Вторая фаза катаболизма характеризуется тем что
Параграф 20 3. Три этапа катаболизма
Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
Параграф учебника по биохимии 20 3.
«Т Р И Э Т А П А катаболизма».
Т Р И Э Т А П А превращения органических веществ
и освобождения энергии.
Три этапа выделяют в процессах распада полимеров и жиров
до СО2, Н2О и NН3.
(Конечно, аммиак может образоваться только из веществ, содержащих азот.
Поэтому при катаболизме углеводов и жиров аммиак не образуется,
а при катаболизме белков, аминокислот, нуклеиновых кислот аммиак образуется).
Речь идет о таких полимерах, как
гликоген, крахмал, белки.
Распад (катаболизм) нуклеиновых кислот отличается от катаболизма остальных полимеров – п.71.
Все три этапа катаболизма сопровождаются выделением энергии,
часть которой может и должна запасаться в виде АТФ,
а остальная энергия рассеивается в виде тепла, за счет которого поддерживается температура тела (37 градусов).
Самая большая доля энергии выделяется на третьем этапе (2/3),
на втором выделяется около трети (1/3),
а на первом этапе выделяется менее 1% всей энергии.
П Е Р В Ы Й Э Т А П катаболизма
– это превращение полимеров в мономеры (деполимеризация)
и жиров – в глицерин и жирные кислоты.
Превращение происходит, чаще всего,
путем гидролиза связей между мономерами
(в случае с жирами – между остатками глицерина и жирных кислот).
Продукты первого этапа:
Крахмал и гликоген превращаются в глюкозу,
а белки превращаются в аминокислоты.
Нуклеиновые кислоты распадаются до нуклеотидов (подробнее в вопросе об обмене нуклеотидов).
Эти процессы происходят в ЖКТ при переваривании полимеров пищи.
(После чего образовавшиеся мономеры всасываются;
в пищеварении жира есть особенности, о которых сказано в соответствующем пункте п.43).
Кроме ЖКТ, распад полимеров происходит также в организме –
— гликоген распадается до глюкозы в печени
(но не только путем гидролиза;
есть также фосфоро/литический путь превращения гликогена в глюкозу – п.31),
— жиры гидролизуются в жировой ткани и в липопротеинах,
— белки гидролизуются во внеклеточном веществе
(см. о матриксных метало/протеиназах в п.122)
и в лизосомах
(в которых гидролизуются и другие вещества) – п.63.
В Т О Р О Й Э Т А П катаболизма
– это превращение мономеров (а также глицерина и жирных кислот) в метаболиты ЦТК
что связано с уменьшением числа атомов углерода в продуктах по сравнению с субстратами процессов.
Например, в молекуле глюкозы 6 атомов углерода,
а в результате гликолиза глюкоза превращается в две 3-х углеродные молекулы пирувата,
которые далее могут превратиться в две 2-х углеродные молекулы ацетилКоА.
Углеводы и глицерин
Глюкоза превращается в пируват
(в результате процесса гликолиза – п.32),
который далее превращается либо в ацетилКоА (ПДГ),
либо в оксалоацетат (карбоксилирование).
Глицерин превращается в пируват
в результате процесса, который называется окислением глицерина.
Пируват далее превращается в такие метаболиты ЦТК,
как ацетилКоА и оксалоацетат.
Жирные кислоты превращаются в ацетилКоА
(в результате процесса ;-окисления – п.45).
Аминокислоты превращаются в 6 метаболитов
(в пируват, ацетилКоА, оксалоацетат, кетоглутарат сукцинилКоА, фумарат)
в результате разных процессов,
основными из которых являются переаминирование (п.64)
и дезаминирование (п.65) –
эти процессы позволяют «избавить» аминокислоту от азота.
Нуклеотиды в метаболиты ЦТК не превращаются.
Из всех названных метаболитов
непосредственному катаболизму (превращению в СО2) подвергается ацетилКоА
на третьем этапе – см. далее.
Оксалоацетат может вступать в ЦТК многократно –
он вступает в первую реакцию цикла
и образуется в последней реакции,
после чего может снова вступать в первую реакцию нового оборота цикла;
кроме того, оксалоацетат может использоваться для синтеза аспартата,
а аспартат – для синтеза аспарагина, белка, мочевины, АМФ.
Все остальные перечисленные метаболиты (кетоглутарат, сукцинилКоа, фумарат)
превращаются в реакциях ЦТК в оксалоацетат (п.67).
Оксалоацетат может превратиться и в ацетилКоА –
через ФЕП и пируват.
При некоторых условиях оксалоацетат может превратиться в глюкозу (см. ГНГ п.33).
(Об образовании метаболитов ЦТК из мономеров).
АцетилКоА образуется из метаболитов всех классов –
из глюкозы, глицерина, жирных кислот, аминокислот.
При этом все мономеры, кроме жирных кислот,
превращаются в ацетилКоА через пируват,
а жирные кислоты (и некоторые аминокислоты) – минуя пируват.
Метаболиты кетоглутарат, сукцинилКоА и фумарат
образуются только из аминокислот –
если речь идет об образовании этих метаболитов не в реакциях ЦТК,
а в реакциях ЦТК эти метаболиты можно получить
из любого вещества,
которое может превратиться в метаболиты двух первых реакций ЦТК –
в ацетилКоА и оксалоацетат.
Т Р Е Т И Й Э Т А П катаболизма
– это процессы ЦТК и дыхательная цепь.
ЦТК называют 1-й фазой 3-го этапа катаболизма,
а ДЦ – 2-й фазой 3-го этапа.
В результате одного оборота ЦТК
одна молекула ацетилКоА превращается в две молекулы CО2 – одноуглеродные молекулы,
что считается завершением распада (катаболизма) углеродных скелетов органических соединений.
Атомы водорода отщепляются от метаболитов ЦТК (дегидрогеназами)
и переносятся на коферменты (на 3 НАД+ и на 1 ФАД).
Восстановленные коферменты
(получившие водород от метаболитов ЦТК)
НАДН и ФАДН2 переносят водород в ДЦ.
Смотрите параграф № 21.
В ДЦ водород (протоны и электроны) переносится
от восстановленных коферментов на кислород
в результате нескольких последовательных реакций
(ступенчатый характер реакции Н + О из п.20.1).
В результате переноса водорода на кислород
образуется вода (эндогенная),
но главное значение ДЦ в том, что
все реакции ДЦ сопровождаются выделением энергии,
часть которой запасается виде АТФ (см. ОФ),
а остальная энергия рассеивается в виде тепла.
Катаболизм лактозы и сахарозы (п.30):
первым этапом можно считать образование глюкозы.
Образование глюкозы из лактозы (п.30):
1) расщепление лактозы лактазой в ЖКТ на глюкозу и галактозу,
2) всасывание моносахаридов к кровь и транспорт в печень,
3) унификация галактозы.
Образование глюкозы из сахарозы (п.30):
1) расщепление сахарозы сахаразой в ЖКТ на глюкозу и галактозу,
2) всасывание моносахаридов к кровь и транспорт в печень,
3) унификация фруктозы.
Основные закономерности метаболических процессов в организме человека. Часть 1.
Метаболизм – обмен веществ и энергии — представляет собой по классическим определениям, с одной стороны, обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой, а, с другой стороны, совокупность процессов превращения веществ и трансформации энергии, происходящих непосредственно в самих живых организмах. Как известно, обмен веществ и энергии является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи. В обмене веществ, контролируемом многоуровневыми регуляторными системами, участвует множество ферментных каскадов, обеспечивающих совокупность химических реакций, упорядоченных во времени и пространстве. Данные биохимические реакции, детерминированные генетически, протекают последовательно в строго определенных участках клеток, что, в свою очередь обеспечивается принципом компартментации клетки. В конечном итоге в процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в собственные специфические вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из организма. В процессе любых биохимических трансформаций освобождается и поглощается энергия.
Клеточный метаболизм выполняет четыре основные специфические функции, а именно: извлечение энергии из окружающей среды и преобразование ее в энергию макроэргических (высокоэнергетических) химических соединений в количестве, достаточном для обеспечения всех энергетических потребностей клетки; образование из экзогенных веществ промежуточных соединений, являющихся предшественниками высокомолекулярных компонентов клетки; синтез из этих предшественников белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов; синтез и разрушение специальных биомолекул, образование и распад которых связаны с выполнением специфических функций данной клетки.
Поскольку первоначальные представления об обмене веществ возникли в связи с изучением процессов обмена между организмом и внешней средой и лишь впоследствии эти представления расширились до понимания путей трансформации веществ и энергии внутри организма, до настоящего времени принято выделять соответственно внешний, или общий, обмен веществ и внутренний или промежуточный, обмен веществ. В свою очередь как во внутреннем, так и во внешнем обмене веществ различают структурный (пластический) и энергетический обмен. Под структурным обменом понимают взаимные превращения различных высоко- и низкомолекулярных соединений в организме, а также их перенос (транспорт) внутри организма и между организмом и внешней средой. Под энергетическим обменом понимают высвобождение энергии химических связей молекул, образующейся в ходе реакций и ее превращение в тепло (большая часть), а также использование энергии на синтез новых молекул, активный транспорт, мышечную работу (меньшая часть). В процессе обмена веществ часть конечных продуктов химических реакций выводится во внешнюю среду, другая часть используется организмом. В этом случае конечные продукты органического обмена накапливаются или расходуются в зависимости от условий существования организма, называясь запасными или резервными веществами.
Как указывалось выше совокупность химических превращений веществ, которые происходят непосредственно в организме, начиная с момента их поступления в кровь и до момента выделения конечных продуктов обмена из организма, называют промежуточным обменом (промежуточным метаболизмом). Промежуточный обмен может быть разделен на два процесса: катаболизм (диссимиляция) и анаболизм (ассимиляция). Катаболизмом называют ферментативное расщепление крупных органических молекул, осуществляемое у всех высших организмов, как правило, окислительным путем. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, заключенной в химических связях органических молекул, и резервированием ее в форме энергии фосфатных связей молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Анаболизм, напротив, представляет собой ферментативный синтез крупномолекулярных клеточных компонентов, таких, как полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, а также некоторых их биосинтетических предшественников из более простых соединений. Анаболические процессы происходят с потреблением энергии. Процессы катаболизма и анаболизма происходят в клетках одновременно, неразрывно связаны друг с другом и являются обязательными компонентами одного общего процесса — метаболизма, в котором превращения веществ теснейшим образом переплетены с превращениями энергии. Катаболические и анаболические реакции различаются, как правило, локализацией в клетке. Например, окисление жирных кислот до углекислого газа и воды осуществляется с помощью набора митохондриальных ферментов, тогда как синтез жирных кислот катализирует другая система ферментов, находящихся в цитозоле. Именно благодаря разной локализации катаболические и анаболические процессы в клетке могут протекать одновременно. При этом все превращения органических веществ, процессы синтеза и распада взаимосвязаны, координированы и регулируются нейрогормональными механизмами, придающими химическим процессам нужное направление. В организме человека не существует самостоятельного обмена белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Все превращения объединены в целостный процесс метаболизма, допускающий также взаимопревращения между отдельными классами органических веществ. Подобные взаимопревращения диктуются физиологическими потребностями организма, а также целесообразностью замены одних классов органических веществ другими в условиях блокирования какого-либо процесса при патологии.
На второй стадии катаболизма продуктами химических реакций становятся еще более простые молекулы, унифицированные для углеводного, белкового и липидного обмена. по своему типу (гликолиз, катаболизм аминокислот, β-окисление жирных кислот соответственно). Принципиальным является то, что на второй стадии катаболизма образуются продукты, которые являются общими для обмена исходно разных групп веществ. Эти продукты представляют собой ключевые химические соединения, соединяющие разные пути метаболизма. К таким соединениям относятся, например, пируват (пировиноградная кислота), образующийся при распаде углеводов, липидов и многих аминокислот, ацетил-КоА, объединяющий катаболизм жирных кислот, углеводов и аминокислот, a-кетоглутаровая кислота, оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота), фумарат (фумаровая кислота) и сукцинат (янтарная кислота), образующиеся при трансформации аминокислот. Продукты, полученные на второй стадии катаболизма, вступают в третью стадию, которая известна как цикл трикарбоновых кислот (терминальное окисление, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса). На третьем этапе ацетил-КоА и некоторые другие метаболиты, например α-кетоглутарат, оксалоацетат, подвергаются окислению в цикле ди- и трикарбоновых кислот Кребса. Окисление сопровождается образованием восстановленных форм НАДН + Н+ и ФАДН2. Именно в ходе второй и третьей стадий катаболизма освобождается и аккумулируется в виде АТФ практически вся энергия химических связей подвергнутых диссимиляции веществ. При этом осуществляется перенос электронов от восстановленных нуклеотидов на кислород через дыхательную цепь, сопровождающийся образованием конечного продукта – молекулы воды. Транспорт электронов в дыхательной цепи сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования.
В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется не только на поддержание температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма. Тем не менее, только часть получаемой при окислении белков, жиров и углеводов энергии используется для синтеза АТФ, другая, значительно большая, превращается в теплоту. Так, при окислении углеводов 22, 7% энергии химических связей глюкозы в процессе окисления используется на синтез АТФ, а 77, 3% в виде тепла рассеивается в тканях. Аккумулированная в АТФ энергия используемая в дальнейшем для механической работы, химических, транспортных, электрических процессов в конечном счете тоже превращается в теплоту. Следовательно, количество тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии химических связей, подвергшихся биологическому окислению. Поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла — калориях или джоулях.
Общий баланс энергии организма определяют на основании калорийности вводимых пищевых веществ и количества выделенного тепла, которое может быть измерено или рассчитано. При этом надо учитывать, что величина калорийности, получаемая при лабораторной калориметрии, может отличаться от величины физиологической калорической ценности, поскольку некоторые вещества в организме не сгорают полностью, а образуют конечные продукты обмена, способные к дальнейшему окислению. В первую очередь это относится к белкам, азот которых выделяется из организма главным образом в виде мочевины, сохраняющей некоторый потенциальный запас калорий. Очевидно, что калорическая ценность, дыхательный коэффициент и величина теплообразования для разных веществ различны. Физиологическая калорическая ценность (в ккал/г) составляет для углеводов — 4, 1; липидов — 9, 3; белков — 4, 1; величина теплообразования (в ккал на 1 литр потребленного кислорода) для углеводов составляет 5, 05; липидов — 4, 69; белков — 4, 49.
Процесс анаболизма по аналогии с катаболическими процессами также проходит три стадии. При этом исходными веществами для анаболических процессов служат продукты второй стадии и промежуточные соединения третьей стадии катаболизма. Таким образом вторая и третья стадии катаболизма являются в то же время первой, исходной стадией анаболизма и химические реакции, протекающие в данном месте и в данное время, выполняют по сути двойную функцию. С одной стороны, они являются основой завершающего этапа катаболизма, а с другой — служат инициацией для анаболических процессов, поставляя вещества-предшественники для последующих стадий ассимиляции. Подобным образом, например, начинается синтез белка. Исходными реакциями этого процесса можно считать образование некоторых a-кетокислот. На следующей, второй стадии в ходе реакций аминирования или трансаминирования эти кетокислоты превращаются в аминокислоты, которые на третьей стадии анаболизма объединяются в полипептидные цепи. В результате ряда последовательных реакций происходит также синтез нуклеиновых кислот, липидов и полисахаридов. Тем не менее следует подчеркнуть, что пути анаболизма не являются простым обращением процессов катаболизма. Это связано прежде всего с энергетическими особенностями химических реакций. Некоторые реакции катаболизма практически необратимы, поскольку их протеканию в обратном направлении препятствуют непреодолимые энергетические барьеры. Поэтому в ходе эволюции были выработаны другие, специфические для анаболизма реакции, где синтез олиго- и полимерных соединений сопряжен с затратой энергии макроэргических соединений, прежде всего – АТФ.
Статья добавлена 31 мая 2016 г.
Классификация ран. Раневой процесс
Раны являются одним из самых частых травматических повреждений. Пострадавшие получают ранения в бытовых, производственных, боевых и криминальных условиях. Характерно, что большая часть пострадавших находится в молодом трудоспособном возрасте. Кроме того, раны наносятся при выполнении оперативных вмешательств. В последнем случае главной особенностью является возможность создания условий, сводящих к минимуму риск раневых осложнений. Общим для всех ран за исключением послеоперационных является то, что они всегда контаминированы микроорганизмами, и зачастую осложняются развитием инфекции.
Раневой процесс
Основными клиническими признаками ран сразу после их нанесения являются наличие дефекта кожи или слизистых, кровотечение и боль. В дальнейшем клиническая картина соответствует фазам течения раневого процесса.
Местные реакции организма направлены на восстановление целостности поврежденных тканей. Заживление ран различных органов и тканей имеет свои особенности, зависящие от их морфологического строения. Раневой процесс может существенно различаться по длительности, но всегда сопровождается образованием соединительно-тканного рубца. Без образования рубца заживают только поверхностные раны без повреждения росткового слоя кожи. Выделяют 3 фазы течения раневого процесса (рис. 11. 1).
Фаза регенерации или пролиферации в среднем продолжается 2-4 недели. Процессы регенерации начинаются уже с 1 суток после ранения, и их продолжительность зависит от величины раневого дефекта и морфологии поврежденных тканей. Происходит миграция фибробластов, образование коллагена и основного вещества, новообразование кровеносных сосудов с развитием грануляционной ткани в месте тканевого дефекта. Постепенно уменьшаются экссудация и отек, грануляционная ткань со дна раны заполняет весь дефект. Грануляционная ткань содержит много новообразованных сосудов и практически не иннервирована. При нормальном течении раневого процесса поверхность гранулирующих ран яркая, «сочная», при перевязках характерна высокая контактная кровоточивость и незначительная болезненность.
Фаза эпителизации и реорганизации рубца в зависимости от морфологии тканей продолжается от нескольких недель до года. Эпителизация начинается от краев раны одновременно с образованием грануляционной ткани. Данный процесс регулируется действием эпидермального хейлона, являющегося контактным ингибитором пролиферации. Сразу после формирования рубца начинается его перестройка: происходит образование эластических волокон и развитие новой фиброзной сети, а содержание воды в рубцовой ткани снижается.
На течение раневого процесса влияют различные общие и местные факторы. К общим факторам относятся: возраст, состояние питания и иммунный статус пациента, различные нарушения гомеостаза, сопутствующие заболевания, в том числе сахарный диабет, прием противовоспалительных средств, цитостатиков, массивная антибиотикотерапия. К местным факторам, влияющим на течение раневого процесса, относится состояние кровоснабжения и степень травматизации тканей в зоне повреждения, уровень микробной контаминации раны и качество ухода за раной.
По степени обсемененности и наличию признаков инфекции все раны делятся на 3 вида: асептические, контаминированные и инфицированные.
· Асептическими являются только операционные раны при «чистых» оперативных пособиях.
· Контаминированные – это раны, обсемененные микрофлорой, но без признаков нагноения. К ним относятся все случайные раны после их нанесения и часть операционных ран.
· Инфицированные – это гнойные раны, то есть раны с признаками наличия инфекционно-воспалительного процесса. Они подразделяются на первично инфицированные – образовавшиеся после операций по поводу острых гнойных процессов, и вторично инфицированные – раны, нагноившиеся в процессе заживления.
Раневой процесс заканчивается заживлением раны. Выделяют следующие типы заживления ран:
· Заживление первичным натяжением – заживление без нагноения. Оно происходит с развитием линейного рубца без образования видимой межуточной ткани. Такое заживление свойственно для ран с ровными жизнеспособными краями, отстающими друг от друга не более чем на 1 см, и при микробной контаминации тканей ниже критического уровня. Операционные раны при наложении первичных швов обычно заживают первичным натяжением.
· Заживление вторичным натяжением – заживление через нагноение и гранулирование с развитием грубого рубца и образованием видимой межуточной ткани. Имеет место при обширных дефектах тканей, не допускающих первичного сопоставления стенок раны и при развитии раневой инфекции.
· Заживление под струпом – заживление без рубца. Имеет место при поверхностных ранах без повреждения росткового слоя кожи. Под струпом, состоящим из фибрина и форменных элементов крови, происходит быстрая регенерация эпидермиса.
Описанное выше течение раневого процесса характерно для ран, явившихся результатом одномоментного воздействия повреждающего фактора. При длительном или постоянном неблагоприятном воздействии, приводящем к нарушению функционирования покровов тела и затрудняющем заживление, имеющем место в случае образования хронических ран, характерно наличие признаков сразу всех трех его фаз. Дно хронической раны одновременно покрыто фибрином и грануляциями, возможно наличие участков некроза и гнойного отделяемого. Грануляции вялые, бледные. Края раны и ткани вокруг уплотнены. Часто имеет место краевая эпителизация. Обычно пальпация зоны повреждения малоболезненна.
Окружающие ткани имеют изменения, характерные для заболевания, вызвавшего образование хронической раны. Если повреждающие факторы не устранены, хронические раны даже при интенсивном лечении длительно не заживают, а после заживления рецидивируют – в той же или в соседней области. При длительно существующих хронических ранах имеется риск их малигнизации.