3.3. Синтез на мазнини

Мазнините се синтезират от глицерол и мастни киселини. Глицеролът в тялото се появява по време на разграждането на мазнините (храна или собствени) и също така лесно се образува от въглехидрати. Мастните киселини се синтезират от ацетил коензим А, универсален метаболит на тялото. Този синтез също изисква енергия от водород (под формата на NADPH 2) и ATP. Тялото синтезира само наситени и мононенаситени (тези с една двойна връзка) мастни киселини. Киселините, съдържащи в молекулата си две или повече двойни връзки (полиненаситени), не се синтезират в организма и трябва да се набавят с храната. За синтеза на мазнини могат да се използват и мастни киселини - продукти от хидролизата на хранителни и телесни мазнини.

Всички участници в синтеза на мазнини трябва да бъдат в активна форма: глицерол под формата на глицерофосфат и мастни киселини под формата на ацил-ензим А. Синтезът на мазнини се осъществява в цитоплазмата на клетките (главно мастна тъкан, черен дроб, тънко черво) и протича по следната схема

Трябва да се подчертае, че глицеролът и мастните киселини могат да бъдат получени от въглехидрати. Следователно, при прекомерна консумация на въглехидрати на фона на заседнал начин на живот, се развива затлъстяване.

Лекция 4. Протеинов метаболизъм

4.1. Белтъчен катаболизъм

Протеините, които изграждат клетките на тялото, също са обект на постоянно разграждане под въздействието на вътреклетъчни протеолитични ензими, т.нар. вътреклетъчни протеиназиили катепсини.Тези ензими са локализирани в специални вътреклетъчни органели - лизозоми. Под въздействието на катепсините телесните протеини също се превръщат в аминокиселини. (Важно е да се отбележи, че разграждането както на храната, така и на собствените протеини на тялото води до образуването на същите 20 вида аминокиселини.) Приблизително 200 g телесни протеини се разграждат на ден. Следователно около 300 g свободни аминокиселини се появяват в тялото през деня.

4.2. Синтез на протеини

Повечето аминокиселини се използват за синтеза на протеини. Синтезът на протеини се извършва със задължителното участие на нуклеинови киселини.

Първият етап от протеиновия синтез е транскрипция- осъществява се в клетъчното ядро ​​с помощта на ДНК като източник на генетична информация. Генетичната информация определя реда на аминокиселините в полипептидните вериги на синтезирания протеин. Тази информация е кодирана от последователността на азотните бази в молекулата на ДНК. Всяка аминокиселина е кодирана от комбинация от три азотни бази, наречени кодон, или триплет. Участъкът от ДНК молекула, съдържащ информация за специфичен протеин, се нарича "ген".В този участък на ДНК информационната РНК (иРНК) се синтезира по време на транскрипцията според принципа на комплементарността. Тази нуклеинова киселина е копие на съответния ген. Получената иРНК напуска ядрото и навлиза в цитоплазмата. По подобен начин синтезът на рибозомна (рРНК) и транспортна (тРНК) се осъществява върху ДНК като матрица.

По време на втория етап - разпознаване(разпознаване), протичащи в цитоплазмата, аминокиселините селективно се свързват със своите носители - транспортни РНК (тРНК). Всяка молекула tRNA е къса полинуклеотидна верига, съдържаща приблизително 80 нуклеотида и частично усукана в двойна спирала, което води до конфигурация на „извита детелина“. В единия край на полинуклеотидната верига всички тРНК имат нуклеотид, съдържащ аденин. Към този край на tRNA молекулата е прикрепена аминокиселина. Примката срещу мястото на свързване на аминокиселината съдържа антикодон, състоящ се от три азотни бази и предназначен за последващо свързване с комплементарния кодон на иРНК. Една от страничните бримки на молекулата на тРНК осигурява прикрепването на тРНК към ензима, участващ в разпознаване, а другият страничен контур е необходим за прикрепване на тРНК към рибозомата на следващия етап от протеиновия синтез.

На този етап молекулата на АТФ се използва като източник на енергия. В резултат на разпознаването се образува комплекс аминокиселина-тРНК. В тази връзка вторият етап от протеиновия синтез се нарича активиране на аминокиселини.

Третият етап от протеиновия синтез е излъчване- възниква върху рибозомите. Всяка рибозома се състои от две части - голяма и малка субединица. от химичен състави двете субединици се състоят от рРНК и протеини. Рибозомите могат лесно да се разграждат на субчастици, които отново могат да се комбинират помежду си, за да образуват рибозома. Транслацията започва с дисоциацията на рибозомата на субчастици, които веднага се прикрепят към началната част на молекулата на иРНК, идваща от ядрото. В този случай остава пространство между субчастиците (т.нар. тунел), където се намира малък участък от иРНК. След това tRNAs, свързани с аминокиселини, се добавят към получения комплекс рибозома-mRNA. Прикрепването на тРНК към този комплекс става чрез свързване на една от страничните бримки на тРНК към рибозомата и свързване на тРНК антикодона към неговия комплементарен иРНК кодон, разположен в тунела между рибозомните субчастици. В същото време само две тРНК с аминокиселини могат да се присъединят към комплекса рибозома-иРНК.

Поради специфичното свързване на tRNA антикодони с mRNA кодони, само tRNA молекули, чиито антикодони са комплементарни на mRNA кодоните, са прикрепени към частта от mRNA молекулата, разположена в тунела. Следователно тези тРНК доставят само строго специфични аминокиселини към рибозомите. След това аминокиселините се свързват една с друга чрез пептидна връзка и се образува дипептид, който се свързва с една от тРНК. След това рибозомата се движи по иРНК точно с един кодон (това движение на рибозомата се нарича транслокация).

В резултат на транслокация свободната (без аминокиселина) tRNA се отделя от рибозомата и в зоната на тунела се появява нов кодон, към който се добавя друга tRNA с аминокиселина, съответстваща на този кодон, съгласно принципа на взаимно допълване. Доставената аминокиселина се свързва с предварително образувания дипептид, което води до удължаване на пептидната верига. Това е последвано от нови транслокации, пристигането на нови тРНК с аминокиселини върху рибозомата и по-нататъшно удължаване на пептидната верига.

По този начин редът на включване на аминокиселините в синтезирания протеин се определя от последователността на кодоните в иРНК. Синтезът на полипептидната верига завършва, когато в тунела влезе специален кодон, който не кодира аминокиселини и към който не може да се присъедини тРНК. Такива кодони се наричат ​​стоп кодони.

В резултат на това, поради описаните три етапа, се синтезират полипептиди, т.е. образува се първичната структура на протеина. Висшите (пространствени) структури (вторични, третични, кватернерни) възникват спонтанно.

Синтезът на протеини е енергоемък процес. За да се включи само една аминокиселина в синтезирана протеинова молекула, са необходими поне три ATP молекули.

4.3. Аминокиселинен метаболизъм

В допълнение към протеиновия синтез, аминокиселините се използват и за синтеза на различни непротеинови съединения, които имат важни биологично значение. Някои аминокиселини се разграждат и се превръщат в крайни продукти: C0 2, H 2 O и NH 3 Разпадането започва с реакции, общи за повечето аминокиселини.

Те включват:

а) декарбоксилиране - отстраняване на карбоксилна група от аминокиселини във формата въглероден двуокис:

Всички аминокиселини се подлагат на трансаминиране. В тази реакция участва коензим - фосфопиридоксал, за образуването на който е необходим витамин В6 - пиридоксин.

Трансаминирането е основната трансформация на аминокиселините в тялото, тъй като нейната скорост е много по-висока от тази на реакциите на декарбоксилиране и дезаминиране.

Трансаминацията изпълнява две основни функции:

а) поради трансаминиране някои аминокиселини могат да се превърнат в други. При което обща сумааминокиселините не се променят, но се променя съотношението между тях. С храната в тялото влизат чужди протеини, в които аминокиселините са в различни пропорции в сравнение с телесните протеини. Чрез трансаминиране се коригира аминокиселинният състав на тялото.

б) е интегрална част индиректно (индиректно) дезаминиранеаминокиселини - процесът, при който започва разграждането на повечето аминокиселини.

В първия етап на този процес аминокиселините претърпяват реакция на трансаминиране с α-кетоглутарова киселина. Аминокиселините се превръщат в α-кето киселини, а α-кетоглутаровата киселина се превръща в глутаминова киселина (аминокиселина).

На втория етап получената глутаминова киселина се подлага на дезаминиране, NH3 се отцепва от нея и отново се образува α-кетоглутарова киселина. След това получените α-кето киселини претърпяват дълбоко разлагане и се превръщат в крайните продукти C0 2 и H 2 0. Всяка от 20-те кето киселини (има толкова образувани от тях, колкото и видовете аминокиселини) има свои специфични пътища на разграждане. При разграждането на някои аминокиселини обаче се образува пирогроздена киселина като междинен продукт, от който може да се синтезира глюкоза. Следователно аминокиселините, от които възникват такива кето киселини, се наричат глюкогенен.Други кето киселини не образуват пируват по време на тяхното разграждане. Техният междинен продукт е ацетил коензим А, от който е невъзможно да се получи глюкоза, но могат да се синтезират кетонови тела. Аминокиселините, съответстващи на такива кето киселини, се наричат ​​кетогенни.

Вторият продукт от индиректното дезаминиране на аминокиселините е амонякът. Амонякът е силно токсичен за тялото. Следователно организмът разполага с молекулярни механизми за нейното неутрализиране. Когато се образува NH3, той се свързва с глутаминовата киселина във всички тъкани, за да образува глутамин. Това временно неутрализиране на амоняка.С кръвния поток глутаминът навлиза в черния дроб, където отново се разгражда на глутаминова киселина и NH3. Получената глутаминова киселина се връща в органите с кръвта, за да неутрализира нови порции амоняк. Освободеният амоняк, както и въглеродният диоксид в черния дроб се използват за синтеза урея.

Синтезът на урея е цикличен, многоетапен процес, който консумира голям бройенергия. Аминокиселината орнитин играе много важна роля в синтеза на урея. Тази аминокиселина не е част от протеините. Орнитинът се образува от друга аминокиселина - аргинин,който присъства в протеините. Поради важната роля на орнитина се нарича синтез на урея орнитинов цикъл.

По време на процеса на синтез две молекули амоняк и молекула въглероден диоксид се добавят към орнитин и орнитинът се превръща в аргинин, от който уреята веднага се отделя и отново се образува орнитин. Наред с орнитин и аргинин, аминокиселините също участват в образуването на урея: глутаминИ аспарагинова киселина.Глутаминът е доставчик на амоняк, а аспарагиновата киселина е неговият транспортьор.

Синтезът на урея е окончателна неутрализация на амоняка.От черния дроб уреята навлиза в бъбреците с кръвта и се екскретира с урината. На ден се образуват 20-35 g урея. Екскрецията на урея в урината характеризира скоростта на разграждане на протеините в тялото.

Раздел 3. Биохимия мускулна тъкан

Лекция 5. Биохимия на мускулите

5.1. Клетъчна структура мускулни влакна

Животните и хората имат два основни вида мускули: набразденИ гладка.Набраздените мускули са прикрепени към костите, т.е. към скелета, поради което се наричат ​​още скелетни. Набраздените мускулни влакна също формират основата на сърдечния мускул - миокарда, въпреки че има някои разлики в структурата на миокарда и скелетни мускули. Гладките мускули образуват мускулите на стените кръвоносни съдове, червата, проникват в тъканите вътрешни органии кожата.

Всеки набразден мускул се състои от няколко хиляди влакна, обединени от слоеве на съединителната тъкан и същата мембрана - фасция.Мускулните влакна (миоцити) са силно удължени многоядрени големи клетки с дължина до 2-3 см, а в някои мускули дори повече от 10 см. Дебелината на мускулните клетки е около 0,1-0,2 мм.

Като всяка клетка, миоцитсъдържа основни органели като ядра, митохондрии, рибозоми, цитоплазмен ретикулум и клетъчна мембрана. Характеристика на миоцитите, която ги отличава от другите клетки, е наличието на контрактилни елементи - миофибрили

Ядраса заобиколени от обвивка - нуклеолемата и се състоят главно от нуклеопротеини. Ядрото съдържа генетичната информация за протеиновия синтез.

Рибозоми- вътреклетъчни образувания, които са нуклеопротеини по химичен състав. Синтезът на протеини се осъществява върху рибозомите.

Митохондриите- микроскопични мехурчета с размер до 2-3 микрона, заобиколени от двойна мембрана. В митохондриите окислението на въглехидрати, мазнини и аминокиселини до въглероден диоксид и вода се извършва с помощта на молекулярен кислород (кислород от въздуха). Благодарение на енергията, освободена по време на окислението, синтезът на АТФ се извършва в митохондриите. В тренираните мускули митохондриите са многобройни и разположени по миофибрилите.

Цитоплазмен ретикулум(саркоплазмен ретикулум, саркоплазмен ретикулум) се състои от тръби, тубули и везикули, образувани от мембрани и свързани помежду си. Саркоплазменият ретикулум чрез специални тръби, наречени Т-система, е свързан с мембраната на мускулната клетка - сарколема. Особено внимание в саркоплазмения ретикулум са везикулите, т.нар резервоарнаси съдържащи високи концентрации на калциеви йони. В цистерните съдържанието на Ca 2+ йони е приблизително хиляда пъти по-високо, отколкото в цитозола. Такъв градиент на висока концентрация на калциеви йони възниква поради функционирането на ензима - калциев аденозин три- фосфатази(калциева АТФаза), вградена в стената на резервоара. Този ензим катализира хидролизата на АТФ и благодарение на енергията, освободена по време на този процес, осигурява преноса на калциеви йони вътре в резервоарите. Този механизъм на транспорт на калциевите йони образно се нарича калцийпомпа,или калциева помпа.

Цитоплазма(цитозол, саркоплазма) заема вътрешното пространство на миоцитите и е колоиден разтвор, съдържащ протеини, гликоген, мастни капчици и други включвания. Саркоплазмените протеини представляват 25-30% от всички мускулни протеини. Сред саркоплазмените протеини има активни ензими. Те включват предимно гликолитични ензими, които разграждат гликоген или глюкоза до пирогроздена или млечна киселина. Друг важен саркоплазмен ензим е креатинкиназа, участващи в енергийното снабдяване на мускулната работа. Специално вниманиезаслужава саркоплазмения протеин миоглобин, който е идентичен по структура на една от субединиците на кръвния протеин - хемоглобин. Миоглобинът се състои от един полипептид и един хем. Функцията на миоглобина е да свързва молекулярния кислород. Благодарение на този протеин се създава определен запас от кислород в мускулната тъкан. IN последните годиниУстановена е и друга функция на миоглобина - пренасянето на 0 2 от сарколемата към мускулните митохондрии.

В допълнение към протеините, саркоплазмата съдържа непротеинови азотсъдържащи вещества. Те се наричат, за разлика от протеините, екстракти, тъй като лесно се извличат с вода. Сред тях са адениловите нуклеотиди ATP, ADP, AMP и други нуклеотиди, като ATP преобладава. Концентрацията на АТФ в покой е приблизително 4-5 mmol/kg. Екстрактивите също включват креатин фосфат,неговият предшественик е креатин и продукт от необратимото разграждане на креатин фосфата - креатинин INКонцентрацията на креатин фосфат в покой обикновено е 15-25 mmol/kg. От аминокиселините в големи количества се срещат глутаминова киселина и глутаминова киселина. глутамин.

Основният въглехидрат на мускулната тъкан е гликоген.Концентрацията на гликоген варира от 0,2-3%. Свободната глюкоза в саркоплазмата се съдържа в много ниски концентрации - има само следи от нея. По време на мускулната работа продуктите се натрупват в саркоплазмата въглехидратния метаболизъм- лактат и пируват.

Протоплазмен дебелсвързан с протеини и наличен в концентрация от 1%. Резервна мазнинанатрупва се в мускулите, тренирани за издръжливост.

5.2. Структура на сарколема

Всяко мускулно влакно е заобиколено от клетъчна мембрана - сарколема.Сарколемата е лилопротеинова мембрана с дебелина около 10 nm. Отвън сарколемата е заобиколена от мрежа от преплетени нишки от колагенов протеин. По време на свиването на мускулите в колагеновата обвивка възникват еластични сили, поради което при отпускане мускулното влакно се разтяга и се връща в първоначалното си състояние. Окончанията се доближават до сарколемата двигателни нерви. Точката на контакт между нервния край и сарколемата се нарича невромускулен синапс,или крайна неврална пластина.

Съкратителни елементи - миофибрили- заемат повечетообем мускулни клетки, диаметърът им е около 1 микрон. В нетренираните мускули миофибрилите са разпръснати, но в тренираните мускули те са групирани в снопчета т.нар. полета на Конхайм.

5.3. Структура на анизотропни и изотропни дискове

Микроскопското изследване на структурата на миофибрилите показва, че те се състоят от редуващи се светли и тъмни области или дискове. IN мускулни клеткимиофибрилите са подредени по такъв начин, че светлите и тъмните области на съседните миофибрили съвпадат, което създава напречна ивица на цялото мускулно влакно, видима под микроскоп. Установено е, че миофибрилите са сложни структури, изградени на свой ред от голямо числомускулни нишки (протофибрили или нишки) от два вида - дебелИ тънък.Дебелите нишки имат диаметър 15 nm, тънките - 7 nm.

Миофибрилите се състоят от редуващи се снопове от успоредни дебели и тънки нишки, чиито краища се пресичат. Част от миофибрилата, състояща се от дебели нишки и разположени между тях краища на тънки нишки, е двойно пречупваща. Под микроскоп тази област блокира видимата светлина или потока от електрони (с помощта на електронен микроскоп) и следователно изглежда тъмна. Такива области се наричат анизотропен,или тъмни, дискове (А-дискове).

Светлите области на миофибрилите се състоят от централни части на тънки нишки. Те сравнително лесно пропускат светлинни лъчи или поток от електрони, тъй като нямат двойно пречупване и се наричат изотропен,или светлина, дискове (аз-дискове).В средата на снопа от тънки нишки е разположена напречно тънка плоча от протеин, която фиксира позицията на мускулните нишки в пространството. Тази плоча се вижда ясно под микроскоп под формата на линия, преминаваща през I-диска и се нарича З- запис.

Сечението на миофибрилата между съседни 2-линии се нарича саркомерДължината му е 2,5-3 микрона. Всяка миофибрила се състои от няколкостотин саркомери (до 1000).

5.4. Структура и свойства на контрактилните протеини

Изследване на химичния състав на миофибрилите показа, че дебелите и тънките нишки се състоят само от протеини.

Дебелите нишки са направени от протеин миозин.Миозинът е протеин с молекулно теглооколо 500 kDa, съдържащ две много дълги полипептидни вериги. Тези вериги образуват двойна спирала, но в единия край тези нишки се разминават и образуват сферично образувание - кълбовидна глава. Следователно молекулата на миозина има две части - глобуларна глава и опашка. Дебелата нишка съдържа около 300 миозинови молекули, а на напречно сечение на дебелата нишка се откриват 18 миозинови молекули. Молекулите на миозина в дебели нишки са преплетени с опашките си, а главите им стърчат от дебелата нишка в правилна спирала. В миозиновите глави има две важни области (центъра). Един от тях катализира хидролитичното разцепване на АТФ, т.е. съответства на активния център на ензима. АТФазната активност на миозина е открита за първи път от руските биохимици Енгелхард и Любимова. Вторият участък на главата на миозина осигурява връзката на дебелите нишки с протеина на тънките нишки по време на мускулна контракция - аккал.

Тънките нишки са изградени от три протеина: актин, тропонинИ тропомиозин.

Основният протеин на тънките нишки е актин.Актинът е глобуларен протеин с молекулно тегло 42 kDa. Този протеин има две най-важните свойства. Първо, той проявява висока способност да полимеризира с образуването дълги вериги, Наречен фибриларенактин(може да се сравни с низ от мъниста). Второ, както вече беше отбелязано, актинът може да се комбинира с миозиновите глави, което води до образуването на напречни мостове или сраствания между тънки и дебели нишки.

Основата на тънката нишка е двойна спирала от две вериги фибриларен актин, съдържаща около 300 молекули глобуларен актин (като две нишки от мъниста, усукани в двойна спирала, като всяко зърно съответства на глобуларен актин).

Друг протеин от тънка нишка - тропомиозин– също има формата на двойна спирала, но тази спирала е образувана от полипептидни вериги и е много по-малка по размер от актиновата двойна спирала. Тропомиозинът се намира в жлеба на двойната спирала на фибриларния актин.

Трети протеин от тънка нишка - тропонин- прикрепя се към тропомиозина и фиксира позицията си в актиновия жлеб, което блокира взаимодействието на миозиновите глави с молекулите на глобуларен актин от тънки нишки.

5.5. Механизъм на мускулна контракция

Мускулна контракцияе сложен механохимичен процес, по време на който химическата енергия от хидролитичното разцепване на АТФ се превръща в механична работаизпълнявана от мускула.

Към момента този механизъм все още не е напълно разкрит. Но следното е сигурно:

Източникът на енергия, необходима за работата на мускулите, е АТФ.

Хидролизата на АТФ, придружена от освобождаване на енергия, се катализира от миозин, който, както вече беше отбелязано, има ензимна активност.

Задействащият механизъм за мускулна контракция е повишаване на концентрацията на Ca йони в саркоплазмата на миоцитите, причинено от двигателен нервен импулс.

По време на мускулна контракция се появяват напречни мостове или сраствания между дебелите и тънките нишки на миофибрилите.

По време на мускулната контракция тънките нишки се плъзгат по дебелите нишки, което води до скъсяване на миофибрилите и цялото мускулно влакно като цяло.

Има много хипотези, които се опитват да обяснят молекулярен механизъммускулна контракция. Най-оправданото в момента е хипотеза за гребна лодка“, или „гребната“ хипотеза на X. Хъксли. В опростена форма същността му е следната.

В мускула в покой дебелите и тънките нишки на миофибрилите не са свързани помежду си, тъй като местата на свързване на актиновите молекули са покрити от тропомиозинови молекули.

Мускулното свиване възниква под въздействието на двигателен нервен импулс, който представлява вълна от повишена пропускливост на мембраната, разпространяваща се по протежение на нервното влакно.

Тази вълна на повишена пропускливост се предава през нервно-мускулната връзка към Т-системата на саркоплазмения ретикулум и в крайна сметка достига до цистерни, съдържащи високи концентрации на калциеви йони. В резултат на значително увеличаване на пропускливостта на стената на резервоара калциевите йони напускат резервоарите и тяхната концентрация в саркоплазмата е много висока. кратко време(около 3 ms) се увеличава 1000 пъти. Калциевите йони, които са във висока концентрация, се прикрепят към протеина от тънки нишки - тропонин - и променят неговата пространствена форма (конформация). Промяната в конформацията на тропонина от своя страна води до факта, че молекулите на тропомиозина се изместват по жлеба на фибриларния актин, който формира основата на тънките нишки, и освобождават тази част от актинови молекули, която е предназначена за свързване с миозиновите глави . В резултат на това между миозина и актина (т.е. между дебели и тънки нишки) се появява напречен мост, разположен под ъгъл от 90 °. Тъй като дебелите и тънките нишки съдържат голям брой молекули миозин и актин (около 300 всяка), между мускулните нишки се образуват доста голям брой напречни мостове или сраствания. Образуването на връзка между актин и миозин е придружено от повишаване на АТФазната активност на последния, което води до хидролиза на АТФ:

ATP + H 2 0 ADP + H 3 P0 4 + енергия

Благодарение на енергията, освободена при разграждането на АТФ, главата на миозина, подобно на панта или гребло на лодка, се върти и мостът между дебелите и тънките нишки е под ъгъл от 45 °, което води до плъзгане на мускула нишки една към друга. След като направите завой, мостовете между дебели и тънки нишки се счупват. В резултат на това АТФазната активност на миозина рязко намалява и хидролизата на АТФ спира. Но ако мотор нервен импулспродължава да навлиза в мускула и в саркоплазмата остава висока концентрация на калциеви йони, отново се образуват напречни мостове, повишава се АТФазната активност на миозина и отново се появява хидролиза на нови части от АТФ, осигурявайки енергия за въртене на напречните мостове с последващото им разкъсване. Това води до по-нататъшно движение на дебели и тънки нишки един към друг и скъсяване на миофибрилите и мускулните влакна.

образователен - методиченкомплексотдисциплина от отбиохимия. 2. Следващ...

Учебно-методически комплекс по дисциплината (83)

Учебно-методичен комплекс

Отдели) Пълно име автор_____Родина Елена Юриевна________________________________ Образователни-методиченкомплексотдисциплинаМОЛЕКУЛАРНА БИОЛОГИЯ (име) Специалност... с учебници от молекулярна биологияизброени са учебници отбиохимия. 2. Следващ...

Липидиимат много голямо значениев клетъчния метаболизъм. Всички липиди са органични, неразтворими във вода съединения, присъстващи във всички живи клетки. Според функциите си липидите се делят на три групи:

- структурни и рецепторни липиди на клетъчните мембрани

- енергийно “депо” на клетки и организми

- витамини и хормони от "липидната" група

Основата на липидите е мастна киселина(наситени и ненаситени) и органичен алкохол - глицерол. Ние получаваме по-голямата част от мастните киселини от храната (животински и растителен). Животинските мазнини са смес от наситени (40-60%) и ненаситени (30-50%) мастни киселини. Растителните мазнини са най-богати (75-90%) на ненаситени мастни киселини и са най-полезни за нашия организъм.

По-голямата част от мазнините се използват за енергиен метаболизъм, разграден от специални ензими - липази и фосфолипази. Резултатът е мастни киселини и глицерол, които впоследствие се използват в реакциите на гликолиза и цикъла на Кребс. От гледна точка на образуването на АТФ молекули - мазнините са в основата на енергийните запаси на животните и хората.

Еукариотна клеткаполучава мазнини от храната, въпреки че може сам да синтезира повечето мастни киселини ( с изключение на две незаменими– линолова и линоленова). Синтезът започва в цитоплазмата на клетките с помощта на сложен комплекс от ензими и завършва в митохондриите или гладкия ендоплазмен ретикулум.

Изходният продукт за синтеза на повечето липиди (мазнини, стероиди, фосфолипиди) е "универсална" молекула - ацетил-коензим А (активирана оцетна киселина), която е междинен продукт на повечето катаболни реакции в клетката.

Във всяка клетка има мазнини, но има особено много от тях в специални мастни клетки – адипоцити, формиране мастна тъкан. Метаболизмът на мазнините в организма се контролира от специални хормони на хипофизата, както и от инсулин и адреналин.

Въглехидрати(монозахариди, дизахариди, полизахариди) са най-важните съединения за реакциите на енергийния метаболизъм. В резултат на разграждането на въглехидратите клетката получава по-голямата част от енергията и междинните съединения за синтеза на други органични съединения(протеини, мазнини, нуклеинови киселини).

Клетката и тялото получават по-голямата част от захарите отвън - от храната, но могат да синтезират глюкоза и гликоген от невъглехидратни съединения. Субстрати за различни видовеСинтезът на въглехидрати включва молекули на млечна киселина (лактат) и пирогроздена киселина (пируват), аминокиселини и глицерол. Тези реакции протичат в цитоплазмата с участието на цял комплекс от ензими - глюкозо-фосфатази. Всички реакции на синтез изискват енергия - синтезът на 1 молекула глюкоза изисква 6 молекули АТФ!

По-голямата част от собствения ви синтез на глюкоза се извършва в клетките на черния дроб и бъбреците, но не се случва в сърцето, мозъка и мускулите (там няма необходимите ензими). Следователно нарушенията на въглехидратния метаболизъм засягат предимно функционирането на тези органи. Въглехидратният метаболизъм се контролира от група хормони: хормони на хипофизата, глюкокортикостероидни хормони на надбъбречните жлези, инсулин и глюкагон на панкреаса. Нарушенията в хормоналния баланс на въглехидратната обмяна водят до развитие на диабет.

Разгледахме накратко основните части на пластмасовия метаболизъм. Можете да направите ред общи изводи:

Процесът на синтез на въглехидрати от мазнини може да бъде представен с обща диаграма:

Фигура 7 - Обща схема за синтез на въглехидрати от мазнини

Един от основните продукти на разграждането на липидите, глицеролът, лесно се използва в синтеза на въглехидрати чрез образуването на глицералдехид-3-фосфат и навлизането му в глюнеогенезата. В растенията и микроорганизмите той също толкова лесно се използва за синтеза на въглехидрати и друг важен продукт от разграждането на липидите, мастни киселини (ацетил-КоА), чрез глиоксилатния цикъл.

Но обща схемане отразява всички биохимични процеси, които се случват в резултат на образуването на въглехидрати от мазнини.

Затова ще разгледаме всички етапи на този процес.

Схемата за синтез на въглехидрати и мазнини е по-пълно представена на фигура 8 и протича на няколко етапа.

Етап 1. Хидролитично разграждане на мазнини под действието на ензима липаза до глицерол и висши мастни киселини (виж параграф 1.2). Продуктите на хидролизата трябва, след като преминат през серия от трансформации, да се превърнат в глюкоза.

Фигура 8 – Схема на биосинтеза на въглехидрати от мазнини

Етап 2. Превръщане на висши мастни киселини в глюкоза. Висшите мастни киселини, които се образуват в резултат на хидролиза на мазнини, се разрушават главно чрез b-окисление (този процес беше обсъден по-рано в раздел 1.2, параграф 1.2.2). Крайният продукт от този процес е ацетил-КоА.

Глиоксилатен цикъл

Растенията, някои бактерии и гъбички могат да използват ацетил-КоА не само в цикъла на Кребс, но и в цикъл, наречен глиоксилатен цикъл. Този цикъл играе важна роля като връзка в метаболизма на мазнините и въглехидратите.

Глиоксилатният цикъл функционира особено интензивно в специални клетъчни органели - глиоксизоми - по време на покълването на маслодайните семена. В този случай мазнините се превръщат във въглехидрати, необходими за развитието на кълновете. Този процес продължава, докато разсадът не развие способността да фотосинтезира. Когато мазнината за съхранение се изчерпи в края на покълването, глиоксизомите в клетката изчезват.

Глиоксилатният път е специфичен само за растенията и бактериите; липсва в животинските организми. Способността на глиоксилатния цикъл да функционира се дължи на факта, че растенията и бактериите са способни да синтезират ензими като напр. изоцитрат лиазаИ малат синтаза,които заедно с някои ензими от цикъла на Кребс участват в глиоксилатния цикъл.

Схемата на окисление на ацетил-КоА през глиоксилатния път е показана на фигура 9.

Фигура 9 – Схема на глиоксилатния цикъл

Двете начални реакции (1 и 2) на глиоксилатния цикъл са идентични с тези на цикъла на трикарбоксилната киселина. В първата реакция (1), ацетил-КоА се кондензира с оксалоацетат от цитрат синтаза, за да се образува цитрат. При втората реакция цитратът се изомеризира до изоцитрат с участието на аконитат хидратаза. Следните реакции, специфични за глиоксилатния цикъл, се катализират от специални ензими. При третата реакция изоцитратът се разцепва от изоцитрат лиаза на глиоксилова киселина и янтарна киселина:

В четвъртата реакция, катализирана от малат синтаза, глиоксилатът се кондензира с ацетил-КоА (втората молекула ацетил-КоА, влизаща в глиоксилатния цикъл), за да образува ябълчена киселина (малат):

След това петата реакция окислява малата до оксалоацетат. Тази реакция е идентична с крайната реакция на цикъла на трикарбоксилната киселина; това е и крайната реакция на глиоксилатния цикъл, т.к полученият оксалоацетат кондензира отново с нова ацетил-CoA молекула, като по този начин започва нов завой на цикъла.

Янтарната киселина, образувана в третата реакция на глиоксилатния цикъл, не се използва от този цикъл, а претърпява допълнителни трансформации.

Характеристики на органелите 1. Плазмена мембрана 2. Ядро 3. Митохондрии 4. Пластиди 5. Рибозоми 6. ER 7. Клетъчен център 8. Комплекс Голджи 9.

Лизозоми A) Транспорт на вещества в клетката, пространствено разделяне на реакциите в клетката B) Синтез на протеин C) Фотосинтеза D) Съхранение на наследствена информация E) Немембранен E) Синтез на мазнини и въглехидрати G) Съдържа ДНК 3) Осигуряване на клетка с енергия I) Самосмилане на клетката и вътреклетъчно смилане J) Комуникация на клетката с външната среда K) Контрол на ядреното делене M) Налично само при растенията H) Налично само при животни

Който

характеристиките на живата клетка зависят от функционирането на биологичните мембрани

А. селективна пропускливост

Б. йонен обмен

Б. Поглъщане и задържане на вода

Г. Изолация от заобикаляща средаИ
връзка с нея

Който
Органелата свързва клетката в едно цяло, пренася вещества,
участва в синтеза на мазнини, протеини, сложни въглехидрати:

B. Комплекс Голджи

Б.външен клетъчната мембрана

Който
структурата на рибозомите е:

А. единична мембрана

Б. двойна мембрана

Б. Немембранни

как
Наречен вътрешни структуримитохондрии:

A. grana

Б. матрица

В. Криста

Който
структури, образувани от вътрешната мембрана на хлоропласта:

А. строма

B. тилакоид гран

В. Криста

Ж. Стромални тилакоиди

За което
Организмите се характеризират с ядро:

А. за еукариоти

Б. за прокариоти

Варирайте
според химичния състав на хромозомите и хроматина:

Където
Центромерът се намира на хромозомата:

А. върху първичната констрикция

Б. на второстепенната талия

Който
органелите са характерни само за растителните клетки:

B.митохондрии

Б. Пластиди

Какво
част от рибозомите:

Б. липиди

1 Двата мембранни органела на клетката включват:

1) рибозома 2) митохондрия 3) ендоплазмен ретикулум 4) лизозома
2 В митохондриите водородните атоми се отказват от електрони и енергията се използва за синтеза на: 1) протеини 2) мазнини 3) въглехидрати 4) АТФ
3 Всички клетъчни органели са свързани помежду си чрез: 1) клетъчна стена 2) ендоплазмен ретикулум 3) цитоплазма 4) вакуоли

Изберете един верен отговор. 1. Външната клетъчна мембрана осигурява а) постоянна форма на клетката б) метаболизъм и енергия в

б) осмотичното наляганев клетката г) селективна пропускливост

2. Целулозните мембрани, както и хлоропластите, нямат клетки

а) водорасли б) мъхове в) папрати г) животни

3. В клетката се намират ядрото и органелите

а) цитоплазма _ в) ендоплазмен ретикулум

б) комплекс на Голджи г) вакуоли

4. Синтезът се извършва върху мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум

а) протеини б) въглехидрати в) липиди г) нуклеинови киселини

5. Нишестето се натрупва в

а) хлоропласти б) ядро ​​в) левкопласти г) хромопласти

6. Протеините, мазнините и въглехидратите се натрупват в

а) ядро ​​б) лизозоми в) комплекс Голджи г) митохондрии

7. Участва в образуването на вретеното на делене

а) цитоплазма б) клетъчен център в) вакуола г) комплекс Голджи

8. Органоид, състоящ се от множество свързани помежду си кухини, в
които натрупват синтезирани в клетката органични вещества – това са

а) комплекс Голджи в) митохондрии

б) хлоропласт г) ендоплазмен ретикулум

9. Обменът на вещества между клетката и околната среда се осъществява чрез
черупка поради наличието в нея

а) липидни молекули б) въглехидратни молекули

б) множество дупки г) молекули на нуклеинова киселина

10. Органичните вещества, синтезирани в клетката, се придвижват до органелите
а) с помощта на комплекса Голджи в) с помощта на вакуоли

б) с помощта на лизозоми г) през каналите на ендоплазмения ретикулум

11.Разцепване органична материяв клетка, последвано от освобождаване.
енергия и синтезът на голям брой АТФ молекули се случва в

а) митохондрии б) лизозоми в) хлоропласти г) рибозоми

12. Организми, чиито клетки нямат оформено ядро, митохондрии,
Комплекс Голджи, принадлежи към групата

а) прокариоти б) еукариоти в) автотрофи г) хетеротрофи

13. Прокариотите включват

а) водорасли б) бактерии в) гъбички г) вируси

14. Ядрото играе важна роля в клетката, тъй като участва в синтеза

а) глюкоза б) липиди в) фибри г) нуклеинови киселини и протеини

15. Органела, отграничена от цитоплазмата с една мембрана, съдържаща
много ензими, които разграждат сложни органични вещества
към прости мономери, това

а) митохондрия б) рибозома в) комплекс на Голджи г) лизозома

Какви функции изпълнява външната плазмена мембрана в клетката?

1) ограничава съдържанието на клетката от външна среда
2) осигурява движението на веществата в клетката
3) осигурява комуникация между органелите
4) осъществява синтеза на протеинови молекули

Мембраната на гладкия ендоплазмен ретикулум изпълнява функцията
1) синтез на липиди и въглехидрати
2) синтез на протеини
3) разграждане на протеини
4) разграждане на въглехидрати и липиди

Една от функциите на комплекса Голджи
1) образуване на лизозоми
2) образуване на рибозоми
3) Синтез на АТФ
4) окисляване на органични вещества

Липидните молекули са част от
1) плазмена мембрана
2) рибозоми
3) гъбични клетъчни мембрани
4) центриоли
Благодаря предварително на всеки, който може да помогне

Реакциите на биосинтеза на липиди могат да възникнат в гладкия ендоплазмен ретикулум на клетките на всички органи. Субстрат за синтез на мазнини de novoе глюкоза.

Както е известно, когато глюкозата навлезе в клетката, тя се превръща в гликоген, пентози и се окислява до пирогроздена киселина. Когато доставките са високи, глюкозата се използва за синтезиране на гликоген, но тази опция е ограничена от обема на клетката. Следователно, глюкозата "пропада" в гликолиза и се превръща в пируват директно или чрез пентозофосфатния шънт. Във втория случай се образува NADPH, който впоследствие ще бъде необходим за синтеза на мастни киселини.

Пируватът преминава в митохондриите, декарбоксилира се в ацетил-SCoA и влиза в цикъла на ТСА. Въпреки това, в състояние мир, при ваканция, при наличие на излишно количество енергияв клетката реакциите на цикъла на ТСА (по-специално реакцията на изоцитрат дехидрогеназа) се блокират от излишък на АТФ и NADH.

Обща схема на биосинтеза на триацилглицероли и холестерол от глюкоза

Оксалоацетатът, също образуван от цитрат, се редуцира от малат дехидрогеназа до ябълчена киселина и се връща в митохондриите

• чрез совалков механизъм малат-аспартат (не е показан на фигурата),
• след декарбоксилиране на малат до пируват NADP-зависим маликов ензим. Полученият NADPH ще се използва в синтеза на мастни киселини или холестерол.