timin_o_a_lektsii_po_obschey_biokhimii (1) (832543), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Этот способ связан с передачей макроэргического фосфата или энергиимакроэргической связи какого-либо вещества (субстрата) на АДФ. К таким веществам относятся метаболиты гликолиза (1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват),biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)83цикла трикарбоновых кислот (сукцинил-SКоА) и креатинфосфат. Энергия гидролиза ихмакроэргической связи выше, чем в АТФ (7,3 ккал/моль), и роль этих веществ сводится к использованию для фосфорилирования АДФ.О К И С Л И Т Е Л Ь Н О Е Д Е К АР Б О К С И Л И Р О В АН И ЕП И Р О В И Н О Г Р АД Н О Й К И С Л О Т ЫПировиноградная кислота (ПВК, пируват) является продуктом окисления глюкозы и некоторыхаминокислот.
Ее судьба различна в зависимости отдоступности кислорода в клетке. В анаэробныхусловиях она восстанавливается до молочной кислоты. В аэробных условиях происходит ее окислительное декарбоксилирование до уксусной кислоты, переносчиком которой служит коэнзим А.Суммарное уравнение реакции отражает декарбоксилирование пирувата, восстановление НАД доНАДН и образование ацетил-SKoA.Превращение состоит из пяти последовательных реакций, осуществляется мультиферментным комплексом, прикрепленным к внутренней митохондриальной мембране со стороны матрикса.
В составе комплекса насчитывают 3 фермента и 5 коферментов:Пируватдегидрогеназа (Е1, ПВК-дегидрогеназа), ее коферментом является тиаминдифосфат, катализирует 1-ю реакцию.Дигидролипоат-ацетилтрансфераза (Е2), ее коферментом является липоевая кислота, катализирует 2-ю и 3-ю реакции.Дигидролипоат-дегидрогеназа (Е3), кофермент – ФАД, катализирует 4-ю и 5-ю реакции.Помимо указанных коферментов, которые прочно связаны с соответствующими ферментами, в работе комплекса принимают участие коэнзим А и НАД.Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируетсяпируватдегидрогеназой, Е1), окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А (катализируется дигидролипоамид-ацетилтрансферазой, Е2).Общие пути биологического окисления84Оставшиеся 2 реакции необходимы для возвращения липоевой кислоты и ФАД в окисленное состояние (катализируются дигидролипоат-дегидрогеназой, Е3). При этом образуетсяНАДН.Р Е Г УЛЯЦИ ЯП И РУВ А ТД ЕГ ИД Р ОГ Е Н АЗ Н ОГО К ОМП ЛЕ КС АВ пируватдегидрогеназном комплексе имеются еще 2 вспомогательных фермента – киназа и фосфатаза, участвующие регуляции активности пируватдегидрогеназы (Е1) путемфосфорилирования и дефосфорилирования.Киназа активируется при избытке АТФ и продуктов реакции – НАДН и ацетил-SКоА.При этом она фосфорилирует пируватдегидрогеназу, инактивируя ее.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2018г)85Фосфатаза, активируясь ионами кальция или инсулином, отщепляет фосфат и активирует пируватдегидрогеназу.Таким образом, в состоянии покоя при достаточном количестве АТФ пируватдегидрогеназа неактивна, окисление глюкозы прекращается, и она может использоваться на какиелибо синтетические процессы.
Как только клетка начинает работать, уровень АТФ и НАДНрезко снижается, киназная реакция останавливается, и в результате дефосфорилированияфермент активируется – начинается окисление глюкозы.В головном мозге доля пирувата, поступающая на ПВК-дегидрогеназу, составляет80-90%, в отличие от печени, где эта доля соответствует 15-20%. В печени ПВК восновном используется для синтеза оксалоацетата. Этим объясняется высокаячувствительность нервной ткани к дефициту тиамина.Ц И К Л Т Р И К АР Б О Н О В Ы Х К И С Л О ТОбразующийся в ПВК-дегидрогеназной реакции ацетил-SКоА далее вступает в циклтрикарбоновых кислот (ЦТК, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса).В первой реакции цикла связываются ацетил и оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота) с образованием цитрата (лимонной кислоты), далее происходит изомеризация лимонной кислоты до изоцитрата и две реакции дегидрирования с выделением СО2 и восстановлением НАД. В пятой реакции образуется ГТФ, это реакция субстратного фосфорилирования.
Последние три реакции представляет собой дегидрирование, гидратацию и новоедегидрирование субстратов.В итоге после восьми реакций цикла вновь образуется оксалоацетат.Функции ЦТК:1. Энергетическая – заключается в синтезе одной молекулы ГТФ (эквивалентна АТФ) и вгенерации атомов водорода для работы дыхательной цепи (см ниже), а именно трех молекул НАДН и одной молекулы ФАДН2;2. Анаболическая – в ЦТК образуетсяo предшественник гема – сукцинил-SКоА,o кетокислоты, способные превращаться в аминокислоты – -кетоглутарат для глутаминовой кислоты, оксалоацетат для аспарагиновой,o лимонная кислота, используемая для синтеза жирных кислот (при определенных условиях),o оксалоацетат, используемый для синтеза глюкозы (при определенных условиях).Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий и включает 8 реакций. Он представляет собой последовательные реакции связывания ацетила и щавелевоуксусной кислоты (оксалоацетата) с образованием лимонной кислоты, ее изомеризации и последующие реакцииокисления с сопутствующим выделением СО2.
После восьми реакций цикла вновь образуется оксалоацетат.Общие пути биологического окисления86Р Е Г УЛЯЦИ Я ЦТК1. Главным и основным регулятором ЦТК является оксалоацетат, а точнее его доступность. Наличие оксалоацетата вовлекает в ЦТК ацетил-SКоА и запускает процесс.Обычно в клетке имеется баланс между образованием ацетил-SКоА (из глюкозы, жирных кислот или аминокислот) и количеством оксалоацетата. Источником оксалоацетата является синтез из пирувата (анаплеротическая или пополняющая реакция), поступление изфруктовых кислот самого ЦТК (яблочной, лимонной), образование из аспарагиновой кислоты.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2018г)87Понимание такого способа регуляции позволяет понять причину синтеза кетоновыхтел и кетоацидоза при декомпенсации сахарного диабета I типа и при голодании. При указанных нарушениях в печени активирован процесс глюконеогенеза, т.е. образования глюкозы из оксалоацетата и других метаболитов, что влечет за собой снижение количества оксалоацетата. Одновременная активация окисления жирных кислот и накопление ацетил-SКоАзапускает резервный путь утилизации ацетильной группы – синтез кетоновых тел. В организме при этом развивается закисление крови (кетоацидоз) с характерной клинической кар-Общие пути биологического окисления88тиной: слабость, головная боль, сонливость, снижение мышечного тонуса, температуры телаи артериального давления.2.
Также некоторые ферменты ЦТК являются чувствительными к аллостерической регуляции метаболитами.ИнгибиторыАктиваторыАТФ, НАДН,ацил-SКоА, цитратЦитратсинтазаИзоцитрат-дегидрогеназаАТФ, НАДН-Кетоглутарат-дегидрогеназаАМФ, АДФСукцинил-SКоА,АТФ, НАДНО К И С Л И Т Е Л Ь Н О Е Ф О С Ф О Р И Л И Р О В АН И ЕОкислительное фосфорилирование – основная часть биологического окисления илитканевого дыхания, т.е. процессов, идущих в организме с участием кислорода.КР АТ К АЯХ АР АКТ ЕР ИСТ ИК АОкислительное фосфорилирование – это многоэтапный процесс, происходящий вовнутренней мембране митохондрий и заключающийся в окислении восстановленных эквивалентов (НАДН и ФАДН2) и сопровождающийся синтезом АТФ.Впервые механизм окислительного фосфорилирования был предложен Питером Митчеллом в 1961г.
Согласно этой гипотезе перенос электронов, происходящий на внутреннеймитохондриальной мембране, вызывает выкачивание ионов Н+ из матрикса митохондрий вмежмембранное пространство. Это создает градиент концентрации ионов Н+ между цитозолем и замкнутым внутримитохондриальным пространством. Ионы водорода в норме способны возвращаться в матрикс митохондрий только одним способом – через специальныйфермент, образующий АТФ – АТФ-синтазу.Внутренняя митохондриальная мембрана содержит ряд мультиферментных комплексов, включающих множество ферментов.
Эти ферменты называют дыхательными ферментами, а последовательность их расположения в мембране – дыхательной цепью.ПРИНЦ ИПР АБ О Т Ы Д Ы Х АТ Е Л Ь НО Й Ц Е П ИВ целом работа дыхательной цепи заключается в следующем:1. Образующиеся в реакциях катаболизма НАДН и ФАДН2 передают атомы водорода (т.е.протоны водорода и электроны) на ферменты дыхательной цепи.2.
Электроны движутся по дыхательной цепи и теряют энергию.3. Эта энергия используется на выкачивание протонов Н + из матрикса в межмембранное пространство.4. В конце дыхательной цепи электроны попадают на кислород и восстанавливают его до воды.5. Протоны Н+ стремятся обратно в матрикс и проходят через АТФ-синтазу.6.
При этом они теряют энергию, которая используется для синтеза АТФ.Тимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)biokhimija.ruФЕРМЕ НТ НЫЕ89КО МПЛЕК С Ы ДЫХ АТ ЕЛЬ НО Й ЦЕП ИВсего цепь переноса электронов включает в себя около 40 разнообразных белков. Всеони организованы в 4 больших мембраносвязанных мульферментных комплекса.IК ОМП ЛЕ К С ,НАДН-K O Q- ОК С И Д ОРЕ Д УК ТА З АI комплекс носит общее название НАДН-дегидрогеназа, содержит ФМН, белковыемолекулы, из них 6 железосерных белков.Функция1. Принимает электроны от НАДН и передает их на коэнзим Q (убихинон).2. Переносит 4 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.Железосерные белки (FeS-белки) – это белки содержащие атомы железа, связанные с атомами серы.
Атомы железа соединены с атомами серы и с серой остатковцистеина, образуя железо-серный центр.IIК ОМП ЛЕ К СII комплекс – как таковой не существует, его выделение условно, он включает в себяФАД-зависимые ферменты, расположенные на внутренней мембране – например, ацилSКоА-дегидрогеназа (окисление жирных кислот), сукцинатдегидрогеназа (цикл трикарбоновых кислот), митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (челночный механизм переноса атомов водорода).Функция1. Восстановление ФАД в окислительно-восстановительных реакциях.2. Обеспечение передачи электронов от ФАДН2 на железосерные белки внутренней мембраны митохондрий. Далее эти электроны попадают на коэнзим Q.Общие пути биологического окисленияIIIК ОМП ЛЕ К С .90К О Q- ЦИ ТОХ Р ОМС–ОК С ИД ОР Е Д УК ТА ЗАIII комплекс – комплекс цитохромов b-c1, кроме цитохромов в нем имеются 2 железосерных белка.Функция1.
Принимает электроны от коэнзима Q и передает их на цитохром с.2. Переносит 2 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.IVК ОМП ЛЕ К С , ЦИ ТОХР ОМ С–К И С ЛОР ОД - ОК С И Д ОР ЕД УК ТА ЗАIV комплекс – цитохромы аа3 или цитохромоксидаза, содержит 2 иона меди.Функция1. Принимает электроны от цитохрома с и передает их на кислород с образованием воды.2.
Переносит 4 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.VК ОМП ЛЕ К СV комплекс – это фермент АТФ-синтаза, состоящий из множества белковых цепей,подразделенных на две большие группы: Одна группа формирует субъединицу Fо (произносится со звуком "о", а не "ноль" т.к олигомицин-чувствительная) – ее функция каналообразующая, по ней выкачанные наружу протоны водорода устремляются в матрикс. Другаягруппа образует субъединицу F1 – ее функция каталитическая, именно она, используя энергию протонов, синтезирует АТФ.Для синтеза 1 молекулы АТФ необходимо прохождение приблизительно 3-х ионов Н+.Р АБОТ АК О М П Л Е К С О В Д Ы Х АТ Е Л Ь НО Й Ц Е П ИНа основании вышеизложенного построена схема окислительного фосфорилирования:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
