Метаболізм

Визначення і загальна характеристика

МЕТАБОЛІ́ЗМ (від грец. μεταβολή — зміна, пере­творе­н­ня) — закономірний порядок пере­творе­н­ня речовин і енергії у живих системах, спрямований на їхнє збереже­н­ня і самовід­творе­н­ня; належить до ключових ознак живої матерії. Це тонко від­регульована, цілісна система хімічних реакцій в організмі, що склалася в результаті тривалої еволюції. Лежить в основі всіх проявів життя — росту, роз­множе­н­ня, збудже­н­ня, руху, при­стосува­н­ня до зміни умов існува­н­ня тощо. 

Роз­різняють 2 взаємоповʼязані напрями М.: анаболізм і катаболізм. Анаболізм (від грец. άναβολή — під­йом) — асиміляція, або пластичний обмін — сукупність хімічних процесів, спрямованих на утворе­н­ня складових елементів клітин і тканин. Процеси анаболізму, що від­буваються в зелених рослинах із по­глина­н­ням сонячної енергії, мають основоположне значе­н­ня в синтезі органічних речовин із неорганічних. Анаболізм обʼ­єд­нує процеси синтезу амінокислот, моносахаридів, нуклеїнових кислот, жирних кислот, нуклеотидів, полісахаридів, макромолекул білків, аденозинтрифосфату (АТФ). 

Катаболізм (від грец. καταβολή — роз­пад) — дисиміляція, або енергетичний обмін — реакції роз­паду складних органічних речовин, які су­проводжуються їхнім окисне­н­ням і виділе­н­ням корисної енергії. Сюди належить ферментативний роз­щепле­н­ня вуглеводів, жирів, білків та ін. речовин в організмі. Інтенсивність катаболічних процесів регулюється у більшості багатоклітин­них організмів за допомогою гормонів. Виділена під час окисне­н­ня біо­логічно до­ступна енергія акумулюється в формі енергії звʼязків між залишками фосфорної кислоти в молекулах АТФ або ін. сполук, а також у формі транс­мем­бран­ного потенціалу іонів Н⁺. Метаболічні реакції пришвидшуються ензимами — каталізаторами білкової природи. Каталізовані ензимами реакції обʼ­єд­нані у метаболічні шляхи, що утворюють складні роз­галужені сітки. 

Метаболічні шляхи та їхні компоненти спільні для більшості живих організмів, однак певні особливості М. характерні для виду й окремих особин у межах виду. Дослідже­н­ня обміну речовин проводили у 13–16 ст., науковий характер вони набули від середини 19 ст. у працях французького мікробіо­лога Л. Пастера з ви­вче­н­ня броді­н­ня цукрів і дріжджової ферментації. Початком цілеспрямованого ви­вче­н­ня метаболічних реакцій стало від­кри­т­тя ферментів німецьким біо­хіміком Е. Бухнером на початку 20 ст. Величний внесок у ви­вче­н­ня М. зробив німецько-англійський біо­хімік Г.-А. Кребс, який описав орнитиновий цикл утворе­н­ня сечовини, цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса). За дослідже­н­ня М. Нобелівськими преміями від­значено англійського фізіолога А.-В. Гілла та німецького біо­хіміка О.-Ф. Мейєргофа (1922, ви­вче­н­ня механізму вуглеводного обміну мʼязів), німецького біо­хіміка О.-Г. Варбурга (1931, від­кри­т­тя природи і функцій дихальних ферментів), шведського вченого А.-Г. Теореля (1955, роз­шифрува­н­ня дії окислювальних ферментів), німецьких біо­хіміків К.-Е. Блоха та Ф.-Ф. Лінена (1964, від­кри­т­тя механізму М. холестерину та жирних кислот). Серед найвидатніших дослідників М. — німецький біо­хімік Ф. Кнооп, американський біо­хімік А. Ленінджер, німецько-американський учений Ф. Ліпман, російський біо­хімік В. Енгельгардт і природо­знавець К. Тимірязєв.

Найбільшим центром із дослідже­н­ня загального М. в Україні став Ін­ститут біо­хімії ім. О. Пал­ладіна НАНУ (Київ), де проводили ви­вче­н­ня білкових, нуклеїнових, вуглеводних, ліпідних, вітамін­них обмінів тварин і людини у різних аспектах (вплив харчува­н­ня та іонізуючого ви­промінюва­н­ня, при зло­якісних пухлинах, фізичних навантаже­н­нях, вікових змінах тощо). Центри ви­вче­н­ня М. рослин – Ін­ститут ботаніки ім. М. Холодного НАНУ, Ін­ститут фізіології рослин і генетики НАНУ, Національний університет біо­ресурсів і природокористува­н­ня України (усі — Київ), Київський, Львівський, Харківський університети. Сучасна функціональна біо­хімія, використовуючи новітні методи хроматомас-спектрометрії, електрон­ної мікро­скопії, ядерного магнітно-резонансної спектро­скопії, рентгено­структурного аналізу, на молекулярному рівні досліджує хімічні пере­творе­н­ня, які складають М. органів, тканин й організму в цілому. Серед дослідників М. — О. Бах, В. Бєліцер, М. Гулий, О. Данилевський, С. Комісаренко, М. Курський, О. Пал­ладін, Я. Парнас, К. Ситник, Д. Фердман, Р. Чаговець.

Літ.: Гулый М. Ф. Основные метаболические циклы. К., 1968; Гулый М. Ф. Природа и биологическое значение некоторых метаболических присп­особительных реакций организмов. К., 1977; A. L. Leninger. Principles of Biochemis­try. New York, 1982; F. B. Salisbeury, W. R. Cleon. Plant Physiology. Belmont, 1985; Губський Ю. І. Біо­логічна хімія. К.; Т., 2000; Гонський Я. І., Максимчук Г. П. Біо­хімія людини. Т., 2001; Прімова Л. О., Висоцький І. Ю. Метаболізм вітамінів і мінеральних речовин. С., 2014.

І. В. Косаківська, Н. П. Веденичова

Завантажити статтю