Тимин О.А. Лекции по общей биохимии2020 (832729), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.АНАБ ОЛИЗ МАнаболизм – это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из малыхмолекул-предшественников. Поскольку он сопровождаетсяусложнением структуры, то требует затрат энергии. Источником такой энергии является энергия АТФ.Также для биосинтеза некоторых веществ (жирные кислоты, холестерол) требуются богатые энергией атомы водорода – их источником является НАДФН. Молекулы НАДФНобразуются в реакциях окисления глюкозо-6-фосфата ( см"Пентозофосфатный путь окисления глюкозы") и оксалоацетата (см "Биосинтез жирных кислот").
В реакциях анаболизма НАДФН передает свои атомы водорода на синтетические реакции и окисляется до НАДФ. Так формируется НАДФ-НАДФН-цикл.КАТ АБО ЛИЗ МКатаболизм – расщепление и окисление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Оно сопровождается высвобождением энергии, заключенной всложной структуре веществ.
Большая часть высвобожденной энергии рассеивается в видетепла. Меньшая часть этой энергии "перехватывается" коферментами окислительных реакцийНАД и ФАД, некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ.Следует заметить, что атомы водорода, высвобождаемые в реакциях окисления веществ, могут использоваться клеткой только по двум направлениям:1) на анаболические реакции в составе НАДФН.2) на образование АТФ в составе НАДН и ФАДН2 в дыхательной цепи митохондрий (смниже).Весь катаболизм подразделяется на три этапа:I этапПроисходит в кишечнике (переваривание пищи) или в лизосомах при расщеплении ужененужных молекул.
При этом освобождается около 1% энергии, заключенной в молекуле. Онарассеивается в виде тепла.Общие пути биологического окисления82II этапВещества, образованныепри внутриклеточном гидролизеили проникающие в клетку изкрови, обычно превращаются впировинограднуюкислоту,ацетильную группу (в составеацетил-SКоА), и в некоторыедругие мелкие органические молекулы. Локализация второгоэтапа – цитозоль и митохондрии.Часть энергии рассеивается в виде тепла и примерно13% энергии вещества усваивается, т.е.
запасается в виде макроэргических связей АТФ.III этапВсе реакции этого этапаидут в митохондриях. АцетилSКоА включается в реакциицикла трикарбоновых кислоти окисляется до углекислогогаза. Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД и восстанавливают их. После этого НАДН и ФАДН 2 переносят водород в цепь дыхательных ферментов, расположенную на внутренней мембране митохондрий. Здесь в результате процесса под названием "окислительное фосфорилирование"образуется вода и главный продукт биологического окисления – АТФ.Часть выделенной на этом этапе энергии молекулы рассеивается в виде тепла и около46% энергии исходного вещества усваивается, т.е. запасается в связях АТФ и ГТФ.На втором этапе выделяется около 30% энергии, заключенной в молекуле.
Приэтом запасается около 13% от всей энергии вещества (или примерно 43% от выделенной на этом этапе энергии).В третьем этапе выделяется до 70% всей энергии вещества. Из этого количестваусваивается почти две трети (66%), что составляет около 46% от общей.Таким образом, из 100% молекулярной энергии клетка запасает больше половины– 59%. Ни один современный двигатель не имеет такого высокого КПД!biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)83Энергия, высвобождаемая в реакциях катаболизма, запасается в виде связей, называемыхмакроэргическими. Основной и универсальной молекулой, запасающей энергию, являетсяАТФ.Все молекулы АТФ в организме непрерывно участвуют в каких-либо реакциях, постоянно расщепляются до АДФ и вновь регенерируют.
Существует три основных способа использования АТФ, которые вкупе с процессом образования АТФ получили название АТФ-цикл.ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В КЛЕ ТКЕВ клетке существуют четыре основных процесса, обеспечивающих высвобождение энергии из химических связей при окислении веществ и ее запасание:1. Гликолиз (2 этап) – окисление молекулы глюкозы до двух молекул пировинограднойкислоты, при этом образуется 2 молекулы АТФ и НАДН. Далее пировиноградная кислота ваэробных условиях превращается в ацетил-SКоА, в анаэробных условиях – в молочную кислоту.2. -Окисление жирных кислот (2 этап) – окисление жирных кислот до ацетил-SКоА,здесь образуются молекулы НАДН и ФАДН2.
Молекул АТФ "в чистом виде" не образуется.3. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, 3 этап) – окисление ацетильной группы (в составе ацетил-SКоА) или иных кетокислот до углекислого газа. Реакции полного цикла сопровождаются образованием 1 молекулы ГТФ (что эквивалентно одной АТФ), 3 молекул НАДНи 1 молекулы ФАДН2.4. Окислительное фосфорилирование (3 этап) – окисляются НАДН и ФАДН2, полученные в реакциях катаболизма глюкозы и жирных кислот. При этом ферменты внутреннеймембраны митохондрий обеспечивают образование основного количества клеточного АТФ изАДФ (фосфорилирование).Основным способом получения АТФ в клетке является окислительное фосфорилирование.
Однако также есть другой способ фосфорилирования АДФ до АТФ – субстратное фосфорилирование. Этот способ связан с передачей макроэргического фосфата или энергии макроэргической связи какого-либо вещества (субстрата) на АДФ. К таким веществам относятсяметаболиты гликолиза (1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват), циклаОбщие пути биологического окисления84трикарбоновых кислот (сукцинил-SКоА) и креатинфосфат.
Энергия гидролиза их макроэргической 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 анаэробных условиях она восстанавливается до молочной кислоты.В аэробных условиях происходит ее окислительноедекарбоксилирование 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 стороныматрикса.
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 дигидролипоат-ацетилтрансферазой, Е2).biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2020г)85Оставшиеся 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) путем фосфорилирования и дефосфорилирования.Киназа активируется при избытке АТФ и продуктов реакции – НАДН и ацетил-SКоА.При этом она фосфорилирует пируватдегидрогеназу, инактивируя ее.Общие пути биологического окисления86Фосфатаза, 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 какие-либосинтетические процессы.
Как только клетка начинает работать, уровень АТФ и НАДН резкоснижается, киназная реакция останавливается, и в результате дефосфорилирования ферментактивируется – 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 высокая чувствительность 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
