Біологія. Довідник школяра та абітурієнта

Загальні закономірності обміну речовин

Обмін речовин в організмі людини та вищих тварин відбувається у кілька послідовних стадій:

надходження поживних речовин (білків, ліпідів, вуглеводів тощо), вітамінів, мінеральних сполук, води до організму в складі продуктів харчування;
перетворення поживних сполук (білків, полісахаридів, жирів) у травному каналі до простих сполук (амінокислот, моносахаридів, жирних кислот, гліцерину), що здатні всмоктуватися епітелієм слизової оболонки шлунка та кишківника;
транспортування простих сполук кров’ю та лімфою, надходження їх через мембрани судин до певних органів і тканин (печінки, м’язів, головного мозку, нирок, жирової тканини тощо);
внутрішньоклітинний метаболізм (проміжний обмін, або власне метаболізм у вузькому значенні);
виділення (екскреція) з організму через нирки, легені, шкіру, кишківник кінцевих продуктів обміну речовин (диоксиду карбону, амоніаку, сечовини, води, продуктів кон’югації деяких органічних молекул та продуктів їх окиснення).

Реакції внутрішньоклітинного метаболізму включають такі біохімічні перетворення:

а) розщеплення органічних молекул (глюкози, жирних кислот, амінокислот, гліцерину) до кінцевих продуктів проміжного обміну (карбон диоксиду, води, амоніаку) з вивільненням хімічної енергії та акумуляцією її у формі аденозинтрифосфатної кислоти (АТФ), інших макроергічних фосфатів або протонного потенціалу, що забезпечує енергетичні потреби основних процесів життєдіяльності. Сукупність процесів розщеплення молекул з вивільненням енергії отримала назву катаболізм;
б) синтез специфічних, генетично притаманних даному організмові біомолекул: білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів, біорегуляторів тощо, які необхідні для створення власних клітинних та надклітинних біоструктур. Ці процеси отримали назву анаболізм та потребують використання енергії у формі АТФ;
в) використання енергії (у формі АТФ або протонного потенціалу) для забезпечення м’язового скорочення, діяльності елементів цитоскелету, війок і джгутиків тощо, екзо- та ендоцитозу, генерації мембранного потенціалу, активного транспортування метаболітів і неорганічних іонів.

Процеси перетворення одних метаболітів (біомолекул) на інші, що каталізуються ферментами, складають метаболічні шляхи. Послідовності реакцій, з яких складаються метаболічні шляхи, можуть бути лінійними, розгалуженими та циклічними.

Лінійна послідовність біохімічних реакцій

Розгалужена послідовність біохімічних реакцій

Циклічний метаболічний шлях

Метаболічні шляхи поділяють на:

катаболічні, які становлять у сукупності реакції розщеплення (гідролізу, окиснення тощо) біоорганічних речовин, що надходять із зовнішнього середовища у складі їжі та біомолекул, які складають структуру клітин та тканин організму;
анаболічні, які становлять у сукупності реакції синтезу складних біоорганічних сполук, зокрема, біополімерів (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів) та забезпечують його функціонування (ліпідів, моносахаридів, амінокислот, нуклеотидів, вітамінів, коферментів, гормонів тощо);
амфіболічні, які містяться на «перехрестях» катаболізму й анаболізму; метаболіти, що складають амфіболічні шляхи, можуть перетворюватися як в катаболічних, так і в анаболічних процесах; прикладом може бути цикл трикарбонових кислот.

Обмін речовин в організмі безпосередньо пов’язаний з обміном енергії. Серед реакцій метаболізму розрізняють екзергонічні та ендергонічні реакції.

Екзергонічні реакції (процеси) супроводжуються вивільненням хімічної енергії, необхідної для функціонування живих організмів.

Найбільш важливими екзергонічними процесами в живих системах є окиснювальні реакції, які каталізуються окисно-відновними ферментами мембран мітохондрій. Енергія, яка вивільняється в реакціях окиснення, акумулюється здебільшого у формі макроергічних сполук.

Ендергонічні реакції (процеси) потребують витрат енергії; це ферментативні реакції синтезу та відновлення:

реакції синтезу забезпечують утворення нових хімічних зв’язків, ускладнення структури біомолекул (простих сполук та біополімерів); за джерело енергії в більшості реакцій синтезу правлять макроергічні зв’язки АТФ;
реакції відновлення забезпечують приєднання до біоорганічних сполук (здебільшого ненасичених зв’язків) атомів Гідрогену; в реакціях відновлення як донори використовуються молекули відновленого нікотинамідаденіндинуклеотидфосфату (НАДФ Н).

Головною макроергічною сполукою в живих організмах є молекула АТФ.

Зміст