Введение в метаболизм

1. Тема лекции:Тема лекции:
«ВВЕДЕНИЕ В«ВВЕДЕНИЕ В
МЕТАБОЛИЗМ.МЕТАБОЛИЗМ.
БИОХИМИЯБИОХИМИЯ
БИОЛОГИЧЕСКИХБИОЛОГИЧЕСКИХ
МЕМБРАН»МЕМБРАН»
Автор: доцент кафедры биохимииАвтор: доцент кафедры биохимии
МАГЛЫШ Сабина СтепановнаМАГЛЫШ Сабина Степановна

2. Вопросы лекции:
1. Представление о метаболизме и метаболи-
ческих путях.
2. Уровни изучения обмена веществ.
Использование изотопов.
3. Представление о специфических и общих
путях катаболизма. Конечные продукты
метаболизма.
4. Состав и строение биологических мембран.
5. Общие свойства и функции биологических
мембран.
6. Механизмы мембранного транспорта веществ.

3. 1.Представление о метабо-
лизме и метаболических путях
Метаболизм (обмен веществ в организме) –
совокупность биохимических реакций в
организме, которые обеспечивают его
веществами и энергией, необходимыми для
жизнедеятельности.
Метаболизм включает два противоположно
направленные процессы – катаболизм и
анаболизм.

4. Катаболизм (диссимиляция, энергетичес-
кий обмен) – распад сложных веществ
до простых с высвобождением энергии.
Анаболизм (ассимиляция, пластический обмен)
– синтез сложных веществ из простых с
поглощением энергии.
катаболизм
сложные вещества простые вещества,
энергия
анаболизм

5. Функции метаболизма
1. Обеспечение организма химической энергией за счет
синтеза АТФ при расщеплении богатых энергией
питательных веществ.
2. Превращение сложных веществ пищи в структурные
блоки для биосинтеза макромолекул в клетках.
3. Синтез биополимеров и сборка надмолекулярных
структур живого организма, пластическое
поддержание его жизнедеятельности.
4. Синтез и распад биологически активных веществ
(гормонов, ферментов, нейромедиаторов,
коферментов, некоторых витаминов), необходимых
для выполнения специфических функций клеток и
организма.

6. Метаболизм – совокупность метаболических
путей.
Метаболический путь – последовательность
химических реакций, в ходе которых
исходный субстрат превращается в
конечный продукт. Промежуточные
продукты называют метаболитами.
Если один из конечных продуктов
метаболического пути вовлекается в
данный путь в качестве одного из
исходных субстратов, то такой путь
называется метаболическим циклом.

7. Типы метаболических путей:
СХЕМА НАЗВАНИЕ ПРИМЕР
A→B→C→D Линейный Гликолиз,
глюконеогенез,
синтез белка,
холестерола
D→E
A→B→C
F→G
Разветвленный
(дихотомичес-
кий)
Синтез нуклео-
тидов
A B
E C
F D
Циклический
Цикл трикарбо-
новых кислот
(ЦТК), оринити-
новый цикл
A
↓
B
↓
Спиральный
β-окисление и
синтез жирных
кислот

8. Компартментализация
метаболических путей
Клетка
ЦИТОПЛАЗМА МИТОХОНДРИИ ЯДРО
Гликолиз; ПФП; Окислительное Репликация
глюконеогенез; декарбоксили- (синтез ДНК);
синтез белка; рование пирувата; транскрипция
синтез жирных ЦТК; ЦТД; β-окис- (синтез мРНК,
кислот и липидов; ление жирных кис- тРНК, рРНК)
синтез холесте- лот; синтез моче-
рола вины

9. 2.Уровни изучения обмена веществ.
Использование изотопов
• Целостный организм.
• Изолированные органы (перфузируемые).
• Срезы тканей.
• Культуры клеток.
• Гомогенаты тканей.
• Изолированные клеточные органоиды.
• Реконструированные ферментные системы.
Для изучения метаболизма на целостном организме
используют изотопы 3
H, 32
P, 14
C, 35
S, 18
O, которыми
метят вещества, вводимые в организм. Затем
прослеживают их локализацию в органах, тканях,
клетках, органоидах, определяют время полураспада
и принадлежность к метаболическим путям.

10. 3. Представление о специфических
и общих путях катаболизма.
Конечные продукты метаболизма
В катаболизме различают три стадии:
1. Биополимеры (белки, полисахариды, липиды)
расщепляются до мономеров. Выделившаяся
химическая энергия рассеивается в виде тепла.
2. Мономеры превращаются в общий продукт
расщепления – ацетил-КоА. Выделившаяся
химическая энергия частично рассеивается в виде
тепла, частично накапливается в виде НАДН+Н+
и
ФАДН2, частично запасается в виде АТФ (субстратное
фосфорилирование).
3. Ацетил-КоА окисляется в ЦТК до СО2 и Н2О.
Выделившаяся химическая энергия частично
рассеивается в виде тепла, частично (40-45%)
запасается в виде АТФ (окислительное
фосфорилирование в ЦТД).

11. 1. БЕЛКИ ПОЛИСАХАРИДЫ ЛИПИДЫ
(Биополимеры)
2.Аминокис- Моносахариды Глицерол, (Мономеры)
лоты (глюкоза) жирные
кислоты
Пируват
3. Ацетил-КоА (Общий продукт
расщепления)
ЦТК, ЦТД
NH3, СО2, Н2О, АТФ (Конечные продукты
мочевина катаболизма и энергия)
Схема специфических и общих
путей катаболизма
1-й и 2-й этапы – специфические пути;

12. 4. Состав и строение биологических
мембран
I. Химический состав мембран: липиды, белки, угле-
воды, связанная вода (20%), ионы.
Липиды мембран – амфифильные вещества, имеющие
алифатические радикалы (гидрофобные «хвосты») и
гидрофильные группы (полярные «головки»). Они
формируют бислой, в котором гидрофобные «хвосты»
направлены внутрь бислоя навстречу друг другу, а
полярные «головки» обращены наружу и контактируют с
водой.
Типы липидов: 1. Фосфолипиды (основа всех мембран):
а) глицерофосфолипиды (60%) – глицерол + 2 остатка
жирных кислот + остаток фосфорной кислоты +
азотистое основание;
б) сфингомиелины – спирт сфингозин + остаток жирной
кислоты +
остаток фосфорной кислоты + азотистое основание.

13. 2. Гликолипиды (много в мембранах клеток мозга,
эпителия, эритроцитов):
а) цереброзиды – спирт сфингозин + остаток жирной
кислоты + гексоза;
б) ганглиозиды – спирт сфингозин + остаток жирной
кислоты + гексоза + производное аминосахаров.
3. Холестерол (во всех мембранах клеток животных) –
стероидный спирт с жестким гидрофобным ядром и
гидрофильной «головкой» в виде -ОН,
снижает латеральную диффузию
липидов и белков.
В состав мембранных липидов входят жирные
кислоты:
• насыщенные – пальмитиновая и стеариновая;
• ненасыщенные – олеиновая (60%), линолевая
(омега-3),
линоленовая (омега-6), арахидоновая (омега-9).

14. Функции мембранных липидов:
1) структурная (образуют бислой);
2) барьерная (отделяют протопласт от окружающей среды)
3) обеспечение текучести мембран;
4) среда для функционирования мембранных белков;
5) обеспечение транспорта гидрофобных веществ через
мембрану;
6) предшественники вторичных посредников при передаче
гормонального сигнала в клетку (диацилглицерол и
инозитолтрифосфат);
7) фиксация заякоренных белков-ферментов
(ацетилхолинэстераза).
Белки мембран – гидрофильные молекулы, отвечающие за
функциональную активность мембран.
Типы белков: 1. Интегральные белки – пронизывают
липидный бислой. 2. Погруженные или
полуитегральные белки – часть молекулы погружена в
один липидный слой и ковалентно связана с ним, а
вторая часть – на поверхности мембраны.

15. 3. Периферические белки – прикреплены как к
наружной, так и к внутренней стороне мембраны.
Функции мембранных белков:
1) структурная;
2) транспортная;
3) ферментативная (каталитическая);
4) рецепторная;
5) антигенная;
6) преобразование энергии.
Углеводы мембран – гидрофильные молекулы
олигосахаридов, расположенные только на наружной стороне
мембраны и образующие гликокаликс. Самостоятельно в
мембране не встречаются.
Типы углеводов: 1. Гликопротеины – углеводы связаны со
всеми видами мембранных белков на наружной стороне
мембраны.
2. Гликолипиды – углеводы связаны с липидами наружного слоя
бислоя.
Функции мембранных углеводов: 1) обеспечение клеточной
специфичности; 2) узнавание и связывание лигандов вирусов и
бактерий; 3) адгезия (межклеточные взаимодействия).

16. II. Строение мембран
Мембраны – нековалентные надмолекулярные структуры (толщина
7-10 нм), в которых липиды и белки удерживаются вместе
неко-валентными взаимодействиями, кооперативными по
характеру.
Жидкостно-мозаичная модель строения мембраны была предложена
Сенджером и Николсоном в 1972 г. Основу мембраны составляет
липидный бислой, в котором «белковые молекулы, свободно
плавающие в липидном море в виде айсбергов, на которых
растут деревья гликокаликса».

19. 5. Общие свойства и функции
биологических мембран
I. Общие свойства мембран:
1) жидкостность или текучесть (зависит от состава жирных кисли
содержания холестерола: насыщенные жирные кислоты и
холестерол снижают, а ненасыщенные жирные к-ты -
повышают текучесть);
2) способность молекул мембраны к латеральной (в плоскости
мембраны) и поперечной диффузии;
3) способность к самосборке;
4) способность к фазовым переходам в зависимости от
количества воды и температуры;
5) способность к активному транспорту;
6) высокая скорость самообновляемости;
7) высокое электрическое сопротивление;
8) ассиметрия по структуре (в наружном слое липидов
преобладают фосфатидилхолины, а во внутреннем –
фосфатидилэтаноламины; гликокаликс только на наружной
стороне) и по функции (на внутренне стороне белки-
ферменты, а на наружной – белки-рецепторы в составе
гликопротеинов).

20. II. Функции биологических мембран:
1) барьерная (отделение протопласта клетки от внеклеточной
среды и формирование внутриклеточных компартментов);
2) избирательная проницаемость (контроль и регулирование транс
порта веществ через мембрану);
3) контактная (участие в обеспечении межклеточных
взаимодействий);
4) рецепторная (восприятие, трансформация и передача сигналов из
внешней среды в клетку, рецепция нейромедиаторов и
антигенов);
5) метаболическая (участие в обмене веществ за счет локализации
белков-ферментов);
6) транспортная (способность с помощью транспортных систем
осуществлять пассивный и активный транспорт низко- и
высокомолекулярных веществ в клетку и из клетки);
7) энерготрансформирующая (способность превращать солнечную
энергию в энергию химических связей органического вещества);
8) создание трансмембранного потенциала (способность формир.

21. 6. Механизмы мембранного
транспорта веществ
I. Механизмы транспорта низкомолекулярных
веществ через мембрану
Пассивный транспорт Активный транспорт
(по градиенту концентрации (против градиента концентрации)
простая облегченная первичный вторичный
диффузия диффузия активный активный
- симпорт;
- антипорт

22. Пассивный транспорт:
1) простая диффузия - это самостоятельное проникновение
веществ через мембрану по градиенту концентрации
(небольшие нейтральные молекулы – Н2О, СО2, О2, и
низкомолекулярные органические вещества – жирные кислоты
до С10, мочевина);
2) облегченная диффузия - это проникновение веществ через
мембрану по градиенту концентрации, но с помощью
специальных белков–переносчиков - транслоказ, транспортеров
или белков, образующих транспортные каналы (ионы, глюкоза,
фруктоза, аминокислоты).
Активный транспорт:
1) первичный активный транспорт – это перенос вещества с
помощью специальной транспортной системы (насоса) против
градиента концентрации (Na+
,K+
-АТФаза, и др.) с затратами
энергии АТФ;
2) вторичный активный транспорт – перенос вещества против
градиента концентрации в одном направлении (симпорт) или в
разных (антипорт) с другим веществом за счет энергии
градиента, созданного первичным активным
транспортом (глюкоза, галактоза, реабсорбция в
почках).

23. II. Механизмы транспорта высокомолекулярных
веществ через мембрану
Эндоцитоз Экзоцитоз
(в клетку) (из клетки)
фагоцитоз пиноцитоз эндоцитоз, секреция экскреция рекреция
опосредованный
рецепторами
Эндоцитоз:
1) фагоциотоз - захват и поглощение клеткой твердых
макромолеку-
лярных соединений.
2) пиноцитоз - захват и поглощение клеткой растворимых
макромоле-кулярных соединений.
3) эндоцитоз опосредованный рецепторами – поглощаемый субстрат
сначала связывается с рецепторами, а потом захватывается
клеткой.

24. Экзоцитоз:
1) секреция - выведение из клетки в виде секреторных пузырьков
растворимых низко- или высокомолекулярных соединений,
которые являются результатом одной из функций данной
клетки (гормоны передней доли гипофиза, катехоламины,
ионы Н+
в желудке и почках);
2) экскреция - выведение из клетки твёрдых частиц путём слияния
с плазмолеммой цитоплазматического пузырька,
содержащего выделяемые частицы;
3) рекреция - перенос твёрдых частиц через клетку, включающий
фагоцитоз и экскрецию.

26. Спасибо
за внимание