Ainevahetus- see on toitainete ja vedelike sattumine keskkonnast organismi, seedimine, nende omastamine ja toodete väljutamine.

Kõik looma kehasse sisenevad ained läbivad selles olulisi muutusi. Mõned neist lagunevad lihtsateks, enamasti anorgaanilisteks toodeteks, vabastades samal ajal energiat, mida keha kasutab nii lihaste tööks kui ka sekretoorseteks ja närvilisteks protsessideks (dissimilatsioon). Nende lagunemissaadused erituvad kehast. Teised ained läbivad vähem sügavat lõhenemist ja nendest sünteesitakse sarnaselt keha koostisosadele aineid (assimilatsioon - assimilatsioon). Vastloodud ained muutuvad kas rakkude ja kudede aktiivseteks elementideks või ladestuvad reservi, muutudes potentsiaalseteks energiaallikateks. Anorgaanilised ained on kaasatud keha üldisesse ainevahetusse, läbides koos orgaaniliste ainetega keerukaid muutusi, osaledes kõigis eluilmingutes.

Keha kõigis elusrakkudes ja kudedes, nii rahulikus olekus kui ka tegevuse ajal, toimub korraga kaks vastandlikku protsessi: aine hävimine ja selle süntees.

Ainevahetus koosneb kahest omavahel tihedalt seotud protsessist: assimilatsioon ja dissimilatsioon. Need kaks protsessi ei ole mitte ainult samaaegsed, vaid ka üksteisest sõltuvad. Üks on võimatu ilma teiseta, sest ükski töö kehas ei saa toimuda ilma keha poolt varem omastatud ainete lagunemiseta. Teisest küljest nõuavad sünteesiprotsessid kehas energiat, mis vabaneb ainete lagunemisel.

Need kaks protsessi moodustavad keha ainevahetuse. Ainevahetus toimub pidevalt ja pidevalt. Kõik rakud, kõik keha koed, välja arvatud sellised tihedad ja näiliselt kõigutamatud nagu luud ja sarvemoodustised, on pidevas lagunemise ja uuenemise protsessis. See kehtib nii orgaaniliste kui ka anorgaaniliste ainete kohta.

Assimilatsioon (anabolism)

Assimilatsioon ehk anabolism on inimkehasse sattunud toitainete koostisosade üleminek väliskeskkonnast rakkudesse ehk lihtsamate ainete muundumine keemiliselt keerukateks. Assimilatsiooni tulemusena toimub rakkude paljunemine. Mida noorem on keha, seda aktiivsemalt kulgevad selles assimilatsiooniprotsessid, tagades selle kasvu ja arengu.

Dissimilatsioon (katabolism)

Valgud ehk valgud mängivad olulist rolli inimkeha tervises, normaalses kasvus ja arengus. Nad täidavad kahte erinevat füsioloogilist funktsiooni: plastiline ja energia.

Valkude funktsioonid

Valkude plastiline funktsioon seisneb selles, et nad on osa kõigist rakkudest ja kudedest. Valkude energiafunktsioon seisneb selles, et nad hapniku juuresolekul oksüdeerituna lagunevad ja vabastavad energiat. 1 g valgu poolitamisel vabaneb 4,1 kcal energiat.

Valkude struktuur

Valgud koosnevad aminohapetest. Kõrval aminohapete koostis need jagunevad täielikeks ja madalamateks.

Täisväärtuslikud valgud

Täisväärtuslikke valke leidub loomsetes toodetes (liha, munad, kala, kaaviar, piim ja piimatooted). Keha normaalseks kasvuks ja arenguks laste ja noorukite igapäevases toidus on vajalik piisav kogus täisväärtuslikke valke.

Mittetäielikud valgud

Mittetäielikke valke leidub taimsetes toodetes (leib, kartul, mais, herned, mungoad, riis jne).

Rasvadel, nagu ka valkudel, on inimkehas plastiline ja energeetiline väärtus. 1 g rasva, mis oksüdeerub kehas hapniku juuresolekul, vabastab 9,3 kcal energiat. Rasvu on kahte tüüpi: loomsed ja taimsed.

Inimorganismi jaoks on süsivesikud peamiselt energeetilise tähtsusega. Eelkõige tehes füüsiline töö Süsivesikud on esimesed, mis lagunevad ja varustavad rakke, kudesid ja eriti lihaseid nende tegevuseks vajaliku energiaga. Kui 1 g süsivesikuid hapniku juuresolekul oksüdeeritakse, vabaneb 4,1 kcal energiat. Süsivesikuid leidub suurtes kogustes taimset päritolu toiduainetes (leivas, kartulis, puuviljades, melonites) ja maiustustes.

Vee kogus kehas

Vesi on osa inimkeha kõigist rakkudest ja kudedest. Sõltuvalt iga koe füsioloogilistest omadustest sisaldab see vett erinevates kogustes. Täiskasvanu kehast moodustab 50 - 60% vesi, noorte organismis on veesisaldus suurem. Täiskasvanu keha päevane veevajadus on 2-3 liitrit.

Vee mõju organismile

Vesi mängib ainevahetuses olulist rolli. Kui inimene üldse ei söö, vaid kasutab sisse vett normaalne kogus, siis võib ta elada 40-45 päeva (kuni kehakaal väheneb 40%). Kuid kui toit on vastupidi normaalne ja vett ei tarbita, võib inimene ühe nädala jooksul surra (kuni kaalu vähenemiseni 20–22%).

Vesi siseneb kehasse toidu ja joogiga. Imendub maost ja soolestikust verre, osaleb rakkudes ja kudedes toimuvates ainevahetusprotsessides, põhiosa eritub hingamise, higistamise ja uriiniga.

Suvekuumal perioodil toimub higistamise ja hingamise ajal keha poolt suur veekadu. Seetõttu suureneb organismi veevajadus. Janu ja suukuivustundega tuleks ohtralt vett kasutamata sageli suud loputada, hapendatud vesi (vesi sidruniga, mineraalvesi) kustutab paremini janu ja samas ei teki ka südamele lisapingeid.

mineraalsoolad on osa kõigist inimkeha rakkudest ja kudedest. Seal on makro- ja mikroelemente.

Makrotoitained

Makrotoitainete hulka kuuluvad naatrium, kloor, kaltsium, fosfor, kaalium ja raud. Neid leidub suurtes kogustes veres, rakkudes, eriti luudes.

mikroelemendid

Mikroelementide hulka kuuluvad mangaan, koobalt, vask, alumiinium, fluor, jood, tsink. Neid leidub veres, rakkudes ja luudes, kuid väiksemates kogustes. Mineraalsooladel on oluline roll ainevahetuses, eriti rakkude ergastusprotsessides.

kudede hingamine

Kudede hingamine on orgaaniliste ainete lagunemise viimane etapp keharakkudes, milles osaleb hapnik ja tekib süsihappegaas.

Selgitamaks, miks kudede hingamise ajal tavaliselt molekulaarse hapniku suhtes resistentsed ained oksüdeeritakse, esitati hapniku aktiveerimise idee. Eeldatakse, et hapnik moodustab peroksiidi, millest aktiivne hapnik eraldub. Toimub ka vesiniku aktiveerumine, mis läheb ühelt ainelt teisele, mille tulemusena üks ainetest osutub hapnikurikkamaks ehk oksüdeerub, teine ​​aga muutub selles vaesemaks, s.t. vähendatakse.

Kudede hingamisel on suur tähtsus rauda sisaldavatel rakulistel pigmentidel, mis paiknevad rakkude ja oksüdeerivate ainete pinnal. Raud on üks tugevamaid katalüsaatoreid, nagu on näha vere hemoglobiini puhul. Lisaks on ka teisi katalüsaatoreid, mis soodustavad hapniku või vesiniku ülekannet. Neist on teada ensüüm katalaas ja tripeptiid-glutatioon, mis sisaldavad väävlit, mis seob vesinikku, lõhestades selle oksüdeerivatest ainetest.

Toiduainetes sisalduvate orgaaniliste ainete keemiliste, mehaaniliste, termiliste muutuste tulemusena muudetakse nende potentsiaalne energia soojus-, mehaaniliseks ja elektrienergiaks. Koed ja elundid teevad oma tööd, rakud paljunevad, nende kulunud komponendid uuenevad, tänu sellele tekkivale energiale kasvab ja areneb noor organism. See energia tagab ka inimkeha temperatuuri püsivuse.

termoregulatsioon

Keha erinevates organites toimub ainevahetus erineva intensiivsusega. Seda saab osaliselt hinnata nende kaudu voolava vere hulga järgi, kuna veri tarnib neile toitaineid ja hapnikku.

Närviregulatsioon

Kõrgematel loomadel reguleerib ainevahetusprotsesse närvisüsteem, mis mõjutab kõigi keemiliste protsesside kulgu. Kõiki muutusi ainevahetuse käigus tajub närvisüsteem, mis refleksiliselt stimuleerib ainete lagundamist ja sünteesi teostavate ensümaatiliste süsteemide teket ja vabanemist.

Humoraalne regulatsioon

Ainevahetusprotsessid sõltuvad ka humoraalsest regulatsioonist, mille määrab endokriinsete näärmete seisund. Ainevahetuse kulgu määravad suuresti sisesekretsiooniorganid, eriti hüpofüüs, neerupealised, kilpnääre ja sugunäärmed. Mõned neist mõjutavad dissimilatsiooniprotsessi intensiivsust, teised aga teatud rasvade ainete ainevahetust, mineraalid, süsivesikud jne.

Maksa roll ainevahetuses

Vanus

Ka ainevahetus on erinevas vanuses loomadel erinev. Noorloomadel domineerivad nende kasvuks vajalikud sünteesiprotsessid (nende süntees ületab lagunemise 4-12 korda). Täiskasvanud loomadel on assimilatsiooni- ja dissimilatsiooniprotsessid tavaliselt tasakaalus.

Imetamine

Vahetust mõjutavad ka looma toodetud tooted. Seega ehitatakse lakteeriva lehma ainevahetus uuesti üles piima-kaseiini, piimasuhkru spetsiifiliste ainete sünteesi suunas. materjali saidilt

Toit

Erinevatel loomaliikidel on erinev ainevahetus, eriti kui nad toituvad mitmesugused toidud. Ainevahetusprotsesside olemust ja ulatust mõjutab toitumise iseloom. Eriti oluline on valkude kogus ja koostis, vitamiin, samuti mineraalne koostis toit. Ühepoolne toitumine ühe ainega on näidanud, et ainult valke süües saavad loomad hakkama ka lihaste tööga. See on tingitud asjaolust, et valgud on kehas nii ehitusmaterjaliks kui ka energiaallikaks.

Nälgimine

Nälgimise ajal kasutab organism oma varusid, esmalt maksa glükogeeni ja seejärel rasvaladudest pärit rasva. Valkude lagunemine organismis väheneb, lämmastiku hulk eritistes langeb. Seda leitakse juba esimesest paastupäevast ja see viitab sellele, et valgu lagunemise vähenemine on reflektoorse iseloomuga, kuna soolestikus on veel päeva-kaks palju toitaineid. Edasise nälgimise korral on lämmastiku metabolism seatud madalale tasemele. Alles pärast seda, kui keha süsivesikute ja rasvade varud on juba ammendatud, algab valkude suurenenud lagunemine ja lämmastiku vabanemine suureneb järsult. Nüüd on valgud keha peamine energiaallikas. See on alati ettekuulutaja peatset surma. Hingamiskoefitsient paastu alguses on 0,9 - organism põletab peamiselt süsivesikuid, seejärel langeb 0,7-ni - kasutatakse rasvu, paastu lõpuks on see 0,8 - keha põletab oma keha valgud.

Absoluutne nälg (vee võtmisel) võib kesta kuni 50 päeva inimesel, üle 100 päeva koertel ja kuni 30 päeva hobustel.

Paastu kestust saab eeltreeninguga pikendada, kuna selgus, et pärast lühikest paastumist varub keha tavapärasest rohkem ja see hõlbustab sekundaarset paastumist.

Nälga surnud loomade surnukehade lahkamine näitab seda erinevaid organeid kaalulangus sisse erineval määral. Kaotada kõige rohkem kaalu nahaalune kude, siis lihased, nahk ja seedekanal, näärmed, neerud kaotavad veelgi vähem kaalu; süda ja aju ei kaota rohkem kui 2-3% oma kaalust.

Treenige stressi

Ainevahetusega kehalise aktiivsuse ajal kaasneb dissimilatsiooniprotsessi suurenemine organismi suure energiavajaduse tõttu.

Isegi täielikus puhkeolekus kulutab loom energiat siseorganite tööle, mille tegevus ei peatu kunagi: süda, hingamislihased, neerud, näärmed jne. Luustiku lihased on pidevalt teadaoleva pingeseisundis, mille hooldamine nõuab samuti märkimisväärset energiakulu. Loomad kulutavad palju energiat toidu vastuvõtmisele, närimisele ja seedimisele. Hobusel kulub sellele kuni 20% saadud sööda energiast. Kuid energiakulu suureneb eriti lihastöö tegemisel ja mida rohkem, seda raskem on töö. Niisiis, hobune, liikudes mööda tasast teed kiirusega 5–6 km tunnis, tarbib 150 cal soojust teekonna kilomeetri kohta ja kiirusega 10–12 km tunnis - 225 cal.

ainevahetuse metabolism füüsikalised protsessid sisse

ainevahetus toimub kl

metaboolsed protsessid

Selle artikli küsimused:

Paljud inimesed arvavad, et ainevahetus ja toidu seedimise kiirus on sünonüümid, kuid see on vale. Anname ainevahetuse õige definitsiooni ja mõistame, millest selle kiirus sõltub ning milliseid tõrkeid ja tõrkeid võivad kaasa tuua.

Ainevahetus (nimetatakse ka ainevahetuseks) on elu alus olulised protsessid kehas esinev. Ainevahetus viitab kõikidele biokeemilistele protsessidele, mis toimuvad rakkude sees. Keha hoolitseb pidevalt enda eest, kasutades (või hoides reservladudesse) saadud toitaineid, vitamiine, mineraale ja mikroelemente kõigi kehafunktsioonide tagamiseks.

Ainevahetuse jaoks, mida kontrollib ka endokrinoloogiline ja närvisüsteem, on hormoonidel ja ensüümidel (ensüümidel) suur tähtsus. Traditsiooniliselt kõige rohkem oluline keha ainevahetuses arvestatakse maksa.

Kõigi oma funktsioonide täitmiseks vajab organism energiat, mida ta ammutab toiduga saadavatest valkudest, rasvadest ja süsivesikutest. Seetõttu võib toidu assimilatsiooni protsessi pidada üheks ainevahetuse vajalikuks tingimuseks.

Ainevahetus on automaatne. See võimaldab rakkudel, elunditel ja kudedel iseseisvalt taastuda pärast teatud välistegurite mõju või sisemisi tõrkeid.

Mis on ainevahetuse olemus?

Ainevahetus on kemikaalide, aga ka energia muutumine, muundumine, töötlemine. See protsess koosneb kahest peamisest omavahel seotud etapist:

• Katabolism (kreeka sõnast "hävitamine"). Katabolism hõlmab keeruliste orgaaniliste ainete lagunemist, mis sisenevad kehasse lihtsamateks. See on eriline energiavahetus, mis toimub teatud keemilise või orgaanilise aine oksüdatsiooni või lagunemise käigus. Selle tulemusena vabaneb kehas energia (suurem osa sellest hajub soojuse kujul, ülejäänu kasutatakse hiljem anaboolsetes reaktsioonides ja ATP moodustamisel);
• Anabolism (kreeka sõnast "tõus"). Selles faasis tekivad organismile olulised ained – aminohapped, suhkur ja valk. See plastivahetus nõuab suuri energiakulusid.

Lihtsamalt öeldes on katabolism ja anabolism kaks võrdset protsessi ainevahetuses, mis üksteise järel ja tsükliliselt asendavad.

Mis mõjutab ainevahetusprotsesside kiirust

Üks aeglase ainevahetuse võimalik põhjus on geneetiline defekt. Eeldatakse, et energiapõletusprotsessi kiirus ei sõltu mitte ainult vanusest (seda käsitleme allpool) ja kehaehitusest, vaid ka teatud individuaalse geeni olemasolust.

2013. aastal viidi läbi uuring, mille käigus selgus, et ainevahetuse eest vastutava geeni KSR2 mutatsioon võib olla aeglase ainevahetuse põhjuseks. Kui sellel on defekt, siis selle kandjal või kandjal on mitte ainult suurenenud söögiisu, aga ka aeglasem (võrreldes tervete inimestega), põhiainevahetus ( u. Toim.: basaalainevahetus tähendab minimaalset energiahulka, mida keha vajab hommikul normaalseks eluks lamavas asendis ja ärkvelolekuks enne esimest söögikorda). Arvestades aga tõsiasja, et seda geneetilist defekti esineb vähem kui 1%-l täiskasvanutest ja alla 2%-l ülekaalulistest lastest, ei saa seda hüpoteesi ainsaks õigeks nimetada.

Teadlased väidavad palju enesekindlamalt, et ainevahetuse kiirus sõltub inimese soost.

Niisiis leidsid Hollandi teadlased, et meestel on tõepoolest aktiivsem ainevahetus kui naistel. Nad seletavad seda nähtust sellega, et meestel on tavaliselt suurem lihasmass, nende luud on raskemad ja keharasva protsent väiksem, nii et puhkeolekus (räägime põhiainevahetusest) kulutavad nad liikumisel rohkem energiat.

Vananedes aeglustub ka ainevahetus ja selles on süüdi hormoonid. Niisiis, mida vanem on naine, seda vähem toodab tema keha östrogeeni: see põhjustab rasvade ladestumise (või olemasolevate suurenemise) kõhuõõnde. Meestel langeb testosterooni tase, mis viib vähenemiseni lihasmassi. Lisaks – ja seekord räägime mõlemast soost inimestest – hakkab organism aja jooksul üha vähem tootma kasvuhormooni somatotropiini, mis on samuti mõeldud rasvade lagunemise stimuleerimiseks.

Vasta 5 küsimusele, et saada teada, kui kiire on sinu ainevahetus!

Kas sul on sageli palav? Hea ainevahetusega inimestel kipub sagedamini palav kui halva (aeglase) ainevahetusega inimestel, neil on palju vähem külm. Kui sul pole menopausi eelne periood alanud, siis positiivset vastust sellele küsimusele võib pidada üheks märgiks, et sinu ainevahetus on korras.

Kui kiiresti sa taastud? Kui teil on kalduvus kiirele kaalutõusule, siis võib eeldada, et teie ainevahetus ei toimi korralikult. Nõuetekohase ainevahetuse korral kulutatakse saadud energia peaaegu kohe ega ladestu rasva kujul depoosse.

Kas tunnete end sageli rõõmsameelse ja energilisena? Aeglase ainevahetusega inimesed tunnevad end sageli väsinuna ja ülekoormatuna.

Kas seedite toitu kiiresti? Hea ainevahetusega inimestel on tavaliselt hea seedimine. Sage kõhukinnisus on sageli signaal, et ainevahetusega on midagi valesti.

Kui tihti ja kui palju sa sööd? Kas tunnete sageli nälga ja sööte palju? Hea isu näitab tavaliselt, et toit imendub organismis kiiresti ja see on märk kiire ainevahetus. Kuid loomulikult pole see põhjus õigest toitumisest ja aktiivsest elustiilist loobumiseks.

Pange tähele, et liiga kiire ainevahetus, millest paljud unistavad, on samuti täis probleeme: see võib põhjustada unetust, närvilisust, kehakaalu langust ja isegi probleeme südame ja veresoontega.

Kuidas luua vahetust toitumisega?

On üsna palju toiduaineid, mis võivad ainevahetusele soodsalt mõjuda, näiteks:

• jämeda kiu rikkad köögiviljad (peet, seller, kapsas, porgand);
• tailiha (nahata kanafilee, vasikaliha);
• roheline tee, tsitrusviljad, ingver;
• fosforirikkad kalad (eriti merekalad);
• eksootilised puuviljad (avokaadod, kookospähklid, banaanid);
• rohelised (till, petersell, basiilik).

Kontrollige, kas te ei tee söömisvigu, mis põhjustavad tarbetut ainevahetuse aeglustumist!

Viga nr 1. Teie toit sisaldab liiga vähe tervislikke rasvu

Kas teile meeldivad tooted, millel on silt light? Veenduge, et tarbite piisavalt küllastumata rasvhappeid, mida leidub samas lõhes või avokaados. Samuti aitavad need hoida insuliini taset normaalsetes piirides ja takistavad ainevahetust aeglustumast.

Viga nr 2. Teie dieet sisaldab palju poolfabrikaate ja valmistoite

Uurige hoolikalt etikette, tõenäoliselt leiate, et suhkur sisaldub isegi nendes toodetes, kus seda ei tohiks üldse olla. See on see, kes vastutab vere glükoosisisalduse hüppe eest. Ärge andke oma kehale toidurulli. Keha suhtub ju sellistesse erinevustesse signaalina, et on aeg varuda rohkem rasva.

Viga nr 3. Sageli ignoreerite näljatunnet ja jätate toidukorrad vahele

Tähtis pole mitte ainult see, mida sa sööd, vaid ka millal sa seda teed (pead sööma regulaarselt ja samal ajal). Igaüks, kes ootab, kuni kõht hakkab näljaseid krampe väänama (või eirab üldse keha signaale), võib ainevahetuse kiirust negatiivselt mõjutada. Sel juhul pole midagi head oodata. Vähemalt ei kuulu õhtused jõhkrad näljahood, mida ei saa vältida, kindlasti “hea” kategooriasse.

Ainevahetushäirete põhjused ja tagajärjed

Ainevahetusprotsesside ebaõnnestumise põhjuste hulgas võib nimetada patoloogilised muutused neerupealiste, hüpofüüsi ja kilpnäärme töös.

Lisaks on ebaõnnestumiste eelduseks dieedi mittejärgimine (kuiv toit, sagedane ülesöömine, valus kirg rangete dieetide vastu), samuti halb pärilikkus.

On mitmeid väliseid märke, mille abil saate iseseisvalt õppida katabolismi ja anabolismi probleeme ära tundma:

1. ala- või ülekaal;
2. somaatiline väsimus ja ülemiste ja alajäsemete turse;
3. nõrgenenud küüneplaadid ja rabedad juuksed;
4. nahalööbed, akne, koorumine, naha kahvatus või punetus.

Kui ainevahetus on suurepärane, siis on keha sihvakas, juuksed ja küüned tugevad, nahk ilma kosmeetilised defektid ja enesetunne hea.

Ainevahetus (kreeka keeles: μεταβολή metabolē, "muutus") on elusorganismide rakkudes toimuvate keemiliste muutuste jada, mis on vajalikud elutegevuseks. Ainevahetuse kolm peamist eesmärki on toidu/kütuse muundamine energiaks rakuliste protsesside käivitamiseks, toidu/kütuse muundamine valkude, lipiidide, nukleiinhapete ja mõnede süsivesikute ehitusplokkideks ning lämmastikku sisaldavate jääkainete kõrvaldamine. Need ensümaatilised reaktsioonid võimaldavad organismil kasvada ja paljuneda, säilitada oma struktuure ja reageerida keskkonnale. Sõna "ainevahetus" võib viidata ka kõige summale keemilised reaktsioonid elusorganismides esinev, sealhulgas seedimine ja ainete transport mitmesugused rakud ja nende vahel nimetatakse sel juhul rakkude sees toimuvate reaktsioonide kogumit vaheainevahetuseks. Ainevahetus jaguneb üldiselt kahte kategooriasse: katabolism, orgaanilise aine lagunemine, näiteks rakuhingamine ja anabolism, rakukomponentide, näiteks valkude ja nukleiinhapete loomine. Reeglina lõhenemisel energia eraldub ja ülesehitamisel kulub ära.

Ainevahetuse keemilised reaktsioonid on organiseeritud ainevahetusradadeks, milles üks keemiline ühend ensüümide järjestust kasutades muundatakse seeria etappide kaudu teiseks ühendiks. Ensüümid on ainevahetuse jaoks kriitilise tähtsusega, kuna võimaldavad organismidel viia läbi soovitud reaktsioone, mis nõuavad energiakulu, mis ei toimuks iseenesest, ühendades need spontaansete reaktsioonidega, mis vabastavad energiat. Ensüümid toimivad katalüsaatoritena, mis võimaldavad reaktsioonidel rohkem toimuda kiiresti. Ensüümid võimaldavad reguleerida ka metaboolseid radu vastuseks muutustele rakukeskkonnas või teistelt rakkudelt tulevatele signaalidele. Konkreetse organismi ainevahetussüsteem määrab, millised ained on tema jaoks toitvad ja millised mürgised. Näiteks mõned prokarüootid kasutavad toitainena vesiniksulfiidi, kuid see gaas on loomadele mürgine. Ainevahetuse kiirus mõjutab seda, kui palju toitu keha vajab, ja ka seda, kui palju ta suudab seda toitu saada. Ainevahetuse tunnuseks on peamiste ainevahetusradade ja komponentide sarnasus isegi täiesti erinevate liikide vahel. Näiteks paljud karboksüülhapped, mida tuntakse kõige paremini Krebsi tsükli vaheühenditena, on kõigis tuntud organismid. Neid on leitud nii erinevatest liikidest nagu üherakulised E. coli bakterid ja hiiglaslikud mitmerakulised organismid, näiteks elevandid. Need metaboolsete radade silmatorkavad sarnasused on tõenäoliselt seotud nende omaga varajane välimus evolutsiooniajaloos ja nende püsivus tänu nende tõhususele.

Põhilised biokemikaalid

Enamik loomi, taimi ja mikroobe moodustavatest struktuuridest koosnevad kolmest peamisest molekulide klassist: aminohapped, süsivesikud ja lipiidid (mida sageli nimetatakse rasvadeks). Kuna nendel molekulidel on elutähtis tähtsust eluks, metaboolsed reaktsioonid keskenduvad kas nende molekulide tootmisele rakkude ja kudede ehitamise protsessis või nende lagunemisele ja kasutamisele energiaallikana seedimise protsessis. Need biokemikaalid võivad omavahel kombineerida polümeere, nagu DNA ja valke, mis on makromolekuli eluea jaoks olulised.

Aminohapped ja valgud

Valgud koosnevad aminohapetest, mis on paigutatud lineaarsesse ahelasse, mis on omavahel ühendatud peptiidsidemetega. Paljud valgud on ensüümid, mis katalüüsivad ainevahetuses toimuvaid keemilisi reaktsioone. Teistel valkudel on struktuursed või mehaanilised funktsioonid, näiteks valgud, mis moodustavad tsütoskeleti, süsteemi, mis säilitab raku kuju. Valgud mängivad olulist rolli ka rakkude signaaliülekandes, immuunreaktsioonid, raku adhesioon, aktiivne transport läbi membraanide ja rakutsükkel. Aminohapped aitavad kaasa ka raku energia metabolismile, pakkudes tsüklisse sisenemiseks süsinikuallikat. sidrunhape(trikarboksüülhappe tsükkel), eriti kui primaarne energiaallikas, näiteks glükoos, on ebapiisav või kui rakud on metaboolse stressi all.

Lipiidid

Lipiidid on kõige mitmekesisem biokeemiliste ainete rühm. Nende peamised struktuurilised kasutusalad on osa bioloogilised membraanid, nii sisemised kui ka välised, näiteks rakumembraanid, või energiaallikana. Lipiide määratletakse tavaliselt hüdrofoobsete või amfipaatsete bioloogiliste molekulidena, kuid need lahustuvad orgaanilistes lahustites, nagu benseen või kloroform. Rasvad on suur rühm ühendeid, mis sisaldavad rasvhape ja glütseriin; glütserooli molekul, mis on seotud kolmega estrid rasvhappeid nimetatakse triatsüülglütseriidideks. Sellel põhistruktuuril on mitu variatsiooni, sealhulgas alternatiivsed karkassid, nagu sfingosiin sfingolipiididel, ja hüdrofiilsed rühmad, nagu fosfaat, fosfolipiididel. Steroidid, nagu kolesterool, on veel üks oluline lipiidide klass.

Süsivesikud

Süsivesikud on aldehüüdid või ketoonid, millele on lisatud palju hüdroksüülrühmi, mis võivad eksisteerida sirgete ahelate või tsüklitena. Süsivesikud on kõige rikkalikumad bioloogilised molekulid ja täidavad paljusid funktsioone, nagu energia (tärklis, glükogeen) ja struktuurikomponentide (taimedes tselluloos, loomadel kitiin) salvestamine ja transportimine. Süsivesikute põhiühikuid nimetatakse monosahhariidideks ja nende hulka kuuluvad galaktoos, fruktoos ja, mis kõige tähtsam, glükoos. Monosahhariide saab omavahel siduda, moodustades polüsahhariide.

Nukleotiidid

Kaks nukleiinhapet, DNA ja RNA, on nukleotiidide polümeerid. Iga nukleotiid koosneb fosfaadist, mis on seotud riboosi või desoksüriboosi suhkrurühmaga, mis on seotud lämmastikku sisaldava alusega. Nukleiinhapped on olulised geneetilise teabe säilitamiseks ja kasutamiseks ning selle tõlgendamiseks transkriptsiooni ja valkude biosünteesi protsesside kaudu. See teave on kaitstud DNA parandamise mehhanismidega ja levib DNA replikatsiooni kaudu. Paljudel viirustel on RNA genoom, näiteks HIV, mis kasutab pöördtranskriptsiooni, et luua oma viiruse RNA genoomist DNA matriit. Ribosüümide, näiteks splaissosoomide ja ribosoomide RNA sarnaneb ensüümidega, kuna see võib katalüüsida keemilisi reaktsioone. Üksikud nukleosiidid tekivad riboossuhkru kinnitamisel nukleoaluse külge. Need alused on lämmastikku sisaldavad heterotsüklilised tsüklid ja klassifitseeritakse puriinideks või pürimidiinideks. Nukleotiidid toimivad ka metaboolsete rühmade ülekandereaktsioonide koensüümidena.

Koensüümid

Ainevahetus hõlmab lai valik keemilised reaktsioonid, kuid enamik neist reaktsioonidest sisaldub mitmes põhitüüpi reaktsioonides, mis hõlmavad aatomite funktsionaalsete rühmade ja nende sidemete ülekandmist molekulides. Need keemilised reaktsioonid võimaldavad rakkudel kasutada väikest metaboolsete vaheühendite komplekti keemiliste rühmade liigutamiseks mitmesugused reaktsioonid. Neid rühmaülekande reaktsioonide vaheühendeid nimetatakse koensüümideks. Iga rühma ülekandereaktsioonide klassi viib läbi konkreetne koensüüm, mis on substraat paljudele seda tootvatele ensüümidele, samuti paljudele seda tarbivatele ensüümidele. Seetõttu toodetakse neid koensüüme pidevalt, tarbitakse ja seejärel taaskasutatakse. Üks kesksetest koensüümidest on adenosiintrifosfaat (ATP), mis on rakkude universaalne energiaallikas. Seda nukleotiidi kasutatakse keemilise energia ülekandmiseks erinevate keemiliste reaktsioonide vahel. Rakkudes leidub vaid väike kogus ATP-d, kuid kuna see taastub pidevalt, saab inimkeha kasutada ATP-d päevas, mis vastab ligikaudu tema enda kaalule. ATP toimib "sillana" katabolismi ja anabolismi vahel. Katabolism lagundab molekule, samal ajal kui anabolism viib need kokku. Kataboolsed reaktsioonid tekitavad ATP-d ja anaboolsed reaktsioonid tarbivad seda. ATP toimib ka fosforüülimisreaktsioonides fosfaatrühmade kandjana. Vitamiin on orgaaniline ühend, mis on vajalik väikesed kogused, mida rakkudes ei saa toota. Inimese toitumises toimib enamik vitamiine pärast modifitseerimist koensüümidena; näiteks kõik vees lahustuvad vitamiinid on fosforüülitud või seotud nukleotiididega, kui neid kasutatakse rakkudes. Nikotiinamiidadeniindinukleotiid (NAD+), vitamiini B3 (niatsiin) derivaat, on oluline koensüüm, mis toimib vesiniku aktseptorina. sadu teatud tüübid dehüdrogenaasid eemaldavad oma substraatidest elektronid ja redutseerivad NAD+ NADH-ks. See koensüümi redutseeritud vorm on substraat mis tahes rakus olevale reduktaasile, mis peab oma substraadid taastama. Nikotiinamiidadeniindinukleotiid eksisteerib rakus kahel sarnasel kujul, NADH ja NADPH. NAD+/NADH vorm on olulisem kataboolsetes reaktsioonides, NADP+/NADH aga anaboolsetes reaktsioonides.

Mineraalid ja kofaktorid

Anorgaanilised elemendid mängivad olulist rolli ainevahetuses; mõnda neist leidub kehas ohtralt (näiteks naatrium ja kaalium), teised aga toimivad minimaalsed kontsentratsioonid. Umbes 99% imetaja massist koosneb süsinikust, lämmastikust, kaltsiumist, naatriumist, kloorist, kaaliumist, vesinikust, fosforist, hapnikust ja väävlist. Orgaanilised ühendid (valgud, lipiidid ja süsivesikud) sisaldavad suurema osa süsinikust ja lämmastikust; suurem osa hapnikku ja vesinikku on vees. Rohked anorgaanilised elemendid toimivad ioonsete elektrolüütidena. Olulisemad ioonid on naatriumi, kaaliumi, kaltsiumi, magneesiumi, kloriidi, fosfaadi ja orgaanilise vesinikkarbonaadi ioonid. Täpsete ioongradientide säilitamine rakumembraanides säilitab osmootse rõhu ja pH. Ioonid on olulised ka närvide ja lihaste funktsioneerimiseks, kuna nendes kudedes tekivad aktsioonipotentsiaalid elektrolüütide vahetusel rakuvälise vedeliku ja rakuvedeliku ehk tsütosooli vahel. Elektrolüüdid liiguvad rakkudest sisse ja välja rakumembraanis olevate valkude kaudu, mida nimetatakse ioonikanaliteks. Näiteks sõltub lihaste kokkutõmbumine kaltsiumi, naatriumi ja kaaliumi liikumisest rakumembraanis ja T-tuubulites olevate ioonikanalite kaudu. Siirdemetallid esinevad organismides üldiselt mikroelementidena, kusjuures tsinki ja rauda leidub kehas kõige suuremates kontsentratsioonides. Neid metalle kasutatakse mõnedes valkudes kofaktoritena ja need on olulised ensüümide, nagu katalaas ja hapniku kandjavalkude, nagu hemoglobiin, aktiivsuse jaoks. Metallist kofaktorid on tihedalt seotud valkude spetsiifiliste kohtadega; kuigi ensüümi kofaktoreid saab katalüüsi käigus muuta, naasevad nad katalüüsitud reaktsiooni lõpuks alati oma algsesse olekusse. Mikrometallid imenduvad organismidesse spetsiifiliste transporterite kaudu ja seostuvad säilitusvalkudega, nagu ferritiin või metallotioneiin, kui neid ei kasutata.

katabolism

Katabolism on metaboolsete protsesside kogum, mis lagundab suuri molekule. Need protsessid hõlmavad toidumolekulide lagunemist ja oksüdatsiooni. Kataboolsete reaktsioonide eesmärk on anda energiat ja anaboolsete reaktsioonide käigus vajalikke komponente. Nende kataboolsete reaktsioonide täpne olemus on erinev erinevad organismid. Organisme saab klassifitseerida nende energia- ja süsinikuallikate (nende esmaste toidurühmade) alusel. Organotroofid kasutavad energiaallikana orgaanilisi molekule, litotroofid aga anorgaanilisi substraate ja fototroofid päikesevalgust keemilise energiana. Kuid kõik need erinevad ainevahetuse vormid sõltuvad redoksreaktsioonidest, mis hõlmavad elektronide ülekandmist redutseeritud doonormolekulidelt, nagu orgaanilised molekulid, vesi, ammoniaak, vesiniksulfiid või raua ioonid, aktseptormolekulidesse nagu hapnik, nitraat või sulfaat. . Loomadel hõlmavad need reaktsioonid keerukaid orgaanilisi molekule, mis lagunevad lihtsamateks molekulideks nagu süsinikdioksiid ja vesi. Fotosünteetilistes organismides, nagu taimed ja tsüanobakterid, ei vabasta need elektronide ülekandereaktsioonid energiat, vaid neid kasutatakse päikesevalgusest neeldunud energia salvestamise viisina. Loomade kõige levinumad kataboolsed reaktsioonid võib jagada kolme põhietappi. Esimeses etapis lagundatakse suured orgaanilised molekulid nagu valgud, polüsahhariidid või lipiidid väiksemateks komponentideks väljaspool rakku. Veelgi enam, need väikesed molekulid võtavad rakud endasse ja muundatakse veelgi väiksemateks molekulideks, tavaliselt atsetüülkoensüüm A-ks (atsetüül-CoA), mis vabastab veidi energiat. Lõpuks oksüdeeritakse CoA atsetüülrühm sidrunhappe tsüklis ja elektronide transpordiahelas veeks ja süsinikdioksiidiks, vabastades energia, mis salvestatakse koensüümi n(NAD+) redutseerimisel NADH-ks.

seedimist

Makromolekule, nagu tärklis, tselluloos või valgud, ei saa rakud kiiresti omastada ja need tuleb enne rakkude metabolismis kasutamist väiksemateks ühikuteks jagada. Neid polümeere seedivad mitmed üldised ensüümide klassid. Need seedeensüümid hõlmavad proteaase, mis muudavad valgud aminohapeteks, samuti glükosiidhüdrolaase, mis muudavad polüsahhariidid lihtsad suhkrud tuntud kui monosahhariidid. Mikroobid vabastavad seedeensüüme lihtsalt keskkonda, samal ajal kui loomad vabastavad need ensüümid ainult oma soolestiku spetsiaalsetest rakkudest. Nende ekstratsellulaarsete ensüümide poolt vabastatud aminohapped või suhkrud pumbatakse seejärel aktiivsete transpordivalkude kaudu rakkudesse.

Energia orgaanilistest ühenditest

Süsivesikute katabolism on süsivesikute lagunemine väiksemateks ühikuteks. Süsivesikud viiakse tavaliselt rakkudesse, kui need seeditakse monosahhariidideks. Kehasse sattudes on peamine lagunemistee glükolüüs, mille käigus suhkrud, nagu glükoos ja fruktoos, muudetakse püruvaadiks ja tekib ATP. Püruvaat on mitmete metaboolsete radade vaheühend, kuid suurem osa püruvaadist muundatakse atsetüül-CoA-ks ja osaleb sidrunhappe tsüklis. Kuigi osa ATP-d tekib sidrunhappe tsüklis, enamik oluline toode on NADH, mis on valmistatud NAD+-st, kui atsetüül-CoA oksüdeeritakse. Selle oksüdatsiooni ajal, nagu kõrvalsaadus eraldub süsinikdioksiid. Anaeroobsetes tingimustes toodab glükolüüs ensüümi laktaatdehüdrogenaasi kaudu laktaati, mis oksüdeerib NADH uuesti NAD+-ks, et seda glükolüüsis uuesti kasutada. Alternatiivne viis glükoosi lagunemiseks on pentoosfosfaadi rada, mis vähendab NADPH koensüümi ja toodab pentoose, nagu riboos, nukleiinhapete suhkrukomponent. Rasvad kataboliseeritakse hüdrolüüsi käigus vabadeks rasvhapeteks ja glütserooliks. Glütserool siseneb glükolüüsi ja rasvhapped lagundatakse beeta-oksüdatsiooni teel, vabastades atsetüül-CoA, mis seejärel osaleb sidrunhappe tsüklis. Rasvhapped vabastavad oksüdeerumisel rohkem energiat kui süsivesikud, sest süsivesikud sisaldavad oma struktuurides rohkem hapnikku. Steroidid lagunevad ka mõned bakterid beeta-oksüdatsiooniga sarnases protsessis ning see lagunemisprotsess on seotud märkimisväärse koguse atsetüül-CoA, propionüül-CoA ja püruvaadi vabanemisega, mida rakk saab kasutada energia saamiseks. . M. tuberculosis võib kasvada ka lipiidkolesteroolil kui selle ainsal süsinikuallikal ning kolesterooli(de) kasutamise rajas osalevad geenid on väidetavalt olulised erinevad etapid Mycobacterium tuberculosis infektsiooni elutsükkel. Aminohappeid kasutatakse kas valkude ja muude biomolekulide sünteesimiseks või oksüdeeritakse need energiaallikana uureaks ja süsinikdioksiidiks. Oksüdatsioonirada algab aminorühma eemaldamisega transaminaaside toimel. Aminorühm siseneb uurea tsüklisse, jättes deamineeritud süsiniku skeleti ketohappe kujul. Mõned neist ketohapetest on sidrunhappe tsükli vaheühendid, näiteks glutamaadi deamineerimine viib α-ketoglutaraadi moodustumiseni. Glükogeenseid aminohappeid saab glükoneogeneesi kaudu muuta ka glükoosiks.

Energia transformatsioonid

Oksüdatiivne fosforüülimine

Oksüdatiivse fosforüülimise käigus eemaldatakse elektronid orgaanilistest molekulidest sellistes piirkondades nagu protagoonhappe tsükkel ja kantakse üle hapnikku ning vabanenud energiat kasutatakse ATP tootmiseks. Seda teevad eukarüootides mitokondriaalsetes membraanides olevad valgud, mida nimetatakse elektronide transpordiahelaks. Prokarüootides leidub neid valke raku sisemembraanis. Need valgud kasutavad energiat, mis vabaneb redutseeritud molekulide (nt NADH) elektronide liikumisest hapnikku, et pumbata prootoneid läbi membraani. Prootonite pumpamine mitokondritest tekitab prootonite kontsentratsiooni erinevuse kogu membraanis ja tekitab elektrokeemilise gradiendi. See põhjustab prootonite liikumise tagasi mitokondritesse läbi ensüümi aluse, mida nimetatakse ATP süntaasiks. Prootonite voog paneb subühiku pöörlema, põhjustades süntaasi domeeni aktiivse saidi kuju muutmist ja ADP fosforüülimist, muutes selle ATP-ks.

Energia anorgaanilistest ühenditest

Kemolitotroofia on prokarüootide ainevahetuse tüüp, mille käigus toodetakse energiat anorgaaniliste ühendite oksüdeerimisel. Need organismid saavad redutseeriva jõu allikana kasutada vesinikku, redutseeritud väävliühendeid (nagu sulfiid, vesiniksulfiid ja tiosulfaat), raudrauda (FeII) või ammoniaaki ning saavad energiat nende ühendite oksüdeerimisel elektronaktseptoritega, nagu näiteks hapnik või nitrit. Need mikroobsed protsessid mängivad olulist rolli globaalsetes biogeokeemilistes tsüklites, nagu atsetogenees, nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon, ning on mulla viljakuse seisukohalt kriitilised.

valguse energia

Päikesevalguse energiat kasutavad taimed, tsüanobakterid, lillad bakterid, rohelised väävlibakterid ja mõned algloomad. Seda protsessi seostatakse sageli fotosünteesi osana süsinikdioksiidi muundamisega orgaanilisteks ühenditeks. Energia püüdmise ja süsiniku sidumise süsteemid võivad aga prokarüootides töötada eraldi, kuna lillad bakterid ja rohelised väävlibakterid võivad kasutada energiaallikana päikesevalgust, vahetades samal ajal süsiniku sidumise ja orgaanilise kääritamise vahel. Paljudes organismides sarnaneb päikeseenergia püüdmine põhimõtteliselt oksüdatiivse fosforüülimisega, kuna see hõlmab energia salvestamist prootonikontsentratsiooni gradiendi kujul. See prootonite liikumapanev jõud viib seejärel ATP sünteesini. Selle elektronide transpordiahela juhtimiseks vajalikud elektronid pärinevad valgust koguvatest valkudest, mida nimetatakse fotosünteesi reaktsioonikeskusteks või rodopsiinidena. Reaktsioonikeskused jagunevad fotosünteetilise pigmendi tüübi alusel kahte tüüpi, kusjuures enamikul fotosünteetilistest bakteritest on ainult üks tüüp, samas kui taimedel ja tsüanobakteritel on kaks. Taimedes, vetikates ja tsüanobakterites kasutab fotosüsteem II valgusenergiat elektronide eemaldamiseks veest, vabastades kõrvalsaadusena hapnikku. Seejärel liiguvad elektronid tsütokroom b6f kompleksi, mis kasutab nende energiat prootonite pumpamiseks läbi tülakoidmembraani kloroplastides. Need prootonid liiguvad läbi membraani tagasi, kui nad juhivad ATP süntaasi, nagu varem. Seejärel läbivad elektronid fotosüsteemi I ja neid saab seejärel kasutada NADP+ koensüümi regenereerimiseks, kasutamiseks Calvini tsüklis, või taaskasutada ATP edasiseks genereerimiseks.

Anabolism

Anabolism on konstruktiivsete metaboolsete protsesside kogum, mille käigus katabolismist vabanevat energiat kasutatakse keerukate molekulide sünteesimiseks. Üldiselt on rakulisi struktuure moodustavad keerulised molekulid ehitatud väikestest ja lihtsatest lähteainetest. Anabolism hõlmab kolme peamist etappi. Esiteks prekursorite, nagu aminohapped, monosahhariidid, isoprenoidid ja nukleotiidid, tootmine, teiseks nende aktiveerimine reaktiivseteks vormideks, kasutades ATP energiat, ja kolmandaks nende prekursorite kokkupanek keerukateks molekulideks, nagu valgud, polüsahhariidid, lipiidid ja nukleiinhapped. . Erinevad organismid võivad ehitada erinev summa molekulid rakkudes. Autotroofid, nagu taimed, võivad ehitada rakkudes keerulisi orgaanilisi molekule, nagu polüsahhariide ja valke lihtsatest molekulidest nagu süsinikdioksiid ja vesi. Heterotroofsed organismid seevastu vajavad rohkem allikat komplekssed ained, nagu monosahhariidid ja aminohapped, et toota neid keerulisi molekule. Organisme saab täiendavalt klassifitseerida nende peamiste energiaallikate järgi: fotoautotroofid ja fotoheterotroofid saavad energiat valgusest, kemoautotroofid ja kemoheterotroofid aga anorgaaniliste oksüdatsioonireaktsioonide kaudu.

Süsiniku fikseerimine

Fotosüntees on süsivesikute süntees päikesevalgusest ja süsinikdioksiidist (CO2). Taimedes, tsüanobakterites ja vetikates lõhustab hapniku fotosüntees vett, mille kõrvalsaadusena eraldub hapnik. See protsess kasutab ülalkirjeldatud fotosünteesi reaktsioonikeskuste poolt toodetud ATP-d ja NADPH-d, et muuta CO2 glütseraat-3-fosfaadiks, mille saab seejärel muundada glükoosiks. Selle süsiniku sidumise reaktsiooni viib läbi Rubisco ensüüm Kelvin-Bensoni tsükli osana. Taimedel on kolme tüüpi fotosüntees: C3 süsiniku fikseerimine, C4 süsiniku fikseerimine ja CAM fotosüntees. Need erinevad selle poolest, et Calvini tsüklis kasutatakse süsinikdioksiidi, kuna C3 taimed fikseerivad CO2 otse, samas kui C4 ja CAM fotosüntees muudavad CO2 esmalt teisteks ühenditeks, mis on kohandused intensiivse päikesevalguse ja kuivade tingimustega toimetulemiseks. Fotosünteetilistel prokarüootidel on süsiniku sidumise mehhanismid mitmekesisemad. Siin saab süsinikdioksiidi fikseerida Kelvin-Bensoni tsükli, sidrunhappe pöördtsükli või atsetüül-CoA karboksüülimise kaudu. Prokarüootsed kemoautotroofid fikseerivad ka CO2 läbi Kelvin-Bensoni tsükli, kuid kasutavad reaktsiooni käivitamiseks anorgaaniliste ühendite energiat.

Süsivesikud ja glükaanid

Süsivesikute anabolismis saab lihtsaid orgaanilisi happeid muuta monosahhariidideks, nagu glükoos, ja seejärel kasutada polüsahhariidide, näiteks tärklise, kokkupanekuks. Glükoosi teket sellistest ühenditest nagu püruvaat, laktaat, glütserool, glütseraat-3-fosfaat ja aminohapped nimetatakse glükoneogeneesiks. Glükoneogenees muudab püruvaadi glükoos-6-fosfaadiks mitmete vaheühendite kaudu, millest paljusid nähakse glükolüüsis. Kuid see rada ei ole ainult glükolüüs, mis toimub vastupidine suund, kuna mitut etappi katalüüsivad mitteglükolüütilised ensüümid. See on oluline, kuna see võimaldab glükoosi tootmist ja lagunemist eraldi reguleerida ning takistab ka mõlema raja üheaegset esinemist mõttetus tsüklis. Kuigi rasv on tavaline viis energia salvestamiseks, ei saa selgroogsetel, näiteks inimestel, nendes varudes sisalduvaid rasvhappeid glükoneogeneesi teel glükoosiks muuta, kuna need organismid ei saa muuta atsetüül-CoA-d püruvaadiks; taimedel on erinevalt loomadest selleks vajalikud ensümaatilised mehhanismid. Selle tulemusena peavad selgroogsed pärast pikaajalist nälgimist tootma rasvhapetest ketokehi, et asendada glükoosi kudedes, näiteks ajus, mis ei suuda rasvhappeid metaboliseerida. Teistes organismides, näiteks taimedes ja bakterites, täidab see metaboolne ülesanne glüoksülaadi tsükkel, mis läheb mööda sidrunhappe tsükli dekarboksüülimisetappe ja soodustab atsetüül-CoA muundamist oksaloatsetaadiks, kus seda saab kasutada glükoosi tootmiseks. Polüsahhariide ja glükaane toodetakse monosahhariidide järjestikuse lisamisega glükosüültransferaasi abil reaktiivselt suhkrufosfaadi doonorilt, nagu uridiindifosfaatglükoosi (UDP-glükoos) hüdroksüülrühma aktseptorile kasvaval polüsahhariidil. Kuna substraaditsükli mis tahes hüdroksüülrühm võib olla aktseptor, võivad toodetud polüsahhariidid olla sirge või hargnenud struktuuriga. Toodetud polüsahhariididel võivad olla iseseisvad struktuursed või metaboolsed funktsioonid või need võivad ensüümide, mida nimetatakse oligosahharüültransferaasideks, kaudu üle kanda lipiididele ja valkudele.

Rasvhapped, isoprenoidid ja steroidid

Rasvhappeid toodavad rasvhapete süntaasid, mis polümeriseerivad ja seejärel redutseerivad atsetüül-CoA reduktaasi ühikuid. Neid rasvhapete atsüülahelaid pikendatakse reaktsioonitsükliga, mis lisab atsüülrühma, redutseerib selle alkoholiks, dehüdreerib selle alkeenrühmaks ja redutseerib selle seejärel tagasi alkaanrühmaks. Rasvhapete biosünteesi ensüümid jagunevad kahte rühma: loomadel ja seentel viivad kõik need rasvhapete süntaasi reaktsioonid läbi ühe multifunktsionaalse I tüüpi valgu abil, samas kui taimedes ja bakteriaalsetes plastiidides sooritavad iga etapi eraldi II tüüpi ensüümid. Terpeenid ja isoprenoidid esindavad suurt lipiidide klassi, mis sisaldab karotenoide ja moodustavad suurima taimeklassi looduslikud tooted. Need ühendid luuakse reaktiivsetest lähteainetest isopentenüülpürofosfaadist ja dimetüülallüülpürofosfaadist annetatud isopreeniühikute kokkupanemisel ja modifitseerimisel. Neid lähteaineid saab toota erineval viisil. Loomadel ja arheas toodab mevalonaadi rada neid ühendeid atsetüül-CoA-st, samas kui taimedes ja bakterites kasutab mittemevalonaadi rada substraatidena püruvaati ja glütseraldehüüd-3-fosfaati. Üks oluline reaktsioon nende aktiveeritud isopreeni doonorite kasutamisel on steroidide biosüntees. Siin ühinevad isopreeni ühikud skvaleeni tootmiseks ja seejärel rõngaste komplekti, mis toodavad lanosterooli. Lanosterooli saab seejärel muuta teisteks steroidideks, nagu kolesterool ja ergosterool.

Oravad

Nukleotiidide süntees

Nukleotiidid on valmistatud aminohapetest, süsihappegaasist ja sipelghape teel, mis nõuab palju metaboolset energiat. Järelikult on enamikul organismidel tõhusad süsteemid eelnevalt moodustatud nukleotiidide päästmiseks. Puriine sünteesitakse nukleosiididena (riboosi alused). Nii adeniin kui ka guaniin on valmistatud prekursornukleosiidist inosiinmonofosfaadist, mis sünteesitakse aminohapete glütsiini, glutamiini ja glutamiini aatomite abil. asparagiinhape, samuti tetrahüdrofolaadi koensüümist ülekantud formiaat. Pürimidiinid seevastu sünteesitakse alusorotaadist, mis moodustub glutamiinist ja aspartaadist.

Ksenobiootikumid ja redoks-metabolism

Kõik organismid puutuvad pidevalt kokku ühenditega, mida nad ei saa toiduna kasutada ja mis võivad rakkudesse kogunedes olla kahjulikud, kuna neil ei ole metaboolseid funktsioone. Neid potentsiaalselt kahjulikke ühendeid nimetatakse ksenobiootikumideks. Ksenobiootikume, nagu sünteetilised uimastid, looduslikud mürgid ja antibiootikumid, detoksifitseerivad mitmed ksenobiootikumid metaboliseerivad ensüümid. Inimestel hõlmavad need ensüümid tsütokroom P450 oksüdaasi, UDP-glükuronüültransferaasi ja glutatiooni S-transferaasi. See ensüümsüsteem toimib kolmes etapis, esiteks ksenobiootikumide oksüdeerimisega (I faas) ja seejärel molekuli veeslahustuvate rühmade konjugeerimisega (II faas). Modifitseeritud vees lahustuva ksenobiootikumi saab seejärel rakkudest välja tõmmata ja mitmerakulistes organismides enne organismist eemaldamist edasi metaboliseerida (III faas). Ökoloogias on need reaktsioonid eriti olulised saasteainete mikroobse biolagundamise ning saastunud maa ja naftareostuse bioremediatsiooni puhul. Paljusid selliseid mikroobseid reaktsioone täheldatakse mitmerakulistes organismides, kuid mikroobiliikide uskumatu mitmekesisuse tõttu suudavad need organismid toime tulla palju laiema hulga ksenobiootikumidega kui mitmerakulised organismid ning samuti võivad need lagundada isegi püsivaid orgaanilisi saasteaineid, näiteks kloororgaanilisi aineid. Seotud probleem aeroobsed organismid- oksüdatiivne stress. Siin tekitavad protsessid, mis hõlmavad oksüdatiivset fosforüülimist ja disulfiidsidemete moodustumist valkude voltimise ajal, reaktiivseid hapniku liike, näiteks vesinikperoksiidi. Need kahjulikud oksüdeerijad eemaldatakse antioksüdantide metaboliitide, nagu glutatiooni ja ensüümide, nagu katalaasid ja peroksidaasid, abil.

Elusorganismide termodünaamika

Elusorganismid peavad alluma termodünaamika seadustele, mis kirjeldavad soojusülekannet ja tööd. Termodünaamika teine ​​seadus ütleb, et mis tahes suletud süsteemis ei saa entroopia (häire) hulk väheneda. Kuigi elusorganismide hämmastav keerukus näib selle seadusega vastuolus olevat, on elu võimalik, sest kõik organismid on avatud süsteemid, mis vahetavad ainet ja energiat oma keskkonnaga. Seega ei ole elussüsteemid tasakaalus, vaid on dissipatiivsed süsteemid, mis säilitavad oma kõrge keerukuse, põhjustades nende keskkonna entroopia suuremat kasvu. Rakkude metabolism saavutab selle, ühendades spontaansed katabolismi protsessid mittespontaanseteks anabolismi protsessideks. Termodünaamika seisukohalt hoiab ainevahetus korda, tekitades häireid.

Reguleerimine ja kontroll

Kuna enamiku organismide keskkond muutub pidevalt, tuleb metaboolseid reaktsioone täpselt reguleerida, et säilitada rakkudes konstantne tingimuste kogum, mida nimetatakse homöostaasiks. Metaboolne regulatsioon võimaldab organismidel ka signaalidele reageerida ja oma keskkonnaga aktiivselt suhelda. Kaks omavahel tihedalt seotud mõistet on olulised, et mõista, kuidas metaboolseid radu kontrollitakse. Esiteks ensüümi reguleerimine teel, kuna selle aktiivsus suureneb ja väheneb vastusena signaalidele. Teiseks on selle ensüümi kontroll mõju, mida need muutused avaldavad raja üldisele tasemele (rada läbivale voolule). Näiteks võib ensüümi aktiivsuses ilmneda suuri muutusi (st kõrgelt reguleeritud), kuid kui neil muutustel on metaboolse raja voolule väike mõju, siis see ensüüm ei osale selle raja kontrollimises. Ainevahetuse reguleerimisel on mitu taset. Sisemise reguleerimise korral on metaboolne rada isereguleeruv vastusena muutustele substraadi või toote tasemes; Näiteks võib toote koguse vähendamine suurendada voolu läbi kompensatsiooniradade. Seda tüüpi reguleerimine hõlmab sageli mitme ensüümi aktiivsuse allosteerilist reguleerimist. Väline regulatsioon hõlmab rakku sisse mitmerakuline organism muutes selle ainevahetust vastuseks teiste rakkude signaalidele. Need signaalid on tavaliselt lahustuvate sõnumitoojate kujul, nagu hormoonid ja kasvufaktorid, ning neid tuvastavad rakupinnal olevad spetsiifilised retseptorid. Need signaalid edastatakse seejärel rakku sekundaarsete messengersüsteemide kaudu, mis on sageli seotud valkude fosforüülimisega. Väga hea näide välisest regulatsioonist on glükoosi metabolismi reguleerimine hormooninsuliini poolt. Insuliini toodetakse vastusena veresuhkru taseme tõusule. Hormooni seondumine rakkude insuliiniretseptoritega aktiveerib seejärel proteiinkinaaside kaskaadi, mis paneb rakud võtma glükoosi ja muundama selle säilitusmolekulideks, nagu rasvhapped ja glükogeen. Glükogeeni metabolismi kontrollivad fosforülaasi, glükogeeni lagundava ensüümi ja glükogeeni süntaasi, seda tootva ensüümi aktiivsus. Need ensüümid on vastastikku reguleeritud, fosforüülimine inhibeerib glükogeeni süntaasi, kuid aktiveerib fosforülaasi. Insuliin kutsub esile glükogeeni sünteesi, aktiveerides proteiinfosfataasi ja vähendab nende ensüümide fosforüülimist.

Evolutsioon

Uurimine ja manipuleerimine

Klassikaliselt uuritakse ainevahetust reduktsionistliku lähenemisviisiga, mis keskendub ühele metaboolsele rajale. Eriti väärtuslik on radioaktiivsete märgiste kasutamine kogu organismis, kudedes ja edasi raku tase, mis määratleb teed eelkäijatest kuni lõpptooted identifitseerides radioaktiivselt märgistatud vahesaadused ja muud tooted. Neid keemilisi reaktsioone katalüüsivaid ensüüme saab seejärel puhastada ja uurida nende kineetikat ja reaktsiooni inhibiitoritele. Paralleelseks lähenemisviisiks on väikeste molekulide tuvastamine rakus või kudedes; nende molekulide täielikku komplekti nimetatakse metaboloomiks. Üldiselt annavad need uuringud hea ülevaate lihtsate metaboolsete radade struktuurist ja funktsioonidest, kuid need puuduvad, kui neid rakendatakse keerukamate süsteemide puhul, näiteks kogu raku metabolism. Nüüd on võimalik neid genoomseid andmeid kasutada biokeemiliste reaktsioonide täielike võrgustike rekonstrueerimiseks ja terviklikumate matemaatiliste mudelite loomiseks, mis suudavad selgitada ja ennustada nende käitumist. Need mudelid on eriti võimsad, kui neid kasutatakse klassikaliste meetoditega saadud radade ja metaboolsete andmete integreerimiseks proteoomika ja DNA mikrokiibi uuringute geeniekspressiooniandmetega. Neid tehnikaid kasutades luuakse praegu inimese ainevahetuse mudel, mis juhib tulevasi ravimite avastamist ja biokeemilisi uuringuid. Neid mudeleid kasutatakse praegu võrguanalüüsis, et klassifitseerida inimeste haigused rühmadesse, millel on ühised valgud või metaboliidid. Bakterite ainevahetusvõrgud on ehe näide"vibu" organisatsioon, arhitektuur, mis on võimeline sisestama laias valikus toitaineid ja tootma väga erinevaid tooteid ja keerulisi makromolekule suhteliselt väikese vaheühendite arvuga. Selle teabe peamine tehnoloogiline rakendus on ainevahetuse tehnoloogia. Siin on organismid, nagu pärmid, taimed või bakterid, geneetiliselt muundatud, et olla biotehnoloogias kasulikumad ja hõlbustada ravimite, näiteks antibiootikumide või tööstuskemikaalide, nagu 1,3-propaandiool ja šikimiinhape, tootmist. Nende geneetiliste modifikatsioonide eesmärk on tavaliselt vähendada toote tootmiseks kuluvat energiat, suurendada toodangu mahtu ja vähendada jäätmete teket.

Lugu

Mõiste "ainevahetus" pärineb kreekakeelsest sõnast Μεταβολισμός - "Metabolismos", mis tähendab "muutus" või "revolutsioon". Esimesed dokumenteeritud viited ainevahetusele tegi Ibn al-Nafis oma töös, mis pärineb aastast 1260 pKr pealkirjaga Al-Risalah al-Kamiliyyah fil Siera al-Nabawiyyah (Kamili traktaat prohveti eluloost), mis sisaldas järgmist fraasi "mõlemad keha ja selle osad on sees pidev olek lahustumine ja toitumine, seetõttu muutuvad nad paratamatult pidevalt. Ainevahetuse teadusliku uurimise ajalugu ulatub mitu sajandit ja liigub tervete loomade uurimisest varajastes uuringutes üksikute metaboolsete reaktsioonide käsitlemiseni kaasaegses biokeemias. Esimesed kontrollitud katsed inimese ainevahetuse kohta avaldas Santorio 1614. aastal oma ajakirjas Ars de statica Medicina. Ta kirjeldas, kuidas ta kaalus end enne ja pärast söömist, magamist, tööd, seksimist, paastumist, joomist ja tualetis käimist. Ta leidis, et suurem osa toidust, mida ta sisse võttis, läks raisku protsessis, mida ta nimetas "märkamatuks higistamiseks". Nendes varajastes uuringutes ei tuvastatud nende ainevahetusprotsesside mehhanisme ja usuti, et elujõud taaselustab eluskudet. 19. sajandil, uurides suhkru kääritamist pärmi abil alkoholiks, jõudis Louis Pasteur järeldusele, et käärimist katalüüsivad pärmirakkudes leiduvad ained, mida ta nimetas "ensüümideks". Ta kirjutas, et "alkohoolne kääritamine viitab pärmirakkude elule ja organiseerimisele, mitte rakkude surmale või mädanemisele." See avastus koos Friedrich Wöhleri ​​tööga 1828. aastal karbamiidi keemilise sünteesi kohta on esimene orgaaniline ühend, mis on valmistatud täielikult anorgaanilistest lähteainetest. See tõestas, et orgaanilised ühendid ja keemilised reaktsioonid rakkudes ei erine põhimõtteliselt ühestki teisest keemia osast. Ensüümide avastamine 20. sajandi alguses Eduard Buechneri poolt eraldas ainevahetuse keemiliste reaktsioonide uurimise rakkude bioloogilisest uurimisest ning tähistas ka biokeemia sündi. Biokeemiaalased teadmised suurenesid kiiresti 20. sajandi esimesel poolel. Üks viljakamaid tolle aja biokeemikuid oli Hans Krebs, kes andis tohutu panuse ainevahetuse uurimisse.

Mis on ainevahetus?

Me pole kunagi mõelnud, miks mõned inimesed söövad kõike (unustamata kukleid ja kondiitritooteid), samas kui nad näevad välja nagu poleks mitu päeva söönud, samas kui teised, vastupidi, loevad pidevalt kaloreid, peavad dieeti, käivad spordisaalides. ja ikka ei saa lisakilodega hakkama. Mis on siis saladus? Tuleb välja, et kõik on seotud ainevahetusega!

Mis on siis ainevahetus? Ja miks inimesed, kellel on kõrge ainevahetuse kiirus, ei muutu kunagi rasvunud ega ülekaaluliseks? Ainevahetusest rääkides on oluline märkida järgmist, et see on organismis toimuv ainevahetus ja kõik keemilised muutused alates toitainete kehasse sisenemisest kuni nende kehast väliskeskkonda viimiseni. Ainevahetusprotsess on kõik kehas toimuvad reaktsioonid, mille tõttu ehitatakse üles struktuursete kudede elemendid, rakud, aga ka kõik need protsessid, mille tõttu organism saab normaalseks hoolduseks nii palju vajalikku energiat.

Ainevahetus on meie elus suure tähtsusega, sest tänu kõikidele nendele reaktsioonidele ja keemilistele muutustele saame toidust kätte kõik vajaliku: rasvad, süsivesikud, valgud, aga ka vitamiinid, mineraalid, aminohapped, kasulikud kiudained, orgaanilised happed, jne d.

Oma omaduste järgi võib ainevahetuse jagada kaheks põhiosaks – anabolismiks ja katabolismiks ehk protsessideks, mis aitavad kaasa kõigi vajalike orgaaniliste ainete tekkele ja destruktiivsetele protsessidele. Nimelt aitavad anaboolsed protsessid kaasa lihtsate molekulide "muundumisele" keerukamateks. Ja kõik need andmeprotsessid on seotud energiakuludega. Kataboolsed protsessid, vastupidi, vabastavad keha lagunemise lõppproduktidest, nagu süsinikdioksiid, uurea, vesi ja ammoniaak, mis viib energia vabanemiseni, st jämedalt öeldes toimub uriini metabolism.

Mis on rakkude ainevahetus?

Mida see esindab raku ainevahetus või elusraku ainevahetus? On hästi teada, et meie keha iga elusrakk on hästi koordineeritud ja organiseeritud süsteem. Rakk sisaldab erinevaid struktuure, suuri makromolekule, mis aitavad tal laguneda hüdrolüüsi (see tähendab raku lõhenemise tõttu vee mõjul) kõige väiksemateks komponentideks.

Lisaks sisaldavad rakud suures koguses kaaliumi ja väga vähe naatriumi, hoolimata asjaolust, et rakukeskkond sisaldab palju naatriumi ja kaaliumi, vastupidi, on palju vähem. Lisaks on rakumembraan konstrueeritud nii, et see soodustab nii naatriumi kui ka kaaliumi tungimist. Kahjuks võivad erinevad struktuurid ja ensüümid selle väljakujunenud struktuuri hävitada.

Ja rakk ise on kaaliumi ja naatriumi vahekorrast kaugel. Selline "harmoonia" saavutatakse alles pärast inimese surma sureliku autolüüsi protsessis, see tähendab keha seedimist või lagunemist oma ensüümide mõjul.

Mis on rakkude energia?

Esiteks vajavad rakud lihtsalt energiat, et toetada süsteemi tööd, mis on tasakaalust kaugel. Seega, et rakk oleks tema jaoks normaalses olekus (isegi kui ta on tasakaalust kaugel), peab ta kindlasti saama talle vajalikku energiat. Ja see reegel on raku normaalse funktsioneerimise vältimatu tingimus. Sellega koos käib ka muu töö, mis on suunatud keskkonnaga suhtlemisele.

Näiteks kui lihasrakkudes või neerurakkudes on kokkutõmbumine ja isegi uriin on hakanud moodustuma või närviimpulsid sisse närvirakud, ja seedetrakti eest vastutavates rakkudes algas seedeensüümide vabanemine või hormoonide eritumine sisesekretsiooninäärmete rakkudes? Või näiteks tulikärbeste rakud hakkasid helendama ja näiteks kalade rakkudesse tekkisid elektrilahendused? Et seda kõike vältida, on selleks vaja energiat.

Millised on energiaallikad

Ülaltoodud näidetes näeme Et rakk kasutab oma tööks adenosiintrifosfaadi ehk (ATP) struktuuri tõttu saadud energiat. Tänu sellele on rakk küllastunud energiaga, mille vabanemine võib voolata fosfaatrühmade vahel ja toimida edasise tööna. Kuid samal ajal fosfaatsidemete (ATP) lihtsa hüdrolüütilise purustamisega ei muutu saadud energia rakule kättesaadavaks, sel juhul raisatakse energia soojusena.

See protsess koosneb kahest järjestikusest etapist. Igas sellises etapis on kaasatud vahesaadus, mida nimetatakse HF-ks. Allolevates võrrandites tähistavad X ja Y kaht täiesti erinevat orgaanilist ainet, täht F tähistab fosfaati ja lühend ADP tähistab adenosiindifosfaati.

Ainevahetuse normaliseerumine - see termin on tänapäeval kindlalt meie ellu sisenenud, pealegi on sellest saanud normaalkaalu näitaja, kuna kehas või ainevahetuses esinevad ainevahetushäired on sageli seotud kaalutõusu, ülekaalu, rasvumise või selle puudulikkusega. Tänu ainevahetuse põhjal tehtud testile on võimalik paljastada ainevahetusprotsesside kiirust organismis.

Mis on peamine vahetus?! See on keha energiatootmise intensiivsuse näitaja. See test viiakse läbi hommikul tühja kõhuga passiivsuse ajal, see tähendab puhkeasendis. Kvalifitseeritud isik mõõdab (O2) hapniku omastamist ja keha eritumist (CO2). Andmeid võrreldes saavad nad teada, kui palju protsenti keha sissetulevaid toitaineid põletab.

Samuti mõjutavad ainevahetusprotsesside aktiivsust hormonaalne süsteem, kilpnääre ja endokriinsed näärmed, seetõttu püüavad arstid ainevahetusega seotud haiguste ravi väljaselgitamisel välja selgitada ja arvesse võtta ka nende hormoonide töö taset veres ja nende süsteemide haigusi, mis on olemas.

Ainevahetusprotsesside uurimise põhimeetodid

Uurides ühe (ükskõik millise) toitaine metabolismi protsesse, jälgitakse kõiki selle muutusi (sellega juhtunud) ühest kehasse sisenenud vormist kuni lõpliku olekuni, mil see kehast eritub.

Ainevahetuse uurimise meetodid on tänapäeval äärmiselt mitmekesised. Lisaks kasutatakse selleks mitmeid biokeemilisi meetodeid. Üks ainevahetuse uurimise meetodeid on loomade kasutamise meetod või elundid.

Katseloomale süstitakse spetsiaalset ainet ning seejärel kasutatakse tuvastamiseks tema uriini ja väljaheiteid võimalikud tooted muutused (metaboliidid) antud aine. Kõige täpsemat teavet saab koguda konkreetse organi, näiteks aju, maksa või südame ainevahetusprotsesse uurides. Selleks süstitakse see aine verre, mille järel metaboliidid aitavad seda elundist väljuvas veres tuvastada.

See protseduur on väga keeruline ja täis riske, kuna sageli kasutatakse seda meetodit selliste uurimismeetodite puhul peenikesed kitkud või teha nendest elunditest lõike. Sellised sektsioonid asetatakse spetsiaalsetesse inkubaatoritesse, kus neid hoitakse spetsiaalsetes lahustuvates ainetes temperatuuril (kehatemperatuuriga sarnasel), lisades ainet, mille metabolismi uuritakse.

Selle uurimismeetodiga rakud ei kahjustata, kuna sektsioonid on nii õhukesed, et aine siseneb kergesti ja vabalt rakkudesse ja lahkub sealt. See juhtub, et on raskusi, mis on põhjustatud spetsiaalse aine aeglasest läbimisest rakumembraanidest.

Sel juhul membraanide hävitamiseks tavaliselt lihvima kude, et spetsiaalne aine hauduks rakupudru. Sellised katsed tõestasid, et kõik keha elusrakud on võimelised oksüdeerima glükoosi süsinikdioksiidiks ja veeks ning ainult maksa koerakud suudavad sünteesida uureat.

Kas me kasutame rakke?

Oma struktuurilt esindavad rakud väga keerulist organiseeritud süsteemi. On hästi teada, et rakk koosneb tuumast, tsütoplasmast ja ümbritsevas tsütoplasmas on väikesed kehad, mida nimetatakse organellideks. Neid on erineva suuruse ja tekstuuriga.

Tänu spetsiaalsetele tehnikatele on võimalik rakukuded homogeniseerida ja seejärel spetsiaalselt eraldada (diferentsiaaltsentrifuugimine), saades nii ainult mitokondreid, ainult mikrosoome, aga ka plasmat või selget vedelikku sisaldavad preparaadid. Neid preparaate inkubeeritakse eraldi ühendiga, mille metabolismi uuritakse, et täpselt kindlaks teha, millised rakualused struktuurid osalevad järgnevates muutustes.

Teada oli juhtumeid, kui esialgne reaktsioon algas tsütoplasmas ja selle saadus muutus mikrosoomides ning pärast seda täheldati muutusi teiste mitokondritega toimuvate reaktsioonidega. Uuritava aine inkubeerimine koehomogenaadi või elusrakkudega ei näita enamasti mingeid üksikuid ainevahetusega seotud etappe. Sündmuste esinemisandmete kogu ahela mõistmiseks aitavad üksteisele järgnevad katsed, milles inkubeerimiseks kasutatakse teatud subtsellulaarseid struktuure.

Kuidas kasutada radioaktiivseid isotoope

Aine teatud ainevahetusprotsesside uurimiseks on vaja:

• kasutada analüütilisi meetodeid antud aine ja selle metaboliitide määramiseks;
• on vaja kasutada selliseid meetodeid, mis aitavad eristada sisestatud ainet samast, kuid selles valmistises juba sisalduvast ainest.

Nende nõuete täitmine oli peamiseks takistuseks kehas toimuvate ainevahetusprotsesside uurimisel kuni radioaktiivsete isotoopide, aga ka radioaktiivse süsivesiku 14C avastamiseni. Ja pärast 14C ja instrumentide tulekut, mis võimaldavad mõõta isegi nõrka radioaktiivsust, lõppesid kõik ülaltoodud raskused. Pärast seda läksid asjad ainevahetusprotsesside mõõtmisega ülesmäge, nagu öeldakse.

Nüüd erilise juurde bioloogiline ettevalmistus(näiteks mitokondrite suspensioonid) lisatakse märgistatud 14C rasvhapet, seejärel pole selle muundumist mõjutavate toodete kindlakstegemiseks vaja spetsiaalseid analüüse. Ja kasutusmäära väljaselgitamiseks on nüüdseks saanud võimalikuks lihtsalt järjestikku saadud mitokondriaalsete fraktsioonide radioaktiivsuse mõõtmine.

See tehnika aitab mitte ainult mõista, kuidas ainevahetust normaliseerida, vaid ka tänu sellele on lihtne katseliselt eristada sisestatud radioaktiivse rasvhappe molekule juba katse alguses mitokondrites esinevatest rasvhappemolekulidest.

Elektroforees ja ... kromatograafia

Selleks, et mõista, mis ja kuidas normaliseerib ainevahetust ehk kuidas ainevahetus normaliseerub, on vaja kasutada ka meetodeid, mis aitavad eraldada väikeses koguses orgaanilisi aineid sisaldavaid segusid. Üks kõige olulisem neist meetoditest, mis põhineb adsorptsiooni nähtusel, on kromatograafia meetod. Tänu sellele meetodile eraldatakse komponentide segu.

Sel juhul toimub segu komponentide eraldamine, mis toimub kas sorbendi adsorptsiooni või paberi tõttu. Sorbendil adsorptsiooniga eraldamisel, st kui nad hakkavad selliseid spetsiaalseid klaastorusid (kolonne) täitma järkjärgulise ja järgneva elueerimisega, st iga olemasoleva komponendi järgneva väljapesemisega.

Elektroforeesi eraldamise meetod sõltub otseselt nii märkide olemasolust kui ka molekulide ioniseeritud laengute arvust. Samuti viiakse elektroforees läbi mõne inaktiivse kandjaga, nagu tselluloos, kumm, tärklis või lõpuks paberil.

Üks tundlikumaid ja tõhusad meetodid Segu eraldamine on gaasikromatograafia. Seda eraldusmeetodit kasutatakse ainult siis, kui eraldamiseks vajalikud ained on gaasilises olekus või võivad näiteks igal ajal sellesse olekusse minna.

Kuidas ensüümid vabanevad?

Et teada saada, kuidas ensüüme isoleeritakse, on vaja mõista, et see on selle seeria viimane koht: loom, seejärel organ, seejärel koeosa ja seejärel rakuorganellide fraktsioon ja homogenaat hõivab ensüüme, mis katalüüsivad teatud keemilist reaktsiooni. Ensüümide eraldamine puhastatud kujul on muutunud oluliseks suunaks metaboolsete protsesside uurimisel.

Ülaltoodud meetodite ühendamine ja kombineerimine on võimaldanud enamikus meie planeedil asustavates organismides, sealhulgas inimestel, peamised metaboolsed rajad. Lisaks aitasid need meetodid leida vastuseid küsimusele, kuidas kehas ainevahetusprotsessid kulgevad, ning selgitada ka nende ainevahetusradade põhietappide süsteemsust. Tänapäeval on juba uuritud rohkem kui tuhat kõikvõimalikku biokeemilist reaktsiooni, samuti nendes reaktsioonides osalevaid ensüüme.

Kuna ATP on vajalik elurakkudes igasuguste ilmingute ilmnemiseks, pole üllatav, et rasvarakkudes toimuvate ainevahetusprotsesside kiirus on peamiselt suunatud ATP sünteesile. Selle saavutamiseks kasutatakse järjestikuseid erineva keerukusega reaktsioone. Sellistes reaktsioonides kasutatakse peamiselt keemilist potentsiaalset energiat, mis sisaldub rasvade (lipiidide) ja süsivesikute molekulides.

Ainevahetusprotsessid süsivesikute ja lipiidide vahel

Sellist süsivesikute ja lipiidide vahelist ainevahetusprotsessi nimetatakse muul viisil ATP sünteesiks, anaeroobseks (see tähendab ilma hapniku osaluseta) metabolismiks.

Lipiidide ja süsivesikute peamine roll seisneb selles, et just ATP süntees annab lihtsamaid ühendeid, hoolimata sellest, et samad protsessid toimusid ka kõige primitiivsemates rakkudes. Ainult hapnikuvaeses atmosfääris oli võimatu rasvu ja süsivesikuid täielikult süsinikdioksiidiks oksüdeerida.

Isegi nendes kõige primitiivsemates rakkudes kasutati samu protsesse ja mehhanisme, mille tõttu korraldati ümber glükoosi molekuli struktuur, mis sünteesis väikeses koguses ATP-d. Teisel viisil nimetatakse selliseid protsesse mikroorganismides kääritamiseks. Praeguseks on eriti hästi uuritud glükoosi "käärimist" etüülalkoholi ja süsinikdioksiidi olekusse pärmis.

Kõigi nende muudatuste lõpuleviimiseks ja mitmete vahesaaduste moodustamiseks oli vaja läbi viia üksteist järjestikust reaktsiooni, mis lõpuks esitati paljudes vaheproduktides (fosfaatides), see tähendab fosforhappe estrites. See fosfaatrühm kanti üle adenosiindifosfaadile (ADP) ja koos ATP moodustumisega. Ainult kaks molekuli moodustasid ATP puhassaagise (iga fermentatsiooniprotsessis toodetud glükoosimolekuli kohta). Sarnaseid protsesse täheldati ka kõigis keha elusrakkudes, kuna need varustasid normaalseks toimimiseks vajalikku energiat. Selliseid protsesse nimetatakse väga sageli anaeroobseks rakuhingamiseks, kuigi see pole täiesti õige.

Nii imetajatel kui inimestel nimetatakse seda protsessi glükolüüsiks ja selle lõppproduktiks peetakse piimhapet, mitte CO2 (süsinikdioksiid) või alkoholi. Kui kaks viimast etappi välja arvata, peetakse kogu glükolüüsireaktsioonide jada peaaegu identseks pärmirakkudes toimuva protsessiga.

Ainevahetus on aeroobne, see tähendab hapniku kasutamist

Ilmselt ilmnes hapniku tulekuga atmosfääri tänu taimede fotosünteesile tänu emakesele loodusele mehhanism, mis võimaldas tagada glükoosi täieliku oksüdeerumise veeks ja CO2-ks. Selline aeroobne protsess võimaldas ATP netoeraldumist (kolmekümne kaheksast molekulist, mis põhinevad igal glükoosi molekulil, ainult oksüdeerunud).

Sellist hapniku kasutamise protsessi rakkude poolt energiarikaste ühendite ilmumiseks tuntakse tänapäeval aeroobse rakuhingamisena. Sellist hingamist teostavad tsütoplasmaatilised ensüümid (erinevalt anaeroobsest hingamisest) ja mitokondrites toimuvad oksüdatiivsed protsessid.

Siin oksüdeeritakse püroviinamarihape, mis on vaheühend, pärast anaeroobses faasis moodustumist kuue järjestikuse reaktsiooni kaudu CO2 olekusse, kus igas reaktsioonis kantakse elektronide paar aktseptorisse, mis on ühine. koensüüm, lühendatult (NAD). Seda reaktsioonide jada nimetatakse trikarboksüülhappe tsükliks, samuti sidrunhappe tsükliks või Krebsi tsükliks, mis viib selleni, et iga glükoosimolekul moodustab kaks püroviinamarihappe molekuli. Selle reaktsiooni käigus eemaldub kaksteist paari elektrone glükoosi molekulist selle edasiseks oksüdeerimiseks.

Energiaallika käigus... toimivad lipiidid

Selgub, et rasvhapped võivad toimida nii energiaallikana kui ka süsivesikud. Rasvhapete oksüdatsioonireaktsioon toimub kahe süsinikuga fragmendi rasvhappest (või õigemini selle molekulist) lõhustamise järjestuse tõttu atsetüülkoensüümi A ilmumisega (teisisõnu, see on atsetüül-CoA) ja kahe samaaegse elektronpaari ülekandmine nende ülekande ahelasse.

Seega on saadud atsetüül-CoA sama trikarboksüülhappe tsükli komponent, mille edasine saatus ei erine kuigivõrd atsetüül-CoA-st, mida tarnitakse süsivesikute ainevahetus. See tähendab, et mehhanismid, mis sünteesivad ATP-d nii glükoosi metaboliitide kui ka rasvhapete oksüdatsiooni ajal, on peaaegu identsed.

Kui kehale antav energia saadakse praktiliselt ainult ühe rasvhapete oksüdatsiooniprotsessi tõttu (näiteks nälgimise ajal, haigusega nagu diabeet jne), siis antud juhul atsetüüli ilmnemise intensiivsus. -CoA ületab oma oksüdatsiooni intensiivsust trikarboksüülhappe tsüklis endas. Sel juhul hakkavad atsetüül-CoA molekulid (mis on üleliigsed) üksteisega reageerima. Selle protsessi käigus ilmuvad atsetoäädik- ja b-hüdroksüvõihape. See kuhjumine võib põhjustada ketoosi, teatud tüüpi atsidoosi, mis võib põhjustada raske diabeedi ja isegi surma.

Miks energiavarud?

Selleks, et hankida kuidagi täiendavat energiavaru näiteks ebaregulaarselt ja mitte süstemaatiliselt toituvatele loomadele, tuleb neil lihtsalt vajalik energia kuidagi varuda. Sellised energiavarusid toodetakse toiduvarudest, millele kõik sama rasvad ja süsivesikud.

Tuleb välja, rasvhappeid saab säilitada neutraalsete rasvade kujul, mida leidub nii rasvkoes kui maksas . Ja süsivesikud, sissepääsu korral tohutu hulk seedetraktis hakkavad need hüdrolüüsima glükoosiks ja teisteks suhkruteks, mis maksa sattudes sünteesitakse glükoosiks. Ja siis hakatakse glükoosist glükoosist sünteesima hiiglaslikku polümeeri, kombineerides glükoosijääke, samuti eraldades veemolekule.

Mõnikord ulatub glükoosi jääkkogus glükogeeni molekulides 30 000. Ja kui on energiavajadus, siis hakkab glükogeen keemilise reaktsiooni käigus jälle lagunema glükoosiks, viimase saadus on glükoosfosfaat. See glükoosfosfaat siseneb glükolüüsi protsessi rajale, mis on osa glükoosi oksüdatsiooni eest vastutavast rajast. Glükoosfosfaat võib läbida hüdrolüüsireaktsiooni ka maksas endas ja nii moodustunud glükoos viiakse koos verega keharakkudesse.

Kuidas toimub süntees süsivesikutest lipiidideks?

Armastad süsivesikuid sisaldavat toitu? Selgub, et kui toidust saadud süsivesikute kogus korraga ületab lubatud määr, sel juhul lähevad süsivesikud "reservi" glükogeeni kujul, st liigne süsivesikute toit muutub rasvadeks. Esiteks moodustub glükoosist atsetüül-CoA ja seejärel hakatakse seda raku tsütoplasmas sünteesima pika ahelaga rasvhapete jaoks.

Seda "transformatsiooni" protsessi võib kirjeldada kui rasvarakkude normaalset oksüdatiivset protsessi. Pärast seda hakkavad rasvhapped ladestuma triglütseriidide, st neutraalsete rasvade kujul, mis ladestuvad (peamiselt probleemsetesse piirkondadesse). erinevad osad keha.

Kui keha vajab kiiresti energiat, hakkavad vereringesse sisenema hüdrolüüsitavad neutraalsed rasvad, aga ka rasvhapped. Siin on nad küllastunud albumiinide ja globuliinide molekulidega, see tähendab plasmavalkudega, ja hakkavad seejärel imenduma teistesse, enamikesse erinevad rakud. Loomadel ei ole sellist mehhanismi, mis suudaks sünteesida glükoosist ja rasvhapetest, kuid taimedel on need olemas.

Lämmastikku sisaldavate ühendite süntees

Loomadel kasutatakse aminohappeid mitte ainult valkude biosünteesina, vaid ka lähtematerjalina, mis on valmis teatud lämmastikku sisaldavate ühendite sünteesiks. Aminohape, nagu türosiin, muutub selliste hormoonide eelkäijaks nagu norepinefriin ja adrenaliin. Ja glütserool (kõige lihtsam aminohape) toimib lähteainena nukleiinhappe osaks olevate puriinide, aga ka porfüriinide ja tsütokroomide biosünteesiks.

Nukleiinhappepürimidiinide eelkäija on asparagiinhape ja metioniini rühm hakkab üle kanduma kreatiini, sarkosiini ja koliini sünteesi käigus. Nikotiinhappe eelkäija on trüptofaan ja valiinist (mis moodustub taimedes) saab sünteesida sellist vitamiini nagu pantoteenhape. Ja need on vaid mõned näited lämmastikku sisaldavate ühendite sünteesi kasutamisest.

Kuidas lipiidide metabolism toimub

Tavaliselt sisenevad lipiidid kehasse rasvhapete triglütseriidide kujul. Kõhunäärme toodetud ensüümide mõjul soolestikus hakkavad nad hüdrolüüsima. Siin sünteesitakse need jälle neutraalsete rasvadena, pärast seda satuvad nad kas maksa või verre ning võivad ladestuda ka rasvkoes reservina.

Oleme juba öelnud, et rasvhappeid saab uuesti sünteesida ka varem ilmunud süsivesikute lähteainetest. Samuti tuleb märkida, et hoolimata asjaolust, et loomarakkudes võib pika ahelaga rasvhappemolekulides täheldada ühe kaksiksideme samaaegset kaasamist. Need rakud ei saa sisaldada teist ja isegi kolmandat kaksiksidet.

Ja kuna kolme ja kahe kaksiksidemega rasvhapped mängivad olulist rolli loomade (sealhulgas inimeste) ainevahetusprotsessides, on nad oma olemuselt olulised toitumiskomponendid, võiks öelda, vitamiinid. Seetõttu nimetatakse linoleeni (C18:3) ja linoolhapet (C18:2) ka asendamatuteks rasvhapeteks. Samuti leiti, et rakkudes võib linoleenhappes sisalduda ka kahekordne neljas side. Süsinikuahela pikenemise tõttu võib ilmneda veel üks oluline metaboolsetes reaktsioonides osaleja arahhidoonhape ( S20:4).

Lipiidide sünteesi käigus võib täheldada rasvhappejääke, mis on seotud koensüüm A-ga. Sünteesi kaudu kantakse need jäägid üle glütserooli ja fosforhappe glütserofosfaatestriks. Selle reaktsiooni tulemusena moodustub fosfatiidhappe ühend, mille üheks ühendiks on fosforhappega esterdatud glütserool ja ülejäänud kaks on rasvhapped.

Neutraalsete rasvade ilmumisel eemaldatakse fosforhape hüdrolüüsi teel ja selle asemele tekib rasvhape, mis tekkis keemilise reaktsiooni tulemusena atsüül-CoA-ga. Koensüüm A ise võib pärineda ühest vitamiinist pantoteenhape. See molekul sisaldab sulfhüdrüülrühma, mis reageerib hapetele tioestrite ilmnemisega. Fosfolipiidfosfatiidhape reageerib omakorda lämmastikku sisaldavate alustega, nagu seriin, koliin ja etanoolamiin.

Seega saab organism ise iseseisvalt sünteesida kõiki imetajate kehas leiduvaid steroide (välja arvatud D-vitamiin).

Kuidas toimub valkude ainevahetus?

On tõestatud, et kõigis elusrakkudes esinevad valgud koosnevad kahekümne ühest tüüpi aminohappest, mis on omavahel seotud erinevates järjestustes. Neid aminohappeid sünteesivad organismid. Selline süntees viib tavaliselt α-ketohappe ilmumiseni. Nimelt osaleb a-ketohape ehk a-ketoglutaarhape lämmastiku sünteesis.

Inimkeha, nagu paljude loomade keha, on suutnud säilitada võime sünteesida kõiki olemasolevaid aminohappeid (välja arvatud mõned asendamatud aminohapped), mida tuleb toiduga varustada.

Kuidas valgusüntees toimub

See protsess kulgeb tavaliselt järgmiselt. Iga aminohape raku tsütoplasmas reageerib ATP-ga ja külgneb seejärel ribonukleiinhappemolekuli viimase rühmaga, mis on selle aminohappe jaoks spetsiifiline. Seejärel ühendatakse keeruline molekul ribosoomiga, mis määratakse piklikuma ribonukleiinhappemolekuli asendis, mis on seotud ribosoomiga.

Pärast seda, kui kõik kompleksmolekulid reastuvad, tekib aminohappe ja ribonukleiinhappe vahel tühimik, naaberaminohapped hakkavad sünteesima ja nii saadakse valk. Ainevahetuse normaliseerimine toimub tänu valgu-süsivesikute-rasva ainevahetusprotsesside harmoonilisele sünteesile.

Mis on orgaaniline ainevahetus?

Ainevahetusprotsesside paremaks mõistmiseks ja mõistmiseks, samuti tervise taastamiseks ja ainevahetuse parandamiseks on vaja järgida järgmisi soovitusi ainevahetuse normaliseerimiseks ja taastamiseks.

• Oluline on mõista, et ainevahetusprotsesse ei saa tagasi pöörata. Ainete lagunemine ei kulge kunagi mööda lihtsat sünteesireaktsioonide ümberpööramise teed. Selles lagunemises osalevad tingimata teised ensüümid, aga ka mõned vaheproduktid. Väga sageli hakkavad raku erinevates sektsioonides toimuma erinevatesse suundadesse suunatud protsessid. Näiteks rasvhappeid saab sünteesida raku tsütoplasmas ühe kindla ensüümide komplekti mõjul, samas kui mitokondrites võib oksüdatsiooniprotsess toimuda täiesti erineva komplektiga.
• Organismi elusrakkudes täheldatakse piisavalt ensüüme, et kiirendada metaboolsete reaktsioonide protsessi, kuid sellest hoolimata ei kulge metaboolsed protsessid alati kiiresti, seega viitab see teatud regulatsioonimehhanismide olemasolule meie rakkudes, mis mõjutavad ainevahetusprotsesse. . Praeguseks on teatud tüüpi selliseid mehhanisme juba avastatud.
• Üheks teguriks, mis mõjutab antud aine ainevahetusprotsesside kiiruse vähenemist, on selle aine sisenemine rakku endasse. Seetõttu saab sellele tegurile suunata ainevahetusprotsesside reguleerimise. Näiteks kui võtame insuliini, mille funktsioon, nagu me teame, on seotud glükoosi kõikidesse rakkudesse tungimise hõlbustamisega. Glükoosi "transformatsiooni" kiirus sõltub sel juhul kiirusest, millega see saabus. Kui arvestada kaltsiumi ja rauda, ​​kui need sisenevad soolestikust verre, siis sel juhul sõltub metaboolsete reaktsioonide kiirus paljudest, sealhulgas regulatsiooniprotsessidest.
• Kahjuks ei saa kõik ained vabalt ühest rakuruumist teise liikuda. Samuti eeldatakse, et rakusisest ülekannet kontrollivad pidevalt teatud steroidhormoonid.
• Teadlased on tuvastanud kahte tüüpi servomehhanisme, mis vastutavad metaboolsete protsesside negatiivse tagasiside eest.
• Isegi bakterite puhul on täheldatud näiteid, mis tõestavad mingite järjestikuste reaktsioonide esinemist. Näiteks ühe ensüümi biosüntees surub alla aminohappeid, mis on selle aminohappe saamiseks nii vajalikud.
• Uurides üksikuid metaboolsete reaktsioonide juhtumeid, leiti, et ensüüm, mille biosüntees oli mõjutatud, vastutab peamise etapi eest ainevahetusrajal, mis viib aminohappe sünteesini.
• Oluline on mõista, et metaboolsetes ja biosünteesiprotsessides osaleb väike hulk ehitusplokke, millest igaüks hakkab kasutama paljude ühendite sünteesiks. Nende ühendite hulka kuuluvad: atsetüülkoensüüm A, glütsiin, glütserofosfaat, karbamüülfosfaat ja teised. Nendest väikestest komponentidest ehitatakse seejärel keerulised ja mitmekesised ühendid, mida saab jälgida elusorganismides.
• Väga harva on lihtsad orgaanilised ühendid otseselt seotud ainevahetusprotsessidega. Sellised ühendid peavad oma aktiivsuse näitamiseks liituma mõne ühendite seeriaga, mis osalevad aktiivselt ainevahetusprotsessides. Näiteks glükoos võib alustada oksüdatiivseid protsesse alles pärast seda, kui see on esterdatud fosforhappega, ja muude hilisemate muutuste jaoks tuleb see esterdada uridiindifosfaadiga.
• Kui arvestada rasvhappeid, siis ei saa ka need metaboolsetes muutustes osaleda seni, kuni nad moodustavad koensüüm A-ga estreid. Samal ajal muutub iga aktivaator sugulaseks mõne nukleotiidiga, mis on ribonukleiinhappe osa või millest moodustub. - vitamiin. Seetõttu saab selgeks, miks me vajame vitamiine ainult väikestes kogustes. Neid tarbivad koensüümid, kusjuures iga koensüümi molekuli kasutatakse eluea jooksul mitu korda, erinevalt toitainetest, mille molekule kasutatakse üks kord (näiteks glükoosimolekulid).

Ja viimane! Selle teema lõpetuseks tahan tõesti öelda, et termin "ainevahetus" ise, kui varem tähendas valkude, süsivesikute ja rasvade sünteesi kehas, siis nüüd kasutatakse seda mitme tuhande ensümaatilise reaktsiooni nimetusena, mis võib tähistada tohutut omavahel seotud metaboolsete radade võrgustik.

Kokkupuutel

Ainevahetus. metaboolsed protsessid.

Ainevahetus(või ainevahetus, kreeka keelest μεταβολή - "muundumine, muutumine" (edaspidi "O.v.") - see on ainete ja energia muundamise loomulik järjekord elu aluseks olevates elussüsteemides, mille eesmärk on nende säilimine ja taastootmine; kõigi kehas toimuvate keemiliste reaktsioonide kogum.

Vaba MH 3, mis moodustub organismi jaoks aminohapete deamineerimisel; see seostub hapetega või muundatakse uureaks, kusihappeks, asparagiiniks või glutamiiniks. Loomadel ammooniumisoolad, uurea ja kusihappe erituvad organismist, samas kui taimedes kasutatakse asparagiini, glutamiini ja uureat organismis lämmastiku varuallikatena. Seega on üks olulisemaid biokeemilisi erinevusi taimede ja loomade vahel peaaegu täielik puudumine esimesel lämmastikujäätmetel. Karbamiidi moodustumine aminohapete oksüdatiivse dissimilatsiooni käigus toimub peamiselt nn ornitiini tsükli abil, mis on tihedalt seotud teiste valkude ja aminohapete transformatsioonidega organismis. Aminohapete dissimilatsioon võib toimuda ka nende dekarboksüülimisel, mille käigus moodustub aminohappest CO 2 ja mingi amiin või uus aminohape (näiteks histidiini dekarboksüülimisel tekib histamiin – füsioloogiliselt aktiivne aine ja kui asparagiin hape dekarboksüleeritakse - uus aminohape - (α- või β-alaniin).Amiine saab metüleerida, moodustades erinevaid betaiine ja olulisi ühendeid nagu koliini.Taimed kasutavad amiine (koos mõnede aminohapetega) alkaloidide biosünteesiks.

III. Süsivesikute, lipiidide, valkude ja muude ühendite ainevahetuse seos

Kõik kehas toimuvad biokeemilised protsessid on üksteisega tihedalt seotud. Valkude metabolismi ja redoksprotsesside vahelist seost viiakse läbi mitmel viisil. Protsessi aluseks olevad individuaalsed biokeemilised reaktsioonid toimuvad vastavate ensüümide, st valkude katalüütilise toime tõttu. Samal ajal võivad valkude lõhustamise produktid - aminohapped - läbida mitmesuguseid redoks-transformatsioone - dekarboksüülimist, deaminatsiooni jne.

Seega on asparagiin- ja glutamiinhapete deaminatsiooniproduktid - oksaloäädik- ja α-ketoglutaarhape - samal ajal kõige olulisemad lülid protsessis toimuvates süsivesikute oksüdatiivsetes muundumistes. Püruviinhape, käärimisel tekkiv olulisim vaheprodukt, mis on tihedalt seotud ka valkude metabolismiga: interakteerudes NH 3 ja vastava ensüümiga, annab see olulise aminohappe α-alaniini. Kõige tihedam seos fermentatsiooni ja hingamise protsesside vahel lipiidide metabolismiga kehas avaldub selles, et süsivesikute dissimilatsiooni esimestel etappidel moodustunud fosfoglütseraldehüüd on glütserooli sünteesi lähteaine. Seevastu püroviinamarihappe oksüdatsiooni tulemusena saadakse äädikhappejäägid, millest sünteesitakse kõrgmolekulaarseid rasvhappeid ja erinevaid isoprenoide (terpeenid, karotenoidid, steroidid). Seega viivad käärimis- ja hingamisprotsessid rasvade ja muude ainete sünteesiks vajalike ühendite moodustumiseni.

IV. Vitamiinide ja mineraalainete roll ainevahetuses

Ainete muundumisel kehas on olulisel kohal vesi ja mitmesugused mineraalsed ühendid. osalevad koensüümide osana paljudes ensümaatilistes reaktsioonides. Niisiis toimib B1-vitamiini derivaat - tiamiinpürofosfaat - oksüdatiivse dekarboksüülimise ajal koensüümina (α-ketohapped, sealhulgas püroviinamarihape; vitamiini B6 fosfaatester - püridoksaalfosfaat - on vajalik katalüütiliseks transamiinimiseks, dekarboksüülimiseks ja muudeks aminohapete metabolismiks A-vitamiini derivaat sisaldub visuaalse pigmendi koostises. Paljude vitamiinide (näiteks askorbiinhappe) funktsioonid ei ole täielikult välja selgitatud. Erinevad tüübid organismid erinevad nii oma vitamiinide biosünteesivõime poolest kui ka vajaduse poolest teatud toiduga saadavate vitamiinide komplekti järele, mis on vajalikud normaalseks ainevahetuseks.

Mineraalide ainevahetuses mängivad olulist rolli Na, K, Ca, P, aga ka teised. anorgaaniline aine. Na ja K osalevad bioelektrilistes ja osmootsetes nähtustes rakkudes ja kudedes, bioloogilise membraani läbilaskvuse mehhanismides; Ca ja P on peamised komponendid ja; Fe on osa hingamisteede pigmentidest - hemoglobiinist ja müoglobiinist, aga ka mitmetest ensüümidest. Viimaste tegevuseks on vajalikud ka teised mikroelemendid (Cu, Mn, Mo, Zn).

otsustavat rolli energia mehhanismid ainevahetust mängivad fosforhappe ja eelkõige adenosiinfosforhapete estrid, mis tajuvad ja akumuleerivad glükolüüsi, oksüdatsiooni ja fotosünteesi protsessides organismis vabanevat energiat. Need ja mõned teised energiarikkad ühendid (vt kõrge energiasisaldusega ühendid) kannavad üle oma keemilistes sidemetes sisalduva energia, et seda kasutada mehaaniliste, osmootsete ja muud tüüpi tööde käigus või energiatarbimisega kaasnevate sünteetiliste reaktsioonide läbiviimiseks ( vaata ka bioenergeetika).

V. Ainevahetuse reguleerimine

Ainevahetusprotsesside üllatav sidusus ja sidusus elusorganismis saavutatakse ainevahetusprotsesside range ja plastilise koordineerimisega. nii rakkudes kui kudedes ja elundites. See koordineerimine määrab antud organism ajaloolise arengu käigus välja kujunenud ainevahetuse olemus, mida toetavad ja juhivad pärilikkuse mehhanismid ning organismi koostoime väliskeskkonnaga.

Ainevahetuse reguleerimine raku tasandil toimub ensüümide sünteesi ja aktiivsuse reguleerimise teel. Iga ensüümi sünteesi määrab vastav geen. Erinevad O. v. vaheproduktid, mis toimivad teatud kohas, mis sisaldavad teavet antud ensüümi sünteesi kohta, võivad selle sünteesi esile kutsuda (käivitada, võimendada) või vastupidi, represseerida (peatada). Niisiis, coli isoleutsiini liiaga toitainekeskkonnas peatab see selle aminohappe sünteesi. Liigne isoleutsiin toimib kahel viisil:

• a) inhibeerib (inhibeerib) ensüümi treoniini dehüdrataasi aktiivsust, mis katalüüsib isoleutsiini sünteesini viiva reaktsiooniahela esimest etappi ja
• b) represseerib kõigi isoleutsiini biosünteesiks vajalike ensüümide (sh treoniini dehüdrataasi) sünteesi.

Treoniini dehüdrataasi inhibeerimine toimub vastavalt ensüümi aktiivsuse allosteerilise regulatsiooni põhimõttele.

Oksüdatiivsete protsesside, häirete ja beriberi rikkumiste korral täheldatakse mitmete vahepealsete ainevahetusproduktide (piim-, püroviinamari-, atsetoäädikhape) kogunemist veres ja kudedes; mineraalide ainevahetuse rikkumine võib põhjustada happe-aluse tasakaalu nihkeid. Kolesterooli metabolismi häired on teatud tüüpide aluseks. Tõsised metaboolsed häired hõlmavad valgu imendumise rikkumist türotoksikoosi korral, kroonilist mädanemist, mõnda; vee imendumise rikkumine lubja ja fosfori sooladega osteomalaatsia ja muude haigustega luukoe, naatriumisoolad - Addisoni tõvega.

Ainevahetushäirete diagnoosimine põhineb gaasivahetuse uurimisel, organismi sattunud aine koguse ja eritumise seostel, vere, uriini ja muude eritiste keemiliste koostisosade määramisel. Ainevahetushäirete uurimiseks võetakse kasutusele isotoopide indikaatorid (näiteks radioaktiivne jood - peamiselt 131 I - türeotoksikoosi korral).

Ainevahetushäirete ravi peamiselt suunatud neid põhjustavate põhjuste kõrvaldamisele. Vaata ka nende artiklite alt "molekulaarhaigused", pärilikud haigused ja kirjandus. (S. M. Leites)

Loe ainevahetuse kohta lähemalt kirjandusest:

• F. Engels, Looduse dialektika, Karl Marx, F. Engels, Teosed, 2. trükk, 20. köide;
• Engels F., Anti-Dühring, ibid.;
• Wagner R., Mitchell G., Genetics and metabolism tõlgitud inglise keelest M., 1958;
• Christian Boehmer Anfinsen. Molekulaarsed alused evolutsioon, tõlgitud inglise keelest, M., 1962;
• Jacob François, Monot Jacques. Biokeemilised ja geneetilised regulatsioonimehhanismid bakterirakus, [prantsuse keelest tõlgitud], raamatus: Molecular Biology. Probleemid ja väljavaated, Moskva, 1964;
• Oparin Aleksander Ivanovitš. Elu tekkimine ja esialgne areng, M., 1966;
• Skulatšov Vladimir Petrovitš Energia kogunemine rakus, M., 1969;
• Molecules and Cells, inglise keelest tõlgitud, c. 1-5, M., 1966-1970;
• Kretovitš Vatslav Leonovitš. Taimede biokeemia alused, 5. trükk, M., 1971;
• Zbarski Boriss Iljitš, Ivanov I. I., Mardašev Sergei Rufovitš. Bioloogiline keemia, 5. väljaanne, L., 1972.