Кировская государственная медицинская академия Кафедра химии ВВЕДЕНИЕ В

Кировская государственная медицинская академия Кафедра химии ВВЕДЕНИЕ В ОБМЕН ВЕЩЕСТВ. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ПУТИ. Зав. кафедрой доктор медицинских наук, профессор Петр Иванович ЦАПОК

ПИЩА • Люди и живые существа устроены очень сложно. И эта сложность поддерживается пищей, потребляемой организмом и в нем перерабатываемом.

По источникам питания живые организмы классифицируют: • АВТОТРОФЫ и ГЕТЕРОТРОФЫ • Автотрофы используют СО 2 для построения углеродсодержащих веществ. • Гетеротрофы используют синтезированные органические соединения.

В растениях n. CO 2 + n. H 2 O (C 6 H 12 O 6) + n. O 2 энергия солнечного излучения ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ В ХИМИЧЕСКУЮ

В организме животных Орган. SH 2 + ½ O 2 -- -> Окисл. S + H 2 O Высвобождается избыточная энергия е. В биосфере автотрофы и гетеротрофы сосуществуют как участники единого гигантского цикла. Источником энергии служит солнечный свет.

По отношению к источникам энергии клетки классифицируют • ФОТОТРОФЫ используют солнечный свет • ХЕМОТРОФЫ получают энергию в результате окислительновосстановительных реакций

Хемоорганотрофы и хемолитотрофы • Хемотрофы, у которых донорами электронов могут служить только сложные органические молекулы (напр. , глюкоза) наз. ХЕМООРГАНОТРОФЫ. Организмы, использующие в качестве доноров электронов простые молекулы: H 2, S, H 2 S, NH 3 наз. ХЕМОЛИТОТРОФЫ.

По отношению к кислороду • ХЕМООРГАНОТРОФЫ , которые используют в качестве конечного акцептора электронов молекулярный кислород наз. АЭРОБЫ. • ХЕМООРГАНОТРОФЫ , которые используют в качестве конечного акцептора электронов какие-нибудь др. в-ва наз. АНАЭРОБЫ.

Клетка как основной структурный элемент живой материи – Клетки являются обязательными структурными элементами всех известных живых организмов. Клетки разнообразны по своим размерам, форме, внутренней структуре и функции. Огромное разнообразие клеток существует в виде одноклеточных организмов.

Клетка В многоклеточных организмах клетки специализированы: большое число различных типов клеток может существовать внутри одного организма. В организме человека число типов превышает двухсот.

Основные принципы химической логики клеток: • Живая клетка — это способная к самосборке, саморегуляции и самовоспроизведению изотермическая система органических молекул, извлекающая свободную энергию и сырьевые ресурсы из окружающей среды.

Основные принципы химической логики клеток: В клетке протекает множество последовательных биохимических реакций, ускоряемых биокатализаторами (ферментами), которые производит сама клетка.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ • Это совокупность хим. реакций, протекающих в живых организмах, включая усвоение веществ, поступающих извне(ассимиляция) и их расщепление (диссимиляция) с образованием конечных продуктов.

Обмен веществ – 3 этапа 1 -й: Внешний обмен – поступление веществ в организм (питание и дыхание) 2 -й: Промежуточный обмен(в клетках) МЕТАБОЛИЗМ 3 -й: Выделение продуктов метаболизма

Поступление веществ • Поступление веществ в организм происходит в результате дыхания питания и пищеварения. • МЕТАБОЛИЗМ состоит из двух фаз: катаболизма и анаболизма

КАТАБОЛИЗМ • Это ферментативное расщепление сравнительно крупных пищевых молекул – У, Ж и Б –за счет реакций ОКИСЛЕНИЯ • Сопровождается выделением свободной энергии и запасанием ее в форме АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

МАКРОЭРГИ • Химические связи, гидролиз которых характеризуется значениями ∆G°' порядка – 7 ккал/моль и выше, в биохимии называют макроэргическими связями. К их числу относят и пирофосфатные группы в нуклеозидтрифосфатах, и в том числе и АТР. Сами соединения, обладающие такими связями, называют макроэргами.

Нуклеозидтрифосфаты

Роль АТФ • Синтез полимеров требует притока энергии. Клетка использует свободную энергию высокоэнергетических связей. Во всех живых организмах такими связями являются Р–О–Р-связи остатка аденозинтрифосфата (ATP).

• При гидролизе АТР до ADP или AMP высвобождается энергия, которая и обеспечивает протекание всех энергетических процессов в клетке.

АДЕНИЛАТНАЯ СИСТЕМА • АТФ и продукты ее гидролиза – АДФ, АМФ, Фн, ФФН • Аккумулятор энергии • «Зарядка аккумулятора» АДФ + Фн (Е 1 ) = АТФ + Н 2 О «Разрядка аккумулятора» АТФ + Н 2 О (Е 2) = АДФ + Фн

АТФ • За сутки в организме образуется и распадается около 60 кг АТФ. • Однако запас АТФ в клетке может обеспечить энергией работу клетки лишь несколько секунд.

АНАБОЛИЗМ • Это ферментативный синтез крупных клеточных компонентов (Б, Ж, У, НК) из простых предшественников; • Потребление энергии – АТФ, НАДФН 2

НАДН 2

4 Функции метаболизма: • 1. Извлечение энергии из окружающей среды; • 2. Превращение экзогенных веществ в «строительные блоки» ;

4 Функции метаболизма: 3. Сборка Б, НК, Ж и др. клеточных компонентов из этих «строительных блоков» ; • 4. Синтез и распад тех биомолекул, которые необходимы для выполнения специфических функций данной клетки.

Отличительные особенности живой материи • Объекты живой природы состоят из «неживых» молекул, которые подчиняются всем законам физики и химии. Однако, живые организмы обладают уникальными свойствами, отсутствующими в скоплениях неживых молекул.

Отличительные особенности живых организмов • Первая особенность — это их сложность и высокая степень организованности. • Вторая особенность: любая составная часть организма имеет специальное назначение и выполняет строго определенную функцию.

Отличительные особенности живой материи • Третья особенность: живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей их среды — либо в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии солнечного излучения.

Отличительные особенности живой материи • Неживая материя, напротив, неспособна к целенаправленному использованию энергии для поддержания своей структуры и выполнения работы, она постепенно разрушается и со временем переходит в неупорядоченное состояние.

Отличительные особенности живой материи • Но самая поразительная особенность живых организмов — это их способность к точному самовоспроизведению — свойство, которое можно считать поистине квинтэссенцией живого состояния.

Клетка как химический реактор • Живая клетка является химическим реактором, в котором протекает одновременно более тысячи химических реакций. Большинство процессов - это цепи последовательных реакций от 2 до 20 стадий.

КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ • Жизнедеятельность клетки невозможна без строгой организации всех этих процессов и разделения в пространстве несовместимых процессов.

• Организация процессов метаболизма включает образование сложных надмолекулярных структур, которые обеспечивают протекание сложных метаболических процессов (напр. , рибосомы), часть процессов протекает не в цитоплазме, а в ферментных структурах включений.

• Для процессов, несовместимых с цитоплазматическими, в клетке существуют образования: ядро, лизосомы, митохондрии и др. Разделение в пространстве отдельных метаболических процессов называют компартментализацией.

Компартментализация некоторых важных ферментов и метаболических путей в живой клетке.

Митохондрия