Метаболизм как интегрированная система метаболических путей. Уровни взаимосвязи. Система центральных метаболических путей, ее биологическая роль.

В реальных клетках, органах и тканях все процессы интегрированы в единую систему, в которой нарушение работы одного из метаболических путей неизбежно сопровождается в качестве компенсаторной реакции перестройкой работы всей системы.

Можно выделить несколько уровней взаимосвязей обменных процессов: информационный, структурный, энергетический, уровень восстановительных эквивалентов или же уровень потока метаболитов

.Информационный уровень взаимосвязи

Говоря об информационном уровне взаимосвязи, имеют в виду, что в геноме клеток заложена информация о структуре, а следовательно, и о функциональной активности различных белков, принимающих участие в структурной и динамической организации живых систем.Принципиальная важность эффективного и правильного функционирования этого уровня взаимосвязи наглядно демонстрируется нарушениями метаболизма при том или ином генетическом дефекте возникает или то или иное наследственное заболевание, или врожденная предрасположенность к той или иной патологии. Структурный уровень взаимосвязи

Нормальное существование живых объектов, возможно лишь при определенном уровне их структурной организации. Интегрирующие функции присущи различным элементам клеточной структуры. Например мембраны выполняют разделительную функцию. Однако, всегда следует иметь ввиду, что мембранному аппарату клеток принадлежит важная роль в интеграции метаболизма, поскольку именно мембраны за счет контролируемой клеткой их избирательной проницаемости направляют поток веществ из одного компартмента в другой, связывая тем самым метаболические процессы, протекающие в разных отделах клетки. Более того, за счет изменения проницаемости мембран одно и тоже соединение может использоваться по разным направлениям, в зависимости от того, в каком компартменте клетки оно окажется

Энергетический уровень взаимосвязи и уровень восстановительных эквивалентов

Важная роль в интеграции клеточного метаболизма принадлежит соединениям с высоким термодинамическим потенциалом переноса атомов или атомных группировок. К ним, во-первых, относятся соединениям называемым макроэргами (АТФ, ГТФ, креатинфосфат и др.), во-вторых, восстановленные формы коферментов НАД, НАДФ, тиоредоксин, адренодоксин и др.

Функционирование первой группы соединений связано с накоплением и переносом свободной энергии из цепей реакций, где она выделяется, в цепи реакций, где она используется. За счет этого переноса свободной энергии параллельно или последовательно идущие цепи реакции оказываются тесно связанными друг с другом. Соединения второй группы выступают в клетках в качестве переносчиков восстановительных эквивалентов, связывая в единое целое как последовательно, так и параллельно идущие метаболические процессы.

за счет наличия общих метаболитов и может осуществляться переключение потока вещества из одного метаболического пути в другой. Поскольку, с одной стороны, одно и то же соединение может быть узловым метаболитом для нескольких метаболических путей, а с другой стороны, в один и тот же метаболический путь может быть включено несколько узловых соединений, в клетках и в организме в целом создаются условия для формирования единой сети метаболических процессов

Если сопоставить все схемы взаимных превращений соединений различных классов, то становится достаточно очевидным, что в основе этих взаимных превращений лежит довольно узкий круг реакций, обеспечивающий переход углевод в липиды, аминокислот в углеводы и т.д. В этих реакциях преимущественно участвуют соединения, которые мы ранее назвали узловыми метаболитами или узловыми пунктами метаболизма. Набор этих реакций или система взаимных превращений узловых метаболитов известна под названием центральных метаболических путей. В систему центральных метаболических путей входят: превращение фосфотриоз в пируват, переход пирувата в оксалоацетат, окислительное декарбоксилирование пирувата в ацетилКоА, цикл трикарбоновых кислот Кребса, превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват, а также три реакции связывания аммиака с образованием аланина, аспартата и глутамата, из которых лишь реакция образования глутамата играет существенную роль в клетках млекопитающих.

Эта группа метаболических путей составляет как бы стержень или остов метаболизма, на который надстраиваются все остальные обменные процессы. Наличие центральных метаболических путей в совокупности с конвергентным принципом организации катаболических процессов обеспечивает легкость перехода организма с одного типа питания на другой, увеличивая тем самым адаптационные возможности организма к изменяющимся условиям существования.

.

61. Ацетил-КоА как один из ключевых метаболитов клетки. Пути его образования и использования.

Ацетил-КоА, образующийся в процессе обмена углеводов, жиров и ряда аминокислот, служит пусковым субстратом как для синтеза жирных кислот, так и для ЦТК. Для окисления ацетил-КоА в этом цикле требуется оксалоацетат, который является вторым ключевым субстратом в ЦТК. Оксалоацетат может синтезироваться из пировиноградной кислоты и углекислого газа благодаря реакции карбоксилирования или образовываться из аспарагиновой кислоты путем трансаминирования. Две молекулы ацетил-коА конденсируясь образовывают ацетоуксусную кислоту, которая является источником бля кетоновых тел.

Эти же реакции конденсирования двух молекул ацетил-коА составляют начальные этапы синтеза холестерина, в свою очередь являющимся предшественником гормонов стероидной природы. Витамина Д3 и желчных кислот.