Анаболизмът и катаболизмът са процеси, извършвани в нашето тяло. Някои от тях са процеси на изграждане (анаболни), докато други са процеси на разграждане или разрушаване (катаболни). Вероятно много от вас ще кажат, че анаболните процеси са по-важни и е необходимо катаболните процеси да бъдат сведени до минимум.

Вярно е обаче, че процесите на структура и разграждане в организма зависят един от друг; клетката не може да съществува, ако само абсорбира вещества, без да синтезира нови и обратно. Анаболните и катаболните процеси изграждат единна биохимична и енергийна есенцияметаболизъм.

Това, което много хора вероятно все още не знаят е, че когато тренираме, ние стимулираме катаболните процеси в тялото си, които разграждат мускулната ни тъкан. Това може да изглежда странно за някои, но ако се замислим, можем да видим логиката. Не можем да имаме строителни процеси, освен ако не ги противопоставим на противоположните и те са породени именно от мускулната тренировка.

Накратко, ние разграждаме мускулите, за да могат да се възстановят и да станат по-големи и по-силни. Добре е да знаем как анаболните процеси се влияят от катаболизма и обратното, защото колкото по-добре разбираме зависимостта им, толкова по-добри резултати имаме в залата!

Анаболни процеси

Както вече казахме, анаболните процеси се инициират от катаболни процеси. По време на тренировка и нормални ежедневни дейности тялото ни е под напрежение и е в катаболна фаза. Нормалната реакция на тялото към катаболните процеси е процесите на изграждане.

Анаболните процеси се произвеждат в тялото с енергия от поетата храна, достатъчно количество почивка и хормони: соматотропин, инсулиноподобен растежен фактор, инсулин, тестостерон, естрадиол. Този процес може да бъде разделен на три етапа: синтез на междинни съединения, синтез на мономерни единици и синтез на полимери и мономери. Просто казано, движение от просто към сложно, използвайки наличната енергия на тялото.

Катаболитни процеси

Катаболизмът (разграждането) е процесът на освобождаване на енергия по време на разграждането на веществата. Те се определят от калоричността, означена като kcal/g (kcal/g вещество). Под въздействието на катаболните процеси основните хранителни вещества (протеини, мазнини и въглехидрати) се разграждат до крайни продукти: вода, CO2, амоняк, урея, пикочна киселина и др., които впоследствие се изхвърлят от тялото чрез отделителната система.

Свързана статия: Какво е духовен секс?

По време на протичат катаболни процеси физическа активности всъщност те са виновниците за изграждането на по-силни мускули и изчистването на подкожните мазнини.

Балансиране на процеси

Много хора се опитват да спрат катаболните процеси или да ги прекаляват (в тренировка) с идеята да увеличат максимално резултатите. Това не е добър подход, защото процесите зависят един от друг. За максимизиране на резултатите е необходимо да се балансират процесите на анаболизъм и катаболизъм.

Трябва да напрегнем мускулите си и да разградим много вещества, за да освободим енергия, но също така трябва да позволим на телата ни да почиват достатъчно дълго и да получат необходимото хранене, за да успеят да възстановят тъканите и да изградят нови и по-силни. Когато човек тренира твърде често и не спи достатъчно или не яде достатъчно, тялото няма друг избор, освен да остане по-дълго в катаболната фаза и следователно резултатите намаляват или дори преминават от прогрес към регрес!

Как да постигнем баланс

Най-важното е да следим напредъка си, за да знаем дали сме на прав път (добре балансирани). Нека споделим някои неща, които трябва да имате предвид, които ще помогнат за минимизиране на загубите.

• Не се преуморявайте.Често объркани от познати, приятели или списания, ние променяме програмата си до степен, че тялото ни не спира да тренира 7 дни в седмицата. Повечето хора ще си помислят, че когато спортуват всеки ден, ще имат по-добри резултати. Това може да е вярно само ако позволите на тялото си да си почине и да се възстанови, което е трудно да се направи, ако работите усилено за дълги периоди от време, спите малко или не ядете достатъчно.
• Не се опитвайте да потискате катаболните процеси. Защото, както казахме няколко пъти, те са също толкова важни за вас, колкото и анаболните.
• Ако намалите тренировката или интензивността си, тялото ви ще има много слаб катаболизъм и няма да има нужда да създава процеси за изграждане на мускули. Ако тренирате редовно и сериозно, тогава не прекалявайте, позволете на тялото си да използва максималния анаболен прозорец. Опитайте се да си легнете преди 23 часа, за да можете да станете рано в 7 сутринта. Тялото ни е устроено така, че когато слънцето залязва, преминава в анаболна фаза, а когато слънцето изгрява сутрин, анаболизмът се превръща в катаболизъм, който продължава през целия ден.
• Избягвайте естрогенните храни (хранителни продуктисъдържащи хормона естроген): соеви зърна, храни, третирани с пестициди, говеждо от месарници (естрогенът се добавя към диетата на кравите и се натрупва в клетките на тялото и следователно се намира и в месото, което се намира в месарските магазини) . Органите по храните и лекарствата казват, че не позволяват добавени хормони в свинско или птиче месо (пилешко, яйца, пуешко), така че тези храни не трябва да съдържат естроген. Типът храна с естроген ще наклони тялото в полза на катаболните процеси, намалявайки количеството анаболни хормони (например тестостерон) към естроген.
• отпуснете се. Физическият и психическият стрес оказват голямо влияние върху процесите в организма. Опитайте се да се отървете от подобни ситуации или ако не можете да ги избегнете, опитайте се да се отпуснете.
• Избягвайте цигарите, алкохолаи, разбира се, всички видове наркотици. Те не само ще забавят напредъка ви, но както всички знаем, това е вредно за вашето здраве.
• Яжте храни, богати на фибри(пълнозърнест

текстови_полета

текстови_полета

стрелка_нагоре

Метаболизъм и енергия -е набор от физически, химични и физиологични процеси на трансформация на вещества и енергия в човешкото тяло и обмен на вещества и енергия между тялото и среда .

Непрекъснатият обмен на вещества и енергия между тялото и околната среда е един от най-важните признаци на живота.

За поддържане на жизненоважни процеси, метаболизъм и осигуряване на енергия пластмасаИ енергиянужди на тялото. Това се постига чрез извличане на енергия от тялото хранителни веществаи превръщането му във форми макроергичен(АТФ и други молекули) и възстановен(NADP-H - никотин амид аденин динуклеотид фосфат) съединения. Тяхната енергия се използва за синтеза на протеини, нуклеинови киселини, липиди, както и компоненти на клетъчните мембрани и клетъчните органели, за извършване на механична, химическа, осмотична и електрическа работа и йонен транспорт. По време на метаболизма в тялото се доставят пластични вещества, необходими за биосинтеза, изграждане и обновяване на биологични структури.

Анаболизъм и катаболизъм

текстови_полета

текстови_полета

стрелка_нагоре

В метаболизма (метаболизъм)и енергията се отличават с два взаимосвързани, но многопосочни процеса:

1. Анаболизъм, който се основава на процеси на асимилация,

2. Катаболизъм, който се основава на процеси на дисимилация.

Анаболизъм е набор от процеси на биосинтеза на органични вещества, клетъчни компоненти и други структури на органи и тъкани. Анаболизмът осигурява растеж, развитие, обновяване на биологични структури, както и непрекъснат ресинтез на макроерги и натрупване на енергийни субстрати.

Катаболизъм - това е набор от процеси на разделяне на сложни молекули, компоненти на клетки, органи и тъкани в прости вещества, като някои от тях се използват като предшественици на биосинтезата и до крайни продукти на разлагане с образуването на високоенергийни и редуцирани съединения. Взаимовръзката на основните функционални елементи на метаболизма е показана на фиг. 10.1.

Диаграмата показва, че връзката между процесите на катаболизъм и анаболизъм се основава на единството на биохимичните трансформации, които осигуряват енергия за всички жизнени процеси и постоянното обновяване на телесните тъкани. Движещата сила на живота е катаболизмът. Може да се осъществи свързването на анаболни и катаболни процеси различни вещества, но основна роля играят ATP и NADP-N. За разлика от други медиатори на метаболитни трансформации, АТФ се рефосфорилира циклично и NADP-H се редуцира.

Осигуряването на енергия за жизнените процеси се извършва благодарение на анаеробниИ аеробикакатаболизъм на протеини, мазнини и въглехидрати, влизащи в тялото с храната.

По време на анаеробно смилане на глюкоза(гликолиза) или неговия резервен субстрат гликоген (гликогенолиза), превръщането на 1 мол глюкоза в 2 мола лактат води до образуването на 2 мола АТФ. Енергията, генерирана по време на анаеробния метаболизъм, не е достатъчна за осъществяване на жизнените процеси на животинските организми. Анаеробната гликолиза може да задоволи само ограничени краткосрочни енергийни нужди на клетката. Известно е например, че зрял еритроцит на бозайник напълно задоволява енергийните си нужди чрез гликолиза.

В тялото на животните и човека в процеса на аеробен метаболизъмпочти всички органични вещества, включително продуктите на анаеробния метаболизъм, се разлагат напълно до CO 2 и H 2 O. Общият брой на ATP молекулите, образувани по време на пълното окисляване на 1 мол глюкоза до CO 2 и H 2 O, е 25,5 мола. Пълното окисление на една мастна молекула произвежда по-голям брой молове АТФ, отколкото окисляването на една въглехидратна молекула. Така при пълното окисление на 1 мол палмитинова киселина се образуват 91,8 мола АТФ. Броят на моловете АТФ, образуван по време на пълното окисление на аминокиселините и въглехидратите, е приблизително еднакъв. АТФ играе ролята на вътрешна “енергийна валута” в тялото, носител и акумулатор на химическа енергия.

Основният източник на възстановителна енергия за реакцията на биосинтеза на мастни киселини, холестерол, аминокиселини, стероидни хормони, прекурсори за синтеза на нуклеотиди и нуклеинови киселини е NADPH-H. Образуването на това вещество става в цитоплазмата на клетката по време на фосфоглюконатния път на катаболизма на глюкозата. При това разграждане на 1 мол глюкоза се образуват 12 мола NADP-H.

Процесите на анаболизъм и катаболизъм са в тялото в състояние на динамично равновесие или преобладаването на един от тях. Преобладаването на анаболните процеси над катаболните води до растеж и натрупване на тъканна маса, а преобладаването на катаболните процеси води до частично разрушаване на тъканните структури и освобождаване на енергия. Състоянието на равновесно или неравновесно съотношение на анаболизъм и катаболизъм зависи от възрастта (преобладаване на анаболизма в детството, баланс при възрастните, преобладаване на катаболизма в напреднала възраст), здравословно състояние, физически или психо-емоционален стрес, извършен от тялото.

13.4.1. Реакциите на цикъла на Кребс принадлежат към третия етап на катаболизма на хранителните вещества и протичат в митохондриите на клетката. Тези реакции принадлежат към общия път на катаболизма и са характерни за разграждането на всички класове хранителни вещества (протеини, липиди и въглехидрати).

Основната функция на цикъла е окисляването на ацетилния остатък с образуването на четири молекули редуцирани коензими (три молекули NADH и една молекула FADH2), както и образуването на GTP молекула чрез субстратно фосфорилиране. Въглеродните атоми на ацетилния остатък се освобождават под формата на две молекули CO2.

13.4.2. Цикълът на Кребс включва 8 последователни етапа, като се обръща специално внимание на реакциите на дехидрогениране на субстратите:

Фигура 13.6.Реакции на цикъла на Кребс, включително образуването на α-кетоглутарат

а) кондензация на ацетил-КоА с оксалоацетат, в резултат на което се образува цитрат (фиг. 13.6, реакция 1); следователно цикълът на Кребс също се нарича цитратен цикъл. В тази реакция метиловият въглерод на ацетиловата група реагира с кетогрупата на оксалоацетата; В същото време тиоестерната връзка се разцепва. Реакцията освобождава CoA-SH, който може да участва в окислителното декарбоксилиране на следващата молекула пируват. Реакцията се катализира цитрат синтаза, това е регулаторен ензим; той се инхибира от високи концентрации на NADH, сукцинил-КоА и цитрат.

б) превръщане на цитрат в изоцитрат чрез междинно образуване на цис-аконитат.Цитратът, образуван в първата реакция на цикъла, съдържа третична хидроксилна група и не може да се окислява в клетъчни условия. Под действието на ензим аконитазаима отделяне на водна молекула (дехидратация) и след това нейното добавяне (хидратация), но по различен начин (фиг. 13.6, реакции 2-3). В резултат на тези трансформации хидроксилната група се премества в позиция, благоприятна за нейното последващо окисление.

V) дехидрогениране на изоцитратпоследвано от освобождаване на молекула CO2 (декарбоксилиране) и образуване на α-кетоглутарат (фиг. 13.6, реакция 4). Това е първата редокс реакция в цикъла на Кребс, водеща до образуването на NADH. Изоцитрат дехидрогеназа, който катализира реакцията, е регулаторен ензим, който се активира от ADP. Излишъкът от NADH инхибира ензима.

Фигура 13.7.Реакции в цикъла на Кребс, започващи с α-кетоглутарат.

G) окислително декарбоксилиране на α-кетоглутарат, катализирано от мултиензимен комплекс (фиг. 13.7, реакция 5), придружено от освобождаване на CO2 и образуване на втора молекула NADH. Тази реакция е подобна на реакцията на пируват дехидрогеназа. Инхибиторът е продуктът на реакцията - сукцинил-КоА.

г) субстратно фосфорилиранена ниво сукцинил-КоА, при което енергията, освободена по време на хидролизата на тиоестерната връзка, се съхранява под формата на GTP молекула. За разлика от окислителното фосфорилиране, този процес протича без образуване на електрохимичен потенциал на митохондриалната мембрана (фиг. 13.7, реакция 6).

д) дехидрогениране на сукцинатс образуването на фумарат и молекулата FADH2 (фиг. 13.7, реакция 7). Ензимът сукцинат дехидрогеназа е здраво свързан с вътрешната мембрана на митохондриите.

и) фумарат хидратация, в резултат на което в молекулата на реакционния продукт се появява лесно окисляема хидроксилна група (фиг. 13.7, реакция 8).

з) дехидрогениране на малат, което води до образуването на оксалоацетат и трета молекула NADH (фиг. 13.7, реакция 9). Оксалоацетатът, образуван при реакцията, може да се използва отново в реакция на кондензация с друга молекула ацетил-КоА (фиг. 13.6, реакция 1). Следователно този процес е цикличен характер.

13.4.3. Така в резултат на описаните реакции ацетилният остатък претърпява пълно окисление CH3 -CO-. Броят на ацетил-КоА молекулите, превърнати в митохондрии за единица време, зависи от концентрацията на оксалоацетат. Основните начини за увеличаване на концентрацията на оксалоацетат в митохондриите (съответните реакции ще бъдат обсъдени по-късно):

13.4.4. Може да се използват някои метаболити от цикъла на Кребс синтезградивни елементи за изграждане на сложни молекули. Така оксалоацетатът може да се превърне в аминокиселината аспартат, а α-кетоглутаратът може да се превърне в аминокиселината глутамат. Сукцинил-КоА участва в синтеза на хема, протетичната група на хемоглобина. По този начин реакциите на цикъла на Кребс могат да участват както в процесите на катаболизъм, така и в анаболизъм, т.е. цикълът на Кребс изпълнява амфиболна функция(вижте 13.1).

В живия организъм непрекъснато протичат различни процеси, за да осигурят жизнените му функции. Един от тях е метаболизъм (метаболизъм), който превръща консумираната храна в енергия. Именно метаболизмът ще бъде обсъден в тази статия. Ще разгледаме същността на метаболитните процеси, ще изясним техните етапи и ще отговорим на въпроса - какво представляват катаболизмът и анаболизмът.

Същност на метаболизма и неговата роля за живите организми

За да растат, регенерират и се възпроизвеждат живите организми, природата ги е надарила с изключително важната способност да превръщат калориите от външната храна в ценна енергия, необходима за живота. Съвкупността от тези биохимични процеси се нарича метаболизъм или метаболизъм.

Метаболизмът на всеки индивид може да се изрази с количествен коефициент, който определя скоростта, с която тялото превръща храната в полезна енергия. Установено е, че активността на метаболитните процеси се влияе от редица фактори:

• Етаж. Мъжете имат скорост на метаболизма, която е с 10-20% по-висока от тази на жените.
• Възраст. Като цяло метаболизмът (анаболизъм, катаболизъм) протича по-бързо през първите 25-30 години от живота, след което се наблюдава намаляване на скоростта на метаболизма с 3% на всяко десетилетие.
• Наднорменото тегло води до бързо усвояване на хранителни вещества, които се съхраняват като мазнини в мускулната тъкан и черния дроб.
• Физическата активност ускорява метаболизма в следваща прогресия - с 20% през първите 2-3 часа, а на следващия ден - с 5%.

Метаболитните процеси в живите организми неизбежно протичат в две противоположни форми: дисимилация (катаболизъм) и асимилация (анаболизъм). След това ще разгледаме тези процеси по-подробно.

Прочетете повече за това какво е катаболизъм

Катаболизмът е процес, по време на който сложни вещества, под формата на колекция от клетки, тъкани, органи и други неща, се разграждат на по-прости. Процесите на катаболизъм са задължително придружени от образуването и обогатяването на енергийни клетки под формата на АТФ, които впоследствие могат да бъдат изразходвани за синтез и други жизненоважни процеси, например движение.

Следните хормони влияят на катаболизма, или по-точно на скоростта на разграждане на сложните вещества:

• кортизол - произвежда се в тялото поради стресови ситуации;
• адреналин, чиято концентрация може да се увеличи по време на гладуване, както и когато човек изпитва силни емоции;
• глюкагонът е хормон за изгаряне на мазнини, който се произвежда активно, когато количеството въглехидрати от храната е ограничено (в диетологията това е възможно благодарение на диети с преобладаваща консумация на протеинови храни).

Етапи на катаболизъм

Дисимилацията на сложните съединения преминава през няколко последователни етапа, включително:

1. Разграждането на органични молекули на мазнини, протеини и сложни въглехидрати в мономери (напр. мастни киселини, аминокиселини, монозахариди). Процесът протича извън клетката - в храносмилателния тракт.
2. Навлизането на мономери чрез кръвообращението и лимфната циркулация в тъканните клетки, където процесът на разцепване продължава до образуването на по-малки структури, като ацетилната група на коензимите.
3. Окисляване под въздействието на кислород по време на дишане на съединения с ниско молекулно тегло, което води до образуването въглероден диоксиди вода, а също така натрупва клетъчна енергия ATP.

Как възниква анаболизмът?

След като разгледахме какво е катаболизмът, би било уместно да дадем концепцията за противоположната му форма - анаболизъм. Така че, ако катаболизмът е процес на разграждане на полимери, тогава анаболизмът не е нищо повече от синтез на прости вещества в сложни съединения, от които се изграждат нови клетки и тъкани на тялото.

Анаболизмът осигурява растежа, развитието и регенерацията на всички видове телесни тъкани.

Асимилационният метаболизъм също протича на три етапа:

• Първо, съединенията с ниско молекулно тегло образуват прекурсорни молекули.
• В следващия етап тези молекули се превръщат в активни форми и клетъчната енергия, натрупана по време на катаболизма, се изразходва.
• Последният етап включва образователния процес строителен материалтялото - полимери, под формата на протеини, въглехидрати и мазнини.

Връзката между катаболизма и анаболизма

Катаболизмът и анаболизмът са тясно свързани помежду си процеси. Първият осигурява разграждането на органичните съединения до прости вещества и натрупването на енергия, необходима за асимилационния метаболизъм. Вторият снабдява катаболните процеси с необходимите ензими.

Тези две форми на обмен непрекъснато се срещат в живите организми и могат да съществуват в два вида взаимодействие:

• в състояние на баланс;
• преобладаването на един вид над друг.

Запазването или дисбалансът на метаболитните процеси зависи от възрастта и психо-емоционалното състояние на тялото. Например при децата, особено през първата година от живота, има преобладаване на анаболизма над катаболизма, а при по-възрастните - обратното.

Състояние на стрес и физическа активностсъщо водят до изместване на равновесието на метаболитните процеси към дисимилация. В крайна сметка какво е катаболизъм? На практика това е загуба на тегло и изгаряне на калории.

Анаболизмът и катаболизмът са основните метаболитни процеси.

Катаболизмът е ензимно разграждане на сложни органични съединения, извършвано вътре в клетката поради окислителни реакции. Катаболизмът е придружен от освобождаване на енергия и нейното съхранение във високоенергийни фосфатни връзки на АТФ.

Анаболизмът е синтез на сложни органични съединения - протеини, нуклеинови киселини, полизахариди - от прости прекурсори, които влизат в клетката от околната среда или се образуват по време на процеса на катаболизъм. Процесите на синтез са свързани с изразходването на свободна енергия, която се доставя от АТФ (фиг. 31).

ориз. 31 Схема на метаболитни пътища в бактериална клетка

В зависимост от биохимията на процеса на дисимилация (катаболизъм) се разграничават дишането и ферментацията.

дъхе сложен процес на биологично окисление на различни съединения), свързан с образуването на голямо количество енергия, натрупана под формата на високоенергийни връзки в структурата на АТФ (аденозин трифосфат), UTP (уридин трифосфат) и др., и образуването на въглероден диоксид и вода. Има аеробно и анаеробно дишане.

Ферментация– непълно разлагане на органични съединения с образуване на малко количество енергия и богати на енергия продукти.

Анаболизмът включва процеси на синтез, които използват енергията, произведена от катаболизма. В живата клетка процесите на катаболизъм и анаболизъм протичат едновременно и непрекъснато. Много реакции и междинни продукти са общи за тях.

Живите организми се класифицират според източника на енергия или въглерод, който използват. Въглеродът е основният елемент на живата материя. Играе водеща роля в градивния метаболизъм.

В зависимост от източника на клетъчния въглерод всички организми, включително прокариотите, се делят на автотрофи и хетеротрофи.

Автотрофиизползвайте CO 2 като единствен източник на въглерод, като го редуцирате с водород, който се отделя от вода или други вещества. Те синтезират органични вещества от прости неорганични съединения в процеса на фото- или хемосинтеза.

Хетеротрофиполучаване на въглерод от органични съединения.

Живите организми могат да използват светлинна или химическа енергия. Наричат ​​се организми, които живеят със светлинна енергия фототрофен.Те синтезират органични вещества чрез абсорбиране на електромагнитно лъчение от Слънцето (светлина). Те включват растения, синьо-зелени водорасли, зелени и лилави серни бактерии.

Наричат ​​се организми, които получават енергия от субстрати, хранителни източници (енергия на окисление на неорганични вещества). хемотрофи.ДО хемохетеротрофивключват повечето бактерии, както и гъбички и животни.

Има малка група хемоавтотрофи. Такива хемосинтетични микроорганизми включват нитрифициращи бактерии, които чрез окисляване на амоняка до азотиста киселина освобождават енергията, необходима за синтеза. Хемосинтетиците също включват водородни бактерии, които получават енергия чрез окисляване на молекулярен водород.

Въглехидратите като източник на енергия

В повечето организми разграждането на органичните вещества става в присъствието на кислород - аеробен метаболизъм. В резултат на този обмен остават бедни на енергия крайни продукти (CO 2 и H 2 O), но се освобождава много енергия. Процесът на аеробния метаболизъм се нарича дишане, анаеробния - ферментация.

Въглехидратите са основният енергиен материал, който клетките използват предимно за производство на химическа енергия. Освен това при дишане могат да се използват и белтъчини и мазнини, а при ферментация – алкохоли и органични киселини.

Организмите разграждат въглехидратите по различни начини, при които най-важният междинен продукт е пирогроздената киселина (пируват). Пируватът е централен за метаболизма по време на дишане и ферментация. Има три основни механизма за образуване на PVC.

1. Фруктозодифосфат (гликолиза) или път на Embden-Meyerhoff-Parnas- универсален път.

Процесът започва с фосфорилиране (фиг. 32). С участието на ензима хексокиназа и АТФ, глюкозата се фосфорилира при шестия въглероден атом, за да образува глюкозо-6-фосфат. Това е активната форма на глюкозата. Той служи като изходен продукт за разграждането на въглехидратите по един от трите начина.

По време на гликолизата глюкозо-6-фосфатът се изомеризира до фруктозо-6-фосфат и след това се фосфорилира при първия въглероден атом чрез действието на 6-фосфофруктокиназа. Полученият фруктозо-1,6-бифосфат под действието на ензима алдолаза лесно се разпада на две триози: фосфоглицералдехид и дихидроксиацетон фосфат. По-нататъшното превръщане на С3-въглехидратите се извършва поради прехвърлянето на водородни и фосфорни остатъци през редица органични киселини с участието на специфични дехидрогенази. Всички реакции в този път, с изключение на три, включващи хексокиназа, 6-фосфофруктокиназа и пируват киназа, са напълно обратими. На етапа на образуване на пирогроздена киселина завършва анаеробната фаза на трансформацията на въглехидратите.

Максималното количество енергия, получено от клетката от окисляването на една въглехидратна молекула по гликолитичния път, е 2 × 10 5 J.

Фиг.32. Фруктозодифосфатен път за разграждане на глюкозата

2. Пентозофосфат (Warburg-Dickens-Horecker)пъте характерен и за повечето организми (най-вече за растенията, а за микроорганизмите играе спомагателна роля). За разлика от гликолизата, PF пътят не произвежда пируват.

Глюкозо-6-фосфатът се превръща в 6-фосфоглюколактон, който се декарбоксилира (фиг. 33). В този случай се образува рибулоза-5-фосфат, който завършва процеса на окисление. Последващите реакции се разглеждат като процеси на превръщане на пентозофосфати в хексозофосфати и обратно, т.е. образува се цикъл. Смята се, че пентозофосфатният път на един етап преминава в гликолиза.

Когато всеки шест глюкозни молекули преминават през PF, една молекула глюкозо-6-фосфат се окислява напълно до CO 2 и 6 молекули NADP + се редуцират до NADP·H 2 . Като механизъм за получаване на енергия този път е два пъти по-малко ефективен от гликолитичния: за всяка молекула глюкоза се образува 1 молекула АТФ.

ориз. 33. Пентозофосфатен път за разграждане на глюкозо-6-фосфат

Основната цел на този път е да доставя пентози, необходими за синтеза на нуклеинови киселини и да осигури образуването на по-голямата част от NADPH 2, необходим за синтеза на мастни киселини и стероиди.

3. Път на Entner-Doudoroff (кетодезоксифосфоглюконат или KDPG път)среща се само в бактериите. Глюкозата се фосфорилира от молекулата на АТФ с участието на ензима хексокиназа (фиг. 34).

Фиг.34. Пътят на Entner-Doudoroff за разграждане на глюкозата

Продуктът на фосфорилиране, глюкозо-6-фосфат, се дехидрогенира до 6-фосфоглюконат. Под действието на ензима фосфоглюконат дехидрогеназа от него се отделя вода и се образува 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат (KDPG). Последният се разцепва от специфична алдолаза до пируват и глицералдехид-3-фосфат. Глицералдехидът е допълнително изложен на ензими в гликолитичния път и се трансформира във втора молекула пируват. В допълнение, този път доставя на клетката 1 ATP молекула и 2 NADH 2 молекули.

По този начин основният междинен продукт на окислителното разграждане на въглехидратите е пирогроздена киселина, която с участието на ензими се превръща в различни вещества. Образуваният по един от начините PVK в клетката подлежи на по-нататъшно окисляване. Освободеният въглерод и водород се отстраняват от клетката. Въглеродът се освобождава под формата на CO 2, водородът се прехвърля към различни акцептори. Освен това може да се пренесе или водороден йон, или електрон, така че преносът на водород е еквивалентен на преноса на електрон. В зависимост от крайния акцептор на водород (електрон) се разграничават аеробно дишане, анаеробно дишане и ферментация.

дъх

Дишането е редокс процес, който протича с образуването на АТФ; Ролята на донори на водород (електрон) в него се играе от органични или неорганични съединения, а в повечето случаи неорганичните съединения служат като акцептори на водород (електрон).

Ако крайният акцептор на електрони е молекулярен кислород, се нарича дихателен процес аеробно дишане. При някои микроорганизми крайният акцептор на електрони са съединения като нитрати, сулфати и карбонати. Този процес се нарича анаеробно дишане.

Аеробно дишане– процесът на пълно окисление на субстратите до CO 2 и H 2 O с образуването на голямо количество енергия под формата на АТФ.

Пълното окисление на пирогроздената киселина се извършва при аеробни условия в цикъла на трикарбоксилната киселина (TCA цикъл или цикъл на Кребс) и дихателната верига.

Аеробното дишане се състои от две фази:

1). Пируватът, образуван по време на гликолизата, се окислява до ацетил-КоА и след това до СО2, а освободените водородни атоми се преместват към акцептори. Така се извършва TTC.

2). Водородните атоми, отстранени от дехидрогеназите, се приемат от коензими на анаеробни и аеробни дехидрогенази. След това те се транспортират по дихателната верига, в определени участъци от която се образува значително количество свободна енергия под формата на високоенергийни фосфати.

Цикъл на трикарбоксилната киселина (цикъл на Кребс, цикъл на ТСА)

Пируватът, образуван по време на гликолизата, се декарбоксилира до ацеталдехид с участието на мултиензимния комплекс пируват дехидрогеназа. Ацеталдехидът, комбинирайки се с коензима на един от окислителните ензими - коензим А (CoA-SH), образува "активирана оцетна киселина" - ацетил-CoA - високоенергийно съединение.

Ацетил-КоА, под действието на цитрат синтетаза, реагира с оксалооцетна киселина (оксалоацетат), образувайки лимонена киселина (C6 цитрат), която е основната връзка в цикъла на ТСА (фиг. 35). Цитратът след изомеризация се превръща в изоцитрат. Това е последвано от окислително (елиминиране на Н) декарбоксилиране (елиминиране на CO 2) изоцитрат, чийто продукт е 2-оксоглутарат (С 5). Под въздействието на ензимния комплекс ɑ-кетоглутарат дехидрогеназа с активната група NAD, той се превръща в сукцинат, губейки CO 2 и два водородни атома. След това сукцинатът се окислява до фумарат (C4), а последният се хидратира (добавяне на H2O) до малат. В реакцията, която завършва цикъла на Кребс, малатът се окислява, което води до регенериране на оксалоацетат (С4). Оксалоацетатът реагира с ацетил-КоА и цикълът се повтаря. Всяка от 10-те реакции на TCA цикъл, с изключение на една, е лесно обратима. Два въглеродни атома влизат в цикъла под формата на ацетил-CoA и същият брой въглеродни атоми напускат този цикъл под формата на CO2.

ориз. 35. Цикъл на Кребс (според V.L. Kretovich):

1, 6 – система за окислително декарбоксилиране; 2 – цитрат синтетаза, коензим А; 3, 4 – аконитатна хидратаза; 5 – изоцитрат дехидрогеназа; 7 – сукцинат дехидрогеназа; 8 – фумарат хидратаза; 9 – малат дехидрогеназа; 10 – спонтанна трансформация; 11 - пируват карбоксилаза

В резултат на четирите редокс реакции на цикъла на Кребс три двойки електрони се прехвърлят към NAD и една двойка електрони към FAD. Електронните носители NAD и FAD, редуцирани по този начин, след това се подлагат на окисление още във веригата за пренос на електрони. Цикълът произвежда една ATP молекула, 2 CO 2 молекули и 8 водородни атома.

Биологичното значение на цикъла на Кребс е, че той е мощен доставчик на енергия и „градивни елементи“ за биосинтетични процеси. Цикълът на Кребс функционира само при аеробни условия; при анаеробни условия той е отворен на ниво α-кетоглутарат дехидрогеназа.

Дихателна верига

Последният етап от катаболизма е окислителното фосфорилиране. По време на този процес се освобождава по-голямата част от метаболитната енергия.

Електронните носители NAD и FAD, редуцирани в цикъла на Кребс, подлежат на окисление в дихателната верига или веригата за транспортиране на електрони. Молекулите носители са дехидрогенази, хинони и цитохроми.

И двете ензимни системи са разположени в плазмената мембрана при прокариотите и във вътрешната мембрана на митохондриите при еукариотите. Електроните от водородните атоми (NAD, FAD) преминават през сложна верига от преносители до молекулярен кислород, редуцират го и се образува вода.

Баланс.Изчисленията на енергийния баланс показаха, че когато глюкозата се разгражда гликолитично и през цикъла на Кребс, последвано от окисление в дихателната верига до CO 2 и H 2 O, се образуват 38 ATP молекули за всяка глюкозна молекула. Освен това максималното количество АТФ се образува в дихателната верига - 34 молекули, 2 молекули в ЕМТ пътя и 2 молекули в ТСА цикъла (фиг. 36).

Непълно окисляване на органични съединения

Дишането обикновено се свързва с пълно окисляване на органичния субстрат, т.е. крайните продукти на разлагане са CO 2 и H 2 O.

Въпреки това, някои бактерии и редица гъбички не окисляват напълно въглехидратите. Крайните продукти на непълното окисление са органични киселини: оцетна, лимонена, фумарова, глюконова и др., които се натрупват в средата. Този окислителен процес се използва от микроорганизмите за получаване на енергия. Общият добив на енергия обаче е значително по-малък, отколкото при пълното окисление. Част от енергията на окисления първоначален субстрат се съхранява в получените органични киселини.

Микроорганизмите, които се развиват поради енергията на непълното окисление, се използват в микробиологичната промишленост за производство на органични киселини и аминокиселини.