Метаболизмге шолу

Дәл қазір денеңізде не болып жатыр? Сіз бірден: қарным ашты, жүгіруден бұлшық еттерім ауырды немесе шаршап тұрмын деп жауап беруіңіз мүмкін. Бірақ санаңыздың одан да тереңірек деңгейге өтіп, жасушалық деңгейде не болып жатқанын көрейік.

Егер сіз денеңіздің кез-келген жасушасын алып көре алатын болсаңыз, онда бұл тыныш бөлмеге қарағанда ашық аспан астындағы жәрмеңкеге ұқсас керемет белсенді қызмет орталығы екеніне көз жеткізер едіңіз. Сіз ояу болсаңыз да, ұйықтасаңыз да, жүгірсеңіз де, теледидар қарасаңыз да, жасушалар ішіндегі энергия түрленіп, молекулалар сіздің тіршілігіңізді және қызметіңізді сақтап тұратын бір-бірімен байланысты химиялық реакцияларға қатысады.

Жасушалар жасушаны және сіздің денеңізді тіршілігін және саулығын сақтау үшін үнемі мыңдаған қажетті химиялық реакцияларды жүргізіп отырады. Бұл химиялық реакциялар көбінесе бір-бірімен тізбектермен немесе метаболиттік жолдармен байланысады. Жасуша ішінде орын алатын барлық химиялық реакциялар жасуша метаболизмі деп аталады.

Метаболизмнің қаншалықты күрделі екендігін түсіну үшін төмендегі зат алмасу диаграммасын қарастырайық. Мен үшін бұл шатасқан сызықтар өте үлкен метро жүйесінің картасы немесе мүмкін, таңқаларлық баспа платасы сияқты. Бұл, іс жүзінде, эукариоттық (мысалы, адам денесінің) жасушалардағы негізгі зат алмасу жолдарының сызбасы. Әр сызық - бұл реакция, ал әр шеңбер — реактив немесе өнім.

Жасушаның зат алмасу желісінде кейбір химиялық реакциялар энергия бөледі және кенеттен (энергияны қолдануынсыз) пайда болуы мүмкін. Алайда, басқа реакциялардың орын алуы үшін қосымша энергия қажет. Сіздің ағзаңыз пайдаланатын қоректі толықтырып отыру үшін үнемі тамақтанғандай, жасушалар да энергияны қажет ететін химиялық реакцияларды қамтамасыз ету үшін үнемі қуат ағынын қажет етеді. Шын мәнінде, сіз жейтін тамақ - бұл сіздің жасушаларыңыз пайдаланатын қуат көзі!

Зат алмасу құбылыстарын неғұрлым нақты түсіну үшін жердегі тіршілік үшін екі аса маңызды: қант түзетін және оны ыдырататын метаболикалық процестерді қарастырайық.

Энергия бөліп шығаратын реакцияның мысалы ретінде сіздің жасушаларыңыздың бірі қант молекуласын қалай ыдырататынын көрейік (cіз дессертке жеген кәмпиттерден айталық).

Көптеген жасушалар, соның ішінде сіздің денеңіздің басым жасушалары жасушалық тыныс алу деп аталатын процесте глюкозадан энергия (${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍) алады. Бұл процесс барысында глюкоза молекуласы біртіндеп, бірнеше қадамдармен ыдырайды. Алайда, бұл процестің реакциясының жалпы формуласы:

${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍ $\to$‍ $6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{энергия}$‍

Глюкозаның ыдырауы нәтижесінде энергия жасушада сақталына алатын аденозин трифосфат немесе АТФ түрінде бөлініп шығады. АТФ — бұл жасушалардағы энергияны қысқа мерзімге сақтайтын кішкентай молекула.

АТФ түзілгеннен кейін, ол энергия көзі ретінде жасушадағы басқа реакцияларда қолданыла алады. Адамдарға қажет заттарын баспабас айырбастаудан гөрі ақша қолданған қалай жеңіл болса, жасуша үшін де энергияны алмасудың стандартты жолы ретінде АТФ-ты қолдану дәл солай ыңғайлы. Осыған байланысты АТФ кейде жасушаның "энергетикалық валютасы" деп сипатталады.

Энергияны тұтынатын зат алмасу реакцияларының мысалы ретінде осы соңғы мысалды керісінше аударып, қант молекуласының қалай түзілгенін көрейік.

Глюкоза сияқты қанттар өсімдіктедегі фотосинтез деп аталатын процесте жасалады. Фотосинтез процесінде өсімдіктер көмірқышқыл газын қант молекулаларына айналдыру үшін күн сәулесінің энергиясын пайдаланады. Фотосинтез бірнеше кезеңдерде жүреді, бірақ оның жалпы реакциясы - бұл жасушалық тыныс алу реакциясының керісінше жазылған түрі:

$6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{энергия}$‍ $\to$‍ ${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍

Біз сияқты өсімдіктер өздерінің жасушалық процестерін жүргізу үшін энергияны қажет етеді, сондықтан түзілген қанттың бір бөлігін өсімдіктің өзі пайдаланады. Сонымен қатар, олар төмендегі тиін сияқты өсімдік қоректі жануарларға азық көзі бола алады. Екі жағдайда да глюкоза жасушалық тыныс алу арқылы ыдырап, жасушалардың жұмысын қамтамасыз ету үшін АТФ түзеді.

Глюкоза молекулаларының түзілу және ыдырау үдерістері зат алмасу жолдарының мысалдары болып табылады. Зат алмасу (метаболизм) жолы - бұл бір-бірінің өнімдерін пайдаланатын өзара байланысты химиялық реакциялар тізбегі. Бұл жол бір немесе бірнеше бастапқы молекулаларды бірқатар аралық реакциялардан кейін соңғы өнімдерге айналдырады.

Зат алмасу жолдарын олардың әсеріне байланысты екі санатқа бөлуге болады. Кішкентай молекулалардан қант түзетін фотосинтез "түзілу" немесе анаболикалық жолмен жүреді. Керісінше, қантты кіші молекулаларға ыдырататын жасушалық тыныс алу құбылысы "ыдырайтын " немесе катаболикалық жолмен жүреді.

Анаболикалық жол қарапайым молекулалардан күрделі молекулалар түзеді және әдетте энергияны қажет етеді. Бір мысал — көмірқышқыл газынан глюкозаның құрылуы. Басқа мысалдарға аминқышқылдардан нәруыздардың түзілуі, немесе нуклеин қышқылдарының құрылыс бірліктерінен (нуклеотидтерден) ДНҚ жіптерінің синтезі жатады. Аталған биосинтетикалық процестер жасуша тіршілігі үшін өте маңызды, үнемі жүреді және АТФ пен басқа қысқа мерзімді энергия молекулаларындағы энергияны пайдаланады.

Катаболикалық жолдарға күрделі молекулалардың қарапайым молекулаларға ыдырауы жатады және әдетте энергияны бөлініп шығады. Глюкоза мен майлар сияқты күрделі молекулалардың байланысында сақталған энергия катаболикалық жолмен шығарылады. Содан кейін ол жасушаның жұмысын қуаттандыратын нысандарда жұмсалады (мысалы, АТФ синтезі арқылы)

Соңғы, бірақ маңызды ескерту: метаболикалық жолдардағы химиялық реакциялар нұсқаулықсыз автоматты түрде жүрмейді. Зат алмасу жолындағы реакцияның әр кезеңі фермент деп аталатын ақуыздың көмегімен катализденеді. Сіз ферменттер туралы және олардың биохимиялық реакцияларды қалай басқаратыны туралы ферменттер тақырыбынан көбірек біле аласыз.