Для чего нужны ферменты

Коротко о метаболизме

По-русски обычно говорят - обмен веществ, но по-умному это называется метаболизмом. Слово произошло от греческого metabole - "изменение, превращение" - и означает химические превращения различных веществ в организме. А поскольку все химические реакции в организме происходят с участием ферментов, то ответ на вопрос "для чего нужны ферменты" будет таков: для обеспечения метаболизма.

Этапы обмена веществ
Вещества, участвующие в метаболизме, называются метаболитами. Реакции превращения идут по цепочке, звенья цепочки и будут метаболитами. Каждый метаболит образуется из своего предшественника при участии определенного фермента и в свою очередь служит субстратом для следующего фермента - чтобы превратиться в следующий метаболит.

Для каждого вещества характерны определенные цепочки превращений - метаболические пути. Но было бы слишком просто, если бы метаболический путь каждого вещества был одним-единственным присущим этому веществу. Картинка усложняется тем, что на разных этапах метаболизма цепочки могут разветвляться, и зависит это от условий, в которых протекает реакция. Наиболее важные из таких путей даже получили собственные названия - например, аэробный и анаэробный цикл глюкозы и др.

Если, допустим, работающей мышце хватает кислорода, то распад глюкозы идет по аэробному пути, в конце которого остаются вода и углекислый газ. А когда кислорода перестает хватать, то глюкоза распадается с образованием двух молекул молочной кислоты. Все мы знаем это ощущение, когда после интенсивной тренировки болят мышцы, так вот, это - результат накапливания молочной кислоты. Молочная кислота - лактат - это тупиковый путь, она больше ни на что не распадается. Казалось бы, зачем такое вообще нужно? А вот оказывается, что под действием фермента лактатдегидрогеназы это "тупиковое" вещество возвращается на одну ступеньку обратно, превращаясь в пируват (пировиноградную кислоту), а уже пируват распадается как надо. И таким образом лактат служит буфером "на будущее" - не слишком далекое будущее, но все-таки.

Но и это еще не все. Цепочки превращений могут начинаться по-разному, а затем на каком-то этапе получается общий для разных цепочек метаболит, например, тот же пируват. Что с этим метаболитом будет происходить дальше - зависит и от условий, в которых протекает реакция, и от потребностей системы.

то есть - от потребностей клетки, от потребностей совокупности клеток, от потребностей других тканей и/или органов, и т.д. Иногда рулит принцип: кто первый встал, того и тапки, а иногда имеет место контроль и регуляция при помощи различных механизмов - как химических, так и физиологических.

И вот получается, что метаболические пути разных веществ пересекаются и образуют общую сетку реакций. Глюкоза может образовываться не только при распаде углеводов, но и при распаде белков, и при распаде жиров. Жирные кислоты и их производные (например, холестерин) могут образовываться из белков и углеводов, а не только из жиров. Аминокислоты могут строиться из метаболитов, полученных из жиров и углеводов.

не все, а только заменимые. Незаменимые жирные кислоты и аминокислоты должны поступать с пищей.

Взаимосвязь обменов

Таким образом, при недостатке одних веществ недостающее может образовываться из других веществ, но, разумеется, только до определенного предела.

На этом фундаментальном свойстве обмена основан принцип действия разных чудо-диет для похудания. Например, модная нынче белковая диета, она же - диета Аткинса, основана на том, что при отсутствии углеводов глюкоза образуется из того, что есть. А что есть? Аминокислоты, полученные при переваривании съеденных белков, аминокислоты тканей да жиры из жировой ткани. Из чего будет энергетически менее затратно образовать глюкозу, из того она и будет образовываться. Не забываем, что мозгу для энергоснабжения подходит только глюкоза!

И казалось бы, все хорошо в этой схеме, да вот только есть в ней определенные подводные камни, невидимые при поверхностном взгляде. Такая диета кардинальным образом меняет всю биохимию. Ферменты, задействованные в преобразовании аминокислот, начинают работать более активно, в то время как ферменты и другие регуляторы, задействованные в переработке углеводов (здесь нет описки, именно так), начинают работать менее активно. Но каждый фермент своей деятельностью в норме обеспечивает какую-то часть функционального равновесия - гомеостаза всей сложной системы, которой является организм. Если равновесие сдвигается не слишком сильно, то до определенных пределов его еще могут поддерживать различные компенсаторные механизмы. Но если оно сдвигается сильно, то наступает перекос, заметный невооруженным глазом - то есть меняются значения основных физиологических констант (уровень глюкозы в крови, уровень холестерина, общий белок, мочевина, и т.д.).

У народов, которые адаптировались к условиям жизни, когда приходится питаться преимущественно мясом, за многие века при помощи естественного отбора выработались различные приспособительные механизмы. Речь идет именно о молекулярном уровне приспособленности. Например, у них чуть другие ферменты (обеспечивается, например, полиморфизмом генов, кодирующих эти самые ферменты), а еще они могут чуть по-другому работать (обеспечивается полиморфизмом других генов и другими механизмами), а еще - у них может не быть тех последствий, которые будут у нас, если мы станем питаться, как они.

Кстати, это работает в обе стороны: у нас от других вещей нету таких последствий, как у них, если они начинают практиковать эти самые вещи. Про северные народы и алкоголь знают, наверное, все. Также знают про китайцев и молоко, но не все знают про японцев и гамбургеры...
Обмен веществ
А теперь - запомним на будущее важное слово - глюконеогенез. Оно означает образование глюкозы по принципу "я его слепила из того, что было". Эта очень важная способность организма является не только "палочкой-выручалочкой", но и той самой "палкой о двух концах", с которой связаны не проявляющиеся до поры никак - даже в анализах "на сахар" - изменения обмена веществ, которые, в свою очередь, при определенных условиях могут затем привести к хорошо видимым невооруженным глазом изменениям в телосложении, и не только.

Продолжение следует.

Литература: