Биохимия клетки (энергетика)

Процессы мышечного сокращения, передачи нервного им­пульса, синтеза белка и другие идут с затратами энергии (рис. 1). В клетках энергия используется только в виде АТФ. ()с»обождение энергии, заключенной в АТФ, осуществляет­ся благодаря ферменту АТФ-азе, который имеется во всех местах клетки, где требуется энергия. По мере освобождения энергии образуются молекулы АДФ, Ф, Н⁺. Ресинтез АТФ осуществляется в основном за счет запаса КрФ. Когда КрФ отдаст свою энергию для ресинтеза АТФ, то образуется Кр и Ф. Эти молекулы распространяются по цитоплазме и активируют ферментативную активность, связанную с синтезом АТФ. Существуют два основных пути образования АТФ: анаэробный и аэробный,

Анаэробныйпуть, или анаэробный гликолиз,связан с ферментативными системами, расположенными на мембране саркоплазматического ретикулума и в саркоплазме. При появлении рядом с этими ферментами Кр и Ф запускается цепь химичес­ких реакций, в ходе которых гликоген или глюкоза распадаются до пирувата с образованием молекул АТФ. Молекулы АТФ тут же отдают свою энергию для ресинтеза КрФ, а АДФ и Ф вновь используются в гликолизе для образования новой молекулы АТФ. Пируват имеет две возможности для преобразования:

Рис. I. Простейшая модель энергообеспечения в окислительном мы­шечном волокне. При активации мышечного волокна тратятся запа­сы АТФ, появляются ионы водорода в клетке. КрФ ресинтезирует АТФ. Молекулы АТФ, образующиеся в ходе анаэробного и аэробного гликолиза, идут на ресинтез КрФ. Цитрат может ингибировать ана­эробный гликолиз, а лактат ключевые ферменты липолиза. Поэтому через 30- 60 с работы МВ начинает метаболизироватъся только внутренний жир мышечного волокна. При поступлении лактата из крови ингибируется окисление жиров.

1) подойти к митохондриям, превратиться в Ацетил-коэн-зим-А, подвергнуться окислительному фосфорилированию до образования углекислого газа, воды и молекул АТФ. Этот ме­таболический путь — гликоген-пируват-митохондрия-углекислый газ и вода — называют аэробным гликолизом;

2) с помощью фермента ЛДГ-М (лактат-дегидрогеназы мы­шечного типа) пируват превращается в лактат. Этотметаболический путь — гликоген-пируват-лактат — называется анаэроб­ным гликолизоми сопровождается образованием и накоплени­ем ионов водорода.

Аэробный путь,или окислительное фосфорилирование, свя­зан с митохондриальной системой. При появлении рядом с митохондриями Кр и Ф с помощью митохондриальной КФК-а-зы выполняется ресинтез КрФ за счет АТФ, образовавшейся в митохондрии. АДФ и Ф поступают обратно в митохондрию для образования новой молекулы АТФ. Для синтеза АТФ имеется два метаболических пути:

1) аэробный гликолиз;

2) окисление липидов (жиров).

Аэробные процессы связаны с поглощением ионов водоро­да, а в медленных мышечных волокнах (МВ сердца и диафраг­мы) преобладает фермент ЛДГ-Н (лактатдегидрогеназа сердеч­ного типа), который более интенсивно превращает лактат в пи­руват. Поэтому при функционировании медленных мышечных волокон (ММВ) идет быстрое устранение лактата и ионов во­дорода.

Увеличение в МВ лактата и Н⁺ приводит к ингибированию окисления жиров, а интенсивное окисление жиров приводит к накоплению в клетке цитрата, а он угнетает ферменты гли­колиза.