4.5: Підключення до інших метаболічних шляхів
- Page ID
- 543
Ви дізналися про катаболізм глюкози, яка забезпечує енергією живі клітини. Але живі істоти споживають більше, ніж просто глюкозу в їжу. Як сендвіч з індичкою, який містить білок, забезпечує енергією ваші клітини? Це відбувається тому, що всі катаболічних шляхів для вуглеводів, білки, і ліпіди в кінцевому підсумку з'єднуються в гліколіз і шляхи циклу лимонної кислоти (рис \(\PageIndex{1}\)). Метаболічні шляхи слід розглядати як пористі - тобто речовини надходять з інших шляхів, а інші речовини йдуть на інші шляхи. Ці шляхи не є замкнутими системами. Багато продуктів на певному шляху є реагентами в інших шляхах.
Зв'язки інших цукрів з метаболізмом глюкози
Глікоген, полімер глюкози, є короткочасною молекулою накопичення енергії у тварин. Коли присутній адекватна АТФ, надлишок глюкози перетворюється в глікоген для зберігання. Глікоген виробляється і зберігається в печінці і м'язах. Глікоген буде виведений з місця зберігання, якщо рівень цукру в крові знизиться. Наявність глікогену в м'язових клітинам як джерела глюкози дозволяє виробляти АТФ більш тривалий час під час фізичних навантажень.
Сахароза - це дисахарид, виготовлений з глюкози та фруктози, скріплених між собою. Сахароза розщеплюється в тонкому кишечнику, а глюкоза і фруктоза всмоктуються окремо. Фруктоза є одним з трьох дієтичних моносахаридів, поряд з глюкозою і галактозою (яка входить до складу молочного цукру, дисахариду лактози), які всмоктуються безпосередньо в кров під час травлення. Катаболізм як фруктози, так і галактози виробляє таку ж кількість молекул АТФ, як глюкоза.
Зв'язки білків з метаболізмом глюкози
Білки розщеплюються різними ферментами в клітині. Більшу частину часу амінокислоти переробляються в нові білки. Якщо є надлишок амінокислот, однак, або якщо організм перебуває в стані голоду, деякі амінокислоти будуть шунтуватися в шляхи катаболізму глюкози. Кожна амінокислота повинна мати свою аміногрупу, вилучену перед входом у ці шляхи. Аміногрупа перетворюється в аміак. У ссавців печінка синтезує сечовину з двох молекул аміаку і молекули вуглекислого газу. Таким чином, сечовина є основним продуктом відходів ссавців від азоту, що походить з амінокислот, і він виходить з організму з сечею.
Зв'язок ліпідів з метаболізмом глюкози
Ліпіди, які з'єднані з глюкозними шляхами, - це холестерин і тригліцериди. Холестерин - ліпідний, який сприяє гнучкості клітинних мембран і є попередником стероїдних гормонів. Синтез холестерину починається з ацетилу КоА і протікає тільки в одному напрямку. Процес не може бути скасований, і АТФ не виробляється.
Тригліцериди є формою тривалого зберігання енергії у тварин. Тригліцериди зберігають приблизно вдвічі більше енергії, ніж вуглеводи. Тригліцериди виготовляються з гліцерину і трьох жирних кислот. Тварини можуть зробити більшу частину жирних кислот, які їм потрібні. Тригліцериди можуть бути як виготовлені, так і розщеплені через частини шляхів катаболізму глюкози. Гліцерин може фосфорилюватися і протікає через гліколіз. Жирні кислоти розбиваються на двуглецеві одиниці, які вступають в цикл лимонної кислоти.
ЕВОЛЮЦІЯ В ДІЇ: Шляхи фотосинтезу та клітинного метаболізму
Фотосинтез і клітинний метаболізм складаються з декількох дуже складних шляхів. Зазвичай вважається, що перші клітини виникли у водному середовищі - «супі» поживних речовин. Якби ці клітини успішно розмножувалися і їх чисельність неухильно піднімалася, випливає, що клітини почали б виснажувати поживні речовини з середовища, в якій вони жили, так як вони зміщували поживні речовини у власні клітини. Ця гіпотетична ситуація призвела б до того, що природний відбір сприяв тим організмам, які могли б існувати, використовуючи поживні речовини, що залишилися в їхньому середовищі, і маніпулюючи цими поживними речовинами в матеріали, які вони могли б використовувати для виживання. Крім того, відбір сприятиме тим організмам, які могли б витягти максимальну цінність з доступних поживних речовин.
Розвинулася рання форма фотосинтезу, яка використовувала енергію сонця, використовуючи сполуки, відмінні від води, як джерело атомів водню, але цей шлях не виробляв вільного кисню. Вважається, що гліколіз розвивався до цього часу і міг скористатися простими цукрами, що виробляються, але ці реакції не змогли повністю витягти енергію, що зберігається у вуглеводах. Пізніша форма фотосинтезу використовувала воду як джерело іонів водню і виробляла вільний кисень. Згодом атмосфера стала насичуватися киснем. Живі істоти пристосувалися використовувати цю нову атмосферу і дозволили диханню, як ми знаємо, вона розвиватися. Коли повний процес фотосинтезу, як ми знаємо, розвивався, і атмосфера стала насиченою киснем, клітини нарешті змогли використовувати кисень, викинутий фотосинтезом, для вилучення більшої кількості енергії з молекул цукру за допомогою циклу лимонної кислоти.
Резюме
Розщеплення і синтез вуглеводів, білків і ліпідів з'єднуються з шляхами катаболізму глюкози. Вуглеводи, які також можуть потрапляти в катаболізм глюкози, включають галактозу, фруктозу та глікоген. Вони з'єднуються з гліколізом. Амінокислоти з білків з'єднуються з катаболізмом глюкози через піруват, ацетил КоА та компоненти циклу лимонної кислоти. Синтез холестерину починається з ацетилу CoA, а компоненти тригліцеридів підхоплюються ацетилом CoA і входять в цикл лимонної кислоти.