- •Міністерсво освіти і науки україни
- •Конспект лекцій
- •Білки та амінокислоти Загальна характеристика білків.
- •Амінокислоти.
- •Нуклеїнові кислоти
- •Властивості і будова днк
- •Структури днк.
- •Будова і функції рнк
- •Структура рнк.
- •Типи рнк.
- •Нуклеозиди і нуклеотиди
- •Назви нуклеозидів та нуклеотидів
- •Вуглеводи
- •Біологічна роль вуглеводів:
- •Моносахариди.
- •Метилглікозид
- •Окремі представники моносахаридів:
- •Олігосахариди
- •Полісахариди.
- •Амілоза
- •Амілопектин
- •Вторинні речовини рослинного походження
- •Органічні кислоти
- •Дубильні речовини
- •Ефірні масла та смоли.
- •Терпени.
- •Циклічні ефірні масла.
- •Каучук і гумма – політерпени.
- •Ростові речовини та антибіотики.
- •Нейтральні жири
- •Стериди
- •Фосфоліпіди
- •Запитання і вправи для самоконтролю:
- •Класифікація і номенклатура вітамінів
- •Жиророзчинні вітаміни
- •Водорозчинні вітаміни
- •Ферменти
- •Прості ферменти
- •Складні ферменти
- •Активний центр ферментів
- •Механізм дії ферментів
- •Властивості ферментів
- •Кінетика ферментативних реакцій
- •Номенклатура і класифікація ферментів
- •Характеристика окремих класів ферментів
- •1. Окисдоредуктази
- •2. Трансферази
- •3. Гідролази
- •Піровиноградна кислота Оцтовий альдегід
- •Аспарагінова кислота Фумарова кислота
- •5. Ізомерази
- •6. Лігази (синтетази)
- •Локалізація ферментів у клітині
- •Використання ферментів
- •Запитання і вправи для самоконтролю:
- •Обмін речовин Анаеробний розклад вуглеводів.
- •Г o ch2oh oh oh ho oh o ho oh глюкоза глюкозо-6-фосфат адф I II ліколіз
- •Бродіння
- •Спиртове бродіння
- •Аеробне окислення вуглеводів.
- •Ацетил - КоА
- •Щавелево-оцтова кислота
- •Теорія біологічного окислювання
- •Розпад ліпідів
- •Окиснення гліцерину
- •Окиснення насичених жирних кислот
- •Енергетика -окиснення жирних кислот
- •Біосинтез ліпідів Біосинтез гліцерину
- •Біосинтез жирних кислот
- •Біосинтез тригліцеридів
- •Основні перетворення ліпідів у харчовій промисловості
- •Запитання і вправи для самоконтролю:
- •Катаболізм амінокислот.
- •Орнітиновий цикл синтезу сечовини:
- •Біосинтез білку.
Аеробне окислення вуглеводів.
Анаеробне та аеробне перетворення вуглеводів тісно пов’язані між собою. Це виявляється у тому, що обидва процеси проходять однаково до стадії утворення ПВК; в них беруть участь одні і ті самі ферменти та утворюються однакові проміжні продукти. Відмінності між цими перетвореннями вуглеводів починаються з перетворення ПВК. В аеробних умовах піруват окисляється до вуглекислого газу та води в аеробній стадій катаболізму, яка називається диханням.Спершу піруват окисляється до ацетил-КоА та вуглекислого газу. Це відбувається під впливом ферментів, об’єднаних структурно в піруватдегідрогеназний комплекс. Це мультиферментна система, що знаходиться в еукаріотичних клітинах в мітохондріях, в прокаріотичних - в цитоплазмі.
СН3–СО–СООН + НАД + КоА–SН СН3СО~S–КоА + НАДН2 + СО2
Ця реакція проходить в декілька стадій. В ході її відбувається окислювальне декарбоксилювання пірувату, в результаті якого карбоксильна група пірувату видаляється у вигляді молекули вуглекислого газу, а його ацетильна група включається до складу ацетил-СоА. Утворений НАДН2 передає водень в дихальний ланцюг. Утворений ацетил-СоА вступає в цикл лимонної кислоти (цикл трикарбонових кислот, цикл Кребса), який, на відміну від гліколізу, що включає лінійну послідовність ферментативних реакцій, працює в циклічному режимі.
Реакції цикл Кребсу відбуваються у мітохондріях. Цикл трикарбонових кислот був відкритий англійським біохіміком Гансом Кребсом. За це видатне відкриття Кребс отримав Нобелівську премію в 1953 р. разом з Ф. Ліпманом. Цикл Кребсу є центром, в якому сходяться практично всі метаболітичні шляхи, це кінцевий шлях окислення вуглеводів, жирних кислот, амінокислот. Реакція, що каталізується цитрат-синтазою, представляє собою конденсацію ацетил-КоА та ЩОК, утворюється лимонна кислота, відбувається розщеплення тіоефірного зв’язку та вивільнення коферменту А. Звільнений SH-КоА може тепер брати участь у окислювальному декарбоксилюванні нової молекули пірувату з утворенням нової молекул и ацетил-КоА.
Схема циклу Кребса
Фермент аконітаза каталізує оборотне перетворення лимонної кислоти в ізолимонну. Як проміжний продукт (в нормі він не відділяється від активного центру ферменту) утворюється трикарбонова цисаконітова кислота. В клітині ця реакція протікає зліва направо, оскільки продукт реакції (ізолимонна кислота) швидко захоплюється в наступні стадії циклу. Аконітаза містить залізо та кислотолабільні атоми сірки, згруповані в залізо-сірчистий центр. На наступній стадії циклу ізолимонна кислота дегідрується з утворенням -кетоглутарової кислоти та вуглекислого газу під дією ізоцитратдегідрогенази. Існує два типи ізоцитратдегідрогенази: одна використовує як акцептор електронів НАД, а інша - НАДФ. Перший тип ферменту зустрічається лише в мітохондріях, другий в мітохондріях та в цитозолі. В циклі Кребса беруть участь обидва типи ферменту, але переважає НАД-залежна ізоцитратдегідрогеназа. Для її дії необхідні іони магнію або марганцю, а також специфічний активатор АДФ. Потім відбувається окислювальне декарбоксилювання -кетоглутарової кислоти з утворенням високоенергетичної сполуки сукциніл-КоА та СО2, що каталізується -кетоглутаратдегідрогеназним комплексом. Наступна реакція каталізується ферментом сукциніл-КоА-синтетазою. В ході цієї реакції сукциніл-КоА за участі ГДФ та неорганічного фосфату перетворюється в янтарну кислоту (сукцинат). Одночасно відбувається утворення високоергічного зв’язку ГТФ за рахунок високоергічного тіоефірного зв’язку сукциніл-КоА. Утворення ГТФ в даному випадку називається фосфорилювання на рівні субстрату, тому що джерелом необхідної енергії є окислення одного з органічних субстратів. ГТФ може потім передавати свою кінцеву фосфатну групу на АДФ з утворенням АТФ, ця оборотна реакція каталізується нуклеозид-дифосфат-кіназою. Потім янтарна кислота дегідрується з утворенням фумарової кислоти, що каталізується сукцинатдегідрогеназою, в молекулі якої з білком міцно (ковалентно) зв’язаний кофермент ФАД. Сам фермент міцно зв’язаний з внутрішньою мітохондріальною мембраною. Оборотна гідратація фумарату, внаслідок чого утворюється яблучна кислота (L-малат), каталізується фумарат-гідратазою (або ще відомий як фумараза). Фумараза високоспецифічна: вона гідратує лише транс-форму подвійного зв’язку фумарату і не діє на його цис-форму, а також ні на цис-, ні на транс-форму монокарбонових ненасичених кислот. В оборотній реакції фумараза проявляє специфічність у відношенні оптичних ізомерів; вона не здатна каталізувати дегідратацію D-малату. Кофермент для фумарази не потрібен. На останній стадій циклу лимонної кислоти НАД-залежна L-малатдегідрогеназа, що міститься в матриксі мітохондрій, каталізує дегідрування L-малату з утворенням ЩОК (оксалоацетату). Рівновага цієї реакції при стандартних умовах (тобто при концентраціях всіх компонентів 1 М та рН 7) сильно здвинута вліво. Але в клітині реакція іде зліва направо, тому що продукт реакції (оксалоацетат) швидко видаляється (витрачається в цитрат-синтазній реакції) і його реальна концентрація в клітині залишається весь час надзвичайно низькою. За один оборот циклу, що складається з восьми ферментативних реакцій, відбувається повне окислення (“згоряння”) однієї молекули ацетил-КоА. Для безперервної роботи циклу необхідне постійне поступання в систему ацетил-КоА, а коферменти (НАД і ФАД), що перейшли у відновлений стан, повинні знову окислятись. Окислення НАД.Н2 і ФАД.Н2 здійснюється в дихальному ланцюзі. Енергетика процесу: утворилося 4НАДН2 (з них 1НАДФН2), одній молекулі НАДН2 відповідає три молекули АТФ; 43=12молекул АТФ, 1ДАДН2=2 молекули АТФ, 1 молекула АТФ. Отже: 15 молекул АТФ2 (бо 2 молекули ПВК)=30молекул АТФ.
Енергетичний ефект повного розщеплення глюкози:
глюкоза
Ацетил-КоА
2
АТФ
2
НАДН2
2
НАДН2
СО2
6
НАДН2
2
ФАДН2
2
АТФ
Дихальний
ланцюг
34 АТФ
38 АТФ
піровиноградна кислота
Пентозний цикл (пентозофосфатний або гексозомонофосфатний шунт). Цей цикл забезпечує організм пентозами, які необхідні для синтезу нуклеїнових кислот тощо. У ссавців активність пентозного циклу відносно висока у печінці, серці, надниркових залозах, ембріональній тканині. Пентозний шлях активно реалізується в еритроцитах людини. Існує група спадкових хвороб людини, при яких активність деяких ферментів цього шляху знижена або взагалі відсутня. У таких хворих спостерігається гемоліз – руйнування еритроцитів з виділенням з них гемоглобіну, що веде до розвитку анемії. Стан різко погіршується під впливом деяких ліків (протималярійних препаратів). В Африці та Азії від цих хвороб страждають мільйони людей. Гексоза, перетворюючись в монофосфат, зразу окислюється в глюконову кислоту. Потім через ряд проміжних стадій утворюються фруктозомонофосфат та фосфогліцериновий альдегід. У подальшому ці продукти піддаються тим же перетворенням, що і при гліколітичному розпаді:
глюкоза
Еритрозо-4-фосфат
Діоксіацетон
Фруктозо-6-фосфат
АДФ
АТФ
Глюкозо-6-фосфат
НАДФН2
НАДФ
6-Фосфоглюконолактон
6-фосфоглюконова
кислота
Н2О
НАДФН2
НАДФ
СО2
Рибулозо-5-фосфат
на
синтез нуклеотидів
Ксилулозо-5-фосфат
Рибозо-5-фосфат
Фруктозо-6-фосфат
Седогептулозо-7-фосфат
3-Фосфогліцериновий
альдегід
на
окислення у гліколіз
Фруктозо-1,6-дифосфат
Основне призначення пентозофосфатного циклу:
регенерувати у цитоплазмі відновлювач у формі НАДФН2, що використовується при синтезі жирних кислот і стероїдів;
в ньому синтезуються пентози, особливо D-рибоза, яка необхідна для синтезу нуклеїнових кислот;
участь в утворенні глюкози з СО2 в темновій фазі фотосинтезу.
Важливе значення ферментів пентозофосфатного циклу полягає в тому, що вони разом з ферментами гліколізу створюють умови для взаємоперетворень 3-х, 4-х, 5-ти, 6-ти і 7-вуглецевих сахарів шляхом оборотного перенесення дво- або тривуглецевих фрагментів (глікоальдегідних або діоксіацетонових груп).
Отже, глюкозофосфатний шлях (пентозофосфатного циклу) є місцем перехрещення метаболічних шляхів, де утворюється значна кількість різних продуктів обміну речовин.
Ферментами фосфоглюконатного шляху може здійснюватися повне окислення глюкозо-6-фосфату до СО2 за таким рівнянням:
Глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ 6 СО2 + 12НАДФН2 + Рн
Гліоксилатний цикл. У тварин він відсутній. Поширений у проростаючому насінні олійних культур. Таким шляхом із ацетильних груп, джерелом яких є жирні кислоти запасних триацилгліцеридів, утворюється глюкоза.Цей цикл є модифікацією циклу лимонної кислоти. Суть його полягає в тому, що ізолимонна кислота під впливом ізоцитрат-ліази розкладається на янтарну та гліоксилеву кислоти. Остання, взаємодіючи з ацетил-КоА під впливом малат-синтази, утворює яблучну кислоту. Яблучна кислота піддається подальшому окисленню, як у циклі Кребса. Жирним виділені реакції, які відрізняють цей цикл від цикла Кребса: