И 4. Энергетический уровень взаимосвязи и уровень восстановительных эквивалентов

ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

При изучении курса биологической химии в силу необходимости приходится исскусственно выделять из всей совокупности метаболических процессов, протекающих в организме, обмен углеводов, обмен липидов, обмен аминокислот и др. В реальных клетках, органах и тканях все эти процессы интегрированы в единую систему, в которой нарушение работы одного из метаболических путей неизбежно сопровождается в качестве компенсатарной реакции перестройкой работы всей системы. Эти представления чрезвычайно важны для специалистов медицинского профиля, которые должны отчетливо понимать, что их вмешательство в ход обменных процессов с целью коррекции, например, обмена углеводов, неизбежно будет сопровождаться изменениями в обмене липидов, аминокислот и др. Поэтому эффективность вмешательства должна контролироваться не только по его влиянию на показатели обмена углеводов, но и по изменению показателей обмена соединений других классов.

Можно выделить несколько уровней взаимосвязей обменных процессов: информационный, структурный, энергетический, уровень восстановительных эквивалентов или же уровень потока метаболитов, принимая, естетственно, во внимание, что рассмотрение каждого из этих уровней охватывает лишь один из аспектов проблемы.

Информационный уровень взаимосвязи

Говоря об информационном уровне взаимосвязи, имеют в виду, что в геноме клеток заложена информация о структуре, а следовательно, и о функциональной активности различных белков, принимающих участие в структурной и динамической организации живых систем. В геноме заложена информация о структуре, а значит и о каталитической активности различных ферментов, контролирующих скорость и направление превращений различных соединений в клетках; в геноме заложена информация о структкре и функциональной активности различных белковпереносчиков, определяющих направление и эффективность транспорта различных соединений; в геноме заложена информация о структуре и функциональной активности различных биорегуляторов: заложена прямо, если речь идет о биорегуляторах белковой или пептидной природы, и косвенно, если речь идет о биорегуляторах стероидной или иной природы, поскольку интенсивность образования этих соединений контролируется через активность и количество соответствующих ферментов.

Принципиальная важность эффективного и правильного функционирования этого уровня взаимосвязи наглядно демонстрируется нарушениями метаболизма при том или ином генетическом дефекте возникает или то или иное наследственное заболевание, или врожденная предрасположенность к той или иной патологии.

Структурный уровень взаимосвязи

Нормальное существование живых объектов, будь это одноклеточные организмы или многоклеточныу, прокариоты или эукариоты, возможно лишь при определенном уровне их структурной организации. Интегрирующие функции присущи различным элементам клеточной структуры. Мы привыкли считать, что мембраны выполняют разделительную функцию, отграничивая живую систему от окружающей среды или разграничивая отдельные компартменты клетки. Однако, всегда следует иметь ввиду, что мембранному аппарату клеток принадлежит важная роль в интеграции метаболизма, поскольку именно мембраны за счет контролируемой клеткой их избирательной проницаемости направляют поток веществ из одного компартмента в другой, связывая тем самым метаболические процессы, протекающие в разных отделах клетки. Более того, за счет изменения проницаемости мембран одно и тоже соединение может использоваться по разным направлениям, в зависимости от того, в каком компартменте клетки оно окажется. Например,ацетилКоА в матриксе митохондрий подвергается окислительному расщеплению,тогда как поступив из митохондрий в цитозоль он будет использоваться для синтеза высших жирных кислот. Однако интегрирующие функции присущи не только мембранному аппарату клеток. Достаточно вспомнить рибосомы. Эти органеллы, лишены мембранного аппарата, являются тем фокусом, в котором сходятся поток информации ( мРНК ), поток пластического материала ( аминоацилтРНК ) и поток энергии ( ГТФ ), необходимые для сборки полипептидных цепей белковых молекул. Интегрирующая функция рибосом бесспорна.

и 4. Энергетический уровень взаимосвязи и уровень восстановительных эквивалентов

Важная роль в интеграции клеточного метаболизма принадлежит соединениям с высоким термодинамическим потенциалом переноса атомов или атомных группировок. К ним, вопервых. относятся соединения, которые мы называемым макроэргами ( АТФ, ГТФ, креатинфосфат и др.), вовторых, восстановленные формы коферментов НАД , НАДФ , тиоредоксин, адренодоксин и др.

Функционирование первой группы соединений связано с накоплением и переносом свободной энергии из цепей реакций, где она выделяется, в цепи реакций, где она используется. За счет этого переноса свободной энергии параллельно или последовательно идущие цепи реакции оказываются тесно связанными друг с другом. Речь идет о принципе энергетического сопряжения реакций или процессов, играющем важную роль в интеграции катаболических и анаболических процессов в клетке:

К а т а б о л и з м

Соединения второй группы выступают в клетках в качестве переносчиков восстановительных эквивалентов, связывая в единое целое как последовательно, так и параллельно идущие метаболические процессы. Например, в ходе bокисления атомы водорода переносятся с окисляемого субстрата на НАД+ или ФАД, а затем передаются в цепь дыхательных ферментов.

Восстановительные эквиваленты, накапливаемые в ходе катаболизма в клетке в виде восстановленных форм НАДФН+Н+ или других соединений используются в восстановительных реакциях клеточного анаболизма, связывая таким образом катаболические и анаболические процессы в единую систему: