Тимин О.А. Лекции по общей биохимии2020 (832729), страница 38
Текст из файла (страница 38)
ПроисходитСтроение и обмен углеводов202накопление гликогена в лизосомах и в цитоплазме. Заболевание является наиболее злокачественным. Больные умирают в грудном возрасте из-за кардиомегалии и тяжелой сердечнойнедостаточности.А Г ЛИ К ОГЕ Н ОЗ ЫАгликогенозы – состояния, связанные с отсутствием гликогена.В качестве примера агликогеноза можно привести наследственный аутосомно-рецессивный дефицит гликоген-синтазы. Симптомами является резкая гипогликемия натощак, особенно утром, появляется рвота, судороги, потеря сознания. В результате гипогликемии наблюдается задержка психомоторного развития, умственная отсталость.
Болезнь несмертельна приадекватном лечении (частое кормление), хотя и опасна.ОКИСЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫОкисление глюкозы в клетках происходит по двум направлениям:1. Окисление с образованием пентоз: рибозы, рибулозы, ксилулозы. Этот путь называется пентозофосфатный шунт и не связан с получением энергии2. Окисление с образованием пировиноградной кислоты (пирувата) и получением энергии.Второй путь, по которому глюкоза окисляется до пировиноградной кислоты, называетсягликолизом. В зависимости от дальнейшей судьбы пирувата различают аэробное и анаэробное окисление глюкозы. Целью аэробного и анаэробного путей окисления глюкозы являетсяполучение АТФ.В аэробном процессе пировиноградная кислота превращается в ацетил-SКоА и далеесгорает в реакциях тканевого дыхания до СО2 и Н2О.Вместе с этим, существенное значение также имеетспособность пирувата карбоксилироваться в оксалоацетат (см "Регуляция ЦТК"), особенно эта реакцияактивна в печени.
Наличие избытка оксалоацетата"подталкивает" реакции ЦТК, ускоряет связываниеацетильной группы, ее окисление и синтез АТФ.В анаэробном процессе пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты (лактата), поэтому в микробиологии анаэробный гликолиз называют молочнокислым брожением. Лактатявляется метаболическим тупиком и далее ни во чтоне превращается, единственная возможность утилизовать лактат – это окислить его обратно в пируват.Многие клетки организма способны к анаэробному окислению глюкозы. Для эритроцитов он является единственным источником энергии.
Клеткискелетной мускулатуры за счет бескислородногорасщепления глюкозы выполняют мощную, быструю, интенсивную с предельным напряжением, работу (до 60 секунд), как, например, бег на короткие дистанции, напряжение в силовыхвидах спорта. Также анаэробное окисление глюкозы усиливается при нарушении работы митохондрий (митохондриальные болезни, гиповитаминозы В1, В2, В3, В5), во время гипоксии клеток при различных анемиях, при нарушении кровообращения в тканях и при заболеваниях бронхолегочной системы.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)203ГЛИКО ЛИЗАнаэробное превращение глюкозы локализуется в цитозоле и включает 2 этапа из 11ферментативных реакций (см стр.226).Суммарное уравнение анаэробного гликолиза имеет вид:Глюкоза + 2 АДФ + 2 Фн 2 Лактат + 2 АТФ + 2 H2OПервый этап гликолизаПервый этап гликолиза (греч.
glykos — сладкий и греч. lysis — растворение) – подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ, активация глюкозы и образование из неетриозофосфатов.Первая реакция гликолиза сводится к превращению глюкозы в реакционноспособноесоединение за счет фосфорилирования 6-го, не включенного в кольцо, атома углерода. Этареакция является первой в любом превращении глюкозы, катализируется гексокиназой.Вторая реакция необходима для выведения еще одного атома углерода из кольца дляего последующего фосфорилирования (фермент изомераза).
В результате образуется фруктозо-6-фосфат.Третья реакция – фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует фруктозо-6-фосфат собразованием почти симметричной молекулы фруктозо-1,6-дифосфата.В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается пополам альдолазой с образованием двух фосфорилированных триоз-изомеров – альдозы глицеральдегида (ГАФ) и кетозы диоксиацетона (ДАФ).Пятая реакция подготовительного этапа – переход глицеральдегидфосфата и диоксиацетонфосфата друг в друга при участии триозофосфатизомеразы. Равновесие реакции сдвинуто в пользу диоксиацетонфосфата, его доля составляет 97%, доля глицеральдегидфосфата –3%. Эта реакция, при всей ее простоте, определяет дальнейшую судьбу глюкозы:o при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы диоксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат, который далее окисляется на втором этапе гликолиза,o при достаточном количестве АТФ, наоборот, глицеральдегидфосфат изомеризуется в диоксиацетонфосфат, и последний отправляется на синтез жиров (см "Синтез триацилглицеролов").Второй этап гликолизаВторой этап гликолиза – это освобождение энергии, содержащейся в глицеральдегидфосфате, и запасание ее в форме АТФ.Шестая реакция гликолиза (фермент глицеральдегидфосфат-дегидрогеназа) – окисление глицеральдегидфосфата и присоединение к нему фосфорной кислоты приводит к образованию макроэргического соединения 1,3-дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.В седьмой реакции (фермент фосфоглицераткиназа) энергия фосфоэфирной связи, заключенная в 1,3-дифосфоглицерате тратится на образование АТФ.
Реакция получила дополнительное название – реакция субстратного фосфорилирования, что уточняет источникэнергии для получения макроэргической связи в АТФ (субстрат) в отличие от окислительногофосфорилирования (электрохимический градиент ионов водорода на мембране митохондрий).Восьмая реакция – синтезированный в предыдущей реакции 3-фосфоглицерат под влиянием фосфоглицератмутазы изомеризуется в 2-фосфоглицерат.Девятая реакция – фермент енолаза отрывает молекулу воды от 2-фосфо–глицериновой кислоты и приводит к образованию макроэргической фосфоэфирной связи в составе фосфоенолпирувата.Десятая реакция гликолиза – еще одна реакция субстратного фосфорилирования -заключается в переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с фосфоенолпирувата наАДФ и образовании пировиноградной кислоты.Строение и обмен углеводов204biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2020г)205Последняя реакция бескислородного окисления глюкозы, одиннадцатая – образованиемолочной кислоты из пирувата под действием лактатдегидрогеназы. Важно то, что эта реакция осуществляется только в анаэробных условиях. Эта реакция необходима клетке, так какНАДН, образующийся в 6-й реакции, в отсутствие кислорода не может окисляться в митохондриях.
У плода и детей первых месяцев жизни преобладает анаэробный распад глюкозы, всвязи с чем уровень лактата у них выше по сравнению со взрослыми.При наличии кислорода пировиноградная кислота переходит в митохондрию и превращается в ацетил-SКоА.ГЛИКО ЛИТ ИЧЕ СК АЯОКСИДОРЕДУКЦИЯВ анаэробных условиях образуемый в шестой, ГАФ-дегидрогеназной реакции, НАДНиспользуется в одиннадцатой реакции для восстановления пирувата до лактата.
Образуемыйэтим образом НАД опять возвращается в шестую реакцию. Процесс циклического восстановления и окисления НАД в реакциях анаэробного окисления глюкозы получил название гликолитическая оксидоредукция.В аэробных условиях гликолитической о ксидоредукции не происходит, НАДН отдаетсвои атомы водорода на челночные системы (см ниже) для их передачи в дыхательную цепьмитохондрий.ЭФФЕКТ П АСТ ЕР АЭффект Пастера – это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода.Биохимическая основа эффекта Пастера заключается в конкуренции между пируватдегидрогеназой, превращающей пируват в ацетил-SКоА, и лактатдегидрогеназой, превращающей пируват в лактат.При отсутствии кислорода реакции окислительного фосфорилирования не идут, моментально накапливающийся НАДН тормозит ЦТК и ПВК-дегидрогеназу, ацетил-SКоА, не попадающий в ЦТК, также ингибирует ПВК-дегидрогеназу.
В этой ситуации пировинограднойкислоте не остается ничего иного как под влиянием ЛДГ превращаться в молочную.При наличии кислорода ингибирование ПВК-дегидрогеназы прекращается и она, обладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию.Строение и обмен углеводов206ЧЕЛНО ЧНЫЕС ИСТ Е МЫМолекулы НАДН, образованные в шестой реакции гликолиза, в зависимости от наличиякислорода имеют, как минимум, два пути дальнейшего использования:o либо остаться в цитозоле и вступить в лактатдегидрогеназную реакцию (анаэробныеусловия),o либо проникнуть в митохондрию и окислиться в дыхательной цепи (аэробные условия),Так как сама молекула НАДН через митохондриальную мембрану не проходит, то существуют системы, принимающие от нее атомы водорода в цитоплазме и отдающие их в матриксе митохондрий.
Такие системы называются челночными.Определены две основные челночные системы – глицеролфосфатная и малат-аспартатная.Глицеролфосфатный челночный механизмКлючевыми ферментами глицеролфосфатного челнока являются изоферменты глицерол-3-фосфат-дегидрогеназы – цитоплазматический и митохондриальный. Они отличаютсясвоими коферментами: у цитоплазматической формы – НАД, у митохондриальной – ФАД.В цитозоле метаболиты гликолиза – диоксиацетонфосфат и НАДН образуют глицерол3-фосфат, поступающий в матрикс митохондрий. Там он окисляется с образованием ФАДН2.Далее ФАДН2 направляется в дыхательную цепь и используется для получения энергии.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2020г)207Работа глицеролфосфатного челночного механизма актуальна при необходимости получить энергию из глюкозы при работе клетки. Однако в гепатоците и адипоците в состояниипокоя и после еды глицерол-3 фосфат будет использоваться в цитозоле для синтеза жиров (см"Синтез триацилглицеролов").Малат-аспартатный челночный механизмЭтот механизм более сложен. Постоянно идущая в цитоплазме реакция трансаминирования аспартата с α-кетоглутаратом превращает его в оксалоацетат, который под действиемцитозольного пула малатдегидрогеназы и "гликолитического" НАДН восстанавливается дояблочной кислоты.
Последняя антипортом с α-кетоглутаратом проникает в митохондрии и,являясь метаболитом ЦТК, окисляется в оксалоацетат с образованием НАДН. Так как мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, то оксалоацетат вступает в реакциютрансаминирования с глутаминовой кислотой и превращается в аспарагиновую кислоту. Последняя, при участии соответствующей транслоказы, в обмен на глутамат выходит в цитозольи снова вовлекается в трансаминирование.Расчет энергетической ценности и коэффициента Р/Опри окислении глюкозыДля расчета количества АТФ, образованной при окислении глюкозы необходимо знать:o реакции, идущие с затратой или образованием АТФ и ГТФ,o реакции, продуцирующие НАДН и ФАДН2 и использующие их,o так как глюкоза образует две триозы, то все соединения, образующиеся ниже ГАФдегидрогеназной реакции, образуются в двойном (относительно глюкозы) количестве.Анаэробное окислениеНа подготовительном этапе на активацию глюкозы затрачивается 2 молекулы АТФ,фосфат каждой из которых оказывается на триозе – глицеральдегидфосфате и диоксиацетонфосфате.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
