Что происходит в процессе катаболизма: Метаболизм клетки (биология, 10 класс)

Содержание

2. Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция)

В любой клетке главным источником энергии для всех протекающих в ней процессов служит универсальное энергетическое соединение — АТФ.

 

Рис. \(1\).Строение АТФ

 

АТФ образуется в результате присоединения к АДФ (аденозиндифосфату) одного остатка фосфорной кислоты. Этот процесс называется фосфорилированием:

 

АДФ + h4PO4+ 40 кДж = АТФ + h3O.


В молекуле АТФ есть две богатые энергией химические связи. Это связи между остатками фосфорной кислоты. Такие высокоэнергетические связи называют макроэргическими. При разрыве одной макроэргической связи АТФ превращается в АДФ и выделяется около \(40\) кДж/моль энергии.


Образование АТФ происходит в процессе энергетического обмена, или диссимиляции.

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — это реакции расщепления и окисления органических веществ, протекающие с выделением энергии, частично расходующейся на образование АТФ.

Энергетический обмен в клетках может быть двухэтапным или трёхэтапным.


В кислородсодержащей среде (у аэробных организмов) диссимиляция протекает в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. В результате образуются простые неорганические вещества.

 

Рис. \(2\). Этапы энергетического обмена

 

В бескислородной среде (у анаэробных организмов), а также при недостатке кислорода  у аэробных организмов, энергетический обмен протекает в два этапа: подготовительный и бескислородный. В этом случае количество запасённой энергии намного меньше, чем в присутствии кислорода.

Первый этап — подготовительный

На подготовительном этапе большие молекулы органических веществ распадаются до более простых: из полисахаридов образуются моносахариды, из жиров — смесь глицерина и жирных кислот, а из белков — смесь аминокислот.

Этот процесс происходит в лизосомах и в органах пищеварения под действием пищеварительных ферментов.

 

На подготовительном этапе АТФ не образуется, а небольшое количество выделяющейся энергии рассеивается.

Второй этап — бескислородный (гликолиз)

На втором этапе происходит расщепление продуктов подготовительного этапа под действием ферментов. Кислород при этом не используется.

Бескислородный этап расщепления глюкозы имеет название гликолиз. Этот процесс протекает в цитоплазме клеток.

 

При гликолизе происходит несколько реакций, в результате которых из молекулы глюкозы C6h22O6 образуется \(2\) молекулы пировиноградной кислоты (ПВК) C3h5O3, а также \(2\) молекулы АТФ. В них запасается около \(40\) % выделившейся энергии, остальные \(60\) % рассеиваются.

 

C6h22O6+2h4PO4+2АДФ=2C3h5O3+2АТФ +2h3O.


Образовавшаяся пировиноградная кислота в анаэробных условиях превращается в молочную кислоту C3H6O3:

 

HOOC−CO−Ch4→HOOC−CHOH−Ch4.

Такой процесс происходит в клетках животных, некоторых грибов и бактерий. Молочная кислота может образоваться и в мышцах человека при длительных нагрузках и недостатке кислорода. Тогда мышцы начинают болеть.


В растительных клетках и клетках дрожжей из пировиноградной кислоты образуется этиловый спирт C2H5OH и углекислый газ CO2, т. к. происходит спиртовое брожение:

 

C6h22O6+2h4PO4+2АДФ=2C2H5OH+2CO2+2АТФ+2h3O.

Третий этап — кислородный

В кислородной среде после гликолиза протекает третий этап энергетического обмена — кислородный, или клеточное дыхание. Полное кислородное расщепление осуществляется на мембранах митохондрий.


Этот этап тоже является многостадийным. В нём выделяют два процесса — цикл Кребса и окислительное фосфорилирование.

Сущность третьего (кислородного) этап заключается в окислении ПВК до углекислого газа и воды При этом выделившаяся энергия запасается в \(36\) молекулах АТФ  (\(2\) — в цикле Кребса и \(34\) — при окислительном фосфорилировании).

Схема кислородного этапа:

 

2C3h5O3+6O2+36h4PO4+36АДФ=6CO2+42h3O+36АТФ.


Так как \(2\) молекулы АТФ образуются при гликолизе, то в сумме при полном окислении одной молекулы глюкозы образуется \(38\) молекул АТФ.


Суммарное уравнение энергетического обмена:

  

C6h22O6+6O2=6CO2+6h3O+38АТФ.

В реакциях энергетического обмена используется не только глюкоза, но и липиды, белки. Но главным источником энергии в большинстве клеток являются углеводы.

Источники:

Рис. 1. Строение АТФ. https://image.shutterstock.com/image-illustration/atp-energy-currency-cell-600w-1509423494

Рис. 2. Этапы энергетического обмена. © ЯКласс.

Основные закономерности метаболических процессов в организме человека. Часть 1.

Метаболизм – обмен веществ и энергии представляет собой по классическим определениям, с одной стороны, обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой, а, с другой стороны, совокупность процессов превращения веществ и трансформации энергии, происходящих непосредственно в самих живых организмах. Как известно, обмен веществ и энергии является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи. В обмене веществ, контролируемом многоуровневыми регуляторными системами, участвует множество ферментных каскадов, обеспечивающих совокупность химических реакций, упорядоченных во времени и пространстве. Данные биохимические реакции, детерминированные генетически, протекают последовательно в строго определенных участках клеток, что, в свою очередь обеспечивается принципом компартментации клетки. В конечном итоге в процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в собственные специфические вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из организма. В процессе любых биохимических трансформаций освобождается и поглощается энергия.

Клеточный метаболизм выполняет четыре основные специфические функции, а именно: извлечение энергии из окружающей среды и преобразование ее в энергию макроэргических (высокоэнергетических) химических соединений в количестве, достаточном для обеспечения всех энергетических потребностей клетки; образование из экзогенных веществ промежуточных соединений, являющихся предшественниками высокомолекулярных компонентов клетки; синтез из этих предшественников белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов; синтез и разрушение специальных биомолекул, образование и распад которых связаны с выполнением специфических функций данной клетки.

Поскольку первоначальные представления об обмене веществ возникли в связи с изучением процессов обмена между организмом и внешней средой и лишь впоследствии эти представления расширились до понимания путей трансформации веществ и энергии внутри организма, до настоящего времени принято выделять соответственно внешний, или общий, обмен веществ и внутренний или промежуточный, обмен веществ. В свою очередь как во внутреннем, так и во внешнем обмене веществ различают структурный (пластический) и энергетический обмен. Под структурным обменом понимают взаимные превращения различных высоко- и низкомолекулярных соединений в организме, а также их перенос (транспорт) внутри организма и между организмом и внешней средой. Под

энергетическим обменом понимают высвобождение энергии химических связей молекул, образующейся в ходе реакций и ее превращение в тепло (большая часть), а также использование энергии на синтез новых молекул, активный транспорт, мышечную работу (меньшая часть). В процессе обмена веществ часть конечных продуктов химических реакций выводится во внешнюю среду, другая часть используется организмом. В этом случае конечные продукты органического обмена накапливаются или расходуются в зависимости от условий существования организма, называясь запасными или резервными веществами.

Как указывалось выше совокупность химических превращений веществ, которые происходят непосредственно в организме, начиная с момента их поступления в кровь и до момента выделения конечных продуктов обмена из организма, называют промежуточным обменом (промежуточным метаболизмом). Промежуточный обмен может быть разделен на два процесса: катаболизм (диссимиляция) и анаболизм (ассимиляция). Катаболизмом называют ферментативное расщепление крупных органических молекул, осуществляемое у всех высших организмов, как правило, окислительным путем. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, заключенной в химических связях органических молекул, и резервированием ее в форме энергии фосфатных связей молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Анаболизм, напротив, представляет собой ферментативный синтез крупномолекулярных клеточных компонентов, таких, как полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, а также некоторых их биосинтетических предшественников из более простых соединений. Анаболические процессы происходят с потреблением энергии. Процессы катаболизма и анаболизма происходят в клетках одновременно, неразрывно связаны друг с другом и являются обязательными компонентами одного общего процесса — метаболизма, в котором превращения веществ теснейшим образом переплетены с превращениями энергии. Катаболические и анаболические реакции различаются, как правило, локализацией в клетке. Например, окисление жирных кислот до углекислого газа и воды осуществляется с помощью набора митохондриальных ферментов, тогда как синтез жирных кислот катализирует другая система ферментов, находящихся в цитозоле. Именно благодаря разной локализации катаболические и анаболические процессы в клетке могут протекать одновременно. При этом все превращения органических веществ, процессы синтеза и распада взаимосвязаны, координированы и регулируются нейрогормональными механизмами, придающими химическим процессам нужное направление. В организме человека не существует самостоятельного обмена белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Все превращения объединены в целостный процесс метаболизма, допускающий также взаимопревращения между отдельными классами органических веществ. Подобные взаимопревращения диктуются физиологическими потребностями организма, а также целесообразностью замены одних классов органических веществ другими в условиях блокирования какого-либо процесса при патологии.

Согласно современным представлениям расщепление основных пищевых веществ в клетке представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций, составляющих три главные стадии катаболизма. На первой стадии полимерные органические молекулы распадаются на составляющие их специфические структурные блоки — мономеры. Так, полисахариды расщепляются до гексоз или пентоз, белки — до аминокислот, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов и нуклеозидов, липиды — до жирных кислот и глицерина. Эти реакции протекают в основном гидролитическим путем и количество энергии, освобождающейся на этой стадии, не превышает 1% от всей выделяемой в ходе катаболизма энергии, и почти целиком используется организмом в качестве тепла.

На второй стадии катаболизма продуктами химических реакций становятся еще более простые молекулы, унифицированные для углеводного, белкового и липидного обмена. по своему типу (гликолиз, катаболизм аминокислот, β-окисление жирных кислот соответственно). Принципиальным является то, что на второй стадии катаболизма образуются продукты, которые являются общими для обмена исходно разных групп веществ. Эти продукты представляют собой ключевые химические соединения, соединяющие разные пути метаболизма. К таким соединениям относятся, например, пируват (пировиноградная кислота), образующийся при распаде углеводов, липидов и многих аминокислот, ацетил-КоА, объединяющий катаболизм жирных кислот, углеводов и аминокислот, a-кетоглутаровая кислота, оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота), фумарат (фумаровая кислота) и сукцинат (янтарная кислота), образующиеся при трансформации аминокислот. Продукты, полученные на второй стадии катаболизма, вступают в третью стадию, которая известна как цикл трикарбоновых кислот (терминальное окисление, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса). На третьем этапе ацетил-КоА и некоторые другие метаболиты, например α-кетоглутарат, оксалоацетат, подвергаются окислению в цикле ди- и трикарбоновых кислот Кребса. Окисление сопровождается образованием восстановленных форм НАДН + Н+ и ФАДН2. Именно в ходе второй и третьей стадий катаболизма освобождается и аккумулируется в виде АТФ практически вся энергия химических связей подвергнутых диссимиляции веществ. При этом осуществляется перенос электронов от восстановленных нуклеотидов на кислород через дыхательную цепь, сопровождающийся образованием конечного продукта – молекулы воды. Транспорт электронов в дыхательной цепи сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования.

Главным катаболическим процессом в обмене веществ принято считать биологическое окисление — совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых клетках, — а именно дыхание и окислительное фосфорилирование. Интегральной характеристикой биологического окисления служит так называемый дыхательный коэффициент (RQ), который представляет собой отношение объема выделенного организмом углекислого газа к объему одновременно поглощенного кислорода. При окислении углеводов объем расходуемого кислорода соответствует объему образующегося углекислого газа и поэтому дыхательный коэффициент в этих случаях равен единице. При окислении жиров и белков такое соответствие отсутствует, поскольку кроме окисления углерода до углекислого газа часть кислорода расходуется на окисление водорода с образованием воды. Вследствие этого величины дыхательного коэффициента в случае окисления жиров и белков составляют соответственно около 0, 7 и 0, 8. Подавляющая часть белкового азота при окислении белка в организме переходит в мочевину. Поэтому по дыхательному коэффициенту и данным о количестве выделяемой мочевины можно определять соотношение участвующих в биологическом окислении углеводов, жиров и белков.

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется не только на поддержание температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма. Тем не менее, только часть получаемой при окислении белков, жиров и углеводов энергии используется для синтеза АТФ, другая, значительно большая, превращается в теплоту. Так, при окислении углеводов 22, 7% энергии химических связей глюкозы в процессе окисления используется на синтез АТФ, а 77, 3% в виде тепла рассеивается в тканях. Аккумулированная в АТФ энергия используемая в дальнейшем для механической работы, химических, транспортных, электрических процессов в конечном счете тоже превращается в теплоту. Следовательно, количество тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии химических связей, подвергшихся биологическому окислению. Поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла — калориях или джоулях.

Общий баланс энергии организма определяют на основании калорийности вводимых пищевых веществ и количества выделенного тепла, которое может быть измерено или рассчитано. При этом надо учитывать, что величина калорийности, получаемая при лабораторной калориметрии, может отличаться от величины физиологической калорической ценности, поскольку некоторые вещества в организме не сгорают полностью, а образуют конечные продукты обмена, способные к дальнейшему окислению. В первую очередь это относится к белкам, азот которых выделяется из организма главным образом в виде мочевины, сохраняющей некоторый потенциальный запас калорий. Очевидно, что калорическая ценность, дыхательный коэффициент и величина теплообразования для разных веществ различны. Физиологическая калорическая ценность (в ккал/г) составляет для углеводов — 4, 1; липидов — 9, 3; белков — 4, 1; величина теплообразования (в ккал на 1 литр потребленного кислорода) для углеводов составляет 5, 05; липидов — 4, 69; белков — 4, 49.

Процесс анаболизма по аналогии с катаболическими процессами также проходит три стадии. При этом исходными веществами для анаболических процессов служат продукты второй стадии и промежуточные соединения третьей стадии катаболизма. Таким образом вторая и третья стадии катаболизма являются в то же время первой, исходной стадией анаболизма и химические реакции, протекающие в данном месте и в данное время, выполняют по сути двойную функцию. С одной стороны, они являются основой завершающего этапа катаболизма, а с другой — служат инициацией для анаболических процессов, поставляя вещества-предшественники для последующих стадий ассимиляции. Подобным образом, например, начинается синтез белка. Исходными реакциями этого процесса можно считать образование некоторых a-кетокислот. На следующей, второй стадии в ходе реакций аминирования или трансаминирования эти кетокислоты превращаются в аминокислоты, которые на третьей стадии анаболизма объединяются в полипептидные цепи. В результате ряда последовательных реакций происходит также синтез нуклеиновых кислот, липидов и полисахаридов. Тем не менее следует подчеркнуть, что пути анаболизма не являются простым обращением процессов катаболизма. Это связано прежде всего с энергетическими особенностями химических реакций. Некоторые реакции катаболизма практически необратимы, поскольку их протеканию в обратном направлении препятствуют непреодолимые энергетические барьеры. Поэтому в ходе эволюции были выработаны другие, специфические для анаболизма реакции, где синтез олиго- и полимерных соединений сопряжен с затратой энергии макроэргических соединений, прежде всего – АТФ.

Статья добавлена 31 мая 2016 г.

Катаболизм

Катаболизм


Катаболизм (от греч. katabole — сбрасывание, разрушение), совокупность химических процессов, составляющих противоположную анаболизму сторону обмена веществ.Катаболизм это первый враг спортсмена на пути сохранения приобретенных путем силовых тренировок мышц. В результате катаболизма происходит разрушение мышечной ткани: белки распадаются на исходные аминокислоты, которые частично идут на биосинтез, а частично просто выводятся из организма. Такие гормоны, как кортизол, глюкагон и адреналин сдвигают баланс обмена веществ в сторону преобладания катаболизма, и в том числе распада мышечной ткани. Стрессы, ограничительные диеты, чрезмерные нагрузки и недосыпания создают неблагоприятный гормональный фон, что негативно сказывается на состоянии мышечной ткани. На мышечную массу влияют два различных фактора: скорость анаболизма, увеличивающего мышцу, и скорость катаболизма, уменьшающего её. Два этих процесса происходят постоянно в мышцах. Если скорость анаболизма выше скорости катаболизма, то вы наращиваете массу. Если скорость катаболизма выше, вы теряете мышечную массу. По окончании тренировки повышенный фон кортизола так и остается на высоком уровне, продолжая во время отдыха «сжигать» ткани нашего организма, особенно мышцы, превращая аминокислоты мышечной ткани в глюкозу, хотя в это время нам нужно совсем другое, нам нужно восстанавливать потраченные во время тренировки ресурсы и восстанавливать, добиваясь прогресса в увеличении выносливости, мышечной массы и силы.Чем сильнее тренировочный стресс, тем больше мы расходуем энергии в единицу времени, тем ниже уровень глюкозы в крови и тем сильнее сигнал о необходимости секретировать как можно большее количество кортизола, что бы этот уровень глюкозы повысить, превратив аминокислоты мышечной ткани (преимущественно ВСАА, глютамин) в глюкозу. Этот процесс называется глюконеогенез – образование глюкозы из не углеводных источников.Но катаболизм возникает не только после тренировки. Утро — вот настоящий ужас для спортсмена. Как только мы просыпаемся организму в огромных количествах нужны аминокислоты и глюкоза. И именно с этой повышенной секрецией кортизола нам и следует бороться принимая Протеин, либо аминокислотные комплексы, либо BCAA они отлично восполнят запас аминокислот в организме. Можно ещё во время тренеровки добавлять глюкозу (чем ниже уровень глюкозы в крови и тем сильнее сигнал о необходимости секретировать как можно большее количество кортизола) в аминокислоты или ВСАА, в этом случае происходит выброс инсулина, который так же является антикатаболиком. Не следует добавлять глюкозу если вы находитесь на сбросе жира так как инсулин остановит движение жирных кислот на переработку в энергию, тут следует увеличить дозировку аминокислот,ВСАА что бы катаболизм не добрался до ваших мышц, по этой причине как ни странно бы это звучало белка нам нужно больше на сбросе жира, а не на наборе массы.

Пищеварение и обмен веществ | Tervisliku toitumise informatsioon

Съеденная пища должна перевариться, чтобы содержащиеся в ней питательные вещества всосались в кровь. Пищеварение осуществляет пищеварительная система человека, или пищеварительный аппарат. Пищеварительный аппарат состоит из ротовой полости, глотки, пищевода, желудка, тонкой кишки (в т.ч. двенадцатиперстной кишки, тощей кишки, подвздошной кишки) и толстой кишки. Также пищеварению способствуют поджелудочная железа (панкреас) и печень.

Желудочно-кишечный тракт, или пищеварительный канал,  – трубчатый. Для обеспечения достаточно быстрой скорости всасывания всасывающая поверхность имеет разветвленную структуру. Особенно разветвленной является тонкая кишка. Между разветвлениями имеются пищеварительные железы, которые направляют пищеварительные соки в желудочно-кишечный тракт. 

Внутренняя поверхность желудочно-кишечного тракта покрыта слизью, особенно много слизи в районе желудка и ниже.

Наличие слизи необходимо по трем причинам:
  • защищает от вредных факторов
  • способствует продвижению перевариваемой массы
  • в области кишечника в слизи содержится целый ряд исключительно необходимых пищеварительных ферментов и большая часть полезных микроорганизмов

Поскольку пищеварение и всасывание питательных веществ – это взаимосвязанные процессы, в клетках слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта очень хорошее кровоснабжение. В желудочно-кишечном тракте перевариваемая масса движется дальше при помощи ритмичных сокращений слизистой оболочки желудка и кишечника, этот процесс и называется перистальтикой.

Обмен веществ, или метаболизм, – это совокупность всех (ферментных) реакций, которые происходят в клетке.

Обмен веществ является основой жизнедеятельности организма. Обмен веществ в организме человека – это крайне сложный процесс, в котором принимает участие около 30000 белков, 4000 из которых являются ферментами. Условно обмен веществ можно разделить на катаболизм и анаболизм (процессы расщепления и синтеза). 

Основные функции обмена веществ:
  • расщепление питательных веществ, их всасывание (переваривание) и использование,
  • посредством синтеза биомолекул тела, которые являются строительным материалом,
  • для производства энергии,
  • вывод из организма конечных продуктов обмена веществ, обезвреживание и вывод из организма чужеродных соединений.

Основные процессы обмена веществ одинаковы у всех людей! Поскольку скорость работы (активность) различных ферментов у разных людей не всегда абсолютно одинакова, скорость обмена веществ также может различаться.

Страницы о пищеварении и обмене веществ были подготовлены совместно с Михкелем Зильмером, профессором медицинской биохимии Тартуского университета.

этапы и процессы, как избежать распада мышц в бодибилдинге

Один из злейших врагов бодибилдера – катаболизм, который препятствует главной цели спортсмена: увеличение мышечной массы, то есть анаболизму. Катаболизм является естественным процессом и, в некоторых случаях, защищает организм, добывая энергию во время стрессовых ситуаций. Но при строительстве тела его необходимо избегать, иначе можно получить даже обратный результат. Поэтому начинающим спортсменам важно знать, как избежать разрушительных процессов и что их провоцирует.

Что такое катаболизм

Катаболизм – это процесс разрушения сложных молекул, необходимый для высвобождения энергии, заключенной в их структуре.

Что происходит в процессе катаболизма?

Этот процесс во многом организму необходим, например, разрушение сложных углеводов до моносахаридов или белков до аминокислот – естественный процесс расщепления питательных веществ, кстати, который необходим и для дальнейшего анаболизма.

А вот процесс разрушения мышечных белков, в момент голода, стресса, необходимый для поддержания энергии в организме, является противоположным набору массы результатом. Вместо роста мышц — их разрушение. А происходит это по причинам влияния гормонов стресса: кортизола и адреналина. К примеру, при длительном голодании или после ночного сна вырабатывается кортизол, под влиянием которого начинается процесс разрушения.

Этапы катаболизма

Первый этап катаболизма – подготовительный

Здесь происходит расщепление молекул до их составляющих в безкислородной среде:

  • из белков получаются аминокислоты;
  • из сложных углеводов – моносахариды;
  • из жиров – спирты и жирные кислоты.

Этот процесс происходит в органах ЖКТ или, как в случае с разрушением мышечной ткани, в клетках организма, но еще пока без высвобождения энергии.

Второй этап – универсализации

После распада на составляющие соединения, молекулы продолжают метаболизироваться так же в безкислородной среде, образовываясь в такие вещества, как: пировиноградная кислота, ацетоуксусная и другие кетокислоты, ацетилкоэнзим А и сукцинилкоэнзим А. При этом только частично высвобождая энергию (аденозинтрифосфат).

Третий этап – полный распад

Это заключительный процесс, происходящий в митохондриях при участии кислорода. В итоге, получившиеся на предыдущем этапе метаболиты окисляются до Н2О и CO2 с полным высвобождением энергии (АТФ).

Как избежать катаболизма мышц при тренировках

  • В первую очередь, самым ярым врагом мышц является утреннее голодание. В этот момент концентрация кортизола находится на пике. Ночью истощаются запасы гликогена, и для того, чтобы их подпитать организм возьмет энергию из мышечного белка. Соответственно, перед сном так же необходимо получить питательные вещества, которые постепенно будут расщепляться, предупреждая катаболизм.
  • Утром необходимо сразу принимать пищу, а лучше – аминокислоты из спортивного питания: полного цикла и ВСАА. Они быстрее расщепляются – до 30 минут, в то время как завтрак будет усваиваться в разы дольше. Еще одним способом устранения распада мышечного белка является прием протеинового коктейля или гейнера, который помимо белка содержит быстроусваиваемые углеводы. Естественно полноценный прием пищи отменять нельзя. Пренебрегая сложными углеводами и жирами невозможно ни сохранить, ни создать новые мышцы. Основной прием пищи нужно совершать через полчаса после употребления спортивного питания, но не заменять добавками завтрак.
  • Предупредить разрушительные процессы можно только полноценным и частым питанием. То есть нельзя дожидаться голода, каждый прием примерно через три часа. Помимо этого, количество питательных веществ и их соотношение должно быть урегулировано. Предотвратить катаболические процессы можно при условии, если ежедневно в организм поступает как минимум 1-2 грамма белка на каждый килограмм веса, а для роста массы до трех грамм.
  • Углеводы играют непосредственную роль в борьбе с разрушением мышц, именно энергия из углеводов препятствует распаду мышечной ткани для получения недостающей энергии. Углеводы должны поступать в количестве 3-4 грамм на каждый килограмм. Жиры тоже являются источниками энергии, тем более по сравнению с другими веществами, 1 г жира содержит целых 9 килокалорий. Если придерживаться правильного соотношения, мышечный катаболизм от недоедания не грозит.

Что касается самого тренинга, он так же может стать причиной разрушения мышц из-за высокой интенсивности или длительности, истощения питательных веществ и сил.

Предупредить распад мышц во время нагрузки можно несколькими способами:

  1. Принять пищу, богатую углеводами и белками за полтора часа до тренировки.
  2. Принять порцию аминокислот за полчаса до нагрузки.
  3. Не превышать длительность нагрузок, не выходить за пульсовые нормы.
  4. Принимать пищу или спортивные добавки: гейнер и протеин в течение 30-40 минут с момента завершения тренировки, чтобы снизить кортизол.

Завершая день, важно принять белковую пищу, а лучше казеиновый протеин, перед сном. Медленный распад казеина до аминокислот ночью максимально сохранит мышечную ткань и снизит катаболический эффект.

Заключение

Чтобы избежать подготовительного этапа катаболизма и уберечь мышечную ткань, необходимо своевременно обеспечить организм нужными питательными веществами для дальнейшего метаболизма. В этом случае организму не придется брать энергию из собственных тканей. Чтобы защитить мышцы, важно своевременно употреблять и жиры, и сложные углеводы для длительного высвобождения энергии, а также белки, чтобы сохранить или увеличить объем мышц.

Катаболизм в видео формате

А также читайте, основные типы телосложения →

Процессы катаболические — Справочник химика 21


    Ферментативное поглощение Oj, сопряженное с запасанием энергии, подразделяется на процессы, не связанные с фосфорилированием, и процессы, сопровождающиеся фосфорилированием. В первом случае окисление, сопряженное с запасанием энергии, не связано с трансформированием свободной энергии в форму макроэргических фосфатных связей. Известно, что в клетке существуют две универсальные формы энергии химическая и электрохимическая (АДн» )- Один из путей получения энергии в форме трансмембранного электрохимического градиента Н» связан с переносом электронов на О2. Энергия в этой форме может использоваться клеткой для совершения разного вида работы (см. рис. 27). Химическая энергия заключена в основном в соединениях, содержащих макроэргические фосфатные связи, и в первую очередь в молекулах АТФ. Но на промежуточных этапах катаболических процессов, связанных в конечном итоге с поглощением О2, образуются метаболиты, содержащие богатые энергией связи, например тиоэфирные ( -S —КоА). Эти соединения могут непосредственно обеспечивать энергией некоторые биосинтетические процессы. [c.345]

    В благоприятных условиях, т. е. в среде, где есть водный раствор питательных веществ, а также соответствующие физические и химические факторы (температура, pH, О2) в клетках микроорганизмов начинаются ферментативные процессы, обмен веществ с окружающей средой. Из веществ, проникших в клетку, образуются внутриклеточные вещества и структурные элементы. Одновременно идут процессы распада веществ — диссимиляции. Если анаболические процессы преобладают над катаболическими, наблюдается рост клетки, увеличение ее размеров. Достигнув определенных размеров в соответствующей фазе развития, клетка может начать размножаться. Скорость размножения зависит как от видовых свойств культуры, так и от условий окружающей среды. В благоприятных условиях каждое следующее поколение у дрожжевых клеток появляется через часовой интервал, а у некоторых бактерий даже через каждые 20—40 мин. Однако обычно размножение происходит гораздо медленнее, так как в среде роста всегда есть ограничивающие (лимитирующие) факторы нехватка какого-либо питательного вещества, изменение температуры, pH, образование токсических веществ, избыток клеточной массы на единицу объема и т. д. [c.61]

    Таким образом, обмен веществ тесно связан с обменом энергии. Реакции катаболизма, сопровождающиеся уменьщением свободной энергии (—АО), являются донорами не только структурных предшественников, но и обеспечивают энергетически процессы анаболизма (+Аб). Напомним, что если АС отрицательно, то реакция протекает самопроизвольно и сопровождается уменьшением свободной энергии. Такие реакции называются экзергоническими, к ним относятся, как правило, катаболические превращения. Если же значение АО положительно, то реакции будут протекать только при поступлении свободной энергии извне и называться эндергоническими (анаболические процессы). При АО, равном нулю, система находится в равновесии. [c.190]


    Основные метаболиты, образующиеся в процессе катаболических превращений фенилаланина и тирозина, приведены ниже  [c.381]

    Совокупность биохимических процессов, протекающих в клетках и обеспечивающих их жизнедеятельность, называется обменом веществ или метаболизмом. В клетку постоянно поступают метаболиты, которые подвергаются определенным превращениям, вовлекаясь в обменные процессы. Эти процессы можно разделить на два типа анаболические, связанные с синтезом новых структур, и катаболические — реакции деградации, распада сложных веществ до более простых. Процессы анаболизма и катаболизма связаны друг с другом и в физиологических условиях протекают строго согласованно. Кроме обмена химических веществ, в клетках постоянно про- [c.14]

    Основным катаболическим процессом деструкции глюкозы в клетках животных и человека является последовательность ряда реакций ее окисления, в результате которьгх в анаэробных условиях глюкоза превращается в лактат, а в аэробных — в конечные продукты СО2 и воду. Ниже приведена биологическая значимость окислительных превращений глюкозы  [c.242]

    Проблему обратимости катаболических реакций природа решила путем сопряжения биосинтетических реакций с реакцией расщепления АТР, о чем уже шла речь при обсуждении вопроса о сопряжении гидролиза АТР С одной из биосинтетических последовательностей (гл. 7, разд. Е). Наряду с этим для осуществления реакций биосинтеза живые клетки используют также и другие способы утилизации свободной энергии, выделяемой при гидролизе АТР. Смысл многих, на первый взгляд непонятных стадий метаболизма может стать понятным, если иметь в виду, что они предназначены для процессов сопряжения расщепления АТР с биосинтезом. Ниже рассмотрено несколько наиболее важных механизмов сопряжения этого типа. [c.459]

    Промежуточный метаболизм аминокислот белковых молекул, как и других питательных веществ в живых организмах, включает катаболические (распад до конечных продуктов обмена), анаболические (биосинтез аминокислот) процессы, а также ряд других специфических превращений, сопровождающихся образованием биологически активных соединений. Условно промежуточный метаболизм аминокислот можно разделить на общие пути обмена и индивидуальные превращения отдельных аминокислот (рис. 12.2). [c.431]

    В клетке нет ничего статичного. Структуры постоянно создаются и снова разрушаются. Всё с большей или меньшей скоростью подвергается взаимопревращению. Гидролитические ферменты атакуют все полимеры, из которых состоят клетки, а активные катаболические реакции разрушают образующиеся в результате таких атак мономеры. Мембранные структуры также подвергаются изменениям в результате гидроксилирования и гликозилирования. Эти реакции являются источником движущей силы, обеспечивающей перемещение материала, образующегося в результате распада мембран, на наружную поверхность клетки. В это же время другие процессы, включая процессы распада под действием лизосомных ферментов, дают возможность материалу, из которого строятся мембраны, вновь проникать в клетку. Окислительные процессы приводят к разрушению веществ гидрофобной природы, таких, как стерины и жирные кислоты мембранных липидов, и к их превращению в более легко растворимые вещества, которые затем распадаются н подвергаются полному окислению. [c.502]

    Эндотермические процессы ассимиляции питательных веществ, идущие с поглощением энергии, часто называют анаболическими, а экзотермические процессы диссимиляций, связанные с выделением энергии,— катаболическими. Продукты, образующиеся в результате этих процессов, являются метаболитами, а все эти процессы в целом составляют обмен веществ — метаболизм. Синтез клеточных компонентов клетки обеспечивает конструктивный метаболизм, а энергию, необходимую для этих процессов,— энергетический метаболизм. [c.27]

    Таким образом, взаимопревращение метаболитов, образующихся при катаболизме веществ разных классов, тесно связано с энергетическим обменом. Известно, что одним из энергоемких процессов в организме является биосинтез белка, и становится понятна в этом отношении интеграция этого процесса с катаболическими реакциями превращения глюкозы и триацилглицерола — основными источниками синтеза АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. В свою очередь, все реакции углеводного и липидного обмена катализируются ферментами, являющимися белками. Следует отметить, что единство метаболических процессов находится под воздействием условий внешней среды и способность живых организмов сохранять постоянство внутренней среды — биохимический гомеостаз — при помощи механизмов саморегуляции является одним из важнейших свойств всех живых систем. [c.449]


    Обмен белков занимает особое место в многообразных превращениях веществ, характерных для всех живых организмов. Выполняя ряд уникальных функций, свойственных живой материи, белки определяют не только микро- и макроструктуру отдельных субклеточных образований, специфику организации клеток, органов и целостного организма (пластическая функция), но и в значительной степени динамическое состояние между организмом и окружающей его средой. Белковый обмен строго специфичен, направлен и настроен, обеспечивая непрерывность воспроизводства и обновления белков организма. В течение всей жизнедеятельности в организме постоянно и с высокой скоростью совершаются два противоположных процесса распад, расщепление органических макромолекул и надмолекулярных структур и синтез этих соединений. Эти процессы обеспечивают катаболические реакции и создание сложной структурной организации живого из хаоса веществ окружающей среды, причем ведущую роль в последнем случае играют именно белки. Все остальные виды обмена подчинены этой глобальной задаче живого—самовоспроизведению себе подобных путем программированного синтеза специфических белков. Для осуществления этого используются энергия обмена углеводов и липидов, строительный материал в виде углеродных остатков аминокислот, промежуточных продуктов метаболизма углеводов и др. [c.409]

    Биохимические функции. Глюкокортикоиды стимулируют катаболические процессы в организме, преимущественно в мышечной и жировой тканях. Новосинтезированные гормоны быстро секретируются в кровь и связываются со специфическим белком — транскортином. Образованный макромолеку-лярный комплекс переносится к клеткам-мишеням, где происходит его диссоциация и реализация действия гормонов. Глюкокортикоиды усиливают распад белков, повышают содержание аминокислот в крови и аминного азота в моче. Данные гормоны ингибируют синтез нуклеиновых кислот во всех тканях, кроме печени. Их действие на углеводный обмен проявляется прежде всего в увеличении глюкозы в крови за счет активации глюконеогенеза в печени. В липидном обмене глюкокортикоиды стимулируют интенсификацию липолиза, а также ингибируют синтез жирных кислот в печени. [c.159]

    Процесс распада жирных кислот локализован в клетке и включает несколько этапов. На первом из них жирная кислота с помощью соответствующего фермента превращается в КоА-про-изводное, которое окисляется в Р-положении с последующим отщеплением ацетил-КоА. Другим продуктом реакции является КоА-производное жирной кислоты, укороченное на два углеродных атома. Ацетил-КоА по катаболическим каналам используется для получения клеткой энергии. [c.92]

    Помимо адениловых нуклеотидов в регулировании энергетических процессов активную роль играют система НАД(Ф)» / /НАД(Ф) Н2-коферментов и величина трансмембранного электрохимического градиента ионов водорода в виде обоих его составляющих и АрН). Преобладание аллостерического взаимодействия восстановленной или окисленной форм НАД(Ф) с ферментами катаболического пути приводит соответственно к понижению или повышению их активности. Достижение определенного порогового значения Арн+ на энергопреобразующей мембране служит определенным сигналом, тормозящим поступление ионов водорода против градиента. [c.124]

    Превращение органических соединений в клетке осуществляется, как правило, в виде цепи или последовательности реакций, которые называются метаболическими путями, а вовлекаемые в такие реакции соединения — метаболитами. В классической биохимии метаболические пути разделяются на два типа катаболические и анаболические. Катаболические пути — это процессы ферментативной деградации, в ходе которых крупные органические молекулы разрушаются (обычно в окислительных реакциях) до простых клеточных компонентов с одновременным выделением свободной химической энергии. Эта энергия используется затем организмом для поддержания жизнедеятельности, роста и репликации, а также преобразуется в другие формы энергии — механическую, электрическую и тепловую. [c.189]

    Оценивая значение ЦТК как процесса катаболических превращений ацетила, необходимо отметить его анаболические функции. Следовательно, ЦТК относится к амфиболическим путям метаболизма, т. е. выполняет не только функции окислительного катаболизма, но и связан с анаболическими процессами поставляет промежуточные метаболиты для реакций биосинтеза, например сукцинил-КоА — для синтеза гема, а-кетоглутарат-глутаминовой кислоты и др. (см. рис. 19.2). [c.265]

    Аминокислоты, не использованные для биосинтетических процессов, подвергаются катаболизму, а из углеродных цепей аминокислот синтезируются вещества, способные резервировать энергию — глюкоза (гликоген) и липиды (рис. 24.5). Общими для всех аминокислот являются катаболические превращения по a-NHj- и а-СООН-группам. К общим реакциям относится так- [c.370]

    Часть свободных аминокислот попадает в кровь в процессе пищеварения, другая — эндогенная — часть образуется в результате распада белков тканей. В сыворотке содержание свободных аминокислот составляет 2,7—4,6 ммоль/л. Аминокислотный спектр сыворотки соответствует аминокислотному спектру свободных аминокислот в органах и тканях, за исключением более низкого содержания аспартата и глутамата и повышенного содержания аспарагина и глутамина (25%). Изменение содержания общего аминного азота в сыворотке и моче может служить одним из показателей превалирования катаболических или анаболических процессов в организме, сопровождающих ряд патологических состояний. [c.409]

    Некоторые катаболические процессы зависят от ADP. Однако при высокой интенсивности метаболизма концентрация ADP может сильно уменьшиться из-за почти полного его фосфорилирования с образованием АТР. В этих условиях лимитирующими в соответствующих последовательностях реакций могут стать реакции, использующие ADP. Снижение уровня реагента способно привести также к полному изменению картины метаболизма. Так, если дрожжи лишены кислорода, то происходит накопление восстановленного кофермента NADH, который восстанавливает пировиноградную кислоту до молочной (гл. 7, разд. А, 6), т. е. наблюдается переход от окислительного метаболизма к брожению. [c.65]

    Биодеградация — это процесс разрушения микроорганизмами веществ, загрязняющих окружающую среду. Многие бактерии рода Pseudomonas несут плазмиды, кодирующие ферменты, которые катализируют расщепление ароматических и галогенсодержащих огранических соединений. В большинстве случаев одна плазмида содержит гены ферментов одного специфичного катаболического пути. Объединяя плазмиды разных штаммов Pseudomonas в одном хозяине, можно создать организм, способный к деградации нескольких соединений. Кроме того, с помощью генетических манипуляций можно расширить спектр субстратов, разрушаемых с помощью определенного ферментативного пути. [c.302]

    Опять-таки имеется семейство ферментов, специфичных к цепям разной длины. Одним из продуктов [уравнение (9-2)] служит ацетил-СоА, который поступает в цикл трикарбоновых кислот и подвергается катаболическому распаду с образованием СО2. Вторым продуктом тиолитического распада является ацил-СоА-производное, которое на два атома углерода короче исходной молекулы. Оно снова вступает в цикл р-окисления, причем в результате каждого оборота цикла освобождается двухуглеродный фрагмент, уходящий в виде ацетил-СоА [уравнение (9-2)]. Процесс продолжается до полного расщепления жирнокислотной цепи. Если исходная жирная кислота содержала в не-разветвленной цепи четное число атомов углерода, то ацетил-СоА бу- [c.309]

    Окисление химически устойчивой двухуглеродной ацетильной группы представляет собой весьма трудную химическую задачу. Как мы уже знаем, разрыв связи С—С чаще всего происходит между атомами, занимающими а- и р-иоложения относительно карбонильной группы. Такое р-расщепление (гл. 7, разд. И) в случае ацетильной группы, естественно, невозможно. Единственный способ, который обычно реализуется,— это тиаминзависимое расщепление связи С—С по соседству с карбонильной группой (а-расщепление, гл. 8, разд. Г). Однако а-расщепление требует предварительного окисления (гидроксилирования) метильной группы ацетата. Хотя известно много примеров биологических реакций гидроксилирования (гл. 10, разд. Ж), эти реакции весьма редко используются в основных катаболических процессах  [c.317]

    Основные механизмы, регулирующие катаболические пути, — индукция синтеза ферментов и катаболитная репрессия. Катаболические пути, в которых функционируют конститутивные ферменты, регулируются большей частью посредством аллостерических воздействий на активность ферментов. Одна из задач катаболических путей — обеспечение клетки энергией. У большинства прокариот возможности генерации энергии намного превышают потребности в ней клетки. Количество АТФ, которое можно синтезировать с помощью имеющихся в клетках аэробных прокариот ферментов гликолитического и дыхательного путей, значительно больше количества АТФ, необходимого для процессов биосинтеза и поддержания жизнедеятельности. Поэтому клетки должны обладать способностью контролировать потребление энергодающих субстратов и, следовательно, выработку клеточной энергии. Основной принцип контроля прост АТФ синтезируется только тогда, когда он необходим. Иными словами, интенсивность энергетических процессов у прокариот регулируется внутриклеточным содержанием АТФ. [c.123]

    Как правило, в катаболических реакциях участвует НАО+, и поэтому не совсем обычно, когда в таких реакциях в качестве окислителя выступает ЫАОР+. Тем не менее у млекопитающих ферменты пентозо-фосфатного цикла специфичны к НАОР+. Существует предположение, что это связано с потребностью в МАОРН для процессов биосинтеза (гл. 11, разд. В). Тогда становится понятным функционирование пенто-зофосфатного пути в тканях с наиболее активным биосинтезом (печень, молочная железа). Возможно, что в этих тканях Сз-продукты цикла вовлекаются в процессы биосинтеза, как показано на рис. 9-8, Л. Далее читателю должно быть уже понятно, что любой продукт от С4 до С может быть выведен из цикла в любых желаемых количествах без каких-либо нарушений в работе этого цикла. Например, мы знаем, что образующийся на промежуточной стадии С4-продукт эритрозо-4-фосфат используется бактериями и растениями (но не животными) для синтеза ароматических аминокислот. Подобным же образом рибозо-5-фос-фат необходим для образования нуклеиновых кислот и некоторых аминокислот. [c.343]

    Упоминание о митохондриях обычно вызывает у биохимиков представление о цикле трикарбоновых кислот, -окислительном пути метаболизма жирных кислот и окислительном фосфорилировании. Помимо этих главных процессов в митохондриях протекает множество других химических превращений. Вероятно, наиболее существенное из ннх — это концентрирование ионов, таких, как ионы Са +. Митохондрии также контролируют приток и отток многих соединений, в том числе я АТР. Таким образом, они выполняют важные регуляторные функцна> как в катаболических процессах, так и в процессах биосинтеза. По мере своего роста и размножения митохондрии синтезируют часть своих белков, а ряд других белков получают из цитоплазмы. [c.393]

    Несмотря на большое число исследований, чисто химический аспект действия инсулина остается неясным — . Обычно считается, что гормон действует на плазматические мембраны всех тканей, вызывая заметные изменения проницаемости, что поиводит к возрастанию поглощения глюкозы, различных ионов и других веществ. Такого рода изменения проницаемости могут обусловить сильное влияние инсулина на важнейшие процессы биосинтеза имеет место, в частности, повышение синтеза гликогена, липидов и белков. В то же время процессы катаболизма подавляются и активность катаболических ферментов, например глюкозо-6-фосфатазы, снижается. Ключом к пониманию действия инсулина может явиться выяснение вопроса о природе его вторичного посредника , аналогичного по своему действию сАМР. Высказывались предположения, что вторичным посредником для инсулина является сАМР, однако более вероятно, что эту роль выполняет какой-то ион, возможно К+ . [c.505]

    Одним из уникальных свойств живых организмов является удивительная их способность к сохранению сбалансированности катаболических (биодегра-дативных) и анаболических (биосинтетических) процессов. При этом в клетках одновременно совершаются процессы синтеза, распада и взаимопревращения сотен и тысяч разнообразных веществ, которые в свою очередь регулируются множеством механизмов, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма. Некоторые из этих регуляторных механизмов, среди которых важная роль принадлежит механизмам регуляции синтеза и каталитической активности ферментов, будут рассмотрены далее. [c.152]

    Скорость реакции (как и активность ферментов) в чисто биодеградативных (катаболических) процессах регулируется промежуточными продуктами, являющимися индикаторами энергетического состояния клетюг (пуриновые нуклеотвды, пирофосфат, неорганический фосфат и др.). [c.155]

    Второй путь превращения арахидоновой кислоты—липоксигеназ-ный путь (рис. 8.4) — отличается тем, что дает начало синтезу еще одного класса биологически активных веществ—лейкотриенов. Характерная особенность структуры лейкотриенов заключается в том, что она не содержит циклической структуры, хотя лейкотриены, как и простаноиды, построены из 20 углеродных атомов. В структуре лейкотриенов содержатся четыре двойные связи, некоторые из них образуют пептидолипвдные комплексы с глутатионом или с его составными частями (лейкотриен D может далее превращаться в лейкотриен Е, теряя остаток глицина). Основные биологические эффекты лейкотриенов связаны с воспалительными процессами, аллергическими и иммунными реакциями, анафилаксией и деятельностью гладких мышц. В частности, лейкотриены способствуют сокращению гладкой мускулатуры дыхательных путей, пищеварительного тракта, регулируют тонус сосудов (оказывают сосудосуживающее действие) и стимулируют сокращение коронарных артерий. Катаболические пути лейкотриенов окончательно не установлены. [c.286]

    Оба модифицированных гена участвуют в процессе деградации всех субстратов данного метаболического пути. Поэтому стратегия, использованная для повышения эффективности расщепления 4-этилбензоата, применима и в случае других соединений мутация, приводящая к гиперпродукции Ху18-белка, может усиливать активацию Р -промотора и повышать скорость разрушения субстрата кроме того, можно избирательно модифицировать Р -промотор, чтобы он стал более сильным, сохранив способность взаимодействовать с Ху18-белком. Таким образом, проведенная работа показывает, что вполне реально усовершенствование того или иного катаболического [c.283]

    Процесс, обеспечивающий синтез Сб-углеводов из неуглеводных предшественников, например аминокислот, глицерина, молочной кислоты, получил название глюконеогенеза. Таким путем, сочетающим использование имеющегося в клетке катаболического аппарата и специальных реакций, служащих только для биосинтетических целей, решается прокариотами проблема биосинтеза необходимых моносахаров. [c.87]

    Ферредоксины играют центральную роль в метаболизме клостридиев, сопрягая катаболические процессы с биосинтетическими реакциями (рис. 59). Объясняется это тем, что у клостридиев (как и других облигатных [c.235]

    Восстановление фумарата до сукцината может быть использо-вагно для анаболических целей (необходимость сукцината для син-те за тетрапирролов) или же в катаболических процессах. В по-с леднем случае все компоненты реакции могут быть растворимы- ми, и тогда процесс служит только для акцептирования электронов (рис. 91, А), или же находиться в связанном с мембраной состоянии (рис. 91, Б—Г). По имеющимся данным, это не всегда приводит к синтезу АТФ. Образование протонного градиента на мембране при переносе электронов на фумарат зависит от состава и расположения электронных переносчиков. [c.352]

    В ряде предыдущих разделов продемонстрирована способность многих типов природных изохинолиновых оснований подвергаться катаболическим процессам. Реакции окисления, расшепления и реииклизапии, следуя друг [c.510]

    Таким образом, сперматозоиды обладают весьма выраженными катаболическими процессами. Эти клетки богаты субстратом и митохондриями и обладают весьма интенсивным дыханием. С другой стороны, по мнению Ж. Браше (1957), обмен белков и нуклеиновых кислот в этих клетках чрезвычайно незначителен, а может быть, не происходит вообще. [c.256]


Катаболизм веществ его этапы и процессы (Общая схема)

Катаболизм (диссимиляция ) — это энергетический обмен, часть метаболизма, распада сложных веществ на более простые (или окисления вещества), который протекает с освобождением энергии в виде тепла и в виде молекулы АТФ, универсального источника энергии всех биохимических процессов.

Схема катаболизма пищевых веществ, его этапы, пути и процессы

На схеме наглядно представлен катаболизм пищевых веществ, который состоит из 3-х основных этапов (стадий), первый и второй этапы относятся к специфическим путям катаболизма, а третий этап относится к общему пути катаболизма.

ATP (АТФ) — это аденозинтрифосфорная кислота (нуклеотид), универсальный источник и переносчик энергии, который участвует во всех биохимических процессах.

NAD (НАД) — никотинамидадениндинуклеотидфосфата, является коферментом, переносит электроны из одной реакции в другую в метаболизме.

NADH (НАД*Н) — востановленная форма NAD.

Пируват — это соли пировиноградной кислоты, конечный продукт в процессе гликолиза.

Этапы катаболизма

Протекание процессов катаболизма

Энергетическая ценность

1-й этап катаболизма (подготовительный)

расщепление больших макромолекул на простые субьединицы

На первом этапе происходит расщепление пищевых веществ (белки, полисохариды, жиры) до мономеров. У многоклеточных организмов это осуществляется в пищеварительном тракте (у простейших в лизосомах при самообновленнии клеток) под воздействием соответствующих ферментов, после чего полученные мономеры всасываются в кровь (моносахариды аминокислоты) и в лимфу (жирные кислоты).

Небольшое количество энергии рассеивается ввиде тепла

2-й этап катаболизма (бескислородный)

расщепление простых субьединиц на ацетил-СоА, сопровождающийся образованием ограниченного количества АТP и NADH

На втором этапе все пищевые продукты которые поступают в клетку из крови образуют ацетилкоэнзим А (ацетил-СоА). Это соединение, а также другие ферменты, включающие в себя КоА, являются ключевыми звеньями множества разнообразных биохимических реакций.

— При гликолизе моносахариды образуют пировиноградную кислоту.

— При катаболизме аминокислот образуются ацетил-CoA, пируват, другие кетокислоты

— При β-окислении жирных кислот образуется ацетил-CoA

Второй этап происходит в цитозоли и митохондрии.

При расщеплении глюкозы 60% выделившейся энергии дает тепло, 40% идет на синтез 2х молекул ATP, эта часть энергии запасается.

3-й этап катаболизма (кислородный)

при полном окислении ацетил-СоА до H2O и CO2 образуется большое количество NADH, что обеспечивает синтез большого количества ATP при переносе электронов

Третий этап и его реакции проходят в митохондриях. Ацетил-CoA участвует в реакциях цикла лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот Кребса), там углероды окисляются до углекислого газ CO2. Происходит полное окисление ацетильной группы ацетил-СоА до Н2O и СO2, при этом большое количество электронов и протонов запасается на молекулах NADH (процесс «окислительное фосфолирование»). В дальнейшем энергия электронов используется для образования протонного градиента, что обеспечивает последующий синтез АТР.

2C3H6O3 + 6O2 + 36H3PO4 + 36ADP —>  6CO2 + 38H2O + 36ATP

При окислении 2х молекул кислоты образуется 36 молекул ATP

_______________

Источник информации:  Биология для поступающих в вузы / Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. — 2008



Обзор метаболических реакций | Анатомия и физиология II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описать процесс расщепления полимеров на мономеры
  • Опишите процесс объединения мономеров в полимеры
  • Обсудите роль АТФ в метаболизме
  • Объясните окислительно-восстановительные реакции
  • Опишите гормоны, регулирующие анаболические и катаболические реакции

В организме постоянно происходят обменные процессы. Метаболизм представляет собой сумму всех химических реакций, участвующих в катаболизме и анаболизме. Реакции, управляющие расщеплением пищи с целью получения энергии, называются катаболическими реакциями. И наоборот, анаболические реакции используют энергию, вырабатываемую катаболическими реакциями, для синтеза более крупных молекул из более мелких, например, когда организм образует белки путем связывания аминокислот. Оба набора реакций имеют решающее значение для поддержания жизни.

Поскольку катаболические реакции производят энергию, а анаболические реакции используют энергию, в идеале использование энергии должно уравновешивать произведенную энергию.Если чистое изменение энергии положительное (катаболические реакции высвобождают больше энергии, чем используют анаболические реакции), то тело сохраняет избыточную энергию, создавая молекулы жира для долгосрочного хранения. С другой стороны, если чистое изменение энергии отрицательно (катаболические реакции выделяют меньше энергии, чем тратят анаболические реакции), организм использует накопленную энергию для компенсации дефицита энергии, высвобождаемой в результате катаболизма.

Катаболические реакции

Катаболические реакции расщепляют большие органические молекулы на более мелкие молекулы, высвобождая энергию, содержащуюся в химических связях.Эти высвобождения энергии (преобразования) не на 100 процентов эффективны. Количество выделяемой энергии меньше, чем общее количество, содержащееся в молекуле. Приблизительно 40 процентов энергии, полученной в результате катаболических реакций, непосредственно передаются высокоэнергетической молекуле аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ, энергетическая валюта клеток, может быть немедленно использована для питания молекулярных машин, поддерживающих функции клеток, тканей и органов. Это включает в себя создание новой ткани и восстановление поврежденной ткани.АТФ также может храниться для удовлетворения будущих потребностей в энергии. Остальные 60 процентов энергии, выделяемой в результате катаболических реакций, выделяются в виде тепла, которое поглощают ткани и жидкости организма.

Молекулы АТФ структурно состоят из аденина, рибозы и трех фосфатных групп. Химическая связь между второй и третьей фосфатными группами, называемая высокоэнергетической связью, представляет собой наибольший источник энергии в клетке. Это первая связь, которую катаболические ферменты разрывают, когда клеткам требуется энергия для выполнения работы.Продуктами этой реакции являются молекула аденозиндифосфата (АДФ) и одинокая фосфатная группа (P i ). АТФ, АДФ и P i постоянно проходят через реакции, которые создают АТФ и запасают энергию, и реакции, которые расщепляют АТФ и высвобождают энергию.

Рис. 1. Аденозинтрифосфат (АТФ) — энергетическая молекула клетки. Во время катаболических реакций создается АТФ, и энергия сохраняется до тех пор, пока она не понадобится во время анаболических реакций.

Энергия АТФ управляет всеми функциями организма, такими как сокращение мышц, поддержание электрического потенциала нервных клеток и всасывание пищи в желудочно-кишечном тракте.Метаболические реакции, в результате которых образуется АТФ, происходят из разных источников.

Рисунок 2. В ходе катаболических реакций белки расщепляются до аминокислот, липиды – до жирных кислот, а полисахариды – до моносахаридов. Эти строительные блоки затем используются для синтеза молекул в анаболических реакциях.

Из четырех основных макромолекулярных групп (углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты), которые перерабатываются при пищеварении, углеводы считаются наиболее распространенным источником энергии для питания организма.Они принимают форму либо сложных углеводов, полисахаридов, таких как крахмал и гликоген, либо простых сахаров (моносахаридов), таких как глюкоза и фруктоза. Катаболизм сахаров расщепляет полисахариды на их отдельные моносахариды. Среди моносахаридов глюкоза является наиболее распространенным топливом для производства АТФ в клетках, и поэтому существует ряд механизмов эндокринного контроля для регулирования концентрации глюкозы в кровотоке. Избыток глюкозы либо хранится в качестве энергетического резерва в печени и скелетных мышцах в виде сложного полимерного гликогена, либо превращается в жир (триглицерид) в жировых клетках (адипоцитах).

Среди липидов (жиров) триглицериды чаще всего используются для получения энергии посредством метаболического процесса, называемого β-окислением. Около половины избыточного жира откладывается в адипоцитах, которые накапливаются в подкожной клетчатке под кожей, тогда как остальная часть откладывается в адипоцитах других тканей и органов.

Белки, которые являются полимерами, могут быть расщеплены на их мономеры, отдельные аминокислоты. Аминокислоты можно использовать в качестве строительных блоков новых белков или расщеплять для производства АТФ.Когда человек хронически голодает, такое использование аминокислот для производства энергии может привести к истощению организма, поскольку расщепляется все больше и больше белков.

Нуклеиновые кислоты присутствуют в большинстве продуктов, которые вы едите. Во время пищеварения нуклеиновые кислоты, включая ДНК и различные РНК, расщепляются на составляющие их нуклеотиды. Эти нуклеотиды легко всасываются и транспортируются по всему телу для использования отдельными клетками в процессе метаболизма нуклеиновых кислот.

Анаболические реакции

В отличие от катаболических реакций, анаболические реакции включают объединение более мелких молекул в более крупные.Анаболические реакции объединяют моносахариды в полисахариды, жирные кислоты в триглицериды, аминокислоты в белки и нуклеотиды в нуклеиновые кислоты. Эти процессы требуют энергии в виде молекул АТФ, образующихся в результате катаболических реакций. Анаболические реакции, также называемые реакциями биосинтеза , создают новые молекулы, которые формируют новые клетки и ткани и оживляют органы.

Гормональная регуляция метаболизма

Катаболические и анаболические гормоны в организме помогают регулировать обменные процессы. Катаболические гормоны стимулируют расщепление молекул и выработку энергии. К ним относятся кортизол, глюкагон, адреналин/эпинефрин и цитокины. Все эти гормоны мобилизуются в определенное время для удовлетворения потребностей организма. Анаболические гормоны необходимы для синтеза молекул и включают гормон роста, инсулиноподобный фактор роста, инсулин, тестостерон и эстроген. анаболические гормоны.

Таблица 1. Катаболические гормоны
Гормон Функция
Кортизол Высвобождается надпочечниками в ответ на стресс; его основная роль заключается в повышении уровня глюкозы в крови путем глюконеогенеза (расщепления жиров и белков)
Глюкагон Высвобождается из альфа-клеток поджелудочной железы либо при голодании, либо когда организму необходимо вырабатывать дополнительную энергию; стимулирует расщепление гликогена в печени для повышения уровня глюкозы в крови; его действие противоположно действию инсулина; глюкагон и инсулин являются частью системы отрицательной обратной связи, которая стабилизирует уровень глюкозы в крови
Адреналин/эпинефрин Высвобождается в ответ на активацию симпатической нервной системы; увеличивает частоту сердечных сокращений и сократительную способность сердца, сужает сосуды, является бронхолитическим средством, которое открывает (расширяет) бронхи легких для увеличения объема воздуха в легких, стимулирует глюконеогенез
Таблица 2.Анаболические гормоны
Гормон Функция
Гормон роста (GH) Синтезируется и выделяется из гипофиза; стимулирует рост клеток, тканей и костей
Инсулиноподобный фактор роста (IGF) Стимулирует рост мышц и костей, а также ингибирует гибель клеток (апоптоз)
Инсулин Вырабатывается бета-клетками поджелудочной железы; играет важную роль в углеводном и жировом обмене, регулирует уровень глюкозы в крови и способствует усвоению глюкозы клетками организма; заставляет клетки мышц, жировой ткани и печени поглощать глюкозу из крови и сохранять ее в печени и мышцах в виде глюкагона; его действие противоположно действию гликогена; глюкагон и инсулин являются частью системы отрицательной обратной связи, которая стабилизирует уровень глюкозы в крови
Тестостерон Вырабатывается семенниками у самцов и яичниками у самок; стимулирует увеличение мышечной массы и силы, а также рост и укрепление костей
Эстроген Вырабатывается главным образом яичниками, а также печенью и надпочечниками; его анаболические функции включают усиление метаболизма и отложение жира

Нарушения обменных процессов: синдром Кушинга и болезнь Аддисона

Как и следовало ожидать для фундаментального физиологического процесса, такого как обмен веществ, ошибки или сбои в метаболических процессах приводят к патофизиологии или, если их не исправить, к болезненному состоянию.Метаболические заболевания чаще всего являются результатом неправильной работы белков или ферментов, которые имеют решающее значение для одного или нескольких метаболических путей. Нарушение работы белков или ферментов может быть следствием генетического изменения или мутации. Однако нормально функционирующие белки и ферменты также могут оказывать вредное воздействие, если их доступность не соответствует потребностям метаболизма. Например, чрезмерная выработка гормона кортизола вызывает синдром Кушинга. Клинически синдром Кушинга характеризуется быстрым увеличением массы тела, особенно в области туловища и лица, депрессией и беспокойством.Стоит отметить, что опухоли гипофиза, которые продуцируют адренокортикотропный гормон (АКТГ), который впоследствии стимулирует кору надпочечников к высвобождению избыточного кортизола, вызывают аналогичные эффекты. Этот непрямой механизм перепроизводства кортизола называется болезнью Кушинга.

У пациентов с синдромом Кушинга может наблюдаться высокий уровень глюкозы в крови и повышенный риск ожирения. У них также наблюдается медленный рост, накопление жира между плечами, слабые мышцы, боли в костях (поскольку кортизол вызывает расщепление белков с образованием глюкозы посредством глюконеогенеза) и утомляемость.Другие симптомы включают чрезмерное потоотделение (гипергидроз), расширение капилляров и истончение кожи, что может привести к легкому образованию синяков. Все методы лечения синдрома Кушинга направлены на снижение чрезмерного уровня кортизола. В зависимости от причины избытка, лечение может быть таким же простым, как прекращение использования кортизоловых мазей. В случае опухолей хирургическое вмешательство часто используется для удаления опухоли. Если хирургическое вмешательство нецелесообразно, можно использовать лучевую терапию для уменьшения размера опухоли или удаления участков коры надпочечников.Наконец, доступны лекарства, которые могут помочь регулировать количество кортизола.

Недостаточное производство кортизола также является проблемой. Надпочечниковая недостаточность, или болезнь Аддисона, характеризуется снижением выработки кортизола надпочечниками. Это может быть результатом нарушения работы надпочечников — они не производят достаточного количества кортизола — или это может быть следствием снижения доступности АКТГ из гипофиза. Пациенты с болезнью Аддисона могут иметь низкое кровяное давление, бледность, крайнюю слабость, утомляемость, медленные или вялые движения, головокружение и тягу к соли из-за потери натрия и высокого уровня калия в крови (гиперкалиемия).Жертвы также могут страдать от потери аппетита, хронической диареи, рвоты, поражений во рту и пятнистого цвета кожи. Диагностика обычно включает анализы крови и визуализирующие исследования надпочечников и гипофиза. Лечение включает заместительную терапию кортизолом, которую обычно необходимо продолжать всю жизнь.

Окислительно-восстановительные реакции

Химические реакции, лежащие в основе метаболизма, включают перенос электронов от одного соединения к другому посредством процессов, катализируемых ферментами.Электроны в этих реакциях обычно исходят от атомов водорода, которые состоят из электрона и протона. Молекула отдает атом водорода в виде иона водорода (H + ) и электрона, разбивая молекулу на более мелкие части. Потеря электрона, или окисление , высвобождает небольшое количество энергии; и электрон, и энергия затем передаются другой молекуле в процессе восстановления или приобретения электрона. Эти две реакции всегда происходят вместе в окислительно-восстановительной реакции (также называемой окислительно-восстановительной реакцией) — когда электрон передается между молекулами, донор окисляется, а реципиент восстанавливается.Окислительно-восстановительные реакции часто происходят последовательно, так что восстанавливаемая молекула впоследствии окисляется, передавая не только только что полученный электрон, но и полученную энергию. По мере развития серии реакций накапливается энергия, которая используется для объединения P и и АДФ с образованием АТФ, высокоэнергетической молекулы, которую организм использует в качестве топлива.

Окислительно-восстановительные реакции катализируются ферментами, запускающими удаление атомов водорода. Коферменты работают с ферментами и принимают атомы водорода.Двумя наиболее распространенными коферментами окислительно-восстановительных реакций являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и флавинадениндинуклеотид (ФАД) . Их соответствующие восстановленные коферменты — NADH и FADH 2 , которые представляют собой энергосодержащие молекулы, используемые для передачи энергии во время создания АТФ.

Обзор главы

Метаболизм – это сумма всех катаболических (расщепление) и анаболических (синтез) реакций в организме.Скорость метаболизма измеряет количество энергии, используемой для поддержания жизни. Организм должен потреблять достаточное количество пищи для поддержания скорости метаболизма, если он хочет оставаться в живых очень долго.

Катаболические реакции расщепляют более крупные молекулы, такие как углеводы, липиды и белки из проглоченной пищи, на составляющие их более мелкие части. К ним также относится расщепление АТФ, при котором высвобождается энергия, необходимая для метаболических процессов во всех клетках организма.

Анаболические реакции, или реакции биосинтеза, синтезируют более крупные молекулы из более мелких составных частей, используя АТФ в качестве источника энергии для этих реакций.Анаболические реакции строят кости, мышечную массу и новые белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Окислительно-восстановительные реакции переносят электроны между молекулами, окисляя одну молекулу и восстанавливая другую, и собирая высвобожденную энергию для преобразования P i и АДФ в АТФ. Нарушения в обмене веществ изменяют переработку углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот и могут привести к ряду болезненных состояний.

Самопроверка

Ответьте на вопросы ниже, чтобы узнать, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе.

Вопросы критического мышления

  1. Опишите, как можно изменить обмен веществ.
  2. Опишите, как можно лечить болезнь Аддисона.
Показать ответы
  1. Увеличение или уменьшение мышечной массы приводит к увеличению или уменьшению метаболизма.
  2. Болезнь Аддисона характеризуется низким уровнем кортизола. Одним из способов лечения этого заболевания является введение кортизола пациенту.

Глоссарий

анаболические гормоны: гормоны, стимулирующие синтез новых, более крупных молекул

анаболические реакции: реакции, которые превращают более мелкие молекулы в более крупные

реакции биосинтеза: реакции, которые создают новые молекулы, также называемые анаболическими реакциями

катаболические гормоны: гормоны, стимулирующие расщепление более крупных молекул

катаболические реакции: реакции, которые расщепляют более крупные молекулы на составные части

FADH 2 : высокоэнергетическая молекула, необходимая для гликолиза

флавинадениндинуклеотид (ФАД): кофермент, используемый для производства ФАДГ 2

метаболизм: сумма всех катаболических и анаболических реакций, происходящих в организме

НАДН: высокоэнергетическая молекула, необходимая для гликолиза

никотинамидадениндинуклеотид (НАД): кофермент, используемый для производства НАДН

окисление: потеря электрона

окислительно-восстановительная реакция: (также окислительно-восстановительная реакция) пара реакций, в которых электрон переходит от одной молекулы к другой, окисляя одну и восстанавливая другую

уменьшение: получение электрона

Определение катаболизма и примеры — Биологический онлайн-словарь

Катаболизм
n., [kəˈtæbəˌlɪzəm]
Серия химических реакций разложения, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы
Изображение предоставлено: Muessig, CC BY-SA 3.0.

Катаболизм Определение

Катаболизм — это ветвь метаболического процесса, которая расщепляет сложные большие молекулы на более мелкие с выделением энергии. Это деструктивная ветвь метаболизма, которая приводит к высвобождению энергии . Каждая живая клетка зависит от энергии для своего существования.Метаболизм – это совокупность основных видов деятельности, происходящих в живом существе для его поддержания. Катаболизм и анаболизм вместе образуют метаболизм.

Итак, возникает вопрос, что такое катаболизм и анаболизм? По существу, существуют две основные ветви метаболизма: деструктивная (или расщепляющая ) ветвь, дающая энергию, т.е. , я.е. анаболизм.

Каждая живая клетка осуществляет последовательный набор реакций, которые расщепляют и производят молекулы. Эти последовательные реакции или пути известны как метаболических путей . Каждая стадия этих последовательных реакций происходит под действием определенного фермента. Ферменты действуют на молекулы, называемые субстратами , тогда как молекула, образующаяся в результате химической реакции, известна как продукт . Большинство ферментов связываются с определенным субстратом.

Ниже приведены некоторые общие черты всех метаболических реакций:

  • Все реакции катализируются ферментом.
  • Метаболические пути и реакции универсальны, и все организмы проявляют сходство в основных путях.
  • Во всех метаболических путях используется очень мало химических реакций.
  • Метаболические реакции включают коферментов . Коэнзимы являются распространенными субстратами, которые участвуют в ряде различных метаболических реакций, например, для НАДН или кофермента А.
  • Катаболические пути полностью отличаются от анаболических путей, что позволяет лучше контролировать метаболизм.
  • Ключевые регуляторные ферменты контролируют и модулируют эти метаболические реакции.
  • Большинство метаболических реакций происходит в специфических клеточных органеллах.
Биологическое определение:
Катаболизм — это процесс, включающий серию химических реакций разложения, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы, обычно с выделением энергии. Например, большие молекулы, такие как полисахариды, нуклеиновые кислоты и белки, расщепляются на более мелкие единицы, такие как моносахариды, нуклеотиды и аминокислоты, соответственно . Этимология: Греческое «катаболе», что означает «бросать». Синонимы: деструктивный метаболизм. Вариант: Катаболизм. Сравните: анаболизм

Родственное слово « катаболизм ». Итак, что значит катаболический? Определение катаболизма — это то, что отмечено или способствует катаболизму, т. е. метаболическому процессу, включающему расщепление довольно сложной молекулы на более простую форму.

Стадии катаболизма

Катаболизм не является одностадийным процессом, протекающим в клетке. Важно понять, где происходит катаболизм. Часть клетки, где в первую очередь происходит катаболизм, — это митохондрии. Это многоэтапный процесс. Итак, давайте разберемся, какие бывают стадии катаболизма. Существует три основных этапа катаболизма:

Стадия 1 – Стадия пищеварения

Сложные органические молекулы, такие как белки, липиды и полисахариды, катаболизируются до более мелких компонентов или мономеров вне клеток. Эти сложные молекулы не всасываются в своем сложном состоянии и, следовательно, для их всасывания важно, чтобы эти основные и незаменимые молекулы распадались на легко усваиваемые и более мелкие мономеры .

Стадия 2 – Высвобождение энергии

Меньшие молекулы или мономеры представляют собой усваиваемую форму, поглощаются клетками и далее преобразуются в более мелкие молекулы, такие как ацетил-кофермент А (ацетил-КоА) и высвобождение энергии в процессе.

Стадия 3 – накопление энергии

Наконец, ацетильная группа КоА окисляется до воды и диоксида углерода в цикле лимонной кислоты и цепи переноса электронов. В этом процессе накопленная энергия высвобождается за счет восстановления кофермента никотинамидадениндинуклеотида (НАД+) в НАДН .

Стадии катаболизма. Предоставлено: библиотеки LibreTexts, CC BY-NC-SA 3.0.

Катаболизм против анаболизма

Цель двух ветвей метаболизма, а именно., катаболизм и анаболизм , полностью противоположны друг другу. Анаболические процессы представляют собой процессы построения метаболизма, в которых простые молекулы превращаются в сложные молекулы , тогда как катаболический процесс представляет собой процессы распада, в которых сложные молекулы расщепляются на простые молекулы с высвобождением энергии . Основные различия между катаболизмом и анаболизмом перечислены в таблице ниже.

Таблица 1: Ключевые Различия между катаболизмом и анаболизмом
Анаболизм Catabolism
Наращивание или конструктивное ветвь ветви метаболизма Разбивка или разрушительная ветвь метаболизма
Комплексные молекулы. более простые Сложные молекулы распадаются на более простые
В этом процессе накапливается энергия. В этом процессе выделяется энергия
Эндергоническая реакция i.е. тепло поглощается Экзергоническая реакция, т.е. выделяется тепло
Кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию. Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.
Это необходимо для роста, сохранения и хранения. Требуется для получения энергии для выполнения различных основных видов деятельности живых существ.
Анаболизм не использует кислород, т.е. анаэробный Катаболизм использует кислород i.e., аэробные
Функционируют, даже когда тело находится в фазе отдыха или сна. Функционирует, когда тело находится в активном состоянии
Несколько предшественников образуют различные типы продуктов, т.е. дивергентные реакции Большое количество сложных молекул упрощается до обычных типов малых и простых молекул, т.е. конвергентных реакций
К анаболическим гормонам относятся эстроген, тестостерон, гормоны роста и инсулин. Некоторыми из катаболических гормонов являются адреналин, цитокин, глюкагон и кортизол.
Синтез полипептидов из аминокислот, гликогена из глюкозы и триглицеридов из жирных кислот является одним из анаболических процессов. Расщепление белков до аминокислот, гликогена до глюкозы и триглицеридов до жирных кислот является одним из катаболических процессов.
Обычно происходят реакции конденсации и восстановления Обычно происходят реакции гидролиза и окисления

 

 

Образное представление анаболических и катаболических процессовИсточник: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

Метаболизм относится ко всем химическим реакциям, связанным с преобразованием одной молекулы в другую. Его можно разделить на две категории: катаболизм и анаболизм . Катаболизм относится к процессам, включающим ряд химических реакций разложения, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы. При этом часто выделяется энергия. Таким образом, катаболизм включает деструктивные метаболические процессы.Напротив, анаболизм — это конструктивный метаболизм, поскольку он включает в себя создание или синтез сложных молекул, которые в конечном итоге используются для построения тканей и органов.

Катаболические гормоны

Катаболизм – механизм распада в метаболических процессах. В катаболических процессах участвуют многочисленные незаменимые ферменты. Некоторые гормоны также обладают катаболическим действием. Это:

  • Адреналин : Также известный как адреналин .Этот гормон вырабатывается в надпочечниках. Он ускоряет частоту сердечных сокращений и отвечает за реакцию «бей или беги» в условиях стресса или чрезвычайной ситуации.
  • Кортизол: Также известен как гормон стресса. Также вырабатывается в надпочечниках и высвобождается при тревоге, нервозности. Он повышает уровень сахара в крови и кровяное давление.
  • Глюкагон : Этот гормон вырабатывается поджелудочной железой. Этот гормон необходим для расщепления гликогена на глюкозу.Глюкагон хранится в печени. Недостаточная активность или состояния, требующие энергии, такие как борьба, физические упражнения, высокий уровень стресса, печень стимулирует высвобождение гликогена
  • Цитокины : Использование аминокислот для различных функций организма вызывает высвобождение цитокинов. Цитокины являются своего рода коммуникационными белками между клетками.

Примеры катаболизма у эукариот

Каковы примеры катаболизма? По сути, во время катаболизма сложные молекулы, такие как белки, полисахариды и жиры, расщепляются на небольшие молекулы, такие как аминокислоты, моносахариды и жирные кислоты.Вот некоторые из основных или ключевых катаболических процессов:

Цикл лимонной кислоты, гликолиз, липолиз, окислительное дезаминирование и окислительное фосфорилирование являются ключевыми примерами катаболических реакций, происходящих во всех эукариотических клетках.

  • Цикл Кребса/Цикл лимонной кислоты/Цикл трикарбоновых кислот

Цикл Кребса, названный в честь ученого сэра Ганса Кребса (1900-1981), открывшего его, также известен как цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). Сэр Ганс Креб был удостоен Нобелевской премии по медицине (1937 г.).Цикл Кребса представляет собой 8-ступенчатую циклическую реакцию, протекающую в митохондриальном матриксе эукариот и цитоплазме прокариот.

Ключевым источником энергии в цикле трикарбоновых кислот является ацетил-КоА, который окисляется до СО2 и Н3О внутри митохондриального матрикса с одновременным восстановлением НАД до НАДН и ФАД до ФАДН 2 . NADH и FADH 2  известны как восстанавливающие эквиваленты в цикле трикарбоновых кислот.

3 молекулы НАДН и одна молекула обоих последовательно используются для образования АТФ в цепи переноса электронов.

При окислении NADH приводит к образованию 3 молекул АТФ, а FADH 2 — к 2 молекулам АТФ.

Цикл ТСА представляет собой общий путь окисления углеводов, белков и жиров. Один цикл Кребса или цикл ТСА приводит к образованию семи продуктов: GTP, 3 NADH, 3FADH 2 , 2 CO 2 .

Его также иногда классифицируют как амфиболический путь , поскольку он является частью как катаболического, так и анаболического путей.Процесс пополнения промежуточных продуктов цикла Кребса известен как анаплероз .

Ключевыми восемью промежуточными соединениями цикла Кребса/ЦТК являются: цитрат, изоцитрат, оксоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота).

Ключевыми ферментами, участвующими в цикле ТСА/Креба, являются яблочная дегидрогеназа, α-кетоглутаратдегидрогеназа, цитратсинтаза, фумараза, и конитаза .

  • Гликолиз или катаболизм сахаров

Гликолиз – это катаболический процесс, происходящий во всех эукариотических клетках.Расщепление или лизис глюкозы до пировиноградной кислоты в аэробных условиях, тогда как в анаэробных условиях глюкоза превращается в молочную кислоту. Анаэробный гликолиз также известен как Путь Эмбдена-Мейергофа (EMP).

Когда уровень клеточного АТФ низкий, гликолиз инициируется в цитозоле клетки. Гликолиз далее делится на две стадии:

  1. Подготовительная фаза : Здесь одна молекула глюкозы превращается в две молекулы D-глицеральдегид-3-фосфата, который в конечном итоге превращается в фруктозо-6-дифосфат.Наконец, на стадии I фруктозо-6-дифосфат образует 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата.
  2. Энергетическая фаза e: На этой фазе высвобождается органический фосфат для синтеза АТФ. Глицеральдегид на первой стадии окисляется и фосфорилируется с образованием 1,3-дифосфоглицерата, который в конечном итоге образует пировиноградную или молочную кислоту в зависимости от наличия кислорода. 2 АТФ образуются при анаэробном гликолизе глюкозы, в то время как аэробный гликолиз может привести к образованию до 38 молекул АТФ.

Метаболизм глюкозы по этому пути происходит во всех клетках организма. Аэробный гликолиз происходит в головном мозге, тогда как анаэробный гликолиз происходит в эритроцитах из-за отсутствия митохондрий. Этот цикл в эритроцитах также известен как цикл Rapaport-Lumbering . Распад гликогена инициирует процесс гликолиза в мышцах человека. Однако клетки головного мозга не имеют запасов гликогена и, следовательно, зависят от уровня глюкозы в крови, чтобы инициировать гликолиз.

Скелетные мышцы человека подвергаются аэробному гликолизу почти в 90% случаев, а также в нормальных условиях. Однако энергичные мышечные сокращения и физические упражнения вызывают анаэробный гликолиз.

  • Липолиз или катаболизм жирных кислот

Липолиз — это расщепление триглицеридов с получением энергии. В этом процессе триацилглицерин (TAG), хранящийся в клеточных каплях липидов, подвергается гидролитическому расщеплению с образованием неэтерифицированных жирных кислот. Эти неэтерифицированные жирные кислоты впоследствии используются в качестве субстрата для производства энергии, незаменимых предшественников для синтеза липидов и мембран или медиаторов клеточных сигнальных процессов.

Липиды или триглицериды гидролизуются до свободных жирных кислот и глицерина. Образовавшийся глицерин впоследствии становится частью гликолиза, а образующиеся жирные кислоты далее расщепляются путем бета-окисления с высвобождением ацетил-КоА. Этот ацетил-Ко-А является ключевым компонентом цикла лимонной кислоты.

При окислении жирных кислот выделяется больше энергии, чем при окислении углеводов. Это потому, что углеводы содержат больше кислорода в своей структуре. Этот процесс имеет ключевое значение в энергетическом и липидном гомеостазе организма.

Основными ферментами, участвующими в процессе липолиза, являются липопротеинлипаза и гормоночувствительная липаза . Эпинефрин , глюкагон или адренокортикотропный гормон (АКТГ) являются ключевыми гормонами, стимулирующими липолиз.

Полное окисление жирных кислот, особенно триглицеридов, дает максимальное количество АТФ (энергии на грамм), поэтому жирные кислоты являются основной формой хранения топлива у большинства животных.

  • Окислительное дезаминирование и трансаминирование (катаболизм белков)

Катаболизм аминокислот происходит путем переаминирования и окислительного дезаминирования аминокислоты, в результате которого образуется метаболизируемая форма аминокислоты. Окислительное дезаминирование и трансаминирование являются двумя ключевыми этапами катаболизма белков или аминокислот.

Отделение аминогруппы от углеродного скелета аминокислот осуществляется в процессе трансаминирования.Перенос аминогруппы происходит между аминокислотой и α-кетокислотой, что приводит к превращению α-кетокислоты в аланин, аспартат или глутамат соответственно. Процесс переаминирования осуществляется трансаминазами или аминотрансферазами и коферментом пиридоксальфосфатом. Полученный углеродный скелет в конечном итоге используется в анаболическом процессе.

При окислительном дезаминировании удаление аминогруппы в аминокислоте приводит к образованию соответствующей кетокислоты. Эта реакция происходит в печени.Аминовая функциональная группа заменяется кетоновой группой, и в качестве побочного продукта образуется аммиак.

В конце концов, этот токсичный аммиак нейтрализуется в мочевину в цикле мочевины. Аминокислота глутаминовая кислота , конечный продукт многих реакций трансаминирования, подвергается действию фермента глутаматдегидрогеназы (GDH) вместе с коферментами НАД или НАДФ, что приводит к образованию α-кетоглутарата (α-KG ) и аммиак .

Моноаминоксидаза является другим ключевым ферментом для окислительного дезаминирования моноаминов.

  • Окислительное фосфорилирование

В митохондриях перенос электронов от НАДН или ФАДН 2 на О 2 с помощью ряда переносчиков электронов приводит к образованию АТФ. Этот процесс известен как окислительное фосфорилирование и является основным источником АТФ в аэробных организмах.

  • Распад мышечной ткани или катаболизм мышц

Более высокая скорость деградации белка по сравнению с его синтезом стимулирует распад скелетной мышечной ткани.Это полностью катаболическое состояние организма. Это может произойти в случаях старения, недоедания или болезненных состояний, а именно сепсиса, рака, СПИДа, диабета и почечной недостаточности.

Длительное состояние разрушения мышечной ткани или мышечной атрофии может привести к отказу органов и может быть опасным для жизни. Аминокислоты из запасов белка, особенно в мышечной ткани, высвобождаются в кровь.

Эти аминокислоты превращаются в альфа-кетокислоты в печени. Альфа-кетокислоты превращаются в глюкозу, чтобы удовлетворить потребность в глюкозе крови.

Примеры катаболизма у прокариот

Прокариоты также нуждаются в энергии и углероде для своего существования. Большинство прокариот зависят от других организмов в отношении энергии и углерода, то есть от хемогетеротрофов. Эти потребности прокариот в углероде и энергии удовлетворяются за счет:

  • Углеродного метаболизма: Построения органических молекул из углерода внутри клеток,
  • Энергетического метаболизма: Используется для роста

В зависимости от источника углерода, прокариоты могут быть классифицированы как

  • Автотрофы – используют углерод из углекислого газа. Фотоавтотрофы — производители пищи, которую они готовят с помощью света.
  • гетеротрофы 9007 гетеротрофы — используйте углерод из других живых организмов
  • Lithotrophs — утилизовать неорганические подложки

на основе энергетического метаболизма, прокариот классифицируются как:

  • Фототрофические организмы : используйте солнечный свет и преобразовать его в химическую энергию в клетках.
  • Хемотрофные организмы : используют органические или неорганические молекулы для снабжения клетки энергией.

Таким образом, все организмы можно разделить на четыре основные категории

  • Фотогетеротрофы : используют энергию солнечного света и преобразуют ее в химическую энергию в клетках, используя углерод других организмов. Примерами являются пурпурно-зеленые бактерии, несерные бактерии и гелиобактерии.
  • Хемогетеротрофы : получают энергию и углерод из органических источников. (Этот способ распространен среди эукариот, например людей.)
  • Фотоавтотрофы: используют солнечный свет и двуокись углерода в качестве источника углерода, т.е.г. цианобактерии.
  • Хемоавтотрофы: используют неорганические молекулы для снабжения клетки энергией и двуокись углерода в качестве источника углерода. Примерами являются прокариоты, расщепляющие сероводород и аммиак.

Примеры катаболизма у прокариот:
  1. Азот является макроэлементом, необходимым для всех жизненных процессов и компонентов, а именно белков, нуклеиновых кислот и т. д. Прокариоты перерабатывают органические соединения окружающей среды с образованием аммиака, ионов аммония, нитратов, нитрит и газообразный азот многочисленными процессами.Прокариоты являются неотъемлемой частью круговорота азота. Растения с помощью прокариот фиксируют азот окружающей среды в полезную форму (аммиак). Этот процесс известен как фиксация азота. Почвенные микроорганизмы, называемые диазотрофами, которые включают такие бактерии, как Azotobacter и археи, осуществляют фиксацию азота.
  2. При разложении азотсодержащих органических соединений образуется аммиак. Некоторые прокариоты осуществляют нитрификацию путем анаэробного катаболизма аммиака с образованием N 2 .В основном при нитрификации аммоний превращается в нитриты и нитраты. Nitrosomonas — почвенная бактерия, осуществляющая нитрификацию. Nitrosomonas , Nitrobacter, и Nitrospira окисляют и превращают Nh5+ в нитрит (NO 2 -). В этом процессе реакции высвобождается энергия, которая используется бактериями. Обратный процесс также осуществляется бактериями посредством процесса, известного как денитрификация, превращая нитраты из почвы в газообразные соединения, такие как N 2 O, NO и N 2 .
  3. Бактерии и грибы осуществляют разложение растений и животных и их органических соединений и образуют семейство редуцентов. Одним из основных источников углекислого газа в окружающей среде является микробное разложение мертвого материала.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о катаболизме.

Следующий

Катаболизм – определение и примеры

Катаболизм Определение

Катаболизм – это часть метаболизма , отвечающая за расщепление сложных молекул на более мелкие молекулы.Другая часть метаболизма, анаболизм , превращает простые молекулы в более сложные. В ходе катаболизма энергия высвобождается из связей расщепляющихся больших молекул. Обычно эта энергия запасается в связях аденозинтрифосфата (АТФ). Катаболизм увеличивает концентрацию АТФ в клетке, поскольку он расщепляет питательные вещества и пищу. АТФ в таких высоких концентрациях с гораздо большей вероятностью отдает свою энергию при высвобождении фосфата.Затем анаболизм использует эту энергию для объединения простых предшественников в сложные молекулы, которые добавляются к клетке и накапливают энергию для клеточного деления.

Многие пути катаболизма имеют аналогичные варианты анаболизма. Например, большие молекулы жира в пище организма должны быть расщеплены на маленькие жирные кислоты, из которых она состоит. Затем, чтобы организм запасал энергию на зиму, должны создаваться и запасаться большие молекулы жира. Катаболические реакции расщепляют жиры, а анаболические пути восстанавливают их.Эти метаболические пути часто используют одни и те же ферменты. Чтобы уменьшить вероятность того, что пути отменят прогресс друг друга, пути часто подавляют друг друга и разделены на разные органеллы у эукариот.

Примеры катаболизма

Катаболизм углеводов и липидов

Почти все организмы используют сахар глюкозу в качестве источника энергии и углеродных цепей. Глюкоза запасается организмами в более крупных молекулах, называемых полисахаридами .Эти полисахариды могут быть крахмалами, гликогеном или другими простыми сахарами, такими как сахароза. Когда клеткам животного нужна энергия, оно посылает сигналы частям тела, которые хранят глюкозу, или потребляет пищу. Глюкоза высвобождается из углеводов специальными ферментами на первом этапе катаболизма. Затем глюкоза распределяется по телу, чтобы другие клетки могли использовать ее в качестве энергии. Катаболический путь гликолиза затем еще больше расщепляет глюкозу, высвобождая энергию, запасенную в АТФ.Из глюкозы образуются молекулы пирувата. Дальнейшие катаболические пути создают ацетат , который является ключевой метаболической промежуточной молекулой. Ацетат может превращаться в самые разные молекулы, от фосфолипидов до молекул пигментов, гормонов и витаминов.

Жиры, представляющие собой крупные молекулы липидов, также расщепляются в процессе метаболизма с образованием энергии и других молекул. Подобно углеводам, липиды хранятся в больших молекулах, но могут быть расщеплены на отдельные жирные кислоты.Затем эти жирные кислоты превращаются посредством бета-окисления в ацетат. Опять же, ацетат может использоваться в процессе анаболизма, для производства более крупных молекул или как часть цикла лимонной кислоты , который стимулирует дыхание и выработку АТФ. Животные используют жиры для хранения большого количества энергии для будущего использования. В отличие от крахмалов и углеводов, липиды гидрофобны и исключают воду. Таким образом, много энергии может быть сохранено без того, чтобы тяжелый вес воды замедлял работу организма.

Большинство катаболических путей сходятся в том, что они заканчиваются в одной и той же молекуле. Это позволяет организмам потреблять и накапливать энергию в самых разных формах, но при этом иметь возможность производить все необходимые молекулы в анаболических путях. Другие катаболические пути, такие как катаболизм белка, обсуждаемый ниже, создают различные промежуточные молекулы-предшественники, известные как аминокислот , для создания новых белков.

Катаболизм белков

Все белки в известном мире состоят из одних и тех же 20 аминокислот.Это означает, что белки в растениях, животных и бактериях представляют собой просто разные комбинации 20 аминокислот. Когда организм потребляет меньший организм, весь белок в этом организме должен быть переварен в процессе катаболизма. Ферменты, известные как протеиназы , разрывают связи между аминокислотами в каждом белке до тех пор, пока кислоты не будут полностью разделены. После разделения аминокислоты могут быть распределены по клеткам организма. Согласно ДНК организма, аминокислоты будут рекомбинироваться в новые белки.

Если нет источника глюкозы или слишком много аминокислот, молекулы вступят в дальнейшие катаболические пути, чтобы расщепиться на углеродные скелеты. Эти небольшие молекулы могут быть объединены в глюконеогенезе для создания новой глюкозы, которую клетки могут использовать в качестве энергии или запасать в больших молекулах. Во время голодания клеточные белки могут подвергаться катаболизму, что позволяет организму выживать за счет собственных тканей, пока не будет найдено больше пищи. Таким образом, организмы могут жить с небольшим количеством воды в течение очень долгого времени.Это делает их гораздо более устойчивыми к изменяющимся условиям окружающей среды.

  • Анаболизм – Часть метаболизма, которая строит большие молекулы из более мелких.
  • Метаболизм – Сочетание анаболизма и катаболизма или всех ферментативных реакций в клетке.
  • Метаболический путь – Последовательные химические реакции, организованные внутри клеток.
  • Катаболический путь — Единственная серия реакций, которая разрушает определенную молекулу.

Викторина

1. Дрожжи — это одноклеточные организмы, используемые для производства спирта. В среде практически без кислорода дрожжи создают алкоголь как побочный продукт высвобождения энергии из глюкозы. Является ли производство алкоголя частью анаболического пути, катаболического пути или ни того, ни другого?
A. Анаболический путь
B. Катаболический путь
C. Ни

Ответ на вопрос №1

B верно.Хотя алкоголь является побочным продуктом, он возникает при катаболизме глюкозы. Как и все клетки, дрожжи должны использовать глюкозу для получения энергии. Без кислорода дрожжи развили катаболический путь, известный как ферментация , при котором энергия все еще может быть собрана, но без кислорода. Вместо этого спирты создаются и выбрасываются в окружающую среду. Пивоварни, виноградники и винокурни используют этот хитрый трюк с глюкозой для создания спирта из сахаров. Различные источники сахара производят напитки с разными вкусами.В вине используется сахар из винограда, в пиве используется крахмал из ячменя, а в других спиртных напитках используется множество различных сахаров, таких как картофель в водке и рис в сакэ.

2. Плотоядные животные могут производить всю необходимую им глюкозу из животного белка. Травоядные получают всю необходимую им глюкозу из растений. Почему облигатные плотоядные не могут есть растения, а облигатные травоядные не могут есть мясо, чтобы получать энергию?
А. Они не умеют.
B. Не производят необходимые ферменты.
К. Могут! Всеядное животное — это всего лишь хищник, который научился питаться растениями.

Ответ на вопрос № 2

B верно. Облигатные хищники могут есть только мясо, потому что у них нет необходимых катаболических путей, которые разрушают растения. Эволюция, отбирая неиспользуемые и неэффективные пути, отбирает организмы, которые заполняют определенные ниши. Если эта ниша предлагает очень мало растительного материала, катаболизм меняется, и некоторые пути теряются. Таким образом, даже если бы вы научили хищника есть и собирать растения, его тело не могло бы перерабатывать питательные вещества.Точно так же травоядные могут получать питательные вещества только из растительных материалов. Всеядные эволюционировали в нише, которая требует использования энергии из обоих источников. У этих животных катаболизм способен переваривать оба вида пищи.

3. Бактерии, не имеющие специализированных компартментов в своих клетках, должны регулировать анаболизм и катаболизм, чтобы работать вместе. Ученый добавляет к бактериям химическое вещество, которое отключает анаболизм, постоянно активируя только катаболизм.Что будет с клеткой?
А. Он умрет.
Б. Будет расти.
C. Производит много энергии.

Ответ на вопрос № 3

Правильно: . В то время как катаболизм будет производить много энергии, в конечном итоге у него закончатся молекулы для расщепления, и энергия прекратится. Клетка не смогла бы расти без анаболизма, создающего новые молекулы. Таким образом, даже если клетка может давать энергию, без процесса, который восстанавливает и добавляет к клетке, она в конечном итоге развалится.И анаболизм, и катаболизм необходимы для создания функционирующего метаболизма в организме.

Катаболизм: определение и примеры — видео и расшифровка урока

Катаболизм Правда или Ложь Активность

В этом упражнении вы проверите свои знания определений и примеров катаболизма из урока.

Направления

Определите, верны или нет следующие утверждения. Для этого распечатайте или скопируйте эту страницу на чистый лист бумаги и подчеркните или обведите ответ.

1. Бета-окисление представляет собой анаболический процесс, включающий несколько этапов, в ходе которых молекулы жирных кислот расщепляются для получения энергии.

Правда | Ложь

2. Пищеварение – это катаболический процесс, при котором пища превращается в вещества, которые могут быть использованы организмом.

Правда | Ложь

3. Катаболизм – деструктивный метаболизм, обычно включающий высвобождение энергии и расщепление биомолекул.

Правда | Ложь

4.Аденозинтрифосфат (АТФ) представляет собой органическую молекулу, которая обеспечивает энергию для управления многими процессами в живых клетках.

Правда | Ложь

5. Синтез сахара с образованием гликогена является примером катаболизма.

Правда | Ложь

6. Глюкоза является единственным доступным источником энергии для мозга и получается при расщеплении углеводов.

Правда | Ложь

7. Белок может откладываться в организме в виде жира.

Правда | Ложь

8. Глюконеогенез – это клеточная деградация простого сахара-глюкозы с образованием пирувата и АТФ в качестве источника энергии.

Правда | Ложь

9. Наращивание мышечной массы способствует катаболической активности при замедлении анаболических реакций.

Правда | Ложь

10. Жирные кислоты состоят из прямой цепи атомов углерода, образующихся в результате распада триглицеридов жиров.

Правда | Ложь

Ключ ответа

1. Неверно, поскольку верно утверждение: Бета-окисление — это катаболический процесс, включающий несколько стадий, в ходе которых молекулы жирных кислот расщепляются для получения энергии .

2. Верно

3. Правда

4. Правда

5. Неверно, потому что правильное утверждение: Синтез сахара с образованием гликогена является примером анаболизма .

6. Правда

7.Неверно, потому что верно утверждение: Белок может храниться в организме в виде мышц .

8. Неверно, потому что правильное утверждение: Гликолиз — это клеточное расщепление простого сахара-глюкозы с образованием пирувата и АТФ в качестве источника энергии .

9. Неверно, потому что правильное утверждение Наращивание мышечной массы способствует анаболической активности при замедлении катаболических реакций .

10. Верно

Анаболизм и катаболизм: определения и примеры — видео и расшифровка урока

Истинная или ложная деятельность по анаболизму и катаболизму

В этом упражнении вы проверите свои знания определений и примеров анаболизма и катаболизма из урока.

Направления

Определите, верны или нет следующие утверждения. Для этого распечатайте или скопируйте эту страницу на чистый лист бумаги и подчеркните или обведите ответ.

1. Расщепление биомолекул необходимо для облегчения их использования.

Правда | Ложь

2. Пищеварение – это анаболический процесс, при котором пища превращается в вещества, которые могут быть использованы организмом.

Правда | Ложь

3.Высокое количество АТФ приводит к преобладанию анаболической активности в клетках.

Правда | Ложь

4. Анаболизм – разрушительный метаболизм, обычно включающий высвобождение энергии и расщепление биомолекул.

Правда | Ложь

5. Синтез сахара с образованием гликогена является примером катаболизма.

Правда | Ложь

6. Метаболизм относится к полному набору физических и химических реакций, происходящих в живых клетках.

Правда | Ложь

7. Клеточное дыхание представляет собой метаболический процесс, при котором химическая энергия молекул кислорода преобразуется в АДФ.

Правда | Ложь

8. Анаболические гормоны, такие как анаболические стероиды, стимулируют синтез белка и рост мышц.

Правда | Ложь

9. Аденозинтрифосфат (АТФ) представляет собой органическую молекулу, которая обеспечивает энергию для управления многими процессами в живых клетках.

Правда | Ложь

10.Наращивание мышечной массы способствует катаболической активности, замедляя анаболические реакции.

Правда | Ложь

Ключ ответа

1. Верно

2. Неверно, поскольку верно утверждение: Пищеварение — это катаболический процесс, при котором пища превращается в вещества, которые могут быть использованы организмом .

3. Правда

4. Неверно, потому что верно утверждение: Катаболизм – это разрушительный метаболизм, обычно включающий высвобождение энергии и расщепление биомолекул .

5. Неверно, потому что правильное утверждение: Синтез сахара с образованием гликогена является примером анаболизма

6. Правда

7. Неверно, потому что верно утверждение: Клеточное дыхание — это метаболический процесс, в ходе которого химическая энергия молекул кислорода преобразуется в АТФ .

8. Правда

9. Правда

10. Неверно, потому что правильное утверждение: Наращивание мышечной массы способствует анаболической активности при замедлении катаболических реакций .

26.5: Четыре стадии катаболизма

Цели обучения

  • Чтобы описать, как углеводы, жиры и белки расщепляются в процессе пищеварения.

Мы сказали, что животные получают химическую энергию из пищи — углеводов, жиров и белков — которые они едят в результате реакций, определяемых в совокупности как катаболизм . Мы можем рассматривать катаболизм как протекающий в три этапа (рис. \(\PageIndex{1}\)). На стадии I углеводы, жиры и белки расщепляются на отдельные мономеры: углеводы — на простые сахара, жиры — на жирные кислоты и глицерин, а белки — на аминокислоты.Одной частью стадии I катаболизма является расщепление пищевых молекул в результате реакций гидролиза на отдельные мономерные единицы, что происходит во рту, желудке и тонком кишечнике и называется пищеварением.

На стадии II эти мономерные звенья (или строительные блоки) далее расщепляются по различным путям реакции, один из которых производит АТФ, с образованием общего конечного продукта, который затем может быть использован на стадии III для производства еще большего количества АТФ. В этой главе мы рассмотрим каждую стадию катаболизма — в общих чертах и ​​в деталях.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Преобразование энергии

Преобразование пищи в клеточную энергию (в виде АТФ) происходит в три этапа.

Переваривание углеводов

Переваривание углеводов начинается во рту (рис. \(\PageIndex{2}\)), где α-амилаза слюны атакует α-гликозидные связи в крахмале, основном углеводе, потребляемом человеком. Расщепление гликозидных связей дает смесь декстринов, мальтозы и глюкозы. Альфа-амилаза, смешанная с пищей, остается активной, пока пища проходит через пищевод, но быстро инактивируется в кислой среде желудка.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Основные события и места переваривания углеводов

Основным местом переваривания углеводов является тонкий кишечник. Секреция α-амилазы в тонком кишечнике превращает любые оставшиеся молекулы крахмала, а также декстрины в мальтозу. Затем мальтоза расщепляется мальтазой на две молекулы глюкозы. Дисахариды, такие как сахароза и лактоза, не перевариваются до тех пор, пока не достигают тонкой кишки, где на них воздействуют сахараза и лактаза соответственно.Основными продуктами полного гидролиза дисахаридов и полисахаридов являются три моносахаридных звена: глюкоза, фруктоза и галактоза. Они всасываются через стенку тонкой кишки в кровоток.

Переваривание белков

Переваривание белков начинается в желудке (рис. \(\PageIndex{3}\)), где под действием желудочного сока гидролизуется около 10% пептидных связей. Желудочный сок представляет собой смесь воды (более 99%), неорганических ионов, соляной кислоты, различных ферментов и других белков.

Боль при язве желудка, по крайней мере частично, обусловлена ​​раздражением изъязвленной ткани кислым желудочным соком.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Основные события и места переваривания белков

Соляная кислота (HCl) в желудочном соке секретируется железами слизистой оболочки желудка. рН свежевыделенного желудочного сока составляет около 1,0, но содержимое желудка может повышать рН до 1,5–2,5. HCl помогает денатурировать пищевые белки; то есть он разворачивает белковые молекулы, подвергая их цепи более эффективному действию ферментов.Основным пищеварительным компонентом желудочного сока является пепсиноген, неактивный фермент, вырабатываемый клетками, расположенными в стенке желудка. Когда пища попадает в желудок после периода голодания, пепсиноген превращается в свою активную форму — пепсин — в ходе ряда стадий, инициируемых падением рН. Пепсин катализирует гидролиз пептидных связей внутри белковых молекул. Он имеет довольно широкую специфичность, но действует преимущественно на связи, включающие ароматические аминокислоты триптофан, тирозин и фенилаланин, а также метионин и лейцин.

Переваривание белков завершается в тонкой кишке. Панкреатический сок, поступающий из поджелудочной железы через панкреатический проток, содержит неактивные ферменты, такие как трипсиноген и химотрипсиноген. Они активируются в тонком кишечнике следующим образом (рис. \(\PageIndex{4}\)): клетки слизистой оболочки кишечника секретируют протеолитический фермент энтеропептидазу, который превращает трипсиноген в трипсин; Затем трипсин активирует химотрипсиноген в химотрипсин (а также завершает активацию трипсиногена).Оба этих активных фермента катализируют гидролиз пептидных связей в белковых цепях. Химотрипсин преимущественно атакует пептидные связи с участием карбоксильных групп ароматических аминокислот (фенилаланин, триптофан и тирозин). Трипсин атакует пептидные связи с участием карбоксильных групп основных аминокислот (лизина и аргинина). Сок поджелудочной железы также содержит прокарбоксипептидазу, которая расщепляется трипсином до карбоксипептидазы. Последний представляет собой фермент, который катализирует гидролиз пептидных связей на свободном карбоксильном конце пептидной цепи, что приводит к поэтапному высвобождению свободных аминокислот с карбоксильного конца полипептида.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Активация некоторых ферментов поджелудочной железы в тонкой кишке

Аминопептидазы в кишечном соке удаляют аминокислоты с N-конца пептидов и белков, содержащих свободную аминогруппу. Рисунок \(\PageIndex{5}\) иллюстрирует специфичность этих ферментов, расщепляющих белки. Аминокислоты, которые высвобождаются при переваривании белка, всасываются через стенку кишечника в систему кровообращения, где они могут использоваться для синтеза белка.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Гидролиз пептида несколькими пептидазами

На этой диаграмме показано, где в пептиде различные пептидазы, которые мы обсуждали, могут катализировать гидролиз пептидных связей.

  • Переваривание липидов

    Переваривание липидов начинается в верхней части тонкой кишки (Рисунок \(\PageIndex{6}\)). Гормон, секретируемый в этой области, стимулирует выброс желчи из желчного пузыря в двенадцатиперстную кишку. Основными составляющими желчи являются соли желчных кислот, которые эмульгируют большие нерастворимые в воде капли липидов, нарушая некоторые гидрофобные взаимодействия, удерживающие молекулы липидов вместе, и суспендируя полученные более мелкие глобулы (мицеллы) в водной пищеварительной среде.Эти изменения значительно увеличивают площадь поверхности липидных частиц, обеспечивая более тесный контакт с липазами и, таким образом, быстрое переваривание жиров. Другой гормон способствует выделению панкреатического сока, в котором содержатся эти ферменты.

    Рисунок \(\PageIndex{6}\): Основные события и места расщепления липидов (преимущественно триглицеридов)

    Липазы в соке поджелудочной железы катализируют расщепление триглицеридов сначала до диглицеридов, а затем до 2-моноглицеридов и жирных кислот:

    Моноглицериды и жирные кислоты проникают через слизистую оболочку кишечника в кровоток, где они повторно синтезируются в триглицериды и транспортируются в виде липопротеиновых комплексов, известных как хиломикроны.Фосфолипиды и эфиры холестерина подвергаются аналогичному гидролизу в тонком кишечнике, и молекулы их компонентов также всасываются через слизистую оболочку кишечника.

    Дальнейший метаболизм моносахаридов, жирных кислот и аминокислот, высвобождаемых на I стадии катаболизма, происходит на II и III стадиях катаболизма.

    Резюме

    В процессе пищеварения углеводы расщепляются на моносахариды, белки — на аминокислоты, а триглицериды — на глицерин и жирные кислоты.Большинство реакций пищеварения происходят в тонкой кишке.

    Упражнения по обзору концепции

    1. Проведите различие между каждой парой соединений.

      1. пепсин и пепсиноген
      2. химотрипсин и трипсин
      3. аминопептидаза и карбоксипептидаза
    2. Каковы первичные конечные продукты каждой формы пищеварения?

      1. расщепление углеводов
      2. расщепление липидов
      3. переваривание белка
    3. В каком отделе пищеварительного тракта происходит переваривание большей части углеводов, липидов и белков?

    Ответы

      1. Пепсиноген представляет собой неактивную форму пепсина; пепсин является активной формой фермента.
      2. Оба фермента катализируют гидролиз пептидных связей. Химотрипсин катализирует гидролиз пептидных связей, следующих за ароматическими аминокислотами, тогда как трипсин катализирует гидролиз пептидных связей, следующих за лизином и аргинином.
      3. Аминопептидаза катализирует гидролиз аминокислот с N-конца белка, а карбоксипептидаза катализирует гидролиз аминокислот с С-конца белка.
      1. глюкоза, фруктоза и галактоза
      2. моноглицериды и жирные кислоты
      3. аминокислот

    Упражнения

    1. Что является продуктами пищеварения (или стадии I катаболизма)?

    2. Какой общий тип реакции используется при пищеварении?

    3. Укажите место действия и функцию каждого фермента.

      1. химотрипсин
      2. лактаза
      3. пепсин
      4. мальтаза
    4. Укажите место действия и функцию каждого фермента.

      1. α-амилаза
      2. трипсин
      3. сахароза
      4. аминопептидаза
      1. Что означает следующее утверждение? «Соли желчных кислот эмульгируют липиды в тонком кишечнике.
      2. Почему эмульгирование важно?
    5. Используя химические уравнения, опишите химические изменения, которые претерпевают триглицериды в процессе пищеварения.

    6. Каковы ожидаемые продукты ферментативного действия химотрипсина на каждый аминокислотный сегмент?

      1. гли-ала-фе-тр-лей
      2. ала-иле-тыр-сер-арг
      3. val-trp-arg-leu-cys
    7. Каковы ожидаемые продукты ферментативного действия трипсина на каждый аминокислотный сегмент?

      1. лей-тр-глу-лиз-ала
      2. фе-арг-ала-лей-валь
      3. ала-арг-глу-трп-лиз

    Ответы

    1. белков: аминокислоты; углеводы: моносахариды; жиры: жирные кислоты и глицерин

      1. Химотрипсин обнаружен в тонком кишечнике и катализирует гидролиз пептидных связей, следующих за ароматическими аминокислотами.
      2. Лактаза находится в тонком кишечнике и катализирует гидролиз лактозы.
      3. Пепсин находится в желудке и катализирует гидролиз пептидных связей, прежде всего тех, которые возникают после ароматических аминокислот.
      4. Мальтаза находится в тонком кишечнике и катализирует гидролиз мальтозы.
      1. Соли желчных кислот помогают пищеварению, диспергируя липиды в водном растворе в тонком кишечнике.
      2. Эмульгирование важно, поскольку липиды не растворяются в воде; он расщепляет липиды на более мелкие частицы, которые легче гидролизуются липазами.
      1. гли-ала-фе и тр-лей
      2. ала-иле-тыр и сер-арг
      3. val-trp и arg-leu-cys
  • Катаболизм – обзор | ScienceDirect Topics

    Некоторые косвенные индексы с использованием лимфоцитов и других факторов

    Индекс катаболизма/анаболизма: Выражает относительную долю активности катаболизма организма по отношению к его анаболической активности.

    = Генито-тиреоидный индекс/Генитально-тиреоидный индекс с поправкой Генито-тиреоидный индекс=Нейтрофилы/Лимфоциты=Нейтрофилы/(Генитально-скорректированное соотношение×Лимфоциты)

    Индекс анаболизма: Выражает уровень анаболической активности организма.

    =Индекс катаболизма/(Индекс катаболизма/анаболизма)=(Индекс катаболизма×Генитальная коррекция соотношения×Лимфоциты)/Нейтрофилы .(см. индекс катаболизма-анаболизма в разделе «Косвенные показатели с использованием нейтрофилов» и индекс катаболизма в разделе «Косвенные показатели с использованием ЛДГ или КФК» для дальнейшего обсуждения). Низкая скорость катаболизма сама по себе не означает, что скорость анаболизма низкая. Каждый уровень активности может быть повышенным, низким или нормальным. Индекс анаболизма стремится оценить количественную скорость анаболизма. Индекс катаболизма как количественная оценка катаболизма стоит в числителе. Чем ниже абсолютная скорость катаболизма, тем больше может быть преобладание анаболизма.Однако отношение скорости катаболизма к скорости анаболизма тем больше, чем преобладает анаболизм.

    Как отмечалось выше, чем выше уровень лимфоцитов, тем менее адаптирована щитовидная железа к своей катаболической активности, и тем ниже будет скорость катаболизма. Чем больше скорректировано генитальное соотношение, тем больше преобладание андрогенов над эстрогенами при адаптации, что благоприятствует завершению анаболизма.

    Индекс апоптоза: Выражает общий уровень апоптотической активности организма в целом.

    =Индекс структурного расширения/Индекс расширения мембраны Индекс расширения структуры=Индекс анаболизма×Индекс активности нуклеомембраныРасширение мембран=Индекс катаболизма×Скорректированный индекс роста=(Анаболизм×Индекс активности нуклеомембраны)/(Индекс катаболизма×Скорректированный индекс роста)

    Апоптоз был впервые описан в 1847 г. В течение 140 лет (1847–1987 гг.) изучение апоптоза носило морфологический характер. С 1988 г., с открытием белка bcl-2, генетические механизмы апоптоза были в центре внимания. 367 С эндобиогенной точки зрения, поскольку эндокринная система управляет скоростью метаболизма клетки, она опосредует жизнь клетки и время апоптоза, некроза или его отсутствия, например, в случае раковых клеток.

    Множество про- и антиапоптотических сигнальных факторов являются средствами регуляции апоптоза и, хотя и интересны, не являются детерминантами того, когда и в какой степени происходит (или не происходит) апоптоз. Достоверность такого индекса позволила бы использовать глобальный подход к управлению апоптозом, который согласуется с общей схемой факторов, связанных с ростом рака, и позволяет отказаться от бесконечного поиска «серебряных пуль» в фармакотерапии — натуральных или синтетических, — которые очень эффективны. нацелены на конкретные механизмы апоптоза, но несут риск потенциально более серьезных побочных эффектов.

    Числитель состоит из индекса анаболизма и нуклеомембранного индекса. Чем больше числитель, тем больше скорость апоптоза. Рост клеток происходит в результате анаболизма, который требует повышенной активности на уровне ядра в отношении транскрипции белков (представленной нуклеомембранным индексом) по сравнению с мембранной активностью. Чем выше анаболическая активность клетки, тем скорее она достигнет конца запрограммированного числа делений и, следовательно, погибнет в результате апоптоза.

    Знаменатель состоит из индекса расширения мембраны, который сам состоит из произведения катаболизма и скорректированных показателей индекса роста. Когда преобладает катаболизм, 368, 369 и/или повышенная активность ИФР 370, 371 , мембрана расширяется. 372 Более высокая скорость расширения мембран по сравнению со структурной активностью означает, что больше энергии расходуется на клеточную гиперплазию, чем на клеточные деления, следовательно, тем больше времени требуется клетке, чтобы умереть из-за достижения запрограммированного времени смерти.

    Таким образом, эндокринная система является регулятором апоптоза, а проапоптотические белки являются механизмом апоптотической гибели клеток.

    Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *