Головна

Цикл Кребса. Основні стадії. Ферменти і коферменти. Інгібітори і регулятори

  1. C) Основні хімічні і фізичні перетворення
  2. I. Основні положення
  3. I. Основні положення
  4. I.3. Основні захворювання органів травлення, ендокринної системи. Глистові захворювання у дітей дошкільного віку.
  5. I. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ
  6. II. Основні принципи ДЕРЖАВНОГО РЕГУЛЮВАННЯ.
  7. III. Основні етапи виконання курсової роботи
 Метаболізм (обмін речовин) - сукупність хімічних реакцій, що протікають в живій клітині. Ці реакції протікають в певній послідовності і тісно пов'язані між собою. Головні функції метаболізму в клітині: а) запасання енергії, яка видобувається шляхом розщеплення харчових речовин, що надходять в організм, або шляхом перетворення енергії сонячного світла; б) перетворення молекул харчових речовин в будівельні блоки; в) складання білків, нуклеїнових кислот, ліпідів, полісахаридів і інших клітинних компонентів з цих будівельних блоків; г) синтез і руйнування тих біомолекул, які необхідні для виконання специфічних функцій даної клеткі.13.1.2. Метаболізм включає безліч метаболічних шляхів. Метаболічний шлях - певна послідовність ферментативних реакцій в клітині. Проміжні продукти реакцій метаболічного шляху називаються метаболітами. На кожній стадії метаболічного шляху відбувається невелике хімічне зміна метаболітів. В результаті цих перетворень вихідна молекула перетворюється в кінцевий продукт метаболічного путі.13.1.3. Більшість метаболічних шляхів є лінійними (рисунок 13.1, а), але зустрічаються і циклічні метаболічні шляхи (рисунок 13.1, б). Зазвичай метаболічні шляхи мають розгалуження, в яких одні речовини виходять з ланцюга реакцій даного шляху, а інші, навпаки, включаються в нього (рисунок 13.1, в). \ Попередник А перетворюється в продукт F в результаті п'яти послідовних реакцій. Продукт однієї ферментативної реакції служить при цьому субстратом наступної. б. Циклічний шлях (схема). Кінцевим продуктом такого шляху є один з субстратів першої ферментативної реакції. Таким шляхом відбувається окислення ацетильной групи до СО2 і Н2О в циклі Кребса. В. розгалужена метаболічний шлях (схема). Метаболіт D виходить з ланцюга реакцій даного шляху, перетворюючись в метаболіт G, а речовина К, навпаки, включається в него.Обратіте увагу, що головні метаболічні шляхи нечисленні і однакові у більшості живих організмів. Саме ці шляхи представляють для нас найбільший інтерес. Розгляду їх будуть присвячені розділи 13.3. і 13.4 цієї теми.13.1.4. Дві сторони (фази) метаболізму. Метаболізм складається з двох протилежних сторін: катаболізму і анаболізма.Катаболізм - Це фаза, в якій відбувається послідовне розщеплення складних молекул до більш простих, таких, як СО2, вода і аміак. Процеси катаболізму супроводжуються виділенням енергії. Ця енергія частково акумулюється в формі макроергічної з'єднання - аденозинтрифосфату (АТФ) .Анаболізм - Це фаза метаболізму, в якій відбувається утворення (біосинтез) складних молекул (білків, ліпідів, полісахаридів) з простих попередників. Процеси біосинтезу протікають з витратою енергії. Джерелом цієї енергії служить розпад АТФ до АДФ і неорганічного фосфата.Метаболіческіе шляху, що виконують як катаболическую, так і анаболическую функцію, називають амфіболіческімі.13.1.5. Катаболічних і анаболічні фази метаболізму тісно пов'язані між собою (малюнок 13.2): а) Енергія, що виділяється в реакціях катаболізму, і акумульована в формі молекул АТФ, споживається в анаболічних процессах.б) У реакціях катаболізму утворюються прості метаболіти, які можуть використовуватися в реакціях біосинтезу (анаболізму).  Малюнок 13.2. Взаємозв'язок шляхів катаболізму і анаболізму
   Стадії катаболізму поживних речовин.
   
 13.2.1. Як вже було сказано (розділ 13.1), катаболізм - сукупність хімічних реакцій перетворення високомолекулярних сполук в низькомолекулярні. Це складний ферментативний процес, в якому прийнято виділяти три основні стадії (рисунок 13.3). Для кожної стадії запам'ятайте, які речовини вступають і утворюються, локалізацію в організмі і енергетичну значущість. Малюнок 13.3. Три стадії катаболізму поживних речовин (позначені римськими цифрами) .13.2.2. На першій стадії великі біомолекули розщеплюються на складові їх будівельні блоки: полісахариди перетворюються на пентози і гексози, жири - в жирні кислоти, гліцерин та інші компоненти, білки - в амінокислоти. Це відбувається в шлунково-кишковому тракті, а також в лізосомах клітини. Реакції каталізують ферменти, що відносяться до класу гідролаз. Відносна енерговіддача становить менше 1% всієї вивільняється енергіі.На другій стадії будівельні блоки перетворюються в більш прості молекули. Моносахариди, гліцерин і більшість амінокислот розщеплюються до одного і того ж трьохвуглецеві метаболіти - пірувату. Це відбувається в цитоплазмі клітин. Надалі піруват, а також жирні кислоти і деякі амінокислоти окислюються до ацетильную залишку, пов'язаного з коензимом А (ацетил-КоА). Ці реакції протікають вже в мітохондріях клітини. Піруват і ацетил-КоА, що знаходяться на перетині кількох метаболічних шляхів, можна віднести кключевим або вузловим метаболитам. Відносна енерговіддача другій стадії катаболізму близько 20%; виділяється енергія може бути частково акумульована у вигляді АТФ.Натретьей стадііпроісходіт окислення ацетильной групи в циклі трикарбонових кислот Кребса до СО2 і відновлених форм коферментів НАД і ФАД. Ці коферменти окислюються в дихальної ланцюга до Н2О; виділяється енергія акумулюється в АТФ. Всі ці реакції протікають в мітохондріях. Відносна енерговіддача третьої стадії - близько 80% .13.2.3. Розрізняють загальний і специфічні шляхи катаболізму. До специфічних шляхах катаболізму речовин того чи іншого класу відносять головним чином реакції першої і другої стадії катаболізму, які для кожного класу можуть істотно відрізнятися. Третя стадія, однакова для всіх класів поживних речовин, називається загальним шляхом катаболізму.

 

 розділ 13.3  Окислювальне декарбоксилювання пірувату.
   
 13.3.1. Заключною реакцією другій стадії катаболізму поживних речовин є окислювальне декарбоксилювання пірувата.Піруват піддається окислювальному декарбоксилюванню до ацетил-коензиму А (ацетил-КоА) в мітохондріях клітин за участю піруватдегідрогеназного комплексу. Піруватдегідрогеназний комплекс - мультіфермент, До складу якого входить 3 ферменту: 1) піруватдекарбоксилази (коферментом служить похідне вітаміну В1 - тіаміндифосфат, ТДФ, формулу його см. В темі «Коферменти»); 2) трансацілаза (кофермент - ліпоєва кислота, ЛК, див. Малюнок 13.4); Малюнок 13.4. Ліпоєва кислота (вітаміноподібні речовини) .3) дігідроліпоілдегідрогеназа (як кофермент використовується похідне вітаміну В2 - флавінаденіндінуклеотід, ФАД, формулу його см. В темі «Коферменти»). У реакції беруть участь також два коферменту: коензим А (НSКоА, похідне вітаміну В3) і никотинамидадениндинуклеотид (НАД, похідне вітаміну РР), пов'язані за допомогою нековалентних зв'язків відповідно з трансацілазой і дігідроліпоілдегідрогеназой.13.3.2. Сумарне рівняння реакції, що каталізує піруватдегідрогеназного комплексом: Схема роботи цього мультиферментного комплексу представлена ??на малюнку 13.5. Малюнок 13.5. Окислювальне декарбоксилювання пірувату (схема) .Ацетіл-КоА потім піддається окисленню в циклі Кребса, а НАДН служить донором водню для дихального ланцюга. процес є аеробних, Т. К. кінцевий акцептор водню НАДН - кисень. Швидкість реакції знижується при накопиченні в клітці ацетил-КоА, НАДН і АТФ, збільшується - при зростанні концентрації АДФ. Регуляторним ферментом комплексу є піруватдекарбоксілаза.Аналогічно відбувається окисне декарбоксилювання ?-кетоглутарата - одного з метаболітів циклу Кребса. Реакцію каталізує ?-кетоглутаратдегідрогеназного комплекс, подібний до піруватдегідрогеназного комплексом (див. Розділ 13.4, рис. 13.7, реакція 5) .Цікл трикарбонових кислот Кребса
 13.4.1. Реакції циклу Кребса відносяться до третьої стадії катаболізму поживних речовин і відбуваються в мітохондріях клітини. Ці реакції відносяться до загального шляху катаболізму і характерні для розпаду всіх класів поживних речовин (білків, ліпідів і вуглеводів) Головними функцією циклу є окислення ацетильную залишку з утворенням чотирьох молекул відновлених коферментів (трьох молекул НАДН і однієї молекули ФАДН2), а також утворення молекули ГТФ шляхом фосфорилювання. Атоми вуглецю ацетильную залишку виділяються у вигляді двох молекул СО2.13.4.2. Цикл Кребса включає 8 послідовних стадій, звертаючи особливу увагу на реакції дегідрування субстратів: Малюнок 13.6. Реакції циклу Кребса, включаючи освіту ?-кетоглутаратаа) конденсація ацетил-КоА з оксалоацетата, в результаті якої утворюється цитрат (ріс.13.6, реакція 1); тому цикл Кребса називають також цитратним циклом. У цій реакції метильний вуглець ацетильной групи взаємодіє з кетогруппу оксалоацетата; одночасно відбувається розщеплення тіоефірной зв'язку. В реакції звільняється КоА-SH, який може взяти участь в окислювальному декарбоксилюванні наступної молекули пірувату. реакцію каталізує цітратсінтаза, Це - регуляторний фермент, він відзначено зниження високими концентраціями НАДН, сукцинил-КоА, цітрата.б) перетворення цитрату в ізоцитрат через проміжне утворення цис-аконітата. Утворений в першій реакції циклу цитрат містить третинну гідроксильну групу і не здатний окислюватися в умовах клітини. Під дією ферменту аконітаза йде відщеплення молекули води (дегідратація), а потім її приєднання (гідратація), але іншим способом (ріс.13.6, реакції 2-3). В результаті даних перетворень гідроксильна група переміщається в положення, що сприяє її подальшого окісленію.в) дегидрирование ізоцитрату з подальшим виділенням молекули СО2 (декарбоксилюванням) і утворенням ?-кетоглутарата (рис. 13.6, реакція 4). Це - перша окислювально-відновна реакція в циклі Кребса, в результаті якої утворюється НАДН. ізоцитратдегідрогеназа, Що каталізує реакцію, - регуляторний фермент, активується АДФ. Надлишок НАДН пригнічує фермент. Малюнок 13.7. Реакції циклу Кребса, починаючи з ?-кетоглутарата.г) окислювальне декарбоксилювання ?-кетоглутарата, каталізується Мультиферментний комплексом (рис. 13.7, реакція 5), супроводжується виділенням СО2 й утворенням другої молекули НАДН. Ця реакція аналогічна піруватдегідрогеназного реакції. Інгібітором служить продукт реакції - сукцинил-КоА.д) субстратне фосфорилювання на рівні сукцинил-КоА, в ході якого енергія, що звільняється при гідролізі тіоефірной зв'язку, запасається у формі молекули ГТФ. На відміну від окисного фосфорилювання, цей процес протікає без утворення електрохімічного потенціалу мітохондріальної мембрани (рис. 13.7, реакція 6) .е) дегидрирование сукцината з утворенням фумарату і молекули ФАДН2 (рис. 13.7, реакція 7). Фермент сукцинатдегідрогеназа міцно пов'язаний з внутрішньою мембраною мітохондріі.ж) гідратація фумарата, в результаті чого в молекулі продукту реакції з'являється легко окислюється гідроксильна група (рис. 13.7, реакція 8) .З) дегидрирование малата, що приводить до утворення оксалоацетата і третьої молекули НАДН (рис .13.7, реакція 9). Утворений в реакції оксалоацетат може знову використовуватися в реакції конденсації з черговою молекулою ацетил-КоА (рис. 13.6, реакція 1). Тому даний процес носить циклічний характер.13.4.3. Таким чином, в результаті описаних реакцій піддається повному окисленню ацетильную залишок СН3-СО. Кількість молекул ацетил-КоА, що перетворюються в мітохондріях в одиницю часу, залежить від концентрації оксалоацетата. Основні шляхи збільшення концентрації оксалоацетата в мітохондріях (відповідні реакції будуть розглянуті пізніше): а) карбоксилирование пірувату - приєднання до пирувату молекули СО2 з витратою енергії АТФ; б) дезамінування або трансамінування аспартату - відщеплення аміногрупи з утворенням на її місці кетогруппи.13.4.4. Деякі метаболіти циклу Кребса можуть використовуватися для синтезу структурних блоків для побудови складних молекул. Так, оксалоацетат може перетворюватися в амінокислоту аспартат, а ?-кетоглутарат - в амінокислоту глутамат. Сукцініл-КоА бере участь у синтезі гема - простетичної групи гемоглобіну. Таким чином, реакції циклу Кребса можуть брати участь як в процесах катаболізму, так і анаболізму, тобто цикл Кребса виконує амфіболіческую функцію (див. 13.1).


Глюконеогенез. Стадії. Регуляція глюконеогенезу. | Дихальна ланцюг Цитохроми. Убіхінон. Железосерние білки. цитохромоксидази

L- і D-амінокислоти. Замінні і незамінні амінокислоти. Протеїногенні амінокислоти. Структурна організація білків. Формування тривимірної структури білка в клітині. | Білки | Біосинтез білка, етапи. Посттрансляційна процесинг білка, значення в біосинтезі білків. Регуляція біосинтезу білків. Інгібітори біосинтезу білків і нуклеїнових кислот | Гниття білків і амінокислот (триптофану, тирозину, лізину, орнітину) в кишечнику. Знешкодження продуктів гниття білків в організмі. | Номенклатура і класифікація ферментів. Сучасні уявлення про механізм ферментативного каталізу. Активатори і інгібітори ферментів. | Холестерол і жовчні кислоти, уявлення про емульгування жирів. Структура і класифікація фосфоліпідів. | Окислення жирних кислот. Окислення ненасичених жирних кислот | Розрахунок енергетичного балансу ?-окислення | Гліколіз. Бродіння. Основні функції. Ферменти і коферменти. Регуляція. | Пентозофосфатний шлях окислення глюкози. Ферменти. Реакції. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати