Образование энергии из аминокислот

Важная и проверенная информация на тему: "образование энергии из аминокислот" от профессионалов для спортсменов и новичков.

Биосинтез заменимых аминокислот

Человек и животные способны синтезировать только 10 из 20 аминокислот, необходимых для синтеза белка, — это заменимые аминокислоты (24.2). Пути биосинтеза этих аминокислот разнообразны, но при этом они обладают одним важным свойством:

(Т) углеродный скелет аминокислот образуется из промежуточных метаболитов гликолиза, пентозофосфатного пути, цикла трикарбоновых кислот.

Синтез заменимых аминокислот осуществляется с помощью весьма простых реакций, протекающих, как правило, в одну или две стадии, которые обеспечивают аминирование углеродного скелета предшественника.

Принято выделять три основных пути биосинтеза аминокислот:

  • • прямое аминирование а-кетокислот или ненасыщенных органических кислот;
  • • реакции трансаминирования;
  • • ферментативные взаимопревращения отдельных аминокислот как заменимых, так и незаменимых.

Предшественники заменимых аминокислот приведены ниже:

На рис. 24.14 приведена схема синтеза девяти заменимых аминокислот, которые могут образовываться из глюкозы. Десятая аминокислота — тирозин — синтезируется путем гидроксилирования незаменимой аминокислоты фенилаланина.

Рис. 24.14. Пути синтеза заменимых аминокислот, образующихся из глюкозы:

ТА — трансаминирование; ГДГ — глутаматдегидрогеназа

Синтез глутамата из а-кетоглутарата путем восстановительного аминиро- вания уже обсуждался, равно как и реакция аминирования глутамата и превращения его в глутамин.

Аланин синтезируется из пирувата путем трансаминирования, чаще всего с глутаматом. Реакция катализируется ферментом глутаматпируватгрансаминазой:

Синтез пролина из глутамата включает следующие превращения: АТФ-за- висимое восстановление до у-полуальдегида; циклизация с отщеплением Н20 и восстановлением НАДФН завершает процесс синтеза пролина:

Тирозин, как отмечалось выше, образуется из незаменимой аминокислоты фенилаланина путем ее гидроксилирования под действием оксигеназы (фе- нилаланин-4-гилроксилаза) за счет прямого присоединения кислорода:

Серин синтезируется из промежуточного продукта гликолиза — 3-фосфо- глицерата. Вначале происходит его окисление до 3-фосфогидропирувата, затем трансаминирование с глутаматом с последующим дефосфорилированием:

[3]

Серин является предшественником глицина и цистеина. При синтезе глицина p-углеродный атом серина переносится на тетрагидрофолат (ТГФ) — переносчик одноуглеродных фрагментов:

Эта реакция катализируется ферментом серингилроксиметилтрансферазой. простетической группой которого является пиридоксальфосфат.

Цистеин синтезируется из серина и гомоцистеина (деметилированного метионина), выступающего донором сульфогруппы. Реакции протекают в две стадии и катализируются также пиридоксальфосфатзависимыми ферментами — цистатионсинтазой и цистатиониназой:

Аминокислоты являются важным метаболическим источником энергии

В печени могут синтезироваться и расщепляться триацилглицеролы

Жирные кислоты, подобно глюкоза-6-фосфату могут иметь различную судьбу в печени (гл.7,16):

1. Когда потребность в продуктах метаболизма в качестве источника топлива высока, жирные кислоты расщепляются до ацетил-КоА, из него синтезируются кетоновые тела (гл.7), которые через кровоток поступают в периферические ткани.

2. Когда потребность в источниках энергии — продуктах внутриклеточного метаболизма низкая, жирные кислоты используются для синтеза триацилглицеролов, фосфолипидов, которые в составе липопротеинов секретируются в кровоток (гл.7).

Поскольку интенсивность окисления жирных кислот зависит от их концентрации в клетке, следовало бы ожидать, что новосинтезированные в гепатоцитах жирные кислоты до того, как попадут в кровоток, могут подвергнуться реокислению. На самом деле окисление жирных кислот происходит в митохондриях, а синтез — в цитозоле. Карнитинацилтрансфераза I, один из компонентов системы, транспортирующий жирные кислоты в митохондрии (гл.7), ингибируется малонил-КоА, ключевым промежуточным продуктом биосинтеза жирных кислот. Если потребности в метаболическом топливе низкие, новосинтезированные жирные кислоты не могут попасть в митохондрии для превращения в ацетил-КоА. Тогда источником ацетил-КоА для процессов биосинтеза в печени является окисление глюкозы.

Когда потребность в метаболическом топливе растет, биосинтез жирных кислот замедляется, но жирные кислоты поступают в митохондрии для превращения в кетоновые тела. Образовавшиеся кетоновые тела печень не может использовать для удовлетворения своих энергетических потребностей, так как в гепатоцитах отсутствует фермент 3-кетоацил-КоА трансфераза (гл.7). При этом в крови падает уровень глюкозы, а в печени — активность глюкокиназы. В результате глюкоза не задерживается в клетках печени и идет «на экспорт». Тогда основным источником ацетил-КоА в этом органе становится не глюкоза, а жирные кислоты. Путем окисления этого ацетил-КоА в лимоннокислом цикле с последующим окислительным фосфорилированием в печени образуется АТФ.

В печени происходит расщепление аминокислот с образованием различных промежуточных метаболитов (гл.8). Все эти пути, большей частью, начинаются с трансаминирования аминокислот и образования соответствующих a-кетокислот. Аминогруппа в конечном итоге заканчивает свое превращение в цикле синтеза мочевины и последующим выведением из организма. Гликогенные аминокислоты превращаются в пируват или промежуточные продукты цикла Кребса (оксалоацетат), которые являются субстратами глюконеогенеза (гл.6). Кетогенные аминокислоты, многие из которых являются также гликогенными, могут превращаться в кетоновые тела.

Запасы гликогена в печени недостаточны, чтобы поддерживать потребность глюкозы в организме более 6 часов после приема пищи. Спустя этот период времени основным источником глюкозы становится глюконеогенез из аминокислот (аланина и глутамина). Они образуются в результате расщепления белков мышц. Примечательно, что у животных жир не может превращаться в глюкозу, так как в их организме отсутствует путь превращения ацетил-КоА в оксалоацетат. Таким образом, в дополнение к структурной роли и другим функциональным свойствам, белки выполняют важную энергетическую функцию.

Помимо вышеназванных, печень выполняет целый ряд других биохимических функций в организме. Наиболее важными среди них являются синтез белков плазмы крови, расщепление порфиринов (гл.16) и нуклеиновых кислот (гл.9), депонирование железа и катаболизм (деактивация), путем реакций окисления, восстановления, гидролиза, конъюгации и метилирования, биологически активных соединений, таких как яды, лекарства, гормоны.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8432 —

| 7333 — или читать все.

Взаимосвязь обмена углеводов и аминокислот

Атомы углерода глюкозы и других моносахаридов могут быть использованыдля синтеза большинства заменимых аминокислот.

Промежуточный метаболит расщепления глюкозы — 3 фосфоглицериновая кислота связана с синтезом серина, глицина и цистеина; из пирувата может образоваться аланин; через оксалоацетат идет синтез аспарагина и аспартата; чрез 2-оксоглутарат – пролина, глутамина, глутамата.

Читайте так же:  Когда надо пить протеин

Лишь углеродный скелет тирозина не образуется в этой системе. Разумеется, для образования аминокислот необходим источник аминного азота и SH-групп (для синтеза цистеина).

В то же время в условиях дефицита углеводов в пище углеродные скелеты аминокислот могут широко использоваться для глюконеогенеза.

Узловыми соединениями, связывающими метаболические пути обмена углеводов и обмена аминокислот являются 3‑фосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват, пируват и соединения цикла Кребса.

Взаимосвязь обмена углеводов и липидов

Углеводы в ходе их переработки в метаболической сети могут превращаться в жиры.

Узловыми метаболитами, обеспечивающими взаимодействие процессов окислительного расщепления глюкозы и процессов синтеза липидов, являются 3‑фосфоглицериновый альдегид и фосфодигидроксиацетон, 3-фосфоглицериновая кислота, пируват и ацетил-КоА.

Использование липидов для синтеза глюкозы в организме человека крайне ограничено. Лишь остаткиглицероланейтральных жиров и глицерофосфолипидов могут быть использованы в глюконеогенезе.

Взаимосвязь обмена аминокислот и липидов

При использовании аминокислот для синтеза липидов возможны два варианта перехода их углеродного скелета в исходный субстрат для синтеза высших жирных кислот — ацетил-КоА.

[1]

Ø При первом варианте при расщеплении аминокислот образуется пируват, который после декарбоксилирования переходит в ацетил‑КоА. Пируват образуется или непосредственно из углеродных скелетов аминокислот, что характерно для треонина, цистеина, серина, аланина, глицина, или же из аминокислот вначале образуются промежуточные продукты цикла Кребса, превращающиеся в оксалоацетат, который после декарбоксилирования дает пируват. Этим путем идет образование пирувата из глутамата, глутамина, аргинина, гистидина и ряда других аминокислот.

Ø При втором варианте ацетил-КоА образуется или непосредственно при окислительном расщеплении углеродного скелета аминокислоты, или через ацетоацетат, который в ходе тиолазной реакции распадается на две молекулы ацетил-КоА. По этому варианту идет расщепление лейцина, лизина и части углеродных скелетов фенилаланина и тирозина.

Поскольку все аминокислоты, при расщеплении которых образуются пируват или промежуточные продукты цикла Кребса могут участвовать в глюконеогенезе, их углеродные скелеты могут быть использованы для образования 3-фосфоглицеринового альдегида или фосфодигидроксиацетона — исходных соединений для синтеза 3-фосфоглицерола и далее триацилглицеринов.

Углеродные скелеты любой из аминокислот в принципе могут быть использованы для синтеза соединений стероидный природы, поскольку синтез стероидов в клетках идет из ацетил-КоА.

Узловыми метаболитами, обеспечивающими взаимосвязь обмена аминокислот с обменом липидов, являются промежуточные соединения цикла Кребса, пируват, ацетил-КоА, 3-фосфоглицериновая кислота, 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодигидроксиацетон.

Для синтеза углеродного скелета заменимых аминокислот может использоваться остаток глицерола триглицеридов или глицерофосфолипидов, однако в количественном отношении этот источник атомов углерода может иметь крайне ограниченное значение лишь в отсутствии углеводов.

[2]

Однако такой синтез некоторых заменимых аминокислот с использованием атомов углерода ацетил-КоА связан с расходованием оксалоацетата, а, следовательно, со снижением содержания в клетке промежуточных продуктов цикла Кребса, что для клетки крайне невыгодно.

Межорганные метаболические взаимосвязи

Метаболизм отдельных органов и тканей в рамках целостного организма также представляет собой высокоинтегрированную систему. В качестве примера межорганных метаболических взаимосвязей можно привести следующие:

Ø Синтез креатина начинается в почках, где из глицина и аргинина образуется промежуточный продукт синтеза гликоциамин. Гликоциамин с током крови поступает из почек в печень, где при участии S-аденозилметионина подвергается метилированию, превращаясь в креатин. Далее креатин поступает с током крови в клетки различных органов, например, клетки мозга или мышц, где и выполняет свою функцию, превращаясь в резервный макроэрг — креатинфосфат.

Ø При интенсивной мышечной работе в миоцитах идет распад гликогена и глюкозы с образованием лактата. Лактат из миоцитов выходит в кровь и с током крови поступает в печень.гепатоцитах часть лактата окисляется до конечных продуктов (СО2 и Н2О), остальной лактат используется для глюконеогенеза. Энергия, необходимая для глюконеогенеза, поставляется за счет окисления лактата.

Синтезированная в гепатоцитах глюкоза поступает в кровь, переносится с током крови в мышцы, где расщепляется с выделением энергии, используемой для мышечного сокращения.

Возникает своеобразный цикл взаимопревращения глюкозы и лактата, известный под названием цикла Кори. В ходе функционирования этого цикла, во-первых, происходит утилизация наработанного в мышцах лактата, во-вторых, в энергообеспечении мышечной деятельности принимает участие печень, поскольку энергия, затраченная гепатоцитами на синтез глюкозы из лактата затем выделяется при расщеплении глюкозы в миоциотах.

Ø При работе мышц образуется токсичный для клеток аммиак. Вынос и обезвреживание образовавшегося аммиака осуществляется в ходе так называемого глюкозо-аланинового цикла. В миоцитах образовавшийся аммиак используется для образования аланина из пирувата. Пируват образуется при расщеплении глюкозы и превращается в аланин в ходе трансреаминирования. Аланин поступает в кровь, доставляется в гепатоциты и там подвергается дезаминированию с образованием аммиака и пирувата. Аммиак превращается в мочевину в ходе известного защитного синтеза. Пируват же частично окисляется до конечных продуктов, а частично превращается в гепатоцитах в ходе глюконеогенеза в глюкозу, откуда с током крови глюкоза поступает в миоциты и, окисляясь, служит источником энергии для работы мышц. В ходе этого окисления вновь образуется пируват.

Подобного рода примеров межорганных метаболических связей можно привести множество. Эта многочисленность межорганных метаболических связей, наряду с интеграцией метаболических путей превращений углеводов, липидов и аминокислот, в полной мере подтверждает то, что обмен веществ в организме представляет собой единую высокоинтегрированную сеть метаболических процессов, протекающих в клетках различных органов и тканей.

Превращение и использование энергии

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Обмен веществ и энергии — это совокупность физиче­ских, химических и физиологических процессов превраще­ния веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Все происходящие при этом преобразо­вания объединены общим названием — метаболизм.

Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в пре­вращении и использовании их в процессах жизнедеятельно­сти и в выделении образующихся продуктов распада в окру­жающую среду. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анабо­лизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Читайте так же:  Петросян н п аргинин

Анабо­лизм

это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биоло­гических структур, а также накопление энергии (синтез мак­роэргов). Анаболизм заключается в химической модифика­ции и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, вклю­чение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соот­ветствии с инструкцией, содержащейся в генетическом мате­риале данной клетки.

Катаболизм

— это совокупность процессов расщепле­ния сложных молекул до более простых веществ с использо­ванием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метабо­лизма с образованием энергии. К конечным продуктам мета­болизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин.), окись углерода (0,007 мл/мин.), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно 6 г/день). Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержа­щихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, образование свободных аминокислот в результате расщепления посту­пающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО2 и Н2О, что сопро­вождается высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в орга­низме в состоянии динамического равновесия. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а прева­лирование катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от конституции (астеники характеризуются преобладанием катаболизма), возраста (в детском возрасте преобладает анабо­лизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старче­ском возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.

Превращение и использование энергии

Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом, именно он служит показателем общего состояния и физиоло­гической активности организма.

Единица измерения энергии, обычно применяемая в биологии и медицине, — калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения темпера­туры 1 г воды на 1 °С. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал = 4,19 кДж).

Основной обмен

Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и зависит от многих факторов. Поэтому для срав­нения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина — основной обмен. Основной обмен — это минимальные для бодрствующего организ­ма затраты энергии, определенные в строго контролируемых стандартных условиях:

1) при комфортной температуре (18-20°С тепла);

2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать);

3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс усиливает метаболизм;

4) натощак, т.е. через 12-16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и мас­сы тела человека. Величина основного обмена в среднем со­ставляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10% мень­ше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста постепенно снижается.

Правило поверхности

У млекопитающих величина основного обмена, рассчи­танная на 1 кг массы тела, сильно различается: чем меньше животное, тем выше обмен. Если пересчитать интенсивность обмена на 1 м поверхности тела, полученные величины от­личаются не столь значительно. Рубнер в 1868 г. установил, что затраты энергии (интенсивность обмена) пропорцио­нальны величине поверхности тела. Это объясняется необхо­димостью поддерживать постоянную температуру соотно­шением теплопродукции и теплоотдачи, так как при относи­тельно большой поверхности теряется больше тепла. У чело­века отношение основного обмена к поверхности тела оказа­лось величиной сравнительно постоянной. Ежедневная про­дукция тепла на 1 м поверхности тела у человека равна 3559-5234 кДж (850-1250 ккал).

Для определения поверхности тела применяется фор­мула, выведенная на основании анализа результатов прямых измерений поверхности тела:

где К равна 12,3 (у человека), m – масса тела.

Более точно поверхность тела можно определить по формуле предложенной Дюбуа:

Видео (кликните для воспроизведения).

R=W 0,425 ×H 0,725 ×71,84

где W – масса тела, кг, H – рост, см.

Правило поверхности лишь относительно верно, о чем свидетельствует тот факт, что у индивидуумов еодинаковой поверхностью тела интенсивность метаболизма может зна­чительно различаться. Это связано с особенностями метабо­лизма, состоянием нервной, эндокринной и других систем. Во время сна интенсивность мета­болизма почти на 10% ниже основного обмена. Разница ме­жду бодрствованием в состоянии покоя и сном объясняется тем, что во время сна мышцы расслаблены. При гиперфунк­ции щитовидной железы основной обмен повышается, а при гипофункции — понижается. Понижение основного обмена происходит при недостаточности функций половых желез, гипофиза.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8778 —

| 7149 — или читать все.

185.189.13.12 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Расщепление аминокислот

В первом разделе данной главы уже охарактеризована необходимость и основная стратегия расщепления аминокислот. Она объясняется невозможностью запасания аминокислот впрок и невозможностью их выведения из клеток целиком. Избыточные аминокислоты используются организмами как метаболическое топливо: их углеродные скелеты при перестройках определенного рода могут вовлекаться в биосинтез жирных кислот, глюкозы, кетоновых тел, изопреноидов и др., а также окисляться в ЦТК, обеспечивая клетку энергией. Следует отметить, что многие микроорганизмы, в частности аэробные бактерии, способны использовать отдельные аминокислоты в качестве единственного источника энергии и углерода. У анаэробных микроорганизмов, при отсутствии в клетках цикла трикарбоновых кислот, выработался другой механизм: катаболизм аминокислот в парах, когда одна из них служит донором электронов, а вторая—акцептором. Важно, что в таком процессе происходит образование АТР.

Читайте так же:  Функциональные группы входящие в состав аминокислот

Кроме углеродных скелетов, при деградации аминокислот образуется аминный азот, который в отличие от углерода не пригоден для получения энергии за счет окисления, и более того, является токсичным для клеток. Поэтому те аминогруппы, которые не могут повторно использоваться в биосинтезе, превращаются в мочевину (или другие вещества) и выводятся из организма.

Ниже будут рассмотрены основные типы реакций, в которые могут вступать аминокислоты: реакции по a-аминогруппе, карбоксильной группе и боковой цепи.

Расщепление аминокислот по аминогруппе. Эти процессы представлены в основном реакциями трансаминирования и дезаминирования по a-аминогруппе. Реакции трансаминирования уже были рассмотрены в разделе, касающемся биосинтеза аминокислот. Они катализируются трансаминазами (аминотрансферазами), отличительной особенностью которых является использование пиридоксальфосфата (производное витамина В6) в качестве простетической группы. Наибольшее значение в процессах деградации аминокислот имеют глутамат-трансаминаза и аланин-трансаминаза. Эти ферменты выполняют роль «воронок», собирающих аминогруппы от разных аминокислот и включающих их в состав глутамата и аланина. У животных эти две аминокислоты служат переносчиками накапливающегося аминного азота из тканей в печень. В печени аминогруппа аланина переносится аланинтрансаминазой на a-кетоглутарат с образованием глутамата:

Таким образом, большинство аминогрупп различных аминокислот оказывается в составе глутамата, который легко подвергается дезаминированию.

Реакции дезаминирования аминокислот приводят к освобождению NH2-группы в виде аммиака и осуществляются тремя разными путями. Различают окислительное, гидролитическое и прямое дезаминирование (рис. 16.12). Наиболее распространенным типом является окислительное дезаминирование, которое осуществляется по a-аминогруппе и катализируется в основном глутаматдегидрогеназой — типичным для печени ферментом. Необычным свойством этого фермента является способность использовать как NAD, так и NADP в качестве коферментов. Активность глутаматдегидрогеназы регулируется аллостерическими активаторами (ADP, GDP) и ингибиторами (ATP, GTP).

Окислительное дезаминирование осуществляется в две стадии с образованием иминокислоты в качестве промежуточного продукта, который спонтанно гидролизуется, превращаясь в кетокислоту и аммиак (рис. 16.12). Обе реакции обратимы, и их константы равновесия близки к единице. Ранее (рис. 16.3) было показано, как в ходе обратной реакции аммиак включается в состав глутамата. Можно считать, что реакция образования и дезаминирования глутамата является центральной реакцией в процессе метаболизма аммиака.

У многих организмов окислительное дезаминирование осуществляется с помощью дегидрогеназ, использующих флавиновые кофакторы (FMN, FAD). Эти ферменты называют оксидазами аминокислот. Они характеризуются широкой субстратной специфичностью: одни специфичны к L-аминокислотам, другие — к их D-аналогам. Считается, что эти ферменты вносят небольшой вклад в обмен аминогрупп.

Гидролитическому дезаминированию подвержены немногие аминокислоты, из протеиногенных — аспарагин и глутамин. При их дезаминировании образуются соответственно аспартат и глутамат. Этот процесс правильнее называть дезамидированием, поскольку он осуществляется за счет амидной группы (рис. 16.12). В редких случаях таким путем отщепляется и aаминогруппа аминокислоты, тогда образуются аммиак и оксикислота.

В результате прямого (внутримолекулярного) дезаминирования возникают ненасыщенные соединения. Прямому дезаминированию обычно подвергается гистидин, а также серин. Однако первичная ферментативная атака серина приводит к отщеплению молекулы воды (фермент—серингидратаза), и в этом превращении участвует боковая гидроксильная группа серина. Спонтанному дезаминированию в данном случае подвергается нестабильное промежуточное соединение — аминоакрилат. Продуктом суммарной реакции является пируват, и этот тип дезаминирования вызывается перестройкой в боковой цепи аминокислоты.

Реакции аминокислот по карбоксильной группе. Превращения по карбоксильной группе аминокислот могут использоваться организмами для деградации этих молекул, а также для превращения в другие, необходимые клетке соединения, в первую очередь аминоациладенилаты и биогенные амины. Образование аминоациладенилатов на подготовительной стадии синтеза белка уже было описано в главе 3. Биогенные амины возникают в реакциях, катализируемых декарбоксилазами аминокислот. Эти ферменты широко распространены у животных, растений и особенно у микроорганизмов, причем известно, что у патогенных микроорганизмов декарбоксилазы могут служить факторами агрессии, с помощью которых возбудитель проникает в соответствующие ткани. Декарбоксилазы L-аминокислот, так же как трансаминазы, используют в качестве простетической группы пиридоксальфосфат.

Моноамины (биогенные амины) выполняют в организмах разнообразные функции. Например, этаноламин, образующийся при декарбоксилировании серина, является составной частью полярных липидов. При декарбоксилировании цистеина и аспартата образуются соответственно цистеамин и b-аланин, которые входят в состав такого важного для клеток кофермента, как коэнзим А. Декарбоксилирование гистидина приводит к образованию гистамина — медиатора, участвующего в регуляции скорости метаболических процессов, деятельности желез внутренней секреции, регуляции кровяного давления у животных. Многие другие биогенные амины выполняют функции сигнальных веществ, в частности широко распространенных у животных и человека нейромедиаторов.

Реакции аминокислот по боковой цепи. Насколько разнообразна структура радикалов аминокислот, настолько разнообразны и химические превращения, которым они могут подвергаться. Среди этих многообразных реакций можно выделить те, которые позволяют клетке получать из одних аминокислот другие. Например, тирозин образуется при окислении ароматического кольца фенилаланина; гидролиз аргинина приводит к формированию орнитина (см. цикл мочевины); расщепление треонина сопровождается образованием глицина и т. п.

Кроме этих реакций, важное значение имеют превращения боковых групп, связанные с возникновением физиологически активных веществ. Так, из тирозина образуется гормон адреналин, из триптофана образуются никотиновая кислота (витамин РР, входящий в состав никотинамидных коферментов) и индолилуксусная кислота (ростовое вещество), из цистеина—меркаптуровые кислоты (участвуют в обезвреживании ароматических соединений). Уже отмечалась возможность превращения серина в пируват при дегидратации его боковой цепи и дезаминировании.

Таким образом, разнообразные химические превращения аминокислот могут приводить к образованию биологически активных веществ с широким спектром действия и, кроме того, к отщеплению аминогрупп в виде аммиака с формированием углеродных скелетов. В следующем разделе будет рассмотрена судьба аммиака и углеродных атомов расщепленных аминокислот.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Аминокислоты как источник энергии

Первостепенная роль углеводов как источников энергии в клетке была отмечена. Однако субстратами катаболических процессов могут служить также белки и жиры. При этом энергетическая роль белков вторична. Они бывают востребованы в качестве субстратов, если израсходованы все запасы жиров и углеводов. Жиры – «резервное топливо», поэтому клетка охотно использует их, если исчерпан запас углеводов.

Читайте так же:  В 12 витамин инструкция

Белки распадаются на аминокислоты, которые сами по себе не являются макроэргическими соединениями, но расщепление некоторых из них сопровождается синтезом АТФ или образованием пировиноградной кислоты.

Под действием эндоферментов – дезаминаз и декарбоксилаз – в клетках микроорганизмов происходит расщепление аминокислот, при этом может отщепляться или аминная (-NH2), или карбоксильная (-СООН) группы. Характер превращения аминокислот зависит, главным образом, от реакции среды в период роста бактерий. В кислой среде происходит декарбоксилирование, в щелочной – дезаминирование, при этом среда нейтрализуется. Обе системы ферментов действуют как механизмы нейтрализации среды, в результате рН сохраняется в физиологических пределах.

При декарбоксилировании образуются амины соответствующих кислот по уравнению:

В настоящее время обнаружены декарбоксилазы для всех 20 аминокислот. Они характеризуются специфичностью катализируемых реакций.

Дезаминирование аминокислот сопровождается выделением NH3 и осуществляется многочисленными и разнообразными реакциями. Разнообразие реакций определяется набором ферментов, присущих тому или иному микроорганизму.

У аэробов распространено окислительное дезаминирование, приводящее к образованию α-кетокислоты:

Некоторые микроорганизмы производят дезаминирование аминокислот с образованием пировиноградной кислоты, которая включается в энергетический обмен.

Однако было установлено, что значительная часть энергии микроорганизмам может поставляться из смеси аминокислот, за счет сопряженных окислительно-восстановительных реакций между аминокислотами (реакция Стикленда). При этом одни аминокислоты играют роль доноров, а другие – акцепторов водорода.

Образовавшаяся кетокислота декарбоксилируется, а если это происходит в присутствии фосфата, то образуется макроэргическое фосфорное производное:

Для аминокислот характерен процесс переаминирования (трансаминирования), когда аминогруппа α-аминокислоты перемещается в α-положение кетокислоты, в процессе которого ферменты трансаминазы переносят аминогруппу с аминокислоты на кетокислоту:

В реакции переаминирования аланина и кетоглутаровой кислоты образуются глутаминовая и пировиноградная кислоты.

Переаминирование широко распространено у бактерий и является важным процессом биологического распада и синтеза аминокислот.

Энергетический обмен или откуда берется энергия для организма?

За счет чего человек двигается? Что такое энергетический обмен? Откуда берется энергия для организма? На сколько ее хватит? При какой физической нагрузке, какая энергия расходуется? Вопросов как видите много. Но больше всего их появляется, когда начинаешь эту тему изучать. Попробую облегчить самым любопытным жизнь и сэкономить время. Поехали…

Энергетический обмен – совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.

Для обеспечения движения (актиновых и миозиновых нитей в мышце) мышце требуется АденозинТриФосфат (АТФ). При разрыве химических связей между фосфатами выделяется энергия, которая используется клеткой. При этом АТФ переходит в состояние с меньшей энергией в АденозинДиФосфат (АДФ) и неорганического Фосфора (Ф)

АТФ + H2O ⇒ АДФ + Ф + Энергия

Если мышца производит работу, то АТФ постоянно расщепляется на АДФ и неорганический фосфор выделяя при этом Энергию (порядка 40-60 кДж/моль). Для продолжительной работы необходимо восстановление АТФ с такой скоростью, с какой это вещество используется клеткой.

Источники энергии, используемые при кратковременной, непродолжительной и продолжительной работе различные. Образование энергии может осуществляться как анаэробным (безкислородным), так и аэробным (окислительным) способом. Какие качества развивает спортсмен тренируясь в аэробной или анаэробной зоне я писал в статье «Пульс для бега и пульс при физической нагрузке (Пульсовые зоны)«.

Выделяют три энергетические системы, обеспечивающие физическую работу человека:

  1. Алактатная или фосфагенная (анаэробная). Связана с процессами ресинтеза АТФ преимущественно за счет высокоэнергетического фосфатного соединения – КреатинФосфата (КрФ).
  2. Гликолитическая (анаэробная). Обеспечивает ресинтез АТФ и КрФ за счет реакций анаэробного расщепления гликогена и/или глюкозы до молочной кислоты (лактата).
  3. Аэробная (окислительная). Возможность выполнения работы за счет окисления углеводов, жиров, белков при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих мышцах.

Энергообеспечение организма человека.

Источники энергии при кратковременной работе.

Быстродоступную энергию мышце дает молекула АТФ (АденозинТриФосфат). Этой энергии хватает на 1-3 секунды. Этот источник используется для мгновенной работы, максимальном усилии.

АТФ + H2O ⇒ АДФ + Ф + Энергия

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ; так, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день, но содержит в каждый конкретный момент примерно 250 г), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

Пополняется АТФ за счет КрФ (КреатинФосфат), это вторая молекула фосфата, обладающего высокой энергией в мышце. КрФ отдает молекулу Фосфата молекуле АДФ для образования АТФ, обеспечивая тем самым возможность работы мышцы в течение определенного времени.

Выглядит это так:

АДФ+ КрФ ⇒ АТФ + Кр

Запаса КрФ хватает до 9 сек. работы. При этом пик мощности приходится на 5-6 сек. Профессиональные спринтеры этот бак (запас КрФ) стараются еще больше увеличить путем тренировок до 15 секунд.

Как в первом случае, так и во втором процесс образования АТФ происходит в анаэробном режиме, без участия кислорода. Ресинтез АТФ за счет КрФ осуществляется почти мгновенно. Эта система обладает наибольшей мощностью по сравнению с гликолитической и аэробной и обеспечивает работу «взрывного» характера с максимальными по силе и скорости сокращениями мышц. Так выглядит энергетический обмен при кратковременной работе, другими словами, так работает алактатная система энергообеспечения организма.

Источники энергии при непродолжительной работе.

Откуда берется энергия для организма при непродолжительной работе? В этом случае источником является животный углевод, который содержится в мышцах и печени человека — гликоген. Процесс, при котором гликоген способствует ресинтезу АТФ и выделению энергии называется Анаэробным гликолизом (Гликолитическая система энергообеспечения).

Гликолиз – это процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (Пируват). Дальнейший метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями — аэробным и анаэробным.

Читайте так же:  Спортпит тестостерон рейтинг лучших

При аэробной работе пировиноградная кислота (Пируват) участвует в обмене веществ и многих биохимических реакциях в организме. Она превращается в Ацетил-кофермент А, который участвует в Цикле Кребса обеспечивая дыхание в клетке. У эукариот (клетки живых организмов, которые содержат ядро, то есть в клетках человека и животных) Цикл Кребса протекает внутри митохондрии (МХ, это энергетическая станция клетки).

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) – ключевой этап дыхания всех клеток использующих кислород, это центр пересечения многих метаболических путей в организме. Кроме энергетической роли, Циклу Кребса отводится существенная пластическая функция. Участвуя в биохимических процессах он помогает синтезировать такие важные клетки-соединения, как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.

Если кислорода недостаточно, то есть работа проводится в анаэробном режиме, тогда пировиноградная кислота в организме подвергается анаэробному расщеплению с образованием молочной кислоты (лактата)

Гликолитическая анаэробная система характеризуется большой мощностью. Начинается этот процесс практически с самого начала работы и выходит на мощность через 15-20 сек. работы предельной интенсивности, и эта мощность не может поддерживаться более 3 – 6 минут. У новичков, только начинающих заниматься спортом, мощности едва ли хватает на 1 минуту.

Энергетическими субстратами для обеспечения мышц энергией служат углеводы – гликоген и глюкоза. Всего же запаса гликогена в организме человека на 1-1,5 часа работы.

Как было сказано выше, в результате большой мощности и продолжительности гликолитической анаэробной работы в мышцах образуется значительное количество лактата (молочной кислоты).

Гликоген ⇒ АТФ + Молочная кислота

Лактат из мышц проникает в кровь и связывается с буферными системами крови для сохранения внутренней среды организма. Если уровень лактата в крови повышается, то буферные системы в какой-то момент могут не справиться, что вызовет сдвиг кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону. При закислении кровь становится густой и клетки организма не могут получать необходимого кислорода и питания. В итоге, это вызывает угнетение ключевых ферментов анаэробного гликолиза, вплоть до полного торможения их активности. Снижается скорость самого гликолиза, алактатного анаэробного процесса, мощность работы.

Продолжительность работы в анаэробном режиме зависит от уровня концентрации лактата в крови и степенью устойчивости мышц и крови к кислотным сдвигам.

Буферная емкость крови – способность крови нейтрализовать лактат. Чем тренированнее человек, тем больше у него буферная емкость.

Источники энергии при продолжительной работе.

Источниками энергии для организма человека при продолжительной аэробной работе, необходимые для образования АТФ служат гликоген мышц, глюкоза в крови, жирные кислоты, внутримышечный жир. Этот процесс запускается при длительной аэробной работе. Например, жиросжигание (окисление жиров) у начинающих бегунов начинается после 40 минут бега во 2-й пульсовой зоне (ПЗ). У спортсменов процесс окисления запускается уже на 15-20 минуте бега. Жира в организме человека достаточно для 10-12 часов непрерывной аэробной работы.

При воздействии кислорода молекулы гликогена, глюкозы, жира расщепляются синтезируя АТФ с выделением углекислого газа и воды. Большинство реакций происходит в митохондриях клетки.

Гликоген + Кислород ⇒ АТФ + Углекислый газ + Вода

Образование АТФ с помощью данного механизма происходит медленнее, чем с помощью источников энергии, используемых при кратковременной и непродолжительной работе. Необходимо от 2 до 4 минут, прежде чем потребность клетки в АТФ будет полностью удовлетворена с помощью рассмотренного аэробного процесса. Такая задержка вызвана тем, что требуется время, пока сердце начнет увеличивать подачу крови обогащенной кислородом мышцам, со скоростью необходимой для удовлетворения потребностей мышц в АТФ.

Жир + Кислород ⇒ АТФ + Углекислый газ + Вода

Фабрика по окислению жира в организме является самой энергоемкой. Так как при окислении углеводов, из 1 молекулы глюкозы производится 38 молекул АТФ. А при окислении 1 молекулы жира – 130 молекул АТФ. Но происходит это гораздо медленнее. К тому же для производства АТФ за счет окисления жира требуется больше кислорода, чем при окислении углеводов. Еще одна особенность окислительной, аэробной фабрики – она набирает обороты постепенно, по мере увеличения доставки кислорода и увеличения концентрации в крови выделившихся из жировой ткани жирных кислот.

Больше полезной информации и статей вы можете найти ЗДЕСЬ.

Если представить все энергообразующие системы (энергетический обмен) в организме в виде топливных баков, то выглядеть они будут так:

  1. Самый маленький бак – КреатинФосфат (это как 98 бензин). Он находится как бы ближе к мышце и запускается в работу быстро. Этого «бензина» хватает на 9 сек. работы.
  2. Средний бак – Гликоген (92 бензин). Этот бак находится чуть дальше в организме и топливо из него поступает с 15-30 секунды физической работы. Этого топлива хватает на 1-1,5 часа работы.
  3. Большой бак – Жир (дизельное топливо). Этот бак находится далеко и прежде, чем топливо начнет поступать из него пройдет 3-6 минут. Запаса жира в организме человека на 10-12 часов интенсивной, аэробной работы.
Видео (кликните для воспроизведения).

Все это я придумал не сам, а брал выжимки из книг, литературы, интернет-ресурсов и постарался лаконично донести до вас. Если остались вопросы — пишите.

Источники


  1. Владимир, Петрович Губа Интегральные основы спортивной подготовки / Владимир Петрович Губа. — М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2012. — 364 c.

  2. Щербаков, П. Л. Болезни органов пищеварения у детей при хеликобактериозе / П.Л. Щербаков, А.А. Корсунский, В.А. Исаков. — М.: Медицинское информационное агентство, 2011. — 224 c.

  3. Волошина, И. А. Артикуляционная гимнастика для девочек / И.А. Волошина. — М.: Детство-Пресс, 2011. — 767 c.
Образование энергии из аминокислот
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here