5_Вступление в обмен веществ

Вступление в обмен
веществ. Специфические
и общие пути
превращения углеводов,
липидов и белков
(окислительное
декарбоксилирование ПВК,
цикл трикарбоновых
кислот).
• Метаболизм – химические реакции, которые
проходят в организме
• Метаболиты – маленькие промежуточные
молекулы, которые образуются в процессе
деградации и синтеза полимеров
Последовательность реакций, которые имеют цель
(например, расщепление глюкозы, синтез жирных
кислот) называется метаболическимм путем
Метаболические пути могут быть:
(a) Линейными
(b) Циклическими
(c) Спиральными
(синтез жирных
кислот)
Метаболизм разделяется на – катаболизм и
анаболизм
Катаболические реакции – деградация больших
молекул с образованиемм меньших и энергии
Анаболические реакции – синтез макромолекул для
жизнедеятельности клеток, роста и репродукции
Катаболизм характеризируется реакциями окисления
и освобождения энергии, которая трансформируется в
АТФ
Анаболизм характеризируется реакциями
восстановления и утилизацией энергии,
аккумулированной в АТФ
Регуляция метаболических путей
Уровни регуляции метаболизма
1.Нервная система
2.Эндокринная система
3.Взаимодействие между органами
4.Клеточный (мембранный) уровень
5.Молекулярный уровень
Стадии метаболизма
Катаболизм
Стадия I (специфическая). Деградация
макромолекул (белков, углеводов, липидов) до
мономеров
Стадия II (специфическая). Аминокислоты, жирные
кислоты и глюкоза окисляются к общему метаболиту
– ацетил коэнзиму А
Стадия III (неспецифическая).
Ацетл СoA окисляется в цикле лимонной кислоты до
CO2 и воды
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ
ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА
Глюкоза
Гликолиз
Аминокислоты
Пируват
Ацетил CoA
Глицерол
Транспорт пирувата в митохондрию
Превращение пирувата в ацетил СоА
• Пируват дегидрогеназный комплекс - полиферментный комплкс, который состоит из 3
ферментов, 5 коферментов
Пируватдегидрогеназный
комплекс -
молекулярная
масса от 4 до 10
млн дальтон
Электронная
микрофотография
пируватдегидрогеназного
комплекса E. coli.
Ферменты:
E1 = пируват дегидрогеназа
E2 = дигидролипоилацет илт рансфераза
E3 = дигидролипоилдегидрогеназа
Коферменты: ТПФ (т иамин пирофосфат ),
липоамид, HS-КoA, ФАД, НАД+.
ТПФ является производным витамина B1 (тиамин);
НАД –B5 (никотинамид);
ФАД –B2 (рибофлавин),
HS-CoA –B3 (пантотеновая кислота),
липоамид – липоевая кислота
Общая реакция пируватдегидрогеназного
комплекса
Цикл
трикарбоновых
кислот
Названия:
Цикл
трикарбоновых
кислот
Цикл лимонной
кислоты
Цикл Кребса
У эукариот
все реакции
цикла Кребса
проходят в
матриксе
митохондрий
Ганс Адольф Кребс
Биохимик; родился в
Германии. Работал в
Британии. Его открытие
в 1937 р, цикл Кребса,
было критическим для
понимания клеточного
метаболизма.
Нобелевская премия в
1953 г.
Общие представления о цикле Кребса
Цикл лимонной кислоты.
Ферменты: 1 — цитратсинтаза; 2 — аконитаза; 3 —
изоцитратдегидрогеназа; 4 — а-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс;
5 — сукцинаттиокиназа; 6 — сукцинатдегидрогеназа; 7 —
фумаратгидратаза; 8 — малатдегидрогеназа.
Функции цикла трикарбоновых кислот
• Интеграция метаболизму. Цикл является
амфиболичным (катаболичным и анаболичным
одновременно).
• Образование энергии в форме ГТФ (ATФ).
• Образование восстановительных эквивалентов
в форме НАДН и ФАДH2
Регуляция цикла трикарбоновых кислот
-
NADH, ATP, succinyl
CoA, citrate
Цикл Кребса как источник биосинтетических
предшественников
Glucose
Phosphoenolpyruvate
The citric acid cycle
provides
intermediates for
biosyntheses
Окислитель
ное
фосфорилирование
создает
условия для
АТФ -универсальная
формой
энергии в
живых
организмах
БИОЛОГИЧЕСКОЕ НИЕ
Хемиосмотическая
теория
• Предложена Питером
Митчелом в 1960
(Нобелевская премия,
1978)
• Хемиосмотическая
теория: т ранспорт
элект ронов и синт ез
АТФ объеденены
прот онным градиент ом
через внут реннюю
мембрану
мит охондрий
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
1. Необходима интактная митохондриальная мембрана
2. Транспорт электронов через ЭТЦ генерирует прот онный
градиент
3. AТФ синт аза катализирует фосфорилирование АДФ в
реакции, которая обеспечивается прохождение Н+ через
внутреннюю мембрану в матрикс
АТФ синтаза
Две субъединицы, Fo и F1
F1 содержит каталитические
субъединицы, г е АДФ и Pи
связываются.
F0 пронизывает мембрану и
служит как протонный канал.
Энергия, которая
освобождаетсяться при “падении”
протонов используется для
синтеза АТФ.
Активный транспорт ATФ, AДФ и Pн через
внутреннюю митохондриальную мембрану
• АТФ должен транспортироваться в цитозоль, а АДФ и Pн - в
матрикс
• AДФ/ATФ переносчик меняет митохондриальное ATФ на
цитозольное АДФ
• Фосфат (H2PO4-) транспортируется в матрикс за механизмом
симпорта з H+.
• Переносчик фосфата снижает pH.
РЕГУЛЯЦИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО
ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
Сопряжение тканевого дихания с окислительным
фосфорилированием
Транспорт электронов тесно связан с фосфорилированием.
АТФ не может быть синтезирован путем окислительного
фосфорилирования если нет энергии освобожденной при
электронном транспорте.
Электроны не проходят через электрон-транспортную цепь
если АДФ не фосфорилируется до АТФ.
Основные регуляторы: НАДН, O2, AДФ
Внутримитохондриальное соотношение АТФ/АДФ является
контрольным механизмом
Высокое соотношение ингибирует так как АТФ аллостерически
связывается с комлексом IV
Дыхательный контроль
Регуляция скорости окислительного
фосфорилирования с помощью уровня АДФ
называется дыхательным конт ролем
Разобщение тканевого дыхания и окислительного
фосфорилирования
Внутрення митохондриальная мембрана содержит белокразобщения. Белок-разобщения образует канал для перехода
протонов из цитозоля в матрикс.
Разобщители
• Разобщителями являются жирорастворимые слабые
кислоты
• Разобщители снижают протонный градиент
транспортируя протоны через мембрану
2,4-Динитрофенол – эффективный разобщитель
Выход АТФ
10 протонов выкачиваются из матрикса во время транспорта двух
электронов от НАДН к O2 (комплекс I, III и IV).
3
4
4
2
Выход АТФ
3
4
4
2
Перенос 3H+ необходим для синтеза одной молекулы
АТФ АТФ-синтазой
1 H+ необходим для транспорта Pн.
4 H+ используется для каждой синтезированной АTФ
Для НАДН: 10 H+/ 4H+ = 2.5 АТФ
Для ФАДН2: 6 H+/ 4 H+ = 1.5 ATФ