- •Химическое отделение вятский государственный гуманитарный университет
- •М. А. Зайцев основы биохимии
- •Часть 2
- •6. Нуклеиновые кислоты
- •6.1. Химический состав нуклеиновых кислот
- •6.2. Молекулярная масса нуклеиновых кислот
- •6.3. Локализация в клетке днк и рнк. Виды днк и рнк
- •6.4. Строение структурных элементов нуклеиновых кислот
- •6.5.1. Первичная структура днк
- •Генетический код
- •6.5.2. Вторичная структура днк
- •6.5.3. Третичная структура днк
- •6.5.4. Свойства днк
- •6.5.4.1. Репликация (редупликация, самоудвоение) днк
- •6.5.4.2. Транскрипция (синтез рнк)
- •6.6.1. Первичная структура рнк
- •6.6.2. Вторичная структура рнк
- •6.6.3. Третичная структура рнк
- •6.6.4. Классы рнк
- •6.6.5. Синтез белка (трансляция)
- •7. Общие понятия об обмене веществ и энергии в организме
- •7.1. Основные этапы обмена веществ
- •1 Этап. Подготовительный
- •2 Этап. Превращение строительных блоков (мономеров) в более простые соединения
- •3 Этап. Цикл Кребса (цикл ди- и трикарбоновых кислот, цтк)
- •4 Этап. Окислительная цепь ферментов (дыхательная цепь)
- •7.2. Обмен энергии. Макроэргические соединения
- •8. Биологическое окисление
- •8.1. Функции биологического окисления
- •8.2. Типы биологического окисления
- •II. Окисление, сопряженное с фосфорилированием адф
- •6 Железосерных белков
- •9. Обмен углеводов
- •9.1. Переваривание и всасывание углеводов
- •9.2. Синтез гликогена
- •9.3. Распад гликогена и освобождение глюкозы (глюкогенез)
- •9.4. Превращения моносахаридов
- •9.4.1. Дихотомический путь распада глюкозы. Гликолиз
- •1. Фосфорилирование:
- •9.4.2. Обмен пировиноградной кислоты
- •9.4.3. Цикл три- и дикарбоновых кислот (цикл Кребса)
- •9.4.4. Энергетический эффект гликолитического расщепления 1 молекулы глюкозы и последующего окисления пвк до со2 и н2о
- •9.4.5. Апотомический путь распада глюкозо-6-фосфата (пентозный, или пентозофосфатный цикл окисления углеводов)
- •9.5. Общая схема распада углеводов
- •9.6. Синтез углеводов
- •10. Обмен белков
- •10.1. Переваривание белков
- •10.2. Превращения аминокислот в организме
- •10.2.1. Процессы гниения белков в кишечнике
- •10.2.2. Судьба всосавшихся аминокислот
- •10.2.3. Конечные продукты распада аминокислот
- •10.3. Новообразование аминокислот
- •11. Обмен липидов
- •11.1. Переваривание и всасывание липидов
- •11.2. Окисление жирных кислот
- •11.3. Распад глицерина
- •11.4. Биосинтез липидов
- •11.4.1. Синтез высших жирных кислот
- •11.4.2. Биосинтез триглицеридов
- •12. Взаимосвязь процессов обмена веществ
- •12.1. Взаимосвязь обменов нуклеиновых кислот и белков
- •12.2. Взаимосвязь обменов нуклеиновых кислот и углеводов
- •12.3. Взаимосвязь обмена белков и углеводов
- •12.4. Взаимосвязь обмена белков и липидов
- •12.5. Взаимосвязь обмена углеводов и липидов
- •13. Регуляция обмена веществ
- •I. Метаболитный уровень регуляции
- •II. Оперонный уровень регуляции
- •III. Клеточный уровень регуляции
- •IV. Организменный уровень регуляции
- •V. Уровень регуляции метаболизма в экосистемах (популяционный)
11.2. Окисление жирных кислот
Основным путем катаболизма жирных кислот является -окисление. Окисление жирных кислот протекает в митохондриях при участии мультиферментного комплекса и является важным биоэнергетическим процессом. -Окисление жирных кислот складывается из следующих этапов:
1. Активация жирных кислот и их проникновение из цитоплазмы в митохондрии:
R–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СООН + НS–КоА + АТФ ⇄
⇄ R–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СОS–КоА + АМФ + Н4Р2О7.
ацил-КоА
(фермент ацил-КоА-синтетаза)
Далее происходит гидролиз пирофосфата, обеспечивающий смещение равновесия активации «вправо»: Н4Р2О7 + Н2О → 2Н3РО4 (фермент неорганическая пирофосфатаза).
Активация жирных кислот происходит в цитоплазме. Затем ацил-КоА проникает через мембрану митохондрий с участием карнитина (витамин ВТ).
2. Первая стадия дегидрирования (окисление ацил-КоА). Фермент ацил-КоА-дегидрогеназа.
R–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СОS–КоА + ФАД
R–СН2–СН2–СН2–СН=СН–СОS–КоА + ФАДН2 → 2АТФ
транс-еноил-КоА
3. Гидратация двойной связи. Фермент 2-еноил-КоА-гидратаза.
R–СН2–СН2–СН2–СН=СН–СОS–КоА + Н2О ⇄
⇄ R–СН2–СН2–СН2–СН(ОН)–СН2–СОS–КоА
-гидроксиацил-КоА
4. Вторая стадия дегидрирования (новое окисление). Ферменты НАД-зависимые 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы.
R–СН2–СН2–СН2–СН(ОН)–СН2–СОS–КоА + НАД ⇄
⇄ R–СН2–СН2–СН2–СО–СН2–СОS–КоА + НАДН2 → 3АТФ
-кетоацил-КоА
5. Тиолазная реакция (тиолиз) – перенос новой ацильной группы на КоА). Фермент ацетил-КоА-ацилтрансфераза (3-кетоацил-КоА-тиолаза).
R–СН2–СН2–СН2–СО–СН2–СОS–КоА + НSКоА →
→ R–СН2–СН2–СН2–СОS–КоА + СН3–СОS–КоА
ацил-КоА ацетил-КоА
Итак, молекула жирной кислоты укорачивается на 2 атома С. Образовавшийся ацетил-КоА подвергается окислению в цикле Кребса, а новый ацил-КоА многократно проходит весь путь -окисления до образования бутирил-КоА, молекула которого окисляется до 2-х молекул ацетил-КоА.
Энергетический баланс -окисления. Пусть жирная кислота содержит в молекуле 2n атомов С, тогда образуется n молекул ацетил-КоА, (n–1) молекул ФАДН2 и (n–1) молекул НАДН2. В результате в дыхательной цепи образуется 2·(n–1) + 3·(n–1) = 5(n–1) молекул АТФ. В результате окисления 1 молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и дыхательной цепи образуется 12 молекул АТФ, а при окислении n молекул – 12n молекул АТФ. 1 молекула АТФ идет на активирование кислоты. Таким образом, энергетический баланс:
5(n–1) + 12n – 1 = (17n – 6) молекул АТФ.
Например, для пальмитиновой кислоты (С16): (17·8 – 6) = 130 молекул АТФ (при окислении 1 молекулы глюкозы – 36 молекул АТФ).
G при полном сгорании пальмитиновой кислоты составляет 9797 кДж/моль. Расщепление 1 концевой макроэргической связи АТФ дает примерно 32,5 кДж/моль, а 130 связей – 4225 кДж. Таким образом, лишь около 43% всей потенциальной энергии пальмитиновой кислоты при ее окислении в организме может быть использовано для ресинтеза АТФ, а оставшаяся часть, по-видимому, теряется в виде тепла.
11.3. Распад глицерина
Глицерин прежде всего фосфорилируется. Фермент глицеролкиназа.
-Глицерофосфат идет на синтез новых молекул триглицеридов, но часть его окисляется до диоксиацетонфосфата (ДОАФ) (фермент глицерол-3-фосфатдегидрогеназа).
ДОАФ изомеризуется в 3-фосфоглицериновый альдегид, который затем вступает в окислительную стадию гликолиза, где в аэробных условиях превращается в пировиноградную кислоту, а при недостатке кислорода – в молочную кислоту.
Таким образом, 1 молекула глицерина в анаэробных условиях при окислении до молочной кислоты дает (2–1) = 1 молекулу АТФ (2 молекулы АТФ синтезируются в гликолизе), а в аэробных условиях:
Фосфорилирование: – АТФ
НАДН2 + 3АТФ
ДОАФ → ПВК: НАДН2 + 3АТФ
Субстратное фосфорилирование + 2АТФ
ПВК → ацетил-КоА: НАДН2 + 3АТФ
Цикл Кребса: 3НАДН2 + 9АТФ
ФАДН2 + 2АТФ
Субстратное фосфорилирование + АТФ
Итого: + 22АТФ