Принципы интеграции метаболических путей

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Принципы интеграции метаболических путей

Содержание

2. Интегра́ция (от лат. integratio — «соедине-ние») объединение частей в целое. В биологии понятие интеграции ввёл английский
3. Мы будем рассматривать молекулярные механизмы интеграции обмена в рамках физи-ологических ответов организма: в условиях сравнительно слабых
4. Живые системы – открытые системы: обме-ниваются с окружающей их средой вещест-вом, энергией и информацией. Медико-биологическая наука
5. Биологической эволюции потребовалось около 1 млрд. лет от момента появления одно-клеточных организмов для создания первых многоклеточных
6. Метаболические пути состоят из последова-тельных реакций: продукт предыдущей ста-новится субстратом следующей реакции. Необратимость - общее свойство
7. Метаболизм = катаболические пути (рас-щепление сложных биомолекул на более простые - конечные продукты с выделе-нием свободной
8. Катаболические пути сходятся – образуя че-рез промежуточный продукт пируват, по сути, один конечный продукт: ацетил-СоА. Анаболические
10. Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динами-ческого равновесия или преобладания одного из них
11. В различных точках метаболических путей находятся ключевые метаболиты. Они обес-печивают переключение метаболизма с одно-го метаболического пути
12. 3. Ацетил-КоА. Включает углеводы, липиды и белки в первую реакцию ЦТК (цитрат лиаза) и является субстратом
13. Благодаря необратимости ПВК-ДГ и цитрат синтазы обратное превращение ацетил-КоА в пируват невозможно. То есть, в организме
14. Извлеченная в реакция катаболизма энергия, аккумулируется в трёх формах: 1. Макроэргические связи АТФ. АТФ посто-янно образуется
15. 2. Пиридиновые и флавиновые нуклеотиды: НАДН, ФАДН2 и НАДФН. Это переносчики атомов Н, которые в катаболических
16. б). НАДФН – главный донор богатых энергией атомов Н для биосинтетических путей. Молекулы субстратов и интермедиатов
17. Пять стратегий регуляции метаболизма I. Быстрое изменение каталитической актив-ности ключевых ферментов под влиянием аллостерических регуляторов. II.
18. IV. Компартментализация: - матрикс митохондрий: ЦТК, синтез кетоно-вых тел и β-окисление жирных кислот; - цитоплазма: гликолиз,
19. В чём и посредством чего проявляется интеграция обмена углеводов, липидов и белков? 1. Общие источники свободной
20. Ключевая роль печени в интеграции обмена углеводов, липидов и белков, а также в стабилизации метаболического гомеостаза
21. Эндокринная система в интеграции обмена углеводов, липидов и белков На уровне целостного организма интеграция углеводного, липидного
24. , Фруктозо-2,6-бисфосат в регуляции ГЛИКОЛИЗА и ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА ФФК-1 Ф-бисФаза-1 Фруктозо-2,6-бисФ синтезируется из фруктозо-6-Ф с помощью ФФК-2.
25. Роль гормонов в регуляции концентрации фруктозо-2,6-бифосфата
29. Скачать презентацию

Слайд 2

Интегра́ция (от лат. integratio — «соедине-ние») объединение частей в целое.
В биологии понятие интеграции

ввёл английский ученый Г. Спенсер (1857).
Интеграция метаболизма – скоординиро-ванность (согласованность) метаболических реакций, удовлетворяющая потребностям целого организма. Интеграция позволяет ор-ганизму адекватно реагировать на постоянно меняющиеся условия окружающей среды.

Интеграция проявляется через регуляцию

Слайд 3

Мы будем рассматривать молекулярные механизмы интеграции обмена в рамках физи-ологических

ответов организма: в условиях сравнительно слабых воздействий на организм.
При этом сдвиги гомеостаза организма незначительны. Полноценное существование организма в новых условиях (восстановление нарушенного гомеостаза) достигается за счет мобилизации эволюционно детерминирован-ных компенсаторно-адаптивных реакций.
Фактически речь пойдет о компенсаторно-адаптивной биохимии.

Слайд 4

Живые системы – открытые системы: обме-ниваются с окружающей их средой

вещест-вом, энергией и информацией.
Медико-биологическая наука под ИНФОРМА-ЦИЕЙ подразумевает комплекс сведений, получаемых клеткой из окружающей среды, которые необходимы для приспособления клетки к постоянно меняющимся условиям её существования.

Слайд 5

Биологической эволюции потребовалось около 1 млрд. лет от момента появления

одно-клеточных организмов для создания первых многоклеточных организмов.
Это время было потрачено для «создания» механизмов, с помощью которых отдельные клетки, со своим индивидуальным метабо-лизмом, научились «договариваться» друг с другом.
В здоровом многоклеточном организме, ца-рит гармонию между всеми его членами (клетками). В частности, существует равнове-сие между процессами пролиферации клеток и их естественной гибелью - апоптозом.

Слайд 6

Метаболические пути состоят из последова-тельных реакций: продукт предыдущей ста-новится субстратом

следующей реакции.
Необратимость - общее свойство метаболи-ческих путей. Для этого достаточно, чтобы хотя бы одна реакция в физиологических условиях не могла протекать в обратном направлении.
Принципиальная особенность метаболизма состоит в том, что скорость реакций опреде-ляется не законом действующих масс, а актив-ностью ключевых (регуляторных) ферментов.

Слайд 7

Метаболизм = катаболические пути (рас-щепление сложных биомолекул на более простые -

конечные продукты с выделе-нием свободной энергии) + анаболические пути (биосинтез с использованием свобод-ной энергии).
Благодаря компартментализации, ката-болические и анаболические процессы протекают одновременно. Баланс между ними определяется функциональным состоянием организма (регулируется ЦНС, гормонами и ключевыми ферментами).

Слайд 8

Катаболические пути сходятся – образуя че-рез промежуточный продукт пируват, по

сути, один конечный продукт: ацетил-СоА.
Анаболические пути расходятся – образуя в результате биосинтеза множество различных продуктов (из небольшого числа предшест-венников).
В сопряжении анаболических и катаболичес-ких процессов главную роль играют АТФ и НАДФН. АТФ циклически рефосфорилируется из АДФ, НАДФН восстанавливается из НАДФ+.

Слайд 9

Слайд 10

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динами-ческого

равновесия или преобладания одного из них (в зависимости от функционального состояния организма).

Слайд 11

В различных точках метаболических путей находятся ключевые метаболиты. Они обес-печивают

переключение метаболизма с одно-го метаболического пути на другой в зависи-мости от потребностей организма.
Ключевые метаболиты:
1. Глюкозо-6-фосфат. Перекрёст путей: синтеза и распада гликогена; ПФП (синтез НАДФН и рибозы); гликолиз.
2. Пируват. Открывает вход в ЦТК углево-дов, липидов (через глицерол) и белков.

Слайд 12

3. Ацетил-КоА. Включает углеводы, липиды и белки в первую реакцию ЦТК

(цитрат лиаза) и является субстратом для синтеза кетоновых тел. Ацетил-КоА превращается в цитрат, который выходит в цитозоль, где участвует в синтезе жирных кислот:
цитрат лиаза
цитрат + КоА +АТФ ?? ацетил-КоА + ЩУК + АДФ
синтез жирных кислот

Слайд 13

Благодаря необратимости ПВК-ДГ и цитрат синтазы обратное превращение ацетил-КоА в

пируват невозможно. То есть, в организме человека невозможно превращение жирных кислот в глюкозу.

Слайд 14

Извлеченная в реакция катаболизма энергия, аккумулируется в трёх формах:
1. Макроэргические

связи АТФ. АТФ посто-янно образуется и потребляется. Это главный непосредственно используемый донор сво-бодной энергии в биосистемах, «универсаль-ная энергетическая валюта клетки».
Другие нуклеозид-трифосфаты (гуанозин-, уридин- и цитидин-ТФ) поставляют энергию в строго определеные биосинтетические пути согласно реакции:
АТФ + нуклеозид-ДФ ?? АДФ +
+ нуклеозид-ТФ

Слайд 15

2. Пиридиновые и флавиновые нуклеотиды: НАДН, ФАДН2 и НАДФН. Это переносчики

атомов Н, которые в катаболических реакциях отщепляются от окисляемых субстратов (жирных кислот, глюкозы и аминокислот) с участием специализированных ферментов – дегидрогеназ. Отщепленные атомы Н облада-ют повышенным запасом свободной энергии, что позволяет им служить восстановителями.
В частности: а). НАДН и ФАДН2 – специфи-ческие переносчики Н от окисляемых «топлив-ных» молекул в дыхательную цепь митохонд-рий, где синтезируется основная часть АТФ (более 90%).

Слайд 16

б). НАДФН – главный донор богатых энергией атомов Н для биосинтетических

путей.
Молекулы субстратов и интермедиатов биосинтетических реакций часто более окисле-ны по сравнению с продуктами. Поэтому, помимо энергии АТФ, для синтеза требуются восстановительные эквивалентны (восстано-вительный биосинтез).
3. Трансмембранный электрохимический градиент протонов (Н+) на внутренней мембра-не митохондрий, создаваемый дыхательной цепью. Энергия, заключенная в этом градиен-те, используется для синтеза АТФ в из АДФ и Фн (хемиосмотическая теория П. Митчела).

Слайд 17

Пять стратегий регуляции метаболизма
I. Быстрое изменение каталитической актив-ности ключевых ферментов под

влиянием аллостерических регуляторов.
II. Ковалентная модификация ферментов: фосфорилирование – дефосфорилирование (киназы и фосфатазы). Действует помимо ал-лостерической регуляции и сравнительно быстро.
III. Изменение количества фермента – усиле-ние его биосинтеза, либо разрушение уже имеющихся молекул фермента. Реализуется спустя часы.

Слайд 18

IV. Компартментализация:
- матрикс митохондрий: ЦТК, синтез кетоно-вых тел и β-окисление

жирных кислот;
- цитоплазма: гликолиз, синтез липидов (а также пуринов и пиримидинов) и пентозофосфатный путь;
– отчасти в митохондриях и отчасти в цитоплазме: глюконеогенез и синтез мочевины.
V. Гормональная регуляция. Под действием гормонов (первичных мессенджеров) внутри клетки синтезируются вторичные мессендже-ры, которые изменяют активность внутрикле-точных ферментов.

Слайд 19

В чём и посредством чего проявляется интеграция обмена углеводов, липидов и

белков?
1. Общие источники свободной энергии: АТФ
и НАДФН.
2. Общие предшественники и общие промежу-
точные продукты обмена. Это, прежде все-
го, общий промежуточный продукт –
ацетил-СоА.
3. Конечный и связующий этап метаболичес-
ких превращений – ЦТК и дыхательная цепь.

Слайд 20

Ключевая роль печени в интеграции обмена углеводов, липидов и белков, а

также в стабилизации метаболического гомеостаза организма.
Печень осуществляет взаимодействие реакций обмена белков, жиров и углеводов.
Метаболическая пластичность печени значительна. Оборот ферментов печени (синтез - распад) в 5-10 раз выше, чем таковой в других тканях (даже в мышцах).

Слайд 21

Эндокринная система в интеграции обмена углеводов, липидов и белков
На уровне целостного

организма интеграция углеводного, липидного и белкового обменов обеспечивается работой эндокринной сис-темы.
Ведущую роль в интеграции этих трех обме-нов играют инсулин, глюкагон и адреналин.
(инсулин и глюкагон, адреналин – антаго-нисты).
ИНТЕГРАЦИЯ РЕАЛИЗУЕТСЯ ЧЕРЕЗ РЕГУЛЯЦИЮ
Полноценную картину интеграции получим, если будем рассматривать регуляцию обмена на уровне мышц, жировой ткани и печени, стоящей во главе процесса.

Слайд 22

Слайд 23

Слайд 24

,
Фруктозо-2,6-бисфосат в регуляции ГЛИКОЛИЗА и ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА
ФФК-1
Ф-бисФаза-1
Фруктозо-2,6-бисФ синтезируется из фруктозо-6-Ф с помощью

ФФК-2.
Фруктозо-2,6-бисФ разрушается до фруктозо-6-Ф с помощью
Ф-бисФазы-2.
Оба фермента образуют единый бифункциональный блок.

Слайд 25

Роль гормонов в регуляции концентрации фруктозо-2,6-бифосфата

Слайд 26

Слайд 27