Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ II. ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ МЕТАБОЛІЗМУ

ГЛАВА 8. ОБМІН РЕЧОВИН: КАТАБОЛІЗМ, АНАБОЛІЗМ

8.3. СТАДІЇ КАТАБОЛІЗМУ БІОМОЛЕКУЛ

У ферментативному розщепленні складних біоорганічних сполук в організмі виділяють три основних стадії (етапи), що є загальними для катаболізму різних біомолекул.

Стадія 1. На першій стадії катаболізму складні молекули (макромолекули вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот та молекули ліпідів) розщеплюються до простих компонентів:

- полісахариди — до моносахаридів (переважно — глюкози, фруктози, галактози);

- ліпіди (триацилгліцероли) — до жирних кислот та гліцеролу;

- білки — до амінокислот;

- нуклеїнові кислоти — до нуклеотидів.

Реакції першої стадії катаболізму є гідролітичними за своїм механізмом і каталізуються гідролазами травного тракту (шлунка, кишечника). Ці реакції не супроводжуються суттєвим вивільненням хімічної енергії.

Стадія 2. На другій стадії катаболізму декілька десятків метаболітів, що утворились на першій стадії, підлягають ферментативним реакціям розщеплення з вивільненням певної кількості хімічної енергії, яка акумулюється у високоенергетичних (макроергічних) зв’язках АТФ.

Реакції другої стадії катаболізму відбуваються внутрішньоклітинно (в цитоплазмі та частково в мітохондріях). Основними з цих реакцій є:

для моносахаридів — гліколіз, кінцевим метаболітом якого є піровиноградна кислота (піруват), що в подальшому окислюється до активної форми оцтової кислоти — ацетил-коензиму А (ацетил-КоА);

для жирних кислот — β-окислення, кінцевим продуктом якого є ацетил-КоА;

для гліцеролу — розщеплення до пірувату, який перетворюється в ацетил-КоА;

для амінокислот та нуклеотидів — дезамінування з виділенням аміаку та розщепленням безазотистих молекулярних скелетів до дво- і тривуглецевих карбонових кислот та їх похідних; більшість із цих метаболітів у кінцевому підсумку також утворюють ацетильний радикал у формі ацетил-КоА.

Таким чином, ацетил-КоА — це загальний кінцевий продукт другої стадії внутрішньоклітинного катаболізму вуглеводів, ліпідів та амінокислот.

Стадія 3. На третій стадії катаболізму відбувається окислення ацетил-КоА до кінцевих метаболітів — двоокису вуглецю та води. Ця стадія має місце в мітохондріях і складається з двох процесів:

- циклу трикарбонових кислот (ЦТК, циклу Кребса), в результаті функціонування якого утворюється СО₂, а атоми водню використовуються для відновлення коферментів нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД⁺) та флавінаденіндинуклеотиду (ФАД);

- системи електронного транспорту в мембранах мітохондрій, в якій атоми водню (протони та електрони) переносяться на кисень з утворенням Н₂О; ця система спряжена з окисним фосфорилюванням, в результаті якого енергія реакцій біологічного окислення використовується для синтезу молекул АТФ — головного безпосереднього постачальника енергії у всіх біологічних ендергонічних процесах.

Метаболічна карта загальних шляхів та стадій катаболізму подана на рис. 8.2:

Рис. 8.2. Схема загальних шляхів катаболізму біомолекул.