DINAMIK BIOKIMYO

BobIV.8.

Metabolizm va energiya

Metabolizm yoki metabolizm - organizmdagi kimyoviy reaktsiyalar to'plami, uni hayot uchun zarur bo'lgan moddalar va energiya bilan ta'minlaydi. Metabolizmda ikkita asosiy bosqichni ajratib ko'rsatish mumkin: tayyorgarlik - ovqat hazm qilish yo'li bilan olingan modda kimyoviy o'zgarishlarga duchor bo'lganda, buning natijasida u qon oqimiga kirib, keyin hujayralarga kirishi mumkin va haqiqiy metabolizm, ya'ni. hujayralarga kirib borgan birikmalarning kimyoviy transformatsiyalari.

metabolik yo'l - bu tanadagi ma'lum bir moddaning kimyoviy o'zgarishlarining tabiati va ketma-ketligi. Metabolizm jarayonida hosil bo'lgan oraliq mahsulotlar metabolitlar deb ataladi va metabolik yo'lning oxirgi birikmasi yakuniy mahsulotdir.

Murakkab moddalarni oddiyroq moddalarga ajratish jarayoni deyiladi katabolizm. Shunday qilib, ovqatga kiradigan oqsillar, yog'lar, uglevodlar ovqat hazm qilish trakti fermentlari ta'sirida oddiyroq tarkibiy qismlarga (aminokislotalar, yog' kislotalari va monosaxaridlar) parchalanadi. Bu energiya chiqaradi. Teskari jarayon, ya'ni oddiy birikmalardan murakkab birikmalarning sintezi deyiladi anabolizm . Bu energiya bilan birga keladi. Ovqat hazm qilish natijasida hosil bo'lgan aminokislotalar, yog' kislotalari va monosaxaridlardan hujayralarda yangi hujayra oqsillari, membrana fosfolipidlari va polisaxaridlar sintezlanadi.

Kontseptsiya mavjud amfibolizm bir birikma yo'q qilinganda, lekin boshqasi sintezlanganda.

metabolik tsikl metabolik yo'l bo'lib, uning yakuniy mahsulotlaridan biri bu jarayonda ishtirok etadigan birikmalardan biriga o'xshashdir.

Shaxsiy metabolik yo'l - bu bitta o'ziga xos birikmaning (uglevodlar yoki oqsillar) o'zgarishlar to'plami. Umumiy metabolizm yo'li ikki yoki undan ko'p turdagi birikmalar (uglevodlar, lipidlar va qisman oqsillar energiya almashinuvida ishtirok etadi) ishtirok etadi.

Metabolizmning substratlari - oziq-ovqatdan keladigan birikmalar. Ular orasida asosiy oziq moddalar (oqsillar, uglevodlar, lipidlar) va kichik miqdorda (vitaminlar, minerallar) mavjud.

Metabolizmning intensivligi hujayraning ma'lum moddalar yoki energiyaga bo'lgan ehtiyoji bilan belgilanadi, tartibga solish to'rtta usulda amalga oshiriladi:

1) Muayyan metabolik yo'l reaktsiyalarining umumiy tezligi ushbu yo'lning har bir fermenti kontsentratsiyasi, muhitning pH qiymati, oraliq mahsulotning har birining hujayra ichidagi konsentratsiyasi, kofaktorlar va kofermentlar kontsentratsiyasi bilan belgilanadi.

2) Odatda metabolik yo'llarning dastlabki bosqichlarini katalizlaydigan tartibga soluvchi (allosterik) fermentlarning faolligi. Ularning aksariyati ushbu yo'lning yakuniy mahsuloti tomonidan inhibe qilinadi va bu turdagi inhibisyon "teskari aloqa" deb ataladi.

3) Muayyan fermentning sintez tezligini aniqlaydigan genetik nazorat. Buning yorqin misoli - mos keladigan substratni qabul qilishga javoban hujayrada induktiv fermentlarning paydo bo'lishi.

4) Gormonal tartibga solish. Bir qator gormonlar metabolik yo'llarning ko'plab fermentlarini faollashtirish yoki inhibe qilish qobiliyatiga ega.

Tirik organizmlar termodinamik jihatdan beqaror tizimlardir. Ularning shakllanishi va ishlashi uchun ko'p qirrali foydalanish uchun mos shaklda doimiy energiya ta'minoti zarur. Energiya olish uchun sayyoradagi deyarli barcha tirik mavjudotlar ATP ning pirofosfat aloqalaridan birini gidrolizlashga moslashgan. Shu munosabat bilan tirik organizmlar bioenergetikasining asosiy vazifalaridan biri ishlatilgan ATPni ADP va AMP dan to'ldirishdir.

Hujayradagi asosiy energiya manbai substratlarning atmosfera kislorodi bilan oksidlanishidir. Bu jarayon uchta usulda amalga oshiriladi: uglerod atomiga kislorod qo'shilishi, vodorodni yo'q qilish yoki elektronni yo'qotish. Hujayralarda oksidlanish vodorod va elektronlarning substratdan kislorodga ketma-ket o'tishi shaklida davom etadi. Bunday holda, kislorod qaytaruvchi birikma (oksidlovchi vosita) rolini o'ynaydi. Oksidlanish reaksiyalari energiya ajralib chiqishi bilan boradi.Biologik reaksiyalar uchun energiyaning nisbatan kichik o'zgarishi xarakterlidir. Bunga oksidlanish jarayonini bir qator oraliq bosqichlarga bo'lish orqali erishiladi, bu esa uni makroergik birikmalar (ATP) shaklida kichik qismlarda saqlashga imkon beradi. Bir juft proton va elektron bilan o'zaro ta'sirlashganda kislorod atomining qisqarishi suv molekulasining paydo bo'lishiga olib keladi.

to'qimalarning nafas olishi

Bu biologik oksidlanishda ishtirok etadigan tana to'qimalarining hujayralari tomonidan kislorodni iste'mol qilish jarayoni. Ushbu turdagi oksidlanish deyiladi aerob oksidlanish . Agar vodorod uzatish zanjiridagi oxirgi qabul qiluvchi kislorod emas, balki boshqa moddalar (masalan, pirouzum kislotasi) bo'lsa, unda oksidlanishning bunday turi deyiladi. anaerob.

Bu. biologik oksidlanish - oraliq vodorod tashuvchilar va uning yakuniy qabul qiluvchisi yordamida substratning gidrogenatsiyasi.

nafas olish zanjiri (to'qimalarning nafas olish fermentlari) oksidlangan substratdan kislorodgacha proton va elektronlarni tashuvchilardir. Oksidlovchi vosita - elektronlarni qabul qilishga qodir bo'lgan birikma. Bu qobiliyat miqdoriy hisoblanadi redoks potentsiali pH 7,0 ga teng bo'lgan standart vodorod elektrodiga nisbatan. Murakkabning potentsiali qanchalik past bo'lsa, uning qaytaruvchi xususiyatlari shunchalik kuchli bo'ladi va aksincha.

Bu. har qanday birikma faqat yuqori oksidlanish-qaytarilish potentsiali bo'lgan birikmaga elektron berishi mumkin. Nafas olish zanjirida har bir keyingi bo'g'in oldingisiga qaraganda yuqori potentsialga ega.

Nafas olish zanjiri quyidagilardan iborat:

1. NAD - qaram dehidrogenaza;

2. FADga bog'liq dehidrogenaza;

3. Ubiquinone (Ko Q);

4. b , c , a + a 3 sitoxromlari.

NADga bog'liq dehidrogenazalar . Koenzim sifatida o'z ichiga oladi YUQORIDA va NADP. Nikotinamidning piridin halqasi elektronlar va vodorod protonlarini biriktirishga qodir.

FAD va FMNga bog'liq dehidrogenazalar B 2 vitaminining koenzim-fosforik efiri sifatida mavjud ( FAD).

Ubiquinone (Ko Q ) flavoproteinlardan vodorodni oladi va aylanadi gidrokinon.

Sitokromlar - tarkibida protez guruhlar sifatida temir porfirinlar mavjudligi sababli elektronlarni biriktirishga qodir bo'lgan xromoprotein oqsillari. Ular bir oz kuchliroq qaytaruvchidan elektronni qabul qilib, kuchliroq oksidlovchiga beradilar. Temir atomi porfirin halqasi tekisligining bir tomonida gistidin aminokislotasining imidazol halqasining azot atomi bilan, ikkinchi tomonida esa metioninning oltingugurt atomi bilan bog'langan. Shuning uchun sitoxromlardagi temir atomining kislorodni bog'lash potentsial qobiliyati bostiriladi.

DA sitoxrom c porfirin tekisligi ikkita sistein qoldig'i orqali oqsil bilan kovalent bog'langan va sitoxromlarb va , u kovalent bog'lanmagan protein bilan.

DA sitoxrom a+a3 (sitoxrom oksidaza) protoporfirin o'rniga bir qator tuzilish xususiyatlari bilan ajralib turadigan porfirin A ni o'z ichiga oladi. Temirning beshinchi koordinatsion pozitsiyasini oqsilning o'zi tarkibiga kiruvchi aminokislotalar qoldig'iga mansub aminokislotalar egallaydi.

Gemolgobin gemasidan farqli o'laroq, sitoxromlardagi temir atomi ikki valentli holatga qaytishi mumkin, bu elektronlarning tashishini ta'minlaydi (batafsil ma'lumot uchun 1-ilovaga qarang "Gemoproteinlarning atomik va elektron tuzilishi").

Elektron tashish zanjirining ishlash mexanizmi

Mitoxondriyaning tashqi membranasi (4.8.1-rasm) ko'pchilik kichik molekulalar va ionlar, ichki membrana esa deyarli barcha ionlar (H protonlardan tashqari) va ko'pchilik zaryadsiz molekulalar uchun o'tkazuvchandir.

Nafas olish zanjirining yuqoridagi barcha komponentlari ichki membranaga qurilgan. Nafas olish zanjiri bo'ylab proton va elektronlarni tashish uning tarkibiy qismlari orasidagi potentsial farq bilan ta'minlanadi. Bundan tashqari, potentsialning har bir 0,16 V ga oshishi ADP va H 3 RO 4 dan bitta ATP molekulasini sintez qilish uchun etarli energiya chiqaradi. O 2 ning bir molekulasi iste'mol qilinganda, 3 ATP.

ADP va fosfor kislotasidan oksidlanish va ATP hosil bo'lish jarayonlari ya'ni. fosforillanish mitoxondriyalarda sodir bo'ladi. Ichki membrana ko'p burmalar - krista hosil qiladi. Bo'shliq ichki membrana - matritsa bilan cheklangan. Ichki va tashqi membranalar orasidagi bo'shliq intermembran deb ataladi.

Bunday molekulada uchta makroergik bog'lanish mavjud. Makroergik yoki energiyaga boy kimyoviy bog'lanish bo'lib, uning uzilishi bilan 4 kkal / mol dan ortiq ajralib chiqadi. ATP ning ADP va fosfor kislotasiga gidrolitik parchalanishi paytida 7,3 kkal / mol chiqariladi. Aynan shu miqdor ADP va fosfor kislotasining qolgan qismidan ATP hosil bo'lishi uchun sarflanadi va bu tanadagi energiyani saqlashning asosiy usullaridan biridir.

Nafas olish zanjiri bo'ylab elektronni tashish jarayonida energiya ajralib chiqadi, bu ADP ga fosfor kislotasi qoldig'ini qo'shib, bitta ATP molekulasi va bitta suv molekulasini hosil qilish uchun sarflanadi. Nafas olish zanjiri bo'ylab bir juft elektronni o'tkazish jarayonida 21,3 kkal / mol ajralib chiqadi va uchta ATP molekulasi shaklida saqlanadi. Bu elektron tashish paytida chiqariladigan energiyaning taxminan 40% ni tashkil qiladi.

Hujayrada energiyani saqlashning bunday usuli deyiladi oksidlovchi fosforlanish yoki qo'shilgan fosforlanish.

Ushbu jarayonning molekulyar mexanizmlari 1961 yilda ilgari surilgan Mitchellning kimyo-osmotik nazariyasi bilan to'liq tushuntirilgan.

Oksidlanishli fosforlanish mexanizmi (4.8.2-rasm):

1) NADga bog'liq dehidrogenaza mitoxondriyaning ichki membranasining matritsa yuzasida joylashgan bo'lib, FMN-ga bog'liq dehidrogenazaga bir juft vodorod elektronini beradi. Bunda matritsadan FMN ga bir juft proton ham o'tadi va natijada FMN H2 hosil bo'ladi. Bu vaqtda NAD ga tegishli bo'lgan bir juft proton membranalararo bo'shliqqa suriladi.

2) FADga bog'liq dehidrogenaza Co.ga bir juft elektron beradi Q va membranalararo bo'shliqqa bir nechta protonni itaradi. Elektronlarni qabul qilish Q matritsadan bir nechta protonni qabul qiladi va Co ga aylanadi Q H 2.

3) Co Q H 2 bir juft protonni membranalararo bo'shliqqa itarib yuboradi va bir juft elektron sitoxromlarga, keyin esa kislorodga o'tib, suv molekulasini hosil qiladi.

Natijada, zanjir bo'ylab bir juft elektron matritsadan membranalararo bo'shliqqa o'tkazilganda, 6 proton (3 juft) pompalanadi, bu ichki yuzalar o'rtasida potentsial farq va pH farqining paydo bo'lishiga olib keladi. membrana.

4) Potensial farq va pH farqi protonlarning proton kanali orqali matritsaga qaytishini ta'minlaydi.

5) Protonlarning bu teskari harakati ATP sintazasining faollashishiga va ADP va fosfor kislotasidan ATP sinteziga olib keladi. Bir juft elektron (ya'ni uch juft proton) o'tkazilishi bilan 3 ta ATP molekulasi sintezlanadi (4.7.3.-rasm).

Nafas olish va oksidlovchi fosforlanish jarayonlarining uzilishi protonlar mitoxondriyaning ichki membranasiga kira boshlaganda sodir bo'ladi. Bunday holda, pH gradienti pasayadi va fosforlanishning harakatlantiruvchi kuchi yo'qoladi. Kimyoviy moddalar - ajratuvchilar protonoforlar deb ataladi, ular protonlarni membrana orqali o'tkazishga qodir. Bularga kiradi 2,4-dinitrofenol, qalqonsimon bez gormonlari va boshqalar (4.8.3-rasm).

Hosil bo‘lgan ATP matritsadan sitoplazmaga translokaz fermentlari yordamida, bitta ADP molekulasi va bitta fosfor kislota molekulasi esa matritsaga qarama-qarshi yo‘nalishda o‘tadi. ADP va fosfat tashilishining buzilishi ATP sintezini inhibe qilishi aniq.

Oksidlanishli fosforlanish tezligi birinchi navbatda ATP tarkibiga bog'liq bo'lib, u qanchalik tez iste'mol qilinsa, ADP qancha ko'p to'planadi, energiyaga bo'lgan ehtiyoj shunchalik ko'p bo'ladi va shuning uchun oksidlanish fosforlanish jarayoni faolroq bo'ladi. Hujayradagi ADP kontsentratsiyasi bilan oksidlovchi fosforlanish tezligini tartibga solish nafas nazorati deb ataladi.

BOBGA ADABIYOT IV.8.

1. Byshevskiy A. Sh., Tersenov O. A. Shifokor uchun biokimyo // Ekaterinburg: Ural ishchisi, 1994, 384 p.;

2. Knorre D. G., Myzina S. D. Biologik kimyo. - M .: Yuqori. maktab 1998 yil, 479 b.;

3. Leninger A. Biokimyo. Hujayra tuzilishi va funktsiyalarining molekulyar asoslari // M.: Mir, 1974, 956 b.;

4. Pustovalova L.M. Biokimyo bo'yicha seminar // Rostov-Don: Feniks, 1999, 540 p.;

5. Stepanov V. M. Molekulyar biologiya. Proteinlarning tuzilishi va funktsiyalari // M .: Vysshaya shkola, 1996, 335 p.;

Er yuzida yashovchi organizmlarning butun xilma-xilligini ikkita asosiy guruhga bo'lish mumkin, ular turli energiya manbalaridan foydalanishda farqlanadi - avtotrof va geterotrof organizmlar. Birinchisi (avtotroflar) birinchi navbatda yashil o'simliklar bo'lib, ular fotosintez jarayonida quyoshning nurlanish energiyasidan to'g'ridan-to'g'ri foydalanishga qodir, noorganiklardan organik birikmalar (uglevodlar, aminokislotalar, yog 'kislotalari va boshqalar) hosil qiladi. Qolgan tirik organizmlar tayyor organik moddalarni o'zlashtiradi, ularni energiya manbai yoki tanalarini qurish uchun plastik material sifatida ishlatadi. Shuni ta'kidlash kerakki, ko'pchilik mikroorganizmlar ham geterotrofdir. Biroq, ular butun oziq-ovqat zarralarini o'zlashtira olmaydi. Ular o'z muhitiga oziq-ovqat moddalarini parchalaydigan, ularni kichik, eriydigan molekulalarga aylantiradigan maxsus ovqat hazm qilish fermentlarini chiqaradi va bu molekulalar hujayralarga kiradi. Metabolizm natijasida oziq-ovqat bilan iste'mol qilinadigan moddalar o'z moddalariga va hujayraning tuzilmalariga aylanadi va bundan tashqari, tana tashqi ish uchun energiya bilan ta'minlanadi. O'z-o'zini ko'paytirish, ya'ni tana tuzilmalarining doimiy yangilanishi va ko'payish tirik organizmlardagi moddalar almashinuvining eng xarakterli xususiyati bo'lib, uni jonsiz tabiatdagi metabolizmdan ajratib turadi.

Moddalar almashinuvi energiya almashinuvi bilan uzviy bog'liq bo'lib, tirik tizimlarda materiya va energiyaning o'zgarishining tabiiy tartibi bo'lib, ularni saqlash va o'z-o'zini ko'paytirishga qaratilgan. F. Engels metabolizmni hayotning eng muhim mulki sifatida qayd etdi, uning tugashi bilan hayotning o'zi to'xtaydi. U bu jarayonning dialektik mohiyatini ta’kidlab, shuni ta’kidladi

Rus fiziologiyasining asoschisi I. M. Sechenov organizmlar hayotida moddalar almashinuvining rolini izchil materialistik pozitsiyadan ko'rib chiqdi. K. A. Timiryazev tirik organizmlarga xos bo'lgan asosiy xususiyat - bu tanani tashkil etuvchi modda bilan atrof-muhit moddasi o'rtasidagi doimiy faol almashinuv, degan g'oyani doimiy ravishda davom ettirdi, uni organizm doimiy ravishda idrok etadi, o'zlashtiradi, uni yana o'xshashga aylantiradi. dissimilyatsiya jarayonidagi o'zgarishlar va yorqin hodisalar. I.P.Pavlov metabolizmni hayotiy faoliyatning namoyon bo'lishining asosi, organizmning fiziologik funktsiyalari uchun asos deb hisobladi. Hayotiy jarayonlar kimyosini bilishga A.I.Oparin salmoqli hissa qo‘shdi, u Yerda hayotning paydo bo‘lishi va rivojlanishi jarayonida moddalar almashinuvi evolyutsiyasining asosiy qonuniyatlarini o‘rgandi.

ASOSIY TUSHUNCHALAR VA SHARTLAR

Yoki metabolizm - bu organizmdagi kimyoviy reaktsiyalar to'plami bo'lib, uni hayot uchun zarur bo'lgan moddalar va energiya bilan ta'minlaydi: o'z-o'zini saqlash va o'z-o'zini ko'paytirish. O'z-o'zini ko'paytirish deganda tashqaridan keladigan moddaning organizmning o'zi moddalari va tuzilmalariga aylanishi tushuniladi, buning natijasida to'qimalarning doimiy yangilanishi, o'sishi va ko'payishi sodir bo'ladi.

Metabolizmda sekretsiya:

• tashqi almashinuv- moddalarning tanaga kirishi va undan metabolik mahsulotlarning chiqarilishi yo'lida hujayradan tashqari transformatsiyani o'z ichiga oladi. [ko'rsatish] .

  Organizmga moddalarni qabul qilish va almashinuv mahsulotlarining ajralib chiqishi birgalikda atrof-muhit va organizm o'rtasidagi moddalar almashinuvini tashkil qiladi va tashqi almashinuv deb ta'riflanadi.

  Moddalarning (va energiyaning) tashqi almashinuvi doimiy ravishda amalga oshiriladi.

  Kislorod, suv, mineral tuzlar, oziq moddalar, vitaminlar inson tanasiga tashqi muhitdan kiradi, ular hujayra va to'qimalarning strukturaviy elementlarini qurish va yangilash, energiya ishlab chiqarish uchun zarurdir. Bu moddalarning barchasini oziq-ovqat deb atash mumkin, ularning ba'zilari biologik kelib chiqishi (sabzavot va hayvonot mahsulotlari) va kichikroq qismi biologik bo'lmagan (suv va unda erigan mineral tuzlar).

  Oziq-ovqat bilan ta'minlangan ozuqa moddalari aminokislotalar, monosaxaridlar, yog 'kislotalari, nukleotidlar va boshqa moddalar hosil bo'lishi bilan parchalanadi, ular hujayraning tarkibiy va funktsional tarkibiy qismlarining uzluksiz parchalanishi jarayonida hosil bo'lgan bir xil moddalar bilan aralashib, umumiy tarkibni tashkil qiladi. organizmning metabolitlari fondi. Bu fond ikki yo'nalishda sarflanadi: bir qismi hujayraning chirigan strukturaviy va funktsional komponentlarini yangilash uchun ishlatiladi; ikkinchi qismi esa organizmdan chiqariladigan metabolizmning yakuniy mahsulotiga aylanadi.

  Moddalarning metabolizmning yakuniy mahsulotigacha parchalanishi jarayonida energiya ajralib chiqadi, kattalarda kuniga 8000-12000 kJ (2000-3000 kkal). Bu energiya tana hujayralari tomonidan turli xil ishlarni bajarish, shuningdek, tana haroratini doimiy darajada ushlab turish uchun ishlatiladi.

• oraliq almashinuv- biologik hujayralar ichidagi moddalarning yakuniy mahsulot hosil bo'lishigacha (masalan, aminokislotalar almashinuvi, uglevod almashinuvi va boshqalar) o'zgarishini o'z ichiga oladi.

Metabolizm bosqichlari. Uchta ketma-ket bosqich mavjud.

Haqida batafsil

• qabul qilish (Oziqlanish metabolizmning ajralmas qismidir (atrof-muhitdan organizmga moddalarni qabul qilish))
• ovqat hazm qilish (hazm qilish biokimyosi (oziq moddalarni hazm qilish))
• so'rilish (hazm qilish biokimyosi (oziq moddalarning so'rilishi))

II. Tanadagi moddalarning harakati va o'zgarishi (oraliq metabolizm)

Oraliq metabolizm (yoki metabolizm) - organizmdagi moddalarning hujayralarga kirgan paytdan boshlab metabolizmning yakuniy mahsuloti hosil bo'lgunga qadar, ya'ni tirik hujayralarda sodir bo'ladigan va organizmni moddalar va energiya bilan ta'minlaydigan kimyoviy reaktsiyalar yig'indisi. uning hayotiy faoliyati, o'sishi, ko'payishi. Bu metabolizmning eng qiyin qismidir.

Hujayra ichiga kirgandan so'ng, ozuqa moddalari metabolizmga uchraydi - fermentlar tomonidan katalizlangan bir qator kimyoviy o'zgarishlarga uchraydi. Bunday kimyoviy o'zgarishlarning ma'lum ketma-ketligi metabolik yo'l, hosil bo'lgan oraliq mahsulotlar esa metabolitlar deb ataladi. Metabolik yo'llar metabolik xarita shaklida ifodalanishi mumkin.

Oziq moddalar almashinuvi
uglevodlar	lipidlar	Belkov
Uglevodlarning katabolik yo'llari glikoliz Glikogenoliz Bu glyukoza (yoki boshqa monosaxaridlar) va glikogendan laktatgacha (anaerob sharoitda) yoki CO 2 va H 2 O ga (aerob sharoitda) parchalanganda energiya hosil bo'lishining yordamchi yo'llari. Pentoza fosfat yo'li (geksoz monofosfat yoki fosfoglyukonat shunt). Uning tavsifida katta rol o'ynagan olimlardan so'ng pentoza fosfat sikli Warburg-Dikkens-Xorker-Engelxard tsikli deb ataladi. Bu sikl glyukoza-6-fosfat bosqichida glikolizning bir tarmog'i (yoki shunt) hisoblanadi. Anabolik uglevod yo'llari Glyukoneogenez (glyukozaning yangi shakllanishi). Bu tananing barcha to'qimalarida mumkin, asosiy o'rin jigar hisoblanadi. Glikogenez (glikogenning biosintezi). Tananing barcha to'qimalarida paydo bo'ladi (ehtimol eritrotsitlar bundan mustasno), ayniqsa skelet mushaklari va jigarda faol.	lipid katabolik yo'l Glitserin va erkin yog 'kislotasi hosil bo'lishi bilan lipidlarning hujayra ichidagi gidrolizi (to'qimalarning lipolizi). Glitserinning oksidlanishi Knoop-Linen siklida yog 'kislotalarining oksidlanishi Anabolik lipid yo'li Yog 'kislotalarining sintezi (to'yingan va to'yinmagan). Sutemizuvchilarning to'qimalarida faqat monoenik yog 'kislotalari hosil bo'lishi mumkin (stearikdan - oleykdan, palmitikdan - palmitoleikdan). Bu sintez jigar hujayralarining endoplazmatik retikulumida monooksigen oksidlanish zanjiri orqali sodir bo'ladi. Qolgan to'yinmagan yog'li kislotalar inson tanasida hosil bo'lmaydi va ular o'simlik ovqatlari bilan ta'minlanishi kerak (ko'p to'yinmagan yog'li kislotalar o'simliklarda hosil bo'ladi). Ko'p to'yinmagan yog'li kislotalar sutemizuvchilar uchun ajralmas oziq-ovqat omillari hisoblanadi. Triatsilgliserinlarning sintezi. Lipidlar yog 'to'qimasida yoki tananing boshqa to'qimalarida yotqizilganda paydo bo'ladi. Jarayon hujayralar gialoplazmasida lokalizatsiya qilinadi. Sintezlangan triatsilgliserin hujayralar sitoplazmasida yog'li qo'shimchalar shaklida to'planadi.	Proteinning katabolik yo'li Oqsillarning hujayra ichidagi gidrolizi Yakuniy mahsulotlarga (karbamid, suv, karbonat angidrid) oksidlanish. Yo'l aminokislotalarning parchalanishidan energiya olish uchun xizmat qiladi. Anabolik aminokislotalar yo'li Oqsillar va peptidlarning sintezi - aminokislotalarni iste'mol qilishning asosiy yo'nalishi Protein bo'lmagan azotli birikmalarning sintezi - purinlar, pirimidinlar, porfirinlar, xolin, kreatin, melanin, ba'zi vitaminlar, koenzimlar (nikotinamid, foliy kislotasi, koenzim A), to'qimalarni regulyatorlari (gistamin, serotonin), mediatorlar (adrenalin, norepefrin, atsetilxolin) Aminokislotalarning uglerod skeletlari yordamida uglevodlar sintezi (glyukoneogenez) Aminokislotalarning uglerod skeletlari atsetil qoldiqlari yordamida lipidlar sintezi.
Fosfolipidlarning sintezi. U to'qimalarning gialoplazmasida davom etadi, membranalarning yangilanishi bilan bog'liq. Sintezlangan fosfolipidlar sitoplazmaning lipid o'tkazuvchi oqsillari yordamida membranalarga (hujayra, hujayra ichidagi) o'tkaziladi va eski molekulalar o'rniga o'rnatiladi. Umumiy substratlar uchun fosfolipidlar va triatsilgliserinlarni sintez qilish yo'llari o'rtasidagi raqobat tufayli fosfolipidlar sintezini rag'batlantiradigan barcha moddalar to'qimalarda triatsilgliserinlarning cho'kishiga to'sqinlik qiladi. Ushbu moddalar lipotrop omillar deb ataladi. Bularga fosfolipidlarning strukturaviy komponentlari kiradi: xolin, inositol, serin; serin fosfatidlarning dekarboksillanishini osonlashtiradigan modda - piridoksal fosfat; metil guruhi donori - metionin; foliy kislotasi va siyanokobalamin metil guruhini uzatish koenzimlarini (THFK va metilkobalamin) hosil qilishda ishtirok etadi. Ular to'qimalarda triatsilgliserinning ortiqcha cho'kishiga (yog'li infiltratsiya) to'sqinlik qiluvchi dorilar sifatida ishlatilishi mumkin. Keton tanachalarining sintezi. Jigar mitoxondriyalarida paydo bo'ladi (boshqa organlarda ketogenez yo'q). Ikkita yo'l mavjud: gidroksimetilglutarat sikli (eng faol) va deatsilaza sikli (eng kam faol). Xolesterin sintezi. Voyaga etgan odamning jigarida eng faol. Jigar xolesterinni boshqa organlarga taqsimlashda va safro bilan xolesterinni chiqarishda ishtirok etadi. Xolesterin hujayralardagi biomembranlarni qurish uchun, shuningdek, safro kislotalarini (jigarda), steroid gormonlarini (buyrak usti bezlari po'stlog'ida, ayol va erkak jinsiy bezlarida, yo'ldoshda), D 3 vitamini yoki xolekalsiferolni (terida) hosil qilish uchun ishlatiladi.

24-jadval. Odamning kunlik metabolizmi (yumaloq qiymatlar; tana vazni taxminan 70 kg bo'lgan kattalar)
Moddalar	Tanadagi tarkib, g	Kundalik iste'mol, g	Kundalik taqsimot
O2	-	850	-
CO2	-	-	1000
Suv	42 000	2200	2600
organik moddalar:
sincaplar	15 000	80	-
lipidlar	10 000	100	-
uglevodlar	700	400	-
nuklein kislotalar	700	-	-
karbamid	-	-	30
mineral tuzlar	3 500	20	20
Jami	71 900	3650	3650

Tananing barcha qismlarida metabolik faollik natijasida qon oqimiga kiradigan zararli moddalar hosil bo'ladi va ularni olib tashlash kerak. Bu funktsiyani buyraklar bajaradi, ular zararli moddalarni ajratadi va ularni siydik pufagiga yo'naltiradi, u erdan keyin tanadan chiqariladi. Metabolizm jarayonida boshqa organlar ham ishtirok etadi: jigar, oshqozon osti bezi, o't pufagi, ichaklar, ter bezlari.

Odam siydik, najas, ter, nafas chiqarilgan havo bilan metabolizmning asosiy yakuniy mahsuloti - CO 2, H 2 O, karbamid H 2 N - CO - NH 2 ni chiqaradi. H 2 O shaklida organik moddalarning vodorodi chiqariladi va organizm iste'mol qilganidan ko'ra ko'proq suv chiqaradi (24-jadvalga qarang): Organik moddalarning vodorodidan organizmda kuniga taxminan 400 g suv hosil bo'ladi. nafas olayotgan havoning kislorodi (metabolik suv). Organik moddalarning uglerod va kislorodi CO 2 shaklida, azot esa karbamid shaklida chiqariladi.

Bundan tashqari, odam boshqa ko'plab moddalarni chiqaradi, lekin oz miqdorda, shuning uchun ularning tana va atrof-muhit o'rtasidagi metabolizmning umumiy muvozanatiga qo'shgan hissasi kichikdir. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, bunday moddalarning chiqarilishining fiziologik ahamiyati sezilarli bo'lishi mumkin. Masalan, gem parchalanish mahsulotlarini yoki begona birikmalarning metabolik mahsulotlarini, shu jumladan dori vositalarini chiqarishning buzilishi jiddiy metabolik kasalliklar va tana funktsiyalarini keltirib chiqarishi mumkin.

Metabolizmning substratlari- oziq-ovqat bilan birga keladigan kimyoviy birikmalar. Ular orasida ikkita guruhni ajratib ko'rsatish mumkin: asosiy ozuqa moddalari (uglevodlar, oqsillar, lipidlar) va oz miqdorda keladigan kichiklar (vitaminlar, mineral birikmalar).

Oziq moddalarni almashtirib bo'lmaydigan va almashtirib bo'lmaydigan moddalarni ajratish odatiy holdir. Organizmda sintezlana olmaydigan va shuning uchun oziq-ovqat bilan ta'minlanishi kerak bo'lgan ozuqa moddalari ajralmas hisoblanadi.

metabolik yo'l- bu tanadagi ma'lum bir moddaning kimyoviy o'zgarishlarining tabiati va ketma-ketligi. Konversiya jarayonida hosil bo'lgan oraliq mahsulotlar metabolitlar deb ataladi va metabolik yo'lning oxirgi birikmasi yakuniy mahsulotdir.

Organizmda kimyoviy o'zgarishlar doimiy ravishda sodir bo'ladi. Tananing oziqlanishi natijasida dastlabki moddalar metabolik transformatsiyalarga uchraydi; metabolizmning yakuniy mahsulotlari doimiy ravishda tanadan chiqariladi. Shunday qilib, organizm termodinamik ochiq kimyoviy tizimdir. Metabolik tizimning eng oddiy misoli bitta tarmoqlanmagan metabolik zanjirdir:

--> a --> b --> c --> d -->

Bunday tizimdagi moddalarning doimiy oqimi bilan har bir metabolitning hosil bo'lish tezligi uni iste'mol qilish tezligiga teng bo'lganda dinamik muvozanat o'rnatiladi. Bu shuni anglatadiki, har bir metabolitning konsentratsiyasi doimiy ravishda saqlanadi. Tizimning bunday holati statsionar deyiladi va bu holatdagi moddalarning konsentratsiyasi statsionar kontsentratsiyalar deb ataladi.

Tirik organizm har qanday vaqtda statsionar holatning berilgan ta'rifiga mos kelmaydi. Biroq, nisbatan uzoq vaqt davomida uning parametrlarining o'rtacha qiymatini hisobga olgan holda, ularning nisbiy doimiyligini qayd etish va shu bilan statsionar tizim tushunchasini tirik organizmlarga qo'llashni asoslash mumkin. [ko'rsatish] .

Shaklda. 64-rasmda tarmoqlanmagan metabolik zanjirning gidrodinamik modeli ko'rsatilgan. Ushbu qurilmada silindrlardagi suyuqlik ustunining balandligi mos ravishda a-d metabolitlari kontsentratsiyasini simulyatsiya qiladi va silindrlar orasidagi bog'lovchi naychalarning o'tkazuvchanligi mos keladigan fermentativ reaktsiyalar tezligini simulyatsiya qiladi.

Tizimga kiradigan suyuqlikning doimiy tezligida barcha tsilindrlardagi suyuqlik ustunining balandligi doimiy bo'lib qoladi: bu statsionar holat.

Agar suyuqlik oqimining tezligi oshsa, u holda barcha silindrlardagi suyuqlik ustunining balandligi ham, butun tizim bo'ylab suyuqlik oqimi tezligi ham ortadi: tizim yangi statsionar holatga o'tdi. Xuddi shunday o'tishlar tirik hujayradagi metabolik jarayonlarda sodir bo'ladi.

Metabolitlarning kontsentratsiyasini tartibga solish

Odatda metabolik zanjirda boshqa barcha reaktsiyalarga qaraganda ancha sekinroq davom etadigan reaktsiya mavjud - bu yo'lning tezlikni cheklovchi bosqichidir. Rasmda bunday bosqich birinchi va ikkinchi tsilindrlar orasidagi tor birlashtiruvchi trubka bilan modellashtirilgan. Tezlikni cheklovchi bosqich boshlang'ich moddani metabolik zanjirning yakuniy mahsulotiga aylantirishning umumiy tezligini belgilaydi. Ko'pincha cheklovchi reaktsiyani katalizlovchi ferment tartibga soluvchi ferment hisoblanadi: uning faoliyati hujayra ingibitorlari va aktivatorlari ta'sirida o'zgarishi mumkin. Shunday qilib, metabolik yo'lning tartibga solinishi ta'minlanadi. Shaklda. 64 Birinchi va ikkinchi tsilindrlar orasidagi amortizatorli o'tish trubkasi tartibga soluvchi fermentni taqlid qiladi: amortizatorni ko'tarish yoki tushirish orqali tizimni yangi statsionar holatga o'tkazish mumkin, suyuqlikning umumiy oqimi boshqacha va suyuqlik darajasi har xil bo'ladi. tsilindrlar.

Tarmoqlangan metabolik tizimlarda tartibga soluvchi fermentlar odatda shoxlanish joyidagi birinchi reaksiyalarni katalizlaydi, masalan, b --> c va b --> i-rasmdagi reaksiyalar. 65. Bu metabolizm tizimining har bir tarmog'ini mustaqil tartibga solish imkoniyatini ta'minlaydi.

Ko'pgina metabolik reaktsiyalar teskari; ularning tirik hujayradagi oqimining yo'nalishi mahsulotning keyingi reaktsiyada iste'mol qilinishi yoki mahsulotni reaktsiya doirasidan olib tashlash, masalan, chiqarib yuborish bilan aniqlanadi (65-rasm).

Tana holatining o'zgarishi bilan (ovqatlanish, dam olishdan vosita faoliyatiga o'tish va boshqalar) organizmdagi metabolitlarning kontsentratsiyasi o'zgaradi, ya'ni yangi statsionar holat o'rnatiladi. Biroq, bir xil sharoitlarda, masalan, tungi uyqudan keyin (nonushtadan oldin) ular barcha sog'lom odamlarda taxminan bir xil bo'ladi; tartibga solish mexanizmlarining ta'siri tufayli har bir metabolitning kontsentratsiyasi o'ziga xos darajada saqlanadi. Ushbu kontsentratsiyalarning o'rtacha qiymatlari (o'zgaruvchanlik chegaralarini ko'rsatgan holda) normaning xususiyatlaridan biri bo'lib xizmat qiladi. Kasalliklarda metabolitlarning statsionar kontsentratsiyasi o'zgaradi va bu o'zgarishlar ko'pincha ma'lum bir kasallik uchun xosdir. Kasalliklarni laboratoriya diagnostikasining ko'plab biokimyoviy usullari bunga asoslanadi.

Metabolik yo'lda ikkita yo'nalish mavjud - anabolizm va katabolizm (1-rasm).

• Anabolik reaktsiyalar oddiyroq moddalarni murakkabroq moddalarga aylantirishga, hujayraning kofermentlar, gormonlar, oqsillar, nuklein kislotalar kabi tarkibiy va funktsional tarkibiy qismlarini shakllantirishga qaratilgan. endergonik reaktsiyalar). Ular uchun energiya manbai katabolizm jarayonidir. Bundan tashqari, katabolizm energiyasi hujayraning (motor va boshqalar) funktsional faolligini ta'minlash uchun ishlatiladi.
• Katabolik o'zgarishlar - bu oziq-ovqat bilan birga keladigan va hujayraning bir qismi bo'lgan murakkab molekulalarni oddiy tarkibiy qismlarga (karbonat angidrid va suv) bo'linish jarayonlari; bu reaktsiyalar odatda oksidlovchi bo'lib, erkin energiyaning chiqishi bilan birga keladi (ekzergonik reaksiyalar).

Amfibolik yo'l(dual) - katabolik va anabolik transformatsiyalar birlashtirilgan yo'l, ya'ni. bir birikmaning yo'q qilinishi bilan birga boshqasi sintezlanadi.

Amfibolik yo'llar moddalarning terminal yoki yakuniy oksidlanish tizimi bilan bog'liq bo'lib, ular ko'p miqdorda energiya hosil bo'lishi bilan yakuniy mahsulotlarga (CO 2 va H 2 O) yonadi. Ularga qo'shimcha ravishda metabolizmning yakuniy mahsulotlari karbamid va siydik kislotasi bo'lib, ular aminokislotalar va nukleotidlar almashinuvining maxsus reaktsiyalarida hosil bo'ladi. ATP-ADP tizimi va metabolitlarning amfibolik aylanishi orqali metabolizmning o'zaro bog'liqligi sxematik tarzda ko'rsatilgan. 2.

ATP-ADP tizimi(ATP-ADP tsikli) - ATP molekulalarining uzluksiz shakllanishi sodir bo'ladigan tsikl, uning gidroliz energiyasi organizm tomonidan turli xil ishlarda ishlatiladi.

Bu shunday metabolik yo'l bo'lib, uning yakuniy mahsulotlaridan biri ushbu jarayonda ishtirok etadigan birikmalardan biriga o'xshashdir (3-rasm).

Anaplerotik yo'l- yakuniy mahsuloti har qanday tsiklik yo'lning oraliq mahsulotlaridan biriga o'xshash metabolik. Shakl misolidagi anaplerotik yo'l. 3 tsiklni X mahsuloti bilan to'ldiradi (anapleroz - to'ldirish).

Keling, ushbu misoldan foydalanamiz. Shaharda X,Y,Z markali avtobuslar qatnaydi.Ularning marshrutlari diagrammada ko'rsatilgan (4-rasm).

Ushbu misolga asoslanib, biz quyidagilarni aniqlaymiz.

• Shaxsiy metabolik yo'l - bu faqat ma'lum bir birikmaga (masalan, uglevodlar, lipidlar yoki aminokislotalar) xos bo'lgan o'zgarishlar to'plami.
• Umumiy metabolik yo'l - bu ikki yoki undan ortiq turdagi birikmalarni (masalan, uglevodlar va lipidlar yoki uglevodlar, lipidlar va aminokislotalar) o'z ichiga olgan transformatsiyalar to'plami.

Metabolik yo'llarni lokalizatsiya qilish

Eukaryotik shaxslardagi katabolik va anabolik yo'llar hujayradagi lokalizatsiyasi bilan farqlanadi (22-jadval.).

Bu bo'linish ferment tizimlarining hujayraning ma'lum qismlariga chegaralanganligi (bo'linish) bilan bog'liq bo'lib, bu hujayra ichidagi funktsiyalarni ham ajratishni, ham integratsiyani, shuningdek tegishli nazoratni ta'minlaydi.

Hozirgi vaqtda elektron mikroskopik va gistokimyoviy tadqiqotlar, shuningdek, differentsial sentrifugalash usuli tufayli fermentlarning hujayra ichidagi lokalizatsiyasini aniqlashda sezilarli yutuqlarga erishildi. Shakldan ko'rinib turibdiki. 74, hujayrada hujayra yoki plazma membranasi, yadro, mitoxondriya, lizosomalar, ribosomalar, tubulalar va pufakchalar tizimi - endoplazmatik to'r, qatlamli kompleks, turli vakuolalar, hujayra ichidagi qo'shimchalar va boshqalarni topish mumkin. Asosiy massa. hujayra sitoplazmasining tabaqalanmagan qismi gialoplazma (yoki sitozol).

RNK polimerazalar, ya'ni mRNK hosil bo'lishini katalizlovchi fermentlar yadroda (aniqrog'i, yadroda) joylashishi aniqlangan. Yadro tarkibida DNK replikatsiyasi jarayonida ishtirok etuvchi fermentlar va boshqalar mavjud (23-jadval).

23-jadval. Hujayra ichidagi ayrim fermentlarning lokalizatsiyasi
sitozol	Glikoliz fermentlari Pentoza yo'lining fermentlari Aminokislotalarni faollashtiruvchi fermentlar Yog 'kislotalarini sintez qilish uchun fermentlar Fosforilaza glikogen sintaza
Mitoxondriya	Piruvatdehidrogenaza kompleksi Krebs tsiklining fermentlari Yog 'kislotalarining oksidlanish siklining fermentlari Biologik oksidlanish va oksidlovchi fosforlanish fermentlari
Lizosomalar	Kislota gidrolazalari
Mikrosomal fraktsiya	Protein sintezining ribosomali fermentlari Fosfolipidlar, triglitseridlarni sintez qilish uchun fermentlar, shuningdek, xolesterin sintezida ishtirok etadigan bir qator fermentlar Gidroksilazalar
plazma membranasi	Adenilatsiklaza, Na+-K+-ga bog'liq ATPaz
Yadro	DNK replikatsiyasida ishtirok etadigan fermentlar RNK polimeraza NAD sintetaza

Fermentlarning hujayra tuzilmalari bilan aloqasi:

• Mitoxondriya. Mitoxondriyalar biologik oksidlanish zanjiri fermentlari (to'qimalarning nafas olishi) va oksidlovchi fosforillanish, shuningdek, piruvat dehidrogenaza kompleksi fermentlari, trikarboksilik kislota aylanishi, karbamid sintezi, yog 'kislotalari oksidlanishi va boshqalar bilan bog'liq.
• Lizosomalar. Lizosomalar asosan 5 mintaqada optimal pH ga ega bo'lgan gidrolitik fermentlarni o'z ichiga oladi. Aynan fermentlarning gidrolitik bog'liqligi tufayli bu zarrachalar lizosomalar deb ataladi.
• Ribosomalar. Protein sintezi fermentlari ribosomalarda lokalizatsiya qilinadi, bu zarralarda mRNK tarjima qilinadi va aminokislotalar oqsil molekulalarining shakllanishi bilan polipeptid zanjirlariga bog'lanadi.
• Endoplazmatik retikulum. Endoplazmatik retikulum tarkibida lipid sintezi fermentlari, shuningdek gidroksillanish reaksiyalarida ishtirok etuvchi fermentlar mavjud.
• Plazma membranasi. Na + va K + ni tashuvchi ATP-aza, adenilatsiklaza va boshqa bir qator fermentlar birinchi navbatda plazma membranasi bilan bog'liq.
• sitozol. Sitozolda (gialoplazmada) glikoliz fermentlari, pentoza sikli, yog 'kislotalari va mononukleotidlar sintezi, aminokislotalarning faollashuvi, shuningdek, glyukoneogenezning ko'plab fermentlari joylashadi.

Jadvalda. 23 eng muhim fermentlarning lokalizatsiyasi va turli subhujayrali tuzilmalarda individual metabolik bosqichlar bo'yicha ma'lumotlarni umumlashtiradi.

Ko'p fermentli tizimlar organellalar tuzilishida shunday lokalizatsiya qilinganki, har bir ferment ma'lum ketma-ketlikda keyingi fermentga yaqin joylashgan. Shu tufayli oraliq reaksiya mahsulotlarini diffuziya qilish uchun zarur bo'lgan vaqt qisqaradi va reaktsiyalarning butun ketma-ketligi vaqt va makonda qat'iy muvofiqlashtiriladi. Bu, masalan, piruvik kislota va yog 'kislotalarining oksidlanishida, oqsil sintezida ishtirok etuvchi fermentlar, shuningdek, elektron uzatish va oksidlovchi fosforillanish fermentlari uchun to'g'ri.

Bo'linish, shuningdek, kimyoviy jihatdan mos kelmaydigan reaktsiyalarning bir vaqtning o'zida sodir bo'lishini ta'minlaydi, ya'ni. katabolizm va anabolizm yo'llarining mustaqilligi. Shunday qilib, hujayrada uzun zanjirli yog 'kislotalarining atsetil-KoA bosqichiga oksidlanishi va teskari yo'naltirilgan jarayon - asetil-KoA dan yog' kislotalarining sintezi bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi mumkin. Bu kimyoviy jihatdan mos kelmaydigan jarayonlar hujayraning turli qismlarida sodir bo'ladi: yog 'kislotalarining oksidlanishi mitoxondriyalarda, ularning sintezi mitoxondriyadan tashqarida, gialoplazmada sodir bo'ladi. Agar bu yo'llar bir-biriga to'g'ri kelsa va faqat jarayon yo'nalishi bo'yicha farq qilsa, u holda ayirboshlashda foydasiz yoki befoyda tsikllar paydo bo'ladi. Bunday tsikllar patologiyada, metabolitlarning foydasiz aylanishi mumkin bo'lganda sodir bo'ladi.

O'simliklar, hayvonlar va mikroorganizmlarning turli sinflaridagi metabolizmning individual aloqalarini aniqlash tirik tabiatdagi biokimyoviy o'zgarishlar yo'llarining tub umumiyligini ochib beradi.

MATABOLIZMANI TARTIB TUTIRISHNING ASOSIY QOIDALARI

Hujayra va hujayra darajasida metabolizmni tartibga solish amalga oshiriladi

1. fermentlarning sintezi va katalitik faolligini tartibga solish orqali.

   Bu tartibga solish mexanizmlari

   • metabolik yo'lning yakuniy mahsulotlari tomonidan fermentlar sintezini bostirish,
   • substratlar tomonidan bir yoki bir nechta fermentlarning sintezini induktsiya qilish;
   • allaqachon mavjud bo'lgan ferment molekulalarining faolligini modulyatsiya qilish,
   • metabolitlarning hujayraga kirish tezligini tartibga solish. Bu erda etakchi rol protoplazma va yadro, mitoxondriya, lizosomalar va unda joylashgan boshqa hujayra osti organellalarini o'rab turgan biologik membranalarga tegishli.
2. gormonlar sintezi va faoliyatini tartibga solish orqali. Shunday qilib, oqsil almashinuviga qalqonsimon bez gormoni - tiroksin, yog 'almashinuvi - oshqozon osti bezi va qalqonsimon bezlar, buyrak usti bezlari va gipofiz gormonlari, uglevod almashinuvi - oshqozon osti bezi (insulin) va buyrak usti bezlari (adrenalin) gormonlari ta'sir qiladi. . Gormonlarning ta'sir mexanizmida siklik nukleotidlar (cAMP va cGMP) alohida rol o'ynaydi.

   Hayvonlarda va odamlarda metabolizmning gormonal tartibga solinishi asab tizimining muvofiqlashtiruvchi faoliyati bilan chambarchas bog'liq. Asab tizimining uglevod almashinuviga ta'siriga misol sifatida Klod Bernard tomonidan shakar in'ektsiyasi deb ataladi, bu giperglikemiya va glyukozuriyaga olib keladi.

3. Metabolizmning integratsiyalashuv jarayonlarida eng muhim rol miya yarim korteksiga tegishli. I. P. Pavlov ta’kidlaganidek: “Hayvon organizmining asab tizimi qanchalik mukammal bo‘lsa, u shunchalik markazlashgan bo‘lsa, uning bo‘limi shunchalik yuqori bo‘lib, organizmning barcha faoliyatini boshqaruvchi va taqsimlovchi bo‘lib boradi... Bu oliy bo‘lim o‘z ichiga oladi. uning yurisdiktsiyasida tanada sodir bo'ladigan barcha hodisalar".

Shunday qilib, maxsus kombinatsiya, qat'iy mustahkamlik va agregatdagi metabolik reaktsiyalarning tezligi qayta aloqa mexanizmining xususiyatlarini (ijobiy yoki salbiy) ochib beradigan tizimni tashkil qiladi.

ORACHALIK METABOLIZMANI O‘RGANISH USULLARI

Metabolizmni o'rganish uchun ikkita yondashuv qo'llaniladi:

• butun tanani o'rganish (in vivo tajribalar) [ko'rsatish]

  Asrimizning boshlarida o'tkazilgan butun organizm bo'yicha tadqiqotlarning klassik namunasi Knoop tajribalaridir. U yog‘ kislotalarining organizmda parchalanishini o‘rgangan. Buning uchun Knoop itlarni juft (I) va toq (II) miqdordagi uglerod atomlariga ega bo'lgan turli xil yog 'kislotalari bilan oziqlantirdi, ularda metil guruhidagi bitta vodorod atomi fenil radikali C 6 H 5 bilan almashtirildi:

  Birinchi holda, fenilatsetik kislota C 6 H 5 -CH 2 -COOH har doim itlarning siydigida, ikkinchi holatda esa benzoik kislota C 6 H 5 -COOH chiqariladi. Ushbu natijalarga asoslanib, Knoop organizmdagi yog 'kislotalarining parchalanishi karboksil uchidan boshlab ikki uglerodli fragmentlarni ketma-ket yo'q qilish orqali sodir bo'ladi degan xulosaga keldi:

  CH 3 -CH 2 -|-CH 2 -CH 2 -|-CH 2 -CH 2 -|-CH 2 -CH 2 -|-CH 2 -COOH

  Keyinchalik bu xulosa boshqa usullar bilan tasdiqlangan.

  Aslida, bu tadqiqotlarda Knoop molekulalarni yorliqlash usulini qo'llagan: u yorliq sifatida tanada o'zgarishlarga uchramaydigan fenil radikalidan foydalangan. XX asrning 40-yillaridan boshlab. molekulalarida elementlarning radioaktiv yoki og'ir izotoplari bo'lgan moddalardan foydalanish keng tarqaldi. Masalan, radioaktiv uglerod (14 C) bo'lgan turli xil birikmalarni tajriba hayvonlariga berish orqali xolesterin molekulasidagi barcha uglerod atomlari asetatning uglerod atomlaridan kelib chiqishi aniqlandi:

  

  Odatda, tanada keng tarqalgan elementlardan (odatda og'ir izotoplar) massasi bilan farq qiluvchi elementlarning barqaror izotoplari yoki radioaktiv izotoplar qo'llaniladi. Barqaror izotoplardan massasi 2 (deyteriy, 2 N), azot massasi 15 (15 N), uglerod 13 (13 S) va massasi 18 (18 C) bo'lgan vodorod izotoplari. ) ko'pincha ishlatiladi. Из радиоактивных изотопов применяются изотопы водорода (тритий, 3 Н), фосфора (32 Р и 33 Р), углерода (14 С), серы (35 S), йода (131 I), железа (59 Fe), натрия (54 Na ) va boshq.

  O'rganilayotgan birikma molekulasini turg'un yoki radioaktiv izotop bilan belgilab, uni organizmga kiritgandan so'ng etiketlangan atomlar yoki ularni o'z ichiga olgan kimyoviy guruhlar aniqlanadi va ularni ma'lum birikmalarda topib, aylanish yo'llari to'g'risida xulosa chiqariladi. tanadagi etiketli moddaning. Izotop yorlig'i yordamida moddaning organizmda qolish vaqtini ham aniqlash mumkin, bu ma'lum taxminan bilan biologik yarimparchalanish davrini, ya'ni izotop yoki etiketli birikma miqdorini tavsiflaydi. yarmiga qisqartiriladi yoki alohida hujayralar membranalarining o'tkazuvchanligi haqida aniq ma'lumot olish uchun. Izotoplar, shuningdek, berilgan moddaning boshqa birikmaning oldingi yoki parchalanish mahsuloti ekanligini aniqlash va to'qimalarning yangilanish tezligini aniqlash uchun ishlatiladi. Nihoyat, agar bir nechta metabolik yo'llar mavjud bo'lsa, ularning qaysi biri ustunligini aniqlash mumkin.

  Butun organizmlar bo'yicha olib borilgan tadqiqotlarda organizmning ozuqa moddalariga bo'lgan ehtiyoji ham o'rganiladi: agar biror moddaning dietadan chiqarilishi tananing o'sishi va rivojlanishi yoki fiziologik funktsiyalarining buzilishiga olib keladigan bo'lsa, u holda bu modda ajralmas ozuqaviy omil hisoblanadi. Oziq moddalarning kerakli miqdori ham xuddi shunday tarzda aniqlanadi.

• va tananing alohida qismlari bo'yicha tadqiqotlar - analitik-parchalanuvchi usullar (in vitro tajribalar, ya'ni tanadan tashqarida, probirkada yoki boshqa laboratoriya idishlarida). Ushbu usullarning printsipi individual jarayonlarni ajratib olish uchun murakkab biologik tizimni bosqichma-bosqich soddalashtirish, aniqrog'i parchalashdir. Agar biz ushbu usullarni kamayish tartibida, ya'ni murakkabroq tizimdan oddiyroq tizimga qarab ko'rib chiqsak, ularni quyidagi tartibda joylashtirish mumkin:
  • individual organlarni olib tashlash [ko'rsatish]

    Organlar olib tashlanganida ikkita tadqiqot ob'ekti mavjud: olib tashlangan organsiz organizm va ajratilgan organ.

    ajratilgan organlar. Agar ajratilgan organning arteriyasiga moddaning eritmasi yuborilsa va moddalar tomirdan oqib chiqadigan suyuqlikda tahlil qilinsa, bu moddaning organda qanday o'zgarishlarga duchor bo'lishini aniqlash mumkin. Masalan, shu tarzda jigar keton tanachalari va karbamid hosil bo'lishining asosiy joyi ekanligi aniqlandi.

    Xuddi shunday tajribalar organlarda ularni tanadan ajratmasdan ham o'tkazilishi mumkin (arterio-venoz farq usuli): bu hollarda qon organning arteriyasi va venasiga kiritilgan kanüllar yoki shprits yordamida tahlil qilish uchun olinadi. Shu tarzda, masalan, ishlaydigan mushaklardan oqib chiqadigan qonda sut kislotasi kontsentratsiyasi ortib, jigar orqali oqayotgan qon sut kislotasidan ozod bo'lishini aniqlash mumkin.

  • to'qimalar bo'limi usuli [ko'rsatish]

    Bo'limlar - bu mikrotom yoki oddiygina ustara yordamida yasalgan ingichka to'qimalar. Bo'limlar ozuqa moddalari (glyukoza yoki boshqalar) va ushbu turdagi hujayralardagi o'zgarishini aniqlash kerak bo'lgan moddani o'z ichiga olgan eritmada inkubatsiya qilinadi. Inkubatsiyadan so'ng, inkubatsiya suyuqligidagi sinov moddasining metabolik mahsulotlarini tahlil qiling.

    To'qimalarni kesish usuli birinchi marta 1920-yillarning boshlarida Warburg tomonidan taklif qilingan. Ushbu texnikadan foydalanib, to'qimalarning nafas olishini (kislorod iste'moli va to'qimalar tomonidan karbonat angidrid chiqishi) o'rganish mumkin. To'qimalarning bo'limlarini qo'llashda metabolizmni o'rganishda sezilarli cheklov hujayra membranalari bo'lib, ular ko'pincha hujayra tarkibi va "oziqlantiruvchi" eritma o'rtasida to'siq bo'lib xizmat qiladi.

  • gomogenatlar va hujayra osti fraksiyalari [ko'rsatish]

    

    Gomogenatlar hujayrasiz preparatlardir. Ular hujayra membranalarini to'qimalarni qum bilan ishqalash yoki maxsus qurilmalarda - gomogenizatorlarda yo'q qilish orqali olinadi (66-rasm). Gomogenatlarda qo'shilgan substratlar va fermentlar o'rtasida o'tkazmaydigan to'siq yo'q.

    Hujayra membranalarini yo'q qilish hujayra tarkibi va qo'shilgan birikmalar o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilish imkonini beradi. Bu o'rganilayotgan jarayon uchun qaysi fermentlar, kofermentlar va substratlar muhimligini aniqlash imkonini beradi.

    Gomogenatlarning fraksiyasi. Hujayra osti zarralari gomogenatdan, ham supramolekulyar (hujayra organellalari), ham alohida birikmalardan (fermentlar va boshqa oqsillar, nuklein kislotalar, metabolitlar) ajratilishi mumkin. Masalan, differensial sentrifugalash yordamida yadrolar, mitoxondriyalar va mikrosomalarning fraktsiyalarini olish mumkin (mikrosomalar endoplazmatik to'rning bo'laklari). Ushbu organellalar hajmi va zichligi jihatidan farq qiladi va shuning uchun turli xil sentrifugalash tezligida cho'kadi. Izolyatsiya qilingan organellalardan foydalanish ular bilan bog'liq metabolik jarayonlarni o'rganish imkonini beradi. Masalan, oqsil sintezining yo‘llari va mexanizmlarini o‘rganish uchun ajratilgan ribosomalar, Krebs sikli yoki nafas olish fermentlari zanjirining oksidlanish reaksiyalarini o‘rganish uchun mitoxondriyalardan foydalaniladi.

    Mikrosomalarning cho'kishidan keyin hujayraning eruvchan komponentlari supernatant suyuqlikda qoladi - eruvchan oqsillar, metabolitlar. Ushbu fraksiyalarning har biri ularning tarkibiy qismlarini ajratib, turli usullar bilan qo'shimcha qismlarga bo'linishi mumkin. Izolyatsiya qilingan komponentlardan biokimyoviy tizimlarni, masalan, oddiy "ferment + substrat" ​​tizimini va oqsillar va nuklein kislotalarni sintez qilish tizimlari kabi murakkab tizimlarni qayta qurish mumkin.

  • fermentlar, kofermentlar va boshqa reaktsiya komponentlari yordamida in vitro ferment tizimini qisman yoki to'liq qayta qurish [ko'rsatish]

    Yuqori darajada tozalangan fermentlar va koenzimlarni birlashtirish uchun foydalaning. Masalan, ushbu usul yordamida xamirturush fermentatsiyasining barcha muhim xususiyatlariga ega bo'lgan fermentatsiya tizimini to'liq qayta ishlab chiqarish mumkin bo'ldi.

Albatta, bu usullar faqat yakuniy maqsadga erishish - butun organizmning faoliyatini tushunish uchun zarur bo'lgan qadam sifatida qimmatlidir.

ODAM BIOKIMYOSINI O'RGANISH XUSUSIYATLARI

Yerda yashovchi turli organizmlarning molekulyar jarayonlarida juda ko'p o'xshashliklar mavjud. Matritsa biosintezi, energiya almashinuvi mexanizmlari, moddalar almashinuvining asosiy usullari kabi fundamental jarayonlar organizmlarda bakteriyalardan yuqori hayvonlargacha taxminan bir xil bo'ladi. Shuning uchun E. coli bilan olib borilgan ko'plab tadqiqotlar natijalari odamlarga tegishli. Turlarning filogenetik munosabatlari qanchalik katta bo'lsa, ularning molekulyar jarayonlarida shunchalik keng tarqalgan.

Inson biokimyosi haqidagi bilimlarning katta qismi shu tarzda olinadi: boshqa hayvonlarda sodir bo'lgan ma'lum biokimyoviy jarayonlarga asoslanib, bu jarayonning inson organizmidagi eng ehtimoliy varianti haqida gipoteza tuziladi, so'ngra gipoteza to'g'ridan-to'g'ri tadqiqotlar orqali tekshiriladi. inson hujayralari va to'qimalari. Bunday yondashuv odamlardan olingan oz miqdordagi biologik material ustida tadqiqot o'tkazish imkonini beradi. Ko'pincha jarrohlik operatsiyalari paytida olib tashlangan to'qimalar, qon hujayralari (eritrotsitlar va leykotsitlar), shuningdek, in vitro madaniyatida o'stirilgan inson to'qima hujayralari ishlatiladi.

Ularni davolashning samarali usullarini ishlab chiqish uchun zarur bo'lgan odamning irsiy kasalliklarini o'rganish bir vaqtning o'zida inson organizmidagi biokimyoviy jarayonlar haqida juda ko'p ma'lumotlarni beradi. Xususan, fermentning tug'ma nuqsoni uning substratining organizmda to'planishiga olib keladi; bunday metabolik kasalliklarni o'rganishda ba'zida miqdoriy jihatdan ahamiyatsiz bo'lgan yangi fermentlar va reaktsiyalar topiladi (shuning uchun ular normani o'rganishda sezilmadi), ammo ular hayotiy ahamiyatga ega.

Hujayrada doimiy ravishda ko'p miqdordagi turli xil kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'ladi, ular metabolik yo'llarni hosil qiladi - bir birikmaning ikkinchisiga ketma-ket aylanishi. Metabolizm- tana hujayralarida sodir bo'ladigan barcha metabolik yo'llarning yig'indisi.

Tanadagi barcha metabolik yo'llar orasida qarama-qarshi yo'naltirilgan jarayonlar ajralib turadi: katabolizm va anabolizm. katabolizm- energiya chiqishi bilan murakkab moddalarning oddiy moddalarga bo'linishi.

Anabolizm- oddiyroq murakkab moddalardan sintez. Metabolik yo'llar oqimning joyi, vaqti va intensivligi bo'yicha bir-biri bilan muvofiqlashtirilgan. Barcha jarayonlar jarayonida bunday izchillik murakkab va xilma-xil tartibga solish mexanizmlari bilan ta'minlanadi.

Metabolik yo'llarga kimyoviy reaktsiyalarni tashkil qilish

Bitta metabolik yo'lning reaktsiyalarini katalizlaydigan fermentlarning optimal faolligiga hujayradagi ma'lum bir fazoviy tashkilot tufayli erishiladi.

1. Fermentlarning fazoviy lokalizatsiyasi

Aksariyat fermentlar hujayra ichida lokalizatsiya qilinadi va organizmda notekis taqsimlanadi. Bir xil metabolik yo'lning barcha fermentlari, qoida tariqasida, hujayraning bir qismida joylashgan. Ayniqsa, metabolik yo'llarni ajratish qarama-qarshi yo'naltirilgan katabolik va anabolik jarayonlar uchun muhimdir. Masalan, yog 'kislotalarining sintezi sitoplazmada, parchalanishi esa mitoxondriyalarda sodir bo'ladi. Agar bunday ajralish bo'lmasa, funktsional va energetik nuqtai nazardan foydasiz bo'lgan yo'llar shakllanar edi.

Metabolik yo'llarda birinchi fermentativ reaktsiya mahsuloti ikkinchisi uchun substrat bo'lib xizmat qiladi va yakuniy mahsulot hosil bo'lgunga qadar davom etadi. Metabolik yo'l oraliq moddalari reaktsiya ketma-ketligidan chiqarilishi va boshqa metabolik yo'llarda ishlatilishi mumkin, ya'ni. metabolik yo'llar oraliq mahsulotlar bilan o'zaro bog'langan.

Bir qator hollarda fermentlarning fazoviy tashkil etilishi shunchalik aniqki, reaktsiya mahsulotini hech qanday sharoitda metabolik yo'ldan ajratib bo'lmaydi va keyingi reaktsiya uchun substrat bo'lib xizmat qiladi. Metabolik yo'lning bunday tashkil etilishi deyiladi ko'p fermentli kompleks va fermentlarning strukturaviy va funksional tashkil etilishi natijasida vujudga keladi. Odatda, bunday komplekslar membranalar bilan bog'liq. Ko'p fermentli komplekslarga misollar: piruvatdehidrogenaza kompleksi, uning ta'siri ostida pirouzum kislotasining (piruvat) oksidlovchi dekarboksillanishi (6-bo'limga qarang), palmitik kislota sintezini katalizlovchi yog' kislotasi sintazasi (8-bo'limga qarang).

1. Metabolik yo'llarning tuzilishi

Hujayradagi metabolik yo'llarning tuzilishi juda xilma-xildir.

Agar substrat bir qator fermentativ jarayonlar natijasida bitta mahsulotga aylantirilsa, bu yo'l deyiladi. chiziqli metabolik yo'l. Ko'pincha hujayraning ehtiyojlariga qarab turli xil yakuniy mahsulotlar sinteziga olib keladigan tarvaqaylab ketgan metabolik yo'llar mavjud.

Turli hujayralarning ferment tarkibi bir xil emas. Hujayra hayotini qo'llab-quvvatlash funktsiyasini bajaradigan fermentlar tananing barcha hujayralarida mavjud. Hujayralarning differentsiatsiyasi jarayonida hujayralarning fermentativ tarkibi o'zgaradi. Shunday qilib, karbamid sintezida ishtirok etuvchi arginaza fermenti faqat jigar hujayralarida, ortofosfor kislotasi monoefirlari gidrolizida ishtirok etuvchi kislotali fosfataza esa prostata hujayralarida uchraydi. Bular deyiladi organga xos fermentlar.

Hujayra uning hayotiy ta'minotini tartibga soluvchi murakkab funktsional tizimdir. Hujayra funktsiyalarining xilma-xilligi ma'lum metabolik yo'llarning fazoviy va vaqtinchalik (birinchi navbatda, ovqatlanish ritmiga qarab) tartibga solinishi bilan ta'minlanadi. Fazoviy tartibga solish turli organellalarda ma'lum fermentlarning qat'iy lokalizatsiyasi bilan bog'liq. Shunday qilib, yadroda DNK va RNK molekulalarining sintezi bilan bog'liq fermentlar, sitoplazmada - glikoliz fermentlari, lizosomalarda - gidrolitik fermentlar, mitoxondriyal matritsada - TCA fermentlari, mitoxondriyaning ichki membranasida - elektron fermentlari mavjud. transport zanjiri va boshqalar.

Metabolik yo'llarni tartibga solish tamoyillari

Hujayradagi barcha kimyoviy reaksiyalar fermentlar ishtirokida boradi. Shuning uchun metabolik yo'lning tezligiga ta'sir qilish uchun fermentlarning miqdori yoki faolligini tartibga solish kifoya. Odatda metabolik yo'llarda butun yo'lning tezligini tartibga soluvchi asosiy fermentlar mavjud. Ushbu fermentlar (metabolik yo'lda bir yoki bir nechta) deyiladi tartibga soluvchi fermentlar; ular, qoida tariqasida, metabolik yo'lning dastlabki reaktsiyalarini, qaytarilmas reaktsiyalarni, tezlikni cheklovchi reaktsiyalarni (eng sekin) yoki metabolik yo'lning o'tish nuqtasidagi reaktsiyalarni (tarmoq nuqtalari) katalizlaydi.

Enzimatik reaktsiyalar tezligini tartibga solish 3 ta mustaqil darajada amalga oshiriladi:

• ferment molekulalari sonining o'zgarishi;
• substrat va koenzim molekulalarining mavjudligi;
• ferment molekulasining katalitik faolligining o'zgarishi.

1. Ferment molekulalari sonini tartibga solish
   qafasda.

Ma'lumki, hujayradagi oqsillar doimiy ravishda yangilanadi. Hujayradagi ferment molekulalarining soni 2 jarayonning nisbati bilan belgilanadi - ferment oqsili molekulasi sintezi va parchalanishi:

Protein sintezi va qatlamlanishi ko'p bosqichli jarayondir. Protein sintezini tartibga solish oqsil molekulasi shakllanishining har qanday bosqichida sodir bo'lishi mumkin. Ayrim metabolitlar, gormonlar va bir qator biologik faol molekulalar tomonidan amalga oshiriladigan transkripsiya darajasida oqsil molekulasi sintezini tartibga solish mexanizmi eng ko'p o'rganilgan.

Fermentlarning parchalanishiga kelsak, bu jarayonni tartibga solish kamroq o'rganilgan. Bu faqat proteoliz jarayoni (oqsil molekulasini yo'q qilish) emas, balki genetik darajada aniqlangan murakkab mexanizm deb taxmin qilish mumkin.

1. Enzimatiklarning tezligini tartibga solish
   substrat molekulalarining mavjudligi bilan reaktsiyalar
   va kofermentlar.

Metabolik yo'lning oqimini boshqaruvchi muhim parametr - bu substratlarning mavjudligi va asosan birinchi substratning mavjudligi. Dastlabki substratning kontsentratsiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, metabolik yo'lning tezligi shunchalik yuqori bo'ladi.

Metabolik yo'lning borishini cheklaydigan yana bir parametr - qayta tiklangan koenzimlarning mavjudligi. Masalan, dehidrogenlanish reaksiyalarida degidrogenazalarning kofermenti NAD+, FAD, FMN ning oksidlangan shakllari bo’lib, reaksiya jarayonida qaytariladi. Kofermentlarning reaktsiyada yana ishtirok etishi uchun ularning yangilanishi kerak, ya'ni. oksidlangan shaklga o'tkazish.

1. Katalitik faollikni tartibga solish
   fermentlar

Muayyan metabolik yo'lning bir yoki bir nechta asosiy fermentlarining katalitik faolligini tartibga solish metabolik yo'llarning tezligini o'zgartirishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Bu metabolizmni tartibga solishning juda samarali va tezkor usuli.

Fermentlar faoliyatini tartibga solishning asosiy usullari:

• allosterik tartibga solish;
• oqsil-oqsil o'zaro ta'siri bilan tartibga solish;
• ferment molekulasining fosforillanishi/defosforilatsiyasi bilan tartibga solish;
• qisman (cheklangan) proteoliz bilan tartibga solish.

Allosterik tartibga solish. Allosterik fermentlar - bu fermentlar bo'lib, ularning faoliyati nafaqat substrat molekulalari soni, balki boshqa moddalar bilan ham tartibga solinadi. effektorlar. Allosterik tartibga solishda ishtirok etuvchi effektorlar ko'pincha ular tartibga soluvchi yo'lning hujayra metabolitlari hisoblanadi.

Metabolik yo'llarni tartibga solishda uch turdagi mexanizmlar ishtirok etadi. Ulardan birinchisi, vaziyatning har qanday o'zgarishiga eng tez ta'sir ko'rsatadigan allosterik fermentlarning ta'siri bilan bog'liq (13-15-rasmlar), ularning katalitik faolligi rag'batlantiruvchi yoki maxsus moddalar ta'sirida o'zgarishi mumkin. inhibitiv ta'sir (ular effektorlar yoki modulyatorlar deb ataladi; 9.18-bo'lim).

Qoidaga ko'ra, allosterik fermentlar ma'lum ko'p fermentativ ketma-ketlikning boshida yoki boshida joy egallaydi va uning ushbu bosqichini katalizlaydi, bu butun jarayon tezligini cheklaydi; Odatda, bunday bosqichning rolini deyarli qaytarib bo'lmaydigan reaktsiya o'ynaydi.

Guruch. 13-15. Qayta aloqa turi bo'yicha katabolik yo'lni tartibga solish, ya'ni bu jarayonning yakuniy mahsuloti tomonidan allosterik fermentni inhibe qilish tufayli. J, K, L va boshqalar harflari bu metabolik yo'lning oraliq mahsulotlarini, E1, E2, E3 va boshqalar harflari esa alohida bosqichlarni katalizlovchi fermentlarni bildiradi. Birinchi bosqich bu reaksiya ketma-ketligining yakuniy mahsuloti tomonidan inhibe qilingan allosterik ferment (ED) tomonidan katalizlanadi.Allosterik inhibisyon, inhibitiv metabolitni allosterik ferment tomonidan katalizlangan reaktsiya bilan bog'laydigan chiziqli qizil o'q bilan ko'rsatiladi.

ADP dan ATP sintezi bilan kechadigan katabolik jarayonlarda ushbu yakuniy mahsulot, ATP ko'pincha katabolizmning dastlabki bosqichlaridan birining allosterik inhibitori sifatida ishlaydi. Anabolizmning dastlabki bosqichlaridan birining allosterik inhibitori ko'pincha biosintezning yakuniy mahsuloti, masalan, ba'zi aminokislotalar (9.18-sek.). Ba'zi allosterik fermentlarning faolligi o'ziga xos ijobiy modulyatorlar tomonidan rag'batlantiriladi. Katabolik reaksiya ketma-ketliklaridan birini tartibga soluvchi allosterik ferment, masalan, ijobiy modulyatorlar-ADP yoki AMPning stimulyator ta'siriga va salbiy modulyator-ATPning inhibitiv ta'siriga duchor bo'lishi mumkin. Bitta metabolik yo'lning allosterik fermenti boshqa metabolik yo'llarning oraliq yoki yakuniy mahsulotlariga o'ziga xos tarzda reaksiyaga kirishishi holatlari ham ma'lum. Bu turli ferment tizimlarining ta'sir tezligini muvofiqlashtirish imkonini beradi.

Yuqori organizmlarda metabolizmni tartibga soluvchi mexanizmlarning ikkinchi turi gormonal tartibga solishdir (13-16-rasm). Gormonlar turli endokrin bezlar tomonidan ishlab chiqariladigan va bevosita qonga chiqariladigan maxsus kimyoviy moddalar (kimyoviy "vositachilar") deb ataladi; ular qon orqali boshqa to'qimalarga yoki organlarga olib boriladi va bu erda metabolik faoliyatning ayrim turlarini rag'batlantiradi yoki inhibe qiladi. Masalan, adrenalin gormoni adrenal medulla tomonidan chiqariladi va qon orqali jigarga olib boriladi, u erda glikogenning glyukozaga bo'linishini rag'batlantiradi, bu esa qondagi qand miqdorining oshishiga olib keladi. Bundan tashqari, adrenalin skelet mushaklaridagi glikogenning parchalanishini rag'batlantiradi; bu jarayon laktat hosil bo'lishiga va energiyani ATP shaklida saqlashga olib keladi. Adrenalin bu ta'sirlarni mushak yoki jigar hujayralari yuzasida maxsus retseptorlari joylariga biriktirish orqali keltirib chiqaradi.

Adrenalinning bog'lanishi signal sifatida xizmat qiladi; bu signal hujayraning ichki qismlariga uzatiladi va bu erda kovalent modifikatsiyani keltirib chiqaradi, uning ta'siri ostida glikogen fosforilaza (glikogenning glyukoza va boshqa mahsulotlarga aylanishini katalizlovchi tizimdagi birinchi ferment; 9.22-bo'lim) kamroq darajadan o'tadi. faol shaklni faolroq shaklga o'tkazish (13-16-rasm).

Metabolizmni tartibga soluvchi mexanizmlarning uchinchi turi hujayradagi bu ferment kontsentratsiyasining o'zgarishi bilan bog'liq. Har qanday fermentning har qanday momentdagi konsentratsiyasi uning sintezi va parchalanish tezligi nisbati bilan belgilanadi. Muayyan sharoitlarda ba'zi fermentlarning sintez tezligi keskin oshadi; hujayradagi bu fermentning konsentratsiyasi ham shunga mos ravishda ortadi. Agar, masalan, hayvon uglevodlarga boy, ammo oqsilga boy ovqatlansa, jigarda normal sharoitda aminokislotalarning atsetil-KoA ga parchalanishini katalizlaydigan fermentlarning juda kam miqdori mavjud. Ushbu fermentlar bunday parhez bilan deyarli kerak emasligi sababli, ular ko'p miqdorda ishlab chiqarilmaydi. Biroq, hayvonni oqsilga boy dietaga o'tkazishga arziydi va bir kun ichida uning jigarida fermentlar miqdori sezilarli darajada oshadi, bu endi hazm bo'ladigan aminokislotalarning parchalanishi uchun zarur bo'ladi.

Guruch. 13-16. Enzimatik reaksiyaning gormonal tartibga solinishi. Adrenalin gormonining jigar hujayralari yuzasida joylashgan o'ziga xos retseptorlarga biriktirilishi natijasida membrana bilan bog'langan ferment (adenilatsiklaza) ishtirokida siklik adenilat hosil bo'ladi. Ikkinchisi allosterik faollashtiruvchi yoki hujayra ichidagi vositachi sifatida ishlaydi, uning ta'siri ostida glikogen fosforilaza faol bo'lmagan shakldan faol holatga o'tadi, bu jigar glikogenini qon glyukozasiga aylantirishning tezlashishiga olib keladi. Ushbu metabolik yo'l bobda batafsil tavsiflangan. 25.

Guruch. 13-17. ferment induksiyasi. A substratining hujayra ichidagi yuqori konsentratsiyasi E1, E2 va E3 fermentlarining biosintezini rag'batlantirishi mumkin. Hujayradagi bu fermentlarning miqdori ortadi va shuning uchun bu reaktsiyalarni tezlashtirish mumkin, buning natijasida A substratining ortiqcha qismi chiqariladi. Shuning uchun A substratining ortiqcha miqdori hujayra yadrosi uchun signal bo'lib xizmat qiladi va uni El, E2 va E3 fermentlarining shakllanishini boshqaruvchi genlarni "yoqishga" majbur qiladi. Genlarning kiritilishi mos keladigan xabarchi RNK sintezini anglatadi; u ribosomalarga kiradi va natijada ularda E1, E2 va E3 fermentlarining sintezi amalga oshiriladi.

Shuning uchun jigar hujayralari, ularga kiradigan ozuqa moddalarining tabiatiga qarab, o'ziga xos fermentlarning biosintezini yoqish yoki o'chirish qobiliyatiga ega. Bu hodisa ferment induksiyasi deb ataladi (13-17-rasm).

2-bo'lim 1. Allosterik modulyatsiya

Allosterik modulyatsiyada tartibga soluvchi ferment o'z strukturasida allosterik modulyator sifatida past molekulyar og'irlikdagi birikmalar bilan yuqori tanlab ta'sir o'tkaza oladigan bir yoki bir nechta allosterik markazlarga ega. Ushbu o'zaro ta'sir natijasida oqsil-ferment konformatsiyasi o'zgaradi, shu jumladan faol markazning tuzilishidagi ba'zi o'zgarishlar, bu kataliz samaradorligining o'zgarishi bilan birga keladi. Agar bu holda fermentning katalitik faolligi oshsa, biz allosterik faollashuv bilan shug'ullanamiz; agar fermentning faolligi tushib qolsa, unda biz allosterik inhibisyon haqida gapiramiz. Allosterik modulyatorning fermentning allosterik markazi bilan bog'lanishi zaif o'zaro ta'sir tufayli sodir bo'ladi, shuning uchun u osonlikcha qaytariladi: modulyatorning muhitda kontsentratsiyasining pasayishi bilan ferment-modulyator kompleksi ajralib chiqadi va ferment o'z faoliyatini tiklaydi. original konformatsiyasi va demak, uning katalitik faolligi.

Hujayradagi allosterik modulyator sifatida odatda u yoki bu metabolik yo'lning oraliq metabolitlari yoki yakuniy mahsulotlari ishlaydi. Allosterik tartibga solishning eng keng tarqalgan varianti retroinhibisyon yoki salbiy teskari aloqani inhibe qilish deb nomlanadi. Bunday holda, metabolik yo'lning yakuniy mahsuloti allosterik mexanizm bilan bir xil metabolik yo'lning dastlabki reaktsiyalaridan birini katalizlovchi regulyator fermentning faolligini inhibe qiladi: Purin yoki sintez uchun javob beradigan metabolik yo'llar shunday. pirimidin nukleotidlari hujayralarda tartibga solinadi.

Allosterik tartibga solishning ikkinchi varianti sifatida prekursorni faollashtirish mexanizmini keltirish mumkin. Bunda metabolik yo'lning boshida hosil bo'lgan oraliq metabolitlardan biri u yoki bu fermentning allosterik faollashtiruvchisi bo'lib, bir xil metabolik yo'lning yakuniy reaktsiyalaridan birini katalizlaydi: .... Misol tariqasida glyukozaning oksidlanish parchalanishining metabolik yo'lida fruktoza-1,6-bisfosfat tomonidan piruvat kinazning faollashishi mumkin.

Albatta, bir xil metabolik yo'lning oraliq yoki yakuniy metaboliti tartibga soluvchi fermentning allosterik modulyatori sifatida harakat qilishi shart emas. Birlashtirilgan allosterik modulyatsiyaning ko'plab misollari mavjud, agar allosterik modulyator boshqa metabolik yo'lda hosil bo'lgan birikma bo'lsa. Shunday qilib, hujayrada ATP to'planishi, uning asosiy miqdori nafas olish fermentlari zanjirida oksidlovchi fosforlanish jarayonida hosil bo'ladi, allosterik mexanizm bilan glikoliz fermenti fosforuktokinazining faolligini inhibe qiladi, glutamat dehidrogenaza fermentining transdehidrogenaz faolligini inhibe qiladi. tizimiga ta'sir qiladi va Krebs sikli fermentining izotsitrat dehidrogenaza faolligini inhibe qiladi. Faqat shuni ta'kidlash kerakki, bunday metabolik yo'llar o'rtasida funktsional munosabatlarning u yoki bu darajasi kuzatilishi mumkin. Yuqorida keltirilgan misolda, barcha uchta metabolik jarayonlar bir-biriga bog'langan, chunki ularning ishlashi hujayradagi ATP ishlab chiqarish bilan bevosita bog'liq, ya'ni. hujayrani mavjud energiya bilan ta'minlash.

2. Kovalent modifikatsiya

Kovalent modifikatsiya - fermentning tartibga soluvchi markazida kovalent bog' yordamida atom guruhini biriktirish yoki bu guruhni ajratish orqali fermentlarning faolligini tartibga solish mexanizmi. Qo'shimcha guruhning fermentga kovalent bog' bilan bog'lanishi oqsil-ferment konformatsiyasining o'zgarishiga olib keladi, bu esa faol markaz tuzilishining o'zgarishi va kataliz samaradorligining o'zgarishi bilan birga keladi. Ushbu guruhning bo'linishi fermentning dastlabki konformatsiyasini tiklashni va natijada uning katalitik faolligining dastlabki darajasiga qaytishini ta'minlaydi. Bunday o'zgartiruvchi guruhlar adenilik kislota qoldiqlari, glikosil qoldiqlari bo'lishi mumkin, lekin ko'pincha fosforlanish fosfor kislotasi qoldiqlarining qo'shilishi hisoblanadi. Kovalent modifikatsiya paytida ferment va modulyator guruhi o'rtasida kovalent bog'ning shakllanishi yoki ajralishi sodir bo'lganligi sababli, ushbu mexanizmning samarali ishlashi uchun ikkita qo'shimcha ferment kerak bo'ladi: bitta ferment modulyator guruhining tartibga soluvchi fermentga biriktirilishini ta'minlaydi. ikkinchi ferment bu guruhni olib tashlashni ta'minlaydi. Ko'rinib turibdiki, bu qo'shimcha fermentlar modulyator guruhini tartibga soluvchi fermentning polipeptid zanjirining qat'iy belgilangan aminokislotalar qoldig'iga biriktirilishini, shuningdek, uning tanlab bo'linishini ta'minlaydi. Bunday tartibga solish mexanizmlari ishiga misollar: glikogen fosforilazaning fosforlanishi bilan faollashishi, glutamatdehidrogenazaning adenillanishi bilan faollashishi, fosforlanishi natijasida piruvatdehidrogenaza kompleksi faolligining pasayishi va glikogen sintetaza faolligining pasayishi. uning fosforlanishi bilan. Ferment faolligini uning kovalent modifikatsiyasi orqali tartibga solishning to'liq siklini gepatotsit glikogen fosforilazasi misolida ko'rsatish mumkin.

3. Protein-oqsilning o'zaro ta'siri

Zamonaviy kontseptsiyalarga ko'ra, individual metabolik yo'llarning fermentlari hujayralarda, ko'pincha, metabolonlarning ko'p fermentli komplekslariga birlashtirilgan. Bunday metabolonlar tarkibida har bir ferment ushbu metabolik yo'lning bir yoki bir nechta fermentlari bilan aloqada bo'ladi. Shuning uchun har bir alohida fermentning konformatsiyasi va shuning uchun katalitik faolligi u bilan aloqada bo'lgan boshqa fermentlarning holatiga bog'liq bo'ladi. Demak, metabolonning bir qismi bo'lgan tartibga soluvchi fermentning katalitik faolligining o'zgarishi, masalan, unga allosterik modulyator qo'shilishi natijasida, boshqa metabolon fermentlari faolligining o'zgarishi bilan birga keladi. supramolekulyar oqsil kompleksi tarkibidagi konformatsiya ham ma'lum o'zgarishlarga uchraydi. Hujayralar va hujayradan tashqari suyuqlikda ferment oqsillari bilan ta'sir o'tkazadigan, ularning faoliyatini tartibga soluvchi oqsillar mavjud. Bu oqsillar modulyator oqsillar deb ataladi.

Shunday qilib, qon plazmasi lipoproteinlari tarkibiga apo-C-II va apo-C-I apoproteinlar kiradi, ular mos ravishda lipoprotein lipaza va lesitinxesterin atsiltransferaza fermentlari bilan o'zaro ta'sirlashib, ularning faolligini oshiradi. Qon plazmasida antitrombin-III-protein modulyatori ham mavjud bo'lib, u qon ivish tizimining fermenti trombini bilan o'zaro ta'sir qilib, ikkinchisini inaktiv qiladi.

Hujayra ichidagi modulyator oqsiliga misol - kalmodulin. Turli organlar va to'qimalar hujayralarining sitozolida erkin faol bo'lmagan holatda mavjud. Sitozolda Ca2+ ionlari konsentratsiyasining oshishi bilan Ca-kalmodulin kompleksi hosil bo'ladi, kalmodulinning konformatsiyasi o'zgaradi va Ca-kalmodulin kompleksi turli hujayra ichidagi fermentlar bilan o'zaro ta'sir qilish qobiliyatiga ega bo'ladi. Ushbu o'zaro ta'sir jarayonida oqsil-ferment konformatsiyasi o'zgaradi va shuning uchun uning katalitik faolligi o'zgaradi. Sitozolda Ca2+ kontsentratsiyasining pasayishi bilan Ca-kalmodulin kompleksi parchalanadi, molekula konformatsiyasining o'zgarishi tufayli erkin kalmodulin fermentga yaqinligini yo'qotadi. Natijada, ferment kompleksdan ajralib chiqadi va uning katalitik faolligi dastlabki darajasiga qaytadi. Bu usul guanilatsiklaza, siklik nukleotidlarning fosfodiesteraza, piruvat karboksilaza, NAD-kinaz va boshqalar kabi fermentlarning katalitik faolligini tartibga soladi (keyingi sahifadagi diagrammaga qarang).

4. Hujayradagi ferment faolligini tartibga solishda raqobatbardosh va raqobatdosh bo'lmagan inhibisyonning roli.

Hujayralarda ferment faolligini tartibga solish mexanizmlarining ushbu variantlari juda kam qo'llaniladi. Hujayrada o'z metabolizmini tartibga solish uchun ishlatiladigan raqobatbardosh inhibisyonga misol sifatida trikarboksilik kislota siklining suksinat dehidrogenaza fermenti faolligini bir xil metabolik oraliq mahsulotlar bo'lgan oksaloasetik kislota yoki malatning yuqori konsentratsiyasi bilan inhibe qilish mumkin. yo'l. Ushbu metabolik yo'l ishlaydigan mitoxondriyal matritsada ularning kontsentratsiyasining pasayishi inhibisyonni olib tashlaydi, ya'ni. tartibga soluvchi ta'sir teskari bo'ladi.

Shuni yodda tutish kerakki, dorilar ko'pincha turli fermentlarning raqobatbardosh yoki raqobatdosh bo'lmagan inhibitorlari hisoblanadi. Shunday qilib, gutni davolashda ishlatiladigan allopurinol preparati siydik kislotasini sintez qilish uchun metabolik yo'lning yakuniy bosqichida hujayrada ishlaydigan ksantin oksidaza fermentining odatiy raqobatbardosh inhibitori hisoblanadi. Ushbu ferment faolligining pasayishi qon va to'qimalarda siydik kislotasi kontsentratsiyasining pasayishiga olib keladi va podagraga xos bo'lgan to'qimalarda siydik kislotasi kristallarining qayta cho'kishini oldini oladi.

O'tkir yurak etishmovchiligini davolashda qo'llaniladigan strofantin G preparati miyokardotsitlarning tashqi hujayra membranalarining K,Na-ATPase ning raqobatbardosh bo'lmagan inhibitori hisoblanadi. Ushbu preparatning terapevtik ta'siri bu membrana fermenti faolligini tuzatish natijasida miyokardiotsitlar ichki muhitining ion tarkibini normalizatsiya qilish bilan bog'liq degan fikr mavjud.

Hujayrada mavjud bo'lgan ko'plab fermentlar orasida hammasi ham tartibga soluvchi emas. Shu bilan birga, deyarli har bir metabolik yo'l u yoki bu metabolik yo'l bo'ylab metabolitlar oqimining intensivligini boshqaradigan bir yoki bir nechta (2, ba'zan hatto 3) fermentlarni o'z ichiga oladi. Bu fermentlar odatda termodinamik jihatdan qaytmas reaksiyalarni katalizlaydi; ular ko'pincha ma'lum bir metabolik yo'ldagi barcha fermentlarning eng past katalitik faolligiga ega bo'lgan fermentlardir va shuning uchun bir butun sifatida ushbu metabolik yo'l bo'ylab moddaning oqim tezligini nazorat qiladi; ular odatda ma'lum bir metabolik yo'lning birinchi reaktsiyalaridan birini katalizlaydi, bu esa ferment faolligi pasayganda hujayradagi metabolik yo'l oraliq moddalarining to'planishiga to'sqinlik qiladi. Metabolik yo'l bo'ylab metabolitlar oqimini boshqaradigan va tartibga soluvchi ta'sirlarga faollikdagi o'zgarishlar bilan javob berishga qodir bo'lgan bunday turdagi fermentlar "asosiy fermentlar" deb ataladi; ba'zan ular "kardiostimulyator fermentlari" deb ham ataladi. Bunday fermentlarga misol sifatida aspartatkarbamoiltransferaza (pirimidin nukleotidlarini sintez qilish uchun metabolik yo'l), fosfofruktokinaz (glikoliz) yoki izotsitrat dehidrogenaza (Krebs trikarboksilik kislota sikli) kiradi.

5. Moddalarning hujayra membranalari orqali o'tishi

Metabolizmni tartibga solish uchun hujayra membrana o'tkazuvchanligidagi o'zgarishlardan, shu jumladan tashqi membrananing ham, uning alohida bo'linmalarini ajratib turadigan membranalarning ham o'tkazuvchanligidan foydalanishi mumkin. Shunday qilib, u yoki bu metabolik yo'l uchun substratlar kontsentratsiyasi (masalan, mitoxondriyal matritsadan keladigan yuqori yog'li kislotalarni sintez qilish uchun sitozoldagi atsetil-KoA kontsentratsiyasi) va hujayraning bir bo'linmasidan keladigan kofaktorlar kontsentratsiyasi. boshqasi (masalan, sitozoldan mitoxondriyal matritsaga ADP).

Moddalarni hujayra membranalari orqali o'tkazish uchta asosiy jarayon orqali amalga oshirilishi mumkin:

a) oddiy diffuziya;

b) osonlashtirilgan diffuziya;

v) faol transport.

Oddiy diffuziyaning intensivligi, ya'ni. Moddalarning kontsentratsiya gradienti bo'ylab membrana bo'ylab lipid ikki qavati orqali yoki lipid ikki qavatidagi kanallar orqali o'tishi, birinchidan, membrananing konformatsion holatini yoki uning mikroviskozitesini o'zgartirish orqali, ikkinchidan, uzatilgan metabolit konsentratsiyasini o'zgartirish orqali tartibga solinadi. membrananing qarama-qarshi tomonlarida. Membrananing holati uning tarkibini o'zgartirish orqali o'zgarishi mumkin, masalan, membranalardagi xolesterin miqdorini o'zgartirish va membranaga nisbatan metabolitning kontsentratsiyasi gradientini o'zgartirish uni hujayralardan birida ishlab chiqarish yoki ishlatish bilan o'zgartirilishi mumkin. bo'limlar.

Taqdim etilgan diffuziyani tartibga solish, ya'ni. Tashuvchi ishtirokida moddalarni membrana bo'ylab konsentratsiya gradienti bo'ylab o'tkazish ham ilgari ko'rsatilgan omillarning ta'siri tufayli, ham ikkita yangi mexanizm tufayli amalga oshiriladi: membranadagi tashuvchining tarkibidagi o'zgarishlar yoki mavjud tashuvchilar holatining funktsional holatining o'zgarishi. Shunday qilib, insulin ushbu gormon uchun retseptorlari bo'lgan hujayralarga ta'sir qilganda, ularning tashqi membranalarida glyukoza tashuvchi oqsillar soni ortadi. Faol transportning intensivligining o'zgarishi, ya'ni. Energiya xarajatlari bilan birga keladigan konsentratsiya gradientiga qarshi tashuvchi ishtirokida moddalarning membranalar orqali o'tishi, birinchidan, osonlashtirilgan diffuziya jarayonlarini tartibga soluvchi mexanizmlarning ishlashi, ikkinchidan, miqdorning o'zgarishi tufayli sodir bo'ladi. mavjud energiya. O'z navbatida, energiya ATP energiya tashish mexanizmlarini ta'minlash yoki hujayra tomonidan yaratilgan transmembran elektrokimyoviy gradientlar, masalan, H + gradientlari yoki Na + ion gradientlari orqali ta'minlanadi.

Shunday qilib, evolyutsiya jarayonida tabiat hujayralarga umuman metabolik jarayonlarning intensivligini ham, u yoki bu metabolik yo'lning ishini tanlab tartibga solish mexanizmlarini ham tartibga solish imkonini beradigan turli xil mexanizmlarni yaratdi. Organizmda ishlaydigan barcha tartibga solish mexanizmlarini ikki darajaga bo'lish mumkin: 1. Alohida hujayralar yoki hujayra ichidagi tartibga solish mexanizmlari darajasida tartibga solishni ta'minlovchi mexanizmlar.

2. Metabolik jarayonlarning butun organizm darajasida tartibga solinishini ta'minlovchi mexanizmlar - hujayra ustki tartibga solish mexanizmlari.

Ushbu darajalarning har birini kichik darajalarga bo'lish mumkin. Shunday qilib, hujayra ichidagi tartibga solish darajasi doirasida quyi darajalarni ajratish mumkin:

individual kimyoviy reaktsiyalarning pastki darajasi,

metabolik yo'llarning pastki darajasi,

hujayra organellalarining pastki darajasi,

metabolik yo'l tarmog'ining pastki darajasi. Va hujayradan tashqari tartibga solish darajasini pastki darajalarga bo'lish mumkin:

ma'lum bir to'qimalarning pastki darajasi

organning pastki darajasi

organ tizimining pastki darajasi

butun organizmning pastki darajasi.

3-bo'lim 1.

Tasniflashning ikkinchi versiyasi gormonlarning kimyoviy tabiatiga asoslanadi. Kimyoviy tabiatiga ko'ra gormonlar 4 sinfga bo'linadi:

1. Oqsil tabiatli gormonlar va bu sinfda ikkita kichik sinfni ajratish mumkin:

a) gormonlar oddiy oqsillar (insulin, somatotropin);

b) gormonlar murakkab oqsillar (qalqonsimon bezni ogohlantiruvchi gormon, gonadotrop gormonlar), kimyoviy tabiatiga ko'ra ular glikoproteinlardir)

2. Gormonlar polipeptidlari (gipotalamusning liberinlari va statinlari, vazopressin va oksitotsin, glyukagon, kortikotropin).

3. Aminokislotalarning gormonlar hosilalari (melatonin, adrenalin, yodlangan tironinlar).

4. Steroid gormonlar (kortizol, aldosteron, progesteron, estradiol, testosteron).

2. Maqsadli hujayralar va gormon retseptorlari

Gormonning ta'siriga u yoki bu tarzda javob berishga qodir bo'lgan hujayralar ushbu gormon uchun maqsadli hujayralar deb ataladi. O'z navbatida, gormonning ta'siri o'ziga xos biokimyoviy yoki fiziologik reaktsiyaga olib keladigan organlar yoki to'qimalarga ushbu gormon uchun maqsadli organlar yoki maqsadli to'qimalar deyiladi. Shuni esda tutish kerakki, u yoki bu to'qimalar odatda bir necha turdagi differentsiatsiyalangan hujayralarni o'z ichiga oladi va ularning hammasi ham ma'lum bir gormonning ta'siriga javob bermaydi.

Hujayra o'z muhitida gormon yoki boshqa signalizatsiya molekulalarining paydo bo'lishiga javob berishi uchun uning tarkibida ushbu signal molekulalarini taniy oladigan maxsus tuzilmalar bo'lishi kerak. Hujayra retseptorlari ana shunday maxsus tuzilmalardir. Kimyoviy tabiatiga ko'ra, hujayra retseptorlari murakkab glikoprotein oqsillari bo'lib, ular tarkibida u yoki bu signal molekulasi bilan selektiv ta'sir o'tkazishga qodir bo'lgan maxsus funktsional markazlarga ega.

Barcha retseptorlar polidomenli oqsillardir. Domenlardan birida signal molekulasining bog'lanish markazi joylashgan bo'lib, bu tanib olish domeni deb ataladi. Tanib olish sohasiga qo'shimcha ravishda, retseptorlar har doim hujayraning tashqi tartibga soluvchi signalga javob berishini ta'minlaydigan hujayra ichidagi mexanizmlarni ishga tushirish uchun mas'ul bo'lgan domenni o'z ichiga oladi, bu konjugatsiya maydoni deb ataladi. Retseptorni bog'lash joyining uning signal molekulasi bilan, masalan, gormon bilan o'zaro ta'siri tan olish sohasining konformatsiyasini o'zgartiradi, konformatsion o'zgarishlar to'lqini konjugatsiya sohasini ham qamrab oladi, bu esa retseptorning "faollashishiga" va inklyuziyaga olib keladi. tashqi tartibga soluvchi signalni amalga oshirish uchun hujayra ichidagi mexanizmlarning.

3. Bo'shatish gormonlari (liberinlar)

1. Tiroliberin (TRH) gipofiz bezidan qalqonsimon stimulyator gormoni (TSH) chiqarilishini rag'batlantiradi.

2. Kortikoliberin (CRH) gipofiz bezidan adrenokortikotrop gormon (ACTH) chiqarilishini rag'batlantiradi.

3. Gonadoliberin (GnRH) gipofiz bezidan luteinlashtiruvchi (LH) va follikullarni ogohlantiruvchi (FSH) gormonlar chiqarilishini rag'batlantiradi.

4. Somatoliberin (STH-RG) gipofiz bezidan somatotrop gormon (STH) chiqarilishini rag'batlantiradi.

Gipotalamusda prolaktoliberin (PRL-RG) va liberin melanotsitlarni ogohlantiruvchi gormon (MSH-RG) mavjudligi ham taxmin qilinadi, ammo hozirgacha ularni yuqori darajada tozalangan shaklda olish mumkin emas. b). Statinlar 1. Somatostatin (SS), gipofiz bezidan o'sish gormoni chiqarilishini inhibe qiladi; Bundan tashqari, u TSH ning chiqarilishini inhibe qiladi.

2. Gipofiz bezidan prolaktin (PRL) chiqarilishini inhibe qiluvchi gonadoliberin bilan bog'liq peptid (GAP); Bundan tashqari, PRL chiqishi dopamin tomonidan kuchli inhibe qilinadi. HAP va dopamin ba'zan prolaktinni inhibe qiluvchi gormonlar (PIH) nomi ostida birlashtiriladi. Melanostatin (MSH-S) mavjudligi ham shubhali, ammo uning mavjudligi tasdiqlanmagan.

Gipotalamus gormonlarining uchinchi guruhi ikkita gormon - oksitotsin va vazopressindan iborat bo'lib, ular gipotalamusda sintezlanib, orqa gipofiz beziga kiradi, ular vaqtincha to'planadi va keyin qon oqimiga kiradi. Gipofiz gormonlarini ham uch guruhga bo'lish mumkin. Birinchi guruh oldingi gipofiz bezining gormonlaridan iborat bo'lib, ular periferik endokrin bezlarning faoliyatini rag'batlantiradi. Bularga quyidagilar kiradi:

1. Qalqonsimon bezda tetraiodotironin (T4) va triiodotironin (T3) sintezini rag'batlantiradigan TSH.

2. Adrenal korteks tomonidan glyukokortikoidlarning sintezini rag'batlantiradigan ACTH.

3. Moyaklar va tuxumdonlarda jinsiy gormonlar sintezini rag'batlantiradigan LH va FSH.

4. Ikkinchi xabarchi sifatida inositol fosfatidlarining cAMP, cGMP yoki gidroliz mahsulotlarini ishlatadigan tartibga solish mexanizmlari ishida tizimlarda bitta umumiy nuqta mavjud, signalni kuchaytirish mexanizmlari kiradi. Gormon yoki boshqa signalizatsiya molekulasi retseptor bilan birlashganda, hujayrada ikkinchi xabarchi vazifasini bajaradigan ko'plab molekulalarni hosil qiluvchi fermentni faollashtiradi. O'z navbatida, ikkinchi messenjer ham hujayralarning metabolik reaktsiyasini shakllantirish uchun bevosita mas'ul bo'lgan ko'p sonli turli xil oqsil molekulalarining funktsional faolligini tez o'zgartirishga qodir fermentni faollashtiradi. Gormonlarning ta'sir qilish mexanizmi ko'p jihatdan gormon molekulalarining fizik-kimyoviy xususiyatlariga bog'liq. Protein gormonlari, peptid gormonlari, aminokislota hosilasi gormonlari, yodlangan tironinlar bundan mustasno, shuningdek kimyoviy tabiatga ega bo'lgan gidrofil xususiyatlarga ega bo'lgan boshqa signal molekulalari tashqi hujayra membranalariga kira olmaydi. Ushbu bioregulyatorlarning retseptorlari tashqi hujayra membranasining tashqi tomonida joylashgan, shuning uchun hujayradan tashqari tartibga soluvchi signalning hujayra ichidagi signalga aylanishini ta'minlash uchun maxsus mexanizm talab qilinadi. Qoida tariqasida, bu hujayra ichidagi messenjerlar yoki hujayralarning tashqi tartibga soluvchi signalga metabolik reaktsiyasini shakllantirishni ta'minlaydigan "ikkinchi xabarchilar" vazifasini bajaradigan birikmalarning hujayradagi sintezi bilan bog'liq.

5. Hidrofobik xususiyatga ega bo'lgan steroid gormonlar va yodlangan tironinlar tashqi membranadan hujayralarga o'tishi mumkin va sitozol yoki yadrodagi retseptorlari bilan bog'lanib, hujayralarning tashqi tartibga soluvchi signalga metabolik javobini shakllantirishda ishtirok etadi va shuning uchun bu bioregulyatorlarga "ikkinchi xabarchilar" kabi mediatorlar kerak emas.Birinchi guruh gormonlarining tartibga soluvchi ta'siri birinchi navbatda hujayrada mavjud bo'lgan oqsillarning funktsional faolligining o'zgarishiga asoslanadi, steroidning tartibga solish ta'sirining asosi. gormonlar va yodlangan tironinlar, birinchi navbatda, genlarni ifodalash samaradorligining o'zgarishi va shu asosda hujayradagi oqsillar miqdorining o'zgarishi. Albatta, gormonlar-oqsillar, gormonlar-peptidlar va gormonlar-aminokislota hosilalari ta'sirida genlarni ifodalash samaradorligi o'zgarishi ham mumkin, ammo bu modifikatsiyalangan tartibga soluvchi oqsillarning hujayra genomiga ta'siri natijasidir. tuzilishi odatda hujayra ichidagi xabarchilarning bilvosita ishtirokida o'zgaradi. Ushbu birikmalar hujayra ichidagi xabarchilar yoki ikkinchi xabarchilar sifatida tanilgan, ularning eng mashhur vakillari cAMP, cGMP, Ca+ ionlari, inositol fosfatid parchalanish mahsulotlari, inositol trifosfat va diatsilgliseroldir.

4-bo'lim. 1. INSULLIN

Insulin - bu protein gormoni. U oshqozon osti bezining b-hujayralari tomonidan sintezlanadi. Insulin eng muhim anabolik gormonlardan biridir. Insulinning maqsadli hujayralar bilan bog'lanishi oqsil sintezi tezligini oshiradigan jarayonlarga, shuningdek, plastmassa va energiya materialining zaxirasi bo'lgan hujayralardagi glikogen va lipidlarning to'planishiga olib keladi. Insulin, ehtimol, anabolik ta'siri tufayli hujayralarning o'sishi va ko'payishini rag'batlantiradi.

Insulin molekulasi ikkita polipeptid zanjiridan, A va B zanjiridan iborat. A zanjiri 21 ta aminokislota qoldiqlarini o'z ichiga oladi, B zanjiri 30 tani o'z ichiga oladi. Bu zanjirlar ikkita disulfid ko'prigi bilan o'zaro bog'langan: biri A7 va B7 o'rtasida (aminokislotalar soni, polipeptid zanjirlarining N-terminusidan hisoblangan), ikkinchisi A20 va B19 orasida. Uchinchi disulfid ko'prik A zanjirida joylashgan bo'lib, A6 va A11 ni bog'laydi.

Insulinni b-hujayralardan qonga chiqarishning asosiy fiziologik stimuli qon glyukozasining ko'payishi hisoblanadi.

Insulinning uglevod almashinuviga ta'siri quyidagi ta'sirlar bilan tavsiflanishi mumkin:

1. Insulin insulinga bog'liq deb ataladigan to'qimalarda glyukoza uchun hujayra membranalarining o'tkazuvchanligini oshiradi.

2. Insulin hujayralardagi glyukozaning oksidlovchi parchalanishini faollashtiradi.

3. Insulin glikogenning parchalanishini inhibe qiladi va uning gepatotsitlarda sintezini faollashtiradi.

4. Insulin glyukozaning zaxira triglitseridlarga aylanishini rag'batlantiradi.

5. Insulin glyukoneogenezning ayrim fermentlarining faolligini pasaytirib, glyukoneogenezni inhibe qiladi.

Insulinning lipidlar almashinuviga ta'siri triatsilgliserol lipazaning fosforillanishi va lipogenezni rag'batlantirish tufayli lipotsitlarda lipolizni inhibe qilishdan iborat.

Insulin oqsil almashinuviga anabolik ta'sir ko'rsatadi: aminokislotalarning hujayralarga kirishini rag'batlantiradi, ko'plab genlarning transkripsiyasini rag'batlantiradi va shunga mos ravishda hujayra ichidagi va hujayradan tashqari ko'plab oqsillarning sintezini rag'batlantiradi.

2.TİRONINLAR

Qalqonsimon bez umumiy metabolizmni tartibga solish, to'qimalarning rivojlanishi va differensiatsiyasida muhim rol o'ynaydigan ikkita gormon - 3,5,3-triiodotironin (T3) va 3,5,3,5-tetraiodotironin (tiroksin, T4) ishlab chiqaradi. Ushbu gormonlarning shakllanishi o'ziga xos protein tiroglobulinni transkripsiyadan keyingi qayta ishlash jarayonida sodir bo'ladi, bunda qalqonsimon bez hujayralarida yod to'planishini tashkil qilish sodir bo'ladi. Yodlangan tiroglobulinning keyingi hujayra ichidagi proteolizi gormonlar ajralib chiqishiga olib keladi.

Yodlangan tironinlarning sintezi yodotiroglobulin oqsilining bir qismi sifatida qalqonsimon bezning tirotsitlarida sodir bo'ladi.

Tiroglobulin sintezi hujayraning bazal qismidagi tirotsit ribosomalarida, so'ngra dag'al endoplazmatik to'rning sisternalarida, so'ngra Golji apparatida molekula polipeptid zanjirlarining glikozillanishi taxminan ikkita qo'shilishi bilan sodir bo'ladi. o'nlab oligosakkarid bloklari.

Qalqonsimon bez gormonlari turli yo'llar bilan inaktivlanadi: ular deiyodinatsiya, deaminatsiya va dekarboksillanish jarayonlariga duchor bo'lishi mumkin. Bularning barchasida gormonlar biologik faolligini yo'qotadi. Jigarda qalqonsimon bez gormonlarining parchalanish mahsulotlari konjuge bo'lishi mumkin va keyin safro bilan chiqariladi.

Qalqonsimon gormonlar uchun retseptorlar turli organlar va to'qimalarning hujayralarida joylashgan. Past afiniteli retseptorlar hujayralar sitozolida, yuqori yaqinlik retseptorlari esa bir xil hujayralar yadrolarida joylashgan. Tiroksinning tajriba hayvonlariga kiritilishi musbat azot balansining rivojlanishi bilan birga keladi, issiqlik ishlab chiqarishni oshiradi va ko'plab ferment tizimlarining faolligini oshirishga olib keladi. Bugungi kunga kelib, gormonning kiritilishi 100 dan ortiq fermentlarning faolligini oshirishga olib kelishi ko'rsatilgan. Ko'p sonli fermentlar faolligining bu oshishi, ehtimol, gormonning ko'plab organlar va to'qimalarda oqsil sinteziga aniq ogohlantiruvchi ta'sirini aks ettiradi.

Qalqonsimon bez gormonlarining kiritilishi haqiqatan ham issiqlik ishlab chiqarishning ko'payishiga olib keladi, ammo issiqlik ishlab chiqarishning bu o'sishi mitoxondriyadagi oksidlanish va fosforlanishning uzilishi bilan emas, balki energiyaga bog'liq jarayonlarda hujayralardagi ATP iste'molining oshishi bilan bog'liq.

3. ADRENALIN

Buyrak usti bezi medullasining xromafin hujayralari organizmning o'tkir va surunkali stressga moslashishida, ayniqsa organizmning reaktsiyasini shakllantirishda muhim rol o'ynaydigan adrenalin, norepinefrin va dofaminni o'z ichiga olgan katexolaminlarning biologik faol moddalar guruhini ishlab chiqaradi. jang yoki uchish” turi. Tanadagi bu reaktsiyaning rivojlanishi jarayonida energiya resurslarining favqulodda mobilizatsiyasi sodir bo'ladi: yog 'to'qimalarida lipoliz tezlashadi, jigarda glikogenez faollashadi va mushaklarda glikogenoliz rag'batlantiriladi.

Barcha katekolaminlar tirozin aminokislotalaridan sintezlanadi, adrenalin buyrak usti medullasida ishlab chiqarilgan katexolaminlarning taxminan 80% ni tashkil qiladi. Sintez tirozinning dihidroksifenilalanin (DOPA) ga aylanishi bilan boshlanadi, reaksiya tirozin gidroksilaza fermenti tomonidan katalizlanadi. Fermentning protez guruhi tetrahidrobiopterindir. Keyingi reaksiyada DOPA DOPA dekarboksilaza fermenti ishtirokida dekarboksillanishga uchraydi, bu fermentning prostetik guruhi piridoksal fosfatdir.

Dopamin ishlab chiqariladi. Oksidlanish jarayonida askorbin kislota elektron donor (reaktsiya kosubstrati) sifatida ishlatiladi. Yakuniy reaktsiyada norepinefrin aminokislotalarda metillanadi, u adrenalinga aylanadi; S-adenosilmetionin metil guruhi donori sifatida ishlatiladi.

Çölyak nervi orqali buyrak usti medullasiga kiradigan nerv impulslari ta'sirida xromafin granulalari qon oqimiga katexolaminlarni chiqarish bilan plazma membranasi bilan birlashadi. Albomin bilan yomon bog'langan kompleks shaklida qon oqimiga kiradigan adrenalin qon oqimi bilan boshqa organlar va to'qimalarga o'tadi.

Qon oqimida adrenalin mavjudligining davomiyligi 10 30 soniya vaqt oralig'ida o'lchanadi; uning qon plazmasidagi konsentratsiyasi odatda 0,1 mkg/l dan oshmaydi (0,55 nM/l dan kam). Adrenalinning inaktivatsiyasi, boshqa katexolaminlar singari, ularning oksidlovchi dezaminlanishi yoki O-metillanishi natijasida sodir bo'lishi mumkin. Siydikda chiqariladigan adrenalin inaktivatsiyasining asosiy yakuniy mahsuloti metanefrin va vanilinmandel kislotasidir.

Gormon b1 va b2 retseptorlari bilan bog'langanda, faollashtirilgan retseptorlarning Gs oqsillari bilan o'zaro ta'siri orqali adenilat siklaza faollashadi, bu hujayradagi cAMP kontsentratsiyasining oshishi bilan birga keladi. Gormon Gi proteini ishtirokida a2 retseptorlari bilan o'zaro ta'sirlashganda, adenilat siklaza inhibe qilinadi va hujayradagi cAMP kontsentratsiyasi kamayadi.

Adrenalinning b2 retseptorlari orqali ta'sirida jigarda glikogenning parchalanishi glyukozaning qon oqimiga chiqishi bilan rag'batlantiriladi, gepatotsitlarda glyukoneogenezning ozgina rag'batlantirilishi kuzatiladi. Mushaklarda adrenalin b2 retseptorlari orqali glikogenolizni rag'batlantiradi. Ushbu turdagi retseptorlar orqali epinefrin oshqozon osti bezida insulin va glyukagon sekretsiyasini yoki buyraklarda renin sekretsiyasini oshiradi.

4. Glyukagon

Glyukagon - oshqozon osti bezining a-hujayralari tomonidan chiqariladigan polipeptid gormoni. Ushbu gormonning asosiy vazifasi endogen energiya resurslarini safarbar qilish orqali tananing energiya gomeostazini saqlab turishdir, bu uning umumiy katabolik ta'sirini tushuntiradi.

Glyukagonning polipeptid zanjirining tarkibi 29 ta aminokislota qoldiqlarini o'z ichiga oladi, uning molekulyar og'irligi 4200, sisteinni o'z ichiga olmaydi. Glyukagon kimyoviy yo'l bilan sintez qilindi, bu nihoyat uning kimyoviy tuzilishini tasdiqladi.

Glyukagon sintezining asosiy joyi oshqozon osti bezining a-hujayralaridir, ammo bu gormonning juda katta miqdori oshqozon-ichak traktining boshqa organlarida ham hosil bo'ladi. Glyukagon a-hujayralarning ribosomalarida molekulyar og'irligi taxminan 9000 bo'lgan uzunroq prekursor shaklida sintezlanadi. Qayta ishlash jarayonida polipeptid zanjirining sezilarli qisqarishi sodir bo'ladi, shundan so'ng glyukagon qonga ajraladi. Qonda u erkin shaklda, qon zardobidagi konsentratsiyasi 20-100 ng/l ni tashkil qiladi. Uning yarimparchalanish davri taxminan 5 minut. Glyukagonning asosiy qismi jigarda molekulaning N-uchidan 2 ta aminokislota qoldig'ining gidrolitik bo'linishi natijasida inaktivlanadi.

Oshqozon osti bezi a-hujayralari tomonidan glyukagon sekretsiyasi yuqori qon glyukoza darajasi, shuningdek, oshqozon osti bezi D-hujayralari tomonidan chiqariladigan somatostatin tomonidan inhibe qilinadi. Glyukagon sekretsiyasi ham insulin yoki IGF-1 tomonidan inhibe qilingan bo'lishi mumkin. Sekretsiya qondagi glyukoza kontsentratsiyasining pasayishi bilan rag'batlantiriladi, ammo bu ta'sir mexanizmi aniq emas. Bundan tashqari, glyukagon sekretsiyasi gipofiz bezining o'sish gormoni, arginin va Ca2 + tomonidan rag'batlantiriladi.

Glyukagonning ta'sir qilish mexanizmi yaxshi tushunilgan. Gormonning retseptorlari tashqi hujayra membranasida joylashgan. Gormon retseptorlari komplekslarining shakllanishi adenilat siklaza faollashishi va hujayralardagi cAMP kontsentratsiyasining oshishi, oqsil kinazasi faollashishi va oqsillarning fosforillanishi bilan birga, ikkinchisining funktsional faolligi o'zgarishi bilan birga keladi.

Gepatotsitlarda glyukagon ta'sirida glyukozaning qonga chiqishi bilan glikogenning mobilizatsiyasi tezlashadi. Gormonning bunday ta'siri glikogen fosforilazaning faollashishi va ularning fosforlanishi natijasida glikogen sintetazasining inhibisyonu bilan bog'liq. Shuni ta'kidlash kerakki, glyukagon, adrenalindan farqli o'laroq, mushaklardagi glikogenoliz tezligiga ta'sir qilmaydi.

Glyukagon gepatotsitlarda glyukoneogenez jarayonini faollashtiradi: birinchidan, jigarda oqsillarning parchalanishini tezlashtiradi va hosil bo'lgan aminokislotalar glyukoneogenez uchun substrat sifatida ishlatiladi; ikkinchidan, fruktoza-1,6-bifosfataza, fosfoenolpiruvatkarboksikinaza, glyukoza-6-fosfataza kabi bir qator fermentlarning faolligi oshadi, ular ham mavjud fermentlarning faollashishi, ham sintezining induksiyasi tufayli glyukoneogenezda ishtirok etadi. Glyukoneogenezning faollashishi tufayli qonga glyukoza oqimining ko'payishi ham kuzatiladi. Glyukoneogenez uchun aminokislotalardan foydalanishni tezlashtirish karbamid sintezi hajmining oshishi va siydik bilan chiqariladigan karbamid miqdorining oshishi bilan birga keladi.

Glyukagon lipotsitlardagi lipolizni rag'batlantiradi va shu bilan qonga glitserin va yuqori yog'li kislotalar oqimini oshiradi. Jigarda gormon asetil-KoA dan yog' kislotalari va xolesterin sintezini inhibe qiladi va to'plangan atsetil-KoA aseton tanachalarini sintez qilish uchun ishlatiladi. Shunday qilib, glyukagon ketogenezni rag'batlantiradi.

Buyraklarda glyukagon glomerulyar filtratsiyani kuchaytiradi, bu glyukagon kiritilgandan keyin kuzatilgan natriy, xlorid, kaliy, fosfor va siydik kislotasi ionlarining chiqarilishining ko'payishini tushuntiradi.

5. KORTISOL

Insonning asosiy glyukokortikoidi kortizoldir: buyrak usti bezlarida kuniga 10-30 mg kortizol va 2-4 mg boshqa glyukokortikoid kortikosteron sintezlanadi. Buyrak usti bezlari korteksining gormonlari, ayniqsa, glyukokortikoidlar kuchli stressga moslashishda muhim rol o'ynaydi.

Barcha steroid gormonlarining tuzilishi siklopentanperhidrofenantren yadrosiga asoslanadi, u 17 uglerod atomiga ega va A, B, C va D harflari bilan belgilangan to'rtta tsikl yoki halqani o'z ichiga oladi.

Kortizol sintezi buyrak usti bezlari korteksining fasikulyar va retikulyar zonalari hujayralarida sodir bo'ladi. Kortizol sintezi uchun boshlang'ich birikma xolesterin bo'lib, u qondan buyrak usti bezlari po'stlog'ining hujayralariga kiradi, uning faqat kichik bir qismi hujayralarda atsetil-KoA dan sintez orqali hosil bo'ladi.

Kortizol sekretsiyasiga jismoniy va emotsional stress, tashvish, qo'rquv va boshqalar katta ta'sir ko'rsatadi, ammo bu ta'sirlarning barchasi asab tizimi tomonidan tartibga solinadigan gipotalamik aloqa orqali amalga oshiriladi.

Kortizolning kiritilishi qon plazmasida yuqori yog 'kislotalari miqdorining oshishiga olib keladi. Qisman, bu yog 'to'qimalarining hujayralarida lipolizni rag'batlantirish natijasi bo'lishi mumkin. Qizig'i shundaki, ortiqcha miqdorda kortizol ekstremitalarning yog 'to'qimalarida lipolizni rag'batlantiradi, biroq lipogenez bir vaqtning o'zida magistral va yuzning yog' to'qimalarida rag'batlantiriladi. Glyukozaning periferik to'qimalarning hujayralariga kirishini inhibe qilish yuqori yog 'kislotalari darajasining oshishiga ma'lum hissa qo'shadi: birinchidan, periferik to'qimalarning hujayralarida glyukoza etishmasligi zahiradagi triglitseridlarning mobilizatsiyasining oshishiga olib keladi va ikkinchidan, lipotsitlarda glyukoza etishmovchiligi ularda triglitseridlar sintezi uchun zarur bo'lgan fosfodigidroksiasetonning etishmasligiga olib keladi, foydalanilmagan yuqori yog' kislotalari ham lipotsitlardan qonga kiradi.