Стадії катаболізму біомолекул

До основних «паливних» молекул нашого організму належать вуглеводи, ліпіди та білки. При катаболізмі цих сполук виділяється енергія, що використовується у всіх процесах, необхідних для нормального функціонування організму. Вивільнення цієї енергії відбувається поступово в декілька стадій.

Головними постачальниками енергії є вуглеводи, оскільки процес їх окиснення має найбільшу швидкість порівняно з іншими «паливними» молекулами. Друге місце займають ліпіди, які містять значно більшу кількість енергії, ніж вуглеводи, але вивільнення цієї енергії можливо лише при наяв-ності в клітині активованих процесів катаболізму, вуглево-дів у тому числі. У зв’язку з цим існує такий вислів: «ліпіди згорають у полум’ї вуглеводів». Саме тому швидкість катаболізму ліпідів менша. Білки підключаються до процесів продукції енергії в останню чергу і стають активними постачальниками енергії в разі дефіциту вуглеводів та ліпідів. Використання значної кількості білків (більш ніж 20%) для енергопродукції може призвести до розвитку патологічних станів.

Вивільнення енергії вуглеводів, ліпідів і білків відбува-ється при їх катаболізмі, в якому виділяють три стадії (за умов наявності кисню). Стадії аеробного катаболізму білків, вуглеводів та ліпідів схематично зображені на рис. 2.

Перша стадія

Катаболізм біомолекул починається з того, що відбувається розщеплення більш складних молекул до простих їх складових:

- білків – до амінокислот,

- вуглеводів (полісахаридів) – до моносахаридів,

- ліпідів (триацилгліцеролів)– до гліцеролу та жирних кислот.

Реакції цієї стадії відбуваються в цитозолі клітин і не супроводжуються виділенням енергії.

Друга стадія

Далі структурні компоненти біополімерів, що утворилися на першій стадії (амінокислоти, моносахариди, жирні кислоти, гліцерил), поступово розщеплюються до спільного ключового метаболіту для всіх видів обміну – ацетил-КоА (активна форма оцтової кислоти).

Реакції другої стадії до утворення піровиноградної кислоти (ПВК, або піруват) відбуваються в цитозолі, переворення пірувату в ацетил-КоА – у мітохондріях.

До процесів катаболізму цієї стадії належать:

- для моносахаридів (основним є глюкоза) – це реакції гліколізу до пірувату і далі до ацетил-КоА;

 

- для амінокислот – це реакції дезамінування, які для деяких з них супроводжуються утворенням пірувату, а потім ацетил-КоА; для інших – одразу утворюється ацетил-КоА;

- для жирних кислот – реакції β-окиснення, кінцевим продуктом яких є ацетил-КоА;

- для гліцеролу – реакції розщеплення з утворенням пірувату й ацетил-КоА.

 

Рисунок 2 - Стадії катаболізму білків, вуглеводів, ліпідів.

 

Друга стадія супроводжується виділенням енергії, кіль-кість якої значно поступається кількості енергії третьої стадії.

Третя стадія

На цій стадії відбувається окиснення ацетил-КоА до кінцевих продуктів Н₂О та СО₂, що супроводжується генерацією значної кількості енергії (70-80% енергії).

Третя стадія відбувається в мітохондріях і складається з таких процесів, як ЦЛК (цикл лимонної кислоти) та функ-ціонування електронтранспортного мітохондріального ланцюга (дихальний ланцюг мітохондрій), робота якого пов’язана з окисним фосфорилюванням – основним процесом синтезу АТФ у клітинах.

 

Перша та друга стадії належать до специфічних шляхів катаболізму – розпад паливних молекул до ацети-КоА відбувається власними шляхами, які для білків, вуглеводів та ліпідів не збігаються, тобто є специфічними. Третя стадія – загальні шляхи катаболізму, оскільки відбувається подальший розпад ацетильного залишку, - загального проміжного метабо-літу, до кінцевих продуктів. Тобто загальні шляхи катаболізму – це ЦЛК та окисне фосфорилювання.