Cellmetabolism

• Produkter

Cellmetabolism

Metabolism är en uppsättning processer av biosyntes och splittring av komplexa organiska substanser i cellen och kroppen.

Anabolism - plastmetabolism, assimilering, biosyntes av organiska ämnen (organiska ämnen syntetiseras - proteiner, fetter, kolhydrater), energi är förbrukad (ATP konsumeras), fotosyntes, kemosyntes, proteinbiosyntes.

Katabolism - energimetabolism, dissimilering, sönderdelning av organiska ämnen (organiska ämnen delas upp i CO2 och H2O, energi frigörs och lagras i form av ATP, cellulär respiration (energimetabolism i cellen)).

Typer av näring (metoder för att erhålla energi av ATP)

Autotrofer - kunna skapa organiska ämnen från oorganiska.

Det finns fototrofer (använd solenergi för biosyntes, växter och blågröna alger - cyanobakterier) och kemotrofer (använd energi av kemiska bindningar för biosyntes, svavelbakterier, järnbakterier, kvävefixerande, nitrifierande och vätebakterier).

Heterotrophs - använd färdiga organiska ämnen.

Det finns saprotrofer (levande på bekostnad av en annan levande organism, foder på dess juice, vävnader eller smält mat, upprepade gånger utan att döda, permanent eller tillfälligt använd värdorganismen som livsmiljö, bakterier, svampar, växter, djur och virus).

Kirilenko A. A. Biology. Unified State Exam. Avsnitt "Molekylärbiologi". Teori, träningsuppgifter. 2017.

Metabolism (metabolism) - en uppsättning kemiska reaktioner som uppträder i en levande organism för normal funktion.

Metabolism består av nedbrytning av ämnen (energiomsättning) och sammansättning av ämnen (plastmetabolism).

Plastmetabolism (anabolism, assimilering) är en kombination av syntesreaktioner som uppträder med konsumtionen av ATP-energi.

Resultat: De näringsämnen som kommer in i cellen, proteiner, fetter, kolhydrater, som används för att skapa nya celler, deras organ och den intercellulära substansen, är karaktäristiska för kroppen.

Energimetabolism (katabolism, dissimilering) - en uppsättning decayreaktioner, vanligen förekommande med utsläpp av energi i form av värme och i form av ATP.

Resultat: Komplexa ämnen sönderdelas till enklare (differentiering) eller oxidation av ett ämne.

Metabolism syftar till bevarande och självreproduktion av biologiska system.

Det innefattar införandet av ämnen i kroppen i näring och andning, intracellulär metabolism och frisättning av slutprodukter av metabolism.

Metabolism är oupplösligt kopplad till omvandlingen av vissa typer av energi till andra. I ljuset av fotosyntes lagras exempelvis ljusenergi i form av kemiska bindningar av komplexa organiska molekyler, och i andningsförloppet frigörs det och används på syntesen av nya molekyler, mekaniskt och osmotiskt arbete, släppt i form av värme etc.

Enzymer är biologiska katalysatorer av protein natur som kontrollerar kemiska reaktioner i levande organismer.

Enzymer minskar aktiveringsenergin för kemiska reaktioner, vilket väsentligt accelererar deras förekomst eller gör dem grundläggande möjliga.

Enzymer kan vara antingen enkla eller komplexa proteiner, som förutom proteindelen innefattar icke-proteinkofaktor eller koenzym.

Enzymer skiljer sig från icke-proteinkatalysatorer genom deras höga specificitetsförmåga: varje enzym katalyserar specifika transformationer av en viss typ av substrat.

Aktiviteten av enzymer i levande organismer regleras av flera mekanismer:

- genom att interagera med regulatoriska proteiner, regulatorer med låg molekylvikt och joner

- genom att ändra reaktionsbetingelserna, såsom fackets pH

Stages of energy metabolism

1. Förberedande

Det utförs av enzymer i mag-tarmkanalen, lysosom enzymer. Den frigjorda energin släpps ut som värme. Resultat: uppdelning av makromolekyler till monomerer: fetter till fettsyror och glycerin, kolhydrater till glukos, proteiner till aminosyror, nukleinsyror till nukleotider.

2. Anaerobt (anoxiskt) stadium eller glykolys (oftast är substratet för reaktionen glukos)

Plats naturligtvis: cytoplasma av celler.

Resultatet: klyvning av monomerer till mellanprodukter. Glukos förlorar fyra väteatomer, det vill säga oxideras, med bildandet av två molekyler pyruvinsyra, två molekyler av ATP och två molekyler förnyad NADH + H +.

Med brist på syre omvandlas den bildade pyruvinsyran till mjölksyra.

3. Aerob (syre) stadium eller vävnad (cellulär) andning

Oxidation av intermediära föreningar till slutprodukter (CO2 och H2O) med frisättning av en stor mängd energi.

Krebs-cykeln: omvandlingens essens består i stegvis dekarboxylering och dehydrogenering av pyruvsyra, under vilken ATP, NADH och FADH2 bildas. I efterföljande reaktioner överför den energirika NADH och FADH2 sina elektroner till elektrontransportkedjan, vilket är ett multienzymkomplex av den inre ytan av mitokondriella membran. På grund av elektronens rörelse längs bärarkedjan bildas ATP. 2 ^ H6O3 + 6O2 + 36F + 36 ADP → 6CO2 + 42H20 + 36ATF

Pyruvsyra (mjölksyra) reagerar med oxaloättiksyra (oxaloacetat) för att bilda citronsyra (citrat), som genomgår en serie konsekutiva reaktioner, omvandlas till andra syror. Som ett resultat av dessa omvandlingar bildas oxaloättiksyra (oxaloacetat), som reagerar igen med pyruvsyra. Fri väte kombinerar med NAD (nikotinamidadenindinukleotid) för att bilda föreningen NADH.

Källa: "Biologi i ordningar, termer, tabeller" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Källa: Biologi. De 100 viktigaste ämnena i V.Yu. Jameev 2016

Genetisk information i cellen

Biosyntes av protein och nukleinsyror

Genomet - en uppsättning arvsmaterial som finns i kroppens cell.

Genetisk (ärftlig) information kodas som en sekvens av DNA-nukleotider, och i vissa virus - RNA.

Det eukaryotiska genomet är lokaliserat i kärnan, mitokondrier och i växter även i plastider.

Mitokondrier och plastider är relativt autonoma, men en del av mitokondriella och plastidproteinerna kodas av kärngenomet.

En gen är en elementär enhet av genetisk information. En gen är en DNA-region som kodar för en proteinsekvens (polypeptider) eller funktionellt RNA.

Egenskaper hos den genetiska koden

Genetisk kod

1) triplett - varje aminosyra motsvarar ett triple nukleotid-DNA (RNA) -kodon; 2) entydig - en triplett kodar endast en aminosyra;

3) degenerera - flera olika tripletter kan koda en aminosyra;

4) universell - en för alla organismer som finns på jorden;

5) överlappar varandra inte - kodon läses efter varandra, från en specifik punkt i en riktning (en nukleotid kan inte ingå i två intilliggande trippar samtidigt);

6) mellan generna finns "delande tecken" - områden som inte bär genetisk information, men separerar bara några gener från andra. De kallas distanshållare.

Stopkodonerna i UAAA, UAG, UGA betecknar termineringen av syntesen av en polypeptidkedja, tripleten av AUG bestämmer stället för uppkomsten av syntesen av nästa.

Källor: Biologi av de 100 viktigaste ämnena i V.Yu. Jameev 2016

"Biologi i ordningar, termer, tabeller" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Visuell referens. Biology. 10-11 klasser. Krasil'nikova

Vad är ämnesomsättning?

Aldrig tänkt på varför vissa människor äter allt (inte att glömma bullar och bakverk), medan de ser ut som om de inte har ätit i flera dagar, medan andra tvärtom ständigt räknar kalorier, sitter på dieter, går i träning hallar och kan fortfarande inte klara de extra punden. Så vad är hemligheten? Det visar sig att det hela handlar om ämnesomsättning!

Så vad är ämnesomsättningen? Och varför har människor som har en hög metabolisk reaktionshastighet aldrig lider av fetma eller övervikt? Med tanke på metabolism är det viktigt att notera följande: Detta är en metabolism som uppträder i kroppen och alla kemiska förändringar, från och med när näringsämnen träder in i kroppen tills de tas bort från kroppen till den yttre miljön. Metabolismen är alla reaktioner som sker i kroppen, tack vare vilka vävnads-, cellens strukturella element är byggda samt alla processer genom vilka kroppen får den energi som behövs för normalt underhåll.

Metabolism spelar en stor roll i våra liv, för att vi tack vare alla dessa reaktioner och kemiska förändringar får allt vi behöver från livsmedelsprodukter: fetter, kolhydrater, proteiner, vitaminer, mineraler, aminosyror, friska fibrer, organiska syror etc. d.

Metabolism kan genom sina egenskaper delas upp i två huvuddelar - anabolism och katabolism, det vill säga de processer som bidrar till skapandet av alla nödvändiga organiska ämnen och till de destruktiva processerna. Det vill säga, anabola processer bidrar till "omvandling" av enkla molekyler till mer komplexa. Och alla dessa dataprocesser är förknippade med energikostnaderna. Kataboliska processer, å andra sidan, släpper kroppen från slutprodukter av sönderdelning, som koldioxid, urea, vatten och ammoniak, vilket leder till utsläpp från energi, det vill säga vi kan grovt säga att urinmetabolism uppträder.

Vad är cellmetabolism?

Vad är cellulär metabolism eller levande cellmetabolism? Det är välkänt att varje levande cell i vår kropp är ett väl samordnat och organiserat system. Cellen innehåller olika strukturer, stora makromolekyler, som hjälper till att sönderfalla på grund av hydrolys (det vill säga splittra cellen under påverkan av vatten) i de minsta komponenterna.

Dessutom innehåller cellerna en stor mängd kalium och en hel del natrium, trots att cellmiljön innehåller mycket natrium och kalium, tvärtom, är mycket mindre. Dessutom är cellmembranet utformat på ett sådant sätt att det bidrar till penetration av både natrium och kalium. Tyvärr kan olika strukturer och enzymer förstöra denna strömlinjeformade struktur.

Och själva cellen är långt ifrån förhållandet mellan kalium och natrium. Denna "harmoni" uppnås endast efter döden av en man i dödsprocessen autolys, dvs nedbrytning eller nedbrytning i kroppen under påverkan av dess egna enzymer.

Vad är energi för celler?

Först och främst är cellens energi helt enkelt nödvändigt för att stödja systemets arbete, vilket är långt ifrån jämvikt. Därför att cellen var det normala för hennes tillstånd (även långt från jämvikt) är givetvis måste få nödvändiga energin för det. Och denna regel är ett oumbärligt villkor för normal cellfunktion. Tillsammans med detta finns också ett annat arbete som syftar till att interagera med miljön.

Om det till exempel sker en minskning av muskelceller eller i njursceller och även urin börjar bildas eller nervimpulser uppträder i nervceller och i celler som är ansvariga för mag-tarmkanalen, har utsöndringen av matsmältningsenzymer påbörjats eller hormonsekretion har börjat i celler endokrina körtlar? Eller, till exempel, började glödormcellerna glöda, och i fiskens celler fanns det till exempel utsläpp av el? För allt detta var det inte för detta och behöver energi.

Vad är energikällorna

I ovanstående exempel ser vi. Att cellen använder för sitt arbete den energi som erhålles på grund av strukturen av adenosintrifosfat eller (ATP). Tack vare henne är cellen mättad med energi, vars frisättning kan komma mellan fosfatgrupperna och tjäna ytterligare arbete. Men samtidigt, med enkel hydrolytisk brytning av fosfatbindningar (ATP) kommer den resulterande energin inte att bli tillgänglig för cellen, i detta fall kommer energin att slösas bort som värme.

Denna process består av två successiva steg. I varje sådant steg är en mellanprodukt involverad, vilken betecknas HF. I följande ekvationer betecknar X och Y två helt olika organiska substanser, bokstaven F betyder fosfat och förkortningen ADP avser adenosindifosfat.

Normalisering av ämnesomsättningen - denna term är nu starkt etablerad i vårt liv, och det har dessutom blivit en indikator på normal vikt, eftersom störningar i metaboliska processer i kroppen eller ämnesomsättningen ofta är förknippade med viktökning, övervikt, fetma eller dess bristfällighet. Identifiera mängden metaboliska processer i kroppen kan bero på testet på basis av utbytet.

Vad är huvudutbytet? Detta är en indikator på intensiteten i kroppens produktion av energi. Detta test utförs på morgonen på en tom mage, under passivitet, det är i vila. En kvalificerad tekniker åtgärdar (O2) syreupptag samt utskiljning av kroppen (CO2). När du jämför data, ta reda på hur många procent kroppen brinner inkommande näringsämnen.

Även hormonella systemet, sköldkörteln och endokrina körtlar påverkar aktiviteten hos metaboliska processer. Därför försöker läkare också identifiera och ta hänsyn till nivån på arbetet hos dessa hormoner i blodet och de tillgängliga sjukdomarna i dessa system när de upptäcker behandlingen av metaboliska sjukdomar.

De viktigaste metoderna för att studera metaboliska processer

Studier av metabolismen av en (vilken som helst) av näringsämnena, alla dess förändringar (förekommande med det) observeras från en form in i kroppen till det slutliga tillståndet, vid vilket det utsöndras från kroppen.

Metoder för metabolisk forskning idag är extremt olika. För detta ändamål används dessutom ett antal biokemiska metoder. En metod att studera metabolism är metoden att använda djur eller organ.

Testdjur administrerade en speciell substans, följt av dess urin och avföring upptäcka eventuella förändringar produkter (metaboliter) av ämnet. Den mest exakta informationen kan samlas in genom att undersöka metaboliska processer hos ett visst organ, till exempel hjärnan, leveren eller hjärtat. För att göra detta injiceras detta ämne i blodet, varefter metaboliterna hjälper till att identifiera det i blodet som kommer från detta organ.

Denna procedur är väldigt komplex och fylld med risk, eftersom de ofta använder sådana smittmetoder med den tunna nypa-metoden eller gör delar av dessa organ. Sådana sektioner placeras i speciella inkubatorer, där de hålls vid en temperatur (liknande kroppstemperatur) i speciella lösliga ämnen med tillsatsen av ämnet vars ämnesomsättning studeras.

Med denna metod för forskning inte är skadad celler, eftersom skivorna är så tunn att materialet fritt och lätt penetrerar cellen, och därefter lämnar dem. Det händer att det finns svårigheter som orsakas av en långsam passage av en speciell substans genom cellmembran.

I detta fall krossas vävnaderna för att förstöra membranerna, så att den speciella substansen inkuberar cellmassan. Sådana experiment visade att alla levande celler i kroppen kan oxidera glukos till koldioxid och vatten, och endast levervävnadsceller kan syntetisera urea.

Använd celler?

Enligt deras struktur representerar cellerna ett mycket komplext organiserat system. Det är välkänt att en cell består av en kärna, en cytoplasma, och i den omgivande cytoplasman finns det små organ som kallas organeller. De är olika i storlek och textur.

Tack vare speciella tekniker kommer det att vara möjligt att homogenisera cellens vävnader och sedan genomgå särskild separation (differentialcentrifugering), så att man får läkemedel som endast innehåller mitokondrier, endast mikrosomer, såväl som plasma eller klar vätska. Dessa läkemedel inkuberas separat med föreningen vars ämnesomsättning är under studie för att bestämma exakt vilka subcellulära strukturer som är involverade i successiva förändringar.

Det fanns fall då den inledande reaktionen började i cytoplasman och dess produkt utsattes för förändringar i mikrosomerna, och efter detta observerades förändringar med andra reaktioner med mitokondrier. Den studerade substansinkubationen med ett vävnadshomogenat eller levande celler avslöjar oftast inga separata steg i samband med metabolism. Följande efter andra försök där en eller annan subcellulär struktur används för inkubation hjälper till att förstå hela kedjan av dessa händelser.

Hur man använder radioaktiva isotoper

Att studera dessa eller andra metaboliska processer av ett ämne är nödvändiga:

• använd analytiska metoder för att bestämma substansen av detta och dess metaboliter;
• Det är nödvändigt att använda sådana metoder som kommer att bidra till att skilja den införda substansen från samma ämne, men redan närvarande i denna beredning.

Överensstämmelse med dessa krav var det största hindret under studiet av metaboliska processer i kroppen, fram till dess tills radioaktiva isotoper upptäcktes och 14C, en radioaktiv kolhydrat. Och efter uppkomsten av 14C och instrument som tillåter mätning av även svag radioaktivitet, upphörde alla ovanstående svårigheter. Därefter gick målet med mätningen av metaboliska processer, som de säger, uppför backen.

När en märkt 14C-märkt fettsyra tillsätts till en speciell biologisk beredning (till exempel mitokondriala suspensioner), då efter det behöver inga speciella analyser behövas för att bestämma produkter som påverkar dess omvandling. Och för att räkna ut användningsgraden har det nu blivit möjligt att helt enkelt mäta radioaktiviteten hos de mitokondriella fraktionerna erhållna i följd.

Denna teknik hjälper inte bara till att förstå hur man normaliserar ämnesomsättningen, men också tack vare det kan man enkelt skilja molekylerna från den introducerade radioaktiva fettsyran experimentellt från fettsyramolekylerna som redan finns närvarande i mitokondrier i början av försöket.

Elektrofores och. kromatografi

För att förstå vad och hur normaliserar ämnesomsättningen, det vill säga hur metabolismen normaliseras är det också nödvändigt att använda sådana metoder som hjälper till att separera blandningen, vilket inkluderar organiska ämnen i små kvantiteter. En av de viktigaste sådana metoderna, som är baserad på adsorptionsfenomenet, anses vara metoden för kromatografi. Tack vare denna metod sker separationen av blandningen av komponenter.

När detta inträffar separeras komponenterna i blandningen, som utförs antingen genom adsorption på sorbenten eller, tack vare papperet. Vid separationen genom adsorption på sorbenten, det vill säga när de börjar fylla sådana speciella glasrör (kolonner) med gradvis och efterföljande eluering, det vill säga med efterföljande utlakning av var och en av de tillgängliga komponenterna.

Metoden för separation av elektrofores beror direkt på närvaron av tecken, såväl som antalet joniserade laddningar av molekylerna. Elektrofores utförs också på någon av de inaktiva bärarna, såsom cellulosa, gummi, stärkelse eller slutligen på papper.

En av de mest känsliga och effektiva metoderna för separation av en blandning är gaskromatografi. Denna separationsmetod används endast om de ämnen som är nödvändiga för separation är i gasformigt tillstånd eller, till exempel, kan när som helst komma in i detta tillstånd.

Hur är frisättningen av enzymer?

För att ta reda på hur enzymer släpps är det nödvändigt att förstå att detta är den sista platsen i serien: ett djur, då ett organ, sedan en vävnadssektion och sedan en bråkdel av cellulära organeller och ett homogenat som tar enzymer som katalyseras av en viss kemisk reaktion. Isolerande enzymer i renad form har blivit en viktig riktning vid studier av metaboliska processer.

Genom att kombinera och kombinera ovanstående metoder tillåts de viktigaste metaboliska vägarna i de flesta organismer som bor i vår planet, inklusive människor. Dessutom har dessa metoder bidragit till att skapa svar på frågan, hur är de metaboliska processer i kroppen och bidrog till att klargöra de grundläggande stegen i system metaboliska vägar databas också. Idag finns det mer än tusen av alla slags biokemiska reaktioner som redan har studerats och studerade också de enzymer som är involverade i dessa reaktioner.

Eftersom utseendet av någon manifestation i livets celler kräver ATP är det inte förvånande att hastigheten av metaboliska processer av fettceller huvudsakligen syftar till att syntetisera ATP. För att uppnå detta används varierande sekvensiella reaktioner i komplexitet. Sådana reaktioner använder huvudsakligen kemisk potentiell energi, som finns i molekylerna av fetter (lipider) och kolhydrater.

Metaboliska processer mellan kolhydrater och lipider

En sådan metabolisk process mellan kolhydrater och lipider, på ett annat sätt, kallas ATP-syntes, en anaerob (därför utan syre) metabolism.

Huvudrollen av lipider och kolhydrater är att det är syntesen av ATP som ger enklare föreningar, trots att samma processer ägde rum i de mest primitiva cellerna. Endast i en atmosfär utan syre har den fullständiga oxidationen av fetter och kolhydrater till koldioxid blivit omöjlig.

Även dessa primitiva celler använde samma processer och mekanismer genom vilka omstruktureringen av strukturen hos glukosmolekylen, som syntetiserades små mängder av ATP, ägde rum. Med andra ord kallas sådana processer i mikroorganismer fermentering. Idag studeras "jäsning" av glukos till tillståndet av etylalkohol och koldioxid i jäst särskilt väl.

För att slutföra alla dessa förändringar och bilda ett antal mellanprodukter var det nödvändigt att genomföra elva på varandra följande reaktioner, vilka till slut presenterades i parlamentet av intermediära produkter (fosfater), det vill säga fosforsyraestrar. Denna fosfatgrupp överfördes till adenosindifosfat (ADP) och även med bildandet av ATP. Endast två molekyler utgjorde nätutbytet av ATP (för var och en av glukosmolekylerna erhållna som ett resultat av jäsningsprocessen). Liknande processer observerades också i alla levande celler i kroppen, eftersom de gav den energi som var nödvändig för normal funktion. Sådana processer kallas ofta anaerob cell respiration, även om detta inte är helt korrekt.

I både däggdjur och människor kallas denna process för glykolys och dess slutprodukt är mjölksyra, inte CO2 (koldioxid) och inte alkohol. Med undantag för de två sista stegen anses hela sekvensen av glykolysreaktioner vara nästan identiska med processen som äger rum i jästceller.

Aerob metabolism, betyder att använda syre

Självklart, med tillkomsten av syre i atmosfären, tack vare fotosyntesen av växter, tack vare Mother Nature, framkom en mekanism som möjliggjorde fullständig oxidation av glukos till vatten och CO2. En sådan aerob process möjliggjorde det rena utbytet av ATP (ur trettioåtta molekyler, baserat på varje glukosmolekyl, oxiderades endast).

En sådan process av användningen av syre genom celler, för utseendet av föreningar med energi, är idag känt som aerob, cellulär andning. Sådan andning utförs av cytoplasmatiska enzymer (i motsats till anaeroba), och oxidativa processer äger rum i mitokondrier.

Här oxideras pyruvsyra, som är en mellanprodukt, efter att den bildats i den anaeroba fasen, till tillståndet av CO2 på grund av sex konsekutiva reaktioner, där i varje reaktion ett par av deras elektroner överförs till acceptorn, den gemensamma koenzympikotinamidadeninduukleotiden, förkortad som NAD. Denna reaktionssekvens kallas tricarboxylsyracykeln, såväl som citronsyracykeln eller Krebs-cykeln, vilket leder till att varje molekyl av glukos bildar två molekyler pyruvsyra. Under denna reaktion avgår tolv elektroner från glukosmolekylen för dess ytterligare oxidation.

Under energikällans gång talar. lipider

Det visar sig att fettsyror också kan fungera som en energikälla, såväl som kolhydrater. Oxideringen av fettsyror sker på grund av sekvensen av klyvning från fettsyran (eller snarare dess molekyl) av tvåkarbonfragmentet med utseendet av acetylko-enzym A (annars acetyl-CoA) och överföringen av samtidiga två-elektronpar till själva kedjan av deras överföring.

Således är det erhållna acetyl-CoA samma komponent i trikarboxylsyracykeln, vars ytterligare öde inte är väldigt annorlunda än acetyl-CoA, som matas genom kolhydratmetabolism. Detta innebär att de mekanismer som syntetiserar ATP under oxidationen av både glukosmetaboliter och fettsyror är nästan identiska.

Om energin som kommer in i kroppen erhålls nästan på grund av endast en fettsyraoxideringsprocess (till exempel vid fastning, med en sjukdom som sockerdiater, etc.), då kommer intensiteten av acetyl-CoA att överstiga intensiteten av dess oxidation i cyklisk trikarboxylsyror. I detta fall kommer acetyl-CoA-molekylerna (som är överflödiga) att reagera med varandra. Genom denna process kommer acetoättiksyra och b-hydroxismörsyra att visas. Sådan ackumulering kan orsaka ketos, det är en av de typer av acidos som kan orsaka allvarlig diabetes och till och med död.

Varför reservera energi?

För att på något sätt kunna förvärva ytterligare energireserver, till exempel för djur som oregelbundet och inte systematiskt matar på dem, är det helt enkelt nödvändigt att på något sätt fylla på den nödvändiga energin. Sådana energireserver produceras av livsmedelsreserver, som innehåller alla samma fetter och kolhydrater.

Det visar sig fettsyror kan gå till reserven i form av neutrala fetter, vilka finns både i fettvävnad och i levern. Och kolhydrater, när de tas i stora mängder i mag-tarmkanalen, börjar hydrolysera till glukos och andra sockerarter, vilka när de släpps ut i levern syntetiseras till glukos. Och precis där börjar den jättepolymeren syntetiseras från glukos genom att kombinera glukosrester och även genom att klyva av vattenmolekylerna.

Ibland når den återstående mängden glukos i glykogenmolekyler 30 000. Och om det finns ett behov av energi börjar glykogen att sönderdelas igen till glukos under en kemisk reaktion, produkten av den senare är glukosfosfat. Detta glukosfosfat ligger på vägen för glykolysprocessen, som är en del av den väg som är ansvarig för oxidationen av glukos. Glukosfosfat kan också genomgå hydrolysreaktion i själva levern och glukosen som bildas på detta sätt levereras till kroppens celler tillsammans med blodet.

Hur är syntesen av kolhydrater i lipider?

Gillar du kolhydrater? Det visar sig att om mängden kolhydrater som tas emot från mat vid en tid överstiger den tillåtna hastigheten, i detta fall överförs kolhydrater till "beståndet" i form av glykogen, det vill säga, Överskott av kolhydratmat omvandlas till fett. I början bildas acetyl CoA från glukos, och sedan börjar det syntetiseras i cellens cytoplasma för långkedjiga fettsyror.

Denna process av "transformation" kan beskrivas som en normal oxidativ process av fettceller. Därefter börjar fettsyror deponeras i form av triglycerider, det vill säga neutrala fetter som deponeras (huvudsakligen problemområden), i olika delar av kroppen.

Om kroppen snabbt behöver energi, genomgår neutrala fetter hydrolys och fettsyror börjar strömma in i blodet. Här är de mättade med albumin och globulinmolekyler, det vill säga plasmaproteiner, och börjar sedan absorberas av andra, väldigt olika celler. Djur har inte en sådan mekanism som kan utföra syntesen av glukos och fettsyror, men plantorna har dem.

Syntes av kväveföreningar

I djur används aminosyror inte bara som proteinbiosyntes, men också som utgångsmaterial som är redo för syntes av vissa kvävehaltiga föreningar. En aminosyra som tyrosin blir föregångaren till hormoner som norepinefrin och adrenalin. Och glycerin (den enklaste aminosyran) är det utgående materialet för purins biosyntes, som är en del av nukleinsyran, liksom porfyriner och cytokromer.

Förstadiet för pyrimidiner av nukleinsyror är asparaginsyra och metioninkoncernen börjar överföras under syntesen av kreatin, sarkosin och kolin. Precursorn för nikotinsyra är tryptofan, och från valin (som bildas i växter) kan ett vitamin såsom pantotensyra syntetiseras. Och det här är bara några exempel på användningen av syntesen av kväveföreningar.

Hur påverkar lipiden metabolism

Normalt kommer lipider in i kroppen som fettsyratriglycerider. En gång i tarmen under påverkan av enzymer som produceras av bukspottkörteln, börjar de att genomgå hydrolys. Här syntetiseras de igen som neutrala fetter, varefter de antingen kommer in i levern eller in i blodet och kan också deponeras som en reserv i fettvävnad.

Vi har redan sagt att fettsyror också kan syntetiseras från tidigare förekommande prekursorer av kolhydrater. Det bör också noteras att trots samtidig att i djurceller kan samtidig införlivande av en dubbelbindning i långkedjiga fettsyramolekyler observeras. Dessa celler kan inte inkludera den andra och även den tredje dubbla anslutningen.

Och eftersom fettsyror med tre och två dubbelbindningar spelar en viktig roll i djurens metaboliska processer (inklusive människor), är de i huvudsak viktiga näringsämnen, man kan säga vitaminer. Därför kallas också linolensyra (C18: 3) och linolsyra (C18: 2) viktiga fettsyror. Det konstaterades också att i celler i linolensyran kan den dubbla fjärde bindningen också vara involverad. På grund av förlängningen av kolkedjan kan en annan viktig deltagare i de metaboliska reaktionerna av arakidonsyra (C20: 4) uppträda.

Under lipidsyntesen kan rester av fettsyror observeras, vilka är associerade med koenzym A. Tack vare syntesen överförs dessa rester till glycerolfosfatester av glycerol och fosforsyra. Som ett resultat av denna reaktion bildas en förening av fosfatidinsyra, där en av dess föreningar är glycerolförestrad med fosforsyra och de andra två är fettsyror.

När neutrala fetter uppträder kommer fosforsyra att avlägsnas genom hydrolys, och i sin plats kommer det att vara fettsyra som härrör från en kemisk reaktion med acyl-CoA. Coenzyme A kan förekomma på grund av en av pantotensyra-vitaminerna. Denna molekyl innehåller en sulfhydrylgrupp som reagerar på syror med tillkomsten av tioester. I sin tur reagerar fosfolipidfosfatidsyra på kvävebaser, såsom serin, kolin och etanolamin.

Således kan alla steroider som finns i däggdjur (med undantag för vitamin D) syntetiseras oberoende av själva organismen.

Hur uppstår proteinmetabolism?

Det är bevisat att de proteiner som finns i alla levande celler består av tjugo olika typer av aminosyror, vilka är kopplade i olika sekvenser. Dessa aminosyror syntetiseras av organismer. Sådan syntes leder vanligen till utseendet av a-keto-syror. Namnlösa, a-keto-syra eller a-ketoglutarsyra och delta i syntesen av kväve.

Människokroppen, som många djur, har lyckats behålla förmågan att syntetisera alla tillgängliga aminosyror (med undantag för några essentiella aminosyror), vilket nödvändigtvis kommer från mat.

Hur gör proteinsyntesen

Denna process fortsätter vanligen enligt följande. Varje aminosyra i cellens cytoplasma reagerar med ATP och angränsar sedan till den slutgiltiga gruppen av ribonukleinsyramolekylen, vilken är specifik för denna aminosyra. Därefter är den komplicerade molekylen kopplad till ribosomen, vilken bestäms vid positionen av en mer förlängd ribonukleinsyramolekyl, vilken är ansluten till ribosomen.

När alla komplexa molekyler har uppstått är det ett gap mellan aminosyran och ribonukleinsyran, närliggande aminosyror börjar syntetiseras och således erhålles protein. Metabolism normalisering sker på grund av den harmoniska syntesen av protein-kolhydrat-fettmetaboliska processer.

Så vad är ämnesomsättningen av organiskt material?

För att bättre förstå och förstå de metaboliska processerna, liksom att återställa hälsan och förbättra ämnesomsättningen, måste du följa följande rekommendationer angående normalisering och återställande av metabolism.

• Det är viktigt att förstå att metaboliska processer inte kan reverseras. Sönderdelning av ämnen fortsätter aldrig längs den enkla vägen för cirkulation av syntetiserande reaktioner. Andra enzymer, liksom några mellanprodukter, är nödvändigtvis involverade i detta förfall. Mycket ofta börjar processer riktade i olika riktningar flöda i olika fack av cellen. Fettsyror kan till exempel syntetiseras i cytoplasman hos en cell när de utsätts för en viss uppsättning enzymer, och oxidationsprocessen i mitokondrier kan ske med en helt annan uppsättning.
• Ett tillräckligt antal enzymer observeras i kroppens levande celler för att påskynda processen med metaboliska reaktioner, men trots dessa metaboliska processer går inte alltid snabbt, vilket indikerar förekomsten av vissa regleringsmekanismer i våra celler som påverkar metaboliska processer. Hittills har vissa typer av sådana mekanismer redan upptäckts.
• En av de faktorer som påverkar minskningen av metabolismen hos en given substans är intaget av ett givet ämne i själva cellen. Därför kan regleringen av metaboliska processer riktas mot denna faktor. Till exempel, om vi tar insulin, vars funktion, som vi vet, är associerad med förenkling av glukospenetration i alla celler. Graden av "transformation" av glukos, i detta fall kommer att bero på hur snabbt det kom fram. Om vi ​​betraktar kalcium och järn, när de kommer in i blodet från tarmarna, kommer frekvensen av metaboliska reaktioner, i detta fall, att bero på många, inklusive regleringsförfaranden.
• Tyvärr kan inte alla ämnen röra sig fritt från ett cellfack till ett annat. Det är också ett antagande att intracellulär överföring ständigt övervakas av vissa steroidhormoner.
• Forskare har identifierat två typer av servomekanismer som är ansvariga för metaboliska processer för negativ feedback.
• Till och med bakterier noterades exempel som bevisar närvaron av några sekventiella reaktioner. Till exempel hämmar biosyntesen hos en av enzymerna aminosyror, så nödvändiga för att erhålla denna aminosyra.
• Studier av enskilda fall av metaboliska reaktioner uppenbarades att enzymet, vars biosyntes påverkades, var ansvarig för huvudstadiet av den metaboliska vägen som ledde till syntesen av aminosyror.
• Det är viktigt att förstå att ett litet antal byggstenar är involverade i processerna av metabolisk och biosyntetisk, som alla börjar använda för syntes av många föreningar. Sådana föreningar innefattar: acetylko-enzym A, glycin, glycerofosfat, karbamylfosfat och andra. Från dessa små komponenter byggs upp, sedan komplexa och olika föreningar som kan observeras i levande organismer.
• Mycket sällan är enkla organiska föreningar direkt involverade i metaboliska processer. Sådana föreningar för att visa sin aktivitet måste anslutas till ett antal föreningar som är aktivt involverade i metaboliska processer. Till exempel kan glukos starta oxidativa processer först efter det att den utsätts för fosforsyraförestring och för andra efterföljande förändringar måste det förestras med uridindifosfat.
• Om vi ​​betraktar fettsyror kan de inte delta i metaboliska förändringar så länge de bildar estrar med koenzym A. Samtidigt blir någon aktivator relaterad till någon av de nukleotider som ingår i ribonukleinsyra eller bildas från något vitamin. Därför blir det klart varför vi behöver vitaminer endast i små kvantiteter. De konsumeras av koenzymer, varvid varje koenzymmolekyl används flera gånger under hela sitt liv, till skillnad från näringsämnen vars molekyler används en gång (till exempel glukosmolekyler).

Och den sista! Avslutande av detta ämne skulle jag vilja säga att termen "metabolism" i sig brukade innebära syntes av proteiner, kolhydrater och fetter i kroppen, men nu används den som en beteckning av flera tusen enzymatiska reaktioner som kan utgöra ett stort nätverk av sammankopplade metaboliska vägar.

Cellmetabolism. Energimetabolism och fotosyntes. Matrissyntesreaktioner.

Begreppet metabolism

Metabolism är totaliteten av alla kemiska reaktioner som uppstår i en levande organism. Värdet av ämnesomsättningen består i att skapa de nödvändiga substanserna för kroppen och förse den med energi.

Det finns två komponenter i ämnesomsättningen - katabolism och anabolism.

Komponenter av ämnesomsättning

Processerna av plast och energi metabolism är oupplösligt länkade. Alla syntetiska (anabola) processer behöver energin som levereras under dissimileringsreaktioner. Klyvningsreaktionerna själva (katabolism) fortsätter endast med deltagande av enzymer som syntetiseras i assimileringsprocessen.

FTF: s roll i ämnesomsättningen

Den energi som frigörs vid nedbrytningen av organiska substanser används inte omedelbart av cellen, utan förvaras i form av högenergiska föreningar, vanligtvis i form av adenosintrifosfat (ATP). Med sin kemiska natur hänvisar ATP till mononukleotider.

ATP (adenosintrifosfatsyra) är en mononukleotid bestående av adenin, ribos och tre fosforsyrarester som är sammanbundna med makroergiska bindningar.

I dessa anslutningar lagras lagrad energi som släpps när de bryts:
ATP + H₂O → ADP + H₃PO₄ + Q₁
ADP + H₂O → AMP + H₃PO₄ + Q₂
AMF + H₂O → adenin + Ribose + H₃PO₄ + Q₃,
där ATP är adenosintrifosfat; ADP - adenosindifosforsyra; AMP-adenosinmonofosforsyra; Q₁ = Q₂ = 30,6 kJ; Q₃ = 13,8 kJ.
Beståndet av ATP i cellen är begränsat och påfyllt på grund av fosforyleringsprocessen. Fosforylering är tillsatsen av en fosforsyrarest till ADP (ADP + F → ATP). Det förekommer med olika intensitet under andning, fermentation och fotosyntes. ATP uppdateras extremt snabbt (hos människor är livslängden hos en enda ATP-molekyl mindre än 1 minut).
Den energi som lagras i ATP-molekyler används av kroppen i anabola reaktioner (biosyntesreaktioner). ATP-molekylen är universell djurhållare och bärare av energi för alla levande varelser.

Energibyte

Den energi som är nödvändig för livet, erhålls de flesta organismer som ett resultat av oxidation av organiska substanser, det vill säga som ett resultat av kataboliska reaktioner. Den viktigaste föreningen som fungerar som ett bränsle är glukos.
I förhållande till fri syre är organismer indelade i tre grupper.

Klassificering av organismer i relation till fri syre

I obligatoriska aerober och fakultativa anaerober i närvaro av syre, fortsätter katabolism i tre steg: förberedande, syrefri och syre. Som ett resultat avkallar organiskt material till oorganiska föreningar. I obligatoriska anaerober och frivilliga anaerober med brist på syre, fortsätter katabolism i två första steg: förberedande och syrefri. Som resultat bildas mellanliggande organiska föreningar, som fortfarande är rik på energi.

Steg av katabolism

1. Den första etappen - förberedande - består i enzymatisk klyvning av komplexa organiska föreningar till enklare. Proteiner är uppdelade på aminosyror, fetter till glycerol och fettsyror, polysackarider till monosackarider, nukleinsyror till nukleotider. I multicellulära organismer uppträder detta i mag-tarmkanalen, i encelliga organismer - i lysosomer under verkan av hydrolytiska enzymer. Den frigjorda energin sprider sig i form av värme. De resulterande organiska föreningarna oxideras antingen ytterligare eller används av cellen för att syntetisera sina egna organiska föreningar.
2. Den andra etappen - ofullständig oxidation (syrefri) - är den ytterligare uppdelningen av organiska ämnen, utförs i cytoplasman i cellen utan att syre deltar. Den huvudsakliga energikällan i cellen är glukos. Anoxisk, ofullständig oxidation av glukos kallas glykolys. Som ett resultat av glykolys av en glukosmolekyl bildas två molekyler pyruvsyra (PVC, pyruvat) CH.₃COCOOH, ATP och vatten, såväl som väteatomer, vilka är bundna av NAD + transportvektomolekylen och lagrade som NAD · H.
Den totala glykolysformeln är som följer:
C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2ADF + 2 NAD + → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2ATP + 2NAD · H.
Då, i frånvaro av syre i miljön, bearbetas produkterna av glykolys (PVK och NAD · H) antingen till etylalkohol - alkoholjäsning (i jäst och växtceller med syrebrist)
CH₃COCOOH → CO₂ + CH₃DRÖM
CH₃DREAM + 2NAD · N → C₂H₅HE + 2NAD +,
antingen i mjölksyra - mjölksyrajning (i djurceller med brist på syre)
CH₃COCOOH + 2NAD · N → C₃H₆O₃ + 2nad +.
I närvaro av syre i miljön genomgår glykolysprodukterna ytterligare splittring till slutprodukterna.
3. Den tredje etappen - fullständig oxidation (andning) - består i oxidation av PVC till koldioxid och vatten, utförs i mitokondrier med obligatoriskt deltagande av syre.
Den består av tre steg:
A) bildning av acetylko-enzym A;
B) oxidation av acetylko-enzym A i Krebs-cykeln;
B) oxidativ fosforylering i elektrontransportkedjan.

A. I det första steget överförs PVC från cytoplasman till mitokondrier, där den interagerar med matrixens enzymer och bildar 1) koldioxid, vilken avlägsnas från cellen; 2) väteatomer, vilka transporteras av bärarmolekyler till mitokondriernas inre membran; 3) acetylko-enzym A (acetyl CoA).
B. I det andra steget oxideras acetylko-enzym A i Krebs-cykeln. Krebs-cykeln (tricarboxylsyracykel, citronsyracykel) är en kedja av konsekutiva reaktioner där en molekyl acetyl-CoA bildar 1) två molekyler koldioxid, 2) en ATP-molekyl och 3) fyra par väteatomer överförda till molekyler bärare - NAD och FAD. Således splittras glukosmolekylen till följd av glykolys och Krebs-cykeln₂, och den energi som frigörs under denna process spenderas på syntesen av 4 ATP och ackumuleras i 10 NAD · H och 4 FAD · H₂.
B. Vid tredje etappen, väteatomer med NAD · H och FAD · H₂ oxideras med molekylärt syre O₂ med bildandet av vatten. En NAD · N kan bilda 3 ATP och en FAD · H₂-2 ATP. Sålunda lagras den energi som frigörs i detta fall i form av en annan 34 ATP.
Denna process fortsätter enligt följande. Väteatomer koncentrerar sig runt den yttre sidan av mitokondriala inre membran. De förlorar elektroner som överförs längs kedjan av bärarmolekyler (cytokromer) av elektrontransportkedjan (ETC) till inre membranets inre, där de kombineras med syremolekyler:
Oh₂ + e - → o₂ -.
Som ett resultat av aktiviteten hos enzymerna i elektronöverföringskedjan, är mitokondriernas inre membran negativt laddad från insidan (på grund av₂ - ), och utanför - positivt (på grund av H +), så att en potentiell skillnad skapas mellan dess ytor. I mitokondriernas inre membran är inbäddade molekyler av enzymet ATP-syntetas, som har en jonkanal. När den potentiella skillnaden över membranet når en kritisk nivå, trycker positivt laddade H + partiklar med en elektrisk fältstyrka genom ATPas-kanalen och, en gång på membrans inre yta, samverkar med syre för att bilda vatten:
1 / 2O₂ - +2H + → H₂O.
Energin för vätejoner H +, som transporteras genom jonkanalen i mitokondrarnas inre membran, används för fosforylering av ADP till ATP:
ADP + F → ATP.
Sådan bildning av ATP i mitokondrier med deltagande av syre kallas oxidativ fosforylering.
Den totala glukosuppdelningsekvationen i process av cellulär andning:
C₆H₁₂O₆ + 6o₂ + 38H₃PO₄ + 38ADF → 6CO₂ + 44H₂O + 38ATP.
Under glykolys bildas således 2 ATP-molekyler under cellrespiration ytterligare 36 ATP-molekyler, i allmänhet med full oxidation av glukos, 38 ATP-molekyler.

Plastutbyte

Plastutbyte eller assimilering är en uppsättning reaktioner som ger syntesen av komplexa organiska föreningar från enklare (fotosyntes, kemosyntes, proteinbiosyntes, etc.).

Heterotrofa organismer bygger sina egna organiska ämnen från ekologiska livsmedelskomponenter. Heterotrofisk assimilering köljer i huvudsak ner till molekylär omarrangemang:
livsmedel organisk substans (proteiner, fetter, kolhydrater) → enkla organiska molekyler (aminosyror, fettsyror, monosackarider) → kroppsmakromolekyler (proteiner, fetter, kolhydrater).
Autotrofa organismer kan helt och hållet syntetisera organiskt material från oorganiska molekyler som konsumeras från den yttre miljön. Under processen med foto- och kemosyntes förekommer bildandet av enkla organiska föreningar, från vilka makromolekyler ytterligare syntetiseras:
oorganiska ämnen (CO₂, H₂O) → enkla organiska molekyler (aminosyror, fettsyror, monosackarider) → kroppsmakromolekyler (proteiner, fetter, kolhydrater).

fotosyntes

Fotosyntes - syntesen av organiska föreningar från oorganiska på grund av ljusets energi. Den totala ekvationen för fotosyntes:

Fotosyntes fortsätter med deltagande av fotosyntetiska pigment, som har den unika egenskapen att omvandla solenergiens energi till energin hos ett kemiskt bindemedel i form av ATP. Fotosyntetiska pigment är proteinhaltiga substanser. Det viktigaste pigmentet är klorofyll. I eukaryoter är fotosyntetiska pigment inbäddade i plastids inre membran, i prokaryoter - i invaginering av det cytoplasmatiska membranet.
Kloroplastens struktur är mycket lik strukturen hos mitokondrier. Det inre membranet av tylakoidgran innehåller fotosyntetiska pigment, såväl som proteiner från elektronöverföringskedjan och ATP-syntetasenzymmolekyler.
Processen för fotosyntes består av två faser: ljus och mörk.
1. Den ljusa fasen av fotosyntes fortsätter endast i ljuset i membranet av tylakoidgrana.
Detta innefattar klorofyllabsorption av ljuskvanta, bildandet av en ATP-molekyl och fotolys av vatten.
Under påverkan av en kvantitet ljus (hv) förlorar klorofyll elektroner, som passerar in i det upphetsade tillståndet:

Dessa elektroner överförs av bärare till det yttre, det vill säga ytan av det thylakoidmembran som vetter mot matrisen, där den ackumuleras.
Samtidigt sker fotolys av vatten inuti thylakoiderna, det vill säga dess sönderdelning under ljusets verkan:

De resulterande elektronerna överförs av bärare till klorofyllmolekyler och återställer dem. Klorofyllmolekylerna återgår till ett stabilt tillstånd.
De protoner av väte som bildas under fotolys av vatten ackumuleras inuti thylakoid, vilket skapar en H + -reservoar. Som ett resultat laddas den inre ytan av det thylakoidmembranet positivt (med H +), och den yttre ytan är negativ (med e -). Med ackumuleringen av motsatt laddade partiklar på båda sidor av membranet ökar potentialskillnaden. När den potentiella skillnaden nås, börjar den elektriska fältstyrkan att trycka protonen genom ATP-syntetaskanalen. Den energi som frigörs under denna process används för att fosforylera ADP-molekyler:
ADP + F → ATP.

Bildandet av ATP under fotosyntes under verkan av ljusenergi kallas fotofosforylering.
Vätgasjoner, som ligger på ytan av thylakoidmembranet, träffas där med elektroner och bildar atomvätes, vilket binder till NADP-vätebärarmolekylen (nikotinamidadenindinukleotidfosfat):
2H + + 4e - + NADF + → NADF · N₂.
Under ljusfasen av fotosyntes uppträder således tre processer: bildandet av syre på grund av sönderdelning av vatten, syntesen av ATP och bildandet av väteatomer i form av NADPH₂. Syre diffunderar i atmosfären och ATP och NADF · H₂ delta i processerna i den mörka fasen.
2. Den mörka fasen av fotosyntes fortsätter i matrisen av kloroplast både i ljuset och i mörkret och representerar en serie successiva transformationer av CO₂, kommer från luften, i Calvins cykel. Reaktionerna från den mörka fasen på grund av ATP-energin utförs. I cykeln av Calvin CO₂ binder till väte från NADPH₂ med bildandet av glukos.
Vid fotosyntesprocessen syntetiseras förutom monosackarider (glukos etc.) monomerer av andra organiska föreningar - aminosyror, glycerol och fettsyror. Således, tack vare fotosyntes, ger växter sig och allt liv på jorden med väsentliga organiska ämnen och syre.
Jämförande egenskaper hos fotosyntes och respiration av eukaryoter presenteras i tabellen.