Основные особенности разных фаз метаболизма
| Катаболизм | Анаболизм |
| Распад Окисление Высвобождение энергии Получение низкомолекулярных соединений из высокомолекулярных | Синтез Восстановление Затраты энергии Образование высокомолекулярных соединений из низкомолекулярных |
Нормальная жизнедеятельность организма обеспечивается динамическим равновесием между разными фазами метаболизма (табл.1), что служит яркой иллюстрацией закона единства и борьбы противоположностей. Так как для синтеза различных структурно-функциональных компонентов клеток требуется энергия, которая выделяется только в процессе катаболизма, то изучение метаболизма начнем с рассмотрения стадий распада.
В процессе катаболических превращений выделяют три этапа (рис. 1).
I – Гидролитическая (пищеварительная).На этой стадии макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты, сложные углеводы, липиды) распадаются путем гидролиза на свои основные строительные блоки: полипептиды до аминокислот, полисахариды до моносахаридов, нейтральные жиры до глицерола и высших жирных кислот и т.д.
Процесс может локализоваться вне (распад пищевых крупных мицелл в ЖКТ), а также протекать внутри клеток, если гидролизуются подобные структуры эндогенного происхождения. Для этой стадии практически не характерны экзэргонические (с выделением энергии) реакции: доля высвободившейся в них энергии не превышает 0,6% от всей заложенной в веществах.
Рис. 1. Схема стадий катаболизма
II – Специфический распад- продукты первой стадии с помощью специфических ферментов распадаются до ПВК и ацетил-КоА. Основная цель этапа - привести к общему знаменателю как можно больше субстратов, обеспечив тем самым при минимуме различных энзимов максимум эффективности процесса: гексозы, пентозы, глицерин, гликогенные аминокислоты расщепляются до пирувата; для высших жирных кислот и кетогенных аминокислот эта стадия завершается образованием ацетил-КоА и некоторых других соединений (2-оксоглутарата, сукцината, оксалоацетата – метаболитов цикла трикарбоновых кислот). Часть реакций является экзоэргоническими, при их течении высвобождается до трети заложенной в веществах энергии.
III – Неспецифический распад представляет окончательное разрушение всех немногочисленных по химической природе продуктов II стадии до СО2, Н2О. Этот этап включает следующие неспецифические процессы:
- окислительное декарбоксилирование пирувата;
- цикл трикарбоновых кислот;
- сопряженные с ними биологическое окисление и окислительное фосфорилирование.
Заключительная стадия катаболизма служит основным поставщиком энергии: в ходе реакций высвобождается до 2/3 от всей заложенной в соединениях энергии.
Рис. 2. Схема стадий анаболизма
Учитывая тесную взаимосвязь между фазами метаболизма логично предположить, что анаболизм тоже включает три стадии, отличающиеся тем, что они идут в противоположном направлении, причем обычно протекают в других компартментах клетки, и часть реакций в силу их энергозависимости проходит другим путем (рис. 2).
Чтобы не пришлось повторять рассмотрение конечного звена катаболизма для различных биополимеров и выяснить происхождение используемой в процессе жизнедеятельности энергии, этапы метаболизма мы начинаем с завершающей стадии – с изучения энергетического обмена.