Обмяна на вещества. Обща характеристика на обмяната на веществата

Биологична обмяна

• Живите организми са отворени системи. Те взаимодействат с околната среда като приемат вещества, енергия и информация от нея, преработват ги и ги изнасят отново в околната среда под някаква друга форма.
• Взаимовръзката между организмите и околната среда е сложна и се осъществява от система от процеси, характерна само за живите същества – “биологична обмяна”.
• Понятието биологична обмяна се отъждествява с понятието “метаболизъм”, в неговия широк смисъл.

 

Етапи на биологичната обмяна

ПЪРВА ФАЗА: Храносмилане – веществата от външната среда се преработват и транспортират във вътрешната среда на организма.
ВТОРА ФАЗА: Междинна обмяна =“метаболизъм” в тесен смисъл. Включват се процесите на синтеза и разграждане на веществата, техните взаимовръзки и регулация.

• Доставя енергия в използваем вид;
• Образуват структурни компоненти (структурни блокове);
• Синтезирането на специфични за клетката и организма биомакромолекули (НК, Белтъци, полизахариди, мембрани)
• Синтезиране и разграждане на биомолекули със специфични функции (хормони, рецептори, невромедиатори).

ТРЕТА ФАЗА: Изнасяне на крайните продукти – най-често нискомолекулни вещества (CO₂, H₂O, урея, пикочна киселина, жлъчни пигменти, креатинин, стероидни продукти).

 

Фази на междинния метаболизъм

• Катаболизъм – фаза на разграждане.
• По своята химична природа процесите са окислителни.
• По отношение на термодинамичните характеристики – процесите са екзергонични – освобождават свободна енергия, която се включва и запасява като енергия на макроергичните съединения (АТФ) и като енергия, акумулирана в радициращите еквиваленти (НАДН и НАДФН). Част от енергията се освобождава като топлина.
• Анаболизъм – фаза на “биосинтезата”.
• По своята химична природа процесите са редукционни.
• По отношение на термодинамичните характеристики – процесите са ендергонични – за протичането им е необходимо внасяне на свободна енергия, получена от разграждането на макроергичните съединения или енергията акумулирана в радициращите еквиваленти.

 

Основни понятия

• Метаболитна верига (метаболитен път) – процесите на разграждане и синтеза се осъществяват във вериги от свързани помежду си последователно протичащи химични реакции;
• Метаболитно стъпало – всяка отделна реакция в дадена метаболитна верига;
• Междинен метаболит – всяко отделно съединение получавано при отделните метаболитни стъпала.
• Субстрат на метаболитната верига – съединението навлизащо в първото метаболитно стъпало;
• Краен продукт на метаболитната верига – съединението, получено в резултат на последното метаболитно стъпало;
• Възлов метаболит – общо съединение на две или повече матаболитни вериги.

 

Метаболитните пътища са:

• Линейни (повечето) – гликолиза, ПФП, синтеза и разграждане на пуринови и пиримидинови нуклеотиди, синтеза на холестерол, хем .
• Циклични – не са затворени – в тях навлизат и се извеждат метаболити на други метаболитни пътища – ЦТК, Орнитинов цикъл.
• Спираловидни пътища – повтарят се неколкократно последователност от реакции (β-окисение на МК, синтеза на МК).

 

Освен катаболитни и анаболитни пътища съществуват и амфиболитни пътища – в тях се осъществява катаболизма на едно съединение и се получават субстрати за синтезата на други (ЦТК).

 

Регулация на метаболитните процеси

Метаболитните процеси се саморегулират!!!

Принцип за МАКСИМАЛНА ИКОНОМИЧНОСТ!

Регулация на клетъчно ниво (бърз ефект). Осъществява се под действие на сигнали в клетките: метаболити от самата метаболитна верига или от други метаболитни вериги:

1. Промяна концентрацията на субстратите;
2. Промяна активността на регулаторните ензими:

• Чрез промяна на каталитичната активност под действие на Ало модулатори или ковалентна модификация.
• Чрез промяна на концентрацията на регулаторните ензими.

Регулация на организмово ниво (по-бавен, но по-продължителен ефект).

1. Осъществява се под действие на външни за клетките сигнали, които се свързват със специфични клетъчни рецептори в цитоплазмата, ядрото или по повърхността на плазмената мембрана: хормони, невромедиатори, растежни фактори:
2. Действието на факторите, свързващи се с вътреклетъчни рецептори – генетична регулация (основно).
3. Действието на факторите, свързващи се с мембранни рецептори се предшества от вътреклетъчни сигнални молекули (вторични посредници): цАМФ, цГМФ, ИТФ, ДАГ, Са²⁺).

Въздействат на метаболитните процеси:

• Чрез промяна на каталитичната активност на регулаторни ензими под действие на ковалентна модификация;
• Чрез промяна на концентрацията на регулаторните ензими.

Автор на статията: Доц. Татяна Влайкова!