КАТАБОЛІЗМ

КАТАБОЛІЗМ (грец. katabole — скидання донизу) — сукупність процесів розщеплення біоорганічних молекул (вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот, ліпідів), що надходять із навколишнього середовища з продуктами харчування, та біомолекул, які утворюють структури клітин і тканин організму, з метою вивільнення хімічної енергії. Частина цієї енергії акумулюється у формі аденозинтрифосфорної кислоти (аденозинтрифосфат — АТФ), нікотинамідних та флавінових коферментів у відновленій формі, а також протонного потенціалу, що забезпечує потреби основних процесів життєдіяльності (функціонування скорочувальних структур, екзо- та ендоцитозу, генерації мембранного потенціалу, активного транспорту метаболітів та неорганічних іонів. К. включає різні хімічні реакції: гідроліз, фосфороліз, окиснення, відновлення тощо. Процеси К. тісно пов’язані з анаболізмом і разом становлять два метаболічні шляхи перетворень речовин в організмі. Окремо виділяють амфіболічні шляхи і метаболіти, які містяться на «перехрестях» катаболізму та анаболізму. Прикладом може бути цикл трикарбонових кислот. Процес К. можна умовно розділити на три етапи (фази). У першій (підготовчій) фазі у ШКТ або всередині клітин цілого організму за участю ферментів гідролаз відбувається розщеплення високомолекулярних біополімерів до мономерів. Полісахариди розпадаються до моносахаридів (гексоз або пентоз), ліпіди (триацилгліцероли) — до гліцерину і карбонових кислот, білки — до амінокислот. На першому етапі вивільнюється незначна (до 1%) кількість енергії. У другій фазі К. метаболіти, що утворились на першій стадії, підлягають ферментативному розщепленню до простіших сполук, які можуть бути однаковими у різних мономерів. На цьому етапі вивільняється близько 25–30% енергії, частина якої акумулюється у фосфатних зв’язках АТФ (субстратне фосфорилювання), а частина розсіюється у вигляді тепла. Цей процес відбувається в гіалоплазмі, а завершальні реакції — в мітохондріях. Основними з цих реакцій є: для моносахаридів — гліколіз, кінцевим метаболітом якого є піровиноградна кислота (піруват), що в подальшому окиснюється до активної форми оцтової кислоти — ацетил-коензиму А (ацетил-КоА); для карбонових кислот — β-окиснення, кінцевим продуктом якого є ацетил-КоА; для гліцерину — розщеплення до пірувату, який перетворюється на ацетил-КоА; для амінокислот та нуклеотидів — дезамінування з виділенням аміаку та розщепленням молекулярних скелетів без нітрогенів до карбонових кислот (від С2 до С6, близько 10 різновидів) та їх похідних, більшість з яких перетворюється на ацетил-КоА — загальний кінцевий продукт другої стадії внутрішньоклітинного катаболізму. На третьому етапі відбувається окиснення ацетил-КоА до кінцевих метаболітів — діоксиду карбону та води. Цей процес проходить у мітохондріях і складається з циклу трикарбонових кислот (ЦТК, цикл лимонної кислоти, цикл Кребса), в якому утворюється діоксид карбону; атоми гідрогену використовуються для відновлення коферментів нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД+) і флавінаденіндинуклеотиду (ФАД) та системи електронного транспорту в мембранах мітохондрій, в якій протони та електрони під дією ферментів тканинного дихання переносяться на оксиген з утворенням води. Ця система сполучена з окиснювальним фосфорилюванням. Вільна енергія, яка при цьому утворюється, акумулюється в молекулах АТФ за участю АДФ, фосфату і ферменту АТФ-синтетази. Близько 70–80% всієї енергії хімічних зв’язків вивільнюється саме в цій фазі і накопичується у вигляді АТФ, а частина її вивільняється у вигляді тепла. Таким чином, вуглеводи, жири і білки, які надходять в організм з їжею, або ті, що є в його клітинах, розщеплюються в серії послідовних реакцій до таких простих малих молекул, як вода, СО2 і амоніак.

Боєчко Ф.Ф., Боєчко Л.О. Основні біохімічні поняття, визначення і терміни. — К., 1993; Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини. — Тернопіль, 2001.