Основные процессы анаболизма

Анаболизм — это происходящие с затратой энергии процессы биосинтеза собственных эндогенных веществ организма. Эти процессы обеспечивают создание и поддержание структуры организма, а также выведение из метаболизма веществ, повреждающих структуру клеток или непригодных к использованию в метаболизме. На процессы анаболизма расходуется часть энергии, запасенной в клетках организма в ходе катаболизма.

В анаболизме, так же как и в метаболизме в целом, условно выделяют три этапа. Большинство химических реакций, протекающих на втором и третьем этапах анаболизма, являются обратными реакциями соответственно второго и первого этапов катаболизма. Основной процесс первого этапа анаболизма — это биосинтез АТФ в ОКФОС. Этот процесс обеспечивает аккумуляцию энергии веществ, окисляющихся в ОКФОС. Кроме того, к этому же этапу можно отнести биосинтез мочевины в орнитиновом цикле, сопряженный с циклом трикарбоновых кислот (циклом Кребса). Биосинтез мочевины, протекающий в клетках печени, — это процесс выведения аммиака из метаболизма, его обезвреживание. Аммиак образуется при дезаминировании аминокислот и азотистых оснований нуклеотидов.

Второй этап анаболизма — это процессы биосинтеза относительно простых эндогенных веществ, в том числе и строительных блоков биополимеров. На этом этапе в клетках организма синтезируются: моносахариды — гексозы, пентозы; компоненты различных липидов — глицерин, жирные кислоты, холестерин и его производные: стероидные гормоны, витамин Д, желчные кислоты, кетоновые тела (ацетат, ацетоацетат, (3-оксибутират, ацетон); заменимые аминокислоты; нуклеотиды. Все эти процессы происходят с затратой энергии, т. е. они сопряжены с гидролизом АТФ.

Третий этап анаболизма — это биосинтез биополимеров и других сложных веществ клетки, необходимых для поддержания и воспроизведения ее структуры.

Анаболизм, как и катаболизм, обладает «гибкостью». Она проявляется в том, что строительные блоки, необходимые для биосинтеза в организме биополимеров, могут образовываться различными способами в «метаболических потоках» разных веществ. Например, процесс образования в клетке эндогенной глюкозы — глюконеогенез может начинаться в метаболических потоках углеводов, липидов, аминокислот. Исходными веществами для этого процесса могут быть карбоновые кислоты, глицерин, аминокислоты.

Нередко вещества, образовавшиеся в организме в результате гидролиза сложных веществ на первом этапе катаболизма, происходящем в пищеварительном тракте или в лизосомах клеток, сразу включаются во второй или третий этап анаболизма, то есть используются для синтеза веществ структуры организма. Таким образом, продукты гидролиза как экзо-, так и эндогенных биополимеров используются в качестве строительных блоков для эндогенных биополимеров. Например, экзои эндогенные пентозы используются в анаболизме при биосинтезе нуклеотидов, а значительная часть глюкозы, образующейся при гидролизе полисахаридов пищи в пищеварительном тракте, попав в клетки организма, используется не только как энергетический, но и как строительный материал.

Из глюкозы во всех клетках организма синтезируются олигои полисахаридные компоненты многих мембранных рецепторов — лектинов. В клетках печени глюкоза является субстратом для биосинтеза резервного полисахарида — гликогена, в эпителиальных клетках пищеварительного тракта, дыхательных и мочеполовых путей она используется для биосинтеза мукополисахаридов, входящих в состав слизей. Из глюкозы образуются как гомо-, так и гетерополисахариды. В клетках различных видов соединительной ткани синтезируется множество полисахаридов как элементов структуры этой ткани. Это, например, гиалуроновая кислота — основной компонент межклеточного вещества всех видов соединительной ткани всех органов; хондроитилсульфаты, входящие в хрящевую ткань; гепарин, который содержится в крови и препятствует ее свертыванию.

Для синтеза и сохранения функциональной способности полисахаридов требуются витамины. Это витамин С, нужный для биосинтеза гиалуроновой кислоты; витамин Р (рутин), который является ингибитором гиалуронидазы — фермента, разрушающего гиалуроновую кислоту; витамин А, необходимый для биосинтеза мукополисахаридов защитных слизей дыхательных, мочеполовых путей.

Аминокислоты, как продукты гидролиза белка, кроме их использования в биосинтезе эндогенного белка, являются предшественниками многих необходимых для жизнедеятельности веществ. Они необходимы для биосинтеза гема, карнитина, креатина, нуклеотидов. Как уже упоминалось, при дезаминировании аминокислот образуются карбоновые кислоты, в том числе и кислоты цикла Кребса, а при декарбоксилировании — биогенные амины (серотонин, гистамин и др.).

Одним из основных процессов анаболизма углеводов является глюконеогенез. Глюконеогенез — это процессы, обеспечивающие биосинтез эндогенной глюкозы из различных веществ, но не из гликогена. В общих чертах, процесс образования глюкозы является процессом, обратным гликолизу. Исходными веществами для глюконеогенеза могут служить вещества, способные к превращению или в 3-фосфоглицериновый альдегид (3-ФГА) — это глицерин и пентозы, или в пируват — гексозы, пентозы, аминокислоты, карбоновые кислоты. Глюконеогенез требует затрат энергии. Так, на образование одного моля глюкозы из двух молей пирувата требуется два моля НАДН+Н+ (эквивалентно энергии 3*2 = 6 молей АТФ), четыре моля АТФ и два моля ГТФ, т. е. для образования моля глюкозы затрачивается два моля АТФ на двууглеродный фрагмент.

Пируват может образовываться различными способами. Во-первых, из 3-ФГА на втором этапе гликолиза. Во-вторых, из оксалоацетата (щавелевоуксусной кислоты — ЩУК), образующегося в цикле Кребса. Карбоксилирование оксалоацетата, сопряженное с гидролизом АТФ, приводит к образованию пирувата. В-третьих, в пируват могут преобразовываться все вещества, способные к превращению в кислоты цикла Кребса или АцетилКоА. Это жирные кислоты, окисление которых завершается образованием АцетилКоА; аминокислоты, подвергающиеся переаминированию (Ала, Три, Сер, Цис, Гли) или декарбоксилированию (Ала).

В клетках организма процесс глюконеогенеза стимулируют гормоны ЖВС: глюкокортикоиды (кора надпочечников) и соматотропный гормон (гипофиз).

К анаболизму углеводов также относится биосинтез гликогена, происходящий, главным образом, в клетках печени и мышечной ткани. Гликоген — это резервный полисахарид животных и грибов. В печени человека всегда имеется некоторое количество гликогена, скорость гидролиза гликогена печени контролируется.

Для биосинтеза гликогена в клетках печени всегда присутствует короткая цепочка гликогена — молекула — «затравка». На присоединение одной молекулы глюкозы к молекуле гликогена расходуется два молекулы АТФ. Одна молекула АТФ тратится на фосфорилирование глюкозы. При этом образуется глюкозо-6-ф-т. Он превращается в глюкозо-1-ф-т, взаимодействующий с УТФ, в результате чего образуется уридин-дифосфат глюкоза (УДФ-глюкоза) и пирофосфат, то есть два соединенных друг с другом остатка фосфорной кислоты, которые впоследствии разъединяются. Взаимодействие УДФ-глюкозы с гликогеном катализирует фермент гликогенсинтетаза. В результате этого взаимодействия к молекуле гликогена присоединяется одна молекула глюкозы и освобождается УДФ. В реакции, сопряженной с гидролизом второй молекулы АТФ, УДФ превращается в УТФ, способный к взаимодействию с новой молекулой глюкозо-1-ф-та.

Активность гликогенсинтетазы изменяют гормоны ЖВС. Она увеличивается при взаимодействии с клетками печени инсулина (поджелудочная железа), а уменьшают ее адреналин (мозговое вещество надпочечников) и глюкогон (поджелудочная железа).

К анаболизму липидов относится, в частности, такой процесс, как биосинтез глицерина. Он происходит в организме при недостатке экзогенного глицерина, например, при усиленном синтезе триглицеридов в печени или лактирующей молочной железе. Исходными веществами для этого процесса могут быть способные к взаимопревращению 3-ФГА и фосфодиоксиацетон (ФДА). На биосинтез глицерина тратится энергия окисления восстановленных коферментов НАД-ДГ. При восстановлении триоз 3-ФГА или ФДА образуется фосфоглицерол. Эта реакция сопряжена с окислением восстановленных форм НАД-содержащих дегидрогеназ. Фосфорилированные триозы 3-ФГА и ФДА могут образовываться или из глюкозы при завершении первой стадии гликолиза, или в ПФЦ, или из пирувата в ходе глюконеогенеза.

Биосинтез жирных кислот это циклический процесс анаболизма липидов, который происходит в цитозоле клеток различных тканей. Его катализирует мультиферментный комплекс синтетаза (синтаза) жирных кислот. Этот фермент состоит из двух идентичных субъединиц по 7 ферментов в каждой. Его действие обеспечивает одновременное протекание биосинтеза двух молекул жирных кислот с длиной цепи, не превышающей 16 атомов углерода. Наращивание цепи, формирование цепи с нечетным количеством атомов углерода, а также десатурация жирных кислот, то есть образование ненасыщенных жирных кислот, происходят в митохондриях.

Для биосинтеза жирных кислот АцетилКоА, образующийся в митохондриях, например, при окислительном декарбоксилировании пирувата или при (3-окислении жирных кислот, передается в цитозоль с помощью челночного цикла, сопряженного с циклом Кребса.

В челночном цикле участвуют три карбоновые кислоты цикла Кребса: лимонная (цитрат), яблочная (малат) и ЩУК (оксалоацетат). Из них цитрат и малат способны проходить через митохондриальную мембрану, а оксалат не может перемещаться через нее. При избытке в митохондриях активной уксусной кислоты (АцетилКоА) и оксалоацетата часть цитрата, образовавшегося после их взаимодействия в первой реакции цикла Кребса, диффундирует из митохондрий в цитозоль. Кофермент цитозольной ацилтрансферазы отсоединяет от цитрата остаток уксусной кислоты, и образуются АцетилКоА и оксалоацетат. Оксалоацетат взаимодействует с НАДН+Н+, то есть с восстановленной формой кофермента НАД-ДГ-зы, которая может образоваться, например, в ходе гликолиза, и превращается в малат. Малат из цитозоли диффундирует через митохондриальную мембрану в матрикс митохондрий, где протекает последняя реакция цикла Кребса, т. е. малат окисляется при помощи НАД-содержащей малат-ДГ-зы, в результате чего образуется оксалоацетат и восстановленная форма малатдегидрогеназы. Челночный цикл завершается.

Остаток уксусной кислоты, перенесенный в ходе этого цикла из митохондрий в цитозоль, соединенный с КоА — коферментом ацилтрансферазы, то есть АцетилКоА, используется для биосинтеза жирных кислот.

Таким образом, челночный цикл обеспечивает, с одной стороны, доставку из митохондрий в цитозоль субстрата для биосинтеза жирных кислот, а с другой стороны, — передачу из цитозоли в митохондрии избытка атомов водорода, отсоединяемых дегидрогеназами при окислении в цитозоли глюкозы или глицерина.

Биосинтез жирных кислот катализирует мультиферментный комплекс синтетаза (синтаза) жирных кислот. Этот фермент состоит из 2 идентичных субъединиц по 7 ферментов в каждой. Его действие обеспечивает одновременное протекание биосинтеза 2 молекул жирных кислот с длиной цепи, не превышающей 16 атомов углерода. Наращивание цепи, формирование цепи с нечетным количеством атомов углерода, а также десатурация жирных кислот, то есть образование ненасыщенных жирных кислот, происходят в митохондриях.

Для начала биосинтеза жирных кислот в цитозоли клеток нужны две молекулы цитозольного АцетилКоА. Одна из них карбоксилируется, то есть присоединяет С0₂, и превращается в МалонилКоА. Эта реакция сопряжена с гидролизом АТФ. Фермент, катализирующий эту реакцию, содержит биотин (витамин Н). Затем остатки уксусной и малоновой кислот переносятся с КоА ацилтрансфераз на ацилпереносящие белки (АПБ), и образуются АцетилАПБ и МалонилАПБ. Взаимодействие остатков этих карбоновых кислот друг с другом приводит к образованию остатка ацетоуксусной кислоты, соединенного с АПБ, т. е. образуется Ацетоацетил АПБ. В ходе этой реакции происходит декарбоксилирование, то есть выделение С0₂ и освобождение одной молекулы АПБ.

Далее происходят реакции, обратные реакциям (3-окисления жирных кислот. Их катализируют восстановленные формы НАДФ-ДГ-з. Они образуются, главным образом, в ходе пентозофосфатного пути окисления глюкозы. При этом сначала остаток кетокислоты ацетоацетата, соединенный с АПБ (АцетоацетилАПБ), восстанавливается, и образуется остаток такой оксикислоты, как (3-оксимасляная кислота ((3-оксибутирил-АПБ). От него отсоединяется вода, т. е. (3-оксибутирил дегидратируется и превращается в кротонилАПБ, — остаток ненасыщенной кислоты (еноила) — кротоновой, соединенной с АПБ. Восстановление кротонилАПБ, сопряженное с окислением НАДФ-ДГ, завершает цикл: образуется БутирилАПБ, т. е. остаток насыщенной масляной кислоты, соединенный с АПБ, и окисленная форма НАДФДГ-зы. Итак, результатом этого цикла является присоединение к остатку уксусной кислоты двууглеродного фрагмента, то есть удлинение исходного остатка карбоновой кислоты на два атома углерода.

Для наращивания цепи запускаются последующие циклы. В каждом из них повторяется одна и та же последовательность реакций. Сначала карбоксилируется АцетилКоА, и образуется МалонилКоА, который переносится на АПБ. Затем МалонилАПБ взаимодействует с конечным продуктом каждого из предыдущих циклов — с АцилКоА, и происходит декарбоксилирование, в результате чего цепь АцилКоА удлиняется на два атома углерода. После этого происходит окисление, гидратация и еще одно окисление остатка жирной кислоты. Таким образом, в каждом из циклов цепь карбоновой кислоты удлиняется на два атома углерода.

Процесс биосинтеза жирных кислот интенсивно протекает, во-первых, в клетках эпителия кишечника, где происходит модификация экзогенных жирных кислот и формируется пул эндогенных жирных кислот. Во-вторых, в печени, в ходе образования липопротеиновых комплексов системы транспорта липидов (СТЛ). В-третьих, в лактирующей молочной железе, где синтезируются жиры молока. В-четвертых, в миокарде, где жирные кислоты используются как энергетический материал.

Биосинтез холестерина (С₂₇-стерина) происходит в печени в эндоплазматическом ретикулуме гептоцитов. Исходным субстратом является АцетилКоА. В процессе выделяют четыре этапа. На первом этапе происходит соединение двух молекул АцетилКоА (С₂) и образуется АцетоАцетилКоА (С₄). Он взаимодействует с третьей молекулой АцетилКоА. В ходе этой реакции, сопряженной с гидролизом АТФ до АМФ и пирофосфата, происходит гидратация (присоединение воды), и образуется З-гидрокси-З-метил-глутарилКоА (3-ГМГ-КоА) (С₆). Затем 3-ГМГКоА восстанавливается при участии фермента ЗГМГ-КоА-редуктазы, и образуется остаток мевалоновой кислоты (мевалонат) (С₆), при этом освобождается КоА. На втором этапе мевалонат фосфорилируется, декарбоксилируется и превращается в активный изопрен — изопентенилдифосфат (С₅). На этом этапе происходит гидролиз двух молекул АТФ. На третьем этапе из шести молекул изопентенилдифосфата (С₅) происходит образование сквалена (С₃₀). На четвертом этапе сквален, присоединяя кислород, превращается в ланостерин (С₃₀), а он после отсоединения трех атомов углерода, находящихся в составе метальных групп, превращается в одноатомный спирт холестрин (холестерол) — циклопентанпергидрофенантрен (С₂₇-стерин).

Регуляция процесса биосинтеза холестерина происходит, главным образом, за счет изменения активности ЗГМГ-КоА-редуктазы. Ее биосинтез подавляют гидроксистерины — холестерин и его производные. Каталитическую эффективность этого фермента, неактивного в фосфорилированием виде, увеличивают инсулин (гормон поджелудочной железы) и тироксин (гормон щитовидной железы), а уменьшают — глюкогон (гормон поджелудочной железы) и экзогенный, поступающий с пищей, холестерин.

Холестерин в организме расходуется на биосинтез желчных кислот, на образование витамина Д, предшественника тканевого гормона кальцитриола почек, и образование стероидных гормонов (гормоны коры надпочечников и половых желез). Кроме того, холестерин входит в состав биологических мембран многих клеток. В головном мозге.

миелиновые оболочки нейронов, обеспечивающие их электроизоляцию, содержат около 80% холестерина.

Биосинтез кетоновых тел. Кетоновыми телами называются такие вещества, как ацетон, ацетат, ацетоацетат и (3-оксибутират. В небольшом количестве они всегда образуются в митохондриях клеток печени, но их биосинтез значительно увеличивается при усилении в печени окисления жирных кислот, как это происходит, например, при голодании или при сахарном диабете.

Попадая в кровь, кетоновые тела распределяются между клетками различных органов, в том числе сердца, головного мозга, где они, превращаясь в АцетилКоА, используются, главным образом, как субстрат для цикла Кребса, сопряженного с ОКФОС. Образование кетоновых тел — это способ обеспечения энергетическим материалом клеток организма. При избытке в крови ацетона он выводится из организма почками и легкими. Поглощение клетками кетоновых тел увеличивает гормон инсулин (поджелудочная железа).

Длительное увеличение содержания кетоновых тел в крови (кетонемия) и в моче (кетонурия) может приводить к патологическим состояниям — кетозам. При них наблюдаются поражения почек, печени, сердца и других органов. Так как большинство кетоновых тел — это карбоновые кислоты, то одна из причин кетозов — ацидоз, то есть длительное изменение pH в кислую сторону. Как уже упоминалось, pH влияет на состояние свободных ионизируемых групп молекул белков, а следовательно, на заряд белковых молекул. Заряд молекул белка является одним из факторов, определяющих их конформацию, от которой зависит функциональное состояние молекул белков. Ацидоз препятствует выполнению белками их функций. Это, в частности, приводит к снижению каталитической эффективности многих ферментов. Кроме того, повышенное содержание глюкозы в крови в течение длительного времени приводит к гликированию (присоединению сахарида) молекул биополимеров, что ухудшает их функциональные свойства. Например, присоединение глюкозы к коллагену изменяет проницаемость кровеносных сосудов.

Исходным веществом для биосинтеза кетоновых тел является или АцетилКоА, или АцетоАцетилКоА. При биосинтезе кетоновых тел взаимодействие трех молекул АцетилКоА, или двух молекул АцетилКоА и одной молекулы АцетоАцетилКоА приводит к образованию З-гидрокси-З-метил-глутарилКоА (3 ГМГ-КоА). Он под действием фермента ГМГ-КоА лигазы расщепляется с образованием ацетоацетата и АцетилКоА, от которого отсоединяется ацетат. Остаток ацетоацетата или восстанавливается при окислении кофермента НАДН+Н+, то есть восстановленной формы НАД-2НДГ-зы, и превращается в (3-оксибутират, или декарбоксилируется, в результате чего образуется ацетон.

Биосинтез омыляемых липидов (липогенез): триглицеридов (нейтральных липидов), фосфолипидов — это процесс, взаимосвязанный с биосинтезом жирных кислот и глицерина. Он интенсивно протекает в печени, где формируется система транспорта липидов (СТЛ), в энтероцитах кишечника при образовании хиломикронов, в легких при синтезе сурфактантов, защищающих альвеолы от слипания, а также в лактирующей молочной железе.

При биосинтезе триглицеридов сначала происходит фосфорилирование глицерина и образуется глицерол-3-ф-т. После его взаимодействия с двумя молекулами АцилКоА образуется фосфатидная кислота. Отсоединение от нее остатка фосфорной кислоты приводит к образованию 1,2-диглицерида. Он или взаимодействует с АцилКоА и присоединяет к себе еще один остаток жирной кислоты, что приводит к образованию триглицерида, или включается в биосинтез фосфолипидов.

При биосинтезе фосфолипидов, например лецитина (фосфотидилхолина), аминоспирт холин после его фосфорилирования взаимодействует с ЦТФ, и образуется цитидил дифосфат холин (ЦДФ-холин). Реакция фосфорилирования холина сопряжена с гидролизом АТФ, он сопровождается образованием пирофосфата, то есть соединенных между собой двух остатков фосфорной кислоты. ЦДФ-холин реагирует с 1,2-диацилглицеролом, и образуется фосфатидилхолин. На превращение отсоединившейся при этом молекулы ЦМФ в ЦТФ требуется энергия гидролиза двух молекул АТФ.

Система транспорта липидов (СТЛ). Особенностью анаболизма липидов в организме человека (животных) является формирование в печени системы транспорта липидов. Она включает в себя липопротеиновые комплексы в виде частиц (мицелл), состоящих из белка, синтезируемого в клетках печени из эндогенных аминокислот, и различных липидов. Наличие в составе частиц СТЛ молекул белка, имеющих гидрофильные, т. е. взаимодействующие с водой, участки, обеспечивает перенос гидрофобных (нерастворимых в воде) липидов из печени в разные участки организма. Частицы СТЛ имеют размер 25—70 нм и отличаются по плотности, зависящей от соотношения белков и липидов.

В зависимости от состава (плотности) выделяют несколько групп частиц СТЛ. Во-первых, это липопротеины высокой плотности (ЛПВН). В них белок (Б) составляет до 45 %, триглицериды (ТГ) — 5 %, фосфолипиды (ФЛ) — 30 %, холестерин (X) — 30 %. Во-вторых, липопротеины низкой плотности (ЛПНП): Б — 25 %, ТГ — 10 %, ФЛ — 22 %, X — 43%. Эти частицы — основные переносчики холестерина в организме. В-третьих, липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП): Б — 10%, ТГ — 60%, ФЛ — 15%, X — 15%.

Жирные кислоты и холестерин, входящие в состав системы транспорта липидов, синтезируются в печени из АцетилКоА. Он образуется, главным образом, при метаболизме в печени экзогенных углеводов и аминокислот. Белок, входящий в состав мицелл, имеет гидрофильные участки, что обеспечивает возможность транспорта липопротеиновых комплексов с кровью. Кроме того, определенные участки молекулы белка мицелл могут соединяться с мембранными рецепторами различных клеток-мишеней, что обеспечивает возможность целевой доставки липидов в определенные клетки организма. Если структуры белков системы транспорта липидов, входящих в состав ЛПНП, или белков рецепторов клеток, взаимодействующих с ними, изменяется, например, в результате мутаций, то адресная доставка ЛПНП к клеткам организма становится невозможной. Это приводит к увеличению в крови концентрации ЛПНП, стойкому увеличению вязкости крови, отложению холестерина на стенках кровеносных сосудов в виде холестериновых бляшек, нарушающих транспорт веществ к клеткам организма и способствующих тромбозу, то есть закупорке сосуда. Следствием локального нарушения кровообращения (ишемии) миокарда или участков мозга могут быть инфаркты миокарда (разрыв мышцы сердца) или инсульты — разрывы сосудов мозга и кровоизлияния.

Для поддержания структуры организма большое значение имеет анаболизм азотсодержащих биомолекул, в частности, процессы биосинтеза аминокислот, нуклеотидов, белка, нуклеиновых кислот.

Эндогенные аминокислоты, то есть аминокислоты, синтезируемые в организме человека и животных, называются заменимые аминокислоты. Основной путь их биосинтеза, как упоминалось — это реакции переаминирования (трансаминирования), в ходе которых взаимодействуют кетокислота и аминокислота. Как упоминалось, аминокислоты используются в организме человека не только для биосинтеза эндогенного белка, они также необходимы как исходный материал для биосинтеза многих веществ: нуклеотидов, гема, креатина, карнитина, карбоновых кислот, в том числе кислот цикла Кребса, глюкозы.

Биосинтез нуклеотидов. Эндогенные нуклеотиды, содержащие пуриновые азотистые основания, аденозинмонофосфат (АМФ) и гуанозинмонофосфат (ГМФ) синтезируются из аминокислот (Гли, Асп и Глу), рибозы и фосфорной кислоты. Продукт взаимодействия Гли с рибозо-5-фосфатом реагирует с аминокислотами Асп и Глу. Это приводит к образованию инозитовой кислоты. На протекание этой реакции тратится энергия гидролиза двух молекул АТФ. Инозитовая кислота затем превращается в АМФ и ГМФ.

Биосинтез пиримидиновых оснований: цитидинмонофосфата (ЦМФ), уридинмонофосфата (УМФ), тимидинмонофосфата (ТМФ) начинается с взаимодействия аминокислоты Асп с карбомоилфосфатом, веществом, образующимся при взаимодействии аммиака и углекислого газа. Реакция происходит с участием НАД-ДГ, кофермент которой восстанавливается. Продуктом реакции является оротовая кислота. Она взаимодействует с рибозо-5-фосфатом, и образуется оротидин-5-ф-т, который декарбоксилируется и превращается в уридинмонофосфат (УМФ). Он дважды фосфорилируется при гидролизе двух молекул АТФ и превращается в УТФ. При метилировании УТФ образуется тимидинтрифосфат (ТТФ), а при аминировании УТФ, сопряженном с гидролизом АТФ, образуется цитодинтрифосфат (ЦТФ). Дезоксирибонуклеотиды образуются при окислении рибозы, входящей в составе мононуклеотидов (нуклеозидмонофосфатов), НАД-ДГ-ой.

Свободные (не входящие в состав нуклеиновых кислот) нуклеотиды используются в клетках организма как коферменты многих сложных ферментов (оксидоредуктаз: дегидрогеназ — динуклеотидов НАД, НАДО, ФАД; мононуклеотидов — ФМН; трасфераз — КоА). Циклические формы нуклеотидов (ц-АМФ, ц-ГМФ) являются элементами систем-посредников (вторичных мессенджеров), действующих при взаимодействии с клетками организма веществ-регуляторов. Фосфорилирование динуклеотидов обеспечивает в клетке аккумуляцию энергии в виде легко доступных энергетических валют (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ), а гидролиз этих нуклеозидтрифосфатов обеспечивает энергией, активный транспорт веществ через биологические мембраны, мышечное сокращение, активацию молекул при биосинтезах различных веществ (гликогена, фосфолипидов, белков), а также при их окислении (глюкозы, жирных кислот, глицерина).

Нуклеозидтрифосфаты также являются исходным материалом для матричного биосинтеза эндогенных нуклеиновых кислот организма: дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК). При этом дезоксирибонуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат одно из азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц), пентозу — дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты, а в рибонуклеотиды (как в свободные, так и в составе РНК), входит одно из таких азотистых оснований как А, Г, У, Ц, пентоза — рибоза и остаток фосфорной кислоты.

К анаболизму азотсодержащих биомолекул можно отнести и такой процесс, как биосинтез мочевины. Он протекает в клетках печени и является циклическим процессом, обеспечивающим выведение из метаболизма аммиака, избыток которого в организме токсичен (ядовит). Избыток аммиака может приводить к сдвигу pH в щелочную сторону (алкалозу), что сопровождается изменением конформации биополимеров клетки. Следствием этого является ухудшение их функциональных свойств.

Исходные вещества процесса биосинтеза мочевины — это аммиак и углекислый газ. Аммиак образуется в клетках организма, в том числе и в нейронах, при дезаминировании аминокислот. Кроме того, аммиак — это один из продуктов деградации в клетках организма азотистых оснований нуклеотидов. Углекислый газ образуется при декарбоксилировании различных биомолекул: аминокислот, карбоновых кислот. Взаимодействие С0₂ и NH₃ происходит при участии двух молекул АТФ. Конечный продукт этой реакции — карбомоилфосфат. Фермент, катализирующий эту реакцию, — карбомоилсинтетаза содержит витамин Н (биотин). Для дальнейшего протекания процесса биосинтеза мочевины требуется аминокислота орнитин. При взаимодействии его с карбомоилфосфатом образуется цитруллин.

Цитруллин реагирует с Асп и образуется аргиносукцинат. Эта реакция сопряжена с гидролизом АТФ до АМФ и пирофосфата. Асп, участвующий в данной реакции, образуется при переаминировании, протекающем между Глу и оксалоацетатом. Кроме Асп, в этой реакции переаминирования образуется а-кетоглютарат. Он, включаясь в цикл Кребса, запускает каскад реакций, приводящий к образованию оксалоацетата.

Аргиносукцинат распадается с образованием аргинина (Apr) и фумарата, участвующего в цикле Кребса. Гидролиз Apr завершает цикл, в результате образуется мочевина и орнитин.

Таким образом, для протекания биосинтеза мочевины требуются аммиак, углекислый газ, АТФ, аминокислоты (Глу и орнитин) и любая из кислот цикла Кребса, так как они способны к взаимопревращениям. Мочевина из клеток печени поступает в кровь, а затем почками выводится из организма с мочой.

Биосинтез белка и нуклеиновых кислот — взаимосвязанные процессы, обеспечивающие создание и поддержание структуры каждой клетки организма и жизнедеятельность всего организма в целом. В данной работе дается их краткое описание, фактически сведенное к перечню «ключевых» понятий, необходимых для описания этих процессов и принципов их регуляции. Подробное описание этих процессов и их регуляции можно найти в учебниках по биохимии и молекулярной биологии.

Особенностью биосинтеза белка в живых системах является синтез подавляющего большинства из них по «матричному» принципу в соответствии с универсальным биологическим кодом.

Матрица (от лат. matrix, matrices — матка; источник) в полиграфии (книгопечатании) — это углубленная форма для отливки наборных литер, например, зеркального изображения букв, слов; для изготовления набора в наборных машинах, используемых для отпечатывания текста на бумаге. В математике этот термин используется для обозначения прямоугольной таблицы каких-либо элементов. В биологии термин ДНК-матрица — это метафора, удобная для описания процессов транскрипции, трансляции и репликации биохимических процессов, в которых участвуют молекулы ДНК и РНК.

Транскрипция — это процесс синтеза молекулы предшественника информационной (матричной) РНК — гетерогенной ядерной РНК (гя-РНК) на определенном структурном гене ДНК. При этом последовательность нуклеотидов ДНК-матрицы переводится в последовательность нуклеотидов гя-РНК, комплиментарных нуклеотидам ДНК. Комплиментарность нуклеотидов — это их способность к образованию водородных связей между определенными парами пуриновых и пиримидиновых оснований. Во-первых, между аденином (А) и тимином (Т), как при репликации (удвоении) ДНК при делении клетки, или между аденином (А) и урацилом (У), как при биосинтезе пре-и-РНК и транспортной РНК (т-РНК) на ДНК-матрице, или при взаимодействии и (м) — РНК и т-РНК. Во-вторых, между гуанином (Г) и цитозином (Ц) при различных взаимодействиях нуклеиновых кислот. Комплиментарность нуклеотидов обеспечивает сохранение и воспроизведение структуры ДНК клетки, то есть возможность ее репликации и синтеза на ДНК различных видов РНК, а также взаимодействия различных видов РНК при биосинтезе белка.

Трансляция — это формирование первичной структуры белка, сборка молекулы белка на рибосоме, соединение аминокислот друг с другом в последовательности, заданной универсальным биологическим кодом (УБК). Универсальный биологический код (УБК) — это соответствие каждого из триплета (ов) нуклеотидов, т. е. последовательности трех нуклеотидов в экозонах структурных генов ДНК (кодонов и-РНК и антикодонов т-РНК), определенной аминокислоте. УБК обеспечивает возможность многократного копирования и воспроизведения информации о первичной структуре всех эндогенных белков организма.

Набор молекул ДНК, одинаковый в каждой клетке организма, предопределяет (наследственно детерминирует) первичную структуру всех эндогенных белков каждого организма. В структуре ДНК выделяют отдельные участки, отличающиеся по функции, — гены. Выделяют так называемые структурные гены — это участки ДНК, содержащие информацию о первичной структуре определенного белка организма. Кроме того, выделяют гены, несущие информацию о других видах РНК — транспортных РНК (т-РНК), рибосомных РНК (р-РНК).

Биосинтез различных видов РНК, сборку РНК на ДНК, происходящую по принципу комплиментарности, катализируют, по крайней мере, три различных типа РНК-полимераз. РНК-полимераза I — это фермент биосинтеза трех различных р-РНК; РНК-полимераза II катализирует синтез гетерогенной ядерной РНК (гя-РНК, пре-и-РНК) — предшественника информационной (матричной) и (м)-РНК в ходе транскрипции структурных генов; а РНК-полимераза III — биосинтез всех видов т-РНК, одной из р-РНК и некоторых малых ядерных РНК (мя-РНК).

В регуляции экспрессии генов как совокупности процессов транскрипции и трансляции имеют значение микро-РНК — молекулы длиной 18—25 нуклеотидов. В настоящее время известно около 1800 микро-РНК. Их структура также кодируется ДНК. Микро-РНК регулируют активность структурных генов, как правило, подавляя трансляцию, связываясь в ядре по принципу комплиментарности с участками м-РНК или непосредственно с ДНК. То есть эти молекулы имеют значение в эпигенетической регуляции активности генов, то есть в изменениях транскриптома (набора транскрибируемых генов), а следовательно и протеома (набора и соотношения количества белков клетки) без мутаций в генах белков факторов транскрипции.

В структурных генах выделяют промоторный и транскрибируемый участки. Транскрибируемый участок имеет «мозаичное» строение, в нем выделяют информационно различающиеся участки. Это, во-первых, экзоны — последовательности триплетов ДНК, кодирующие первичную структуру белка, продукта этого гена. Во-вторых, это интроны — участки ДНК, разделяющие экзоны. При «созревании» и-РНК вырезаются ее участки, комплементарные интронам ДНК, а участки, соответствующие экзонам, — «сшиваются». Функция интронов, составляющих, как правило, большую часть каждого гена, до настоящего времени не установлена.

При инициации транскрипции структурных генов ДНК с фрагментом промоторного участка гена, называемым ТАТА-бокс, связывается РНК-полимераза II. Эту связь обеспечивают белки, которые называются основными факторами транскрипции или ТАТА-связывающими белками. В ТАТА-боксе наиболее распространенная последовательность нуклеотидов — это ТАТААА. В промоторном участке большинства генов имеются также регуляторные элементы — короткие сегменты молекулы ДНК, с которыми могут связываться дополнительные факторы транскрипции: белки, усиливающие транскрипцию (энхансеры) или ослабляющие ее (сайленсеры). Факторы транскрипции — это белки, продукты других генов. Усиление транскрипции отдельных генов может быть связано также с воздействием на гистоны.

Гистоны — это белки, образующие комплексы с молекулой ДНК и обеспечивающие ее сверхплотную упаковку в ядре. Например, ацилирование в гистонах остатков лизина (Лиз), т. е. присоединение к ним остатка кислоты, усиливает транскрипцию ДНК, функционально связанную с этими участками. Хроматин — нуклеопротеиновый комплекс гистонов и ДНК ядра клетки, в период деления клетки структурирован в виде хромосом.

В ходе элонгации (продолжения) транскрипции начальный участок растущей молекулы гя-РНК блокируется структурой из последовательности нуклеотидов, называемой кеп. Он защищает молекулу РНК от гидролиза. При попадании РНК-полимеразы на сайт полиаденилирования (на концевой участок гена, имеющий последовательность… ААТААА…) происходит завершение процесса синтеза гя-РНК — терминация: РНК — транскриптант (гя-РНК) отщепляется от РНКполимеразы, а РНК-полимераза, в свою очередь, отсоединяется от ДНК.

Таким образом, продуктом транскрипции структурного гена является гя-РНК. Далее следует процесс «созревания» РНК, в ходе которого образуется м (и)-РНК, используемая в цитозоле для биосинтеза белка. Созревание РНК включает в себя вырезание из гя-РНК участков, соответствующих интронам ДНК, и «сшивание» (сплайсинг) экзонов. Процесс вырезания интронов и сплайсинг катализируется рибозимами, ферментами небелковой природы, являющимися частью молекулы гя-РНК. В нем также принимают участие белки, называемые малыми ядерными рибонуклеопротеидными частицами (мя-РНП) и мяРНК. Комплекс концевых участков интронов гя-РНК, мя-РНП и малой ядерной РНК (мя-РНК) называют сплайсосомой. Он обладает каталитической активностью, обусловленной входящими в ее состав рибозимами (фрагментами гя-РНК и мя-РНК).

Количество мяРНК в ядре составляет около 10⁵—10⁶ молекул, как и другие виды РНК, она также синтезируется в ядре и содержит от 100.

до 300 нуклеотидов. Этот вид РНК участвует не только в удалении интронов, но и в регуляции факторов транскрипции, поддержании теломер.

В последнее десятилетие показана возможность альтернативного сплайсинга экзонов гя-РНК, в результате которого образуются несколько видов молекул и-РНК, отличающиеся порядком экзонов или их групп. То есть в результате транскрипции одного гена может быть синтезировано несколько и-РНК и, соответственно, несколько белков, отличающихся по своей первичной структуре.

Продукт сплайсинга — это молекула и-РНК. Начало молекулы и-РНК — это участок, несущий кэп, а конец — 3-атом С, соединенный с полиадениловой последовательностью (до 200 звеньев АМФ). В таком виде молекула и-РНК выходит из ядра и может участвовать в процессе трансляции.

Транслируемый участок и-РНК — это последовательность кодонов, то есть триплетов нуклеотидов, комплиментарных триплетам экзонов, кодирующих первичную структуру белка в соответствии с УБК. Так как эта и-РНК синтезирована в ходе транскрибции определенного гена, то белок, образующийся после трансляции, называют продуктом данного гена. В начале транслируемого участка и-РНК имеется стартовый (инициирующий) кодон, у млекопитающих обычно это АУТ и терминальные кодоны (стоп-кодоны): УАА, УАГ, УГА.

Для протекания трансляции необходимы: и-РНК, две субъединицы рибосом, белки — факторы элонгации, высвобождающие факторы, содержащие ГТФ, а также активированные аминокислоты, соединенные с т-РНК.

Активация аминокислот происходит в цитозоле при участии ферментов аминоацил-т-РНК лигаз (синтетаз). Эти ферменты специфичны каждой из 20 аминокислот, входящих в состав белков, и т-РНК, переносящей (им) эту кислоту.

В молекуле т-РНК выделяются несколько функционально значимых участков. Во-первых, это антикодон, триплет нуклеотидов, комплиментарный кодону и-РНК, отличающийся от кодирующих триплетов ДНК наличием в его нуклеотидах рибозы, вместо дезоксирибозы, и содержанием урацила (У) на месте тимина (Т) в триплетах ДНК. Во-вторых, это одинаковый у всех т-РНК акцепторный участок, присоединяющий аминоациладенилат (активированную аминокислоту).

Для активации аминокислот фермент аминоацил-т-РНК-лигаза сначала катализирует взаимодействие аминокислоты, соответствующей антикодону, с молекулой АТФ. Это приводит к образованию аминоацил аденилата и пирофосфата. Затем происходит взаимодействие аминоациладенилата с т-РНК. В результате этого аминокислота присоединяется к акцепторному участку т-РНК и образуется аминоацил-тРНК и АМФ.

В ходе инициации (начала) трансляции (сборки молекулы белка) сначала образуется комплекс м-РНК и две субъединицы рибосомы.

Субъединицы рибосомы перед связыванием с м-РНК активируются: меньшая из них присоединяет к себе три белковых фактора инициации, один из которых связан с ГТФ. Гидролиз ГТФ облегчает соединение субъединиц рибосомы друг с другом, происходящее на инициирующем кодоне, и присоединение к этому комплексу инициирующей т-РНК. Комплекс и-РНК и рибосомы располагается на стартовом кодоне и-РНК. Процесс происходит в цитозоле на поверхности эндоплазматического ретикулума (ЭПР). В ходе трансляции одна молекула и-РНК может транслироваться несколькими рибосомами, последовательно образующими комплекс со стартовым кодоном молекулы м-РНК. Комплекс и-РНК с несколькими рибосомами — это полисома, обеспечивающая возможность сборки нескольких молекул белка на одной молекуле и-РНК.

Рибосомы составляют около 5% сухой массы клетки. Их количество, например, в гепатоцитах печени, интенсивно синтезирующих различные белки, приблизительно 10⁷. В рибосоме различают несколько участков, специализированных на определенной функции: пептидильный центр, соединенный с растущей молекулой белка, и аминоацильный центр, с которым связываются т-РНК, приносящие аминокислоты. Окончанием инициации трансляции считается расположение на пептидильном центре рибосомы инициаторной аминокислоты, доставленной туда ее т-РНК. У эукариот — это метионин (Мет), соответствующий по УБК инициаторному кодону м-РНК. Аминоацильный центр рибосомы в конце инициации свободен.

Далее происходит элонгация трансляции. Для этого каждая из т-РНК, приносящих аминокислоты, образует комплекс с первым фактором элонгации, ГТФ-содержащим белком. На аминоацильном центре рибосомы после гидролиза ГТФ, входящего в состав фактора элонгации, антикодон каждой т-РНК соединяется с комплиментарным ему кодоном и-РНК. Затем рибосомный фермент пептидилтрансфераза без затраты энергии переносит или инициаторную аминокислоту (в начале биосинтеза белка), или растущую пептидную цепь (при продолжении биосинтеза) с пептидильного центра рибосомы на ее аминоацильный центр. На аминоацильном центре образуется пептидная связь между аминокислотой, соединенной с ее т-РНК, и растущей цепью аминокислот. От временно освободившегося от пепетидной цепочки пептидильного центра отсоединяется свободная т-РНК (в начале элонгации — это т-РНК инициаторной аминокислоты), и к нему присоединяется второй фактор элонгации, также ГТФ-содержащий белок. Гидролиз ГТФ в нем обеспечивает перемещение рибосомы на один кодон — транслокацию. В результате транслокации растущая пептидная цепь перемещается на пептидильный центр вместе с т-РНК, соединенной с последней из аминокислот, поступивших в рибосому. Аминоацильный центр освобождается, и с ним соединяется т-ТНК, несущая следующую по коду аминокислоту. Обнаружено, что для соединения 20 аминокислот в полипептид требуется около 1 с, а молекула белка среднего размера (около.

300—500 аминокислот) синтезируется 20—30 с. Процесс транслокации происходит до прихода на аминоацильный центр рибсомы стоп-кодона (ов) м-РНК. При расположении стоп-кодона напротив аминоацильного центра рибосомы происходит терминация трансляции. Так как для терминальных кодонов нет соответствующих им антикодонов т-РНК, то с аминоацильным центром связываются два белковых высвобождающих фактора. Один из них катализирует сопряженный с распадом ГТФ гидролиз эфирной связи между т-РНК и ее аминокислотой, последней по коду. В результате этой реакции освобождается вновь синтезированная пептидная цепь. Она поступает в ЭПС, где происходит процесс фолдинга (сворачивания), то есть формируется третичная и четвертичная структура молекулы белка. Фолдинг многих молекул белка осуществляют белки-шапероны. Средняя продолжительность функционирования в клетке вновь синтезированной молекулы белка около двух суток. При этом одни молекулы белка выполняют свою функцию и разрушаются через несколько минут после окончания их синтеза и формирования структуры, а другие функционируют в клетке нескольких месяцев.

Таким образом, на образование одной пептидной связи в молекуле белка тратится энергия четырех молекул макроэргов: две молекулы АТФ расходуются на активацию каждой аминокислоты, и две молекулы ГТФ, входящие в состав факторов элонгации, гидролизуются при наращивании пептидной цепи. Так как молекула белка содержит в среднем несколько сотен аминокислот, то очевидно, что процесс биосинтеза белка является весьма энергоемким.

Регуляция интенсивности биосинтеза различных белков клетками организма — это прежде всего регуляция интенсивности трансляции генов, кодирующих информацию о структуре этих белков. Интенсивность транскрипции всех белков в клетке регулируется веществамирегуляторами (эйкозаноидами, цитокинами, тканевыми гормонами, гормонами желез внутренней секреции). Эти вещества, взаимодействуя с белками-рецепторами, запускают каскад активации различных систем посредников. В системы посредников входят ферменты и регуляторные белки, взаимодействующие с промоторами генов (энхансеры и сайленсеры), с гистонами. Таким образом, в регуляции транскрипции каждого белка задействовано множество других веществ, большинство из которых также являются белками.

Биосинтез ДНК (репликация) — процесс, периодически протекающий в делящихся клетках организма. Он обеспечивает воспроизведение генома организма в популяциях клеток, делящихся в ходе их жизнедеятельности. Геном человека составляет 3,2 миллиарда (3,2 • 10⁹) пар нуклеотидов, следовательно, в соматических клетках их содержится вдвое больше. По приблизительным оценкам масса ДНК соматической клетки человека 6 • НИ² г. Репликация происходит в ядре клеток перед началом М-фазы в S-фазу интерфазы клеточного цикла.

Начинается этот процесс сразу в нескольких участках материнской молекулы ДНК, где образуются репликационные пузыри. В них располагаются ферменты и другие белки, необходимые для протекания репликации. В каждом из мест репликации ДНК действуют несколько ферментов. Все они обеспечивают синтез дочерних цепей ДНК на каждой из материнских цепей (матрице) и формирование двух молекул ДНК. Это ферменты ДНК-гиразы (топоизомеразы), раскручивающие плотно свернутую спираль ДНК и ДНК-хеликазы, которые расплетают, отделяют цепи ДНК одну от другой. Кроме того, это такие ферменты, как ДНК-зависимые ДНК-полимеразы (синтетазы) III и I, ДНК-лигазы и РНК-полимеразы (праймазы), последние из которых синтезируют праймеры, то есть начальные участки фрагментов Оказаки.

Материнские цепи ДНК соединены друг с другом водородными связями между комплиментарными парами нуклеотидов. При этом в обеих цепях связи между соседними нуклеотидами осуществляются через остатки фосфорной кислоты, соединенные с 3' атомом дезоксирибозы одного нуклеотида и 5' атомом углерода пентозы. В разных цепях ДНК эти связи направлены в противоположные стороны. Для наглядности можно представить, что в одной из цепей эти связи повторяются в направлении вниз, а в другой — вверх. Для описания этого факта говорят, что разные цепи ДНК идентичны, то есть содержат одинаковую последовательность нуклеотидов, но «антипараллельны». На каждом конце молекулы ДНК в одной цепи расположена 5' -ОН группа рибозы, не связанная с другим нуклеотидом, а в другой цепи на этом конце молекулы находится молекула рибозы со свободной 3' -ОН группой (к ней может быть присоединен остаток фосфорной кислоты).

Непрерывно происходит синтез только одной дочерней цепи ДНК, другая цепь синтезируется фрагментами, которые соединяются после из синтеза. Репликация ДНК начинается одновременно в нескольких участках, называемых репликационными пузырями. В этом месте начала репликации на материнской цепи-матрице, идущей в направлении 3' -5', ДНК-полимераза III по принципу комплиментарное™ строит фрагмент дочерней цепи ДНК (лидирующей цепи), используя для этого нуклеозидтрифорфаты (АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ). При этом а-фосфатная группа уже присоединенного нуклеотида вызывает отсоединение дифосфата от вновь присоединяющегося нуклеотида и образует эфирную связь с рибозой, входящей в его состав. Для образования второй дочерней цепи (отстающей цепи) в нескольких точках репликационного пузыря на другой материнской цепи ДНК-синтетаза, перемещаясь в направлении 3'-5 материнской цепи, строит фрагменты из 1000— 2000 нуклеотидов, комплиментарные материнской цепи — так называемые фрагменты Оказаки. Каждый из них начинается с короткой РНК-затравки (праймера). Праймер синтезируется специальными РНКполимеразами (праймазами) и состоит примерно из 10 нуклеотидов, комплиментарных нуклеотидам материнской цепи в определенных местах репликационного пузыря. Праймер необходим для присоединения ДНК-синтетазы, которая последовательно строит на цепи фрагменты Оказаки. После создания одного фрагмента Оказаки репликация материнской цепи прерывается, и синтез нового фрагмента начинается с другого праймера, расположенного на некотором расстоянии от предыдущего. Затем ДНК-полимераза I замещает РНК-праймер последовательностью нуклеотидов ДНК, комплиментарной материнской цепи. Остающиеся разрывы дочерней цепи заполняются (репарируются) ДНК-лигазой.

За процессом репликации ДНК в клетке следует образование комплексов молекул ДНК с белками-гистонами и формирование хромосом. Затем клетка переходит в следующий период интерфазы — G₂ постсинтетический, или премитотический. В этот промежуток времени в клетке содержится двойной набор хромосом, переход клетки к митозу в этот период может тормозиться М-задерживающим фактором, действующим до завершения репликации всей ДНК.

В ходе М-фазы митоза (кариокинеза, непрямого деления клетки) происходит формирование двух дочерних клеток, каждая из которых содержит одинаковый набор хромосом. В хроматине каждой из дочерних клеток одна цепь в молекулах ДНК — из материнской клетки, а другая — вновь синтезированная.

После митоза клетка переходит в период G₂ интерфазы, в течение которого происходит рост клетки за счет интенсивного биосинтеза белка в ней, необходимого для формирования достаточного набора и количества органоидов клетки. В этот же период синтезируются так называемые запускающие белки — активаторы S-периода интерфазы клеточного цикла. Пока эти белки находятся в неактивном состоянии, клетка пребывает в периоде репродуктивного покоя — G₀. В этом периоде может осуществляться репарация поврежденной ДНК или клетка может функционировать в условиях дефицита питательных веществ или веществ-регуляторов. При их достаточном количестве клетка дифференцируется и приступает к выполнению своей функции в ткани организма, в которой она находится.

Таким образом, процессы анаболизма различных биомолекул обеспечивают поддержание и воспроизведение структуры клеток и тканей организма в онтогенезе. Вещества-регуляторы, стимулирующие деление определенных популяций клеток, — это ростовые факторы, а вещества-регуляторы, активирующие процессы анаболизма, главным образом биосинтез белка в клетках различных тканей организма, называются анаболики. Анаболическим эффектом обладают, например, стероидные гормоны коры надпочечников и половых желез и соматотропный гормон гипофиза. Усиливают анаболизм в организме некоторые витамины, необходимые для функционирования ферментов, катализирующих биосинтез нуклеотидов (В₁₂, В_с) и аминокислот (В₆). Интенсивность анаболизма повышают также некоторые вещества, например оротат калия, как источник оротовой кислоты, необходимой для биосинтеза нуклеотидов.