§ 54. Взаємозв'язок метаболічних шляхів

Поміркуйте

У результаті фотосинтезу рослини утворюють вуглеводи. Отримати інші органічні речовини з продуктами харчування, як тварини, вони не можуть. Звідки рослини беруть ліпіди, білки й нуклеїнові кислоти для своїх клітин?

Згадайте

Метаболізм

Цикл трикарбонових кислот

Біотехнології

Взаємоперетворення між різними класами органічних речовин

Обмін речовин в організмі людини відбувається не хаотично. Він інтегрований і тонко настроєний. Усі перетворення органічних речовин тісно пов’язані один з одним. Наприклад, у разі надмірного споживання жирів вони можуть використовуватися для утворення глюкози. Білки й вуглеводи можуть перетворюватися на ліпіди, а вуглеводи в деяких випадках можуть перетворюватися на білки.

Взаємоперетворення окремих класів речовин можливі завдяки циклу трикарбонових кислот, в якому сполучаються всі основні шляхи розпаду й синтезу речовин (мал. 54.1). Взаємоперетворення здійснюються через ключові метаболіти, які є спільною ланкою на шляхах розпаду або синтезу. До таких метаболітів належать піруват, ацетил-КоА, фосфогліцерат, метаболіти циклу Кребса.

Вуглеводи в результаті гідролізу утворюють моносахариди (глюкозу), які здатні перетворюватися на тріози, зокрема піровиноградну кислоту, що надходить до циклу трикарбонових кислот. І, навпаки, тріози здатні утворити глюкозу.

Білки в результаті гідролізу утворюють різні амінокислоти, які в процесі окисного дезамінування дають амоніак і кетокислоти. Кетокислоти надходять у цикл трикарбонових кислот. Навпаки, піровиноградна кислота, а також кетокислоти циклу трикарбонових кислот (а-кетоглутарова, фумарова, щавелевооцтова) перетворюються на амінокислоти, які організм використовує в процесі біосинтезу білків.

Продукти гідролізу жирів — жирні кислоти — в результаті b-окиснення дають ацетил-КоА. Навпаки, тріози можуть дати гліцерин, а ацетил-КоА необхідний для синтезу високомолекулярних жирних кислот. У результаті можна знову отримати жири.

Мал. 54.1. Основні шляхи взаємоперетворення білків, жирів і вуглеводів

Метаболічна інженерія

Одним з перспективних нових напрямків у біотехнології є метаболічна інженерія — спрямована зміна клітинного метаболізму за допомогою введення, видалення або модифікації метаболічних шляхів з використанням технології рекомбінантних ДНК. Завданням метаболічної інженерії є створення в організмі метаболічних шляхів, які раніше в даному організмі не існували або взагалі не існували в природі.

Метаболічна інженерія здатна створювати біологічні системи, що вироблятимуть хімічні речовини, які важко й дорого одержувати традиційними способами хімічної індустрії. Такими речовинами можуть бути, наприклад, корисні білки з високим умістом незамінних амінокислот, їстівні вакцини, антитіла, нові полімери, що не засмічують навколишнє середовище.

Прикладами результатів метаболічної інженерії є створення бактерій-продуцентів етанолу (мал. 54.2), розгалужених спиртів, бурштинової кислоти, синтетичного каучуку та інших органічних речовин.

Системи метаболічної інженерії також використовували для створення штамів дріжджів, які виробляють опіоїди для знеболювання, і бактерій, які виробляють біорозкладні полімери для хірургічного шовного матеріалу.

Мал. 54.2. Схема виробництва етанолу кишковою паличкою E. coli за рахунок блокування паралельних метаболічних шляхів (х)

Ключова ідея

Взаємоперетворення білків, жирів і вуглеводів в організмі здійснюються через ключові метаболіти обміну речовин — піруват, ацетил-КоА, фосфогліцерат та метаболіти циклу трикарбонових кислот. Одним з перспективних нових напрямків у біотехнології є метаболічна інженерія — спрямована зміна клітинного метаболізму за допомогою модифікації існуючих метаболічних шляхів.

Практична робота

Розв'язування задач на тему «Енергетичний обмін»

1. У процесі енергетичного обміну розщепилося 12 молекул глюкози. Повного розщеплення зазнали 3 молекули глюкози, а з рештою відбулися лише реакції безкисневого етапу обміну. Скільки молекул піровиноградної кислоти та АТФ утворилося?

2. У процесі енергетичного обміну утворилося 100 молекул АТФ. Повного розщеплення зазнали 2 молекули глюкози, а з рештою відбулися лише реакції безкисневого етапу обміну. Скільки всього молекул глюкози розщепилося?

Запитання та завдання

1. Як ви вважаєте, чому всі метаболічні шляхи в клітині взаємопов'язані? 2. Які, на вашу думку, переваги й перспективи, а може, і недоліки має метаболічна інженерія порівняно з традиційною хімічною промисловістю?

скачать dle 11.0фильмы бесплатно