Характерные черты и критерии метаболизма. Компартмелизация как способ организации живых систем.уровни и принципы организации метаболизма

Общие принципы организации обмена в-в. Обмен в-в или метаболизм- это совокупность биохимических реакций, осуществляемых в клетке. Он выполняет следующие специфические функции:

1)снабжение химической энергией, добываемой при расщеплении пищевых в-в

2) превращение молекул пищевых в-в в строительные блоки, которые используются клетками для построения собственных макромолекул.

3)сборка белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов и др. питательных компонентов из этих строительных блоков.

4)синтез и разрушение биомолекул, которые необходимы для выполнения специфических функций в клетке.

Характерные черты метаболизма:

1)принцип минимум: поток энергии и веществ в клетке является минимальным возможным в данных условиях

2)гибкость и управляемость: быстрое перераспределение потока в-ва и энергии при изменении условий окружающей среды

3)направленность и энергетическая стабильность: метаболизм направлен на поддержание уровня организации живой системы. Его энергетическая стабильность достигается сопряжением процессов распада и синтеза по носителям энергии и хим.в-вам

4)последовательность: все реакции обмена в-в осуществляются в определенном порядке и в соответствии со стехиометрией

5) универсальность: большинство реакций обмена в-в одинаковы во все живых системах

Метаболизм состоит из 3 основных категорий: катаболизм(распад), анаболизм(биосинтез), анфиболизм(общая часть).

Катаболизм- совокупность процессов, в которых поступившие в клетку субстраты расщепляются до более простых продуктов. В клетке иногда не происходит расщепления субстратов до элементарной неорганики (СО2 и Н2О). субстраты до более простых в-в вследствие чего запасается энергия, используемая затем на нужды клетки, в том числе в реакциях биосинтеза. В катаболизме пути сходятся: из широкого набора субстратов образуется ограниченный набор конечных продуктов.

Анаболизм- это фаза обмена в-в, в которую из образовавшегося при катаболизме набора конечных продуктов клетка синтезирует большое количество необходимых ей в-в. Пути в анаболизме расходятся.

Анфиболизм-включает конечные этапы катаболизма и начальные этапы анаболизма. Он выполняет 2 функции: а)коллекторная- собирает конечные продукты катаболизма в определенных метаболитических путях (главный- цикл трикарбоновых к-т); б)перераспределяет их по анаболитическим путям в зависимости от потребностей клетки

Принципы организации обмена в-в.

1)весь обмен в-в разделен на метаболические блоки реакций, которые могут быть организованы по линейному или циклическому принципу. Биохимические блоки связаны между собой метаболитами, т.е. продукт деятельности одного блока является субстратом для другого.

2)метаболиты к которым сходятся несколько блоков, называются ключевыми. Их концентрация жестко поддерживается в клетке за счет баланса скорости образования и распада.

3)регуляция скорости реакций в метаболитическом блоке осуществляется 2 способами: а)по механизму отрицательной обратной связи: конечный продукт блока при его избытке может быть неконкурентным ингибитором фермента, катализируемого первую реакцию; б) благодаря концентрации «узких мест». В любой цепи реакций имеется наиболее медленная, являющаяся «узким местом». Модулируя активность фермента, который ее катализирует, можно изменять скорость блока в целом.

4) все клетки организованы по принципу компартментализации. Компартмент- это часть клетки, отделяющаяся от остальных мембраной. В каждом компартменте осуществляется свой набор метаболитических блоков и для него созданы оптимальные условия(температура, рН, концентрация в-в). Энергетическая и материальная сопряженность, работа компартментов осуществляется через цитоплазму.на уровне организма компартментом можно считать органы и ткани, сопряженность осуществляется через жидкости тела, главным образом через кровь.

5)большинство субстратов в клетке являются инертными, т.е. нереакционно способными. Поэтому всегда первым этапом их расщепления будет активация, которая осуществляется главным образом при помощи АТФ и ацетил кофермента А.

6)для активации субстратов и обеспечения нормальной деятельности клетки некоторое количество носителей энергии и ключевых метаболитов, сосоедоточено в ней в виде пулов. Пул- оперативный запас, находящийся в области цитоплазмы не отделенной мембраной от остальной части клетки. В нем молекулы в-ва расположены друг относительно друга симметрично. В-ва в пуле находятся в динамическом равновесии, число молекул взятых из пула должно соответствовать числу возвращенных.

7)регуляция обмена в-в в клетке осущ. В глобальном смысле при помощи концентрации «узких мест», что существенно уменьшает количество точек контроля.Кроме того осущ. Ингибирование и активация различных ферментов. для регуляции клетка получает информацию о состоянии внещней и внутренней среды при помощи след.информационных каналов: а)рецепторы; б)градиенты(концинтрационный,ионный,температурный) в)молекула ДНК. Во времени обмен в-в регулируется при помощи ДНК, а также при помощи некоторых молекул служащих пейсмекерами.

8)регуляция обмена в-в на уровне организма осущ.при помощи нервной системы и гормонального каскада, деятельности которых связаны друг с другом.