| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Як зазначалося раніше (гл. 15), одним з найважливіших відкриттів метаболічної біохімії було виявлення того факту, що одні й ті ж реакції протікають при обміні різних груп з'єднань. Їх об'єднали в одне
Мал. 27.2. Взаємозв'язок обміну білків, вуглеводів, ліпідів: I, II, III - етапи метаболізму поняття - центральні шляхи обміну, подібні у всіх живих організмів, а утворюються при цьому рівноцінні метаболіти отримали назву ключових.
В даний час прийнято виділяти три основні етапи перетворення основних біомолекул - білків, вуглеводів, ліпідів, - в процесі яких відбувається генерація АТФ і утворення структурних блоків, необхідних для реакцій біосинтезу (рис. 27.2).
Більш докладно інтеграція обміну цих речовин, у тому числі і нуклеїнових кислот, наведена на спрощеній метаболічної карті (рис. 27.3), а багато хто з зазначених на ній процесів висвітлені при описі обміну окремих груп з'єднань (гл. 18-20; 23-26) .
Розглянемо перетворення речовин на основних етапах метаболізму.
На першому етапі великі молекули (біополімери) розпадаються на основні структурні блоки (мономери). Деградація молекул відбувається переважно гидролитичним шляхом, реакції є екзергонічеськие, але звільняється енергія трансформується переважно в теплову форму, і генерації АТФ при цьому нс відбувається. Перший етап є специфічним для кожного класу сполук, відповідно каталізується специфічними ферментними системами і завершується утворенням мономерних молекул - гексоз, амінокислот, гліцерину, жирних кислот.
На другому етапі відбувається перетворення згаданих вище мономерних молекул з утворенням загальних, рівнозначних для всіх груп з'єднань 3 або 2-вуглецевих фрагментів, а саме пірувату (С3) Або ацетил-КоА (С2). Ці метаболіти отримали назву ключових, оскільки саме через них здійснюється взаємозв'язок між обміном різних речовин в організмі на другому етапі метаболічних перетворень речовин. Піруват лежить в точці перетину ряду метаболічних шляхів. Нижче наведені шляхи метаболізму пірувату:
У процесі гліколізу молекула глюкозо-6-фосфату перетворюється в дві молекули пірувату, останній в анаеробних умовах відновлюється до лактату. Третя важлива реакція - окислювальне декарбоксилювання пірувату, яке завершується утворенням ацетил-КоА (С2-фрагмент), який потім втягується в цикл трикарбонових кислот. Через реакцію трансаміні- вання піруват пов'язаний з амінокислотами, а при окисленні гліцерину (метаболіт ліпідів) утворюються тріози (3-фосфогліцеріновий альдегід або 3-Фос
Мал. 27.3. Інтеграція обміну вешеств в клітці: в кольорі - мітохондріальний матрикс фодіоксіанетон), який далі втягується в процес гліколізу. Еше один шлях метаболізму пірувату - його карбоксілірованіс і перетворення в окса- лоапетат. В дріжджах він здатний метабол і зировать також з утворенням етилового спирту. Реакція карбоксилирования дозволяє пирувату або включитися в процес глюконеогенезу, або що утворюється з нього оксалоацетат бере участь в поповненні пулу проміжних метаболітів циклу ТКК, якщо клітина відчуває нестачу АТФ (гл. 19).
Ацетил-КоА представляє ще більш розгалужений вузол метаболічних шляхів:
Через ацетил-КоА перекидається місток від моносахаридів і амінокислот до ліпідів. Основним джерелом ацетил-КоА є окисне декарбоксилювання пірувату і р-окислення жирних кислот.
Таким чином, на другому етапі утворюється практично єдиний загальний метаболіт катаболізму біомолекул різних класів в клітинах - активована форма оцтової кислоти. Як зазначалося раніше (гл. I), за критерієм хімічних властивостей оцтова кислота з усіх утворюються в обміні структурних молекул (двох-трьох вуглецевих фрагментів) найбільш краща для використання в біологічних системах як для реакцій біосинтезу, так і подальшого катаболізму до утворення кінцевих продуктів. Отже, вибір ацетил-КоА в якості основного центрального метаболіту однозначно доцільний, і в цьому проявляється одна з властивостей живої матерії - принцип молекулярної доцільності. Катаболізм аце- тил-КоА - це його повне окислення до С02 в циклі ТКК, реакції же анаболічного характеру - синтез холестеролу, кетонових тіл і жирних кислот.
Метаболічні перетворення другого етапу супроводжуються генерацією енергії у формі АТФ або генеруванням відновлювальних еквівалентів НАДФН, необхідних для реакцій біосинтезу багатьох сполук. Незначна частина АТФ при цьому синтезується шляхом субстратного фосфорилювання (гліколіз); основна частина - шляхом окисного фосфорилювання.
Третій етап - це реакції циклу трикарбонових кислот, процесу, наочно демонструє єдність метаболічних перетворень. це основний амфіболічний шлях, що забезпечує, з одного боку, повне окислення ацетил-КоА, що утворився при розпаді речовин різних класів (амінокислоти, вуглеводи, ліпіди) до С02 і Н20, і, з іншого боку, - що надає вихідні сполуки для біосинтезу різних сполук. Цикл трикарбонових кислот грає також центральну роль в енергетичному обміні, відновлювальні еквіваленти окислювальних реакцій циклу депонуються в формі НАДН і ФАДН2, окислення яких в дихальної ланцюга мітохондрій супроводжується синтезом АТФ - універсальної енергетичної «валюти» в організмі.