Общее понятие об обмене веществ. Катаболизм и анаболизм. Основные этапы. Значение АТФ и других макроэргических соединений в обеспечении энергией процессов жизнедеятельности. Способы образования АТФ в организме.

• Обмен веществ (метаболизм) = катаболизм + анаболизм.
• Катаболизм: расщепление сложных молекул до простых (СО₂, Н₂О, NH₃) с выделением энергии, запасаемой в АТФ и НАДН/ФАДН₂.
• Этапы катаболизма: 1) подготовительный (макромолекулы → мономеры); 2) внутриклеточный (мономеры → ацетил-КоА, пируват); 3) ЦТК и окислительное фосфорилирование (полное окисление до СО₂ и Н₂О, синтез АТФ).
• Анаболизм: биосинтез сложных молекул из простых предшественников, требует энергии АТФ и восстановителя НАДФН.
• АТФ — универсальный переносчик энергии; гидролиз АТФ → АДФ + Фн (ΔG°' = -30,5 кДж/моль).
• Другие макроэрги: ГТФ, УТФ, ЦТФ, креатинфосфат, 1,3-бисфосфоглицерат, фосфоенолпируват.
• Способы образования АТФ: 1) субстратное фосфорилирование (гликолиз, ЦТК); 2) окислительное фосфорилирование (дыхательная цепь митохондрий, 36-38 АТФ на глюкозу).

Общее понятие об обмене веществ. Катаболизм и анаболизм. Основные этапы. Значение АТФ и других макроэргических соединений в обеспечении энергией процессов жизнедеятельности. Способы образования АТФ в организме.

Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность химических реакций, протекающих в организме и обеспечивающих его жизнедеятельность. Метаболизм включает два противоположных, но взаимосвязанных процесса: катаболизм и анаболизм.

Катаболизм — это процесс расщепления сложных органических молекул (белков, жиров, углеводов) до более простых веществ (СО₂, Н₂О, аммиак, мочевина). Катаболические реакции сопровождаются выделением энергии, которая запасается в виде АТФ и других макроэргических соединений. Основные этапы катаболизма:

1. Подготовительный этап: расщепление макромолекул до мономеров (белки → аминокислоты, полисахариды → моносахариды, липиды → жирные кислоты и глицерин) в желудочно-кишечном тракте и внутри клеток. Энергия выделяется в виде тепла.
2. Внутриклеточный этап: окисление мономеров до ацетил-КоА, пирувата и других промежуточных метаболитов. Часть энергии запасается в виде АТФ (субстратное фосфорилирование), часть — в виде восстановленных коферментов (НАДН, ФАДН₂).
3. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) и окислительное фосфорилирование: полное окисление ацетил-КоА до СО₂ и Н₂О. Основное количество АТФ образуется в процессе окислительного фосфорилирования в дыхательной цепи митохондрий.

Анаболизм — это биосинтез сложных молекул (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов) из простых предшественников. Анаболические реакции требуют затрат энергии, которая поставляется в виде АТФ. Кроме того, для восстановительных синтезов (например, синтеза жирных кислот, холестерола) необходим НАДФН, который образуется в пентозофосфатном пути окисления глюкозы и в реакциях окисления оксалоацетата. В реакциях анаболизма НАДФН передает атомы водорода и окисляется до НАДФ⁺, формируя НАДФ⁺-НАДФН-цикл.

Значение АТФ и других макроэргических соединений: АТФ является универсальным переносчиком энергии в клетке. Энергия, выделяемая при гидролизе АТФ до АДФ и неорганического фосфата (ΔG°' = -30,5 кДж/моль), используется для:

• мышечного сокращения;
• активного транспорта веществ через мембраны;
• биосинтеза макромолекул;
• передачи нервных импульсов;
• поддержания температуры тела.

Другие макроэргические соединения: ГТФ (участвует в синтезе белка и ЦТК), УТФ (синтез гликогена), ЦТФ (синтез липидов), креатинфосфат (резерв энергии в мышцах), 1,3-бисфосфоглицерат и фосфоенолпируват (промежуточные метаболиты гликолиза).

Способы образования АТФ в организме:

1. Субстратное фосфорилирование: синтез АТФ за счет энергии макроэргических соединений, образующихся в реакциях катаболизма (например, в гликолизе: 1,3-бисфосфоглицерат → 3-фосфоглицерат + АТФ; фосфоенолпируват → пируват + АТФ). Происходит в цитозоле и митохондриях (в ЦТК: сукцинил-КоА → сукцинат + ГТФ, который затем превращается в АТФ).
2. Окислительное фосфорилирование: основной способ образования АТФ, связанный с переносом электронов по дыхательной цепи митохондрий. Энергия, выделяемая при окислении НАДН и ФАДН₂, используется для создания протонного градиента, который затем используется АТФ-синтазой для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Этот процесс требует кислорода и является наиболее эффективным (36-38 молекул АТФ на одну молекулу глюкозы).
3. Фотосинтетическое фосфорилирование (у растений): синтез АТФ за счет энергии света, в организме человека не происходит.