авные стадии метаболизма, составляющие общий процесс.

1) Катаболизм — фаза, в которой имеет место расщепление сложных органических молекул (углеводы, жиры, белки распадаются в конечном итоге до углекислого газа, аммиака и воды) и которая сопровождается выделением свободной энергии, заключенной в этих молекулах.

2) Анаболизм или биосинтез — фаза, в которой из малых «строительных блоков» образуются макромолекулы, что требует потребления энергии из таких источников, как АТФ, АДФ, неорганические фосфаты, НАДФН.

Следует специально отметить основные стадии анаэробного (бескислородного) катаболизма (аэробные процессы — процессы, протекающие в среде, содержащей кислород, анаэробные — в бескислородной среде): распад макромолекул на основные исходные блоки (полисахариды -» глюкоза, жиры -* жирные кислоты и глицерин, белки -* аминокислоты), трансформация этих блоков в более простые молекулы (глицерин, пентозы, гексозы -* пируват и затем до единственной лвухуглеродной группы, связывающейся в ацетил SKoA, являющийся конечным продуктом второй стадии метаболизма) и. наконец, вступление ацетил-SKoA в цикл лимонной кислоты; далее следуют стадии переноса электронов и окислительного фосфорилирования Таков общий путь, в котором все виды клеточного топлива окисляются до СОа (конечными продуктами метаболизма являются, также, аммиак и вода)

Катаболический и анаболический пути противоположны, но связаны общей стадией, включающей в себя цикл лимонной кислоты и ряд других вспомогательных ферментативных реакций. Главное связующее звено между клеточными реакциями, протекающими с выделением и потреблением энергии — это аденозинтрифосфат (формулу см. 1-1 В)

|Окисление клеточного топлива с выделением энергии

Биосинтез

(химическая

работа)

АЦФ + Pi

Активный транспорт

(осмотическая

работа)

Мышечное сокращение (механическая работа)

Образующееся в различных ферментативных процессах «клеточное топливо*, расщепляясь, отдает часть своей свободной энергии на синтез АТФ из аденозинд и фосфата (АДФ) и неорганического фосфата (Pi). В других фазах метаболизма АТФ отщепляет фосфатный фрагмент,

1-3 Некоторые проблемы биохимии

113

образуя АДФ, при этом выделяющаяся энергия идет на реализацию нуждающихся в ней процессов.

Таким образом АТФ — переносчик химической энергии, обеспечивающий универсальную связь между различными клеточными процессами, в которых энергия выделяется или потребляется. При этом выделяющаяся при распаде АТФ энергия расходуется по различным направлениям, обеспечивая биосинтез (химическая работа), активный транспорт через мембраны (преобразование химической энергии в осмотическую работу) и мышечное сокращение (трансформация химической энергии в механическую)

В результате катаболизма за счет высвободившейся энергии возникают фосфорилированные соединения, которые при катализе специфичных киназ переносятся на АДФ с образованием АТФ. Другая специфич на я киназа на нужном этапе переносит фосфатную группу АТФ на молекулу, выполняющую функцию ее акцептора, повышая энергию этой молекулы и обеспечивая протекание последующих химических (или иных) процессов. Важными донорами фосфатных групп являются такие высокоэнергетические фосфорилированные соединения, как 3-фосфоглииероилфосфат и фосфоенолпируват, образующиеся в процессе гликолиза (см. 1-3 Е.1), которые в клетке переносят свои фосфатные группы на АДФ, запасая в образующемся АТФ энергию.

—- фосфогли-q у цор»ткииаза "о

Ь-?-о-сн;-сн-с—о-р-о- ¦ ддо—*Ь-р-о-сн3-сн-с-о-, дтф о он о в, щ о он о

3-фосфоглицероипфосфат З-Фосфоглицераг

соон о" Пируааткиназа -р-

о с.

Фосфоенолпируват Пируват

т^" V Mg* н3с-с-о-р-0- * адф щ сн3—с-соо + атф

Кажется целесообразным пояснить, каким образом происходят процессы преобразования энергии в клетке. Когда речь идет о мышечном сокращении, необходимо знать что сократительная система скелетных мышц включает нити двух типов — толстые нити, состоящие из пучков, образованных параллельно расположенными молекулами белка — миозина и тонкие нити из фибриллярного белка — актина. Нити расположены упорядоченно и в повторяющихся участках они расположены

114

Глава I. Общие и теоретические проблемы фармакологии

параллельно и в какой-то мере перекрываются. Сокращение и расслабление скелетных мышц регулируется концентрацией ионов кальция в цитозоле, которая очень низка в состоянии покоя. При стимуляции мышечного волокна импульсами двигательного нерва, Са2+ высвобождается из мембранных трубок мышечной клетки, связывается со сложным регуляторным белком — тропонином (его молекулы присоединены к тонким нитям). Тропонин претерпевает конформационные изменения, вызывающие стимуляцию активности находящейся в мембране АТФ-азы, катализирующей расщепление АТФ до АДФ и Pi. Высвободившаяся при этом энергия расходуется на мышечное сокращение, выражающееся в том, что тонкие нити вдвигаются между толстыми и волокна укорачиваются. Тропонин активен только в присутствии Са2+ и при прекращении нервных импульсов эти ионы за счет действия соответствующего фермента АТФ-азы, находящегося в мембране клетки, выводятся из саркоплазмы (цитоплазма гладкомышечных клеток) и происходит расслабление мышцы. Расслабление мышц (также как и сокращение) сопряжено с гидролизом АТФ до АДФ и Pi и высвобождением энергии.

Еще одна форма работы, выполняемая клеткой и о которой следует здесь сказать специально, связана с преобразованием энергии АТФ в осмотическую работу — перенос вещества против градиента концентрации (активный транспорт). В качестве примера приведем так называемые обкладочные клетки, в которых поддерживается максимальный градиент концентрации. Это клетки слизистой оболочки желудка, сек-ретирующие соляную кислоту. Концентрация HCI в желудочном соке достигает 0.1М (рН 1), а в окружающих клетках 10~7 М (рН 7). т. е. обкладочные клетки секретируют Н+ против градиента порядка 106: I. Можно полагать, что эти клетки снабжены «мембранными насосами» для секреции соляной кислоты. Образование желудочной НС1 стимулируется особым ферментом — НЛтранспортирующеЙ АТФ-азой, катализирующей также расщепление АТФ до АДФ с выделением энергии. Укажем, что другим примером активного транспорта, осуществляющемся по тому же принципу является перенос ионов натрия и калия через плазматические мембраны животных клеток (см. I-2.E). Нельзя не сказать о том, что расход АТФ, обеспечивая энергетические потребности клетки, должен постоянно восполняться. В частности, в мышцах концентрация АТФ поддерживается на довольно высоком уровне благодаря наличию в них значительного количества креатинфосфата, являющегося резервуаром высокоэнергетических фосфатных групп в мышцах. Всегда, когда часть АТФ расходуется на выполнение той или

1-3. Некоторые проблемы биохимии

115

иной работы, например, сокращение мышц, под воздействием креатин-киназы протекает реакция, восстанавливающая нормальный уровень аденозинтрифосфата в клетке.

1 Г*' АДФ ТНа

"О-Р—NH-C-N-CH,-C-Cf т "* NH2—C-N-CH2—С-О * АТФ 1 II II II "

О"