Вступление в обмен веществ. Специфические и общие пути превращения углеводов, липидов и белков (окислительное декарбоксилирование ПВК, цикл трикарбоновых кислот).

Метаболизм – химические реакции, которые проходят в организме Метаболиты – маленькие промежуточные молекулы, которые образуются в процессе деградации и синтеза полимеров

(a) Линейными (b) Циклическими (c) Спиральными (синтез жирных кислот) Последовательность реакций, которые имеют цель (например, расщепление глюкозы, синтез жирных кислот) наз ы вается метаболич ески м путем Метаболические пути могут быть:

Катаболические реакции – деградация больших молекул с образованием меньших и энергии Анаболические реакции – синтез макромолекул для жизнедеятельности клеток, роста и репродукции Метаболизм разделяется на – катаболизм и анаболизм Катаболизм характеризируется реакциями окисления и освобождения энергии, которая трансформируется в АТФ Анаболизм характеризируется реакциями восстановления и утилизацией энергии, аккумулированной в АТФ

Регуляция метаболических путей Уровни регуляции метаболизма 1.Нервная система 2.Эндокринная система 3.Взаимодействие между органами 4.Клеточный (мембранный) уровень 5.Молекулярный уровень

Стадии метаболизма Катаболизм Стадия I (специфическая). Деградация макромолекул (белков, углеводов, липидов) к мономерам Стад и я II (специфическая). Аминокислоты, жирные кислоты и глюкоза окисляются к общему метаболиту – ацетил коэнзиму А Стад и я III (неспецифическая). Ацетл СoA окисляется в цикле лимонной кислоты к CO 2 и воде

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ П И РУВАТА

Глюкоза Пируват Гликолиз Глицерол Амино- кислоты Ацетил CoA

Транспорт пирувата в митохондрию

Пируватдегидрогеназный комплекс - поли- ферментный комплекс, который состоит из 3 ферментов, 5 коферментов Превращение пирувата в ацетил СоА Пируватдегидрогеназный комплекс - молекулярная масса от 4 до 10 млн дальтон Электронная микрофотография пируватдегидрогеназного комплекса E. coli.

Ферменты: E1 = пируватдегидрогеназа E2 = дигидролипоилацетилтрансфераза E3 = дигидролипоилдегидрогеназа Коферменты: ТПФ (тиамин пирофосфат), липоамид, HS-КoA, ФАД, НАД+. ТПФ является производным витамина B 1 (тиамин); НАД –B 5 (никотинамид); ФАД –B 2 (рибофлавин), HS-CoA –B 3 (пантотеновая кислота), липоамид – липоевая кислота

Общая реакция пируватдегидрогеназного комплекса

Цикл трикарбо- новых кислот

Названия: Цикл трикарбоновых кислот Цикл лимонной кислоты Цикл Кребса У эукариот все реакции цикла Кребса проходят в матриксе митохондрий Ганс Адольф Кребс Биохимик; родился в Германии. Работал в Британии. Его открытие в 1937 р, цикл Кребса, было критическим для понимания клеточного метаболизма. Нобелевская премия в 1953 г.

Общие представления о цикле Кребса

Цикл лимонной кислоты. Ферменты: 1 цитратсинтаза; 2 аконитаза; 3 изоцитратдегидрогеназа; 4 а-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс; 5 сукцинаттиокиназа; 6 сукцинатдегидрогеназа; 7 фумаратгидратаза; 8 малатдегидрогеназа.

Glycerol Катаболизм характеризируется конвергенцией трех основных путей к общему процессу – циклу трикарбоновых кислот

Интеграция метаболизма. Цикл является амфиболическим (катаболическим и анаболическим одновременно). Функции цикла трикарбоновых кислот Образование энергии в форме ГТФ (ATФ). Образование восстановительных эквивалентов в форме НАДН и ФАДH 2

NADH, ATP, succinyl CoA, citrate - Регуляция цикла трикарбоновых кислот

Цикл Кребса как источник биосинтетических предшественников Phosphoenol- pyruvate Glucose The citric acid cycle provides intermediates for biosyntheses

Glucose Glucose-6- phosphate Pyruvate Acetyl Co A Fatty Acids Amino Acids Цикл трикарбоновых кислот - общий путь окисления топливных молекул аминокислот, жирных кислот и углеводов. Топливные молекулы вступают в цикл как ацетил СоА

1. Цитрат синтаза Цитрат образуется путем коденсации ацетил CoA и оксалоацетата citrate synthase

2. Аконитаза Отщепление H 2 O от цитрата с образованием C=C связи cis-аконитата Стереоспецифичиское добавление H 2 O к cis- aконитату с образованием изоцитрата. aconitase

3. Изоцитратдегидрогеназа Окислительное декарбоксилирование изоцитрата к a-кетоглутарату (реакция необоротная) Первая из четырех окислительно-восстановительных реакций Водород от C-2 изоцитрата транспортируется к НАД + с образованием НАДН Оксалоацетат декарбоксилируется к a-кетоглутарату isocitrate dehydrogenase

4. -Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс Подобный к пируватдегидрогеназному комплексу Те же коферменты, одинаковые механизмы E 1 - a-кетоглутаратдегидрогеназа E 2 – дигидролипоилсукцинилтрансфераза E 3 - дигидролиоилдегидрогеназа -ketoglutarate dehydrogenase

5. Сукцинил-CoA синтетаза Реакция субстратного фосфорилирования HS- + GTP + ADP GDP + ATP Succinyl-CoA Synthetase

Комплекс с нескольких полипептидов, ФАД как простетическая группа Вмонтированный во внутренную мембрану митохондрий 6. Сукцинатдегидрогеназный комплекс Succinate Dehydrogenase

7. Фумараза Стереоспецифическое trans добавление воды к двойной связи фумарата с образованием L- малата Fumarase

8. Малатдегидрогеназа Malate Dehydrogenase Малат окисляется с образованием оксалоацетата

Стойкиометрия цикла трикарбоновых кислот Два атома С вступают в цикл как ацетил CoA Два атоми С оставляют цикл как CO 2 Четыре пары атомов гидрогена оставляют цикл в окислительних реакциях (три молекулы NAD + и одна молекула FAD восстанвливаются). Одна молекула ГТФ образуется Две молекулы воды теряются 11 АТФ (3 АТФ на НАДН, и 2 АТФ на ФАДН 2 ) при окислительном фосфолиривание 1 АТФ образуется непосредственно в цикле 1 ацетил CoA генерирует приблизительно 12 молекул АТФ