04 Вступление в обмен веществ
advertisement
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 метаболическим 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 образованием 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) к мономерам 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 к CO2 и воде ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА Глюкоза Гликолиз Аминокислоты Пируват Ацетил CoA Глицерол Транспорт пирувата в митохондрию Превращение пирувата в ацетил СоА • Пируват дегидрогеназный комплекс - полиферментный комплекс, 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. Фермент ы: 1 — цит рат синт аза; 2 — аконит аза; 3 — изоцит рат дегидрогеназа; 4 — а-кет оглут арат дегидрогеназный комплекс; 5 — сукцинаттиокиназа; 6 — сукцинат дегидрогеназа; 7 — фумарат гидрат аза; 8 — малат дегидрогеназа. Glycerol Катаболизм характеризируется конвергенцией трех основных путей к общему процессу – циклу трикарбоновых кислот Функции цикла трикарбоновых кислот • Интеграция метаболизма. • Цикл является амфиболическим (катаболическим и анаболическим 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 Цикл трикарбоновых кислот - общий путь окисления топливных молекул — аминокислот, жирных кислот и углеводов. Glucose Glucose-6phosphate Топливные молекулы вступают в цикл как ацетил СоА Pyruvate Fatty Acids Acetyl Co A Amino Acids 1. Цитрат синтаза • Цитрат образуется путем коденсации ацетил CoA и оксалоацетата citrate synthase 2. Аконитаза • Отщепление H2O от цитрата с образованием C=C связи cis-аконитата • Стереоспецифичиское добавление H2O к cisaконитату с образованием изоцитрата. aconitase aconitase 3. Изоцитратдегидрогеназа • Окислительное декарбоксилирование изоцитрата к a-кетоглутарату (реакция необоротная) • Первая из четырех окислительно-восстановительных реакций • Водород от C-2 изоцитрата транспортируется к НАД+ с образованием НАДН • Оксалоацетат декарбоксилируется к a-кетоглутарату isocitrate dehydrogenase isocitrate dehydrogenase 4. -Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс • Подобный к пируватдегидрогеназному комплексу • Те же коферменты, одинаковые механизмы E1 - a-кет оглут арат дегидрогеназа E2 – дигидролипоилсукцинилт рансфераза E3 - дигидролиоилдегидрогеназа -ketoglutarate dehydrogenase 5. Сукцинил-CoA синтетаза • Реакция субстратного фосфорилирования + Succinyl-CoA Synthetase GTP + ADP GDP + ATP HS- 6. Сукцинатдегидрогеназный комплекс • Комплекс с нескольких полипептидов, ФАД как простетическая группа • Вмонтированный во внутренную мембрану митохондрий Succinate Dehydrogenase 7. Фумараза • Стереоспецифическое trans добавление воды к двойной связи фумарата с образованием Lмалата Fumarase 8. Малатдегидрогеназа Малат окисляется оксалоацетата Malate Dehydrogenase с образованием Стойкиометрия цикла трикарбоновых кислот Два атома С вступают в цикл как ацетил CoA Два атоми С оставляют цикл как CO2 Четыре пары атомов гидрогена оставляют цикл в окислительних реакциях (три молекулы NAD+ и одна молекула FAD восстанвливаются). Одна молекула ГТФ образуется Две молекулы воды теряются 11 АТФ (3 АТФ на НАДН, и 2 АТФ на ФАДН2) при окислительном фосфолиривание 1 АТФ образуется непосредственно в цикле 1 ацетил CoA генерирует приблизительно 12 молекул АТФ
