Ο αναβολισμός και ο καταβολισμός είναι διαδικασίες που πραγματοποιούνται στο σώμα μας. Μερικές από αυτές είναι διαδικασίες οικοδόμησης (αναβολικές), ενώ άλλες είναι διαδικασίες υποβάθμισης ή καταστροφής (καταβολικές). Πιθανώς πολλοί από εσάς θα πείτε ότι οι αναβολικές διαδικασίες είναι πιο σημαντικές και ότι πρέπει να μειώσετε τις καταβολικές διεργασίες στο ελάχιστο.

Είναι αλήθεια, ωστόσο, ότι οι διαδικασίες δομής και αποδόμησης στο σώμα εξαρτώνται η μία από την άλλη, το κύτταρο δεν μπορεί να υπάρξει εάν απορροφά μόνο ουσίες χωρίς να συνθέτει νέες και το αντίστροφο. Οι αναβολικές και οι καταβολικές διεργασίες δημιουργούν μια ενιαία βιοχημική και ενεργειακή ουσία του μεταβολισμού.

Πιθανώς πολλοί άνθρωποι ακόμα δεν γνωρίζουν ότι κατά τη διάρκεια της προπόνησης διεγείρουμε τις καταβολικές διεργασίες στο σώμα μας, οι οποίες καταστρέφουν τον μυϊκό μας ιστό. Αυτό μπορεί να φαίνεται περίεργο σε κάποιους, αλλά αν το καλοσκεφτούμε, θα δούμε τη λογική. Δεν μπορούμε να έχουμε διαδικασίες οικοδόμησης αν δεν τις αντιπαραθέτουμε με το αντίθετο και προκαλούνται ακριβώς από την προπόνηση των μυών.

Εν ολίγοις, διασπάμε τους μύες για να χτιστούν και να γίνουν μεγαλύτεροι και πιο δυνατοί. Είναι καλό να γνωρίζουμε πώς ο καταβολισμός επηρεάζει τις αναβολικές διεργασίες και το αντίστροφο, γιατί όσο καλύτερα γνωρίζουμε την εξάρτησή τους, τόσο καλύτερα αποτελέσματα έχουμε στο γυμναστήριο!

Αναβολικές διεργασίες

Όπως έχουμε ήδη πει, οι αναβολικές διεργασίες ξεκινούν από καταβολικές διεργασίες. Κατά τη διάρκεια της άσκησης και των κανονικών καθημερινών δραστηριοτήτων, το σώμα μας ενεργοποιείται και βρίσκεται σε καταβολική φάση. Η φυσιολογική απόκριση του σώματος στις καταβολικές διεργασίες είναι οι διαδικασίες οικοδόμησης.

Οι αναβολικές διεργασίες παράγονται στο σώμα με ενέργεια από την κατάποση τροφής, επαρκή ποσότητα ανάπαυσης και ορμόνες: αυξητική ορμόνη, αυξητικός παράγοντας που μοιάζει με ινσουλίνη, ινσουλίνη, τεστοστερόνη, οιστραδιόλη. Αυτή η διαδικασία μπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια: σύνθεση ενδιαμέσων, σύνθεση μονομερών μονάδων και σύνθεση πολυμερών και μονομερών. Με απλά λόγια, κίνηση από απλή σε σύνθετη χρησιμοποιώντας τη διαθέσιμη ενέργεια του σώματος.

Καταβολικές διεργασίες

Ο καταβολισμός (αποδόμηση) είναι η διαδικασία απελευθέρωσης ενέργειας κατά την αποικοδόμηση ουσιών. Καθορίζονται από τη θερμογόνο δύναμη, που αναφέρεται ως kcal / g (kcal / g ουσίας). Υπό την επίδραση των καταβολικών διεργασιών, τα κύρια θρεπτικά συστατικά (πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες) αποικοδομούνται σε τελικά προϊόντα: νερό, CO2, αμμωνία, ουρία, ουρικό οξύ κ.λπ., τα οποία στη συνέχεια αποβάλλονται από το σώμα μέσω του απεκκριτικού συστήματος.

Σχετικό άρθρο: Τι είναι το πνευματικό σεξ;

Οι καταβολικές διεργασίες συμβαίνουν κατά τη διάρκεια σωματική δραστηριότητακαι είναι στην πραγματικότητα ο ένοχος για την οικοδόμηση ισχυρότερων μυών και τον καθαρισμό του υποδόριου λίπους.

Διαδικασίες εξισορρόπησης

Πολλοί άνθρωποι προσπαθούν να σταματήσουν τις καταβολικές διεργασίες ή να το παρακάνουν (στην προπόνηση) με την ιδέα να λάβουν τα μέγιστα αποτελέσματα. Αυτή δεν είναι καλή προσέγγιση, καθώς οι διαδικασίες εξαρτώνται η μία από την άλλη. Για να μεγιστοποιήσετε τα αποτελέσματα, πρέπει να εξισορροπήσετε τις διαδικασίες του αναβολισμού και του καταβολισμού.

Πρέπει να τεντώσουμε τους μύες μας και να υποβαθμίσουμε πολλές ουσίες για να απελευθερώσουμε ενέργεια, αλλά πρέπει επίσης να επιτρέψουμε στο σώμα μας να ξεκουραστεί αρκετά και να λάβει την απαραίτητη τροφή για να πετύχει την επιδιόρθωση των ιστών και την οικοδόμηση νέων και ισχυρότερων. Όταν ένα άτομο ασκείται πολύ συχνά και δεν κοιμάται αρκετά ή δεν τρώει αρκετά, το σώμα δεν έχει άλλη επιλογή από το να παραμείνει περισσότερο στην καταβολική φάση και ως εκ τούτου τα αποτελέσματα μειώνονται ή ακόμα και μετάβαση από την πρόοδο στην οπισθοδρόμηση!

Πώς να ισορροπήσετε

Το πιο σημαντικό είναι να παρακολουθούμε την πρόοδο ώστε να ξέρουμε αν είμαστε στο σωστό δρόμο (καλά ισορροπημένοι). Ακολουθούν ορισμένα πράγματα που πρέπει να έχετε υπόψη σας για να ελαχιστοποιήσετε τη σπατάλη.

• Μην καταπονείστε υπερβολικά.Συχνά ντροπιασμένοι από γνωστούς, φίλους ή περιοδικά, αλλάζουμε το πρόγραμμά μας σε σημείο που το σώμα μας δεν σταματά να ασκείται 7 ημέρες την εβδομάδα. Οι περισσότεροι άνθρωποι θα πιστεύουν ότι όταν ασκούνται καθημερινά, θα έχουν καλύτερα αποτελέσματα. Αυτό μπορεί να ισχύει μόνο εάν επιτρέψετε στο σώμα σας να ξεκουραστεί και να αναρρώσει, κάτι που είναι δύσκολο να το κάνετε εάν είστε σκληροί και για παρατεταμένες περιόδους, κοιμάστε λίγο ή δεν τρώτε αρκετά.
• Μην προσπαθείτε να καταστείλετε τις καταβολικές διεργασίες... Γιατί, όπως έχουμε πει αρκετές φορές, είναι εξίσου σημαντικά για εσάς με τα αναβολικά.
• Εάν μειώσετε την προπόνηση ή την έντασή σας, το σώμα σας θα έχει πολύ φτωχό καταβολισμό και δεν θα χρειαστεί να δημιουργήσετε διαδικασίες μυϊκής οικοδόμησης. Εάν προπονείστε τακτικά και σοβαρά, τότε μην το παρακάνετε, αφήστε το σώμα σας να χρησιμοποιήσει το μέγιστο αναβολικό παράθυρο. Προσπαθήστε να πάτε για ύπνο πριν τις 11 το βράδυ για να ξυπνήσετε νωρίς στις 7 το πρωί. Το σώμα μας είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε όταν ο ήλιος δύει να περνά σε αναβολική φάση, και όταν ο ήλιος ανατέλλει το πρωί, ο αναβολισμός πηγαίνει σε καταβολισμό, ο οποίος διαρκεί όλη την ημέρα.
• Αποφύγετε τα οιστρογόνα τρόφιμα (τρόφιμαπου περιέχουν την ορμόνη οιστρογόνο): σόγια, τρόφιμα επεξεργασμένα με φυτοφάρμακα, βοδινό κρέας από κρεοπωλεία (οιστρογόνα προστίθενται στη διατροφή των αγελάδων και συσσωρεύονται στα κύτταρα του σώματος, αντίστοιχα, και στο κρέας, που βρίσκεται στα κρεοπωλεία). Η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων λέει ότι δεν επιτρέπουν τη χρήση πρόσθετων ορμονών σε χοιρινό ή πουλερικά (κοτόπουλο, αυγά, γαλοπούλα), επομένως αυτά τα τρόφιμα θα πρέπει να είναι χωρίς οιστρογόνα. Ο τύπος τροφής με οιστρογόνα θα γείρει το σώμα προς τις καταβολικές διεργασίες, μειώνοντας την ποσότητα των αναβολικών ορμονών (όπως η τεστοστερόνη) προς τα οιστρογόνα.
• Χαλαρώστε... Το σωματικό και ψυχικό στρες έχει μεγάλη επίδραση στις διαδικασίες του σώματος. Προσπαθήστε να απαλλαγείτε από αυτές τις καταστάσεις ή αν δεν μπορείτε να τις αποφύγετε, προσπαθήστε να χαλαρώσετε.
• Αποφύγετε το τσιγάρο, το αλκοόλκαι φυσικά κάθε είδους ναρκωτικά. Όχι μόνο θα επιβραδύνουν την πρόοδό σας, αλλά, όπως όλοι γνωρίζουμε, είναι επιβλαβείς για την υγεία σας.
• Τρώτε τροφές πλούσιες σε φυτικές ίνες(ολικής αλέσεως

πεδία_κειμένου

πεδία_κειμένου

βέλος_προς τα πάνω

Μεταβολισμός και ενέργεια -είναι ένα σύνολο φυσικών, χημικών και φυσιολογικών διεργασιών μετασχηματισμού ουσιών και ενέργειας στο ανθρώπινο σώμα και ανταλλαγής ουσιών και ενέργειας μεταξύ του σώματος και του περιβάλλον .

Η συνεχής ανταλλαγή ουσιών και ενέργειας μεταξύ του σώματος και του περιβάλλοντος είναι ένα από τα πιο ουσιαστικά σημάδια ζωής.

Για τη διατήρηση των ζωτικών διεργασιών, ο μεταβολισμός και η ενέργεια παρέχει πλαστική ύληκαι ενεργητικόςτις ανάγκες του σώματος. Αυτό επιτυγχάνεται με την εξαγωγή ενέργειας από το σώμα ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιεςκαι μετατρέποντάς το σε μορφές μακροεργική(ATP και άλλα μόρια) και ανακαινισμένοΕνώσεις (NADPH - αμίδιο νικοτίνης - φωσφορικό δινουκλεοτίδιο αδενίνης). Η ενέργειά τους χρησιμοποιείται για τη σύνθεση πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων, λιπιδίων, καθώς και συστατικών των κυτταρικών μεμβρανών και των κυτταρικών οργανιδίων, για την εκτέλεση μηχανικών, χημικών, οσμωτικών και ηλεκτρικών εργασιών, για τη μεταφορά ιόντων. Κατά τη διάρκεια του μεταβολισμού, παραδίδονται στον οργανισμό πλαστικές ουσίες, οι οποίες είναι απαραίτητες για τη βιοσύνθεση, την κατασκευή και την ανανέωση των βιολογικών δομών.

Αναβολισμός και Καταβολισμός

πεδία_κειμένου

πεδία_κειμένου

βέλος_προς τα πάνω

Στο μεταβολισμό (μεταβολισμός)και οι ενέργειες εκπέμπονται από δύο αλληλένδετες, αλλά αντίθετα κατευθυνόμενες διαδικασίες:

1. Αναβολισμός, ο οποίος βασίζεται σε διαδικασίες αφομοίωσης,

2. Καταβολισμός, ο οποίος βασίζεται σε διαδικασίες αφομοίωσης.

Αναβολισμός είναι ένα σύνολο διαδικασιών βιοσύνθεσης οργανικών ουσιών, κυτταρικών συστατικών και άλλων δομών οργάνων και ιστών. Ο αναβολισμός παρέχει ανάπτυξη, ανάπτυξη, ανανέωση βιολογικών δομών, καθώς και συνεχή επανασύνθεση μακροεργασιών και συσσώρευση ενεργειακών υποστρωμάτων.

Καταβολισμός είναι ένα σύνολο διαδικασιών διάσπασης πολύπλοκων μορίων, συστατικών κυττάρων, οργάνων και ιστών σε απλές ουσίες, χρησιμοποιώντας ορισμένες από αυτές ως πρόδρομες ουσίες βιοσύνθεσης, και στα τελικά προϊόντα αποσύνθεσης με το σχηματισμό ενώσεων υψηλής ενέργειας και μειωμένης ενέργειας. Η διασύνδεση των κύριων λειτουργικών στοιχείων του μεταβολισμού φαίνεται στο Σχ. 10.1.

Το διάγραμμα δείχνει ότι η σχέση μεταξύ των διεργασιών του καταβολισμού και του αναβολισμού βασίζεται στην ενότητα των βιοχημικών μετασχηματισμών που παρέχουν ενέργεια για όλες τις ζωτικές διαδικασίες και τη συνεχή ανανέωση των ιστών του σώματος... Η κινητήρια δύναμη της ζωής είναι ο καταβολισμός. Η σύζευξη αναβολικών και καταβολικών διεργασιών μπορεί να πραγματοποιηθεί από διάφορες ουσίες, αλλά τον κύριο ρόλο παίζει το ATP, το NADP-N. Σε αντίθεση με άλλους μεσολαβητές μεταβολικών μετασχηματισμών, το ATP επαναφωσφορυλιώνεται κυκλικά και το NADP-H αποκαθίσταται.

Η παροχή ενέργειας για ζωτικές διεργασίες πραγματοποιείται σε βάρος του αναερόβιοςκαι αερόβιακαταβολισμός πρωτεϊνών, λιπών και υδατανθράκων που εισέρχονται στο σώμα με την τροφή.

Κατά την αναερόβια χώνευση, γλυκόζη(γλυκόλυση) ή το εφεδρικό υπόστρωμα του γλυκογόνου (γλυκογονόλυση), η μετατροπή 1 mol γλυκόζης σε 2 mole γαλακτικού οδηγεί στο σχηματισμό 2 mol ATP. Η ενέργεια που παράγεται κατά τον αναερόβιο μεταβολισμό δεν είναι αρκετή για να πραγματοποιήσει τις ζωτικές διεργασίες των ζωικών οργανισμών. Λόγω της αναερόβιας γλυκόλυσης, μόνο περιορισμένες βραχυπρόθεσμες ενεργειακές απαιτήσεις του κυττάρου μπορούν να ικανοποιηθούν. Είναι γνωστό, για παράδειγμα, ότι τα ώριμα ερυθροκύτταρα των θηλαστικών ικανοποιούν πλήρως τις ενεργειακές του ανάγκες μέσω της γλυκόλυσης.

Στο σώμα των ζώων και των ανθρώπων στη διαδικασία αερόβιου μεταβολισμούσχεδόν όλες οι οργανικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των προϊόντων αναερόβιου μεταβολισμού, αποσυντίθενται πλήρως σε CO 2 και H 2 O. Ο συνολικός αριθμός μορίων ATP που σχηματίζονται κατά την πλήρη οξείδωση 1 mole γλυκόζης σε CO 2 και H 2 O είναι 25,5 moles. Όταν ένα μόριο λίπους οξειδώνεται πλήρως, σχηματίζονται περισσότερα mol ATP από ότι όταν οξειδώνεται ένα μόριο υδατάνθρακα. Άρα με την πλήρη οξείδωση 1 mole παλμιτικού οξέος, σχηματίζονται 91,8 mol ATP. Ο αριθμός των mol ATP που σχηματίζονται κατά την πλήρη οξείδωση αμινοξέων και υδατανθράκων είναι περίπου ο ίδιος. Το ATP παίζει το ρόλο ενός εσωτερικού «ενεργειακού νομίσματος» στο σώμα, ενός φορέα και συσσωρευτή χημικής ενέργειας.

Η κύρια πηγή ενέργειας ανάκτησης για την αντίδραση της βιοσύνθεσης λιπαρών οξέων, χοληστερόλης, αμινοξέων, στεροειδών ορμονών, πρόδρομων ουσιών της σύνθεσης νουκλεοτιδίων και νουκλεϊκών οξέων είναι το NADPH. Ο σχηματισμός αυτής της ουσίας πραγματοποιείται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου κατά τη διάρκεια της φωσφογλυκονικής οδού του καταβολισμού της γλυκόζης. Με αυτή τη διάσπαση 1 mole γλυκόζης, σχηματίζονται 12 mole NADPH.

Οι διεργασίες του αναβολισμού και του καταβολισμού βρίσκονται στο σώμα σε κατάσταση δυναμικής ισορροπίας ή ο επιπολασμός μιας από αυτές... Η κυριαρχία των αναβολικών διεργασιών έναντι των καταβολικών διεργασιών οδηγεί σε ανάπτυξη, συσσώρευση μάζας ιστού και η κυριαρχία των καταβολικών διεργασιών οδηγεί σε μερική καταστροφή των δομών των ιστών, στην απελευθέρωση ενέργειας. Η κατάσταση μιας αναλογίας ισορροπίας ή μη ισορροπίας αναβολισμού και καταβολισμού εξαρτάται από την ηλικία (η επικράτηση του αναβολισμού στην παιδική ηλικία, ισορροπία στους ενήλικες, η κυριαρχία του καταβολισμού σε μεγάλη ηλικία), την κατάσταση της υγείας, το σωματικό ή ψυχοσυναισθηματικό φορτίο εκτελείται από το σώμα.

13.4.1. Οι αντιδράσεις του κύκλου του Krebs ανήκουν στο τρίτο στάδιο του καταβολισμού των θρεπτικών ουσιών και συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια του κυττάρου. Αυτές οι αντιδράσεις ανήκουν στη γενική οδό του καταβολισμού και είναι χαρακτηριστικές της διάσπασης όλων των κατηγοριών θρεπτικών συστατικών (πρωτεΐνες, λιπίδια και υδατάνθρακες).

Η κύρια λειτουργία του κύκλου είναι η οξείδωση του υπολείμματος ακετυλίου με το σχηματισμό τεσσάρων μορίων ανηγμένων συνενζύμων (τρία μόρια NADH και ένα μόριο FADH2), καθώς και ο σχηματισμός ενός μορίου GTP με φωσφορυλίωση υποστρώματος. Τα άτομα άνθρακα του υπολείμματος ακετυλίου απελευθερώνονται με τη μορφή δύο μορίων CO2.

13.4.2. Ο κύκλος του Krebs περιλαμβάνει 8 διαδοχικά στάδια, δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στην αντίδραση της αφυδρογόνωσης του υποστρώματος:

Εικόνα 13.6.Αντιδράσεις του κύκλου Krebs, συμπεριλαμβανομένου του σχηματισμού α-κετογλουταρικού

ένα) συμπύκνωση ακετυλο-CoA με οξαλοξικό, ως αποτέλεσμα του οποίου σχηματίζεται κιτρικό (Εικ. 13.6, αντίδραση 1). Ως εκ τούτου, ο κύκλος του Krebs ονομάζεται επίσης κύκλος κιτρικών... Σε αυτή την αντίδραση, ο μεθυλάνθρακας της ακετυλομάδας αντιδρά με την κετο ομάδα του οξαλοξικού. Ταυτόχρονα, ο θειοαιθερικός δεσμός διασπάται. Στην αντίδραση απελευθερώνεται CoA-SH, το οποίο μπορεί να λάβει μέρος στην οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση του επόμενου μορίου πυροσταφυλικού. Η αντίδραση καταλύεται από κιτρική συνθετάση, είναι ρυθμιστικό ένζυμο, αναστέλλεται από υψηλές συγκεντρώσεις NADH, succinyl-CoA, κιτρικό.

σι) η μετατροπή του κιτρικού σε ισοκιτρικό μέσω του ενδιάμεσου σχηματισμού cis-aconitate.Το κιτρικό που σχηματίζεται στην πρώτη αντίδραση του κύκλου περιέχει μια τριτοταγή υδροξυλομάδα και δεν είναι ικανό να οξειδωθεί υπό κυτταρικές συνθήκες. Με τη δράση ενός ενζύμου ακονιτάσηυπάρχει διάσπαση ενός μορίου νερού (αφυδάτωση), και στη συνέχεια προσθήκη του (ενυδάτωση), αλλά με διαφορετικό τρόπο (Εικ. 13.6, αντιδράσεις 2-3). Ως αποτέλεσμα αυτών των μετασχηματισμών, η ομάδα υδροξυλίου μετακινείται σε μια θέση ευνοϊκή για την επακόλουθη οξείδωσή της.

v) αφυδρογόνωση του ισοκιτρικούακολουθούμενη από την απελευθέρωση του μορίου CO2 (αποκαρβοξυλίωση) και το σχηματισμό α-κετογλουταρικού (Εικ. 13.6, αντίδραση 4). Αυτή είναι η πρώτη αντίδραση οξειδοαναγωγής στον κύκλο του Krebs που σχηματίζει NADH. Ισοσιτρική αφυδρογονάση, που καταλύει την αντίδραση, είναι ένα ρυθμιστικό ένζυμο που ενεργοποιείται από το ADP. Η περίσσεια NADH αναστέλλει το ένζυμο.

Εικόνα 13.7.Οι αντιδράσεις του κύκλου του Krebs ξεκινούν με α-κετογλουταρικό.

ΣΟΛ) οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση του α-κετογλουταρικού, που καταλύεται από ένα πολυενζυμικό σύμπλεγμα (Εικ. 13.7, αντίδραση 5), που συνοδεύεται από την απελευθέρωση CO2 και το σχηματισμό ενός δεύτερου μορίου NADH. Αυτή η αντίδραση είναι ανάλογη με την αντίδραση πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης. Ο αναστολέας είναι το προϊόν της αντίδρασης, το succinyl-CoA.

μι) φωσφορυλίωση υποστρώματοςστο επίπεδο του succinyl-CoA, κατά το οποίο η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την υδρόλυση του θειοαιθερικού δεσμού αποθηκεύεται με τη μορφή μορίου GTP. Σε αντίθεση με την οξειδωτική φωσφορυλίωση, αυτή η διαδικασία προχωρά χωρίς το σχηματισμό ηλεκτροχημικού δυναμικού της μιτοχονδριακής μεμβράνης (Εικ. 13.7, αντίδραση 6).

μι) αφυδρογόνωση ηλεκτρικούμε το σχηματισμό του φουμαρικού και του μορίου FADH2 (Εικ. 13.7, αντίδραση 7). Το ένζυμο ηλεκτρική αφυδρογονάση είναι στενά συνδεδεμένο με την εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη.

σολ) ενυδάτωση φουμαρικού, ως αποτέλεσμα του οποίου μια εύκολα οξειδώσιμη ομάδα υδροξυλίου εμφανίζεται στο μόριο του προϊόντος της αντίδρασης (Εικ. 13.7, αντίδραση 8).

η) αφυδρογόνωση μηλικούπου οδηγεί στον σχηματισμό οξαλοξικού και τρίτου μορίου NADH (Εικόνα 13.7, αντίδραση 9). Το οξαλοξικό που σχηματίζεται στην αντίδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά στην αντίδραση συμπύκνωσης με το επόμενο μόριο ακετυλο-CoA (Εικ. 13.6, αντίδραση 1). Επομένως, αυτή η διαδικασία είναι κυκλικός.

13.4.3. Έτσι, ως αποτέλεσμα των περιγραφόμενων αντιδράσεων, το υπόλειμμα ακετυλίου υφίσταται πλήρη οξείδωση CH3 -CO-... Ο αριθμός των μορίων ακετυλο-CoA που μετατρέπονται στα μιτοχόνδρια ανά μονάδα χρόνου εξαρτάται από τη συγκέντρωση του οξαλοξικού. Οι κύριοι τρόποι αύξησης της συγκέντρωσης του οξαλοξικού στα μιτοχόνδρια (οι αντίστοιχες αντιδράσεις θα συζητηθούν αργότερα):

13.4.4. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ορισμένοι μεταβολίτες του κύκλου Krebs σύνθεσηδομικά στοιχεία για την κατασκευή πολύπλοκων μορίων. Έτσι, το οξαλοξικό μπορεί να μετατραπεί στο ασπαρτικό αμινοξύ και το α-κετογλουταρικό στο γλουταμινικό αμινοξύ. Το Succinyl-CoA συμμετέχει στη σύνθεση της αίμης - της προσθετικής ομάδας της αιμοσφαιρίνης. Έτσι, οι αντιδράσεις του κύκλου του Krebs μπορούν να συμμετέχουν τόσο στις διαδικασίες του καταβολισμού όσο και στον αναβολισμό, δηλαδή ο κύκλος του Krebs εκτελεί αμφιβολική λειτουργία(βλ. 13.1).

Σε έναν ζωντανό οργανισμό λαμβάνουν χώρα συνεχώς διάφορες διεργασίες για να εξασφαλιστεί η ζωτική του δραστηριότητα. Ένα από αυτά είναι ο μεταβολισμός (μεταβολισμός), ο οποίος μετατρέπει την τροφή που καταναλώνεται σε ενέργεια. Πρόκειται για τον μεταβολισμό που θα συζητηθεί σε αυτό το άρθρο. Θα εξετάσουμε την ουσία των μεταβολικών διεργασιών, θα διευκρινίσουμε τα στάδια τους και θα απαντήσουμε στην ερώτηση - τι είναι ο καταβολισμός και ο αναβολισμός.

Η ουσία του μεταβολισμού και ο ρόλος του για τους ζωντανούς οργανισμούς

Προκειμένου να αναπτυχθούν, να επισκευαστούν και να αναπαραχθούν οι ζωντανοί οργανισμοί, η φύση τους έχει προικίσει με την εξαιρετικά σημαντική ικανότητα να μετατρέπουν τις θερμίδες από τα εξωτερικά τρόφιμα σε πολύτιμη και ζωτική ενέργεια. Ο συνδυασμός αυτών των βιοχημικών διεργασιών ονομάζεται μεταβολισμός ή μεταβολισμός.

Ο μεταβολισμός κάθε ατόμου μπορεί να εκφραστεί με έναν ποσοτικό συντελεστή που καθορίζει τον ρυθμό με τον οποίο το σώμα μετατρέπει την τροφή σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Έχει διαπιστωθεί ότι διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν τη δραστηριότητα των μεταβολικών διεργασιών:

• Πάτωμα. Στους άνδρες, ο μεταβολικός ρυθμός είναι 10-20% υψηλότερος από ότι στις γυναίκες.
• Ηλικία. Γενικά, ο μεταβολισμός (αναβολισμός, καταβολισμός) προχωρά πιο γρήγορα τα πρώτα 25-30 χρόνια της ζωής, μετά τα οποία υπάρχει μείωση του μεταβολικού ρυθμού κατά 3% κάθε δεκαετία.
• Το υπερβολικό βάρος οδηγεί στην ταχεία απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών, τα οποία αποθηκεύονται ως λίπος στον μυϊκό ιστό και στο συκώτι.
• Η σωματική δραστηριότητα επιταχύνει τον μεταβολισμό στην επόμενη εξέλιξη - κατά 20% τις πρώτες 2-3 ώρες και την επόμενη μέρα - κατά 5%.

Οι μεταβολικές διεργασίες στους ζωντανούς οργανισμούς λαμβάνουν χώρα αναπόφευκτα με δύο αντίθετες μορφές: την αφομοίωση (καταβολισμός) και την αφομοίωση (αναβολισμός). Θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτές τις διαδικασίες παρακάτω.

Περισσότερα για το τι είναι ο καταβολισμός

Ο καταβολισμός είναι μια διαδικασία κατά την οποία σύνθετες ουσίες, με τη μορφή μιας συλλογής κυττάρων, ιστών, οργάνων και άλλων πραγμάτων, διασπώνται σε απλούστερες. Οι διαδικασίες του καταβολισμού συνοδεύονται απαραίτητα από το σχηματισμό και τον εμπλουτισμό ενεργειακών κυττάρων με τη μορφή ATP, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να δαπανηθούν για σύνθεση και άλλες ζωτικές διαδικασίες, για παράδειγμα, κίνηση.

Οι ακόλουθες ορμόνες επηρεάζουν τον καταβολισμό ή μάλλον τον ρυθμό διάσπασης σύνθετων ουσιών:

• κορτιζόλη - παράγεται στο σώμα λόγω στρεσογόνων καταστάσεων.
• αδρεναλίνη, η συγκέντρωση της οποίας μπορεί να αυξηθεί κατά τη διάρκεια της νηστείας, καθώς και όταν ένα άτομο βιώνει έντονα συναισθήματα.
• Η γλυκαγόνη είναι μια ορμόνη που καίει το λίπος που παράγεται ενεργά όταν η ποσότητα των υδατανθράκων από τα τρόφιμα είναι περιορισμένη (στη διαιτολογία, αυτό είναι δυνατό λόγω δίαιτας με κυρίαρχη πρόσληψη πρωτεϊνούχων τροφών).

Στάδια καταβολισμού

Η αφομοίωση σύνθετων ενώσεων περνά από διάφορα διαδοχικά στάδια, όπως:

1. Η διάσπαση οργανικών μορίων λιπών, πρωτεϊνών και σύνθετων υδατανθράκων σε μονομερή (για παράδειγμα, λιπαρό οξύαμινοξέα, μονοσακχαρίτες). Η διαδικασία λαμβάνει χώρα έξω από το κύτταρο - στον πεπτικό σωλήνα.
2. Η είσοδος μονομερών μέσω της κυκλοφορίας του αίματος και της λέμφου στα κύτταρα των ιστών, όπου η διαδικασία διάσπασης συνεχίζεται μέχρι το σχηματισμό μικρότερων δομών, όπως η ακετυλομάδα των συνενζύμων.
3. Οξείδωση υπό την επίδραση οξυγόνου κατά την αναπνοή ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους, με αποτέλεσμα το σχηματισμό διοξείδιο του άνθρακακαι νερό, και επίσης συσσωρεύει την κυτταρική ενέργεια ATP.

Πώς λειτουργεί ο αναβολισμός

Αφού εξετάσουμε τι είναι ο καταβολισμός, θα είναι σκόπιμο να δώσουμε την έννοια της αντίθετης μορφής του - αναβολισμού. Έτσι, αν ο καταβολισμός είναι η διαδικασία διάσπασης πολυμερών, τότε ο αναβολισμός δεν είναι τίποτα άλλο από τη σύνθεση απλών ουσιών σε σύνθετες ενώσεις, από τις οποίες δημιουργούνται νέα κύτταρα και ιστοί του σώματος.

Ο αναβολισμός προάγει την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την αναγέννηση όλων των τύπων των ιστών του σώματος.

Ο μεταβολισμός αφομοίωσης πραγματοποιείται επίσης σε τρία στάδια:

• Αρχικά, οι ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους σχηματίζουν πρόδρομα μόρια.
• Στο επόμενο στάδιο, τα μόρια αυτά μετατρέπονται σε ενεργές μορφές, ενώ η κυτταρική ενέργεια που συσσωρεύεται κατά τον καταβολισμό δαπανάται.
• Το τελικό στάδιο περιλαμβάνει τη διαδικασία σχηματισμού του δομικού υλικού του σώματος - πολυμερών, με τη μορφή πρωτεϊνών, υδατανθράκων και λιπών.

Η σχέση μεταξύ καταβολισμού και αναβολισμού

Ο καταβολισμός και ο αναβολισμός είναι στενά συνδεδεμένες διαδικασίες. Το πρώτο εξασφαλίζει την αποσύνθεση των οργανικών ενώσεων σε απλές ουσίες και τη συσσώρευση ενέργειας, που απαιτείται για τον μεταβολισμό αφομοίωσης. Το δεύτερο παρέχει τα απαραίτητα ένζυμα στις καταβολικές διεργασίες.

Αυτές οι δύο μορφές ανταλλαγής συμβαίνουν συνεχώς σε ζωντανούς οργανισμούς και μπορεί να είναι σε δύο τύπους αλληλεπίδρασης:

• σε κατάσταση ισορροπίας?
• στην επικράτηση ενός είδους έναντι ενός άλλου.

Η διατήρηση ή η διαταραχή της ισορροπίας των μεταβολικών διεργασιών εξαρτάται από την ηλικία και από την ψυχοσυναισθηματική κατάσταση του οργανισμού. Έτσι, για παράδειγμα, στα παιδιά, ειδικά τον πρώτο χρόνο της ζωής, υπερισχύει ο αναβολισμός έναντι του καταβολισμού και σε άτομα μεγαλύτερης ηλικίας, αντίθετα.

Το άγχος και η σωματική δραστηριότητα οδηγούν επίσης σε μια μετατόπιση της ισορροπίας των μεταβολικών διεργασιών προς την αφομοίωση. Τελικά τι είναι ο καταβολισμός; Πρακτικά, αυτό είναι απώλεια βάρους και καύση θερμίδων.

Ο αναβολισμός και ο καταβολισμός είναι οι κύριες μεταβολικές διεργασίες.

Ο καταβολισμός είναι η ενζυματική διάσπαση πολύπλοκων οργανικών ενώσεων που συμβαίνει μέσα στο κύτταρο μέσω αντιδράσεων οξείδωσης. Ο καταβολισμός συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας και την αποθήκευση της στους υψηλής ενέργειας φωσφορικούς δεσμούς του ATP.

Ο αναβολισμός είναι η σύνθεση πολύπλοκων οργανικών ενώσεων - πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων, πολυσακχαριτών - από απλούς πρόδρομους που εισέρχονται στο κύτταρο από το περιβάλλον ή σχηματίζονται κατά τον καταβολισμό. Οι διαδικασίες σύνθεσης συνδέονται με την κατανάλωση ελεύθερης ενέργειας, η οποία παρέχεται από το ATP (Εικ. 31).

Ρύζι. 31 Διάγραμμα μεταβολικών οδών σε βακτηριακό κύτταρο

Ανάλογα με τη βιοχημεία της διαδικασίας αφομοίωσης (καταβολισμός), διακρίνονται η αναπνοή και η ζύμωση.

ΑναπνοήΕίναι μια πολύπλοκη διαδικασία βιολογικής οξείδωσης διαφόρων ενώσεων, σε συνδυασμό με το σχηματισμό μεγάλης ποσότητας ενέργειας που συσσωρεύεται με τη μορφή δεσμών υψηλής ενέργειας στη δομή του ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη), UTP (τριφωσφορική ουριδίνη) κ. και ο σχηματισμός διοξειδίου του άνθρακα και νερού. Διάκριση μεταξύ αερόβιας και αναερόβιας αναπνοής.

Ζύμωση- ατελής αποσύνθεση οργανικών ενώσεων με σχηματισμό μικρής ποσότητας ενέργειας και προϊόντων πλούσιων σε ενέργεια.

Ο αναβολισμός περιλαμβάνει διαδικασίες σύντηξης που χρησιμοποιούν την ενέργεια που παράγεται από τον καταβολισμό. Σε ένα ζωντανό κύτταρο, οι διαδικασίες του καταβολισμού και του αναβολισμού συμβαίνουν ταυτόχρονα και συνεχώς. Πολλές αντιδράσεις και ενδιάμεσα είναι κοινά σε αυτά.

Οι ζωντανοί οργανισμοί ταξινομούνται ανάλογα με την πηγή ενέργειας ή τον άνθρακα που χρησιμοποιούν. Ο άνθρακας είναι το κύριο στοιχείο της ζωντανής ύλης. Στον εποικοδομητικό μεταβολισμό, παίζει πρωταγωνιστικό ρόλο.

Ανάλογα με την πηγή του κυτταρικού άνθρακα, όλοι οι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των προκαρυωτικών οργανισμών, χωρίζονται σε αυτότροφους και ετερότροφους.

Αυτότροφοιχρησιμοποιήστε το CO 2 ως τη μοναδική πηγή άνθρακα, μειώνοντάς το με υδρογόνο, το οποίο διασπάται από το νερό ή άλλη ουσία. Συνθέτουν οργανικές ουσίες από απλές ανόργανες ενώσεις στη διαδικασία φωτο- ή χημειοσύνθεσης.

Ετερότροφαπαίρνουν άνθρακα από οργανικές ενώσεις.

Οι ζωντανοί οργανισμοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν φως ή χημική ενέργεια. Οι οργανισμοί που ζουν από την ενέργεια του φωτός ονομάζονται φωτοτροφικός.Συνθέτουν οργανικές ουσίες απορροφώντας την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του Ήλιου (φως). Αυτά περιλαμβάνουν φυτά, γαλαζοπράσινα φύκια, πράσινα και μοβ βακτήρια θείου.

Οι οργανισμοί που λαμβάνουν ενέργεια από υποστρώματα, πηγές τροφίμων (ενέργεια οξείδωσης ανόργανων ουσιών) ονομάζονται χημειοτροφικά.ΠΡΟΣ ΤΟ χημειοετερότροφαπεριλαμβάνει τα περισσότερα βακτήρια, καθώς και μύκητες και ζώα.

Υπάρχει μια μικρή ομάδα χημειοαυτοτροφικά... Τέτοιοι χημειοσυνθετικοί μικροοργανισμοί περιλαμβάνουν νιτροποιητικά βακτήρια, τα οποία, οξειδώνοντας την αμμωνία σε νιτρώδες οξύ, απελευθερώνουν την ενέργεια που απαιτείται για τη σύνθεση. Τα χημειοσυνθετικά περιλαμβάνουν επίσης βακτήρια υδρογόνου, τα οποία λαμβάνουν ενέργεια κατά την οξείδωση του μοριακού υδρογόνου.

Οι υδατάνθρακες ως πηγή ενέργειας

Στους περισσότερους οργανισμούς, η διάσπαση της οργανικής ύλης συμβαίνει παρουσία οξυγόνου - αερόβιου μεταβολισμού. Ως αποτέλεσμα αυτής της ανταλλαγής, τα φτωχά σε ενέργεια τελικά προϊόντα (CO 2 και H 2 O) παραμένουν, αλλά απελευθερώνεται πολλή ενέργεια. Η διαδικασία του αερόβιου μεταβολισμού ονομάζεται αναπνοή, αναερόβια - ζύμωση.

Οι υδατάνθρακες είναι το κύριο ενεργειακό υλικό που χρησιμοποιούν τα κύτταρα κυρίως για χημική ενέργεια. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες και τα λίπη μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν κατά την αναπνοή και οι αλκοόλες και τα οργανικά οξέα κατά τη ζύμωση.

Οι οργανισμοί πραγματοποιούν τη διάσπαση των υδατανθράκων με διάφορους τρόπους, με τους οποίους το πιο σημαντικό ενδιάμεσο προϊόν είναι το πυροσταφυλικό οξύ (πυρουβικό). Το πυροσταφυλικό είναι κεντρικό στον μεταβολισμό της αναπνοής και της ζύμωσης. Υπάρχουν τρεις κύριοι μηχανισμοί σχηματισμού PVC.

1. Διφωσφορική φρουκτόζη (γλυκόλυση) ή η οδός Embden-Meyerhof-Parnassus- ένας καθολικός τρόπος.

Η διαδικασία ξεκινά με φωσφορυλίωση (Εικ. 32). Με τη συμμετοχή του ενζύμου εξοκινάση και ATP, η γλυκόζη φωσφορυλιώνεται στο έκτο άτομο άνθρακα για να σχηματίσει 6-φωσφορική γλυκόζη. Είναι η ενεργή μορφή της γλυκόζης. Χρησιμεύει ως το αρχικό προϊόν για τη διάσπαση των υδατανθράκων με οποιονδήποτε από τους τρεις τρόπους.

Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, η 6-φωσφορική γλυκόζη ισομερίζεται σε 6-φωσφορική φρουκτόζη και στη συνέχεια, υπό τη δράση της 6-φωσφοφρουκτοκινάσης, φωσφορυλιώνεται στο πρώτο άτομο άνθρακα. Η προκύπτουσα φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική υπό τη δράση του ενζύμου αλδολάση αποσυντίθεται εύκολα σε δύο τριόζες: αλδεΰδη φωσφογλυκερόλης και φωσφορική διυδροξυακετόνη. Περαιτέρω μετατροπή των υδατανθράκων C 3 πραγματοποιείται λόγω της μεταφοράς υπολειμμάτων υδρογόνου και φωσφόρου μέσω ενός αριθμού οργανικών οξέων με τη συμμετοχή ειδικών αφυδρογονασών. Όλες οι αντιδράσεις αυτής της οδού, με εξαίρεση τρεις, που περιλαμβάνουν εξοκινάση, 6-φωσφοφρουκτοκινάση και πυροσταφυλική κινάση, είναι πλήρως αναστρέψιμες. Στο στάδιο του σχηματισμού του πυροσταφυλικού οξέος, τελειώνει η αναερόβια φάση της μετατροπής των υδατανθράκων.

Η μέγιστη ποσότητα ενέργειας που λαμβάνει το κύτταρο κατά την οξείδωση ενός μορίου υδατάνθρακα από τη γλυκολυτική οδό είναι 2 · 10 5 J.

Εικ. 32. Μονοπάτι διφωσφορικής φρουκτόζης διάσπασης γλυκόζης

2. Φωσφορική πεντόζη (Warburg-Dickens-Horeker)τρόποςΕίναι επίσης χαρακτηριστικό για τους περισσότερους οργανισμούς (κυρίως για τα φυτά, και παίζει βοηθητικό ρόλο για τους μικροοργανισμούς). Σε αντίθεση με τη γλυκόλυση, η οδός ΡΡ δεν σχηματίζει πυροσταφυλικό.

Η 6-φωσφορική γλυκόζη μετατρέπεται σε 6-φωσφογλυκολακτόνη, η οποία αποκαρβοξυλιώνεται (Εικ. 33). Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται 5-φωσφορική ριβουλόζη, πάνω στην οποία ολοκληρώνεται η διαδικασία οξείδωσης. Οι επόμενες αντιδράσεις θεωρούνται ως διεργασίες μετατροπής φωσφορικών πεντόζης σε φωσφορικές εξόζη και αντίστροφα, δηλ. σχηματίζεται ένας κύκλος. Πιστεύεται ότι η οδός της φωσφορικής πεντόζης μετατρέπεται σε γλυκόλυση σε ένα από τα στάδια.

Όταν κάθε έξι μόρια γλυκόζης διέρχονται από το μονοπάτι IF, ένα μόριο 6-φωσφορικής γλυκόζης οξειδώνεται πλήρως σε CO 2 και 6 μόρια NADP + ανάγονται σε NADPH 2. Ως μηχανισμός λήψης ενέργειας, αυτή η οδός είναι δύο φορές λιγότερο αποτελεσματική από τη γλυκολυτική: για κάθε μόριο γλυκόζης, σχηματίζεται 1 μόριο ATP.

Ρύζι. 33. Οδός φωσφορικής πεντόζης για τη διάσπαση της 6-φωσφορικής γλυκόζης

Ο κύριος σκοπός αυτής της οδού είναι να παρέχει πεντόζες που είναι απαραίτητες για τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων και να εξασφαλίσει το σχηματισμό του μεγαλύτερου μέρους του NADPH 2 που είναι απαραίτητο για τη σύνθεση λιπαρών οξέων, στεροειδών.

3. Οδός Entner-Dudorov (οδός κετοδοξυφωσφογλυκονικού ή CDPG)βρίσκεται μόνο στα βακτήρια. Η γλυκόζη φωσφορυλιώνεται από το μόριο ATP με τη συμμετοχή του ενζύμου εξοκινάση (Εικ. 34).

Εικ. 34. Entner-Dudorov μονοπάτι διάσπασης γλυκόζης

Το προϊόν φωσφορυλίωσης, 6-φωσφορική γλυκόζη, αφυδατώνεται σε 6-φωσφογλυκονικό. Κάτω από τη δράση του ενζύμου φωσφογλυκονική αφυδρογονάση, το νερό αποκόπτεται από αυτό και σχηματίζεται 2-κετο-3-δεοξυ-6-φωσφογλυκονικό (CDPG). Η τελευταία διασπάται από μια ειδική αλδολάση σε πυροσταφυλικό και 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη. Η γλυκεραλδεΰδη δρα περαιτέρω από ένζυμα της γλυκολυτικής οδού και μετασχηματίζεται σε ένα δεύτερο μόριο πυροσταφυλικού. Επιπλέον, αυτή η οδός τροφοδοτεί το κύτταρο με 1 μόριο ATP και 2 μόρια NAD · H 2.

Έτσι, το κύριο ενδιάμεσο προϊόν της οξειδωτικής αποδόμησης των υδατανθράκων είναι το πυροσταφυλικό οξύ, το οποίο, με τη συμμετοχή ενζύμων, μετατρέπεται σε διάφορες ουσίες. Το PVA που σχηματίζεται από μία από τις οδούς στο κύτταρο υφίσταται περαιτέρω οξείδωση. Ο άνθρακας και το υδρογόνο που απελευθερώνεται απομακρύνονται από το κύτταρο. Ο άνθρακας απελευθερώνεται με τη μορφή CO 2, το υδρογόνο μεταφέρεται σε διάφορους δέκτες. Επιπλέον, είτε ένα ιόν υδρογόνου είτε ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να μεταφερθεί, επομένως η μεταφορά υδρογόνου είναι ισοδύναμη με τη μεταφορά ενός ηλεκτρονίου. Ανάλογα με τον τελικό αποδέκτη υδρογόνου (ηλεκτρόνιο), διακρίνονται η αερόβια αναπνοή, η αναερόβια αναπνοή και η ζύμωση.

Αναπνοή

Η αναπνοή είναι μια διαδικασία οξειδοαναγωγής που οδηγεί στο σχηματισμό ATP. οργανικές ή ανόργανες ενώσεις παίζουν το ρόλο των δοτών υδρογόνου (ηλεκτρόνια) σε αυτό, οι ανόργανες ενώσεις χρησιμεύουν ως αποδέκτες υδρογόνου (ηλεκτρόνια) στις περισσότερες περιπτώσεις.

Εάν ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι το μοριακό οξυγόνο, ονομάζεται η αναπνευστική διαδικασία αερόβια αναπνοή... Σε ορισμένους μικροοργανισμούς, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι ενώσεις όπως νιτρικά, θειικά και ανθρακικά. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αναερόβια αναπνοή.

Αερόβια αναπνοή- η διαδικασία πλήρους οξείδωσης των υποστρωμάτων σε CO 2 και H 2 O με το σχηματισμό μεγάλης ποσότητας ενέργειας με τη μορφή ATP.

Η πλήρης οξείδωση του πυροσταφυλικού οξέος συμβαίνει υπό αερόβιες συνθήκες στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος (κύκλος CTA ή Krebs) και στην αναπνευστική αλυσίδα.

Η αερόβια αναπνοή αποτελείται από δύο φάσεις:

1). Το πυροσταφυλικό που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης οξειδώνεται σε ακετυλο-CoA και στη συνέχεια σε CO 2, και τα απελευθερωμένα άτομα υδρογόνου μετακινούνται στους δέκτες. Έτσι γίνεται το CTK.

2). Τα άτομα υδρογόνου που διασπώνται από αφυδρογονάσες γίνονται αποδεκτά από τα συνένζυμα των αναερόβιων και αερόβιων αφυδρογονασών. Στη συνέχεια μεταφέρονται κατά μήκος της αναπνευστικής αλυσίδας, σε ορισμένα σημεία της οποίας σχηματίζεται σημαντική ποσότητα ελεύθερης ενέργειας με τη μορφή φωσφορικών αλάτων υψηλής ενέργειας.

Κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος (κύκλος Krebs, CTA)

Το πυροσταφυλικό, που σχηματίζεται κατά τη γλυκόλυση, αποκαρβοξυλιώνεται σε ακεταλδεΰδη με τη συμμετοχή του πολυενζυμικού συμπλέγματος της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης. Η ακεταλδεΰδη, σε συνδυασμό με το συνένζυμο ενός από τα οξειδωτικά ένζυμα - το συνένζυμο Α (CoA-SH), σχηματίζει «ενεργοποιημένο οξικό οξύ» - ακετυλο-CoA - μια ένωση υψηλής ενέργειας.

Το Acetyl-CoA, υπό τη δράση της κιτρικής συνθετάσης, αντιδρά με το οξαλοξικό οξύ (οξαλοξικό) σχηματίζοντας κιτρικό οξύ (κιτρικό C 6), το οποίο είναι ο κύριος σύνδεσμος του CTA (Εικ. 35). Το κιτρικό άλας μετατρέπεται σε ισοκιτρικό μετά τον ισομερισμό. Ακολουθεί η οξειδωτική (αποβολή του Η) αποκαρβοξυλίωση (αποβολή CO 2) του ισοκιτρικού, το προϊόν του οποίου είναι το 2-οξογλουταρικό (C 5). Υπό την επίδραση του συμπλόκου ενζύμου ɑ-κετογλουταρική αφυδρογονάση με τη δραστική ομάδα NAD, μετατρέπεται σε ηλεκτρικό, χάνοντας CO 2 και δύο άτομα υδρογόνου. Το ηλεκτρικό στη συνέχεια οξειδώνεται σε φουμαρικό (C4) και το τελευταίο ενυδατώνεται (προσθήκη Η2Ο) σε μηλικό. Στον τελικό κύκλο Krebs της αντίδρασης, το μηλικό οξειδώνεται, γεγονός που οδηγεί στην αναγέννηση του οξαλοξικού (C 4). Το οξαλοξικό αντιδρά με το ακετυλο-CoA και ο κύκλος επαναλαμβάνεται ξανά. Κάθε μία από τις 10 αντιδράσεις TCA, με εξαίρεση μία, είναι εύκολα αναστρέψιμη. Δύο άτομα άνθρακα εισέρχονται στον κύκλο με τη μορφή ακετυλο-CoA και ο ίδιος αριθμός ατόμων άνθρακα εξέρχεται από αυτόν τον κύκλο με τη μορφή CO 2.

Ρύζι. 35. Κύκλος Krebs (σύμφωνα με τον V.L. Kretovich):

1, 6 - σύστημα οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης. 2 - κιτρική συνθετάση, συνένζυμο Α; 3, 4 - ακονιτική υδράση. 5 - ισοκιτρική αφυδρογονάση. 7 - ηλεκτρική αφυδρογονάση. 8 - φουμαρική υδράση. 9 - μηλική αφυδρογονάση; 10 - αυθόρμητη μεταμόρφωση. 11 - πυροσταφυλική καρβοξυλάση

Ως αποτέλεσμα τεσσάρων αντιδράσεων οξειδοαναγωγής του κύκλου Krebs, τρία ζεύγη ηλεκτρονίων μεταφέρονται στο NAD και ένα ζεύγος ηλεκτρονίων στο FAD. Οι φορείς ηλεκτρονίων NAD και FAD που ανάγεται με αυτόν τον τρόπο στη συνέχεια υποβάλλονται σε οξείδωση ήδη στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Ο κύκλος παράγει ένα μόριο ATP, 2 μόρια CO 2 και 8 άτομα υδρογόνου.

Η βιολογική σημασία του κύκλου του Krebs είναι ότι είναι ένας ισχυρός προμηθευτής ενέργειας και «δομικά στοιχεία» για βιοσυνθετικές διαδικασίες. Ο κύκλος του Krebs λειτουργεί μόνο υπό αερόβιες συνθήκες, σε αναερόβιες συνθήκες είναι ανοιχτός στο επίπεδο της α-κετογλουταρικής αφυδρογονάσης.

Αναπνευστική αλυσίδα

Το τελευταίο στάδιο του καταβολισμού είναι η οξειδωτική φωσφορυλίωση. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, απελευθερώνεται το μεγαλύτερο μέρος της μεταβολικής ενέργειας.

Οι φορείς ηλεκτρονίων NAD και FAD που ανάγεται στον κύκλο του Krebs υφίστανται οξείδωση στην αναπνευστική αλυσίδα ή στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Τα μόρια φορείς είναι οι αφυδρογονάσες, οι κινόνες και τα κυτοχρώματα.

Και τα δύο ενζυμικά συστήματα βρίσκονται στην πλασματική μεμβράνη στους προκαρυώτες και στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη στους ευκαρυώτες. Τα ηλεκτρόνια από άτομα υδρογόνου (NAD, FAD) περνούν μέσω μιας σύνθετης αλυσίδας φορέα προς το μοριακό οξυγόνο, μειώνοντάς το και σχηματίζεται νερό.

Ισορροπία.Οι υπολογισμοί του ενεργειακού ισοζυγίου έδειξαν ότι όταν η γλυκόζη διασπάται από τη γλυκολυτική οδό και μέσω του κύκλου Krebs, ακολουθούμενη από οξείδωση στην αναπνευστική αλυσίδα σε CO 2 και H 2 O, σχηματίζονται 38 μόρια ATP για κάθε μόριο γλυκόζης. Επιπλέον, η μέγιστη ποσότητα ATP σχηματίζεται στην αναπνευστική αλυσίδα - 34 μόρια, 2 μόρια - στην οδό EMF και 2 μόρια - στο CTX (Εικ. 36).

Ατελής οξείδωση οργανικών ενώσεων

Η αναπνοή συνήθως συνδέεται με πλήρη οξείδωση του οργανικού υποστρώματος, δηλ. τα τελικά προϊόντα της αποσύνθεσης είναι CO 2 και H 2 O.

Ωστόσο, ορισμένα βακτήρια και ορισμένοι μύκητες δεν οξειδώνουν πλήρως τους υδατάνθρακες. Τα τελικά προϊόντα της ατελούς οξείδωσης είναι τα οργανικά οξέα: οξικό, κιτρικό, φουμαρικό, γλυκονικό κ.λπ., τα οποία συσσωρεύονται στο περιβάλλον. Αυτή η οξειδωτική διαδικασία χρησιμοποιείται από μικροοργανισμούς για ενέργεια. Ωστόσο, η συνολική ενεργειακή απόδοση είναι σημαντικά χαμηλότερη από ό,τι με την πλήρη οξείδωση. Μέρος της ενέργειας του αρχικού υποστρώματος που οξειδώνεται διατηρείται στα οργανικά οξέα που προκύπτουν.

Οι μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται λόγω της ενέργειας της ατελούς οξείδωσης χρησιμοποιούνται στη μικροβιολογική βιομηχανία για τη λήψη οργανικών οξέων και αμινοξέων.