Kabanata 5.

Mga elemento ng kemikal na thermodynamics

1. Organisasyon ng mga reaksiyong kemikal. Mga siklo ng enerhiya

2. Mga Batayan ng thermodynamics

3. Mga batas ng thermodynamics

4. Panimula sa metabolismo. Mga prinsipyo ng organisasyon ng metabolismo. Konsepto ng proseso ng catabolism at anabolism.

5. Hierarchy ng metabolic regulation

6. metabolismo ng enerhiya. Ano ang bioenergy?

7. Proton potensyal.

8. Mga tampok na istruktura ng ATP. Ang papel ng macroergs sa metabolismo.

9. Isang ideya ng biological oxidation, ang papel at uri nito, enzymes at coenzymes ng prosesong ito. Mga reaksyon ng ATP synthesis. Oxidation ng mga substrate ng enerhiya. Mga carrier ng mga electron at proton. Pagbuo ng potensyal ng proton. Oxidative phosphorylation coefficient. Mga mekanismo ng regulasyon nito.

10. Mga paraan upang magamit ang oxygen.

11. ATP synthesis.

12. Karaniwang metabolic pathways. Ang tricarboxylic acid cycle ay ang amphibolic essence nito. Energy metabolism. Potensyal ng proton.

Biologically important high-energy compounds. Konsepto ng biological oxidation. Ang papel ng biological oxidation.

13. Reaksyon ng oxidation-reduction. Mga landas para sa paggamit ng oxygen: oxidase at oxygenase.

14. ATP synthesis. ATP synthesis sa pamamagitan ng substrate at oxidative phosphorylation.

Pagbuo ng potensyal ng proton. ATP synthesis dahil sa potensyal ng proton.

15. Mga sitwasyong gawain, teoretikal na gawain at praktikal na gawain sa laboratoryo sa paksang "Biochemical thermodynamics".

16. Ang metabolismo ng enerhiya at ang pangkalahatang landas ng catabolism.

Biochemical thermodynamics– isang sangay ng biochemistry na tumatalakay sa pag-aaral ng mga pagbabagong-anyo ng enerhiya na kasama ng mga reaksiyong biochemical. Nakakatulong ang mga pangunahing prinsipyo nito na ipaliwanag kung bakit nangyayari ang ilang reaksyon at ang iba ay hindi. Ang mga non-biological system ay maaaring magsagawa ng trabaho gamit ang thermal energy, habang ang mga biological system ay gumagana sa isang isothermal mode at gumagamit ng kemikal na enerhiya upang isagawa ang mga proseso ng buhay.

Ang mahahalagang aktibidad ng isang organismo ay natutukoy ng mga kakaibang katangian ng samahan ng mga biological na istruktura, metabolismo at enerhiya, ang paglipat ng genetic na impormasyon at mga mekanismo ng regulasyon.

Ang pinsala sa alinman sa mga link na ito ay humahantong sa pag-unlad ng isang pathological na proseso at sakit. Ang kaalaman sa mga molekular na mekanismo ng buhay at ang kanilang mga karamdaman ay ang batayan para sa paghahanap at klinikal na paggamit ng mga gamot ng iba't ibang biological na kalikasan.

Organisasyon ng mga reaksiyong kemikal.

Ang mga kadena ng mga reaksiyong kemikal ay bumubuo ng mga metabolic pathway o cycle, na ang bawat isa ay gumaganap ng isang partikular na function. Nakaugalian na makilala sa pagitan ng sentral at espesyal na metabolic pathway. Ang mga sentral na siklo ay karaniwan sa pagkasira at synthesis ng mga pangunahing macromolecule. Ang mga ito ay halos magkapareho sa anumang mga kinatawan ng buhay na mundo. Ang mga espesyal na cycle ay katangian ng synthesis at decomposition ng mga indibidwal na monomer, macromolecules, cofactor, atbp.

Mga siklo ng enerhiya.

Dahil sa iba't ibang anyo ng nutrisyon at pagkonsumo ng enerhiya, ang mga buhay na organismo sa kalikasan ay malapit na nauugnay sa bawat isa. Ang kaugnayan sa nutrisyon at paggamit ng mga pinagmumulan ng enerhiya ay maaaring ilarawan sa anyo ng mga natatanging siklo ng enerhiya ng buhay na kalikasan.

Ang mga pangunahing bahagi ng siklo na ito:

Ang araw ay pinagmumulan ng extraterrestrial energy,

Ang mga autotroph na kumukuha ng solar energy at nag-synthesize ng mga carbohydrate at iba pang mga organikong sangkap mula sa CO 2

Heterotrophs - mga organismo ng hayop na kumakain ng organikong bagay at oxygen na ginawa ng mga halaman

Ang mga phototroph ay mga halaman na gumagawa ng oxygen sa pamamagitan ng photosynthesis.

Ang mga pagkawala ng enerhiya na nauugnay sa aktibidad ng buhay ng lahat ng mga organismo sa Earth ay binabayaran ng enerhiya ng Araw. Dapat itong bigyang-diin na ang mga selula ng hayop at tao ay gumagamit ng lubos na pinababang mga sangkap (carbohydrates, lipids, protina) bilang materyal ng enerhiya, i.e. naglalaman ng hydrogen. Ang hydrogen ay isang masiglang mahalagang sangkap. Ang enerhiya nito ay na-convert sa enerhiya ng mga kemikal na bono ng ATP.

Ang metabolismo ng mga sangkap at enerhiya ay ang batayan ng buhay ng mga organismo at isa sa pinakamahalagang tiyak na katangian ng nabubuhay na bagay, na nagpapakilala sa buhay mula sa hindi nabubuhay. Ang pinaka-kumplikadong regulasyon ng metabolismo sa iba't ibang antas ay tinitiyak ng gawain ng maraming mga sistema ng enzyme; ito ang self-regulation ng mga pagbabagong kemikal.

Mga enzyme ay lubos na dalubhasang mga protina na na-synthesize sa cell mula sa mga simpleng bloke ng gusali - mga amino acid. Isinasagawa ang metabolismo sa pakikilahok ng ilang daang iba't ibang uri ng mga enzyme. Ang mga enzyme-catalyzed na reaksyon ay nagbibigay ng 100% na ani nang walang pagbuo ng mga by-product. Ang bawat enzyme ay nagpapabilis lamang ng isang tiyak na kadena ng mga reaksyon ng isang partikular na tambalan, nang hindi naaapektuhan ang iba pang mga reaksyon kasama ang (compound) na partisipasyon nito. Samakatuwid, maraming mga reaksyon ang maaaring maganap sa isang cell nang walang panganib na mahawahan ang cell ng mga by-product. Daan-daang mga reaksyon sa mga cell na may partisipasyon ng mga enzyme ay nakaayos sa anyo ng mga sunud-sunod na reaksyon - nakatigil na daloy.

Sa panahon ng mga pagbabagong kemikal, ang muling pagsasaayos ng mga elektronikong shell ng mga nakikipag-ugnay na mga atomo, molekula at mga ion ay nangyayari at ang muling pamamahagi ng mga puwersa ng bono ng kemikal ay nangyayari, na humahantong sa pagpapakawala ng enerhiya (kung ang resulta ng pakikipag-ugnayan ay ang pagpapalakas ng mga bono sa pagitan ng mga atomo, mga ion. at mga molekula), o sa pagsipsip (kung humihina ang mga bono na ito). Samakatuwid, ang lahat ng mga kemikal na reaksyon ay nailalarawan hindi lamang sa pamamagitan ng malalim na mga pagbabago sa husay at mahigpit na tinukoy na stoichiometric na mga relasyon sa pagitan ng mga dami ng mga paunang sangkap at mga nabuo bilang resulta ng reaksyon, kundi pati na rin ng mahusay na tinukoy na mga epekto ng enerhiya.

Mga batas ng thermodynamics

Unang batas ng thermodynamics.

Ang konsepto ng mga proseso ng catabolism at anabolism.

Ang hanay ng mga pagbabagong kemikal ng mga sangkap na nangyayari sa katawan, simula sa sandaling pumasok sila sa dugo at hanggang sa ang mga huling produkto ng metabolismo ay inilabas mula sa katawan, ay tinatawag na intermediate metabolismo(intermediate exchange). Ang intermediate metabolism ay maaaring nahahati sa dalawang proseso - catabolism (dissimilation) at anabolism (assimilation).

Katabolismo tinatawag na enzymatic breakdown ng medyo malalaking organikong molekula, kadalasan sa mas mataas na mga organismo, sa pamamagitan ng oxidative route. Ang catabolism ay sinamahan ng pagpapalabas ng enerhiya na nakapaloob sa mga kumplikadong istruktura ng mga organikong molekula at ang imbakan nito sa anyo ng enerhiya ng mga pospeyt na bono ng ATP (exergonic na proseso, kasama ang paglabas ng enerhiya ng Gibbs at imbakan sa anyo ng ATP).

Anabolismo ay ang enzymatic synthesis ng malalaking molecular cellular component, tulad ng polysaccharides, nucleic acids, proteins, lipids, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng makabuluhang enerhiya ng Gibbs at mababang entropy, pati na rin ang synthesis ng ilang biosynthetic precursors ng mas simpleng mga compound na may mas malakas na mga bono (mababang Gibbs mga halaga ng enerhiya at mataas na halaga entropy - CO 2, NH 3, urea, creatinine).

Ang mga anabolic na proseso ay nangyayari sa mga cell nang sabay-sabay at hindi maiiwasang nauugnay sa isa't isa. Mahalaga, dapat silang ituring hindi bilang dalawang magkahiwalay na proseso, ngunit bilang dalawang panig ng isang karaniwang proseso - metabolismo, kung saan ang pagbabagong-anyo ng mga sangkap ay malapit na nauugnay sa pagbabagong-anyo ng enerhiya.

Katabolismo.

Ang pagkasira ng mga pangunahing sustansya sa cell ay isang serye ng mga sunud-sunod na reaksyong enzymatic na bumubuo sa 3 pangunahing yugto ng catabolism (Hans Krebs) - dissimilation.

Stage 1– ang malalaking organikong molekula ay bumagsak sa kanilang mga partikular na bumubuo sa mga bloke ng istruktura. Kaya, ang mga polysaccharides ay pinaghiwa-hiwalay sa mga hexoses o pentoses, mga protina sa mga amino acid, mga nucleic acid sa mga nucleotide at nucleoside, mga lipid sa mga fatty acid, glyceride at iba pang mga sangkap.

Ang halaga ng enerhiya na inilabas sa yugtong ito ay maliit - mas mababa sa 1%.

Stage 2- kahit na mas simpleng mga molekula ay nabuo, at ang bilang ng kanilang mga uri ay makabuluhang nabawasan. Mahalagang bigyang-diin na dito ang mga produkto ay nabuo na karaniwan sa metabolismo ng iba't ibang mga sangkap - ito ay, bilang ito ay, mga node na nagkokonekta sa iba't ibang mga metabolic pathway. Kabilang dito ang: pyruvate – nabuo sa panahon ng pagkasira ng carbohydrates, lipids, amino acids; acetyl-CoA - pinagsasama ang catabolism ng mga fatty acid, carbohydrates, amino acids.

Ang mga produktong nakuha sa ika-2 yugto ng catabolism ay pumasok ika-3 yugto, na kilala bilang Krebs cycle - ang tricarboxylic acid cycle (TCA), kung saan nangyayari ang mga proseso ng terminal oxidation. Sa yugtong ito, ang lahat ng mga produkto ay na-oxidized sa CO 2 at H 2 O. Halos lahat ng enerhiya ay inilabas sa ika-2 at ika-3 yugto ng catabolism.

Ang lahat ng nasa itaas na yugto ng catabolism o dissimilation, na kilala bilang "Krebs scheme," pinakatumpak na nagpapakita ng pinakamahalagang prinsipyo ng metabolismo: convergence at unification. Convergence– ang kumbinasyon ng iba't ibang mga metabolic na proseso na katangian ng mga indibidwal na uri ng mga sangkap sa mga solong karaniwan sa lahat ng uri. Susunod na yugto - pagkakaisa– isang unti-unting pagbaba sa bilang ng mga kalahok sa mga metabolic na proseso at ang paggamit ng mga unibersal na metabolic na produkto sa metabolic reaksyon.

Sa unang yugto, ang prinsipyo ng pag-iisa ay malinaw na nakikita: sa halip na maraming mga kumplikadong molekula ng ibang mga pinagmulan, medyo simpleng mga compound ay nabuo sa halagang 2-3 dosena. Ang mga reaksyong ito ay nangyayari sa gastrointestinal tract at hindi sinamahan ng pagpapalabas ng malaking halaga ng enerhiya. Ito ay karaniwang nawawala bilang init at hindi ginagamit para sa iba pang mga layunin. Ang kahalagahan ng unang yugto ng mga reaksiyong kemikal ay ang paghahanda ng mga sustansya para sa aktwal na pagpapalabas ng enerhiya.

Sa ikalawang yugto, ang prinsipyo ng convergence ay malinaw na nakikita: ang pagsasama ng iba't ibang mga metabolic pathway sa isang solong channel - iyon ay, sa ika-3 yugto.

Sa ika-2 yugto, humigit-kumulang 30% ng enerhiya na nakapaloob sa mga sustansya ay inilabas. Ang natitirang 60-70% ng enerhiya ay inilabas sa tricarboxylic acid cycle at ang nauugnay na proseso ng terminal oxidation. Sa terminal oxidation system o respiratory chain, na batay sa oxidative phosphorylation, ang unification ay umabot sa rurok nito. Ang mga dehydrogenases na nagpapagana sa oksihenasyon ng mga organikong sangkap sa TCA cycle ay naglilipat lamang ng hydrogen sa respiratory chain, na sumasailalim sa magkaparehong pagbabago sa panahon ng proseso ng oxidative phosphorylation.

Anabolismo.

Ang anabolismo ay dumaan din sa tatlong yugto. Ang mga panimulang sangkap ay ang mga sumasailalim sa mga pagbabago sa ika-3 yugto ng catabolism. Kaya, ang yugto 3 ng catabolism ay ang unang yugto ng anabolismo. Ang mga reaksyon ng yugtong ito ay may dual function - amphibolic. Halimbawa, ang synthesis ng protina mula sa mga amino acid.

Stage 2 - pagbuo ng mga amino acid mula sa mga keto acid sa mga reaksyon ng transamination.

Stage 3 - pagsasama-sama ng mga amino acid sa polypeptide chain.

Gayundin, bilang isang resulta ng sunud-sunod na mga reaksyon, ang synthesis ng mga nucleic acid, lipid, at polysaccharides ay nangyayari.

Noong 60-70s ng ika-20 siglo, naging malinaw na ang anabolismo ay hindi isang simpleng pagbaligtad ng mga catabolic reactions. Ito ay dahil sa mga kemikal na katangian ng mga reaksiyong kemikal. Ang isang bilang ng mga catabolic na reaksyon ay halos hindi maibabalik. Ang kanilang daloy sa tapat na direksyon ay pinipigilan ng hindi malulutas na mga hadlang sa enerhiya. Sa kurso ng ebolusyon, ang mga bypass na reaksyon ay binuo na kinasasangkutan ng paggasta ng enerhiya mula sa mga high-energy compound. Ang mga catabolic at anabolic pathway ay naiiba, bilang isang panuntunan, sa kanilang lokalisasyon sa cell - structural regulation.

Halimbawa: ang oksihenasyon ng mga fatty acid ay nangyayari sa mitochondria, habang ang synthesis ng mga fatty acid ay na-catalyzed ng isang set ng mga enzyme na naisalokal sa cytosol.

Ito ay dahil sa iba't ibang lokalisasyon na ang mga proseso ng catabolic at anabolic sa cell ay maaaring mangyari nang sabay-sabay.

Mga Prinsipyo ng Metabolic Integration

Kaya, ang mga metabolic pathway ay magkakaiba, ngunit sa pagkakaiba-iba na ito ay namamalagi ang pagkakaisa, na isang tiyak na katangian ng metabolismo.

Ang pagkakaisa na ito ay nakasalalay sa katotohanan na mula sa bakterya hanggang sa lubos na organisadong tisyu ng isang mas mataas na organismo, ang mga biochemical na reaksyon ay magkapareho. Ang isa pang pagpapakita ng pagkakaisa ay ang cyclical na katangian ng pinakamahalagang metabolic process. Halimbawa, tricarboxylic acid cycle, urea cycle, pentose cycle. Tila, ang mga cyclic na reaksyon na pinili sa panahon ng ebolusyon ay naging pinakamainam para sa pagtiyak ng mga physiological function.

Kapag pinag-aaralan ang organisasyon ng mga proseso ng metabolic sa katawan, ang tanong ay natural na lumitaw: paano nakamit ang pagpapanatili ng mga proseso alinsunod sa mga pangangailangan ng katawan sa iba't ibang panahon ng buhay nito? Yung. Paano pinananatili ang "homeostasis" (isang konsepto na unang binuo ng Cannon noong 1929) sa konteksto ng patuloy na pagbabago ng mga sitwasyon sa buhay, i.e. - kapag nagbabago ang panloob at panlabas na kapaligiran. Nabanggit na sa itaas na ang regulasyon ng metabolismo sa huli ay bumababa sa pagbabago ng aktibidad ng mga enzyme. Kasabay nito, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa isang hierarchy ng metabolic regulation.

Pagpapalitan ng enerhiya

Bioenergy – ay isang agham na nag-aaral sa supply ng enerhiya ng mga nabubuhay na nilalang, sa madaling salita, ang pagbabago ng enerhiya ng mga panlabas na mapagkukunan sa biologically kapaki-pakinabang na gawain. Ang unang yugto ng conversion ng enerhiya ay ang energization ng lamad - ito ang henerasyon pagkakaiba ng transmembrane sa electrochemical potential ng hydrogen ions o proton potential (ΔμH +) at transmembrane difference sa electrochemical potential ng sodium o sodium potential (ΔμNa +).

Kabanata 6.

Konsepto ng biological oxidation

Ang biological oxidation ay ang kabuuan ng lahat ng redox reactions na nagaganap sa mga buhay na organismo.

Mga paraan upang magamit ang oxygen

Ang oxygen ay isang malakas na ahente ng oxidizing. Ang potensyal na redox ng pares ng oxygen/tubig ay +0.82 V. Ang oxygen ay may mataas na affinity para sa mga electron. Mayroong dalawang paraan upang magamit ang oxygen sa katawan: oxidase at oxygenase.

Oksihenasyon

Oxidase pathway Oxygenase pathway

kumpletong hindi kumpleto

Oksihenasyon ng oksihenasyon

panghuling produkto monooxy-dioxy-peroxide

Oksihenasyon ng Genase genase

H 2 O H 2 O 2 way na paraan

R-OH HO-R-OH R-O-O-H

Daan ng oxidase

Ang oxidase pathway para sa paggamit ng oxygen ay batay sa reaksyon ng dehydrogenation, na nagreresulta sa pag-aalis ng 2 hydrogen atoms (2H↔2H + +2ē) mula sa oxidized substrate kasama ang kanilang kasunod na paglipat sa oxygen.

Dalawang pares ng mga electron ang kinakailangan upang ganap na mabawasan ang oxygen sa tubig.

(4ē). Kasabay nito, ang 2 ē ay idinaragdag sa ½ O 2.

2ē ½O 2 + 2ē OH -

RH 2 + ½O 2 R + H 2 O OH - + 2H + -- 2 H 2 O

Ang hindi kumpletong pagbawas ng oxygen sa hydrogen peroxide ay nangangailangan ng isang pares ng mga electron (2 ē). Isang elektron ang idinaragdag sa isang pagkakataon.

O 2 + ē O 2 - superoxide anion radical

O 2 + H + HO 2 peroxide radical

HO 2 + ē HO 2 - peroxide ion

HO - 2 + H + H 2 O 2 hydrogen peroxide

Daan ng oxygenase

Ang daanan ng oxygenase para sa paggamit ng oxygen ay batay sa direktang pagsasama ng oxygen sa oxidized na substrate, na may pagbuo ng mga compound na may isa o higit pang hydroxyl group o organic compound na may peroxide group.

Monooxygenases– mga sistemang enzymatic na nagpapagana sa pagsasama ng isang atom ng oxygen lamang sa binagong substrate, at ang pangalawang atom ng oxygen ay nababawasan sa tubig sa pagkakaroon ng NADPH+H + bilang pinagmumulan ng hydrogen.

RH 2 + O 2 + NADPH + H + → R-OH + NADP + + H 2 O

Mga dioxygenases– mga sistemang enzymatic na nagpapagana sa pagsasama ng dalawang atomo ng oxygen sa substrate.

RH 2 + 2O 2 + NADPH + H + HO-R-OH + NADP +

Mga karaniwang metabolic pathway.

Ang Acetyl-CoA ay isang sentral na metabolite para sa conversion ng glucose, fatty acid at ilang amino acid.

OH OH

TPP - hydroxyethyl

Sa ikalawang yugto, ang acyl residue ay tinatanggap ng coenzyme A (KoA-SH) at nabuo ang acetyl-CoA. Ang pagsasalin ng acyl residue ay na-catalyze ng pangalawang enzyme ng complex - dihydrolipoyltransacetylase . Ang carrier ng acyl residue ay ang prosthetic group ng enzyme - lipoic acid

(tulad ng bitamina compound), na maaaring nasa dalawang anyo: na-oxidized at nabawasan.

(Na-restore na form)

Sa ikatlong yugto, nangyayari ang oksihenasyon ng pinababang anyo ng lipoic acid. Ang acceptor ng dalawang hydrogen atoms ay ang coenzyme NAD +. Ang reaksyon ng oksihenasyon ay na-catalyze ng isang ikatlong enzyme - dihydrolipoyl dehydrogenase, ang prosthetic group na FAD.

Ang NADH + H + ay nagbibigay sa respiratory chain ng 2H + at 2ē at tinitiyak ang synthesis ng 3 moles ng ATP.

Regulasyon ng pyruvate dehydrogenase complex (PDH)

Ang pagbuo ng acetyl-CoA mula sa pyruvate ay isang hindi maibabalik na reaksyon, dahil ang ΔG = - 33.5 kJ/mol. Ang aktibidad ng pyruvate dehydrogenase complex ay kinokontrol sa iba't ibang paraan: allosteric regulation at sa pamamagitan ng reversible phosphorylation (covalent modification). Ang [ATP] / [ADP] at [NAD + ] / [NADH] ay ang pinakamahalagang signal na sumasalamin sa mga pangangailangan ng enerhiya ng cell. Aktibo ang PDH sa dephosphorylated form nito. Kino-convert ng PDH protein kinase ang enzyme sa isang hindi aktibong phosphorylated form, at pinapanatili ng phosphatase ang PDH sa isang aktibong dephosphorylated na estado. Kapag ang cell ay puspos ng ATP (ang molar ratio [ATP]/[ADP] ay tumataas), ang protina kinase ay isinaaktibo, na pumipigil sa PDH.

Ang ATP ay ang inalis na produkto ng oxidative decarboxylation reaction ng PVK. Bilang karagdagan sa ATP, ang mga produkto ng reaksyon ay nagpapagana ng protina kinase: acetyl-CoA at NADH. Kapag ang labis na enerhiya ay ginawa, hinaharangan ng regulatory system ang pagbuo ng Acetyl-CoA at, bilang resulta, binabawasan ang rate ng TCA cycle at ATP synthesis.

Fig.6-1. Regulasyon ng aktibidad ng protina kinase pyruvate decarboxylase sa pamamagitan ng

Ikot ng tricarboxylic acid

Ang siklo na ito ay tinatawag ding Krebs cycle, bilang parangal kay Hans Krebs (nagwagi ng Nobel Prize 1953), na nagpasiya sa pagkakasunud-sunod ng mga reaksyong ito. Ang tricarboxylic acid cycle (TCA) - sa isang banda, ay ang pangwakas na yugto ng catabolism ng mga protina, carbohydrates at lipids, na sinamahan ng pagbuo ng mga pinababang coenzymes - mga unibersal na substrate ng enerhiya - FADH 2, NADPH + H +. Ang mga pinababang coenzymes ay karagdagang ginagamit ng mitochondrial electron transport chain upang makabuo ng ATP mula sa ADP at PhN. Sa kabilang banda, ang mga intermediate na produkto ng TCA cycle ay mga substrate para sa biosynthesis ng endogenous protein substance, carbohydrate at lipid compound, at iba pang mga compound.

Catabolic function ng TCA cycle.

Ang TCA cycle ay isang pagkakasunud-sunod ng 8 mga reaksyon, bilang isang resulta kung saan ang acetyl-CoA (aktibong acetic acid) ay na-oxidized sa dalawang molekula ng CO 2 i.e. hanggang sa huling produkto ng metabolismo.

Ang Acetyl-CoA ay isang dalawang-carbon acyl group na nailalarawan sa pamamagitan ng napakalakas na C-C bond. Ang direktang cleavage ng C-C bond sa acetyl-CoA ay isang mahirap na gawaing kemikal. Sa likas na katangian, mayroong isang pangkaraniwang solusyon sa gayong mga problema - ito ay isang paikot na pagbabago. Ang TCA cycle ay nagsisimula sa condensation reaction ng acetyl-CoA na may oxaloacetate (OAA) upang bumuo ng citrate (citric acid) at nagtatapos sa pagbuo ng OAA sa panahon ng oksihenasyon ng malate, i.e. nagsasara ang cycle. Ang lahat ng TCA cycle enzymes ay naisalokal sa mitochondrial matrix at mga natutunaw na protina. Ang isang pagbubukod ay succinate dehydrogenase, na naisalokal sa ibabaw ng panloob na mitochondrial membrane.

Reaksyon ng condensation.

Acetyl-CoA + OAA + H 2 O → citrate + KoA-SH

Ang reaksyon ay na-catalyzed ng isang regulated enzyme - citrate synthase. Ito ay isang hindi maibabalik na reaksyon na umaasa sa enerhiya, dahil ΔG = - 32.2 kJ/mol. Ang pinagmumulan ng enerhiya sa reaksyong ito ay ang enerhiya ng pagsira sa thioester bond sa molekula ng acetyl-CoA.

Ang citrate ay isang tricarboxylic hydroxy acid. Ang hydroxyl group ay matatagpuan sa tertiary C atom. Sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga tertiary alcohol, ang citrate ay hindi nag-oxidize.

Reaksyon ng isomerization.

Bilang resulta ng reaksyong ito, ang pangkat ng hydroxo ay gumagalaw mula sa ika-3 hanggang sa ika-2 posisyon ng citrate carbon chain at ang pagbuo ng isang isomer ng citric acid - isocitrate. Aconitase, isang enzyme na may ganap na stereospecificity, catalyzes ang sequential elimination ng H2O at pagkatapos ay ang pagdaragdag nito sa isa pang posisyon.

Citrate → aconitate → isocitrate

Ang Isocitrate ay isang isomer ng citric acid, kung saan ang pangkat ng OH ay matatagpuan sa pangalawang carbon atom. Sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga pangalawang alkohol, ang isocitrate ay maaaring sumailalim sa oksihenasyon upang bumuo ng isang keto acid.

Reaksyon ng oksihenasyon.

Succinate fumarate

FAD FADN 2

Ang reaksyon ay na-catalyzed ng FAD-dependent succinate dehydrogenase. Ang enzyme ay may ganap na stereospecificity. Ang produkto ng reaksyon ay fumarate (trans isomer). Ang pinababang coenzyme FADH 2 ay nagbibigay sa respiratory chain ng 2H + at 2ē para sa pagbuo ng ATP

Reaksyon ng hydration

Fumarate +H 2 O → malate

Ang pagdaragdag ng tubig sa fumarate ay na-catalyzed ng fumarase (ang tradisyonal na pangalan para sa enzyme). Ang produkto ng reaksyon ay hydroxy acid - malate (malic acid).

Reaksyon ng oksihenasyon.

Malate OAA

NAD + NADH + H +

Ang reaksyon ay na-catalyzed ng NAD + - dependent malate dehydrogenase.

Ang OAA ay kasama sa reaksyon ng condensation na may bagong molekula ng acetyl-CoA, i.e. Nagsasara ang central heating system. Ang pinababang coenzyme NADH+H + ay nagbibigay sa respiratory chain ng 2H + at 2ē at kasangkot sa proseso ng oxidative phosphorylation.

Stoichiometry ng TTC.

CH 3 -CO-S-KoA + 2H 2 O + ZNAD + + FAD + GDP + H 3 PO 4 → 2CO 2 + 3NADH + ZN + + FADH 2 , +GTP + KoA-SH, ΔG=-40.0 kJ/mol

Kaya, bilang isang resulta ng isang rebolusyon ng cycle, ang KoA-SH ay na-cleaved mula sa acetyl-CoA, at ang acetyl residue ay na-cleaved sa 2 molecule ng CO 2. Ang metabolic process na ito ay sinamahan ng:

Ang pagbuo ng 4 na pinababang coenzymes: 3 molekula ng NADH +H + at 1 molekula ng FADH 2;

GTP + ADP→GDP +ATP

Epekto ng enerhiya ng TCA.

Dahil sa oxidative phosphorylation:

3NADH + H + → (6H + at 6ē) CPE → 3 x TATP = 9 ATP

FADN 2 → 2Н + at 2ē → CPE → 2ATP.

Dahil sa substrate phosphorylation - 1 ATP

Kabuuan: sa panahon ng oksihenasyon ng 1 molekula ng Acetyl-CoA, sa kondisyon na ang mga reaksyon ng oksihenasyon ay kasama ng oxidative phosphorylation, 12 ATP molecule ang nabuo.

Anabolic function ng TCA cycle.

CTK nagsisilbing pinagmumulan ng mga intermediate (intermediate metabolites), na mga substrate para sa maraming biosynthetic na reaksyon.

1. Succinyl-CoA ay isang substrate para sa biosynthesis ng porphyrins . Ang pagpapakilala ng isang iron cation sa porphyrin ay humahantong sa pagbuo ng heme-prosthetic na grupo ng mga hemoprotein (hemoglobin, myoglobin, catalase, cytochromes, atbp.).

2. Sitrato maaari, sa tulong ng mga protina ng carrier, ay mailipat mula sa mitochondrial matrix patungo sa cytoplasm, kung saan, sa ilalim ng pagkilos ng enzyme citrate lyase cleaved upang bumuo ng cytosolic acetyl-CoA - isang substrate para sa synthesis ng kolesterol, IVH.

Citrate + ATP + CoA → OAA + Acetyl-CoA + ADP + H 3 PO 4.

Z. OAA- gamit ang mekanismo ng malate-aspartate shuttle, dinadala ito mula sa mitochondrial matrix patungo sa cytoplasm, kung saan ito ay na-convert sa aspartate sa reaksyon ng transamination. , sa turn, ay maaaring mabago sa iba pang mga amino acid at lumahok sa biosynthesis ng protina. Ginagamit din ang aspartate sa synthesis ng mga nitrogenous base at, sa gayon, ay kasangkot sa synthesis ng mga nucleotides at nucleic acid. Ang OAA (oxal acetate) sa cytoplasm ay maaaring sumailalim sa decarboxylation sa ilalim ng pagkilos ng phosphoenolpyruvate carboxykinase sa pagkakaroon ng GTP na may pagbuo ng PEP, isang intermediate metabolite na kasangkot sa synthesis ng glucose (gluconeogenesis).

4. α-Ketoglutarate pumapasok sa cytoplasm, kung saan ito ay na-convert sa glutamine, proline, histidine, arginine, na higit pang kasama sa synthesis ng mga protina at iba pang mga biologically mahalagang compound. Kaya, ang TCA cycle ay isang amphibolic cycle.

Potensyal ng proton.

Ang pagkakaiba ng transmembrane sa potensyal na electrochemical ng hydrogen ion, ΔμH + o potensyal ng proton, ay sumasakop sa isang sentral na posisyon sa sistema ng mga proseso ng pagbabagong-anyo ng enerhiya na nagaganap sa panloob na lamad ng mitochondria. Dahil sa enerhiya ng mga panlabas na mapagkukunan, ang mga proton ay dinadala sa pamamagitan ng biological membrane laban sa mga puwersa ng electric field sa direksyon ng mas malaking konsentrasyon, na nagreresulta sa pagbuo ng isang electrochemical potential difference. Ang ΔμH + ay binubuo ng 2 bahagi: elektrikal sa anyo ng isang transmembrane gradient ng mga potensyal na elektrikal (Δφ) at kemikal, sa anyo ng transmembrane hydrogen ion concentration (ΔрН). ΔμН + =Δφ +ΔрН Ang potensyal na enerhiya na naipon sa anyo ng Δφ at ΔрН ay maaaring magamit sa isang kapaki-pakinabang na paraan, lalo na, sa synthesis ng ATP.

Ang papel ng ATP sa metabolismo

Sa mga biological system, ang ATP ay patuloy na ginagawa at patuloy na natupok. Napakataas ng turnover ng ATP. Halimbawa, ang isang taong nagpapahinga ay gumagamit ng humigit-kumulang 40 kg ng ATP bawat araw. Ang mga proseso ng pagkonsumo ng enerhiya ay maaaring isagawa sa ilalim ng kondisyon ng patuloy na pagbabagong-buhay ng ATP mula sa ADP. Kaya, ang siklo ng ATP-ADP ay ang pangunahing mekanismo ng pagpapalitan ng enerhiya sa mga biological system.

Synthesis ng ATP

Ang reaksyon ng synthesis ng ATP ay ang reaksyon ng phosphorylation ng ADP ng inorganic phosphate (Larawan 6-1).

ADP + H 3 PO 4 → ATP + H 2 O .

Ito ay isang endergonic na reaksyon, na nangyayari lamang kapag ang libreng enerhiya ay ibinibigay mula sa labas, dahil ΔG = + 30.5 kJ/mol

(+ 7.3 kcal/mol). Dahil dito, ang synthesis ng ATP ay maaaring mangyari lamang sa ilalim ng kondisyon ng masiglang pagkabit na may mga reaksyong exergonic. Depende sa pinagmumulan ng libreng enerhiya, mayroong dalawang paraan ng ATP synthesis: substrate phosphorylation at oxidative phosphorylation.

COUN COUN

ΔG= - 61.9 kJ/mol (- 14.8 kcal/mol).

Sa pamamagitan ng direktang paglilipat ng mayaman sa enerhiya na phosphoric acid residue mula sa mga high-energy compound na ito sa ADP, ang ATP ay na-synthesize.

ΣPEP +ADP→PVK +ATP

Kasama rin sa mga compound na may mataas na enerhiya ang mga compound na may mga thioether bond. Halimbawa, succinyl~S-KoA. Kapag nasira ang thioether bond, inilalabas ang enerhiya, na ginagamit para sa synthesis ng GTP (GDP + H 3 PO 4 → GTP + H 2 O). Succinyl~S-KoA + GDP +H 3 PO 4 → Succinate + GTP + HS~CoA, ΔG=-35.5 kJ/mol.

Mga uri ng vector

FMN + 2H + + 2ē ↔ FMNN 2

Mga sentro ng bakal-sulfur

Ang mga ito ay protina na hindi heme na naglalaman ng mga electron carrier. Mayroong ilang mga uri ng mga sentro ng iron-sulfur: Fe-S, Fe 2 -S 2, Fe 4 -S 4. Ang mga iron atoms ng mga complex ay maaaring mag-donate at tumanggap ng mga electron, halili-halili na nagiging ferro-(Fe 2+) - at ferri-(Fe 3+) - kundisyon. Lahat ng iron-sulfur center ay nag-donate ng mga electron sa ubiquinone.

Fe 3+ -S + 2ē ↔ Fe 2+ -S

Ubiquinone, coenzyme-Q(KoQ) ay ang tanging non-protein electron carrier.

CoQ (quinone) CoQ (semiquinone) CoQH 2 (hydroquinone)

Sa pagbawas, ang ubiquinone ay nakakakuha hindi lamang ng mga electron, kundi pati na rin ng mga proton. Sa pagbawas ng isang electron, ito ay nagiging semiquinone, isang organic na libreng radical. E o =+0.01

Mga cytochrome– mga carrier ng electron ng protina na naglalaman ng heme iron bilang prosthetic group. Ang paggana ng mga cytochromes ay batay sa pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng iron atom Fe 3+ +ē ↔ Fe 2+. Ang iba't ibang mga cytochrome ay itinalaga ng mga indeks ng titik: b, c 1, c, a, a 3. Ang mga cytochromes ay naiiba sa istraktura ng bahagi ng protina at heme side chain, at samakatuwid mayroon silang iba't ibang mga halaga ng mga potensyal na redox (mga potensyal na pagbabawas ng oksihenasyon). Cytochrome "b" E o= +0.08, “c i” E o = +0.22, “c” E o = +0.25,« aa z» E o = +0.29. Natatanging katangian cytochrome Sa ay na ito ay maluwag na nakatali sa panlabas na ibabaw ng panloob na mitochondrial membrane at madaling umalis dito.

Ang lahat ng mga electron carrier na ito ay maaaring pangkatin sa apat na enzymatic complex, na nakabalangkas sa panloob na lamad ng mitochondria, na kumakatawan sa isang enzymatic ensemble na tinatawag na "respiratory enzymes", "cytochrome system", "CPE" (electron transport chain).

Complex I – NADH dehydrogenase (NADH-CoQ reductase). Mga pangkat ng prostetik - FMN, FeS. Electron acceptor – KoQ.

Complex III - CoQH 2 dehydrogenase (KoQH 2-cyt.c-reductase). Mga pangkat ng prostetik: FeS, cytochromes b 1, b 2, c 1. Electron acceptor - cytochrome - p.

Complex IV - cytochrome oxidase. Mga pangkat ng prostetik: cytochromes aa3, Cu 2+. Electron acceptor- oxygen.

Complex II – succinate dehydrogenase (Succinate-CoQ reductase). Mga pangkat ng prostetik FAD, FeS. Electron acceptor – KoQ.

Ang mga electron ay dinadala sa pagitan ng mga complex gamit ang mga mobile carrier - ubiquinone At cytochrome-c.

Ang mga redox carrier sa CPE ay inayos sa pagkakasunud-sunod ng pagtaas ng karaniwang mga potensyal na oxidative, na nagsisiguro sa kusang transportasyon ng dalawang electron sa kahabaan ng respiratory chain mula NADH + H + patungo sa oxygen, ang panghuling electron acceptor. Ang paglipat ng dalawang electron sa kahabaan ng CPE ay kapaki-pakinabang na gawain at sinamahan ng sunud-sunod na pagpapalabas ng Gibbs free energy (ΔG), na higit pang ginagamit sa synthesis ng ATP. Ang sunud-sunod na pagpapalabas ng enerhiya ay humahantong sa katotohanan na ang mga electron na nagpapababa ng oxygen ay nasa mas mababang antas ng enerhiya kumpara sa mga electron na matatagpuan sa pinababang NADH +H + sa simula ng kadena.

H. Pagbuo ng potensyal ng proton ΔμН +

Paano ang transportasyon ng mga electron sa kahabaan ng respiratory chain kasama ng pagbabago ng inilabas na elektrikal na enerhiya sa enerhiya ng mga kemikal na bono ng ATP? Ang tanong na ito ay sinagot noong 1961 ng Ingles na siyentipiko na si Peter Mitchell. Ang kanyang konsepto ay ang puwersang nagtutulak para sa synthesis ng ATP ay potensyal ng electrochemical, potensyal ng proton – ΔμH + . ΔμH + . = Δ pH+ Δ φ

Ang pH ay ang proton gradient, ang Δφ ay ang electrical potential difference. Noong 1978

Si P. Mitchell ay ginawaran ng Nobel Prize at ang chemiosmotic theory ay naging pangkalahatang tinanggap.

Ayon sa teorya ni P. Mitchell, ang enerhiya na inilabas nang paunti-unti sa panahon ng transportasyon ng mga electron sa kahabaan ng respiratory chain ay ginagamit upang mag-pump ng mga proton mula sa mitochondrial matrix patungo sa intermembrane space. Ang transportasyon ng 2H+ mula sa mitochondrial matrix patungo sa intermembrane space ay lumilikha ng proton concentration gradient - ΔрН at humahantong sa paglitaw ng isang negatibong singil sa ibabaw ng lamad mula sa matrix at isang positibong singil mula sa intermembrane space, na lumilikha ng isang de-koryenteng potensyal na pagkakaiba - Δφ. Ang pinagmulan ng mga proton sa mitochondrial matrix ay NADH + H +, FADH 2, tubig. Ang kakayahang makabuo ng potensyal ng proton ay ibinibigay ng:

1) impermeability ng panloob na mitochondrial membrane sa mga ion sa pangkalahatan at, lalo na, sa mga proton.

2) hiwalay na transportasyon ng mga proton at electron sa kahabaan ng respiratory chain. Tinitiyak ito ng pagkakaroon ng 2 uri ng mga carrier: para lamang sa mga electron at para sa mga electron at proton sa parehong oras.

4. ATP synthesis dahil sa potensyal ng proton

Metabolismo at enerhiya - isang hanay ng mga proseso ng pagbabagong-anyo ng mga sangkap at enerhiya sa mga buhay na organismo at ang pagpapalitan ng mga sangkap at enerhiya sa pagitan ng katawan at kapaligiran. Ang metabolismo ay may kasamang 3 yugto - ang paggamit ng mga sangkap sa katawan, metabolismo, o intermediate na metabolismo, at ang paglabas ng mga panghuling metabolic na produkto.

Ang mga pangunahing pag-andar ng metabolismo ay ang pagkuha ng enerhiya mula sa kapaligiran (sa anyo ng enerhiya ng kemikal ng mga organikong sangkap), ang pagbabago ng mga exogenous na sangkap sa mga bloke ng gusali, ang pagpupulong ng mga protina, nucleic acid, taba mula sa mga bloke ng gusali, ang synthesis at pagkasira ng mga biomolecule na iyon na kinakailangan upang maisagawa ang iba't ibang partikular na function ng mga cell na ito.

Mayroong dalawang panig ng metabolismo - anabolismo at catabolism

Ang catabolism ay ang enzymatic breakdown ng high-molecular compounds sa kanilang constituent monomers at ang karagdagang breakdown ng monomers sa mga huling produkto: carbon dioxide, ammonia, lactate.

Ang mga pangunahing reaksyon ng catabolism ay mga reaksyon ng oksihenasyon na nagbibigay ng enerhiya sa cell. Ang enerhiya ay maaaring maimbak sa dalawang anyo: ATP, NADPH + H - isang hydrogen donor sa mga reduction reaction sa panahon ng synthesis ng isang bilang ng mga compound.

Ang Anabolism ay ang enzymatic synthesis ng pangunahing macromolecules ng cell, pati na rin ang pagbuo ng mga biologically active compound, na nangangailangan ng paggasta ng libreng enerhiya (ATP, NADPH + H).

Mga pagkakaiba sa pagitan ng catabolism at anabolism. Catabolism - pagkasira, pag-iimbak ng ATP. Ang anabolismo ay ang synthesis ngunit pagkonsumo ng ATP. Ang mga landas ay hindi pareho, ang bilang ng mga reaksyon ay iba. Magkaiba sila sa lokalisasyon. Iba't ibang genetic at allosteric na regulasyon.

Ang pangunahing mapagkukunan ng enerhiya para sa mga tao ay ang enerhiya na nakaimbak sa mga kemikal na bono ng mga produktong pagkain. Ratio B:F:U = 1:1:4. Ang isang tao ay tumatanggap ng 55% ng enerhiya mula sa carbohydrates, 15% mula sa mga protina, 30% mula sa taba (80% ay mula sa mga taba ng hayop, at 20% mula sa mga taba ng gulay).

Ang pang-araw-araw na pangangailangan ng tao para sa enerhiya ay 3000 kcal. Ang pang-araw-araw na pangangailangan ng isang tao para sa enerhiya ay nakasalalay sa: trabaho (sa panahon ng mahirap na pisikal na trabaho, ang basal metabolic rate ay mas mataas), kasarian (sa mga kababaihan, ang metabolic rate ay 6-10% na mas mababa), temperatura (na may pagtaas sa temperatura ng katawan ng isa degree, ang metabolic rate ay tumataas ng 13%), edad (na may edad, simula sa 5 taon, bumababa ang basal metabolic rate).

Humigit-kumulang 60 kg ng ATP ang nabuo at pinaghiwa-hiwalay sa katawan bawat araw. Ang ATP-ADP cycle ay patuloy na gumagana. Kabilang dito ang paggamit ng ATP para sa iba't ibang uri ng trabaho at ang pagbabagong-buhay ng ATP sa pamamagitan ng mga catabolic reactions.

Ang pag-iisa ng mga sustansya ay nangyayari sa tatlong yugto.

I. Yugto ng paghahanda. Ang mga high-molecular compound ay nasira sa ilalim ng pagkilos ng gastrointestinal hydrolases sa mga monomer. Nangyayari sa gastrointestinal tract at lysosomes. Hindi isang supplier ng enerhiya (1%).

Phase II. Pag-convert ng mga monomer sa mga simpleng compound - mga sentral na metabolite (PVC, acetyl CoA). Ang mga produktong ito ay kumokonekta sa 3 uri ng metabolismo, hanggang sa 2-3 s, nagpapatuloy sa cytoplasm, nagtatapos sa mitochondria, nagbibigay ng 20-30% ng enerhiya na ibinibigay nang anaerobic.

Yugto III. Ikot ng Krebs. Ang mga kondisyon ng aerobic, kumpletong oksihenasyon ng mga sangkap na ibinibigay sa pagkain, naglalabas ng malaking halaga ng enerhiya at maipon ito sa ATP.

Ang mga anabolic pathway ay nag-iiba

1st phase. Ang synthesis ng protina ay nagsisimula sa pagbuo ng mga α-keto acid.

Phase 2. Amination ng α-keto acids, pagkuha ng AMK.

Phase 3. Ang mga protina ay nabuo mula sa AMK. 2 CO2

Pangkalahatang landas ng catabolism. Matapos ang pagbuo ng PVC, ang karagdagang pagkabulok ng mga sangkap sa carbon dioxide at tubig ay nangyayari sa parehong paraan sa pangkalahatang catabolic pathway (CCP). Kasama sa OPC ang mga reaksyon ng oxidative decarboxylation ng PVA at TCA cycle. Ang mga reaksyon ng OPC ay nangyayari sa mitochondrial matrix at ang mga pinababang coenzymes ay naglilipat ng hydrogen sa mga bahagi ng respiratory chain. Ang mga catabolic pathway ay nagtatagpo, nagsasama sa TCA cycle sa ikatlong yugto.

Sa unang yugto, ang mga protina ay gumagawa ng 20 AMK. Sa ikalawang yugto, 20 AMK ang gumagawa ng acetyl CoA at ammonia. Sa ikatlong yugto, ang TCA ay gumagawa ng carbon dioxide, tubig at enerhiya.

Ang mga metabolic pathway ay isang set ng enzyme-catalyzed reactions kung saan ang isang substrate ay na-convert sa isang produkto. Ang pangunahing (pangunahing) metabolic pathway ay unibersal, katangian ng anumang cell. Nagbibigay sila ng enerhiya, synthesis ng pangunahing biopolymer ng cell. Ang mga accessory pathway ay hindi gaanong pangkalahatan at katangian ng ilang mga tissue at organ. Synthesis ng mahahalagang sangkap. Nagbibigay sila ng enerhiya sa anyo ng NADPH+H.

Ang cycle ng tricarboxylic acid ay natuklasan noong 1937 ni G. Krebs, nagpapatuloy ito sa isang cyclic mode sa mitochondrial matrix, sa bawat rebolusyon ng TCA cycle isang acetyl group at 2 carbon atoms ang pumasok sa anyo ng acetyl CoA, at sa bawat isa. rebolusyon 2 molecule ng carbon dioxide ay inalis mula sa cycle. Ang Oxaloacetate ay hindi natupok sa TCA cycle, dahil ito ay muling bumubuo.

Citrate isomerization - Ang α-Ketoglutarate ay na-oxidized sa succinyl CoA at carbon dioxide.

Ang TCA cycle ay isang tiyak na mekanismo para sa pagkasira ng acetylCoA sa 2 uri ng mga produkto: carbon dioxide - isang produkto ng kumpletong oksihenasyon, nabawasan na mga nucleotide, ang oksihenasyon na kung saan ay ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya.

Kapag ang isang molekula ng acetylCoA ay na-oxidize sa TCA cycle at ang oxidative phosphorylation system, 12 ATP molecule ang nabuo: 1ATP dahil sa substrate phosphorylation, 11ATP dahil sa oxidative phosphorylation. Ang enerhiya ng oksihenasyon ay naipon sa anyo ng mga pinababang nucleotides at 1ATP. Ang gross equation ng TCA cycle ay AcetylCoA + 3NAD + FAD+ ADP+Pn+2H20→ 2CO2+ 3NAD+H + FADH2+ ATP + CoASH

Ang TCA cycle ay ang gitnang metabolic pathway. Mga function ng TCC: pagsasama, pagbuo ng enerhiya, anabolic.

Ang kaugnayan ng metabolismo sa antas ng siklo ng Krebs.

Anabolic function ng TCA cycle. Ang mga metabolite ng Krebs cycle ay ginagamit para sa synthesis ng iba't ibang mga sangkap: carbon dioxide sa mga reaksyon ng carboxylation, α-ketoglutarate → glu, oxaloacetate → glucose, succinate → heme.

Ang TCA cycle ay gumaganap ng isang papel sa mga proseso ng gluconeogenesis, transamination, deamination, at lipogenesis.

Regulasyon ng TCA cycle. Mga regulatory enzymes: citrate synthase, isocitrate DH, α-ketoglutarate DH complex.

Ang mga positibong allosteric effector ng citrate synthase ay PIKE, acetylCoA, NAD, ADP.

Ang mga negatibong allosteric effectors ng citrate synthase ay ATP, citrate, NADH + H, fatty acids, isang pagtaas sa konsentrasyon ng succinylCoA nang higit sa normal.

Ang aksyon ng ATP ay para mapataas ang Km para sa acetylCoA. Habang tumataas ang konsentrasyon ng ATP, bumababa ang saturation ng acetylCoA enzyme at, bilang resulta, bumababa ang pagbuo ng citrate.

Ang mga positibong allosteric effector ng isocitrate DH ay ADP, NAD.

Ang mga negatibong allosteric effector ng isocitrate DH ay ATP, NADH + H.

Ang Krebs cycle ay kinokontrol ng feedback: ATP ay inhibited, ADP ay activated. Ang mga hypoenergetic na estado ay mga kondisyon kung saan bumababa ang synthesis ng ATP.

Tissue hypoxia dahil sa: pagbaba ng konsentrasyon ng oxygen sa hangin, pagkagambala sa cardiovascular at respiratory system, anemia, hypovitaminosis, pag-aayuno.

Ang papel ng mga bitamina sa siklo ng Krebs - riboflavin (FAD) - coenzyme SDH, α-ketoglutarate ng DG complex, PP (NAD) - coenzyme MDH, IDH, α-ketoglutarate ng DG, thiamine (TPF) - coenzyme α- ketoglutarate ng DG complex, pantothenic acid (CoA): acetylCoA, succinylCoA.

Opsyon 1

1. Sumulat ng isang thermodynamic equation na sumasalamin sa relasyon sa pagitan ng mga pagbabago sa libreng enerhiya (G) at kabuuang enerhiya ng system (E). Sagot:

2. Ipahiwatig kung anong dalawang uri ng enerhiya ang maaaring gamitin ng isang cell sa paggawa. Sagot : Upang magsagawa ng trabaho, maaaring gamitin ng isang cell ang alinman sa enerhiya ng mga chemical bond ng macroergs o ang enerhiya ng transmembrane electrochemical gradients.

3. Ipahiwatig ang dami ng libreng enerhiya na inilabas kapag ang 1 mole ng thioether bond ay nasira sa mga compound ng uri ng acyl-CoA sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon . Sagot : 8.0 kcal/M.

4. Ipasok ang caloric coefficient value para sa mga taba. Sagot : 9.3 kcal/g.

5. Ipahiwatig ang tinatawag na "basic metabolism". Sagot : Ang antas ng paggasta ng enerhiya upang mapanatili ang paggana ng katawan.

6. Ipahiwatig kung ano ang antas ng "basal metabolic rate" para sa isang taong may average na timbang, na ipinahayag sa kcal/araw. Sagot: Humigit-kumulang 1800 k cal.

7. Magbigay ng 5 mga paraan upang masira ang mga bono ng kemikal sa mga compound na pinakamalawak na kinakatawan sa mga biological system. Sagot: Hydrolysis, phosphorolysis, thiolysis, lipase cleavage, oksihenasyon.

8. Pangalanan ang tatlong pangunahing klase ng mga compound na pumapasok sa ikalawang yugto mula sa unang yugto ng catabolism. Sagot: Monosaccharides, mas mataas na mataba acids, amino acids.

9. Ipahiwatig kung aling paraan ng cleavage ng mga kemikal na bono ang nangingibabaw sa ikatlong yugto ng catabolism. Sagot : Oksihenasyon.

10. Ipaliwanag kung ano ang ibig sabihin ng terminong “convergent principle of organization of catabolism” sa katawan. Sagot :

11. Ipaliwanag kung ano ang mga pakinabang na ibinibigay ng convergent na prinsipyo ng pag-aayos ng catabolism sa kanyang katawan. Sagot:

12. Isulat, gamit ang mga istrukturang formula ng mga metabolite, ang reaksyon ng oksihenasyon ng isocitrate sa siklo ng Krebs, na nagpapahiwatig ng lahat ng mga compound na kasangkot sa reaksyon. Sagot

13. Ipahiwatig kung paano kinokontrol ang direksyon ng daloy ng metabolite sa Krebs tricarboxylic acid cycle .Sagot: Thermodynamic control - dahil sa pagsasama ng dalawang reaksyon sa metabolic pathway, na sinamahan ng malaking pagkawala ng libreng enerhiya.

14. Magpahiwatig ng 2 posibleng paraan upang mapunan muli ang pool ng mga intermediate metabolites ng Krebs cycle. Sagot: a) Ang kanilang pagpasok mula sa ikalawang yugto ng catabolism, b) Ang reaksyon ng carboxylation ng pyruvate.

15. Ipahiwatig kung saang cellular structure ang mga chain ng respiratory enzymes ay naisalokal. Sagot : Sa panloob na lamad ng mitochondria.

16. Gumuhit ng diagram na naglalarawan sa paggana ng mga intermediate electron carrier na bahagi ng complex IV ng pangunahing respiratory chain. Sagot:

17. Tukuyin ang terminong "oxidative phosphorylation". Sagot : ATP synthesis gamit ang enerhiya na inilabas sa panahon ng biological oxidation

18. Ipahiwatig ang papel ng protina F | sa mekanismo ng oxidative phosphorylation sa chain ng respiratory enzymes ayon kay Mitchell. Sagot : protinaF | Dahil sa mga proton na gumagalaw kasama ang electrochemical gradient, pinapagana nito ang pagbuo ng ATP, ADP at inorganic phosphate.

19. Ipahiwatig ang mekanismo ng pagkilos ng mga compound na nagdudulot ng uncoupling ng oksihenasyon at phosphorylation sa mitochondria. Sagot : Ang mga compound na ito ay kumikilos bilang mga tagapagdala ng proton sa buong panloob na mitochondrial membrane, na lumalampas sa sistema ng synthesis ng ATP.

20. Magpahiwatig ng 2 posibleng dahilan para sa pagbuo ng hypoxic hypoenergetic states. Sagot : Anumang 2 opsyon sa 4 na posible: a) kakulangan ng oxygen sa panlabas na kapaligiran; b) pagkagambala sa sistema ng paghinga; c) mga karamdaman sa sirkulasyon; d) may kapansanan na kakayahan ng hemoglobin ng dugo na magdala ng oxygen.

21. Magbigay ng 2 halimbawa ng mga compound sa neutralisasyon kung saan bahagi ang microsomal oxidation system. Sagot : Anumang 2 halimbawa ng mga mabangong carbocycle (anthracene, benzanthracene, naphthacene, 3,4-benzpyrene, methylcholanthrene).

22. Ipaliwanag ang mekanismo ng proteksiyon na pagkilos ng mga antioxidant tulad ng bitamina E o karotina. Sagot : Ang mga compound na ito ay tumatanggap ng dagdag na elektron mula sa superoxide anion radical, na bumubuo ng isang hindi gaanong reaktibong istraktura dahil sa muling pamamahagi ng densidad ng elektron sa sistema ng mga conjugated double bond na naroroon sa kanilang istraktura.

Opsyon 2

1. Ipaliwanag kung bakit para sa mga prosesong kemikal na nagaganap sa mga selula, ang pagbabago sa enthalpy ng system (H) ay halos katumbas ng pagbabago sa kabuuang enerhiya ng system (E).

Sagot: Sa mga biological system, walang pagbabago sa temperatura o presyon ang nagaganap sa panahon ng mga kemikal na reaksyon.

2. Ipahiwatig kung aling mga reaksiyong kemikal, mula sa punto ng view ng thermodynamics, ang maaaring mangyari nang kusang. Sagot : Ang mga exergonic chemical reaction lamang ang maaaring mangyari nang kusang.

3. Magbigay ng 2 halimbawa ng mga compound na may mataas na enerhiya mula sa klase ng thioester. Sagot: Anumang dalawang partikular na acyl-CoA

Sagot: 10.3 kcal/M.

5. Ipahiwatig kung anong mga pagbabago ang nangyayari sa mga sustansya sa unang yugto ng catabolism. Sagot : Paghahati ng mga polimer sa mga monomer.

6. Ipahiwatig kung anong bahagi ng kabuuang enerhiya ng nutrients ang inilabas sa ikalawang yugto ng cataoolism. Sagot : 1/3 ng kabuuang enerhiya.

7. Ipahiwatig kung aling mga metabolic end na produkto ang nabuo sa ikatlong yugto ng catabolism. Sagot : Tubig, carbon dioxide.

8. Sumulat ng pangkalahatang diagram ng mga reaksyon ng monooxygenase na nagaganap sa mga selula. Sagot: SH2 + O2 +KOH 2 ->S-OH+ Co oxidized + H 2 O

Sagot:

10. Isulat, gamit ang mga istrukturang formula ng mga metabolite, ang reaksyon ng oksihenasyon ng succinate sa siklo ng Krebs, na nagpapahiwatig ng lahat ng mga compound na kasangkot sa reaksyon. Sagot:

11. Isulat ang kabuuang equation para sa Krebs tricarboxylic acid cycle. Sagot: Acetyl-CoA + ZNAD + + FAD+GDP~P + 2H: O->CO 2 - ZNADH+H + + FADH 2 + GTP

12. Magpahiwatig ng 2 compound na allosteric activators ng regulatory enzymes ng Krebs cycle. Sagot: ADF.A.M.F.

13. Tukuyin ang metabolic pathway na kilala bilang pangunahing chain ng mitochondrial respiratory enzymes. Sagot: Metabolic pathway na nagdadala ng mga proton at electron na may NADH+H 2 para sa oxygen.

14. Pangalanan ang mga intermediate carrier ng pangunahing respiratory chain na maaaring tumanggap ng mga hydrogen atom o electron mula sa mga panlabas na pinagmumulan. Sagot: Co.Q, cytochrome C.

15. Ipahiwatig kung gaano karaming libreng enerhiya ang inilabas sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon sa panahon ng oksihenasyon ng 1 mole ng NADH + H upang bumuo ng 1 mole ng H2O. Sagot : -52.6 kcal/M.

16. Ipaliwanag kung ano ang tinatawag na uncoupling of oxidation at phosphorylation. Sagot: Pagkagambala ng relasyon sa pagitan ng mga proseso ng oksihenasyon at phosphorylation sa conversion ng inilabas na libreng enerhiya sa init.

17. Ipaliwanag ang kahulugan ng terminong "hypoenergetic state". Sagot: Kakulangan ng enerhiya sa cell.

18. Pangalanan ang 2 cytochrome na nakikibahagi sa mga proseso ng oxidative na naisalokal sa mga lamad ng endoplasmic reticulum. Sagot: Cytochromeb5, cytochromeP 450 .

19. Magbigay ng isang diagram ng kadena ng mga transporter ng elektron na may partisipasyon ng cytochrome P 450, na gumagana sa mga lamad ng endoplasmic reticulum. Sagot: fuck you

20. Pangalanan ang 2 compound sa biosynthesis kung saan kasama ang microsomal oxidation system. Sagot: Adrenaline (norepinephrine). mga steroid hormone.

21.Magpahiwatig ng 2 posibleng pinagmumulan ng pagbuo ng peroxide radical anion sa mga tissue. Sagot :

Opsyon 3

1. Magbigay ng paliwanag sa terminong “libreng enerhiya ng system”. Sagot: Ang libreng enerhiya ay bahagi ng kabuuang enerhiya ng system, dahil sa kung saan maaaring gawin ang trabaho.

2. Ipahiwatig kung bakit ang mga endergonic na reaksyon ay hindi maaaring mangyari nang kusang Sagot : Para mangyari ang mga reaksiyong endergonic, kinakailangan ang isang panlabas na mapagkukunan ng enerhiya.

3. Ipahiwatig ang dami ng libreng enerhiya na inilabas kapag ang 1 mole ng ATP pyrophosphate bond ay nasira sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon. Sagot : 7.3 kcal/mol.

4. Ipahiwatig ang dami ng libreng enerhiya na inilabas kapag ang isang high-energy bond ay nasira sa 1 mole ng creatine phosphate sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon. Sagot: 10.3 kcal/M.

5. Ipahiwatig ang pang-araw-araw na pangangailangan ng protina ng tao, na ipinahayag sa g/kg body weight (WHO norm). Sagot : 1 g/kg.

6. Ipahiwatig ang halaga ng caloric coefficient para sa mga protina sa panahon ng pagkasira nito sa katawan ng tao Sagot : 4.1 kcal/g.

7. Ipahiwatig kung anong bahagi ng kabuuang paggasta ng enerhiya ng isang tao ang sakop ng pagkasira ng mga protina. Sagot: 15%.

8. Tukuyin ang konsepto ng "catabolism". Sagot : Ang hanay ng mga proseso na sumisira sa mga sustansya sa katawan.

9. Ipaliwanag kung bakit ang metabolic pathway ng una at ikalawang yugto ng catabolism ay tinatawag na mga tiyak na catabolic pathway. Sagot: Sa mga yugtong ito ng catabolism, ang bawat tambalan o pangkat ng mga compound na nauugnay sa istruktura ay pinaghiwa-hiwalay gamit ang iba't ibang metabolic pathway.

10. Ipaliwanag kung ano ang ibig sabihin ng terminong "convergent principle of organization of catabolism" sa katawan. Sagot: Habang lumalalim ang pagkasira ng mga sustansya, bumababa ang bilang ng mga intermediate na produkto.

11. Ipaliwanag kung ano ang mga pakinabang na ibinibigay ng convergent na prinsipyo ng pag-aayos ng catabolism sa kanyang katawan. Sagot : A). Dali ng paglipat mula sa isang uri ng sustansya patungo sa isa pa. b). Pagbabawas ng bilang ng mga enzyme sa huling yugto ng catabolism.

12.Magpahiwatig ng 5 katangian na nagpapakilala sa pagitan ng mga proseso ng oksihenasyon na nagaganap sa mga biyolohikal na bagay at mga proseso ng oksihenasyon na nagaganap sa isang kapaligirang abiogenic. Sagot: a) "Mahinahon" na mga kondisyon kung saan nagaganap ang proseso, b) Ang partisipasyon ng mga enzyme, c) Ang oksihenasyon ay pangunahing nangyayari sa pamamagitan ng dehydrogenation, d) Ang proseso ay multi-stage, e) Ang intensity ng proseso ay kinokontrol ayon sa sagot matugunan ang mga pangangailangan ng enerhiya ng cell.

13. Isulat, gamit ang mga istrukturang formula ng mga metabolite, ang kabuuang reaksyon ng conversion ng 2-oxoglutarate. sa succinyl-CoA na nagpapahiwatig ng lahat ng mga compound na kasangkot sa reaksyon Sagot :

14. Magbigay ng 2 reaksyon na mga punto ng thermodynamic na kontrol sa direksyon ng daloy ng mga metabolite sa Krebs cycle. Sagot : a) Reaksyon ng citrate synthase b) Reaksyon ng 2-oxoglutarate dehydrogenase.

15.Magpahiwatig ng 3 compound sa istraktura kung saan ang enerhiya ay naipon, na inilabas sa panahon ng oksihenasyon ng acetyl residues sa Krebs cycle. Sagot : NADH+H +, FADH 2, GTP.

16. Pangalanan ang 2 intermediate acceptors ng hydrogen atoms na nagbibigay ng mga proton at electron sa chain ng respiratory enzymes. Sagot: NADH+H +, FADH 2

17. Gumuhit ng diagram na naglalarawan sa paggana ng mga intermediate proton at electron carrier na bahagi ng complex 1 ng pangunahing respiratory chain. Sagot :

18. Magbigay ng pormula na maaaring magamit upang kalkulahin ang dami ng libreng enerhiya na inilabas sa panahon ng paglilipat ng elektron kung ang mga halaga ng mga potensyal na redox ng paunang at panghuling punto ng kadena ng paglilipat ng elektron ay kilala. Sagot : G" = - nXFx E".

19. Ipahiwatig ang kakanyahan ng ikalawang yugto ng conversion ng enerhiya na inilabas sa chain ng respiratory enzymes sa enerhiya ng macroergic bond ng ATP sa loob ng balangkas ng chemoosmotic na konsepto ng conjugation na iminungkahi ni Mitchell. Sagot : Ang enerhiya ng transmembrane proton electrochemical gradient ay ginagamitpara sa pagbuo ng isang high-energy ATP bond.

20. Magbigay ng 3 halimbawa ng mga compound na naghihiwalay sa mga proseso ng oksihenasyon at phosphorylation sa mitochondria. Sagot : Polychlorophenols, polynitrophenols, acetylsalicylic acid.

21. Ipahiwatig kung aling paraan ng oksihenasyon ng mga compound ang pangunahing naisasakatuparan sa panahon ng mga proseso ng microsomal oxidation. Sagot : Oxygenation.

22. Pangalanan ang 3 function ng microsomal oxidation. Sagot : a) Pakikilahok sa catabolism ng iba't ibang mga compound. b) Pakikilahok sa biosynthesis ng mga compound na kailangan para sa katawan, c) Detoxification.

23. Maglista ng 3 posibleng paraan upang hindi aktibo ang superoxide anion radical. Sagot : a) Donasyon ng extra electron sa cytochrome C. b) Donasyon ng extra electron sa antioxidant compound (tulad ng bitamina E, carotene, atbp.) c) Inactivation sa panahon ng superoxide dismutase reaction.

24.Magpahiwatig ng 2 posibleng pinagmumulan ng pagbuo ng peroxide radical anion sa mga tissue. Sagot: a) Nabuo sa aerobic dehydrogenation reactions b) Nabuo sa superoxide dismutase reaction.

25. Maglista ng 3 posibleng paraan ng pag-inactivate ng peroxide anion radical sa mga cell. Sagot : a) Sa panahon ng reaksyon na na-catalyze ng catalase, b) Sa panahon ng reaksyon na na-catalyze ng glutathione peroxidase. c) Sa panahon ng isang reaksyon na na-catalyze ng peroxidase

26. Ipahiwatig kung ano ang papel na ginagampanan ng mga proseso ng microsomal oxidation sa kemikal na carcinogenesis. Sagot: Sa panahon ng neutralisasyon ng polycyclic aromatic hydrocarbons, ang kanilang mga epoxide ay nabuo, na may aktibidad na mutagenic.

Opsyon 4

1. Magbigay ng equation na naglalarawan sa unang batas ng thermodynamics sa isang form na katanggap-tanggap para sa paglalarawan ng thermodynamics ng mga buhay na bagay Sagot: ∆EsnstemsN+∆Eenvironments = 0.

2. Ipaliwanag ang tinatawag na energy coupling ng mga reaksiyong kemikal. Sagot: Ang paggamit ng libreng enerhiya na inilabas sa panahon ng isang exergonic na reaksyon upang magsagawa ng isang endergonic na reaksyon.

3. Ipahiwatig ang uri ng high-energy chemical bond sa mga compound ng klase ng nucleoside polyphosphates. Sagot: Phosphoanhydride o pyrophosphate bond.

4. Ipahiwatig ang antas ng pang-araw-araw na paggasta ng enerhiya ng isang taong nakikibahagi sa gawaing pangkaisipan. Sagot : 2500 - 3000 kcal/araw.

5. Ipahiwatig kung anong bahagi ng kabuuang enerhiya ng mga sustansya ang inilabas sa unang yugto ng catabolism. Sagot: hanggang 3%.

6. Ipahiwatig kung aling 5 paraan ng pagsira ng mga kemikal na bono ng mga sustansya ang ginagamit sa ikalawang yugto ng catabolism. Sagot : hydrolysis, phosphorolysis, thiolysis, lyase cleavage, oksihenasyon.

7. Magpahiwatig ng 3 compound kung saan ang mga macroergic bond ay naipon ang enerhiya na inilabas sa ikatlong yugto ng catabolism. Sagot : ATP, GTP, succinyl-CoA.

8. Sumulat ng pangkalahatang pamamaraan para sa aerobic dehydrogenation reaction. Sagot: SH 2+ O2 ->Soxidized+H2 O2

9. Isulat, gamit ang mga pormula ng istruktura ng mga metabolite, ang reaksyon ng oksihenasyon ng malate sa siklo ng Krebs, na nagpapahiwatig ng lahat ng mga compound na kasangkot dito. Sagot:

10. Ipahiwatig dahil sa pagkilos kung saan ang dalawang pangunahing mga kadahilanan ang intensity ng daloy ng mga metabolites sa Krebs cycle ay kinokontrol. Sagot: a) Pagbabago sa aktibidad ng mga regulatory enzymes b) Konsentrasyon ng oxaloacetate at acetyl-CoA.

11. Pangalanan ang mga enzyme ng Krebs cycle, ang aktibidad nito ay pinipigilan ng isang allosteric na mekanismo ng mataas na konsentrasyon ng ATP. Sagot: Citrate synthase, isocitrate dehydrogenase.

12. Pangalanan ang tambalan na siyang huling electron acceptor sa chain ng respiratory enzymes. Sagot : Oxygen.

13. Gumuhit ng diagram na naglalarawan sa paggana ng mga intermediate electron carrier na bahagi ng complex III ng pangunahing respiratory chain. Sagot:

14. Ipahiwatig ang halaga ng redox potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng simula at dulo ng pangunahing respiratory chain. Sagot: 1, 14v

15. Ipahiwatig ang kakanyahan ng unang yugto ng conversion ng enerhiya na inilabas sa chain ng respiratory enzymes sa enerhiya ng macroergic bond ng ATP sa loob ng balangkas ng chemiosmotic na konsepto

pagpapares na iminungkahi ni Mitchell, Sagot: Ang libreng enerhiya na inilabas sa panahon ng operasyon ng respiratory enzyme chain ay ginagamit upang bumuo ng proton electrochemical gradient na may kaugnayan sa panloob na mitochondrial membrane.

16. Ipahiwatig kung anong papel ang ginagampanan ng F0 protein sa mekanismo ng oxidative phosphorylation sa chain ng respiratory enzymes ayon kay Mitchell. Sagot: protinaF 0 tinitiyak ang daloy ng mga proton sa kahabaan ng electrochemical gradient sa aktibong sentroATP synthetase enzyme.

17. Magbigay ng 2 halimbawa ng mga compound na pumipigil sa paggana ng complex IV ng pangunahing chain ng respiratory enzymes. Sagot: Cyanide, carbon monoxide.

18. Magpahiwatig ng 2 posibleng dahilan para sa pagbuo ng hypoxic hypoenergetic states. Sagot: Anumang 2 opsyon sa 4 na posible: a) kakulangan ng oxygen sa panlabas na kapaligiran; b) pagkagambala sa sistema ng paghinga; c) mga karamdaman sa sirkulasyon; d) pagkasira ng kakayahan ng hemoglobin ng dugo na magdala ng oxygen.

Opsyon 5

1. Magbigay ng equation na naglalarawan sa II batas ng thermodynamics sa isang form na katanggap-tanggap para sa paglalarawan ng thermodynamics ng mga gusali ng tirahan. Sagot : DSsistema+ DSkapaligiran > 0.

2. Ipahiwatig sa ilalim ng kung anong kondisyon ang dalawang masiglang pinagsamang reaksyon ay maaaring kusang magpatuloy. Sagot : Ang dalawang masiglang pinagsamang reaksyon ay maaaring magpatuloy nang kusang kung negatibo ang kabuuang pagbabago sa libreng enerhiya

3. Magbigay ng 2 halimbawa ng high-energy compound mula sa klase ng nucleoside polyphosphates. Sagot: Anuman sa 2 sa mga sumusunod: ATP, GTP, CTP, UTP o kanilang mga biphosphate analogues

4. Pangalanan ang 2 huling nitrogen-containing na mga produkto ng protein catabolism sa katawan ng tao. Sagot : Anumang dalawa sa mga sumusunod: ammonia, urea, creatinine.

5. Ipahiwatig kung anong mga paraan ng pagsira ng mga kemikal na bono ng mga sustansya ang ginagamit sa unang yugto ng catabolism. Sagot : Hydrolysis, phosphorolysis.

6. Pangalanan ang 4 na huling produkto ng metabolismo na nabuo sa ikalawang yugto ng catabolism. Sagot : 4 na compound mula sa mga sumusunod: tubig, carbon dioxide, ammonia, urea, creatinine, uric acid.

7. Ipaliwanag kung bakit ang metabolic pathway ng ikatlong yugto ng catabolism ay tinatawag na general catabolic pathways. Sagot: Ang mga metabolic pathway na ito ay pareho para sa pagkasira ng anumang nutrients.

8. Sumulat ng isa sa mga bersyon ng pangkalahatang pamamaraan ng mga reaksyon ng dioxygenase na nagaganap sa mga selula. Sagot : Isa sa mga pagpipilian: a) R-CH=CH-R 2 +TUNGKOL SA 2 ->R1-C(O)H + R-C(O)H(aldehydes) b) SH2+ O2 -> HO-S-ON-> S=0 + H2TUNGKOL SA

9. Isulat, gamit ang mga istrukturang formula ng metabolites, ang reaksyon ng citrate synthesis sa Krebs cycle, na nagpapahiwatig ng lahat ng mga compound na kasangkot sa reaksyon. Sagot :

10. Pangalanan ang 4 na regulatory enzyme na nakikibahagi sa catalysis ng mga bahagyang reaksyon ng Krebs cycle. Sagot : Citrate synthase, isocitrate dehydrogenase, 2-oxoglutarate dehydrogenase complex, succinate dehydrogenase.

11.Magpahiwatig ng 2 posibleng paraan upang mapunan muli ang pool ng mga intermediate metabolites ng Krebs cycle. Sagot : a) Ang kanilang pagpasok mula sa ikalawang yugto ng catabolism, b) Ang reaksyon ng carboxylation ng pyruvate.

12. Ipahiwatig kung saang cell compartment ang metabolon ng tricarboxylic acid cycle ay naisalokal. Sagot : Sa mitochondrial matrix.

13. Ibigay ang mga pangalan ng IV enzyme complex mula sa pangunahing respiratory chain ng mitochondria. Sagot : Cytochrome C- oxidase complex

14. Sumulat ng buod na equation na naglalarawan sa operasyon ng pangunahing chain ng respiratory enzymes. Sagot: NADH+H"+1/2O 2 -> NAD + +H 2 O

15. Ipaliwanag kung bakit ang mga electron at proton mula sa isang bilang ng mga oxidizable substrates, tulad ng glutamate, isocitrate, malate, atbp., ay inililipat sa NAD +. Sagot : Ang mga potensyal na redox ng mga compound na ito ay mas mababa sa NADH+H +, kaya ang mga electron mula sa mga compound na ito ay maaaring ilipat sa NAD + kasama ang potensyal na gradient ng redox.

16. Magbigay ng diagram ng oxidative phosphorylation reactions sa substrate level na nagaganap sa tricarboxylic acid cycle. Sagot

17. Magbigay ng isang halimbawa ng isang tambalan na pumipigil sa gawain ng complex III ng pangunahing chain ng respiratory enzymes. Sagot : Antimycin.

18. Ipahiwatig kung aling mga istruktura ng cellular ang mga proseso ng microsomal oxidation ay higit na naka-localize. Sagot : Sa mga lamad ng endoplasmic reticulum.

19.Magpahiwatig ng 3 posibleng pinagmumulan ng pagbuo ng superoxide anion radical sa mga cell. Sagot: a) Sa panahon ng oksihenasyon ng HbVMetHb. 6) Single-electron na oksihenasyonKoQH 2 donasyon ng isang electron sa isang molekula ng oxygen c) Sa panahon ng one-electron oxidation ng mga nabawasang flavin. (Ang iba pang mga pagpipilian ay posible).

20. Isulat ang reaksyon ng peroxide neutralization na na-catalyze ng glutathione peroxidase. Sagot: H 2 O 2 + 2 Gl-SN -> Gl-S- S-GL + 2 H 2 O

Opsyon 6

1. Sumulat ng isang equation na maaaring magamit upang kalkulahin ang pagbabago sa antas ng libreng enerhiya sa panahon ng isang partikular na kemikal na reaksyon sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon.

Sagot : ∆ G =- 2.303xRxTxlgKpunto ng balanse

2. Magbigay ng pangkalahatang diagram ng energy coupling ng dalawang reaksiyong kemikal na nagaganap nang magkatulad sa mga bagay na may buhay. Sagot :

3. Ipahiwatig ang biological na papel ng mga high-energy compound. Sagot : Ang akumulasyon ng libreng enerhiya na inilabas sa panahon ng mga exergonic na reaksyon at nagbibigay ng enerhiya para sa mga endergonic na reaksyon.

4. Ipahiwatig kung anong bahagi ng kabuuang nutrient energy ang inilabas sa ikatlong yugto

catabolismo. Sagot : 2/3 .

5. Pangalanan ang 5 compound na pumapasok sa Krebs tricarboxylic acid cycle mula sa ikalawang yugto ng catabolism. Sagot : Acetyl-CoA, oxaloacetate, 2-oxoglutarate, fumarate, succinyl-CoA.

6. Maglista ng 3 paraan kung saan na-oxidize ang mga compound na ginagamit sa mga cell. Sagot : Dehydrogenation, oxygenation, pag-alis ng elektron.

7. Maglista ng 4 na function ng biological oxidation sa katawan. Sagot : a) Pag-andar ng enerhiya. b) Plastic function, c) Detoxification, d) Pagbuo ng mga potensyal na pagpapanumbalik.

8. Maglista ng 3 function ng Krebs tricarboxylic acid cycle. Sagot : Enerhiya, plastik, pagsasama.

9. Pangalanan ang mga enzyme ng Krebs cycle, ang aktibidad nito ay pinipigilan ng isang allosteric na mekanismo ng mataas na konsentrasyon ng ATP. Sagot : Citrate synthase, isocitrate dehydrogenase.

10. Pangalanan ang 3 intermediate na produkto ng Krebs cycle na ginamit bilang mga paunang substrate para sa mga biosynthese. Sagot : Oxaloacetate, 2-oxoglutarate, succinyl-CoA

11. Ibigay ang mga pangalan ng enzyme complex III mula sa pangunahing respiratory chain ng mitochondria. Sagot :Co.QH 2, cytochrome C oxidoreductase complex

12. Ipaliwanag kung bakit ang mga electron at proton sa panahon ng oksihenasyon ng isang bilang ng mga substrate, tulad ng succinate, 3-phosphoglycerol, atbp., ay inililipat hindi sa NAD +, ngunit sa pamamagitan ng mga flavoprotein sa KoQ. Sagot : Ang mga potensyal na redox ng mga compound na ito ay mas mataas kaysa sa NADH +H + , ngunit mas mababa saKoQ,samakatuwid, ang mga electron mula sa mga compound na ito ay maaaring ilipat kasama ang redox potential gradient lamang saKoQ.

13. Tukuyin ang terminong "oxidative phosphorylation sa chain ng respiratory enzymes." Sagot : ATP synthesis dahil sa enerhiya na inilabas sa panahon ng paggalaw ng mga electron sa kahabaan ng chain ng respiratory enzymes.

14. Ipahiwatig kung anong papel ang ginagampanan ng F0 protein sa mekanismo ng oxidative phosphorylation sa chain ng respiratory enzymes ayon kay Mitchell. Sagot : protinaF 0 tinitiyak ang daloy ng mga proton kasama ang electrochemical gradient saaktibong sentroATP synthetase enzyme.

15. Magbigay ng klasipikasyon ng mga estadong hypoenergetic batay sa sanhi ng kanilang paglitaw. Sagot : a) Nutrisyon. 6). Hypoxic. c) Histotoxic. G). pinagsama-sama.

16. Magbigay ng isang diagram ng kadena ng mga transporter ng elektron na may partisipasyon ng cytochrome P 450, na gumagana sa mga lamad ng endoplasmic reticulum. Sagot :

17. Ibigay ang equation para sa reaksyong na-catalyze ng enzyme superoxide dismutase.

Sagot : O 2- + 0 2- + 2H + -> H 2 O 2 + O 2

Opsyon 7

1. Ipaliwanag kung bakit hindi maaaring gumamit ng thermal energy ang mga bagay na may buhay sa paggawa. Sagot : SAAng mga biological system ay walang gradient ng temperatura.

2. Ipahiwatig ayon sa kung anong prinsipyo ang mga bono ng kemikal sa ilang mga compound ay nauuri bilang mga bono na may mataas na enerhiya. Sagot: Ang libreng enerhiya ng pagsira ng naturang bono ay dapat lumampas sa 5 kcal/mol (katumbas ng: > 21 kJ/M).

3. Magbigay ng 4 na klase ng mga compound na may mataas na enerhiya. Sagot: Anumang 4 na opsyon mula sa mga sumusunod: nucleoside polyphosphates, carbonyl phosphates, thioesters. guanidine phosphates, aminoacyl adenylates, aminoacyl-tRNA.

4. Ipahiwatig ang pang-araw-araw na pangangailangan ng tao para sa mga lipid, na ipinahayag sa g/kg body weight. Sagot : 1.5 g/kg.

5. Ipasok ang caloric coefficient value para sa carbohydrates. Sagot : 4.1 kcal/g.

6. Ipahiwatig kung anong bahagi ng kabuuang paggasta ng enerhiya ng isang tao ang sakop ng pagkasira ng mga lipid. Sagot : 30%.

7. Ipahiwatig ang biological na papel ng unang yugto ng catabolism. Sagot : Isang matalim na pagbaba sa bilang ng mga indibidwal na compound na pumapasok sa ikalawang yugto.

8. Magbigay ng 2 metabolic pathway na nauugnay sa ikatlong yugto ng catabolism. Sagot : Krebs tricarboxylic acid cycle, ang pangunahing chain ng respiratory enzymes.

9. Sumulat ng pangkalahatang pamamaraan para sa anaerobic dehydrogenation reactions. Sagot: SH 2 + X -> Soxidized + CN 2

10. Tukuyin ang metabolic pathway na kilala bilang Krebs tricarboxylic acid cycle. Sagot : Isang paikot na landas ng magkaparehong pagbabago ng di- at ​​tricarboxylic acid, kung saan ang acetyl residue ay na-oxidize sa dalawang molekula ng CO2.

11. Ilarawan gamit ang mga istrukturang formula ang paglipat ng citrate sa isocitrate, na nagsasaad ng lahat ng kalahok sa proseso. Sagot :

12. Ipahiwatig ang mga enzyme ng Krebs cycle, ang aktibidad na kung saan ay allosterically inhibited ng mataas na konsentrasyon ng NADH + H +. Sagot : Citrate synthase, isocitrate dehydrogenase, 2-oxoglutarate dehydrogenase complex.

13. Isulat ang reaksyon para sa synthesis ng oxalic-acetic acid mula sa pyruvate, na nagsasaad ng lahat ng kalahok sa proseso. Sagot :CH 2 -CO-COOH+ CO 2 + ATP -> COOH-CH 2 -CO-COOH+ ADP+P.

14. Magbigay ng pangkalahatang diagram ng pangunahing respiratory chain ng mitochondria. Sagot :

15. Ibigay ang mga pangalan ng 1 enzyme complex mula sa pangunahing respiratory chain ng mitochondria. Sagot : NADH+H + ,KoQ- oxidoreductase complex.

16. Ipahiwatig ang dahilan (lakas sa pagmamaneho) na nagiging sanhi ng paglipat ng mga electron sa carrier system ng pangunahing respiratory chain. Sagot : Ang pagkakaiba sa potensyal na redox sa pagitan ng mga compound sa simula at dulo ng isang respiratory transport chain.

17. Tukuyin ang terminong "oxidative phosphorylation sa antas ng substrate." Sagot : ATP synthesis gamit ang enerhiya na inilabas sa panahon ng oksihenasyon ng isang partikular na tambalan.

18. Magbigay ng 2 halimbawa ng mga compound na pumipigil sa paggana ng 1 complex ng pangunahing chain ng respiratory enzymes. Sagot : Rotenone, sodium amytal.

19. Tukuyin ang 2 posibleng dahilan para sa pagbuo ng histotoxic hypoenergetic states. Sagot : a) Hinaharang ang chain ng respiratory enzymes, b) Uncoupling ng oxidation at phosphorylation.

20. Pangalanan ang 2 compounds kung saan ang catabolism ay nasasangkot ang microsomal oxidation system. Sagot : Tryptophan, phenylalanine.

Ang pinagmulan ng libreng E sa mga heterotrophic na organismo ay pagkasira ng sustansya, sa madaling salita, mga prosesong catabolic na nagaganap sa mga selula at tisyu. Kasama sa catabolism ang daan-daang mga kemikal. mga reaksyon, dose-dosenang mga metabolic pathway. Kasabay nito, ang isang tiyak na lohika ay maaaring masubaybayan sa samahan ng mga proseso ng catabolic. Ang lahat ng catabolism ay nutritional. ang mga sangkap sa katawan ay maaaring nahahati sa tatlong yugto o, gaya ng karaniwang tawag, tatlong yugto.

Sa unang yugto ang mga molekula ng polimer ay nahahati sa mga monomer: ang mga protina ay nahahati sa mga amino acid, oligos at polysaccharides sa mga monosaccharides at kanilang mga derivatives, mga lipid sa mas mataas na fatty acid, glycerol, amino alcohols, atbp. Sa yugtong ito ay walang mga prosesong oxidative, hydrolysis at phosphorolysis ang nangingibabaw . Ang lahat ng enerhiya ay nawawala bilang init. Sa yugtong ito, mayroong isang matalim na pagbaba sa bilang ng mga compound, na pagkatapos ay pumasok sa ikalawang yugto ng catabolism. Kaya, sa iba't ibang pagkain, milyon-milyong iba't ibang mga protina ang pumapasok sa gastrointestinal tract at lahat sila ay nahati sa 20-25 AA.

Sa ikalawang yugto ang limang dosenang compound na ito ay sumasailalim sa karagdagang cleavage, upang sa paglabas mula sa yugtong ito ay limang compound na lang ang natitira: acetyl CoA, succinyl CoA, fumarate, oxalo acetate at 2oxoglutarate. Kaya, ang pagkasira ng mga sustansya na nagpapatuloy sa ikalawang yugto ay sinamahan ng isang mas malaking pag-iisa ng mga intermediate na produkto. Ang mga proseso ng catabolic na nagaganap sa ikalawang yugto ay may magkahalong kalikasan, dahil ito ay nagsasangkot ng phosphorolysis, lyase cleavage, thiolysis at oxidative reactions. Sa yugtong ito ng catabolism, ang lahat ng nitrogen-containing end products ng catabolism ay nabuo, pati na rin ang ilang CO2 at H2O. Ang organisasyon ng mga proseso ng catabolic ay habang lumalalim ang pagkasira ng mga sustansya, bumababa ang bilang ng mga intermediate metabolic na produkto. Ang prinsipyong ito ng pagbuo ng mga proseso ng catabolic ay tinatawag na prinsipyo ng convergence. Ang metabolic pathway ng una at ikalawang yugto ng catabolism ay karaniwang indibidwal para sa mga indibidwal na compound o grupo ng mga sangkap na may kaugnayan sa istruktura ng parehong klase. Samakatuwid, ang metabolic pathway ng una at ikalawang yugto ng catabolism ay tinatawag na mga tiyak na catabolic pathway. Kasabay nito, ang mga metabolic na proseso ng ikatlong yugto ng catabolism ay pareho anuman ang pinaghiwa-hiwalay na compound.

Sa bagay na ito, metabolic pathways ikatlong yugto ay tinatawag na karaniwang mga landas ng catabolism. Ang pagkakaroon ng mga karaniwang metabolic pathway sa ikatlong yugto ng catabolism, kung saan ang 2/3 ng lahat ng libreng enerhiya ay inilabas, ay nagdaragdag ng mga kakayahang umangkop ng mga nabubuhay na organismo, dahil ginagawang medyo madali ang paglipat mula sa isang uri ng nutrient patungo sa isa pa. Ang pagkakaroon ng mga karaniwang metabolic pathway sa ikatlong yugto ay ginagawang posible din na bawasan ang bilang ng iba't ibang mga enzyme na kailangan ng mga selula at tisyu upang maproseso ang iba't ibang nutrients. Ang lahat ng ito ay tumutulong sa mga organismo sa pakikibaka para mabuhay at ito ay resulta ng mahabang ebolusyon ng mga nabubuhay na organismo. Mga landas ng ikatlong yugto ng catabolism: ang Krebs tricarboxylic acid cycle at ang chain ng respiratory enzymes

Q=∆H + W

kung saan: Q – enerhiya ng init

ΔН – enthalpy

W - trabaho

Kaya, ang mga cell, na tumatanggap ng enerhiya mula sa panlabas na kapaligiran sa anyo ng light quanta (photosynthesis) o kemikal na enerhiya ng mga organic at inorganic na mga sangkap, at iniimbak ito sa mga compound na may mataas na potensyal na enerhiya (ATP), i-convert ito sa elektrikal o kemikal na enerhiya na nakapaloob sa isang molekula. Ang ATP ay ang pangunahing tagapagdala ng enerhiya ng kemikal sa lahat ng nabubuhay na organismo. Maaaring ilipat ng ATP ang enerhiya nito sa iba pang mga biomolecules, nawawala ang terminal phosphate group nito, na nagiging ADP, iyon ay, gumaganap ng gawain ng contractile, motor apparatus para sa pagdadala ng mga sangkap sa buong lamad. Ang walang silbi na thermal work ay inilabas sa kapaligiran - ang entropy ng kapaligiran (∆S) ay tumataas.

Pangalawang batas ng thermodynamics

Ang sistema ay nagsusumikap para sa kaguluhan nito. Ito ay dokumentado ng pagtaas ng entropy ΔS at ipinahayag ng equation:

ΔH = ΔG + TΔS

kung saan: ΔH - thermal energy,

ΔG - Gibbs libreng enerhiya,

T - ganap na temperatura.

Ang halaga ng entropy ay pare-pareho at may positibong minimum na halaga. Nangyayari ito dahil sa ang katunayan na ang pagtaas sa antas ng entropy sa system sa panahon ng pagkasira ng mga sustansya ay binabayaran ng pag-alis ng mga pangwakas na produkto mula sa system at ang pagtindi ng mga proseso ng biosynthetic, at ang halagang ito ay nabawasan sa kinakailangang mga nakatigil na parameter. .

Kung huminto ang metabolismo, bumababa ang enerhiya ng Gibbs ng system, tumataas ang entropy (iyon ay, bumababa ang kalidad ng enerhiya), at bumababa ang enthalpy, na nagpapakilala sa sukat ng thermal content ng system. Ito ay palaging nagsusumikap para sa isang minimum at kapag ito ay naabot, ang katawan ay namamatay. Samakatuwid, ang gawain ng isang organismo o biosystem ay isang mataas na antas ng enthalpy at libreng enerhiya. Ang sistema ay may posibilidad na mapanatili ang halaga ng entropy sa isang mas mababang antas ng nakatigil.

Alam na kung mas mataas ang katigasan ng isang sangkap, mas mababa ang entropy nito. Kaya ang entropy ng brilyante (0.57 e.u.) ay kalahati ng entropy ng graphite (1.7 e.u.). Ang mga karbida, boride at iba pang napakatigas na sangkap ay nailalarawan sa mababang entropy. Ang entropy ng isang amorphous na katawan ay bahagyang mas malaki kaysa sa entropy ng isang mala-kristal. Ang pagtaas sa antas ng pagpapakalat ng isang sistema ay humahantong din sa isang bahagyang pagtaas sa entropy nito.

Tumataas ang entropy habang nagiging mas kumplikado ang molekula ng isang sangkap; Kaya para sa mga gas N 2 O, N 2 O 3, N 2 O 5 ang entropy ay 52.6, ayon sa pagkakabanggit; 73.4 at 85.0 e.u. Ang entropy ng branched hydrocarbons ay mas mababa kaysa sa entropy ng unbranched hydrocarbons. Ang entropy ng isang cycloalkane ay mas mababa kaysa sa entropy ng katumbas nitong alkene.

Isaalang-alang natin nang mas detalyado ang mga salik na kinakailangan upang mapanatili ang isang matatag na estado. Upang maganap ang metabolismo, ibig sabihin,

substrate S → X ↔ Y → P(pangwakas na mga produkto ng pagkasira)

pagpapatupad V 1, V 2, V 3 - const.

metabolismo

ang substrate concentration (S) ay dapat tiyakin ang saturation ng enzyme na nagpapaandar sa pagbabagong ito. Ang reaksyong ito ay dapat na unidirectional, na lumilikha ng isang netong daloy patungo sa pagkasira ng substrate. Kinokontrol ng ganitong mga reaksyon ang pagpapatakbo ng system at ang mga naglilimitang link nito - ang mga ito ay kinetically irreversible. Ang isang halimbawa ng naturang reaksyon sa katawan ay ang reaksyon ng glucokinase, na humahantong sa pagbuo ng gl-6-phosphate mula sa glucose sa pagkakaroon ng ATP at Mg 2+. Ito ang naglilimitang link sa glycolysis, na tumutukoy sa bilis ng proseso sa kabuuan.

Mga kondisyon para sa pagpapanatili ng isang nakatigil na daloy.

1. Ang mga huling yugto ng metabolismo ay dapat na kinetically irreversible (CO 2 H 2 O);

2. Dahil ang mga huling produkto ay excreted mula sa katawan, ang entropy sa biosystem ay pinananatili halos pare-pareho;

3. Ang patuloy na daloy ng mga sustansya at enerhiya ay isa lamang sa mga kondisyon para sa pagpapanatili ng isang matatag na estado;

4. Ang pagkakaroon ng isang istrukturang organisasyon na nagpapahintulot sa pagsipsip at paggamit ng mga sustansya at enerhiya.

Panimula sa metabolismo. Mga prinsipyo ng metabolic na organisasyon.

Metabolismo- maaaring tukuyin bilang kabuuan ng lahat ng bioorganic na reaksyon na na-catalyze ng mga enzyme.

Intermediate exchange ay nagsisimula mula sa sandaling ang mga sustansya ay pumasok sa dugo at hanggang sa ang mga huling produkto ng metabolismo ay tinanggal at nagbibigay sa katawan ng mga sangkap at enerhiya na kinakailangan para sa buhay nito.

Metabolismo ay isang lubos na pinagsama-sama at nakatutok na proseso. Ang pagsasama ay posible dahil sa pagkakaroon ng relasyon sa pagitan ng metabolismo ng carbohydrates, protina at taba, atbp. Ang relasyon ay sinisiguro ng isang karaniwang supply ng enerhiya, karaniwang intermediate metabolites, sa antas kung saan mayroong intersection ng mga tiyak na metabolic na proseso ( gl-6-ph, PVK, acetyl-CoA), pangkalahatang metabolic na proseso (TCA cycle, oxidative phosphorylation). Posible rin ang pagsasama dahil sa ugnayan sa pagitan ng mga tisyu at mga organo. Kasama sa pagsasama ng mga sistema ang nervous system (ang sentro para sa pagproseso ng impormasyon at paggawa ng mga desisyon kapag nagbabago ang mga kondisyon); endocrine system (paggawa ng mga hormone na nagpapadala ng impormasyon sa cell); vascular system (nagsisilbi para sa transportasyon ng hindi lamang nutrients, kundi pati na rin ang mga hormone).

Ang pagkakasunud-sunod ng metabolismo sa katawan ay nagpapahintulot sa amin na makilala ang 4 na yugto ng metabolismo, iyon ay, ang metabolismo ay nailalarawan sa pamamagitan ng dynamism at mga yugto.

Stage 1– sa yugtong ito, ang supply ng mga sustansya sa mga panloob na tisyu ng katawan ay inihanda sa panahon ng proseso ng panunaw sa gastrointestinal tract. may mga:

a) malayong panunaw - halimbawa, ang pagkasira ng mga protina sa ilalim ng pagkilos ng pepsin sa lukab ng tiyan o trypsin sa lumen ng bituka.

b) parietal o lamad - halimbawa, ang pagkilos ng peptidases na naayos sa ibabaw ng mga selula ng bituka mucosa;

c) intracellular - halimbawa, sa lysosomes, panunaw sa ilalim ng pagkilos ng proteolytic enzymes.

Bilang karagdagan sa mga enzyme ng macroorganism, ang mga enzyme ng bituka microflora ay nakikilahok din sa panunaw.

Stage 2– resorption – mga proseso ng pagsipsip ng nutrients sa pamamagitan ng intestinal mucosa.

Stage 3– interstitial metabolism – enzymatic na proseso ng synthesis at breakdown, na kinokontrol ng neurohumoral pathway.

Stage 4– paglabas – paglabas ng mga produktong metabolic.

Ang konsepto ng mga proseso ng catabolism at anabolism.

Ang hanay ng mga pagbabagong kemikal ng mga sangkap na nangyayari sa katawan, simula sa sandaling pumasok sila sa dugo at hanggang sa ang mga huling produkto ng metabolismo ay inilabas mula sa katawan, ay tinatawag na intermediate metabolismo(intermediate exchange). Ang intermediate metabolism ay maaaring nahahati sa dalawang proseso - catabolism (dissimilation) at anabolism (assimilation).

Katabolismo tinatawag na enzymatic breakdown ng medyo malalaking organikong molekula, kadalasan sa mas mataas na mga organismo, sa pamamagitan ng oxidative route. Ang catabolism ay sinamahan ng pagpapalabas ng enerhiya na nakapaloob sa mga kumplikadong istruktura ng mga organikong molekula at ang imbakan nito sa anyo ng enerhiya ng mga pospeyt na bono ng ATP (exergonic na proseso, kasama ang paglabas ng enerhiya ng Gibbs at imbakan sa anyo ng ATP).

Anabolismo ay ang enzymatic synthesis ng malalaking molecular cellular component, tulad ng polysaccharides, nucleic acids, proteins, lipids, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng makabuluhang enerhiya ng Gibbs at mababang entropy, pati na rin ang synthesis ng ilang biosynthetic precursors ng mas simpleng mga compound na may mas malakas na mga bono (mababang Gibbs mga halaga ng enerhiya at mataas na halaga entropy - CO 2, NH 3, urea, creatinine).

Ang mga anabolic na proseso ay nangyayari sa mga cell nang sabay-sabay at hindi maiiwasang nauugnay sa isa't isa. Mahalaga, dapat silang ituring hindi bilang dalawang magkahiwalay na proseso, ngunit bilang dalawang panig ng isang karaniwang proseso - metabolismo, kung saan ang pagbabagong-anyo ng mga sangkap ay malapit na nauugnay sa pagbabagong-anyo ng enerhiya.

Katabolismo.

Ang pagkasira ng mga pangunahing sustansya sa cell ay isang serye ng mga sunud-sunod na reaksyong enzymatic na bumubuo sa 3 pangunahing yugto ng catabolism (Hans Krebs) - dissimilation.

Stage 1– ang malalaking organikong molekula ay bumagsak sa kanilang mga partikular na bumubuo sa mga bloke ng istruktura. Kaya, ang mga polysaccharides ay pinaghiwa-hiwalay sa mga hexoses o pentoses, mga protina sa mga amino acid, mga nucleic acid sa mga nucleotide at nucleoside, mga lipid sa mga fatty acid, glyceride at iba pang mga sangkap.

Ang halaga ng enerhiya na inilabas sa yugtong ito ay maliit - mas mababa sa 1%.

Stage 2- kahit na mas simpleng mga molekula ay nabuo, at ang bilang ng kanilang mga uri ay makabuluhang nabawasan. Mahalagang bigyang-diin na dito ang mga produkto ay nabuo na karaniwan sa metabolismo ng iba't ibang mga sangkap - ito ay, bilang ito ay, mga node na nagkokonekta sa iba't ibang mga metabolic pathway. Kabilang dito ang: pyruvate – nabuo sa panahon ng pagkasira ng carbohydrates, lipids, amino acids; acetyl-CoA - pinagsasama ang catabolism ng mga fatty acid, carbohydrates, amino acids.

Ang mga produktong nakuha sa ika-2 yugto ng catabolism ay pumasok ika-3 yugto, na kilala bilang Krebs cycle - ang tricarboxylic acid cycle (TCA), kung saan nangyayari ang mga proseso ng terminal oxidation. Sa yugtong ito, ang lahat ng mga produkto ay na-oxidized sa CO 2 at H 2 O. Halos lahat ng enerhiya ay inilabas sa ika-2 at ika-3 yugto ng catabolism.

Ang lahat ng nasa itaas na yugto ng catabolism o dissimilation, na kilala bilang "Krebs scheme," pinakatumpak na nagpapakita ng pinakamahalagang prinsipyo ng metabolismo: convergence at unification. Convergence– ang kumbinasyon ng iba't ibang mga metabolic na proseso na katangian ng mga indibidwal na uri ng mga sangkap sa mga solong karaniwan sa lahat ng uri. Susunod na yugto - pagkakaisa– isang unti-unting pagbaba sa bilang ng mga kalahok sa mga metabolic na proseso at ang paggamit ng mga unibersal na metabolic na produkto sa metabolic reaksyon.

Sa unang yugto, ang prinsipyo ng pag-iisa ay malinaw na nakikita: sa halip na maraming mga kumplikadong molekula ng ibang mga pinagmulan, medyo simpleng mga compound ay nabuo sa halagang 2-3 dosena. Ang mga reaksyong ito ay nangyayari sa gastrointestinal tract at hindi sinamahan ng pagpapalabas ng malaking halaga ng enerhiya. Ito ay karaniwang nawawala bilang init at hindi ginagamit para sa iba pang mga layunin. Ang kahalagahan ng unang yugto ng mga reaksiyong kemikal ay ang paghahanda ng mga sustansya para sa aktwal na pagpapalabas ng enerhiya.

Sa ikalawang yugto, ang prinsipyo ng convergence ay malinaw na nakikita: ang pagsasama ng iba't ibang mga metabolic pathway sa isang solong channel - iyon ay, sa ika-3 yugto.

Sa ika-2 yugto, humigit-kumulang 30% ng enerhiya na nakapaloob sa mga sustansya ay inilabas. Ang natitirang 60-70% ng enerhiya ay inilabas sa tricarboxylic acid cycle at ang nauugnay na proseso ng terminal oxidation. Sa terminal oxidation system o respiratory chain, na batay sa oxidative phosphorylation, ang unification ay umabot sa rurok nito. Ang mga dehydrogenases na nagpapagana sa oksihenasyon ng mga organikong sangkap sa TCA cycle ay naglilipat lamang ng hydrogen sa respiratory chain, na sumasailalim sa magkaparehong pagbabago sa panahon ng proseso ng oxidative phosphorylation.

Anabolismo.

Ang anabolismo ay dumaan din sa tatlong yugto. Ang mga panimulang sangkap ay ang mga sumasailalim sa mga pagbabago sa ika-3 yugto ng catabolism. Kaya, ang yugto 3 ng catabolism ay ang unang yugto ng anabolismo. Ang mga reaksyon ng yugtong ito ay may dual function - amphibolic. Halimbawa, ang synthesis ng protina mula sa mga amino acid.

Stage 2 - pagbuo ng mga amino acid mula sa mga keto acid sa mga reaksyon ng transamination.

Stage 3 - pagsasama-sama ng mga amino acid sa polypeptide chain.

Gayundin, bilang isang resulta ng sunud-sunod na mga reaksyon, ang synthesis ng mga nucleic acid, lipid, at polysaccharides ay nangyayari.

Noong 60-70s ng ika-20 siglo, naging malinaw na ang anabolismo ay hindi isang simpleng pagbaligtad ng mga catabolic reactions. Ito ay dahil sa mga kemikal na katangian ng mga reaksiyong kemikal. Ang isang bilang ng mga catabolic na reaksyon ay halos hindi maibabalik. Ang kanilang daloy sa tapat na direksyon ay pinipigilan ng hindi malulutas na mga hadlang sa enerhiya. Sa kurso ng ebolusyon, ang mga bypass na reaksyon ay binuo na kinasasangkutan ng paggasta ng enerhiya mula sa mga high-energy compound. Ang mga catabolic at anabolic pathway ay naiiba, bilang isang panuntunan, sa kanilang lokalisasyon sa cell - structural regulation.

Halimbawa: ang oksihenasyon ng mga fatty acid ay nangyayari sa mitochondria, habang ang synthesis ng mga fatty acid ay na-catalyzed ng isang set ng mga enzyme na naisalokal sa cytosol.

Ito ay dahil sa iba't ibang lokalisasyon na ang mga proseso ng catabolic at anabolic sa cell ay maaaring mangyari nang sabay-sabay.

Mga Prinsipyo ng Metabolic Integration

Kaya, ang mga metabolic pathway ay magkakaiba, ngunit sa pagkakaiba-iba na ito ay namamalagi ang pagkakaisa, na isang tiyak na katangian ng metabolismo.

Ang pagkakaisa na ito ay nakasalalay sa katotohanan na mula sa bakterya hanggang sa lubos na organisadong tisyu ng isang mas mataas na organismo, ang mga biochemical na reaksyon ay magkapareho. Ang isa pang pagpapakita ng pagkakaisa ay ang cyclical na katangian ng pinakamahalagang metabolic process. Halimbawa, tricarboxylic acid cycle, urea cycle, pentose cycle. Tila, ang mga cyclic na reaksyon na pinili sa panahon ng ebolusyon ay naging pinakamainam para sa pagtiyak ng mga physiological function.

Kapag pinag-aaralan ang organisasyon ng mga proseso ng metabolic sa katawan, ang tanong ay natural na lumitaw: paano nakamit ang pagpapanatili ng mga proseso alinsunod sa mga pangangailangan ng katawan sa iba't ibang panahon ng buhay nito? Yung. Paano pinananatili ang "homeostasis" (isang konsepto na unang binuo ng Cannon noong 1929) sa konteksto ng patuloy na pagbabago ng mga sitwasyon sa buhay, i.e. - kapag nagbabago ang panloob at panlabas na kapaligiran. Nabanggit na sa itaas na ang regulasyon ng metabolismo sa huli ay bumababa sa pagbabago ng aktibidad ng mga enzyme. Kasabay nito, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa isang hierarchy ng metabolic regulation.