МЕТАБОЛИЗМ ОБЩИЙ ОБЗОР Введение Всю совокупность ферментативных

МЕТАБОЛИЗМ ОБЩИЙ ОБЗОР

Введение Всю совокупность ферментативных реакций, протекающих в клетке мы объединяем общим понятием метаболизм. 2

Функции метаболизма 1) снабжение химической энергией, которая добывается путем расщепления богатых энергией пищевых веществ, поступающих в организм из среды, или путем преобразования улавливаемой энергии солнечного света; 2) превращение молекул пищевых веществ в строительные блоки, которые используются в дальнейшем клеткой для построения макромолекул; 3

Функции метаболизма 3) сборку белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов и прочих клеточных компонентов из этих строительных блоков; 4) синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения какихлибо специфических функций данной клетки. 4

Круговорот углерода Автотрофные клетки ( «сами себя питающие» ) могут использовать в качестве единственного источника углерода атмосферный СО 2, из которой они и строят все свои углеродсодержащие биомолекулы. 5

Круговорот углерода Гетеротрофные клетки ( «питающиеся за счет других» ) не обладают способностью усваивать атмосферную СО 2; они должны получать углерод в виде достаточно сложных органических соединений, таких, как, например, глюкоза. 6

Круговорот углерода 7

Круговорот углерода Аэробы живут в среде, содержащей кислород, и окисляют органические питательные вещества молекулярным кислородом. Анаэробам для окисления питательных веществ кислород не требуется; они обитают в бескислородной среде. Факультативные анаэробы Облигатные анаэробы 8

Круговорот азота Симбиотическая фиксация азота Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов. Денитрифицирующие бактерии вновь превращают нитраты в аммиак. 9

Круговорот азота 10

Круговорот азота 11

Метаболические пути представляют собой последовательности реакций, катализируемых мультиферментными системами 12

Метаболические пути Линейный метаболический путь. Предшественник А превращается в продукт Е в результате четырех последовательных ферментативных реакций. Продукт одной ферментативной реакции служит при этом субстратом следующей. 13

Метаболические пути Циклический путь. Именно таким путем происходит окисление ацетильных групп до СО 2 и Н 2 О в цикле лимонной кислоты. 14

Катаболизм и анаболизм Катаболизм – это фаза, в которой происходит расщепление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Аденозинтрифосфата (АТР) Никотинамидадениндинуклеотидфосфат, (NADPH) 15

Катаболизм и анаболизм 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. 16

Катаболизм и анаболизм 17

Катаболизм 18

Катаболизм и анаболизм Сходящиеся катаболитические пути Расходящиеся биосинтетические пути – из небольшого числа предшественников образуется много разных продуктов Конечные продукты метаболизма Предшественники продуктов биосинтеза 19

Катаболизм и анаболизм 20

Катаболизм и анаболизм 21

Катаболизм и анаболизм Пространственное разделение противоположно направленных метаболических путей. Окисление жирных кислот происходит в основном в митохондриях, между тем как их синтез, для которого требуется восстановительная способность, протекает в цитозоле 22

Энергетика катаболизма и анаболизма Аденозинтрифосфат (ATP) в ионизированной форме при р. Н 7, 0. 23

Энергетика катаболизма и анаболизма 24

Энергетика катаболизма и анаболизма 1. АТР поставляет энергию для химической работы биосинтеза. 2. АТР служит источником энергии для процессов движения и сокращения. 3. За счет энергии АТР происходит перенос питательных веществ через мембраны против градиента концентрации. 4. Энергия АТР используется в очень тонких механизмах, обеспечивающих передачу генетической информации при биосинтезе ДНК, РНК и белков; сама информация есть, в сущности, одна из форм энергии. 25

NADPH переносит энергию в форме восстановительной способности 26

NADPH переносит энергию в форме восстановительной способности Цикл NADP+ и NADPH, при помощи которого совершается передача восстановительной способности от катаболических 27 реакций к анаболическим

Клеточный метаболизм Регуляция катаболического пути по типу обратной связи, т. е. за счет ингибирования аллостерического фермента конечным продуктом данного процесса. Буквами J, К, L и т. д. обозначены промежуточные продукты данного метаболического пути, а буквами Е 1, Е 2, Е 3 и т. д. - ферменты, катализирующие отдельные стадии. Первая стадия катализируется аллостерическим ферментом (Е 1), который ингибируется конечным продуктом данной последовательности реакций. Аллостерическое ингибирование показано прерывистой красной стрелкой, которая соединяет ингибирующий метаболит с реакцией, катализируемой аллостерическим ферментом. Регулируемая стадия (катализируемая ферментом E 1) в условиях клетки обычно представляет собой практически необратимую 28 реакцию.

Клеточный метаболизм 29

Клеточный метаболизм Индукция ферментов. Высокая внутриклеточная концентрация субстрата А может стимулировать биосинтез ферментов Е 1, Е 2 и Е 3. Содержание этих ферментов в клетке возрастает, и тем самым создается возможность для ускорения тех реакций, в результате которых избыток субстрата А удаляется. Избыток субстрата А служит, следовательно, для клеточного ядра сигналом, вынуждающим его «включить» гены, контролирующие образование ферментов Е 1, Е 2 и Е 3. Включение генов означает синтез соответствующей матричной РНК; она поступает в рибосомы, и вследствие этого в них осуществляется синтез ферментов Е 1 Е 2 и Е 3. 30