1625912814-86e4cf3c2f3a4758cc82c296d453744e (800503), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл лимоннойкислоты, цикл Кребса)ЦТК – центральный процесс катаболизма, общий путь окисленияуглеводов, жирных кислот и аминокислот.Главная функция ЦТК – окисление ацетогруппы, включающейсяв цикл в форме Ас-СоА, до СО2 и образование NADH. ЦТКпротекает в митохондриальном матриксе.Биоэнергетический баланс цикла Кребса:СН3СО-CoA + 3NAD+ + FAD-Е + GDP + Pі + 2H2O → 2CO2 +3NADH + FADH2-Е + GTP + 3H+ + CoA.В ЦТК в большинстве клеток происходит 2/3 всех реакцийокисления углеродных соединений.
Таким образом, два атома С,включенные в ЦТК, превращаются (но не из ацетильной группыСоА) в две молекулы СО2,. Кроме того, четыре пары электроновпередаются в четырех окислительно-восстановительных реакциях(4), (5), (7) и (9) с образованием молекул NADH и FADH2, которыеучаствуют в цепи переноса электронов.60Далее приведены реакции цикла Кребса.OCOO OH3CCCOO -CoAHOCH2CH2COO-Cцитрат-синтазаCOO -2CH21CCOO -H 2OCH2HCCOO -COO -оксалоацетатCOO-Cаконитазацитратцис-аконитатNADH++HмалатдегидрогеназаNAD+9H 2Oаконитаза3COO -HOCCOO -HCH2CH2CCOO-CHHCOO -HOмалатCOO -изоцитрат8NAD+фумаразаH2OизоцитратдегидрогеназаCOO -4CH+CO2COO-CHCH2COO -CH2фумаратFADH2OсукцинатдегидрогеназаFAD+NADH + Hα-оксоглутаратдегидрогеназныйкомплекс7COO CH2CH2COO -сукцинатCOO -сукцинил-СоАсинтетазаGTP+CoA-SHGDP+ PiOCSCoA-SH+5CH26CoAсукцинил-СоА61COO -оксоглутаратNAD+CH2CNADH +CO2+ H+3.3.
Цепь переноса электронов (ЦПЭ, окислительноефосфорилирование, дыхательная цепь)Окислительное фосфорилирование – последняя стадиякатаболизма, процесс образования АТР, сопряженный странспортом электронов по цепи переноса от NADH (и FADH2) кО2. Энергия электронов уменьшается по мере прохождения их поцепи, а сродство переносчиков к ним увеличивается:IIСукцинат-QредуктазаNADH-QредуктазаNADHQH2-цитохром-средуктазаQЦитохром-соксидазаЦит.сIVIIIIO2Дыхательные ансамбли, или трансмембранные протеолипидныекомплексы переноса электронов, (I, III и IV) составляютнеотъемлемую часть внутренней митохондриальной мембраны.Переносчиками электронов, кроме NADH, флавинов (FMN,FADH2), хинонов (CoQ, CoQH2), являются кофакторы – Fe в гемецитохромов (Cyt) и железосерных белках, Cu в Cyt а3.
В отличие отNADH, FADH2, FMN и СоQ, которые переносят 2 е, эти кофакторыпереносят только 1 е.Убихинон и цитохром с являются мобильными переносчикамиэлектронов, передвигающимися, подобно челнокам, от одногоферментного комплекса к другому и обратно:.OHOH3CH3CCH3OOCH 2H3CCHOCH 2 HCn++H +OHOH3COROOУбихинонH3C++H +H3CCH3CH3O_eCH3ROHУбихинол62_eСхемы переноса электронов в I, II, III и IV комплексах:NADHFMNNAD+FMNH2Восстановленный FeSОкисленный QОкисленный FeSIВосстановленный QNADH-Q-редуктазаE-FADH2FeS (+3)QH2E-FADFeS (+2)QIIСукцинат-Q-редуктазаQH2Cyt b (+3)FeS (+2)Cyt c1 (+3)Cyt c (+2)QCyt b (+2)FeS (+3)Cyt c1 (+2)Cyt c (+3)IIIQH2-цитохром-c-редуктазаCyt c (+2)Cyt a (+3)Cyt a3 (+2)Cu (+2)H2OCyt c (+3)Cyt a (+2)Cyt a3 (+3)Cu (+1)O2IVЦитохром-с-оксидазаКонечная стадия, образование воды – процесс, связанный спереносом 4-х электронов:О2 + 4Н+ + 4е- → 2Н2ОПередача электронов от NADH к О2 – экзергоническая реакция:NADH + 1/2O2 + H+ → H2O + NAD+,∆G0 ═ – 220 кДж / моль (∆G0АТР ═ – 30,5 кДж / моль)63Механизм сопряжения переноса электронов и синтеза АТРобъясняет хемиосмотическая модель П.
Митчелла, в основекоторой лежит постулат, что это сопряжение обеспечиваетсятрансмембранным электрохимическим градиентом протонов(протонный градиент и мембранный потенциал) в каждомферментном комплексе (I, III и IV), который создается в результатеперекачивания протонов из матрикса через внутреннюю(практически непроницаемую) мембрану в межмембранноепространство.
Это перекачивание обеспечивается энергией,выделяющейся при переходе электронов на более низкиеэнергетические уровни.Переход протонов из матрикса в межмембранное пространство(таково векторное направление этого процесса) происходит за счетконформационныхизмененийтрехзапасающихэнергиюкомплексов, поэтому очень важно что они пронизывают насквозьвнутреннюю митохондриальную мембрану и ориентированыасимметрично (см. ниже).МежмембранноепространствоПротоны выталкиваются сквозь этумембрану при переносе электроновпо дыхательной цепиНаружнаямембранаH+Высокое значение [H+]ВнутренняямембранаНизкое значение [H+]Матрикс64Создаваемый электрохимический протонный градиент являетсяисточником энергии для синтеза АТР с помощью еще одноготрансмембранного АТР-синтезирующего комплекса (Н+АТРсинтаза, или АТР-синтетаза, или F0F1-АТРаза), через которыйпротоны возвращаются в матрикс:3H+ADPF1PiH2O3H+65Пространственное строение Н+АТР-синтазного комплекса.АТР-синтаза состоит из двух компонентов: F0 – мембранныйкомпонент и F1 – экстрамембранный компонент.
F0 выполняет рольканала для протонов, а F1 – основная каталитическая единицакомплекса, состоящая из девяти белковых субъединиц (3α, 3β, γ, δ иε). Для работы этого фермента необходим либо градиентконцентрации ионов водорода по обе стороны мембраны, либоразность электрических потенциалов, под действием которойпротоны переносятся через F0F1-комплекс. АТР-синтаза – этообратимый сопряженный комплекс; в норме он преобразуетэнергию потока протонов, направленного в матрикс, в энергиюфосфатных связей АТР. При уменьшении электрохимическогопротонного градиента он способен также использовать энергиюгидролиза АТР для перемещения протонов из матрикса вмежмембранное пространство.Хемиосмотические механизмы свойственны как митохондриям ихлоропластам, так и бактериям, что указывает на исключительнуюих важность для всех клеток.Таким образом, при токе двух электронов через каждый из трехкомплексов (I, III, IV) происходит генерирование протонногоградиента и трансмембранного потенциала, достаточного длясинтеза одной молекулы АТР, т.
е. на один окисленный NADHобразуется три АТР, а на один окисленный FADH2 – только дваАТР.Для расчета полного энергетического баланса окисленияглюкозы необходимо рассмотреть механизмы передачи электроновот образующегося в цитоплазме, например при гликолизе, NADH вмитохондрии.Существует два челночных механизма переноса электронов отцитоплазматического NADH: глицеролфосфатный и малатаспартатный, последний имеет место только в сердце и печени. Таккак в результате переноса электронов по глицеролфосфатномумеханизму на последней стадии получается FADH2, то в данномслучае на один окисленный цитоплазматический NADH образуетсядве, а не три молекулы АТР:66ДигидроксиацетонфосфатNAD+NADHCH2OHCГлицерол-3-фосфатCH2OHHOO2_CH2OPO3CH2_CH2OPO3ЦитозольМитохондрияE-FADH2CH2OHCOCH2OHE-FADHO_2CH2OPO3+H3NCCH2COO2_МалатОксалоацетат_HHCH2OPO3АспартатCOOCCOOТрансаминазаCNADHNAD+OCH2__COOCOOHOCHCH2__COO_ЦитозольМитохондрияCOO+H3NC_HCH2COO_COOТрансаминазаC_OCH2COO67_NADHNAD+COOHOC_HCH2COO_И наконец, рассчитываем образующееся количество АТР приполном окислении глюкозы:Гликолиз2 NADH4 АТР2 АТРПируватдегидрогеназный комплекс(2 пирувата)2 NADH6 АТРЦикл трикарбоновых кислот (2 Ас-СоА)2 GTP2 АТР6 NADH18 АТР2 FADH24 АТР,т.
е., общий выход молекул АТР на одну молекулу глюкозы равен36.Суммарная реакция полного окисления глюкозы:С6Н12О6 + 36ADP + 36Pi +36H+ + 6O2 → 6CO2 +36ATP + 42H2O.3.4. Окисление жирных кислотЖиры запасаются в организме в виде триацилглицеролов –нейтральных жиров, триглицеринов.Первым этапом в расщеплении жиров является гидролизтриацилглицеринов липазами – липолиз.Липолиз триацилглицеролов:OR1 COC H2 OOR2 COCHCH2 OC+ 3 H2OOCтриацилглицеролCH2 OHR1липазаR3HOCH+OR2 CCH 2 OHглицеролO-O-+3 H+OR3 CO-Ф. Кноп открыл механизм окисления жирных кислот: онираспадаются последовательным отщеплением двухуглеродныхфрагментов в виде Ас-СоА путем окисления при β-углеродноматоме.68Образующийся глицерол, превращаясь в две стадии вдигидроксиацетонфосфат, является связующим звеном процессовокисления жирных кислот и окислительных превращений глюкозы,а также глюконеогенеза.H2CHOOHCHH2CATPADPглицеролкиназаOHH2CHOOHCHH2COONADHH+NAD+PO CглицеролфосфатH2CO дегидрогеназаOHOOPOOдиоксиацетонфосфатOL-глицерол-3-фосфатглицеролH2CОкислению жирной кислоты предшествует активация,протекающая на наружной митохондриальной мембране.Активация жирной кислоты:ацил-CoAсинтетазаORCO-+ATP+HS-CoAORCSCoAацил-CoA+ AMP + 2P.IРеакция, катализируемая синтетазой, протекает в два этапа собразованием на первом этапе активированной кислоты –ациладенилата, и пирофосфата (РРi), а на втором этапе происходитгидролиз макроэрга ациладенилата и образование ацил-СоА.
Этотпроцесс является примером повторяющегося мотива биохимии –многие биосинтетические процессы становятся необратимыми врезультате гидролиза неорганического пирофосфата.Таккакокислениежирныхкислотпроисходитвмитохондриальном матриксе, а кислоты с длинной цепью не могутпроходить через внутреннюю мембрану, существует механизмпереноса, переносчиком является карнитин.OCH3HO+R C S CoA + H3C N CH2 C CH2 CCH3Ацил-CoAOHКарнитинCH3H+OCH3OАцилкарнитин C OR69OHS CoA + H3C N CH2 C CH2 COПосле диффузии ацилкарнитина через мембрану ацильнаягруппа переносится на СоА.Процесс одного цикла окисления жирных кислот представляетсобой последовательность реакций окисления, гидратации,окисления и тиолиза.Ниже представлены реакции одного циклаокисления жирных кислот.βCH 2 C H2ROαC H2C~SFADацил-CoA–дегидрогеназаRCH 2CoAацил-СoACFADH 2HOCC~SCoAHтранс-Δ 2 -еноил-СoAеноил-CoA–гидратазаH2 OOH HRCH2 CCHHOC~SCoAL-3- гидроксиацил-СoANAD +L-3- гидроксиацилCoA–дегидрогеназаNADH + H +OORCH2CH 2CC~SCoA3-оксоацил-СoACoA-SHβ-кетотиолазаORCH2CO~SCoAацил-СoA70+C ~ S CoAацетил-СoAH 3CВ каждом цикле реакций ацил-СоА укорачивается на двауглерода и образуется по одной молекуле FADH2, NADH и Ас-СоА.Таким образом, стехиометрия окисления пальмитоил-СоА,протекающего за семь циклов:Пальмитоил-CoA + 7FAD + 7NAD+ + 7CoA + 7H2O →8 Ас-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+Расчет биоэнергетического выхода окисления пальмитата сучетом окисления ацетил-СоА через ЦТК и дыхательную цепь иокисления через последнюю NADH и FADH2, а также с учетомпотребления АТР для активации пальмитата, показал, что чистыйвыход АТР в результате полного окисления пальмитатасоставляет 130 молекул.3.5.
Катаболизм аминокислотАминокислоты в организме образуют пул, величина которого вовзросломсостоянииостаетсянеизменной.Избыточныеаминокислоты как метаболическое топливо являются участникамипроцесса катаболизма, который в основном протекает в печени.α-Аминогруппа при этом отделяется, а остающийся углеродныйскелет превращается в основные промежуточные продукты обменавеществ.Известнодвапутиокислительногодезаминированияаминокислот с образованием NH4+.Первый – это окислительное дезаминирование FAD-зависимыминеспецифическими аминооксидазами:FADR CHCOONH3+FADH2R CCOO -H 2ONHR CCOO - +NH4+OКислород окисляет образующийся FADH2:каталазаFADH2 + О2 → FAD + Н2О2(Н2О2 → Н2О + 1/2О2)71Второму пути предшествует переаминирование: α-аминогруппапереносится на α-оксоглутарат с превращением последнего вглутамат,которыйподвергаетсядалееокислительномудезаминированию:+ONH3O+HCCOCH2C+глутаматаминотрансферазаHOCNH3COR+COCH2OCCORCH2CH2CCOOOOOOα - оксоглутаратα-оксоглутаратглутаматКроме глутамат-аминотрансферазы, в тканях млекопитающихтакжеприсутствуеталанин-аминотрансфераза,котораякатализирует перенос аминогруппы на пируват:+ONH3O+HCCOCH3COC+аланинаминотрансферазаHNH3COR+CCH3пируватOOOCROCOаланинОбразовавшийся Ala может передавать свою аминогруппу наα-оксоглутарат с образованием Glu.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
