Регуляция общих путей катаболизма. Анаболические функции цикла Кребса

Билет8

1. Понятие о тканевом дыхании и биологическом дыхании. Высвобождение свободной энергии при катаболизме углеводов, липидов и аминокислот может происходить в животном организме в аэробных и анаэробных условиях. Энергетически более выгоден аэробный путь катаболизма, который сопровождается в обязательном порядке поглощением тканями кислорода и выделением углекислого газа, т.е явление называемое тканевое дыхание или внутреннее, клеточное дыхание. В основе биологического окисления различных энергетических субстратов, как показали исследования, лежат три след. Типа реакций: 1.перенос электронов2.перенос атомов водорода3.перенос атомов кислорода Основными энергетическими субстратами служат углеводы и жиры. Так клетки головного мозга млекопитающих вообще не способны использовать для клеточного дыхания, ничего кроме глюкозы. Окисление глюкозы в клетке, как главного энергетического субстрата, происходит путем последовательных реакций дегидрирования. При этом в анаэробных условиях окисление глюкозы завершается образованием двух молекул пирувата, которые восстанавливаются в две молекулы лактата. В аэробных условиях, образующиеся в цитозоле при гликолизе две молекулы пирувата подвергаются в митохондриях окислительному декарбоксилированию с образованием двух молекул ацетил КоА, которые разрушаются в цикле Кребса до углекислого газа и воды с высвобождением свободной энергии, трансформируемой ферментами дыхательной цепи митохондрий в макроэргические связи АТФ

Дегидрирование субстратов и окисление водорода как источник энергии в клетке. Биологическое окисление это процесс дегидрирования субстрата с помощью промежуточных переносчиков водорода и его конечного акцептора. Если в роли конечного акцептора выступает кислород, процесс называется аэробным окислением или тканевым дыханием, если конечный акцептор представлен не кислородом анаэробным окислением. Анаэробное окисление имеет ограниченное значение в организме человека. Основная функция биологического окисления обеспечение клетки энергией в доступной форме. Тканевое дыхание процесс окисления водорода кислородом до воды ферментами цепи тканевого дыхания. Оно протекает по следующей схеме: Вещество окисляется, если отдает электроны или одновременно электроны и протоны (атомы водорода), или присоединяет кислород. Способность молекулы отдавать электроны другой молекуле определяется окислительно-восстановительным потенциалом (редокс-потенциалом). Любое соединение может отдавать электроны только веществу с более высоким окислительно-восстановительным потенциалом. Окислитель и восстановитель всегда образуют сопряженную пару.

2. Согласно предложенной П. Митчеллом гипотезе, движущей силой фосфорилирования АДФ служит энергия разности редокс-потенциалов, возникающая при переносе электронов от окисляемого субстрата по дыхательной цепи к кислороду трансформируемая в энергию протонного электрохимического потенциала (dM H⁺), возникающая на внутренней мембране митохондрий. За счет протонов отщепляемых от окисляемых субстратов и накопления их тна наружной стороне мембраны митохондрий, она оказывается электроположительной, а со стороны митохондриального матрикса заряжается элктроотрицательно. Ионы Н⁺, выведенный наружу, под воздействием электроосмотических сил устремляются внутрь, в митохондриальный матрикс через специальные протонный каналы, в которых функционирует Н^{+ -} АТФ синтетаза. Переход ионов Н⁺ с более высокой в зону с более низкой их концентрацией сопровождается выделением свободной энергии, за счет которой и сетезируется АТФ. До определенного времени считалось что АТФ и только АТФ выполняет универсальную аккумулирующую энергию функцию в клетке. Однако исследованиями В,П Скулачева и другими биоэнергетиками было устанолено что трансмембранный электрохимический потенциал, возникающий на мембране за счет Н⁺ градиента является универсальной формой энергии в клетке и может быть использован: -для синтеза АТФ; - для транспорта ионов кальция и др. ионов; - для транспорта фосфатов; - для транспорта АДФ и АТФ; - для теплообразования; - для сократительной и двигательной активности.В нормальной функционирующей клетке процесс трансформации энергии и степень окислительного фосфорилирования зависит от целого ряда факторов: от целостности митохондриальной мембраны, от типа окисляемого субстрата, от уровня кислорода, доставки неорганического фосфата и уровня АДФ.

3 Гликолиз и глюконеогенез (цикл Кори). Глюконеогенез- синтез из субстрата не углеводного происхождения. Молочная кислота накапливается в клетках и, особенно в интенсивно работающих скелетных мышцах не яв-ся метаболитом, который подлежит выведению из организма человека. Из клеток, в которых идет анаэробный дихотомический распад глюкозы лактат поступает в кровь. Далее током крови доставляется в печень, где используется как субстрат для новообразования глюкозы – глюконеогенеза. В печени под воздействием лактатдегидрогеназы молочная кислота вначале окисляется в пируват:

Пируват в печени частично окисляется в общих путях катаболизма,частично используется для синтеза глюкозы.

Глюконеогенез из пирувата, в принципе протекает по тому же пути, что и анаэробный гликолиз, но в обратном направлении. Однако первые две реакции глюконеогенеза отличаются от реакции гликолиза:

 

CH2

ǀǀ

C-O-PO3H2 фруктоза-1,6-дифосфат фруктоза-6-фосфат

ǀ фосфатаза

COOH

Фосфоенопируват

 

Фруктоза-6-фосфат глюкоза-6-фосфат глюкоза

Изомераза фосфатаза

4. Биосинтез и мобилизация гликогена. Биологическая роль этого процесса.

Биологический синтез гликогена Установлено, что гликоген образуется почти во всех клетках организма, однако наибольшее содержание гликогена обнаружено в печени (2-6%) и в мышцах (0,5-2%). Т.к. общая мышечная масса организма человека велика, то большая часть всего гликогена содержится в мышцах.Глюкоза из крови легко поступает в клетки организма и в ткани, легко проникая через биологические мембраны. Инсулин обеспечивает проницаемость мембран, это единственный гормон, обеспечивающий транспорт глюкозы в клетки органов и тканей. Как только глюкоза поступает в клетку, она сразу же как бы запирается в ней. В результате первой метаболической реакции, катализируемой ферментом гексакиназой в присутствии АТФ, глюкоза превращается в фосфорный эфир – глюкозо-6-фосфат, для которого клеточная мембрана не проницаема. Глюкозо-6-фосфат теперь будет использоваться клеткой в метаболических реакциях (анаболизм, катаболизм). Из клетки глюкоза может обратно выйти в кровь только после гидролиза под действием фосфатазы (глюкозо-6-фосфатазы). Этот фермент есть в печени, почках, в эпителии кишечника, в других органах и тканях его нет, следовательно, проникновение глюкозы в клетки этих органов и тканей необратимо.Процесс биосинтеза гликогена можно записать в виде 4-х стадий:глюкоза® (гексакиназа, АТФ®АДФ) глюкозо-6-фосфат® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-1-фосфат® (глюкозо-1-фосфат-уридин трансфераза) УДФ-глюкоза® (гликоген-синтетаза, +[C₆Н₁₀О₅]_n) [C₆Н₁₀О₅]_n+1 (это наращенный гликоген) +УДФ

Затем УДФ+АТФ®(нуклеозиддифосфаткиназа) УТФ+АДФ. Т.о. на присоединение 1 молекулы глюкозы тратмтся 2 молекулы АТФ. Гликогенсинтаза является трансферазой, которая переносит остатки глюкозы, входящие в УДФ-глюкозу на гликозидную связь остаточного в клетке гликогена. При этом образуются a-1,4- гликозидные связи. Образование a-1,6-гликозидных связей в точках ветвления гликогена катализирует специальный фермент гликогенветвящий. Гликоген в клетках печени накапливается во время пищеварения, и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется в промежутках между приёмами пищи. Распад гликогена Он может идти двумя путями: 1. Основной – фосфоролитический - протекает в печени, почках, эпителии кишечника. Схематически его можно записать в виде 3-х стадий: а) [C₆Н₁₀О₅]_n (это гликоген)® (фосфорилаза А, +Н₃РО₄) глюкозо-1-фосфат +[C₆Н₁₀О₅]_n-1; б) глюкозо-1-фосфат® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-6-фосфат; в) глюкозо-6-фосфат® (глюкозо-6-фосфатаза, +Н₂О) глюкоза + Н₃РО_4; 2. Не основной – амилолитический. его доля мала и незначительна. Протекает в клетках печени при участии: - a-амилазы слюны, расщепляющей a-1,4-гликозидные связи; - амило-1,6-гликозидазы, расщепляющей a-1,6-гликозидные связи в точках ветвления гликогена; - g-амилазы, которая последовательно отрывает концевые остатки глюкозы от боковых цепей гликогена.

Гликоген является резервным углеводом животных тканей. Избыток углеводов, поступающих с пищей, превращается в гликоген, который откладывается в печени, образуя депо углеводов, используемых для различных физиологических функций — важная роль в регуляции уровня сахара в крови. Общее содержание гликогена около 500 г. Если углеводы с пищей не поступают, то запасы его исчерпываются через 12-18 часов. В связи с истощением резервов углеводов усиливаются процессы окисления жирных кислот. Обеднение печени гликогеном ведет к возникновению жировой инфильтрации, а далее — к жировой дистрофии печени

Билет9

1. Регуляция цепи переноса электронов и протонов (дыхательный контроль).Согласно предложенной Митчелом гипотезе, движущей силой фосфорилирования АДФ служит энергия разности редокс-потенциалов, возникающая при переносе электронов от окисляемого субстрата по дыхательной цепи к кислороду и трансформируемой в энергию протонного электрохимического потенциала (dMH+), возникающего на внутренней мембране митохондрий.За счет протонов отщепляемых от окисляемых субстратов и накопления их на наружной стороне мембраны митохондрий, она оказывается электроположительной, а со стороны митохондриального матрикс через специальные протонные каналы, в которых функционирует H+-АТФ синтетаза

При окислении одной молекулы субстрата на один атом поглощенного митохондриями кислорода может использоваться от одного до трех молекул фосфорной кислоты и синтезироваться при этом 1, 2 или 3 молекулы АТФ. Это процесс - процесс синтеза АТФ в реакциях биологического окисления субстратов получил название - окислительное фосфорилирование. Для его количественной оценки был введен показатель окислительного фосфорилирования - коэффициент Р/О. Коэффициент Р/О (АДФ/О) - это есть отношение количества молекул фосфорной кислоты (АДФ) к количеству атомов кислорода использованных митохондриями при окислении какого-либо субстрата.

2.

3. Биосинтез и мобилизация гликогена. Биологическая роль этого процесса.

Биологический синтез гликогена Установлено, что гликоген образуется почти во всех клетках организма, однако наибольшее содержание гликогена обнаружено в печени (2-6%) и в мышцах (0,5-2%). Т.к. общая мышечная масса организма человека велика, то большая часть всего гликогена содержится в мышцах.Глюкоза из крови легко поступает в клетки организма и в ткани, легко проникая через биологические мембраны. Инсулин обеспечивает проницаемость мембран, это единственный гормон, обеспечивающий транспорт глюкозы в клетки органов и тканей. Как только глюкоза поступает в клетку, она сразу же как бы запирается в ней. В результате первой метаболической реакции, катализируемой ферментом гексакиназой в присутствии АТФ, глюкоза превращается в фосфорный эфир – глюкозо-6-фосфат, для которого клеточная мембрана не проницаема. Глюкозо-6-фосфат теперь будет использоваться клеткой в метаболических реакциях (анаболизм, катаболизм). Из клетки глюкоза может обратно выйти в кровь только после гидролиза под действием фосфатазы (глюкозо-6-фосфатазы). Этот фермент есть в печени, почках, в эпителии кишечника, в других органах и тканях его нет, следовательно, проникновение глюкозы в клетки этих органов и тканей необратимо.Процесс биосинтеза гликогена можно записать в виде 4-х стадий:глюкоза® (гексакиназа, АТФ®АДФ) глюкозо-6-фосфат® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-1-фосфат® (глюкозо-1-фосфат-уридин трансфераза) УДФ-глюкоза® (гликоген-синтетаза, +[C₆Н₁₀О₅]_n) [C₆Н₁₀О₅]_n+1 (это наращенный гликоген) +УДФ

Затем УДФ+АТФ®(нуклеозиддифосфаткиназа) УТФ+АДФ. Т.о. на присоединение 1 молекулы глюкозы тратмтся 2 молекулы АТФ. Гликогенсинтаза является трансферазой, которая переносит остатки глюкозы, входящие в УДФ-глюкозу на гликозидную связь остаточного в клетке гликогена. При этом образуются a-1,4- гликозидные связи. Образование a-1,6-гликозидных связей в точках ветвления гликогена катализирует специальный фермент гликогенветвящий. Гликоген в клетках печени накапливается во время пищеварения, и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется в промежутках между приёмами пищи. Распад гликогена Он может идти двумя путями: 1. Основной – фосфоролитический - протекает в печени, почках, эпителии кишечника. Схематически его можно записать в виде 3-х стадий: а) [C₆Н₁₀О₅]_n (это гликоген)® (фосфорилаза А, +Н₃РО₄) глюкозо-1-фосфат +[C₆Н₁₀О₅]_n-1; б) глюкозо-1-фосфат® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-6-фосфат; в) глюкозо-6-фосфат® (глюкозо-6-фосфатаза, +Н₂О) глюкоза + Н₃РО_4; 2. Не основной – амилолитический. его доля мала и незначительна. Протекает в клетках печени при участии: - a-амилазы слюны, расщепляющей a-1,4-гликозидные связи; - амило-1,6-гликозидазы, расщепляющей a-1,6-гликозидные связи в точках ветвления гликогена; - g-амилазы, которая последовательно отрывает концевые остатки глюкозы от боковых цепей гликогена.

4. Биологическая роль пентозофосфатного цикла состоит в следующим: - образуется большое кол-во восстановленного НАДФ. При окислении одной молекулы глюкозо-6-фосфата образуется 12 НАДФН2, которые используются для синтеза жирных к-т, стероидных гормонов; - синтезируются различные пентозы, в том числе рибоза, необходимая для построения молекул нуклеотидов и нуклеиновых к-т; - происходит синтез 36 молекул АТФ. Пентозофосфатный цикл состоит из 2 фаз: - 1фаза – окисление 6 молекул глюкозо-6-фосфата и образование 12 НАДФН2, 6 молекул СО2, 6 молекул фосфопентоз; - 2фаза – превращение фосфопентоз в транскетолазных реакциях и образование 5 фруктозо-6-монофосфата и превращение их в глюкозо-6-фосфат.

2 фаза пентозофосфатного цикла:

Билет10

1. Анаэробный путь распада углеводов (гликолиз и виды брожения). Распространение и биол. роль гликолиза. В организме человека и животных при недостаточном поступлении кислорода в клетки возможен, так называемый, анаэробный дихотомический путь катаболизма глюкозы. Так в интенсивно работающих скелетных мышцах, когда мощность механизма доставки кислорода в клетки оказываются недостаточными, включаются анаэробные механизмы синтез АТФ происходящие вне митохондрий и без участия митохондриальных ферментов. В эритроцитах, где вообще отсутствуют митохондрии, потребность в АТФ удовлетворяются только за счет анаэробного гликолиза. Интенсивный анаэробный гликолиз характерен и для опухолевых клеток.

2. Челночные механизмы транспорта водорода НАДН в митохондрии.

Никотинамидные дегидрогеназы находятся не только в матриксе митохондрий, но и в цитозоле. Митохондриальная мембрана непроницаема для НАД, поэтому НАДН₂, который образуется в цитозоле, может передать свой водород в митохондрию только с помощью специальных субстратных ЧЕЛНОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ. В митохондрию из цитозоля передается не сам НАДН₂, а только водород, отнятый от него. Переносимый водород включается в молекулу вещества-челнока, способного проникать через митохондриальную мембрану. В митохондрии вещество-челнок отдает водород на митохондриальный НАД или ФАД и возвращается обратно в цитозоль.

3. Окисление субстратов и фосфорилирование АДФ в митохондриях прочно сопряжены. Скорость использования АТФ регулирует скорость потока электронов в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его концентрация в клетках возрастает, то прекращается и поток электронов к кислороду. С другой стороны, расход АТФ и превращение его в АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода. Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем. Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны и другие ионы (ионофоры) из мембранного пространста через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается, что приводит к возрастанию скорости окисления НАДН и ФАДН2, возрастает и количество поглощенного кислорода, но энергия выделяется в виде тепла, и коэффициент Р/О резко снижается (свободное окисление). Разобщители – липофильные вещества, легко проходящие через липидный слой мембраны: - 2,4-динитрофенол, - дикумарол (антивитамин вит. К); - билирубин (продукт распада гема); - тироксин (гормон щитовидной железы). Все эти вещества проявляют разобщающее действие только при их высокой концентрации.

4. Поэтому В3 участвует:

а) в β-окислении жирных кислот и их биосинтезе

б)в окислительном декарбоксилировании α-кетокислот (пируват, α-кетоглутарат)

в) в биосинтезе нейтрального жира, липоидов, стероидов, гема гемоглобина, ацетилхолина.

Билет13

1. Гликолиз и глюконеогенез (цикл Кори). Глюконеогенез- синтез из субстрата не углеводного происхождения.

Молочная кислота накапливается в клетках и, особенно в интенсивно работающих скелетных мышцах не яв-ся метаболитом, который подлежит выведению из организма человека. Из клеток, в которых идет анаэробный дихотомический распад глюкозы лактат поступает в кровь. Далее током крови доставляется в печень, где используется как субстрат для новообразования глюкозы – глюконеогенеза. В печени под воздействием лактатдегидрогеназы молочная кислота вначале окисляется в пируват:

Пируват в печени частично окисляется в общих путях катаболизма,частично используется для синтеза глюкозы.

Глюконеогенез из пирувата, в принципе протекает по тому же пути, что и анаэробный гликолиз, но в обратном направлении. Однако первые две реакции глюконеогенеза отличаются от реакции гликолиза:

 

CH2

ǀǀ

C-O-PO3H2 фруктоза-1,6-дифосфат фруктоза-6-фосфат

ǀ фосфатаза

COOH

Фосфоенопируват

 

Фруктоза-6-фосфат глюкоза-6-фосфат глюкоза

Изомераза фосфатаза

2. Регуляция катехоламинами и глюкагоном мобилизации гликогена.

Изменения активности этих ферментов происходят в результате фосфорилирования за счет АТФ и дефосфорилирования. Важно заметить, что фосфорилирование гликогенсинтетазы и гликогенфосфорилазы приводит к противоположным изменениям их активности. Гликоген фосфорилаза фосфорилируясь становится неактивной гликогенсинтетаза «b»:

 

АДФ

АТФ

Фосфорилаза «b» Фосфорилаза «а»

(неактивная) (активная)

АДФ

АТФ

Гликогенсинтетаза «а» гликогенсинтетаза «b»

(активная) (неактивная)

 

Фосфорилирование гликогенфосфорилазы «b» обеспечивается фосфорилаз-киназой, которая в свою очередь активируется цАМФ-зависимой протеинкиназой. Фосорилирование гликогенсинтетазы «а» катализируется непосредственно цАМФ-зависимой протеинкиназой. В целом мобилизация гликогена-это конечное звено каскада реакций запускаемые появлением в клетке 3^5^ - АМФ (цАМФ). Наибольшее значение каскадный механизм мобилизации гликогена имеет для мышц, где для кратковременных мышечных нагрузках главным энергетическим субстратом служит глюкоза. При переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной работе потребность скелетных мышц в энергии за доли секунды возрастает в сотни раз. Каскадный механизм мобилизации гликогена обеспечивает быстрое включение боиэнергетических процессов поставкой субстрата. Мобилизация гликогена начинается с возникновения готовности и необходимости организма выполнять мышечную работу, например, при любой стрессовой ситуации. При этом из мозгового вещества надпочечников в кровь секретируется гормон адреналин, который взаимодействуя с рецепторами мембран миоцитов активирует фермент аденилатциклазу. Аденилатциклаза ипользуя АТФ, синтезирует множество молекул цАМФ, что является фактором усиления нейро-гуморального сигнала на клетку и ткань в целом. Далее молекулы цАТФ активируют цАМФ-зависимые протеинкиназы, которые активируют фосфорилазкназу. Фосфорилазкиназа активирует фосфорилазу «b»,переводя её в фосфорилазу «а». Далее идет фосфоролиз гликогена, т.е. его мобилизация. Когда необходимость в мышечной работе отпадает, секреция адреналина прекращается. Уровень его отпадает, активность аденилатциклазы снижается, а цАМФ разрушается фосфодиэстеразой. Фосфорилаза и гликогенсинтетаза дефосфорилируется,мобилизация гликогена прекращается и усиливается синтез гликогена. Глюкагон - "гормон голода", вырабатываемый α-клетками поджелудочной железы в ответ на снижение уровня глюкозы в крови. По химической природе глюкагон - пептид. Адреналин выделяется из клеток мозгового вещества надпочечников в ответ на сишалы нервной системы, идущие из мозга при возникновении экстремальных ситуаций (например, бегство или борьба), требующих внезапной мышечной деятельности. Адреналин является сигналом "тревоги". Он должен мгновенно обеспечить мышцы и мозг источником энергии.

3. Понятие о специфических и общих путях катаболизма. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Специфические и общие пути катаболизма. В катаболических процессах можно выделить два звена: - специфические пути катаболизма, разные для различных классов соединений (белков, жиров, углеводов и др.), - общие пути катаболизма - единые пути катаболизма для различных классов веществ, являющиеся продолжением специфических путей. С общими путями катаболизма, в основном, связаны главные биоэнергетические процессы, сопряженные с высвобождением и накоплением энергии в клетке.К специфическим путям катаболизма относятся реакции гидролиза белков, углеводов, липидов происходящие в желудочно-кишечном тракте или в тканях, реакции разрушения моносахаридов, аминокислот, жирных кислот, спиртов, происходящие в клетках и, в конце концов, завершающиеся образованием пировиноградной кислоты или ацетильным радикалом в форме ацетил-КоА.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Окислительное декарбоксилирование пирувата катализируется мультиэнзимным пируват-дегидрогеназным комплексом, локализованным на внутренней мембране митохондрий со стороны матрикса. Пируват-дегидрогеназный комплекс (окислительная декарбоксилаза пировиноградной кислоты) состоит из трех ферментов (Е1,Е2,Е3): Е1-пируватдекарбоксилаза с коферментом ТПФ (тиаминпирофосфат), Е2-дигидролипоил-трансацетилаза с коферментом липоевая кислота (ЛК) и кофактором - НS-КоА, Е3-дигидролипоил-дегидрогеназа с коферментом ФАД и кофактор - НАД Пировиноградная кислота (пируват) и ацетил-КоА являются теми метаболитами, которые, включаясь в общие пути катаболизма, разрушаются до углекислого газа и воды, поставляют энергию для синтеза АТФ в митохондриях. К общим путям катаболизма относятся следующие метаболические процессы (оба эти процесса локализованы в митохондриях): - окислительное декарбоксилирования пировиноградной кислоты; - превращение ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот Кребса (Ц Т К).Пируват (пировиноградная кислота) является одним из центральных метаболитов углеводного обмена. При окислительном декарбоксилировании пирувата образуется ацетил-КоА - ключевой субтсрат цикла трикарбоновых кислот Кребса. В анаэробных условиях из пирувата образуется молочная кислота. В процессе глюконеогенеза из пируват синтезируется глюкоза. Повышение уровня пирувата наблюдается при гиповитаминозе В1, при интенсивной мышечной работе, при сердечной декомпенсации, сахарном диабете, при гепатитах. В ликворе концентрация пирувата резко повышается после черепно-мозговой травмы, при менингите, абсцессе мозга.

Окисление пирувата

4. Витимин В3(пантотеновая к-та) β-аланин и 2,4-дигидрокси-диметил-масляная кислота.

Коферментная форма: HS-KoA (кофермент или коэнзим А - кофермент ацилирования). Строение КоА: а) тиоэтиламин б) пантотеновая кислота в) 3’-фосфоаденозин-5’-дифосфат. Участие в метаболизме: HSКоА - кофермент ацилирования, то есть входит в состав ферментов, которые катализируют перенос ацильных остатков. Поэтому В3 участвует:

а) в β-окислении жирных кислот и их биосинтезе

б)в окислительном декарбоксилировании α-кетокислот (пируват, α-кетоглутарат)

в) в биосинтезе нейтрального жира, липоидов, стероидов, гема гемоглобина, ацетилхолина.

Билет 14

1. Молочная кислота (лактат), накапливающаяся в клетках и, особенно а интенсивно работающих скелетных мышцах, не является метаболитом, который подлежит выделению из организма человека. Из клеток,в которых происходит анаэробный дихотомический распад глюкозы лактат поступает в кровь. Далее по крови лактат попадает в печень, где используется как субстрат для глюконеогенеза. В печени под воздействием лактатдегидрогеназы (ЛГД1,2) молочная кислота окисляется сначала до пирувата:

CH3 НАДН2 CH3

ǀ ǀ

H- C-OH НАД 3АТФ + HOH + C

ǀ ЛГД 1,2 ǀ

COOH COOH

Лактат Пируват

 

CH3 COOH CO2

ǀ ǀ ГФД

C=O карбоксилаза CH2 CH2

ǀ ǀ ГТФ ǀǀ

COOH C=O фосфоенолпируват C-O-PO3H2

Пируват ǀ карбоксилаза ǀ

COOH COOH

Оксалоацетат Фосфоенопируват

 

CH2

ǀǀ

C-O-PO3H2 фруктоза-1,6-дифосфат фруктоза-6-фосфат

ǀ фосфатаза

COOH

Фосфоенопируват

 

Фруктоза-6-фосфат глюкоза-6-фосфат глюкоза

Изомераза фосфатаза

2. Витамин Н(биотин, биос2) – антисеборейный витамин.

циклическое производное мочевины (имидазоловое и тиоэфирные кольца), боковая цепь которого представлена валериановой кислотой. Источники – яичный желток, печень, горох, соя. Биофун-я: определяет каталитическую активность биотиновых ферментов: пируваткарбоксилаза, ацетил-КоА-карбоксилаза, пропионил-КоА-карбоксилаза, карбомоилфосфатситетаза. Биотин является кофактором в метаболизме жирных кислот, лейцина и в процессе глюконеогенеза

3. Микросомальное окисление осущ-ся ферментнми системами, локализованными преимущественно во фракциях микросом печени и надпочечников. В процессах микросомального окисления активированный кислород непосредственно внедряется в окисляемое вещество. Микросомальное окисление- механизм использования кислорода с «пластическими» целями. Ферментативные системы, локализованные в микросомной фракции и способные использовать молекулярный кислород для окисления специфичесих органических соединений, делятся на 2 группы: диоксегеназы и монооксигеназы. Диоксегеназы катализируют реакции, в которых в мелкулу органического субстрата вкл.оба атома молекулы кислорода А+О2 à АО2. Монооксигеназы присоединяют к субстрату только 1 из двух атомов кислорода. Обычно поставщиком атомов водорода для восстановления второго атома килорода до воды служит НАДФН» анпример: RH + O2 + НАДФН2 àRОH+ Н2О + НАДФ.

Оксидазного типа происходит на мемранах эндоплазматического ретикулума и во внутр.мембране митохондрии.Ферменты- Оксидазы. По строению яв-ся металлофлавопротеинами.Находятся оксидахы в пероксисомах. Отнимают Н2 от субстрата и передают его на О2 с образованием Н2О2-перикиси водорода. Эти ферменты обычно обладают широкой субстратной специфичностью и невысокой активностью.

Пероксидное окисление липидов (ПОЛ) — один из наиболее важных окислительных процессов в организме. Это естественный метаболический процесс. Он необходим для осуществления процессов обновления липидов мембран, синтеза метаболитов арахидоновой

кислоты, являющихся биорегуляторами; активации макрофагов, разрушения чужеродных веществ, попавших в организм, уничтожения переродившихся клеток и т. д. При ряде патологических состояний (хроническом стрессе, действии жесткого ультрафиолетового света, ионизирующего излучения, лучевой болезни, канцерогенезе и др.) происходит активация ПОЛ.

4. Дегидрогеназы и первичные акцепторы водорода - НАД и флавопротеиды; НАДН-дегидрогеназы. В тканях никатиновая кислота и никотинамид используется для синтеза коферментов НАД и НАДФ. Синтез НАД может идти непосредственно из триптофана через стадию образования кинуренина, 3-гидрооксикинунерина идр. НАД используется как субстрат ДНК-лигазной реакйции, т.е синтеза ДНК. НАД и НАДФ являются аллостерическими регуляторами ферментов цикла Кребса, ключевых ферментов глюконеогенеза. Никотинамидадениндинуклеоти́д (НАД, NAD) — кофермент, присутствующий во всех живых клетках, входит в состав ферментов группы дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции; выполняет функцию переносчика электронов и водорода, которые принимает от окисляемых веществ. Восстановленная форма (NADH) способна переносить их на другие вещества. Представляет собой динуклеотид, молекула которого построена из амида никотиновой кислоты и аденина, соединённых между собой цепочкой, состоящей из двух остатков D-рибозы и двух остатков фосфорной кислоты; применяется в клинической биохимии при определении активности ферментов крови. Отличие его от другого важнейшего кофермента — никотинамидадениндинуклеотидфосфата, или NADP, в том, что последний содержит в молекуле ещё один остаток фосфорной кислоты, связанной с 21-углеродным атомом рибозы. НАДН дегидрогеназа) окисляет НАД-Н, отбирая у него два электрона и перенося их на растворимый в липидах убихинон, который внутри мембраны диффундирует к комплексу III. Вместе с этим, комплекс I перекачивает 4 протона из матрикса в межмембранное пространство митохондрии.

Билет 15

1. Восстановительный пентозофосфатный цикл, цикл Кальвина,фотосинтез (темновая фаза)— серия биохимических реакций, осуществляемая при фотосинтезе растениями (в строме хлоропластов), цианобактериями, прохлорофитами ипурпурными бактериями, а также многими бактериями-хемосинтетиками, является наиболее распространённым из механизмов автотрофной фиксации CO₂.СтадииВ цикл вовлекаются АТФ и НАДФ·Н, образованные в ЭТЦ фотосинтеза, углекислый газ и вода; основным продуктом является глицеральдегид-3-фосфат. Поскольку АТФ и НАДФ·Н могут образовываться в разных метаболических путях, цикл не следует рассматривать строго привязанным к световой фазе фотосинтеза.Общий баланс реакций цикла можно представить уравнением: 3 CO₂ + 6 НАДФ·Н + 5 H₂O + 9 АТФ → C₃H₇O₃-PO₃ + 3 H⁺ + 6 НАДФ⁺ + 9 АДФ + 8 Ф_н + 3 H₂O. Две молекулы глицеральдегид-3-фосфата используются для синтеза глюкозы. Цикл состоит из трёх стадий: на первой под действием фермента рибулозобисфосфат-карбоксилаза/оксигеназа происходит присоединение CO₂ к рибулозо-1,5-дифосфату и расщепление полученной гексозы на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК). На второй 3-ФГК восстанавливается до глицеральдегид-3-фосфата (фосфоглицеральдегида, ФГА), часть молекул которого выходит из цикла для синтеза глюкозы, а другая часть используется в третьей стадии для регенерации рибулозо-1,5-дифосфата.

2. Биосинтез и мобилизация гликогена. Биологическая роль этого процесса.

Биологический синтез гликогена Установлено, что гликоген образуется почти во всех клетках организма, однако наибольшее содержание гликогена обнаружено в печени (2-6%) и в мышцах (0,5-2%). Т.к. общая мышечная масса организма человека велика, то большая часть всего гликогена содержится в мышцах.Глюкоза из крови легко поступает в клетки организма и в ткани, легко проникая через биологические мембраны. Инсулин обеспечивает проницаемость мембран, это единственный гормон, обеспечивающий транспорт глюкозы в клетки органов и тканей. Как только глюкоза поступает в клетку, она сразу же как бы запирается в ней. В результате первой метаболической реакции, катализируемой ферментом гексакиназой в присутствии АТФ, глюкоза превращается в фосфорный эфир – глюкозо-6-фосфат, для которого клеточная мембрана не проницаема. Глюкозо-6-фосфат теперь будет использоваться клеткой в метаболических реакциях (анаболизм, катаболизм). Из клетки глюкоза может обратно выйти в кровь только после гидролиза под действием фосфатазы (глюкозо-6-фосфатазы). Этот фермент есть в печени, почках, в эпителии кишечника, в других органах и тканях его нет, следовательно, проникновение глюкозы в клетки этих органов и тканей необратимо.Процесс биосинтеза гликогена можно записать в виде 4-х стадий:глюкоза® (гексакиназа, АТФ®АДФ) глюкозо-6-фосфат® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-1-фосфат® (глюкозо-1-фосфат-уридин трансфераза) УДФ-глюкоза® (гликоген-синтетаза, +[C₆Н₁₀О₅]_n) [C₆Н₁₀О₅]_n+1 (это наращенный гликоген) +УДФ

Затем УДФ+АТФ®(нуклеозиддифосфаткиназа) УТФ+АДФ. Т.о. на присоединение 1 молекулы глюкозы тратмтся 2 молекулы АТФ. Гликогенсинтаза является трансферазой, которая переносит остатки глюкозы, входящие в УДФ-глюкозу на гликозидную связь остаточного в клетке гликогена. При этом образуются a-1,4- гликозидные связи. Образование a-1,6-гликозидных связей в точках ветвления гликогена катализирует специальный фермент гликогенветвящий. Гликоген в клетках печени накапливается во время пищеварения, и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется в промежутках между приёмами пищи. Распад гликогена Он может идти двумя путями: 1. Основной – фосфоролитический - протекает в печени, почках, эпителии кишечника. Схематически его можно записать в виде 3-х стадий: а) [C₆Н₁₀О₅]_n (это гликоген)® (фосфорилаза А, +Н₃РО₄) глюкозо-1-фосфат +[C₆Н₁₀О₅]_n-1; б) глюкозо-1-фосфат® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-6-фосфат; в) глюкозо-6-фосфат® (глюкозо-6-фосфатаза, +Н₂О) глюкоза + Н₃РО_4; 2. Не основной – амилолитический. его доля мала и незначительна. Протекает в клетках печени при участии: - a-амилазы слюны, расщепляющей a-1,4-гликозидные связи; - амило-1,6-гликозидазы, расщепляющей a-1,6-гликозидные связи в точках ветвления гликогена; - g-амилазы, которая последовательно отрывает концевые остатки глюкозы от боковых цепей гликогена.

Гликоген является резервным углеводом животных тканей. Избыток углеводов, поступающих с пищей, превращается в гликоген, который откладывается в печени, образуя депо углеводов, используемых для различных физиологических функций — важная роль в регуляции уровня сахара в крови. Общее содержание гликогена около 500 г. Если углеводы с пищей не поступают, то запасы его исчерпываются через 12-18 часов. В связи с истощением резервов углеводов усиливаются процессы окисления жирных кислот. Обеднение печени гликогеном ведет к возникновению жировой инфильтрации, а далее — к жировой дистрофии печени.

3. Обмен в-в и энергии – закономерный порядок превращения в-в и энерг. в живых системах направленная на их сохранение и самовоспроизведение. Обмен веществ стадии: - переваривание (ЖКТ) с высокомолекулярного до низкомолекулярного, устраняется межвидовая специф. белка; -всасывание продуктов гидролиза; - промежуточный обмен(метаболизм); выделение конечных продуктов. Катаболизм – это расщепление сложных молекул, как поступивших с пищей, так и входящих в состав клетки, до простых компонентов; конечные продукты(вода,СО2, мочевинв, мочевая кислота, креатинин, индикан и минеральные соли) свободная энергия(дых. цепь) используется для работы, для сокращения мышц, проведение нервных импульса, биосинтеза, активный транспорт веществ, поддержания осмотического давления, АТФ и НАДФН2. Катаболизм à специфические пути à общие пути(окис-ое декорбоксилирование пирувата) àЦикл Кребса. При катаболизме образуется промежуточные субстраты от которых возможно отщепление двух атомов водорода – этот процесс дегидрирование(при наличии соответствующей дегидрогензы например изоцитрат, сукцинат, малат, альфакетаглутарат). Далее эти атомы водорода при участии дыхательной цепи вост. кислород до воды – строение митохондрии. Этот процесс сопровождается выделением свободной энергии особенно значительна в 3 пунктах т.к значительна разность редокса-потенциала. За счет этого образуется 3 молекулы АТФ: АДФ+Рн= АТФ; 3 мол АТФ – ионная дыхательная цепь а 2-1 молекула АТФ – неполная дыхательная цепь. Анаболизм- биосинтез компонентов клетки кроме незаменимых факторов (витамины, жирные кислоты) с использованием свободной энергии.

 

6. Липиды Гликоген-крахмал Белки

 

Жирные Глицерин Глюкоза Аминокислоты

Кислоты

 

Ацето глицерофосфат Фруктоза – 1,6 дифосфат

цетил-КоА

 

Глицеральдегид – 3 фосфат

 

Пируват Пируват

СО2 Н2О +3 АТФ

 

Ацетио – КоА Ацетил –КоА Ацетил- КоА

+

Оксалоацетат Оксалоацетат

-Н2О+ 3 АТФ

Цитрил- КоА Малат

 

Цитрат Фумарат

- Н2О+ 2 АТФ

Изоцитрат Сукцинат

 

Н2О + 3 АТФ ГТФ

Оксалосукцинат Сукцинил- КоА

-Н2О+ 3АТФ

СО2 Альфа-кетоглутарат

4. Витамин В5(РР)(ниацин) – антиаллергический витамин

соединение пиридинового ряда, содержащее амидную группу. Основные источники – мясо, печень, дрожжи, рисовые отруби. Основные биофункции РР связаны с коферментами НАД, НАДФ: коферменты аэробных дегидрогеназ, синтез ДНК, аллостерическая регуляция ферментов в цикле Кребса и глюконеогенеза. Кроме кофермент фун-й: стимулирует синтез соляной кислоты, улучшает фун-ю печени и органов кроветворения, сосудорасширяющее действие.

Билет16

1. Понятие о специфических и общих путях катаболизма. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Специфические и общие пути катаболизма. В катаболических процессах можно выделить два звена: - специфические пути катаболизма, разные для различных классов соединений (белков, жиров, углеводов и др.), - общие пути катаболизма - единые пути катаболизма для различных классов веществ, являющиеся продолжением специфических путей. С общими путями катаболизма, в основном, связаны главные биоэнергетические процессы, сопряженные с высвобождением и накоплением энергии в клетке.К специфическим путям катаболизма относятся реакции гидролиза белков, углеводов, липидов происходящие в желудочно-кишечном тракте или в тканях, реакции разрушения моносахаридов, аминокислот, жирных кислот, спиртов, происходящие в клетках и, в конце концов, завершающиеся образованием пировиноградной кислоты или ацетильным радикалом в форме ацетил-КоА.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Окислительное декарбоксилирование пирувата катализируется мультиэнзимным пируват-дегидрогеназным комплексом, локализованным на внутренней мембране митохондрий со стороны матрикса. Пируват-дегидрогеназный комплекс (окислительная декарбоксилаза пировиноградной кислоты) состоит из трех ферментов (Е1,Е2,Е3): Е1-пируватдекарбоксилаза с коферментом ТПФ (тиаминпирофосфат), Е2-дигидролипоил-трансацетилаза с коферментом липоевая кислота (ЛК) и кофактором - НS-КоА, Е3-дигидролипоил-дегидрогеназа с коферментом ФАД и кофактор - НАД Пировиноградная кислота (пируват) и ацетил-КоА являются теми метаболитами, которые, включаясь в общие пути катаболизма, разрушаются до углекислого газа и воды, поставляют энергию для синтеза АТФ в митохондриях. К общим путям катаболизма относятся следующие метаболические процессы (оба эти процесса локализованы в митохондриях): - окислительное декарбоксилирования пировиноградной кислоты; - превращение ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот Кребса (Ц Т К).Пируват (пировиноградная кислота) является одним из центральных метаболитов углеводного обмена. При окислительном декарбоксилировании пирувата образуется ацетил-КоА - ключевой субтсрат цикла трикарбоновых кислот Кребса. В анаэробных условиях из пирувата образуется молочная кислота. В процессе глюконеогенеза из пируват синтезируется глюкоза. Повышение уровня пирувата наблюдается при гиповитаминозе В1, при интенсивной мышечной работе, при сердечной декомпенсации, сахарном диабете, при гепатитах. В ликворе концентрация пирувата резко повышается после черепно-мозговой травмы, при менингите, абсцессе мозга.

Окисление пирувата

2. ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ:

Витамин В1(тиамин) антиневритный витамин.

 

два кольца – пиримидиновое и тиазоловое, объединенные метиленовой связью. Содержится в муке грубого помола, в горохе, фасоли, в мясных продуктах. Биологическая роль – кофермент(ТПФ) следующих ферментов: перуватдегадрогеназный комплекс, альфа-кетоглуторатдегидрагеназный комплекс, тренкетолаза. Тиаминтрифосфат принимает участие в транспортировке ионов калия и натрия, снижает активность ацетилхолинэстеразы, что обеспечивает высокий тонус парасимпатического отдела НС.