Метаболизмът като интегрирана система от метаболитни пътища. Нива на взаимоотношения. Системата на централните метаболитни пътища, нейната биологична роля.

В реалните клетки, органи и тъкани всички процеси са интегрирани в една система, в която нарушаването на един от метаболитните пътища неизбежно се придружава като компенсаторна реакция от преструктурирането на цялата система.

Могат да се разграничат няколко нива на взаимовръзка на метаболитните процеси: информационно, структурно, енергийно, ниво на еквиваленти на редукция или ниво на метаболитния поток.

.Информационен слой за взаимосвързаност

Говорейки за информационното ниво на взаимосвързаност, те означават, че клетъчният геном съдържа информация за структурата и съответно за функционалната активност на различни протеини, участващи в структурната и динамична организация на живите системи. Основното значение на ефективното и правилно функциониране на това ниво на взаимосвързаност е ясно доказано метаболитни нарушения с определен генетичен дефект, било това или онова наследствено заболяване, или вродена предразположеност към една или друга патология.Структурно ниво на взаимосвързаност

Нормалното съществуване на живи обекти е възможно само на определено ниво на тяхната структурна организация. Интегриращите функции са присъщи на различни елементи от клетъчната структура. Например мембраните изпълняват разделителна функция. Винаги обаче трябва да се има предвид, че мембранният апарат на клетките играе важна роля в интеграцията на метаболизма, тъй като именно мембраните, поради тяхната селективна пропускливост, контролирана от клетката, насочват потока на вещества от едно отделение към друг, като по този начин свързва метаболитните процеси, протичащи в различни части на клетката. Освен това, поради промени в мембранната пропускливост, едно и също съединение може да се използва в различни посоки, в зависимост от това в кое клетъчно отделение ще бъде.

Енергийно ниво на взаимосвързаност и ниво на еквиваленти на намаляване

Важна роля в интеграцията на клетъчния метаболизъм принадлежи на съединения с висок термодинамичен потенциал за трансфер на атоми или атомни групи. Те включват, първо, съединения, наречени макроерги (ATP, GTP, креатин фосфат и др.), И второ, редуцираните форми на коензими NAD, NADP, тиоредоксин, адренодоксин и др.

Функционирането на първата група съединения е свързано с натрупване и пренос на свободна енергия от реакционните вериги, където тя се освобождава, в реакционната верига, където се използва. Поради този трансфер на свободна енергия паралелните или последователните реакционни вериги са тясно свързани помежду си. Съединенията от втората група действат в клетките като носители на редуциращи еквиваленти, свързвайки в едно цяло както последователни, така и паралелни метаболитни процеси.

поради наличието на общи метаболити, потокът на веществото може да бъде превключен от един метаболитен път към друг. Тъй като, от една страна, едно и също съединение може да бъде възлов метаболит за няколко метаболитни пътя, а от друга страна, няколко възлови възли могат да бъдат включени в един и същ метаболитен път, създават се условия в клетките и в тялото като цяло за формиране на единна мрежа от метаболитни процеси

Ако сравним всички схеми на взаимни трансформации на съединения от различни класове, става съвсем очевидно, че тези взаимни трансформации се основават на доста тесен диапазон от реакции, които осигуряват прехода на въглехидратите в липиди, аминокиселините във въглехидрати и т.н. Тези реакции участват предимно в съединения, които преди наричахме възлови метаболити или възлови точки на метаболизма. Наборът от тези реакции или системата от взаимни трансформации на възловите метаболити е известен като централните метаболитни пътища. Системата на централните метаболитни пътища включва: превръщането на фосфотриозата в пируват, превръщането на пирувата в оксалоацетат, окислителното декарбоксилиране на пирувата в ацетилКоА, цикъла на трикарбоксилната киселина на Krebs, превръщането на оксалоацетат във фосфоенолпируват, както и три реакции на свързване на амоняк с образуването на аланин, аспартат и глу, реакцията на образуване на глутамат играе съществена роля в клетките на бозайници.

Тази група метаболитни пътища представлява ядрото или скелета на метаболизма, върху които се изграждат всички други метаболитни процеси. Наличието на централни метаболитни пътища в комбинация с конвергентния принцип на организиране на катаболните процеси гарантира лекотата на прехода на тялото от един тип хранене към друг, като по този начин увеличава адаптивните способности на тялото към променящите се условия на съществуване.

61. Ацетил-КоА като един от ключовите метаболити на клетката. Начини за неговото формиране и използване.

Ацетил-КоА, образуван по време на метаболизма на въглехидратите, мазнините и редица аминокиселини, служи като изходен субстрат както за синтеза на мастни киселини, така и за ТСА. За окисляването на ацетил-КоА в този цикъл е необходим оксалоацетат, който е вторият основен субстрат в ТСА. Оксалоацетатът може да се синтезира от пировиноградна киселина и въглероден диоксид чрез реакция на карбоксилиране или да се образува от аспарагинова киселина чрез трансаминиране. Две молекули ацетил-коА се кондензират, образувайки ацетооцетна киселина, която е източникът на шибани кетонни тела.

Същите реакции на кондензация на две молекули ацетил-коА представляват началните етапи на синтеза на холестерол, който от своя страна е предшественик на стероидни хормони. Витамин D3 и жлъчни киселини.