех, кто их съест. Подумайте о шипах, раздражителях и вторичных метаболитах: это соединения, которые напрямую не помогают растениям расти, а созданы специально для защиты от хищников.Вторичные метаболиты — наиболее распространенный способ отпугивания хищников. Некоторые примеры вторичных метаболитов — атропин, никотин, ТГК и кофеин. Люди обнаружили, что эти вторичные метаболиты являются богатым источником материалов для лекарств. Подсчитано, что 90% лекарств в современной аптеке имеют свои «корни» в этих вторичных метаболитах.

Лечение травами первых людей открыло миру эти вторичные метаболиты. Например, коренные народы издавна использовали кору ивовых кустарников и ольхи для приготовления чая, тонизирующего средства или припарок, чтобы уменьшить воспаление.Вы узнаете больше о воспалительной реакции иммунной системы в главе 11.

Рис. 4.10. Кора тихоокеанской ивы содержит соединение салицин.

И ива, и кора ольхи содержат соединение салицин. У большинства из нас в аптечке есть это соединение в виде салициловой кислоты или аспирина. Доказано, что аспирин уменьшает боль и воспаление, а попав в наши клетки, салицин превращается в салициловую кислоту.

Так как это работает? Салицин или аспирин действуют как ингибитор фермента.В воспалительной реакции ключевыми в этом процессе являются два фермента, COX1 и COX2. Салицин или аспирин специфически модифицируют аминокислоту (серин) в активном центре этих двух родственных ферментов. Эта модификация активных центров не позволяет нормальному субстрату связываться и, таким образом, нарушается воспалительный процесс. Как вы читали в этой главе, это делает его конкурентным ингибитором ферментов.

Фармацевтический разработчик лекарств

Рис. 4.11 Задумывались ли вы, как создаются фармацевтические препараты? (кредит: Дебора Остин)

Ферменты — ключевые компоненты метаболических путей.Понимание того, как работают ферменты и как их можно регулировать, — ключевые принципы, лежащие в основе разработки многих фармацевтических препаратов, представленных сегодня на рынке. Биологи, работающие в этой области, совместно с другими учеными разрабатывают лекарства (рис. 4.11).

Рассмотрим, к примеру, статины. Статины — это название одного класса лекарств, которые могут снижать уровень холестерина. Эти соединения являются ингибиторами фермента HMG-CoA редуктазы, который является ферментом, синтезирующим холестерин из липидов в организме.Ингибируя этот фермент, можно снизить уровень холестерина, синтезируемого в организме. Точно так же ацетаминофен, широко продаваемый под торговой маркой Tylenol, является ингибитором фермента циклооксигеназы. Хотя он используется для снятия лихорадки и воспаления (боли), его механизм действия до сих пор полностью не изучен.

Как обнаруживаются наркотики? Одна из самых больших проблем в открытии лекарств — это определение мишени для лекарства. Мишень лекарства — это молекула, которая буквально является мишенью лекарства.В случае статинов мишенью для лечения является HMG-CoA редуктаза. Цели лекарств определяются путем кропотливых лабораторных исследований. Одной идентификации цели недостаточно; ученым также необходимо знать, как мишень действует внутри клетки и какие реакции идут наперекосяк в случае болезни. Как только цель и путь определены, начинается фактический процесс разработки лекарств. На этом этапе химики и биологи работают вместе, чтобы разработать и синтезировать молекулы, которые могут блокировать или активировать определенную реакцию.Однако это только начало: если и когда прототип лекарства успешно выполняет свою функцию, он подвергается множеству тестов, от экспериментов in vitro до клинических испытаний, прежде чем он сможет получить одобрение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США. магазин.

Многие ферменты не работают оптимально или даже не работают, если они не связаны с другими специфическими небелковыми вспомогательными молекулами. Они могут связываться либо временно посредством ионных или водородных связей, либо навсегда посредством более прочных ковалентных связей.Связывание с этими молекулами способствует оптимальной форме и функционированию соответствующих ферментов. Двумя примерами этих типов вспомогательных молекул являются кофакторы и коферменты. Кофакторы — это неорганические ионы, такие как ионы железа и магния. Коферменты — это органические вспомогательные молекулы, имеющие базовую атомную структуру, состоящую из углерода и водорода. Подобно ферментам, эти молекулы участвуют в реакциях без изменения самих себя и в конечном итоге перерабатываются и используются повторно. Витамины являются источником коферментов.Некоторые витамины являются предшественниками коферментов, а другие действуют непосредственно как коферменты. Витамин С является прямым коферментом множества ферментов, которые участвуют в создании важной соединительной ткани — коллагена. Следовательно, функция фермента частично регулируется обилием различных кофакторов и коферментов, которые могут поступать с пищей организма или, в некоторых случаях, вырабатываться организмом.

Рис. 4.12. Витамины являются важными коферментами или предшественниками коферментов и необходимы для правильного функционирования ферментов.Мультивитаминные капсулы обычно содержат смеси всех витаминов в разном процентном соотношении.

Подавление обратной связи в метаболических путях

Молекулы могут регулировать функцию ферментов разными способами. Однако остается главный вопрос: что это за молекулы и откуда они берутся? Как вы уже знаете, некоторые из них являются кофакторами и коферментами. Какие другие молекулы в клетке обеспечивают ферментативную регуляцию, такую как аллостерическая модуляция, а также конкурентное и неконкурентное ингибирование? Возможно, наиболее подходящими источниками регуляторных молекул для ферментативного клеточного метаболизма являются продукты самих клеточных метаболических реакций.Наиболее эффективным и элегантным образом клетки эволюционировали, чтобы использовать продукты своих собственных реакций для подавления активности ферментов с помощью обратной связи. Подавление обратной связи предполагает использование продукта реакции для регулирования его собственного дальнейшего производства (рис. 4.12). Клетка реагирует на обилие продуктов замедлением производства во время анаболических или катаболических реакций. Такие продукты реакции могут ингибировать ферменты, катализирующие их производство, с помощью механизмов, описанных выше.

Рисунок 4.13 Метаболические пути — это серия реакций, катализируемых множеством ферментов. Ингибирование обратной связи, когда конечный продукт пути ингибирует вышестоящий процесс, является важным регуляторным механизмом в клетках.

Производство как аминокислот, так и нуклеотидов контролируется посредством ингибирования с обратной связью. Кроме того, АТФ является аллостерическим регулятором некоторых ферментов, участвующих в катаболическом распаде сахара, процессе, который создает АТФ. Таким образом, когда АТФ в избытке, клетка может предотвратить производство АТФ.С другой стороны, АДФ служит положительным аллостерическим регулятором (аллостерическим активатором) для некоторых из тех же ферментов, которые ингибируются АТФ. Таким образом, когда относительные уровни АДФ высоки по сравнению с АТФ, клетка начинает производить больше АТФ за счет катаболизма сахара.

Клетки выполняют жизненные функции посредством различных химических реакций. Метаболизм клетки — это комбинация химических реакций, которые происходят в ней. Катаболические реакции расщепляют сложные химические вещества на более простые и связаны с выделением энергии.Анаболические процессы создают сложные молекулы из более простых и требуют энергии.

При изучении энергии термин «система» относится к веществу и окружающей среде, участвующим в передаче энергии. Энтропия — это мера беспорядка в системе. Физические законы, описывающие передачу энергии, являются законами термодинамики. Первый закон гласит, что общее количество энергии во Вселенной постоянно. Второй закон термодинамики гласит, что каждая передача энергии включает некоторую потерю энергии в непригодной для использования форме, такой как тепловая энергия.Энергия бывает разных форм: кинетической, потенциальной и свободной. Изменение свободной энергии реакции может быть отрицательным (высвобождает энергию, экзергоническое) или положительным (потребляет энергию, эндергоническое). Все реакции требуют начального ввода энергии, называемой энергией активации.

Ферменты — это химические катализаторы, которые ускоряют химические реакции за счет снижения их энергии активации. Ферменты имеют активный центр с уникальной химической средой, которая соответствует определенным химическим реагентам для этого фермента, называемым субстратами.Считается, что ферменты и субстраты связываются в соответствии с моделью индуцированной подгонки. Действие ферментов регулируется для сохранения ресурсов и оптимального реагирования на окружающую среду.

Глоссарий

энергия активации: количество начальной энергии, необходимой для протекания реакции

активный сайт: конкретная область фермента, с которой связывается субстрат

аллостерическое ингибирование: механизм ингибирования действия фермента, при котором регуляторная молекула связывается со вторым сайтом (не активным сайтом) и инициирует изменение конформации в активном сайте, предотвращая связывание с субстратом

анаболический: описывает путь, который требует ввода чистой энергии для синтеза сложных молекул из более простых

биоэнергетика: концепция потока энергии через живые системы

катаболический: описывает путь, по которому сложные молекулы расщепляются на более простые с выделением энергии в качестве дополнительного продукта реакции.

конкурентное ингибирование: общий механизм регуляции активности фермента, при котором молекула, отличная от субстрата фермента, способна связывать активный сайт и предотвращать связывание самого субстрата, тем самым подавляя общую скорость реакции фермента

эндергоник: описывает химическую реакцию, в результате которой образуются продукты, запасающие больше химической потенциальной энергии, чем реагенты.

фермент: молекула, катализирующая биохимическую реакцию

exergonic: описывает химическую реакцию, которая приводит к продуктам с меньшей химической потенциальной энергией, чем реагенты, плюс высвобождение свободной энергии

ингибирование с обратной связью: механизм регулирования активности фермента, в котором продукт реакции или конечный продукт ряда последовательных реакций ингибирует фермент на более ранней стадии в серии реакций

тепловая энергия: энергия, передаваемая из одной системы в другую, которая не работает

кинетическая энергия: тип энергии, связанной с движущимися объектами

метаболизм: все химические реакции, происходящие внутри клеток, включая те, которые используют энергию, и те, которые выделяют энергию

неконкурентное ингибирование: общий механизм регуляции активности фермента, при котором регуляторная молекула связывается с сайтом, отличным от активного сайта, и предотвращает связывание активного сайта с субстратом; таким образом, молекула ингибитора не конкурирует с субстратом за активный центр; аллостерическое торможение — это форма неконкурентного торможения

потенциальная энергия: тип энергии, который относится к потенциалу совершать работу

субстрат: молекула, на которую действует фермент

термодинамика: наука о взаимосвязи тепла, энергии и работы

4.1: Обзор метаболизма — Medicine LibreTexts

Навыки для развития

Кратко опишите, как энергия питательных веществ, дающих энергию, получается и используется, а также как и где она сохраняется в организме для дальнейшего использования.
Объясните роль энергии в процессе построения тканей и органов.

В различных главах этого текста мы исследовали метаболизм углеводов, липидов и белков. В следующем разделе мы соберем эту информацию, чтобы получить четкое представление о важности метаболизма в питании человека.

Метаболизм определяется как сумма всех химических реакций, необходимых для поддержания клеточной функции и, следовательно, жизни организма. Метаболизм подразделяется на катаболизм, относящийся ко всем метаболическим процессам, участвующим в распаде молекул, или анаболизм, который включает все метаболические процессы, участвующие в создании более крупных молекул. Как правило, катаболические процессы высвобождают энергию, а анаболические процессы потребляют энергию. Общие цели метаболизма — передача энергии и транспортировка вещества.Энергия преобразуется из пищевых макроэлементов в клеточную энергию, которая используется для выполнения клеточной работы. Метаболизм преобразует макроэлементы в вещества, которые клетка может использовать для роста и воспроизводства, а также в продукты жизнедеятельности.

В главе 5 вы узнали, что ферменты — это белки и что их задача — катализировать химические реакции. (Напомним, что слово «катализирует» означает ускорение химической реакции и уменьшение энергии, необходимой для завершения химической реакции, без использования катализатора в реакции.) Без ферментов химические реакции не происходили бы с достаточно высокой скоростью и потребляли бы слишком много энергии для существования жизни. Метаболический путь — это серия ферментативных реакций, которые преобразуют исходный материал (известный как субстрат) в промежуточные продукты, которые являются субстратами для следующих ферментативных реакций в этом пути, пока, наконец, не будет синтезирован конечный продукт последней ферментативной реакцией. в пути. Некоторые метаболические пути сложны и включают множество ферментативных реакций, а другие включают лишь несколько химических реакций.

Для обеспечения клеточной эффективности метаболические пути, участвующие в катаболизме и анаболизме, регулируются согласованно в зависимости от энергетического статуса, гормонов, уровней субстрата и конечных продуктов. Согласованная регуляция метаболических путей предотвращает неэффективное построение клетками молекулы, когда она уже доступна. Так же, как было бы неэффективно строить стену в то время, когда она разрушается, для клетки неэффективно с метаболической точки зрения синтезировать жирные кислоты и одновременно разрушать их.

Катаболизм молекул пищи начинается, когда пища попадает в рот, поскольку фермент слюнной амилазы инициирует расщепление углеводов. Весь процесс пищеварения превращает крупные полимеры в пище в мономеры, которые могут усваиваться. Углеводы расщепляются на моносахариды, липиды — на жирные кислоты, а белки — на аминокислоты. Эти мономеры всасываются в кровоток либо напрямую, как в случае с моносахаридами и аминокислотами, либо переупаковываются в кишечных клетках для транспортировки непрямым путем через лимфатические сосуды, как в случае с жирными кислотами и другими жирорастворимыми молекулами.После всасывания кровь переносит питательные вещества к клеткам. Клетки, которым требуется энергия или строительные блоки, забирают питательные вещества из крови и перерабатывают их катаболическим или анаболическим путем. Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для выполнения многих функций организма, таких как переваривание, всасывание, дыхание, перекачивание крови, транспортировка питательных веществ внутрь и отходы, поддержание температуры тела и создание новых клеток. Моносахариды, липиды расщепляются на жирные кислоты, а белки — на аминокислоты.Эти мономеры всасываются в кровоток либо напрямую, как в случае с моносахаридами и аминокислотами, либо переупаковываются в кишечных клетках для транспортировки непрямым путем через лимфатические сосуды, как в случае с жирными кислотами и другими жирорастворимыми молекулами. После всасывания кровь переносит питательные вещества к клеткам. Клетки, которым требуется энергия или строительные блоки, забирают питательные вещества из крови и перерабатывают их катаболическим или анаболическим путем. Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для выполнения многих функций организма, таких как переваривание, поглощение, дыхание, перекачивание крови, транспортировка питательных веществ внутрь и отходы, поддержание температуры тела и создание новых клеток.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) : Метаболизм подразделяется на метаболические пути, которые разрушают молекулы, выделяющие энергию (катаболизм), и молекулы, которые потребляют энергию, создавая более крупные молекулы (анаболизм).

Энергетический метаболизм более конкретно относится к метаболическим путям, которые высвобождают или хранят энергию. Некоторые из них являются катаболическими путями, такими как гликолиз (расщепление глюкозы), β-окисление (расщепление жирных кислот) и катаболизм аминокислот.Другие являются анаболическими путями и включают те, которые участвуют в накоплении избыточной энергии (например, гликогениз) и синтезе триглицеридов (липогенез). В таблице \ (\ PageIndex {1} \) приведены некоторые катаболические и анаболические пути и их функции в энергетическом обмене.

**Таблица \ (\ PageIndex {1} \)** : Метаболические пути
Катаболические пути	Функция	Анаболические пути	Функция
Гликолиз	Распад глюкозы	Глюконеогенез	Синтезировать глюкозу
Гликогенолиз	Распад гликогена	Гликогенез	Синтезировать гликоген
β-окисление	Жирнокислотный распад	Липогенез	Синтезировать триглицериды
Протеолиз	Расщепление белков до аминокислот	Синтез аминокислот	Синтезировать аминокислоты

Катаболизм: Разрушение

Все клетки настроены на свой энергетический баланс.Когда уровень энергии высокий, клетки строят молекулы, а когда уровень энергии низкий, запускаются катаболические пути для производства энергии. Глюкоза является предпочтительным источником энергии для большинства тканей, но жирные кислоты и аминокислоты также могут катаболизироваться до молекулы клеточной энергии, АТФ. Катаболизм питательных веществ в энергию можно разделить на три стадии, каждая из которых включает индивидуальные метаболические пути. Три стадии расщепления питательных веществ позволяют клеткам переоценить свои потребности в энергии, поскольку конечные продукты каждого пути могут быть либо переработаны в энергию, либо направлены на анаболические пути.Кроме того, промежуточные продукты метаболических путей иногда могут быть переведены на анаболические пути после удовлетворения потребностей клетки в энергии. Три стадии расщепления питательных веществ следующие:

Распад глюкозы начинается с гликолиза, который представляет собой десятиступенчатый метаболический путь, дающий два АТФ на молекулу глюкозы; гликолиз происходит в цитозоле и не требует кислорода. Помимо АТФ, конечные продукты гликолиза включают две трехуглеродные молекулы, называемые пируватом.У пирувата есть несколько метаболических судеб. Во-первых, если кислорода недостаточно, он превращается в лактат, а затем отправляется в печень. Во-вторых, если кислорода достаточно и клетке нужна энергия, она направляется в митохондрии и входит в цикл лимонной кислоты (или цикл Кори или цикл Кребса), или три, он может быть преобразован в другие молекулы (анаболизм).

Пируват, который транспортируется в митохондрии, отщепляет один из атомов углерода, образуя ацетил-КоА. Ацетил-КоА, двухуглеродная молекула, характерная для метаболизма глюкозы, липидов и белков, вступает во вторую стадию энергетического метаболизма, цикл лимонной кислоты.Это необратимый процесс. Распад жирных кислот начинается с катаболического пути, известного как β-окисление, которое происходит в митохондриях. В этом катаболическом пути четыре ферментативных этапа последовательно удаляют двухуглеродные молекулы из длинных цепочек жирных кислот, давая молекулы ацетил-КоА. В случае аминокислот, как только азот удален (дезаминирован) из аминокислоты, оставшийся углеродный скелет может быть ферментативно преобразован в ацетил-КоА или какой-либо другой промежуточный продукт цикла лимонной кислоты.

В лимонной кислоте цикл ацетил-КоА соединен с четырехуглеродной молекулой. В этом многоступенчатом пути два атома углерода теряются при образовании двух молекул углекислого газа. Энергия, полученная при разрыве химических связей в цикле лимонной кислоты, преобразуется в еще две молекулы АТФ (или их эквиваленты) и высокоэнергетические электроны, которые переносятся молекулами, никотинамидадениндинуклеотид (NADH) и флавинадениндинуклеотид (FADH _{). 2}). НАДН и ФАДН ₂ переносят электроны (водород) на внутреннюю мембрану митохондрий, где происходит третья стадия синтеза энергии, в так называемой цепи переноса электронов.В этом метаболическом пути происходит последовательный перенос электронов между несколькими белками и синтезируется АТФ. Также образуется вода.

Весь процесс катаболизма питательных веществ химически подобен горению, поскольку при сжигании молекул углерода образуются углекислый газ, вода и тепло. Однако многие химические реакции катаболизма питательных веществ замедляют распад молекул углерода, так что большая часть энергии может быть захвачена, а не преобразована в тепло и свет. Полный катаболизм питательных веществ эффективен на 30-40%, поэтому часть энергии выделяется в виде тепла.Тепло является жизненно важным продуктом катаболизма питательных веществ и участвует в поддержании температуры тела. Если бы клетки были слишком эффективны в преобразовании энергии питательных веществ в АТФ, люди не выдержали бы до следующего приема пищи, так как они бы умерли от переохлаждения.

Мы измеряем энергию в калориях, которые представляют собой количество энергии, высвобождаемой для подъема одного грамма воды на один градус Цельсия. Пищевые калории измеряются в ккал, калориях или 1000 калориях. При сжигании углеводов выделяется 4 ккал / г .; белок производят 4 ккал / г; жир производит 9 ккал / г; а алкоголь производит 7 ккал / г.

Из некоторых аминокислот удаляется азот, а затем они попадают в цикл лимонной кислоты для производства энергии. Азот включается в мочевину, а затем удаляется с мочой. Углеродный скелет превращается в пируват или непосредственно входит в цикл лимонной кислоты. Эти аминокислоты называются глюконеогенными, потому что они могут использоваться для производства глюкозы. Аминокислоты, которые дезаминируются и становятся ацетил-КоА, называются кетогенными аминокислотами и никогда не могут стать глюкозой.

Жирные кислоты никогда не превращаются в глюкозу, но являются важным источником энергии.Они разбиваются на две углеродные единицы в процессе, называемом бета-окислением, и входят в цикл лимонной кислоты как ацетил-КоА. В присутствии глюкозы эти две углеродные единицы входят в цикл лимонной кислоты и сжигаются, чтобы получить энергию (АТФ) и произвести побочный продукт CO ₂. Если уровень глюкозы низкий, образуются кетоны. Кетоновые тела можно сжигать для получения энергии. Мозг может использовать кетоны.

Анаболизм: Здание

Энергия, выделяемая катаболическими путями, поддерживает анаболические пути построения макромолекул, таких как белки РНК и ДНК, и даже целых новых клеток и тканей.Анаболические пути необходимы для создания новой ткани, такой как мышцы, после длительных упражнений или ремоделирования костной ткани, процесса, включающего как катаболические, так и анаболические пути. Анаболические пути также создают молекулы-накопители энергии, такие как гликоген и триглицериды. Промежуточные звенья катаболических путей энергетического метаболизма иногда отвлекаются от производства АТФ и вместо этого используются в качестве строительных блоков. Это происходит, когда клетка находится в положительном энергетическом балансе. Например, промежуточный продукт цикла лимонной кислоты, α-кетоглутарат, может быть анаболически переработан в аминокислоты глутамат или глутамин, если они необходимы.Напомним, что человеческий организм способен синтезировать одиннадцать из двадцати аминокислот, входящих в состав белков. Все метаболические пути синтеза аминокислот ингибируются конкретной аминокислотой, которая является конечным продуктом данного пути. Таким образом, если в клетке достаточно глутамина, он отключает его синтез.

Анаболические пути регулируются их конечными продуктами, но тем более энергетическим состоянием клетки. Когда энергии достаточно, по мере необходимости будут построены более крупные молекулы, такие как белок, РНК и ДНК.В качестве альтернативы, когда энергии недостаточно, белки и другие молекулы будут разрушаться и катаболизироваться с высвобождением энергии. Яркий пример этого — у детей с маразмом. У этих детей серьезно нарушены функции организма, что часто приводит к смерти от инфекции. Дети с маразмом страдают от голода по калориям и белку, которые необходимы для выработки энергии и создания макромолекул. Отрицательный энергетический баланс у детей с маразмом приводит к разрушению мышечной ткани и тканей других органов в попытке выжить в организме.Из-за значительного уменьшения мышечной ткани дети с маразмом выглядят истощенными или «истощенными мышцами».

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Метаболический путь глюконеогенеза

В гораздо менее серьезном примере у человека также отрицательный энергетический баланс между приемами пищи. За это время уровень глюкозы в крови начинает падать. Чтобы восстановить нормальный уровень глюкозы в крови, стимулируется анаболический путь, называемый глюконеогенезом.Глюконеогенез — это процесс построения молекул глюкозы из определенных аминокислот, который происходит в основном в печени (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Печень экспортирует синтезированную глюкозу в кровь для использования другими тканями.

Накопитель энергии

Напротив, в «сытом» состоянии (когда уровни энергии высоки) будет накапливаться дополнительная энергия из питательных веществ. Глюкоза может храниться только в мышцах и тканях печени. В этих тканях он хранится в виде гликогена, сильно разветвленной макромолекулы, состоящей из тысяч мономеров глюкозы, скрепленных химическими связями.Мономеры глюкозы соединяются анаболическим путем, называемым гликогенезом. На каждую хранящуюся молекулу глюкозы используется одна молекула АТФ. Следовательно, для хранения энергии требуется энергия. Уровни гликогена быстро достигают своего физиологического предела, и когда это происходит, избыток глюкозы превращается в жир. Клетка с положительным энергетическим балансом обнаруживает высокую концентрацию АТФ, а также ацетил-КоА, продуцируемого катаболическими путями. В ответ катаболизм отключается и включается синтез триглицеридов, который происходит посредством анаболического пути, называемого липогенезом.Новообразованные триглицериды транспортируются в жировые клетки, называемые адипоцитами. Жир является лучшей альтернативой гликогену для хранения энергии, поскольку он более компактен (на единицу энергии) и, в отличие от гликогена, организм не накапливает воду вместе с жиром. Вода весит очень много, и увеличенные запасы гликогена, которые сопровождаются водой, резко увеличивают массу тела. Когда в организме положительный энергетический баланс, избыток углеводов, липидов и белков превращается в жир.

Основные выводы

Общими целями метаболизма являются передача энергии и транспортировка вещества. Метаболизм определяется как сумма всех химических реакций, необходимых для поддержания клеточной функции, и подразделяется на катаболизм (относящийся ко всем метаболическим процессам, участвующим в распаде молекул) или анаболизм (который включает все метаболические процессы, участвующие в создании более крупных молекул). Как правило, катаболические процессы высвобождают энергию, а анаболические процессы потребляют энергию.
Метаболический путь — это серия ферментативных стадий, на которых субстрат (исходный материал) преобразуется в промежуточные продукты, которые являются субстратами для протекающих ферментативных реакций, пока, наконец, не будет синтезирован конечный продукт последней ферментативной реакцией в этом пути.
Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для переваривания, поглощения, дыхания, перекачивания крови, транспортировки питательных веществ внутрь и выведения отходов, поддержания температуры тела и создания новых клеток среди множества других функций.
Когда уровни энергии высоки, клетки строят молекулы, а когда уровни энергии низкие, катаболические пути стимулируются для высвобождения энергии.
Энергия, выделяемая катаболическими путями, поддерживает анаболические пути построения более крупных макромолекул.
В «сытом» состоянии (когда уровни энергии высоки) дополнительное питательное топливо будет храниться в виде гликогена или триглицеридов.

Обсуждение стартеров

Обсудите практичность хранения энергии в ранних человеческих цивилизациях и последствия этих метаболических процессов в современном мире.Вернитесь к истории индейцев пима в главе 1 «Питание и вы» и к концепции «гена бережливости».
Может ли человек с избыточным весом винить свой лишний вес в замедленном обмене веществ?

Резюме — Биохимия — Книжная полка NCBI

Все клетки преобразуют энергию. Они извлекают энергию из окружающей среды и используют эту энергию для преобразования простых молекул в клеточные компоненты.

Метаболизм состоит из множества связанных, взаимосвязанных реакций

Процесс преобразования энергии происходит через высоко интегрированную сеть химических реакций, называемых метаболизмом.Метаболизм можно подразделить на катаболизм (реакции, используемые для извлечения энергии из топлива) и анаболизм (реакции, которые используют эту энергию для биосинтеза). Самая ценная термодинамическая концепция для понимания биоэнергетики — это свободная энергия. Реакция может происходить самопроизвольно, только если изменение свободной энергии (Δ G ) отрицательное. Термодинамически неблагоприятная реакция может быть вызвана термодинамически благоприятной реакцией, которой во многих случаях является гидролиз АТФ. Гидролиз АТФ сдвигает равновесие сопряженной реакции примерно в 10 ⁸.АТФ, универсальная валюта энергии в биологических системах, представляет собой богатую энергией молекулу, поскольку она содержит две фосфоангидридные связи.

Окисление углеродного топлива — важный источник энергии клеток

Образование АТФ связано с окислением углеродного топлива либо напрямую, либо через образование ионных градиентов. Фотосинтезирующие организмы могут использовать свет для создания таких градиентов. АТФ расходуется при сокращении мышц и других движениях клеток, в активном транспорте, в процессах передачи сигналов и в биосинтезе.Есть три стадии извлечения энергии из пищевых продуктов аэробными организмами. На первом этапе большие молекулы разбиваются на более мелкие, такие как аминокислоты, сахара и жирные кислоты. На втором этапе эти небольшие молекулы распадаются на несколько простых единиц, которые играют важную роль в метаболизме. Одним из них является ацетильное звено ацетил-КоА, носителя активированных ацильных групп. Третья стадия метаболизма — цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование, в котором АТФ генерируется в виде потока электронов к O ₂, конечному акцептору электронов, а топливо полностью окисляется до CO ₂.

Метаболические пути содержат много повторяющихся мотивов

Метаболизм характеризуется общими мотивами. Небольшое количество активированных носителей, таких как АТФ, НАДН и ацетил-КоА, используется во многих метаболических путях. НАДФН, который несет два электрона с высоким потенциалом, обеспечивает снижение мощности при биосинтезе компонентов клетки из более окисленных предшественников. АТФ и НАДФН постоянно генерируются и потребляются. Большинство передач активированных групп в метаболизме опосредуются повторяющимся набором носителей.Более того, ключевые типы реакций многократно используются в метаболических путях.

Метаболизм регулируется множеством способов. Количество некоторых критических ферментов контролируется регулированием скорости синтеза и распада белка. Кроме того, каталитическая активность многих ферментов регулируется аллостерическими взаимодействиями (например, ингибирование обратной связью) и ковалентной модификацией. Также контролируется перемещение многих субстратов в клетки и субклеточные компартменты. Определенные пути биосинтеза и деградации способствуют регуляции метаболизма.Энергетический заряд, который зависит от относительных количеств АТФ, АДФ и АМФ, играет роль в регуляции метаболизма. Высокоэнергетический заряд подавляет АТФ-генерирующие (катаболические) пути, в то время как он стимулирует АТФ-утилизирующие (анаболические) пути.

Ключевые термины

фототроф

хемотроф

метаболизм или промежуточный метаболизм

катаболизм

анаболизм

амфиболический путь

сопряженная реакция

фосфорильная реакция

-0004 окислительный перенос

-0005 9000 окислительный перенос

реакция лигирования

реакция изомеризации

реакция переноса группы

гидролитическая реакция

присоединение или образование реакции двойной связи

энергетический заряд

потенциал фосфорилирования

Определение катаболизма и примеры — онлайн-словарь биологии

п., [kəˈtæbəˌlɪzəm]
Серия деструктивных химических реакций, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы.
Изображение предоставлено: Muessig, CC BY-SA 3.0.

Определение катаболизма

Катаболизм — это ветвь метаболического процесса, которая расщепляет сложные большие молекулы на более мелкие с получением энергии. Это деструктивная ветвь метаболизма, которая приводит к высвобождению энергии . Каждая живая клетка зависит от энергии для своего существования.Метаболизм — это совокупность основных видов деятельности, которые происходят в живом существе для его существования. Катаболизм и анаболизм вместе образуют обмен веществ.

Итак, возникает вопрос, что такое катаболизм и анаболизм? По сути, есть две основные ветви метаболизма: ветвь метаболизма деструктивная (или разрушающая ), которая дает энергию, то есть катаболизм , и конструктивная ветвь или , строящая , которая использует высвобождаемую энергию. , я.е. анаболизм.

Каждая живая клетка проводит последовательный набор реакций, которые разрушают и производят молекулы. Эти последовательные реакции или пути известны как метаболических путей . Каждый этап этих последовательных реакций происходит под действием определенного фермента. Ферменты действуют на молекулы, называемые субстратами , тогда как молекула, образующаяся в химической реакции, известна как продукт . Большинство ферментов связываются с определенным субстратом.

Вот некоторые из общих черт всех метаболических реакций:

Все реакции катализируются ферментом.
Метаболические пути и реакции универсальны, и все организмы обнаруживают сходство основных путей.
Все метаболические пути используют очень мало химических реакций.
В метаболических реакциях участвуют коферментов . Коферменты — это обычные субстраты, которые участвуют в ряде различных метаболических реакций, например, на НАДН или кофермент А.
Катаболические пути полностью отличаются от анаболических, что позволяет лучше контролировать метаболизм.
Ключевые регуляторные ферменты контролируют и модулируют эти метаболические реакции.
Большинство метаболических реакций происходит в определенных органеллах клетки.

Биологическое определение:
Катаболизм — это процесс, включающий серию деструктивных химических реакций, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы, обычно с выделением энергии. Например, , большие молекулы, такие как полисахариды, нуклеиновые кислоты и белки, разбиты на более мелкие единицы, такие как моносахариды, нуклеотиды и аминокислоты, соответственно . Этимология: Греческое «катаболе», что означает «бросать». Синонимы: деструктивный метаболизм. Вариант: катаболизм. Сравните: анаболизм

Родственное слово — « катаболический ». Итак, что означает катаболизм? Определение катаболизма — это то, что характеризуется катаболизмом или способствует ему, то есть метаболическому процессу, включающему расщепление довольно сложной молекулы до ее более простой формы.

Стадии катаболизма

Катаболизм — это не одноэтапный процесс, происходящий в клетке. Важно понимать, где происходит катаболизм. Часть клетки, где в первую очередь происходит катаболизм, — это митохондрии. Это многоступенчатый процесс. Итак, давайте разберемся, каковы стадии катаболизма. Существует три основных стадии катаболизма:

Стадия 1 — стадия переваривания

Сложные органические молекулы, такие как белки, липиды и полисахариды, катаболизируются до более мелких компонентов или мономеров вне клеток. Эти сложные молекулы неабсорбируются в своем сложном состоянии и, следовательно, для их поглощения важно, чтобы эти основные и важные молекулы распадались на легко усваиваемые и более мелкие мономеры .

Стадия 2 — высвобождение энергии

Меньшие молекулы или мономеры являются абсорбируемой формой и поглощаются клетками, а затем превращаются в более мелкие молекулы, такие как ацетил-кофермент A , (ацетил-КоА) и высвобождая энергию в процессе.

Стадия 3 — Сохраненная энергия

Наконец, ацетильная группа КоА окисляется до воды и диоксида углерода в цикле лимонной кислоты и цепи переноса электронов. В этом процессе накопленная энергия высвобождается за счет восстановления кофермента никотинамидадениндинуклеотида (NAD +) в NADH .

Этапы катаболизма. Предоставлено: библиотеки LibreTexts, CC BY-NC-SA 3.0.

Катаболизм против анаболизма

А именно, цель двух ветвей метаболизма., катаболизм и анаболизм , полностью противоположны друг другу. Анаболические процессы — это построение процессов метаболизма, в которых простые молекулы преобразуются в сложные молекулы , тогда как катаболический процесс — это процессы распада, в которых сложные молекулы распадаются на простые молекулы вместе с высвобождением энергии . Основные различия между катаболизмом и анаболизмом перечислены в таблице ниже.

Таблица 1: Ключевые различия между катаболизмом и анаболизмом
Анаболизм	Катаболизм
Создание или конструктивная ветвь метаболизма	Разрушение или деструктивная ветвь метаболизма
Сложные молекулы образуются из более простые	Сложные молекулы распадаются на более простые
В этом процессе накапливается энергия.	В этом процессе выделяется энергия
Эндергоническая реакция i.е. поглощается тепло	Экзергоническая реакция, т.е. выделяется тепло
Кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.	Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую.
Это важно для роста, сохранения и хранения.	Это необходимо для получения энергии для выполнения различных жизненно важных функций живых существ.
Анаболизм не использует кислород, т.е. анаэробный	Катаболизм использует кислород i.е., аэробный
Функционален, даже когда тело находится в фазе отдыха или сна.	Функционален, когда тело находится в активном состоянии
Немногие прекурсоры образуют различные типы продуктов, т.е. расходятся реакции	Большое количество сложных молекул упрощается до обычных типов небольших и простых молекул, т.е. сходящихся реакций
Некоторые из анаболических гормонов — эстроген, тестостерон, гормоны роста и инсулин.	Некоторые из катаболических гормонов — адреналин, цитокин, глюкагон и кортизол.
Синтез полипептидов из аминокислот, гликогена из глюкозы и триглицеридов из жирных кислот — некоторые из анаболических процессов.	Распад белков на аминокислоты, гликогена на глюкозу и триглицеридов на жирные кислоты являются одними из катаболических процессов.
Обычно встречающиеся реакции — конденсация и восстановление.	Обычно встречающиеся реакции — гидролиз и окисление.

Образное представление анаболических и катаболических процессов.Источник: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

Метаболизм относится ко всем химическим реакциям, участвующим в превращении одной молекулы в другую. Его можно разделить на две категории: катаболизм и анаболизм . Катаболизм относится к процессам, которые включают серию разрушающих химических реакций, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы. При этом часто выделяет энергию. Таким образом, катаболизм включает деструктивные метаболические процессы.Напротив, анаболизм — это конструктивный метаболизм, поскольку он включает создание или синтез сложных молекул, которые в конечном итоге образуют ткани и органы.

Катаболические гормоны

Катаболизм — это механизм нарушения метаболических процессов. В катаболических процессах участвуют многие важные ферменты. Некоторые гормоны также обладают катаболическим действием. Это:

Адреналин : Также известен как эпинефрин .Этот гормон вырабатывается надпочечниками. Он ускоряет частоту сердечных сокращений и отвечает за реакцию «бей или беги» в стрессовых или чрезвычайных ситуациях.
Кортизол: Также известен как гормон стресса. Он также вырабатывается надпочечниками и выделяется при тревоге, нервозности. Повышает уровень сахара в крови и артериальное давление.
Глюкагон : Этот гормон вырабатывается поджелудочной железой. Этот гормон необходим для расщепления гликогена на глюкозу.Глюкагон хранится в печени. Слаборазвитые состояния или состояния, требующие энергии, такие как борьба, упражнения, высокий уровень стресса. Печень стимулирует высвобождение гликогена
Цитокины : использование аминокислот для различных функций организма вызывает высвобождение цитокинов. Цитокины — это своего рода связывающие белки между клетками.

Примеры катаболизма у эукариот

Какие примеры катаболизма? По сути, во время катаболизма сложные молекулы, такие как белки, полисахариды и жиры, расщепляются на небольшие молекулы, такие как аминокислоты, моносахариды и жирные кислоты.Вот некоторые из основных или ключевых катаболических процессов:

Цикл лимонной кислоты, гликолиз, липолиз, окислительное дезаминирование и окислительное фосфорилирование являются ключевыми примерами катаболических реакций, которые происходят во всех эукариотических клетках.

Цикл Кребса / Цикл лимонной кислоты / Цикл TCA

Цикл Кребса, названный в честь открывшего его ученого сэра Ганса Кребса (1900–1981), также известен как цикл трикарбоновой кислоты (TCA). Сэр Ханс Креб был удостоен Нобелевской премии по медицине (1937).Цикл Креба — это 8-ступенчатая циклическая реакция, протекающая в митохондриальном матриксе эукариот и цитоплазме прокариот.

Ключевым источником энергии в цикле TCA является ацетил-CoA, который окисляется до CO2 и h3O внутри митохондриального матрикса вместе с одновременным восстановлением NAD до NADH и FAD до FADH ₂. NADH и FADH ₂ известны как восстанавливающие эквиваленты в цикле TCA.

3 молекулы НАДН и одна молекула обоих впоследствии используются для генерации АТФ в цепи переноса электронов.

При окислении НАДН приводит к образованию 3 молекул АТФ, тогда как FADH ₂ дает 2 молекулы АТФ.

Цикл TCA — это общий путь окисления углеводов, белков и жиров. Один цикл Креба или цикл TCA приводит к образованию семи продуктов: GTP, 3 NADH, 3FADH ₂, 2 CO ₂.

Его также иногда классифицируют как амфиболический путь , поскольку он является частью как катаболического пути, так и анаболического пути.Процесс восполнения промежуточных звеньев цикла Креба известен как анаплероз .

Ключевые восемь промежуточных продуктов цикла Креба / цикла TCA: цитрат, изоцитрат, оксоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота).

Ключевыми ферментами, участвующими в цикле TCA / Kreb, являются яблочная дегидрогеназа , α-кетоглутаратдегидрогеназа, цитратсинтаза, фумараза, и конитаза .

Гликолиз или катаболизм сахара

Гликолиз — это катаболический процесс, который происходит во всех эукариотических клетках.Распад или лизис глюкозы до пировиноградной кислоты в аэробных условиях, тогда как в анаэробных условиях глюкоза превращается в молочную кислоту. Анаэробный гликолиз также известен как путь Эмбдена-Мейерхофа (EMP).

Когда уровень клеточного АТФ низкий, в цитозоле клетки инициируется гликолиз. Гликолиз далее делится на две стадии:

Подготовительная фаза : Здесь одна молекула глюкозы превращается в две молекулы D-глицеральдегид-3-фосфата, который в конечном итоге превращается во фруктозо-6-дифосфат.Наконец, на стадии I фруктозо-6-дифосфат образует 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата.
Энергетические фазы e: В этой фазе выделяется органический фосфат для синтеза АТФ. Глицеральдегид на первой стадии окисляется и фосфорилируется с образованием 1,3-дифосфоглицерата, который в конечном итоге образует пировиноградную или молочную кислоту в зависимости от наличия кислорода. 2 АТФ образуются при анаэробном гликолизе глюкозы, в то время как аэробный гликолиз может привести к образованию до 38 молекул АТФ.

Метаболизм глюкозы с помощью этого пути происходит во всех клетках организма. Аэробный гликолиз происходит в головном мозге, тогда как анаэробный гликолиз происходит в эритроцитах из-за отсутствия митохондрий. Этот цикл в эритроцитах также известен как цикл Rapaport-Lumbering . Распад гликогена запускает процесс гликолиза в мышцах человека. Однако клетки мозга не хранят гликоген и, следовательно, зависят от уровня глюкозы в крови, чтобы инициировать гликолиз.

Скелетные мышцы человека подвергаются аэробному гликолизу почти 90% времени, а также в нормальных условиях. Однако сильные мышечные сокращения и упражнения вызывают анаэробный гликолиз.

Липолиз или катаболизм жирных кислот

Липолиз — это расщепление триглицеридов с выделением энергии. В этом процессе триацилглицерин (ТАГ), хранящийся в каплях клеточных липидов, подвергается гидролитическому расщеплению с образованием неэтерифицированных жирных кислот. Эти неэтерифицированные жирные кислоты впоследствии используются в качестве субстрата для производства энергии, незаменимых предшественников для синтеза липидов и мембран или медиаторов клеточных сигнальных процессов.

Липиды или триглицериды гидролизуются до свободных жирных кислот и глицерина. Полученный глицерин впоследствии становится частью гликолиза, в то время как образующиеся жирные кислоты далее расщепляются бета-окислением с высвобождением ацетил-КоА. Этот ацетил-Co-A является ключевым компонентом цикла лимонной кислоты.

Окисление жирных кислот высвобождает больше энергии, чем углеводы. Это потому, что углеводы содержат больше кислорода в своей структуре. Этот процесс имеет ключевое значение для энергетического и липидного гомеостаза организма.

Основными ферментами, участвующими в процессе липолиза, являются липопротеинлипаза и гормоночувствительная липаза . Эпинефрин , глюкагон или адренокортикотропный гормон (АКТГ) являются ключевыми гормонами, стимулирующими липолиз.

Полное окисление жирных кислот, особенно триглицеридов, дает максимальное количество АТФ (энергии на грамм), и, следовательно, жирная кислота является основной формой хранения топлива для большинства животных.

Окислительное дезаминирование и трансаминирование (катаболизм белков)

Катаболизм аминокислот происходит посредством трансаминирования и окислительного дезаминирования аминокислоты, что приводит к образованию метаболизируемой формы аминокислоты. Окислительное дезаминирование и трансаминирование являются двумя ключевыми стадиями катаболизма белков или аминокислот.

Отделение аминогруппы от углеродного скелета аминокислот осуществляется в процессе трансаминирования.Передача аминогруппы происходит между аминокислотой и α-кетокислотой, что приводит к превращению α-кетокислоты в аланин, аспартат или глутамат соответственно. Процесс трансаминирования осуществляется трансаминазами или аминотрансферазами и коферментом пиридоксальфосфатом. Образовавшийся углеродный скелет в конечном итоге используется в анаболическом процессе.

При окислительном дезаминировании удаление аминогруппы в аминокислоте приводит к образованию соответствующей кетокислоты. Эта реакция происходит в печени.Функциональная аминогруппа заменяется кетонной группой, и в качестве побочного продукта образуется аммиак.

В конце концов, этот токсичный аммиак нейтрализуется в мочевину через цикл мочевины. Аминокислота глутаминовая кислота , конечный продукт многих реакций трансаминирования, подвергается действию фермента глутаматдегидрогеназы (GDH) вместе с коферментами NAD или NADP, что приводит к образованию α-кетоглутарата (α-KG ) и аммиак .

Моноаминоксидаза — другой ключевой фермент окислительного дезаминирования моноаминов.

Окислительное фосфорилирование

В митохондриях перенос электронов от NADH или FADH ₂ к O ₂ с помощью ряда электронных переносчиков приводит к образованию АТФ. Этот процесс известен как окислительное фосфорилирование и является основным источником АТФ в аэробных организмах.

Разрушение мышечной ткани или катаболизм мышц

Более высокая скорость разложения белка по сравнению с его синтезом стимулирует разрушение ткани скелетных мышц.Это полностью катаболическое состояние организма. Это может произойти в случаях старения, недоедания или болезненных состояний, таких как сепсис, рак, СПИД, диабет и почечная недостаточность.

Продолжительное состояние разрушения мышечной ткани или мышечной атрофии может привести к отказу органа и быть опасным для жизни. Аминокислоты из запасов белка, особенно в мышечной ткани, попадают в кровь.

Эти аминокислоты превращаются в печени в альфа-кетокислоты. Альфа-кетокислоты превращаются в глюкозу, чтобы удовлетворить потребность в глюкозе в крови.

Примеры катаболизма у прокариот

Прокариоты также нуждаются в энергии и углероде для своего существования. Большинство прокариот зависят от других организмов для получения энергии и углерода, то есть от хемогетеротрофов. Эти потребности в углероде и энергии прокариот удовлетворяются посредством:

Углеродный метаболизм: Создание органических молекул из углерода внутри клеток,
Энергетический метаболизм: Используется для роста

На основе источника углерода, прокариоты можно классифицировать как

Автотрофы — использовать углерод из углекислого газа. Фотоавтотрофы — производители пищи, которую они готовят с помощью света.
Гетеротрофы — используют углерод других живых организмов
Литотрофы — используют неорганические субстраты

На основе энергетического метаболизма прокариоты классифицируются как:

Фототрофные организмы : используют химическую энергию солнечного света и в камерах.
Хемотрофные организмы : используют органические или неорганические молекулы для снабжения клетки энергией.

Таким образом, все организмы можно разделить на четыре основные категории

Фотогетеротрофы : используют энергию солнечного света и преобразуют ее в химическую энергию в клетках, используя углерод других организмов. Примерами являются пурпурно-зеленые бактерии, несернистые бактерии и гелиобактерии.
Хемогетеротрофы : получают энергию и углерод из органических источников. (Этот режим распространен среди эукариот, например, людей.)
Фотоавтотрофы: используют солнечный свет и углекислый газ в качестве источника углерода, например.грамм. цианобактерии.
Хемоавтотрофы: используют неорганические молекулы для энергоснабжения клетки и диоксид углерода в качестве источника углерода. Примерами являются прокариоты, которые расщепляют сероводород и аммиак.

Примеры катаболизма у прокариот:

Азот является макроэлементом, который необходим для всех жизненных процессов и компонентов, а именно белка, нуклеиновой кислоты и т. Д. Прокариоты перерабатывают органические соединения окружающей среды с образованием аммиака, ионов аммония, нитратов и т.д. нитрит и газообразный азот с помощью многочисленных процессов.Прокариоты являются неотъемлемой частью азотного цикла. Растения с помощью прокариот переводят азот окружающей среды в пригодную для использования форму (аммиак). Этот процесс известен как азотфиксация. Почвенные микроорганизмы, называемые диазотрофами, которые включают бактерии, такие как Azotobacter и археи, осуществляют азотфиксацию.
При разложении азотсодержащих органических соединений образуется аммиак. Некоторые прокариоты проводят нитрификацию путем анаэробной катаболизации аммиака с образованием N ₂.В основном при нитрификации аммоний превращается в нитрит и нитрат. Nitrosomonas — почвенная бактерия, осуществляющая нитрификацию. Nitrosomonas , Nitrobacter, и Nitrospira окисляют и превращают Nh5 + в нитрит (NO ₂ -). В этом процессе реакции высвобождается энергия, которая используется бактериями. Обратный процесс также выполняется бактериями посредством процесса, известного как денитрификация, превращая нитраты из почв в газообразные соединения, такие как N ₂ O, NO и N ₂.
Бактерии и грибы осуществляют разложение растений и животных и их органических соединений и составляют семейство разложителей. Одним из основных источников углекислого газа в окружающей среде является микробное разложение мертвого материала.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы узнали о катаболизме.

Общая характеристика обмена веществ

Помогите пожалуйста СРОЧНО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Тест Тесты по теме 1.6 «Обмен

Основные закономерности метаболических процессов в организме человека. Часть 1.

Общая характеристика обмена веществ.

Узнать еще:

Метаболизм | справочник Пестициды.ru

Cхема метаболических процессов

Процессы метаболизма

Превращение сульфооксида в сульфон

Метаболизм пестицидов

Окисление тионофосфатов

Близкие статьи

Ссылки:

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Анаболизм, анаболические реакции — Справочник химика 21

Введение в обмен веществ, энергетический обмен. Тканевое дыхание. ЦПЭ. Окислительное фосфорилирование

Обзор метаболических реакций | Анатомия и физиология II

Цели обучения

Катаболические реакции

Анаболические реакции

Гормональная регуляция обмена веществ

Нарушения метаболических процессов: синдром Кушинга и болезнь Аддисона

Реакции окисления-восстановления

Обзор главы

Самопроверка

Вопросы о критическом мышлении

Глоссарий

Функции и требования человеческой жизни

Цели обучения

Метаболизм

Потребности в выживании

Питательные вещества

Кислород

Вода

Температура тела

Ежедневное подключение

Атмосферное давление

Гомеостатический дисбаланс

Метаболизм (для подростков) — Nemours Kidshealth

Что такое метаболизм?

Как работает метаболизм?

Что контролирует метаболизм?

4.1 Энергия и метаболизм — Концепции биологии — 1-е канадское издание

Цели обучения

Концепция в действии

Концепция в действии

Концепция в действии

Через призму коренных народов

Подавление обратной связи в метаболических путях

Глоссарий

4.1: Обзор метаболизма — Medicine LibreTexts

Катаболизм: Разрушение

Анаболизм: Здание

Накопитель энергии

Основные выводы

Обсуждение стартеров

Резюме — Биохимия — Книжная полка NCBI

Метаболизм состоит из множества связанных, взаимосвязанных реакций

Окисление углеродного топлива — важный источник энергии клеток

Метаболические пути содержат много повторяющихся мотивов

Ключевые термины

Определение катаболизма и примеры — онлайн-словарь биологии

Определение катаболизма

Стадии катаболизма

Стадия 1 — стадия переваривания

Стадия 2 — высвобождение энергии

Стадия 3 — Сохраненная энергия

Катаболизм против анаболизма

Катаболические гормоны

Примеры катаболизма у эукариот

Цикл Кребса / Цикл лимонной кислоты / Цикл TCA

Гликолиз или катаболизм сахара

Липолиз или катаболизм жирных кислот

Окислительное дезаминирование и трансаминирование (катаболизм белков)

Окислительное фосфорилирование

Разрушение мышечной ткани или катаболизм мышц

Примеры катаболизма у прокариот

Добавить комментарий Отменить ответ