Вопрос №39

Понятие о метаболизме, анаболизме, катаболизме, конечных продуктах катаболизма.

Цикл АтФ-АДФ. Окислительное и субстратное фосфорилирование.

Обмен веществ включает стадии:

1. Поступление пищевых веществ в организм и их расщепление в ЖКТ

2. Метаболизм

3. Выделение конечных продуктов обмена из организма

Метаболизм – это совокупность химических реакций, протекающих в организме:

Катаболизм – расщепление сложных пищевых веществ до конечных продуктов – СО₂, Н₂О, мочевина. В результате катаболизма энергия, заключенная в пищевых веществах, трансформируется в энергию АТФ. Катаболизм сопровождается синтезом АТФ.

Конечные продукты– вещества, которые не подвергаются превращению в организме и выводятся из него.

• Анаболизм – синтез сложных веществ из простых с затратой АТФ, полученной при катаболизме. Следовательно, энергетический обмен тесно связан с метаболизмом и представляет собой цикл.

Вопрос №40

Строение субстратов, последовательность реакций, ферменты и их значение в реакциях общего пути катаболизма - цикла трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Связь с ЦПЭ.

ЦТК = цикл лимонной кислоты = цитратный цикл = цикл Кребса – открыт в 1937 г.

ЦТК – общий конечный путь катаболизма Б, Ж, У.

Функции ЦТК:

• общий конечный путь катаболизма Б, Ж, У

• основной, но не единственный поставщик атомов Н в ЦПЭ

• анаболическая функция (синтетическая) – из промежуточных продуктов образуются аминокислоты, глюкоза, гем.

Протекает в матриксе митохондрий.

Все ферменты функционируют в матриксе, кроме сукцинатдегидрогеназы (связан с внутренней мембраной митохондрии).

Существует 3 регуляторных реакции, т.е. регуляторных фермента:

• цитратсинтаза

• изоцитратдегидрогеназа (самая медленная реакция, определяет скорость)

• α-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс (похож на ПДК)

В цикле 8 реакций, 4 из них – реакции окисления (ферменты – дегидрогеназы, использующие НАД⁺ и ФАД).

В цикл вступает двухуглеродная молекула ацетил-КоА, соединяющаяся с четырехуглеродным оксалоацетатом (ЩУК). Образуется шестиуглеродный цитрат.

Далее – 4 реакции оксиления и 2 реакции декарбоксилирования.

И оксалоацетат регенерирует.

Таким образом, в результате 4 реакций окисления в ЦТК и одной в ОДПВК отщепляются атомы Н (8 в ЦТК и 2 в ОДПВК). Эти Н поступают в ЦПЭ, где утилизируются с образованием конечного продукта – воды (метаболическая вода 400-500 мл).

Последовательность реакций:

Образование цитрата - углеродный атом метильной труппы ацетил-КоА связывается с карбонильной группой оксалоацетата; одновременно расщепляется тиоэфирная связь и освобождается коэнзим A. Реакция сопровождается потерей большого количества энергии в виде теплоты. Катализирует реакцию цитратсинтаза, фермент, локализованный в матриксе митохондрий.

Превращение цитрата в изоцитрат - Фермент, катализирующий эту реакцию, назван аконитазой по промежуточному продукту, цисаконитовой кислоте, которая предположительно образуется в реакции. Однако это соединение не обнаруживается в свободном виде, так как не отделяется от активного центра фермента до завершения реакции.

Окислительное декарбоксилирование изоцитрата - катализирует изоцитратдегидрогеназа. Реакция, катализируемая NAD-зависимой изоцитратдегидрогеназой, - самая медленная реакция цитратного цикла. АДФ - аллостерический активатор фермента.

Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата - с образованием в качестве конечных продуктов сукцинил-КоА, СО2 и NADH + Н+. Реакцию катализирует α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс, который по структуре и функциям сходен с пируватдегидрогеназным комплексом (ПДК) и состоит из 3 ферментов: α-кетоглутаратдекарбоксилазы, дигидролипоилтранссукцинилазы и дигидролипоилдегидрогеназы.

Превращение сукцинил-КоА в сукцинат - катализирует сукцинаттиокиназа. Промежуточный этап реакции - фосфорилирование молекулы фермента по одному из гистидиновых остатков активного центра. Затем остаток фосфорной кислоты присоединяется к ГДФ с образованием ГТФ. С ГТФ концевая фосфатная группа может переноситься на АДФ с образованием АТФ; эту обратимую реакцию катализирует нуклеозид-дифосфаткиназа.

Дегидрирование сукцината - Образовавшийся на предьщущем этапе сукцинат превращается в фумарат под действием сукцинатдегидрогеназы. Сукцинат дегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондриальной мембраной. Она состоит из 2 субъединиц, одна из которых связана с FAD. Кроме того, обе субъединицы содержат железосерные центры, где атомы железа меняют свою валентность, участвуя в транспорте электронов.

Образование малата из фумарата - Образование малата происходит при участии фермента фумаратгидратазы. Фумараза - олигомерный белок, состоящий из 4 идентичных полипептидных цепей. Он расположен в матриксе митохондрий. Фумаразу относят к ферментам с абсолютной субстратной специфичностью: она катализирует гидратацию только трансформы фумарата.

Дегидрирование малата - В заключительной стадии цитратного цикла малат дегидрируется с образованием оксалоацетата. Реакцию катализирует NAD-зависимая малатдегидрогеназа, содержащаяся в матриксе митохондрий.

Связь реакций общего пути катаболизма с ЦПЭ:

1-5 - первичные доноры водорода для ЦПЭ; 1, 2, 3, 5 - субстраты NAD-зависимых дегидрогеназ; 4 - субстрат FAD-зависимой сукцинатдегидрогеназы; 6, 7, 8 - этапы сопряжения дыхания и окислительного фосфорилирования