Жамсаранова С.Д. и др. Биохимия в таблицах, схемах и графиках
Подождите немного. Документ загружается.
31
В общем пути катаболизма образуются первичные доноры водорода
для ЦПЭ, которые окисляются ΝАD
+
-зависимыми или FАD-зависимой
дегидрогеназами, передающими водород в ЦПЭ.
Реакции ОПК происходят в матриксе митохондрий, и
восстановленные коферменты передают водород непосредственно на
компоненты ЦПЭ, расположенные во внутренней мембране митохондрий.
Первая реакция ОПК – реакция окислительного
декарбоксилирования пирувата. Эту реакцию катализирует сложно
организованный пируватдегидрогеназный комплекс, который состоит из 3
разных ферментов и 5 коферментов.
ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗНЫЙ КОМПЛЕКС
Фермент
Число
мономеров
Кофермент
Витамин
Пируватдекарбоксилаза
(Е
1
)
120 (30
тетрамеров)
ТПФ В
1
Дегидролипоил-
трансацетилаза (Е
2
)
180 (60
тримеров)
Липоамид
НSКоА
Липоевая кислота
Пантотеновая к-та
Дегидролипоил-
Дегидрогеназа (Е
3
)
12 (6
димеров)
FАD
ΝАD
+
В
2
РР
Пируватдекарбоксилаза отщепляет CO
2
, а оставшаяся оксиэтильная
группа присоединяется к ТПФ.
На этом этапе уже произошло окисление оксиэтильного
остатка до остатка уксусной кислоты, одновременно с этим началось
восстановление липоевой кислоты.
32
На этой стадии фермент переносит остаток уксусной кислоты на
молекулу кофермента А (КоА). В КоА содержится остаток пантотеновой
кислоты (витамин В
3
). Активной частью КоА является остаток
тиоэтаноламина и его -SH группа.
Энергия этого окисления аккумулируется в виде макроэргической
связи активной формы уксусной кислоты (ацетил-КоА).
Заключительный этап катализируется ферментом
ДИГИДРОЛИПОИЛДЕГИДРОГЕНАЗОЙ.
Кофермент этого этапа - особый ФАД с низким окислительно-
восстановительным потенциалом (обозначается как ФАД'). Переносит
протоны и электроны с дигидролипоата на НАД - последний кофермент в
описанном комплексе.
В итоге можем записать суммарное уравнение:
33
ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
(ЦТК, лимоннокислый цикл, цикл Кребса)
ЦТК, как и реакции митохондриального окисления, протекает в
митохондриях. Представляет собой серию реакций, замкнутых в цикл.
34
ИТОГОВОЕ УРАВНЕНИЕ ЦТК
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЦТК
1. ЦТК - главный источник АТФ. Энергию для образования
большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до СО
2
и
Н
2
О.
2. ЦТК - это универсальный терминальный этап катаболизма
веществ всех классов.
3. ЦТК играет важную роль в процессах анаболизма
(промежуточные продукты ЦТК):
РЕГУЛЯЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
Синтез АТФ в клетке регулируется потребностью в энергии, что
достигается согласованной регуляцией скоростей реакций ЦПЭ и ОПК.
Увеличение концентрации АДФ ускоряет окисление ΝАDН в
ЦПЭ, что приводит к увеличению скорости реакций, катализируемых
регуляторными ΝАD
+
-зависимыми ферментами, и к увеличению
скорости общего пути катаболизма в целом. Кроме этого, АДФ
аллостерически активирует регуляторные ферменты ОПК. Такая
согласованная регуляция ЦПЭ и ОПК приводит к тому, что вместо
использованных молекул АТФ синтезируется адекватное количество
новых; чем больше использовано АТФ, тем больше его синтезируется.
Скорость общего пути катаболизма регулируется на уровне 4
реакций, катализируемых:
1) пируватдегидрогеназным комплексом;
2) цитратсинтазой;
3) изоцитратдегидрогеназой;
4) α-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ
Физиологическое
состояние
Скорость
расходования
АТФ,
мкмоль/(мин*г)
Скорость
потребления
кислорода,
мкмоль/(мин*г)
Скорость
синтеза АТФ
при участии
ЦПЭ мкмоль/
(мин*г)
Состояние покоя
Состояние
интенсивной работы
(быстрый бег)
5
600
0,8
20
20
120
35
РЕГУЛЯЦИЯ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА
ГИПОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ
Наиболее частой причиной гипоэнергетических состояний является
гипоксия, возникновение которой в свою очередь связано с нарушением:
1) поступления кислорода в кровь, что наблюдается при
недостаточности О
2
во вдыхаемом воздухе или нарушении
легочной вентиляции;
2) транспорта кислорода в ткани при нарушении кровообращения
или снижении транспортной функции гемоглобина;
3) функций митоходрий, вызванным действием ядов,
разобщителей.
Кроме того, причиной гипоэнергетических состояний могут быть
гиповитаминозы, так как в реакциях общих путей катаболизма и
дыхательной цепи участвуют коферменты, содержащие витамины. Так,
витамин В
1
входит в состав тиаминдифосфата, В
2
является составной
частью FMN и FAD, витамин РР в виде никотинамида входит в состав
NAD
+
и NADP
+
, пантотеновая кислота - в состав кофермента А, биотин
также выполняет коферментную функцию активации СО
2
.
36
СВЯЗЬ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА С ЦЕПЬЮ ПЕРЕНОСА
ЭЛЕКТРОНОВ
Пируват
Ацетил-КоА
ЩУК Цитрат
↑
↓
Малат Изоцитрат
↑
↓
Фумарат α-Кетоглутарат
↑
АТФ
↓
Сукцинат Сукцинил-КоА
2Н 2Н
2Н
ΝАDН
ΝАDН - дегидрогеназа АТФ
↓
Q
↓
QН - дегидрогеназа АТФ
↓
c
↓
Цитохромоксидаза АТФ
↓
2
ē
+ 2Н
+
+ ½ О
2
→
Н
2
О
Аминокислоты Глюкоза Глицерин Жирные кислоты
b
→
с
1
а
→
а
3
СО
2
СО
2
СО
2
FMN
37
ОБМЕН И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
СТРУКТУРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ
УГЛЕВОДЫ
МОНОСАХАРИДЫ ОЛИГОСАХАРИДЫ ПОЛИСАХАРИДЫ
(от 3 до 10 С-атомов) (от 2 до 10 остатков
моносахаридов)
Производные моносахаридов
Гомополисахариды Гетерополисахариды
Уроновые Аровые Гликозиды
кислоты кислоты
ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ
ДИСАХАРИДОВ
Мальтоза
-
α
-D-Глюкопиранозил-(14)-
β
-D-глюкопираноза
H
H
OH H
OH
H
H
CH
2
OH
O
O
H
H
OH H
OH
H
OH
H
CH
2
OH
O
HO
1
1
2
2
α
3
3
4
4
β
5
5
6
6
Лактоза
β
-D-Галактопиранозил-(14)-
β
-D-глюкопираноза
O
C H
2
OH
H
OH
H
OH
HOH
H
H
O
HO
H
OH H
OH
H
H
C H
2
OH
O
H
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
β
β
(
свыше 10
моносахаридных звеньев
)
38
Сахароза
О-
β
-D-фруктофуранозил-(21)-
α
-D-глюкопиранозид
O
CH
2
OH
H
OH
HOH
H
H
H
HO
O
O
H
H
CH
2
OH
H
HO
HOH
2
C
HO
1
1
2
2
3 4
5
6
3
4
5
6
α
β
ПОЛИСАХАРИДЫ КРАХМАЛА — АМИЛОЗА И АМИЛОПЕКТИН
Фрагмент
α
-амилозы
H
H
OH H
OH
H
H
CH
2
OH
O
O
H
H
OH H
OH
H
H
CH
2
OH
O
O
O
H
H
OH H
OH
H
H
CH
2
OH
O
O
H
H
OH H
OH
O
H
H
CH
2
OH
O
1
1
2
2
α
3
3
4
4
5
5
6
6
1
1
2
2
α
3
3
4
4
5
5
6
6
α
α
Фрагмент амилопектина
1
1
2
2
α
3
3
4
4
5
5
6
6
1
2
α
3
4
5
6
α
1
1
2
2
α
3
3
4
4
5
5
6
6
α
H
H
O
H
H
O
H
H
H
C
H
2
O
H
O
O
H
H
O
H
H
O
H
H
H
C
H
2
O
H
O
O
O
C
H
2
H
H
O
H
H
O
H
H
H
C
H
2
O
H
O
O
H
H
O
H
H
O
H
H
H
O
O
O
H
H
O
H
H
O
H
H
H
C
H
2
O
H
O
O
О
с
н
о
в
н
а
я
ц
е
п
ь
Б
о
к
о
в
а
я
в
е
т
в
ь
Т
о
ч
к
а
в
е
т
в
л
е
н
и
я
ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
1) Энергетическая: главными источниками энергии являются глюкоза
и гликоген.
2) Структурная: углеводы входят
как составная часть в структурно-
функциональные компоненты клетки - гликолипиды и
гликопротеины.
3) Метаболическая: из углеводов могут синтезироваться липиды,
некоторые аминокислоты, пентозы. Глюкоза может превращаться
практически во все моносахариды, в то же время возможно и
обратное превращение.
39
ОБМЕН ГЛЮКОЗЫ
ТРАНСПОРТ ГЛЮКОЗЫ В КЛЕТКИ
С кровью воротной вены большая часть глюкозы (около
половины) из кишечника поступает в печень, остальная глюкоза через
общий кровоток транспортируется в другие ткани.
Концентрация глюкозы в крови в норме поддерживается на
постоянном уровне и составляет 3,33-5,55 мкмоль/л, что соответствует 80-
100 мг в 100 мл крови.
Транспорт глюкозы в клетки носит характер облегченной
диффузии, но регулируется во многих клетках гормоном поджелудочной
железы - инсулином, действие которого приводит к перемещению белков-
переносчиков ГЛЮТ из цитозоля в плазматическую мембрану.
Тип ГЛЮТ Локализация в органах
ГЛЮТ - 1 Преимущественно в плаценте, мозге, почках, толстой
кишке
ГЛЮТ - 2 Преимущественно в печени, в β-клетках островков
Лангерганса, энтероцитах
ГЛЮТ – 3 Во многих тканях, включая мозг, почки
40
ГЛЮТ - 4 В мышцах (скелетных, сердечной), жировой ткани,
находятся почти полностью в цитоплазме
ГЛЮТ - 5 В тонкой кишке, в меньшей мере в почках, мозге.
Переносчик фруктозы
Первая реакция, в которую вступает глюкоза в клетке - это реакция
фосфорилирования глюкозы за счёт АТФ. Эту реакцию катализирует
фермент гексокиназа (ГК).
Биологический смысл гексокиназной реакции:
1. Сделать молекулу глюкозы более способной к химическим
реакциям, ослабить в ней химические связи, дестабилизировать её
("расшатать").
2. Связать, задержать глюкозу в клетке, чтобы она не смогла
выйти обратно в кровь (глюкозо-6-фосфат не способен проходить через
клеточную мембрану).
МЕТАБОЛИЗМ ГЛЮКОЗЫ