Биохимия в таблицах, схемах и графиках

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		Кофермент	Витамин
	мономеров
Пируватдекарбоксилаза	120	(30	ТПФ	В1
(Е1)	тетрамеров)
Дегидролипоил-	180	(60	Липоамид	Липоевая кислота
трансацетилаза (Е2)	тримеров)		НSКоА	Пантотеновая к-та
Дегидролипоил-	12	(6	FАD	В2
Дегидрогеназа (Е3)	димеров)		ΝАD+	РР

Пируватдекарбоксилаза отщепляет CO2, 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.

31

На этой стадии фермент переносит остаток уксусной кислоты на молекулу кофермента А (КоА). В КоА содержится остаток пантотеновой кислоты (витамин В3). 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 окислительновосстановительным потенциалом (обозначается как ФАД'). Переносит протоны и электроны с дигидролипоата на НАД - последний кофермент в описанном комплексе.

В итоге можем записать суммарное уравнение:

32

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

(ЦТК, лимоннокислый цикл, цикл Кребса)

ЦТК, как и реакции митохондриального окисления, протекает в митохондриях. Представляет собой серию реакций, замкнутых в цикл.

33

ИТОГОВОЕ УРАВНЕНИЕ ЦТК

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЦТК

1. ЦТК - главный источник АТФ. Энергию для образования большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до СО2 и Н2О.

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	Скорость	Скорость	Скорость
состояние	расходования	потребления	синтеза АТФ
	АТФ,	кислорода,	при участии
	мкмоль/(мин*г)	мкмоль/(мин*г)	ЦПЭ мкмоль/
			(мин*г)
Состояние покоя	5	0,8	20
Состояние
интенсивной работы	600	20	120
(быстрый бег)
	34

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 О2 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 В1 входит в состав тиаминдифосфата, В2 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 СО2.

35

СВЯЗЬ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА С ЦЕПЬЮ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ

Аминокислоты		Глюкоза		Глицерин		Жирные кислоты

Пируват

СО2

Ацетил-КоА

ЩУК

Цитрат

↑

↓

Малат

Изоцитрат

↑

СО2

↓

Фумарат

α-Кетоглутарат

СО2

↑

АТФ

↓

Сукцинат

Сукцинил-КоА

2Н

2Н

ΝАDН

2Н

ΝАDН - дегидрогеназа

FMN

АТФ

↓

Q

↓

QН - дегидрогеназа

b→с1

АТФ

↓

c

Цитохромоксидаза

↓

АТФ

а →а3

↓

2 ē + 2Н+ + ½О2→ Н2О

36

ОБМЕН И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

СТРУКТУРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ

УГЛЕВОДЫ

МОНОСАХАРИДЫ	ОЛИГОСАХАРИДЫ		ПОЛИСАХАРИДЫ
(от 3 до 10 С-атомов)	(от 2 до 10 остатков		(свыше 10
	моносахаридов)
		моносахаридных звеньев)
Производные моносахаридов
	Гомополисахариды		Гетерополисахариды

Уроновые Аровые Гликозиды кислоты кислоты

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ДИСАХАРИДОВ

Мальтоза -α-D-Глюкопиранозил-(1 4)-β-D-глюкопираноза

6 CH2OH 6CH2OH

H	5	O H		H	5	O OH
4	H	α		4	H	1	β
HO	OH	H 1	O		OH	H	H
	3	2			3	2
	H	OH			H	OH

Лактоза β-D-Галактопиранозил-(1 4)-β-D-глюкопираноза

						6 C H 2 O H
		6 C H 2 O H			H		H 5		O	O H
					4				H 1 β
H O			5	O		O	O H
		H								H
4				H 1		β		3	2
		O H					H
									O H
H		H	3	2O H		H

37

Сахароза

О-β-D-фруктофуранозил-(2 1)-α-D-глюкопиранозид

6 CH OH

1

2

O

H

O H HOH2C

H

5

4

H

α

β

H

HO

5

OH

H

1

2

CH2OH

O

HO

3

4

3

2

6

H

OH

HO

H

ПОЛИСАХАРИДЫ КРАХМАЛА —

АМИЛОЗА И АМИЛОПЕКТИН

Фрагмент α-амилозы

6 CH OH

6CH OH

6 CH OH

6 CH OH

H

2

O

H

H

2

O H

H

2

O

H

H

2

O H

5

5

5

5

4

α

α 4

α

α

H

H

1

H

H

1

O

OH H 1 O 4 OH H

O

OH H 1 O 4

OH H

O

H3 2OH

H3 2OH

H3 2OH

H3 2OH

Фрагмент амилопектина

Боковая ветвь

6CH2OH

6CH2OH

H

H5

O H

H

O

H

4

α

H5

H1

α

O

OH

H 1

O

4

OH

H3

2OH

H3

2OH

Точка

O

ветвления

6CH2OH

6CH2

6CH2OH

H

O H

H

H5

O H

α

H

H5

O H

4

H5

α

4

α

O

OH H 1 O 4

OH H1

O

OH H 1

O

H

3

2

H

3

2

H

3

2

OH

OH

OH

Основная цепь

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

1)Энергетическая: главными источниками энергии являются глюкоза и гликоген.

2)Структурная: углеводы входят как составная часть в структурнофункциональные 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.

38

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 80100 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 белковпереносчиков 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
	39

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

40