Биологическая химия

Обмен веществ в организме характеризуется тесной взаимосвязью между углеводами, белками и жирами. В организме белки, жиры и углеводы пищи в результате различных превращений теряют свои специфические свойства и часто образуют химические вещества одинаковой структуры. Углеводы, белки и жиры в пищеварительном тракте расщепляются до мономеров, которыми являются: моносахариды, аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. В клетках организма происходит их дальнейший распад с образованием ряда конечных продуктов, в том числе CH3CO~SKoA. Последний образуется при окислении глюкозы, распаде жирных кислот, дезаминировании аминокислот. С другой стороны, ацетил-Ко А независимо от пути его образования участвует в синтезе определенных для каждого организма веществ: жирных кислот, углеводов, холестерина, желчных кислот, некоторых гормонов, витамина D. Он также служит одним из основных поставщиков энергии, главным "горючим" организма, так как при окислении его в цикле Кребса выделяется большое количество энергии, которая в виде АТФ обеспечивает жизнедеятельность всех клеток нашего тела. Поэтому, например, при недостатке в пище жиров, дефицит СН₃СО ~ SKoA будет покрываться за счет повышенного распада углеводов и белков.

Таким образом, нарушение любого процесса, приводящего к образованию ацетил-КоА, отразится на деятельности других видов обменов веществ, а следовательно, и организма в целом, а в ряде случаев может привести и к развитию патологии, как в случае сахарного диабета. Это — общий путь, характеризующий взаимосвязь обменов углеводов, белков и жиров в организме. Однако существуют и другие биохимические механизмы взаимосвязи между этими веществами.

Взаимосвязь обмена углеводов и жиров

Многочисленными опытами над животными установлено, что углеводы пищи в организме могут превращаться в жиры. Эта особенность широко используется в сельском хозяйстве при откорме животных. Механизм такого превращения заключается в том, что при распаде углеводов в организме образуются ацетил-КоА и в качестве промежуточного продукта — фосфоглицериновый альдегид. Методом меченых атомов было показано, что из ацетил-КоА могут синтезироваться жирные кислоты, а из фосфоглицеринового альдегида — глицерин, т. е. исходные вещества для биосинтеза жира. Такой жир характеризуется низким йодным числом и твердой консистенцией.

Первым ярким доказательством возможности превращения жиров в углеводы были наблюдения над зимнеспящими животными, у которых на зиму почти полностью исчезали жировые запасы, а содержание гликогена в мышцах практически не снижалось. Окончательно этот вопрос был решен с применением меченых атомов. Уксусную кислоту, являющуюся общим продуктом обмена жиров и углеводов, метили по углероду и скармливали животным. Радиоактивность была обнаружена как в углеводах, так и жирах. Это позволило высказать предположение, что в организме в зависимости от потребности клеток жиры могут превратиться в углеводы (схема).

Взаимоотношение между распадом жирных кислот и углеводов

Взаимосвязь обмена углеводов и белков

При распаде белков в организме появляются аминокислоты, часть из которых может превратиться в углеводы. При дезаминировании аланина, аспарагиновой, глютаминовой кислот, серина, орнитина и т. д. образуются вещества, которые прямо или косвенно принимают участие в образовании углеводов. Этот процесс называется глюконеогенезом, регулируется глюкокортикоидами, гормонами коры надпочечников, является своеобразным компенсаторным механизмом снабжения организма энергией при недостатке углеводов. Это имеет место, например, при сахарном диабете, когда снижается процесс использования глюкозы клетками, испытывающими дефицит энергии.

Распад углеводов приводит к образованию пировиноградной кислоты, которая путем восстановительного (!) аминирования или переаминирования дает начало аланину, аспарагиновой и глютаминовой аминокислотам.

Взаимосвязь обмена белков и жиров

О взаимосвязи этих видов обмена известно мало. Возможно, что превращение аминокислот в жирные кислоты происходит через образование вначале углеводов, хотя некоторые аминокислоты (лейцин, фенилаланин, тирозин), дающие в качестве промежуточных продуктов ацетоуксусную кислоту, могут сразу превращаться в жирные кислоты. По-видимому, процесс синтеза аминокислот из жиров протекает ограниченно и относится к некоторым заменимым аминокислотам.

Вопросы для повторения

1. Какое значение имеет ацетил-КоА в обмене жиров, белков и углеводов?

2. Какая существует взаимосвязь между обменом углеводов и жиров?

3. Как взаимосвязаны в обмене веществ белки и углеводы?

4. Укажите на взаимосвязь обмена белков и жиров.