Взаимосвязь пластического и энергетического обмена веществ

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность всех химических реакций, которые происходят в организме. Все эти реакции делятся на 2 группы

1. Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм, биосинтез) – это когда из простых веществ с затратой энергии образуются (синтезируются) более сложные. Пример:

  • При фотосинтезе из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза.

2. Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм, дыхание) – это когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Пример:

  • В митохондриях глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты окисляются кислородом до углекислого газа и воды, при этом образуется энергия (клеточное дыхание)

Взаимосвязь пластического и энергетического обмена

  • Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.
  • Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией. При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается.

АТФ – универсальное энергетическое вещество клетки (универсальный аккумулятор энергии). Образуется в процессе энергетического обмена (окисления органических веществ).

  • При энергетическом обмене все вещества распадаются, а АТФ – синтезируется. При этом энергия химических связей распавшихся сложных веществ переходит в энергию АТФ, энергия запасается в АТФ.
  • При пластическом обмене все вещества синтезируются, а АТФ – распадается. При этом расходуется энергия АТФ (энергия АТФ переходит в энергию химических связей сложных веществ, запасается в этих веществах).

Еще можно почитать

ПОДРОБНЫЕ КОНСПЕКТЫ: Способы питания живых организмов, Обмен веществ у растений, Фотосинтез, Энергетический обмен у гетеротрофов

ЗАДАНИЯ ЧАСТИ 2 ЕГЭ ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Задания части 1

Выберите один, наиболее правильный вариант. В процессе пластического обмена
1) более сложные углеводы синтезируются из менее сложных
2) жиры превращаются в глицерин и жирные кислоты
3) белки окисляются с образованием углекислого газа, воды, азотсодержащих веществ
4) происходит освобождение энергии и синтез АТФ

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. В процессе пластического обмена в клетках синтезируются молекулы
1) белков
2) воды
3) АТФ
4) неорганических веществ

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Азотистое основание аденин, рибоза и три остатка фосфорной кислоты входят в состав
1) ДНК
2) РНК
3) АТФ
4) белка

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. В чем проявляется взаимосвязь пластического и энергетического обмена
1) пластический обмен поставляет органические вещества для энергетического
2) энергетический обмен поставляет кислород для пластического
3) пластический обмен поставляет минеральные вещества для энергетического
4) пластический обмен поставляет молекулы АТФ для энергетического

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. В процессе энергетического обмена, в отличие от пластического, происходит
1) расходование энергии, заключенной в молекулах АТФ
2) запасание энергии в макроэргических связях молекул АТФ
3) обеспечение клеток белками и липидами
4) обеспечение клеток углеводами и нуклеиновыми кислотами

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Энергия, необходимая для мышечного сокращения, освобождается при
1) расщеплении органических веществ в органах пищеварения
2) раздражении мышцы нервными импульсами
3) окислении органических веществ в мышцах
4) синтезе АТФ

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. В результате какого процесса в клетке синтезируются липиды?
1) диссимиляции
2) биологического окисления
3) пластического обмена
4) гликолиза

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Значение пластического обмена – снабжение организма
1) минеральными солями
2) кислородом
3) биополимерами
4) энергией

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Окисление органических веществ в организме человека происходит в
1) легочных пузырьках при дыхании
2) клетках тела в процессе пластического обмена
3) процессе переваривания пищи в пищеварительном тракте
4) клетках тела в процессе энергетического обмена

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Какие реакции обмена веществ в клетке сопровождаются затратами энергии?
1) подготовительного этапа энергетического обмена
2) молочнокислого брожения
3) окисления органических веществ
4) пластического обмена

Ответ

ПЛАСТИЧЕСКИЙ КРОМЕ
1. Все приведенные ниже термины, кроме двух, используются для описания пластического обмена. Определите два термина, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) репликация
2) дупликация
3) трансляция
4) транслокация
5) транскрипция

Ответ

2. Все перечисленные ниже понятия, кроме двух, используют для описания пластического обмена веществ в клетке. Определите два понятия, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) ассимиляция
2) диссимиляция
3) гликолиз
4) транскрипция
5) трансляция

Ответ

3. Перечисленные ниже термины, кроме двух, используются для характеристики пластического обмена. Определите два термина, выпадающих из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) расщепление
2) окисление
3) репликация
4) транскрипция
5) хемосинтез

Ответ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ
Выберите три процесса, относящихся к энергетическому обмену веществ.
1) выделение кислорода в атмосферу
2) образование углекислого газа, воды, мочевины
3) окислительное фосфорилирование
4) синтез глюкозы
5) гликолиз
6) фотолиз воды

Ответ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КРОМЕ
Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для характеристики энергетического обмена в клетке. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) идёт с поглощением энергии
2) завершается в митохондриях
3) завершается в рибосомах
4) сопровождается синтезом молекул АТФ
5) завершается образованием углекислого газа

Ответ

ПЛАСТИЧЕСКИЙ — ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ
1. Установите соответствие между характеристикой обмена и его видом: 1) пластический, 2) энергетический. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) окисление органических веществ
Б) образование полимеров из мономеров
В) расщепление АТФ
Г) запасание энергии в клетке
Д) репликация ДНК
Е) окислительное фосфорилирование

Ответ

2. Установите соответствие между характеристикой обмена веществ в клетке и его видом: 1) энергетический, 2) пластический. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующим буквам.
А) происходит бескислородное расщепление глюкозы
Б) происходит на рибосомах, в хлоропластах
В) конечные продукты обмена – углекислый газ и вода
Г) органические вещества синтезируются
Д) используется энергия, заключенная в молекулах АТФ
Е) освобождается энергия и запасается в молекулах АТФ

Ответ

3. Установите соответствие между признаками обмена веществ у человека и его видами: 1) пластический обмен, 2) энергетический обмен. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) вещества окисляются
Б) вещества синтезируются
В) энергия запасается в молекулах АТФ
Г) энергия расходуется
Д) в процессе участвуют рибосомы
Е) в процессе участвуют митохондрии

Ответ

4. Установите соответствие между характеристиками обмена веществ и его видом: 1) энергетический, 2) пластический. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) репликация ДНК
Б) биосинтез белка
В) окисление органических веществ
Г) транскрипция
Д) синтез АТФ
Е) хемосинтез

Ответ

5. Установите соответствие между характеристиками и видами обмена: 1) пластический, 2) энергетический. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) запасается энергия в молекулах АТФ
Б) синтезируются биополимеры
В) образуются углекислый газ и вода
Г) происходит окислительное фосфорилирование
Д) происходит репликация ДНК

Ответ

СОБИРАЕМ 6:
А) из жирных кислот и глицерина образуются жиры
Б) из аминокислот синтезируются белки
В) энергия выделяется
Г) из глюкозы образуется гликоген

===

А) белок расщепляется до аминокислот

ПЛАСТИЧЕСКИЙ — ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНОСТР
1. Установите соответствие между процессами и составляющими частями метаболизма: 1) анаболизм (ассимиляция), 2) катаболизм (диссимиляция). Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) брожение
Б) гликолиз
В) дыхание
Г) синтез белка
Д) фотосинтез
Е) хемосинтез

Ответ

2. Установите соответствие между характеристиками и процессами обмена веществ: 1) ассимиляция (анаболизм), 2) диссимиляция (катаболизм). Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) синтез органических веществ организма
Б) включает подготовительный этап, гликолиз и окислительное фосфорилирование
В) освобожденная энергия запасается в АТФ
Г) образуются вода и углекислый газ
Д) требует энергетических затрат
Е) происходит в хлоропластах и на рибосомах

Ответ

ПЛАСТИЧЕСКИЙ — ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОТЛИЧИЯ
Выберите три варианта. Чем пластический обмен отличается от энергетического?
1) энергия запасается в молекулах АТФ
2) запасенная в молекулах АТФ энергия расходуется
3) органические вещества синтезируются
4) происходит расщепление органических веществ
5) конечные продукты обмена — углекислый газ и вода
6) в результате реакций обмена образуются белки

Ответ

МЕТАБОЛИЗМ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Обмен веществ – одно из основных свойств живых систем, он характеризуется тем, что происходит
1) избирательное реагирование на внешние воздействия окружающей среды
2) изменение интенсивности физиологических процессов и функций с различными периодами колебаний
3) передача из поколения в поколение признаков и свойств
4) поглощение необходимых веществ и выделение продуктов жизнедеятельности
5) поддержание относительно-постоянного физико-химического состава внутренней среды

Ответ

2.5.1. Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме. Биологи разделяют его на пластический (анаболизм) и энергетический обмены (катаболизм), которые связаны между собой. Все синтетические процессы нуждаются в веществах и энергии, поставляемых процессами расщепления. Процессы расщепления катализируются ферментами, синтезирующимися в ходе пластического обмена, с использованием продуктов и энергии энергетического обмена.

Для отдельных процессов, происходящих в организмах, используются следующие термины:

Анаболизм (ассимиляция) – синтез более сложных мономеров из более простых с поглощением и накоплением энергии в виде химических связей в синтезированных веществах.

Катаболизм (диссимиляция) – распад более сложных мономеров на более простые с освобождением энергии и ее запасанием в виде макроэргических связей АТФ.

Живые существа для своей жизнедеятельности используют световую и химическую энергию. Зеленые растения – автотрофы, – синтезируют органические соединения в процессе фотосинтеза, используя энергию солнечного света. Источником углерода для них является углекислый газ. Многие автотрофные прокариоты добывают энергию в процессе хемосинтеза – окисления неорганических соединений. Для них источником энергии могут быть соединения серы, азота, углерода. Гетеротрофы используют органические источники углерода, т.е. питаются готовыми органическими веществами. Среди растений могут встречаться те, которые питаются смешанным способом (миксотрофно) – росянка, венерина мухоловка или даже гетеротроф– но – раффлезия. Из представителей одноклеточных животных миксотрофами считаются эвглены зеленые.

Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме. Ферменты – это всегда специфические белки – катализаторы. Термин «специфические» означает, что объект, по отношению к которому этот термин употребляется, имеет неповторимые особенности, свойства, характеристики. Каждый фермент обладает такими особенностями, потому что, как правило, катализирует определенный вид реакций. Ни одна биохимическая реакция в организме не происходит без участия ферментов. Особенности специфичности молекулы фермента объясняются ее строением и свойствами. В молекуле фермента есть активный центр, пространственная конфигурация которого соответствует пространственной конфигурации веществ, с которыми фермент взаимодействует. Узнав свой субстрат, фермент взаимодействует с ним и ускоряет его превращение.

Ферментами катализируются все биохимические реакции. Без их участия скорость этих реакций уменьшилась бы в сотни тысяч раз. В качестве примеров можно привести такие реакции, как участие РНК – полимеразы в синтезе – и-РНК на ДНК, действие уреазы на мочевину, роль АТФ – синтетазы в синтезе АТФ и другие. Обратите внимание на то, что названия многих ферментов оканчиваются на «аза».

Активность ферментов зависит от температуры, кислотности среды, количества субстрата, с которым он взаимодействует. При повышении температуры активность ферментов увеличивается. Однако происходит это до определенных пределов, т.к. при достаточно высоких температурах белок денатурируется. Среда, в которой могут функционировать ферменты, для каждой группы различна. Есть ферменты, которые активны в кислой или слабокислой среде или в щелочной или слабощелочной среде. В кислой среде активны ферменты желудочного сока у млекопитающих. В слабощелочной среде активны ферменты кишечного сока. Пищеварительный фермент поджелудочной железы активен в щелочной среде. Большинство же ферментов активны в нейтральной среде.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Читать книгу целиком
Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Энергетика живой клетки

ВАЖНО!

Обязательным условием существования биологических систем являются потоки энергии. В этом заключаются ключевые различия между живой и неживой природой. Ключевую роль в трансформации энергии обеспечивает клетка, как элементарная структура живого.

Из всего многообразия существующих форм энергии живые существа на нашей планете используют только две – световую и энергию химических связей. В зависимости от типа питания организмы разделают на автотрофов (от греч. «авто» — сам, «трофос» — питание) и гетеротрофов (от греч. «гетерос» — другой, «трофос» — питание) .

Главным переносчиком энергии в клетке являются молекулы АТФ (аденозинтрифосфат) Энергия в АТФ запасается в виде высокоэнергетических химических связях между остатками фосфорной кислоты, которая освобождается при отщеплении фосфата:

АТФ → АДФ + Ф + E

Выделяемая энергия используется клетками для процессов выработки тепла, мышечных сокращений (мышечная клетка), для проведения нервного импульса (нервные клетки) и т.п.

Обратный процесс образования АТФ с затратой энергии, получил название энергетический обмен.

Синтез макромолекул важнейших органических соединений, необходимых для построения структур клетки, обеспечения всех процессов жизнедеятельности клеток – пластический обмен — обеспечивается также энергией АТФ.

Независимо от типа питания, универсальным аккумулятором энергии живых организмов выступают молекулы АТФ. Такая схожесть иллюстрирует единство происхождения всего живого.

Фотосинтез

Процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) с использованием солнечной энергии получил название фотосинтез. Различают в фотосинтезе две фазы: световую и темовую.

В так называемой, световой фазе, кванты света выбивают электроны из молекулы хлорофилла ион начинает передаваться по специальным белковым переносчикам, расположенных на мембране хлоропластов. Под действием света одновременно происходит разложение воды (фотолиз). Энергия возбуждённого электрона используется на синтез АТФ и молекулу НАДФ (переносчик водорода) – в этом биологический смысл световой фазы фотосинтеза.

Побочными продуктами фотолиза воды становятся кислород и свободные электроны:

2Н2О→ Н+ + 4е- + О2

Сущность реакции темновой фазы можно выразить следующим уравнением:

СО2 + НАДФ∙Н + АТФ = С6Н12О6 +АДФ + НАДФ+

Фотосинтез, таким образом, является процессом превращения одной (световой) формы энергии в другую(химическую). Вся энергия биосферы запускается благодаря этому процессу. Другими словами, фотосинтез является отражением космических потоков энергии. Помимо этого, фотосинтезирующие организмы не только обеспечивают первичный синтез органических соединений, но и создают условия необходимые для существования других живых организмов.

Метаболизм

Поступившие вместе с пищей (или в результате фотосинтеза) органические вещества расщепляются на более простые (катаболизм или диссимиляция), которые служат для построения макромолекул органических соединений (анаболизм или ассимиляция). Эти процессы происходят в организме одновременно. Совокупность этих процессов получила название – метаболизм. В результате его организм осуществляет обмен веществом и энергией с окружающей средой.

Наибольшее значение для энергетического обмена являются многостадийные реакции окисления глюкозы.

На стадии гликолиза (бескислородного расщепления) в цитоплазме клетки происходит ферментативное расщепление молекулы глюкозы с образованием более простой пировиноградной кислоты и молекул АТФ:

С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Ф → С3Н4О3 + 4Н+ + 2АТФ

Молекулы пировиноградной кислоты обладают значительной энергией, высвобождение которой происходит в митохондриях. В ходе так называемого клеточного дыхания, образуется 30 молекул АТФ.

Суммарную реакцию окисления глюкозы можно представить следующим образом:

С6Н12О6+6О2+6Н2О+32АДФ+32Ф→6СО2+12Н2О +32АТФ

Некоторые микроорганизмы при недостатке кислорода расщепляют глюкозу в процессе анаэробного дыхания или брожения. В зависимости от конечных продуктов такого расцепления различают спиртовое брожение (с образование этанола), молочнокислое (молочная кислота). Последнее происходит и в мышцах, при недостатке кислорода, например во время длительной тренировки. Энергетический выход такого типа расщепления менее энергоэффективен.

Основным источником энергии для организмов является окисление глюкозы в митохондриях. При этом также может происходить окисление других органических соединений (белков, жиров), потребляемых, например, вместе с пищей. Расщепление жиров происходит с более значительным выделением энергии (чем углеводов), но этот процесс более длительный. Потреблённые белки в первую очередь идут на построение собственных белков клетки, и вовлекаются в энергетический обмен в крайних случаях. Поэтому питание должно быть сбалансированным.

Взаимосвязь энергетического и пластического обмена

Процессы аккумулирования энергии в молекулах АТФ (энергетический обмен) и использование запасённой энергии для синтеза необходимых веществ (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот) неразрывно связаны. Так синтез АТФ не возможен без разложения органических веществ, а синтез веществ клетки не возможен без энергии АТФ.

Оба процесса протекают одновременно и неотделимы друг от друга, обеспечивая жизнедеятельность организма. Таким образом, в клетках происходит трансформация вещества и энергии, которые лежат в основе существования жизни и непрерывного самообновления. Сходство процессов энергетического обмена в клетках всех живых организмов является доказательством единства их происхождения.

Вывод

Добытая энергия извне запасается в универсальных биологических аккумуляторах АТФ в виде химических связей.

В клетках происходят одновременно процессы энергетического и пластического обмена, это лежит в основе сохранения жизни. Взаимообмен энергией и веществом между живой и неживой природой является иллюстрацией принципа единства и взаимосвязи материального мира.

М.Б. Даутова, А.М. Бауедимова, С.О. Осикбаева, М.С. Журунова, Е.А. Ерлан

С.Ж. Асфендияров атындагы К,азац ¥лттыц медицина университету Валеология курсымен цалыпты физиология кафедрасы

ЖУРЕК КДН ТАМЫРЛАРЫН АУРУЛАРЫНЫН, АЛДЫН АЛУ МАЦСАТЫНДА ЖYРЕК БИОМАРКЕРЛАРЫН

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬД1 БИОЛОГИЯДА ЦОЛДАНУ

ТYЙiн: Бул макалада журек-кан тамырлары ЖYЙесiн диагностикалау, журек-кан тамырлары ауруларын диагностикалау эдiстерi жэне патологиялык кYЙдi сипаттайтын кан параметрлерi туралы акпарат камтылады. Сондай-ак, журек маркерлерi аркылы журек-кан тамырлары ауруларын багалайды. Авторлар эксперименттiк биологияда биомаркерлердi колдануга шакырады

ТYЙiндi сездер: Журек-кан тамырлары аурулары, журек маркерлерi, тропонин, миоглобин, гемоглобин эритроциттер, некроз, креотинкиназа

M.B. Dautova, A.M. Bauyedimova, S.O. Osikbayeva, M.S. Zhurunova, A.E. Erlan

Asfendiyarov Kazakh National medical university Department normal physiology with a valueology course

CARDIOMARKERS HEART FOR PREDICTION OF CARDIAC VASCULAR DISEASES IN THE EXPERIMENTAL BIOLOGY

УДК 577.121:577.124.22:

С.О. Осикбаева1,2, С.Т. Тулеуханов1, З.С. Орынбаева2

1 Казахский Национальный Университет имени Аль-Фараби, Казахстан, Алматы 2Университет Дрексель, США, Филадельфия

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТАБОЛИЗМ — ГЛИКОЛИЗ В НОРМАЛЬНЫХ И РАКОВЫХ КЛЕТКАХ

В последние годы уделяется большое внимание исследование метаболизма в нормальных и опухолевых клетках. В статье представлены обзорные данные о гликолитическом пути в нормальных и раковых клетках. Гликолитический путь является одним из энергетических путей, который играет важную роль в процессах образования энергии в клетках. Эти данные дают возможность выявить патологичесике изменения в клетках. Ключевые слова: метаболизм, энергетический путь, гликолиз, клетка, митохондрии.

Введение: Глюкоза является общим источником энергии для клеток. Метаболизм глюкозы начинается с гликолиза, который производит пируват. Во время ферментации пируват превращается в органические кислоты, газы или этанол. Альтернативно, пируват может метаболизироваться посредством дыхания через цикл митохондриальной трикарбоновой кислоты (ТЦА), также называемый циклом Кребса или лимонной кислоты. В митохондриальной мембране электроны затем переносятся из НАДН и других продуктов ТЦА в кислород через электронную транспортную цепь, которая генерирует протонный градиент поперек митохондриальной мембраны для продуцирования АТФ с помощью окислительного фосфорилирования (OXPHOS) . Что касается продукции АТФ, дыхание намного эффективнее, чем ферментация, генерируя чистый прирост до 36 против только 2 молекул АТФ на молекулу глюкозы, соответственно. Хотя дыхание и ферментация имеют общий путь гликолиза, они в определенной степени

антагонистичны и настроены в ответ на различные питательные или физиологические условия . Ферментация является предпочтительной в быстро пролиферирующих клетках даже в присутствии кислорода, процесс также называется аэробным гликолизом.

Клеточный энергетический метаболизм является фундаментальным для биологических процессов, таких как пролиферация клеток, стрессоустойчивость и старение. У людей аберрантный энергетический обмен приводит к ряду метаболических или дегенеративных заболеваний . Поэтому важно понять генетические факторы и регуляторные механизмы, которые влияют на клеточный энергетический обмен. Регулирование баланса между дыханием и ферментацией во многом зависит от наличия питательных веществ , опосредуемых сигнальными путями передачи питательных веществ, таких как TOR или PKA, которые, в свою очередь, контролируют экспрессию генов , а также

прямыми метаболическими петлями обратной связи . Более того, вероятно, что клеточное метаболическое состояние может контролировать экспрессию гена или функцию белка через эпигенетические механизмы: уровни ключевых метаболитов, таких как АТФ, ацетил-КоА или НАД / НАДН, являются считываниями для энергетического метаболизма; Такие метаболиты могут изменять глобальные уровни фосфорилирования белков, ацетилирования или метилирования, что, в свою очередь, влияет на регуляцию генома и активность белка .

Гликолиз представляет собой серию реакций, которые и извлекают энергию из глюкозы, разделяя ее на две молекулы с тремя атомами углерода, называемые пируватами. Гликолиз — это древний метаболический путь, это означает, что он эволюционировал давно, и он обнаруживается у подавляющего большинства живых организмов сегодня . В организмах, которые выполняют клеточное дыхание, гликолиз является первой стадией этого процесса. Однако гликолиз не требует

кислорода, и многие анаэробные организмы, организмы, которые не используют кислород, также имеют этот путь.

Особенности глюколиза: гликолиз происходит в цитозоле клетки, и его можно разделить на две основные фазы: фазу, требующую энергию, над пунктирной линией на изображении ниже и фазу высвобождения энергии ниже пунктирной линии. Энергоемкость. На этой стадии исходная молекула глюкозы перестраивается и к ней присоединяются две фосфатные группы. Фосфатные группы делают модифицированный сахар — теперь называемый фруктозо-1,6-бифосфат неустойчивым, что позволяет ему разделиться пополам и образовать два фосфатсодержащих трехуглеродных сахара. Поскольку фосфаты, используемые на этих стадиях, получены из ATФ, две молекулы ATФ усваиваются (рисунок 1).

Трехуглеродные сахара, образующиеся при разложении неустойчивого сахара, отличаются друг от друга. Только один глицеральдегид-3-фосфат может войти в следующую стадию.

Рисунок 1 — Путь от

Энерговыделяющая фаза. На этой фазе каждый сахар с тремя углеродными атомами превращается в другую молекулу с тремя атомами углерода, пируват, через ряд реакций. В этих реакциях производятся две молекулы АТФ и одна молекула НАДН. Поскольку эта фаза происходит дважды, один раз для каждого из двух трехуглеродных сахаров, она делает четыре ATP и два NADH в целом.

Каждая реакция в гликолизе катализируется собственным ферментом. Важнейшим ферментом для регуляции гликолиза является фосфофруктокиназа, которая катализирует образование нестабильной двухфосфатной молекулы сахара, фруктозо-1,6-бисфосфата . Фосфофруктокиназа ускоряет или замедляет гликолиз в ответ на энергетические потребности клетки.

В целом, гликолиз превращает одну шестиуглеродную молекулу глюкозы в две трехуглеродных молекулы пирувата. Чистые

озы до пирувата

продукты этого процесса — две молекулы АТФ и две молекулы НАДН.

Эффект Варбурга: в дополнение к АТФ, который необходим для поддержания нормальных клеточных процессов, пролиферирующие опухолевые клетки также должны генерировать энергию, необходимую для быстрого деления клеток. Кроме того, опухолевые клетки должны избегать контрольных точек, которые обычно блокируют пролиферацию в стрессовых метаболических условиях, характерных для аномального микроокружения опухоли. Опухолевые клетки перепрограммируют свои метаболические пути для удовлетворения этих потребностей в процессе прогрессирования опухоли. В клетках опухоли наиболее характерным метаболическим фенотипом является эффект Варбурга (рисунок 2), который является сдвигом от генерации АТФ через окислительное фосфорилирование к генерации АТФ через гликолиз даже при нормальных концентрациях кислорода .

l.jct.ïte <. Лис ose

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ь Proliferating tumour cell

Lactate Glucose

Рисунок 2 — Молекулярные меха]

В результате, в отличие от большинства нормальных клеток, многие трансформированные клетки получают значительную часть своей энергии от аэробного гликолиза, превращая большинство поступающей глюкозы в лактат, а не метаболизируя ее в митохондриях посредством окислительного фосфорилирования . Хотя продукция АТФ путем гликолиза может быть более Чем при окислительном фосфорилировании, он намного менее эффективен с точки зрения генерирования АТФ на единицу потребляемой глюкозы. Поэтому этот сдвиг требует, чтобы опухолевые клетки осуществляли аномально высокую скорость поглощения глюкозы, чтобы удовлетворить их повышенную энергетическую потребность, биосинтез и окислительно-восстановительные потребности.

Опора раковых клеток на увеличение поглощения глюкозы оказалась полезной для обнаружения и мониторинга опухолей, причем этот фенотип служит основой для клинической оценки

, приводящие к эффекту Варбурга

фтордезоксиглюкозы позитронно-эмиссионной томографии (ФДГ-ПЭТ). ФДГ-ПЭТ использует радиоактивный аналог глюкозы для обнаружения областей с высоким поглощением глюкозы и доказал свою высокую эффективность для идентификации и мониторинга многих типов опухолей. Соответственно, в настоящее время имеется значительный объем полезных клинических данных о важности глюкозы в качестве топлива для злокачественных опухолей . В настоящее время оценивается несколько новых терапевтических подходов, нацеленных на многочисленные точки гликолитического процесса, включая ингибирование лактата дегидрогеназы и инактивации транспортеров монокарбоксилатов, которые ответственны за доставку лактата через плазматическую мембрану . Таким образом, из выше изложенных данных, мы можем оценить новые терапевтические подходы нацеленные на многочисленные пути гликолитическиги процесса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Wallace DC, Fan W. Energetics, epigenetics, mitochondrial genetics // Mitochondrion. — 2010. — №10. — Р.12-31.

7 Huang Z, Cai L, Tu BP. Dietary control of chromatin // Curr Opin Cell Biol. — 2015. — №34. — Р. 69-74.

8 Chandel NS. Evolution of mitochondria as signaling organelles // Cell Metab. — 2015. — №22. — Р. 204-206.

12 Warburg, O. On the origin of cancer cells // Science. — 1956. — №123. — P. 309-314.

13 Semenza, G. L. et al. ‘The metabolism of tumours’: 70 years later // Novartis Found. Symp. — 2001. — P. 251-260.

15 Gambhir, S. S. Molecular imaging of cancer with positron emission tomography // Nature Rev. Cancer. — 2002. — №2. — P. 683-693.

16 Gambhir, S. S. et al. A tabulated summary of the FDG PET literature // J. Nucl. Med. — 2001. — №42. — P. 91-93.

С.О. Осикбаева1’2, С.Т. Тулеуханов1, З.С. Орынбаева2

1Эль-Фараби атындагы К,азац ¥лттыц Университету Алматы 2Дрексель Университету АЦШ, Филадельфия

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЭНЕРГИЯ АЛМАСУ — КДЛЫПТЫ ЖЭНЕ КДТЕРЛ1 1С1К КЛЕТКАЛАРЫНЫН, ГЛИКОЛИЗ ЖОЛДАРЫ

Тушн: Соцгы жылдары, ;алыпты жэне iсiк жасушаларынын, метаболизмш зерттеуде кеп кендл белшуде. Ма;алада к;алыпты жэне к;атерл1 iсiк жасушаларынын гликолиттж непзп жолдарынын, зерттеу деректерi усынылады. Гликолиттж жол — энергия алмасуда мацызды рел ат;арады, ол энергия белшу жолдарынын бiрi болып табылады. Бул деректер патологиялы; езгерiстердi аны;тау ушш мацызы ете зор. ТYЙiндi сездер: метаболизм, энергия алмасу, гликолиз, жасуша, митохондрия.

S.O. Ossikbayeva1’2, S.T. Tuleukhanov1, Z.S. Orynbayeva2

1A1-Farabi Kazakh National University, Almaty 2Drexel University, USA, Philadelphia

ENERGY METABOLISM — GLYCOLYSIS PATHWAY IN NORMAL AND CANCER CELLS

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *