Учебно-методический комплекс ферганский филиал узбекского государственного университета физической культуры и спорта

Под пластическим обменом понимают комплекс химических реакций, приводящих к синтезу специфических для организма веществ: структурных веществ, ферментов, гормонов, различных секретов, запасных источников энергии.

Функциональный обмен — это комплекс реакций, обеспечивающих функциональную активность клетки, органа, ткани. Функциональный обмен связан, в основном, с процессами преобразовании энергии.




Обмен с внешней средой — это поступление в организм продуктов питания и кислорода и выделение в окружающую среду конечных продуктов обмена (СО₂, мочевина, вода).
Промежуточный обмен - комплекс химических реакций, происходящих в организме с поступившими химическими соединениями. Вещества, образующиеся в ходе промежуточного обмена, называются метаболитами.
Различают две стороны промежуточного обмена - анаболизм и катаболизм. Анаболические реакции направлены на образование и обновление структурных элементов клеток и тканей и заключаются в синтезе сложных биомолекул из простых. Катаболические превращения - процессы расщепления сложных молекул, как поступающих с пищей, так и входящих в состав клетки, до простых компонентов. Обе стороны промежуточного обмена тесно взаимосвязаны во времени и пространстве. Оптимальное течение обмена веществ определяется строгой упорядоченностью химических процессов, которая зависит, с одной стороны, соотношением скоростей регулируемых ферментами реакций, с другой - от степени структурной организации всех элементов клетки (организма). Так:

• 
  в ядре (точнее ядрышке) локализованы ферменты синтеза нуклеиновых кислот (ДНК-полимераза, РНК -полимеразы);
  
• 
  в митохондриях - ферменты биологического окисления (цикла Кребса, окислительного - фосфорилирования, окисления жирных кислот);
  
• 
  в лизосомах - гидролитические ферменты с оптимумом рН в области 5;
  
• 
  саркоплазматическом ретикулуме - ферменты синтеза липидов, и участвующие в реакции гидроксилирования;
  
• 
  в цитоплазме - ферменты гликолиза, пентозного цикла окисления, синтеза жирных кислот и нуклеотидов, активирования аминокислот, глюконеогенеза и т.д.;
  
• 
  плазматической мембране - транспортные АТФазы, аденилатциклазы и т.д.
  

Биоэнергетика. Все анаболические реакции связаны с постоянными затратами энергии. Эта энергия образуется в процессе биологического окисления углеводов и других питательных веществ. Биологическоеокисление представляет собой процесс, обратный процессу фотосинтеза. При фотосинтезе солнечная энергия используется для образования органических соединений. В процессе биологического окисления при расщеплении органических молекул эта энергия освобождается и используется для осуществления жизненных функций.

С ₆Н₁₂О₆ 6СО₂+6Н₂О + 2860 кДж

Часть свободной энергии, освобождаемой в процессах окисле­ния, при участии специальных механизмов сопряжения может быть эффективно преобразована в удобную для хранения и транспортировки форму - макроэргических фосфатных связей- АТФ, а другая часть - превращается в тепло и не может быть использована в дальнейшем.

В большинстве реакций биологического окисления в качестве конечного акцептора электронов используется кислород (О₂). В этих случаях принято говорить об аэробном или дыхательном типе энергетики. Вместе с тем существует окислительные реакции, где акцептором электронов является не кислород, а какие-либо другие вещества. Такие реакции относятся к анаэробному типу энергетики.
Если вся энергия окислительной реакции выделяется исключительно в виде тепла, то имеет место так называемое свободное окисление. Когда энергия окислительных превращений используется для одновременно происходящих реакций синтеза биоорганических соединений, отличающихся высоким энергетическим потенциалом, или для создания высокоэнергетических состояний клеточных мембран, происходит сопряженное окисление. Последнее - ведущее звено во всех изученных к настоящему времени биологических генераторах энергии.
Среди большого разнообразия окислительных превращений можно выделить три основных типа реакции.

1. 
   Прямое взаимодействие субстрата с кислородом. Катализируются оксидазами и относятся к категории свободного окисления.
   

SH₂ + ½ O₂оксидазы S + H₂O

2. 
   Реакции, связанные с отщеплением водорода от молекулы субстрата (дегидрогенирование).
   

SH₂ + А дегидрогеназы S + АH₂

3. 
   Реакции, связанные с отдачей электронов и увеличением положительного заряда молекулы окисляемого вещества.
   

Fe⁺⁺оксидоредуктазы Fe⁺⁺⁺ + e

Последние две реакции относятся к категории сопряженного окисления. В этих реакциях перенос водорода на кислород происхо­дит через ряд окислительно-восстановительных систем, которые располагаются в строгой последовательности - в соответствии со значением их потенциала. Такая последовательность реакции, связанных с переносом водорода на кислород при участии специфических переносчиков электронов, называется дыхательной цепью. Она расположена во внутренней мембране митохондрии.

Согласно современной теории биологического окисления в организме человека и животных дыхательная цепь составлена из четырех основных типов переносчиков.