2 курс / Биохимия / Лекции_по_общей_биохимии_Для_студентов_медицинских

ОБПЩИЕ УТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ

Онвыполняеттриспециализированныефункции:

1.Энергетическая – снабженклеткхимэнической, ргие

2.Пластическая – синтезмакромкакстроблоковлекулительных,

II этап

Вещества, образованные при внутриклеточном гидролизе или проникающие в клетку из крови, обычно превращаются в

пировиноградную кислоту, ацетильную группу (в составе ацетил-SКоА), и в некоторые другие мелкие органические молекулы. Локализация второго этапа – цитозоль и митохондрии.

Часть энергии рассеивается в виде тепла и примерно 13% энергии вещества усваивается, т.е. запасается в виде макроэргических связей АТФ.

III этап

Все реакции этого этапа идут в митохондриях. АцетилSКоА включается в реакции

цикла трикарбоновых кислот

и окисляется до углекислого газа. Выделенные атомы водорода

соединяются с НАД и ФАД и восстанавливают их. После этого НАДН и ФАДН2 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 около 46% энергии исходного вещества усваивается, т.е. запасается в связях АТФ и ГТФ.

На втором этапе выделяется около 30% энергии, заключенной в молекуле. При этом 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 количества усваивается 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!

цикла трикарбоновых 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.

ОК И С Л И Т Е Л Ь Н О Е Д Е К А Р Б О К С И Л И Р О В А Н И Е

ПИ Р О В И Н О Г Р А Д Н О Й К И С Л О Т Ы

Пировиноградная кислота (ПВК, пируват) является продуктом окисления глюкозы и некоторых аминокислот. Ее судьба различна в зависимости от доступности кислорода в клетке. В анаэробных условиях она восстанавливается до молочной кислоты. В аэробных условиях происходит ее окисли-

тельное декарбоксилирование до уксусной кисло-

ты, переносчиком которой служит коэнзим А.

Суммарное уравнение реакции отражает декарбоксилирование пирувата, восстановление НАД до НАДН 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 кисло-

та, катализирует 2-ю и 3-ю реакции.

Дигидролипоат-дегидрогеназа (Е3), кофермент – ФАД, катализирует 4-ю и 5-ю реак-

ции.

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 (катализируется пируватдегидрогеназой, Е1), окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А (катализируется дигидролипоамид-ацетилтрансферазой, Е2).

Фосфатаза, 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 НАДН резко снижается, киназная реакция останавливается, и в результате дефосфорилирования фермент активируется – начинается окисление глюкозы.

В головном мозге доля пирувата, поступающая на ПВК-дегидрогеназу, составляет 80-90%, в отличие от печени, где эта доля соответствует 15-20%. В печени ПВК в основном используется для синтеза оксалоацетата. Этим объясняется высокая чувствительность нервной ткани к дефициту тиамина.

Ц И К Л Т Р И К А Р Б О Н О В Ы Х К И С Л О Т

Образующийся в ПВК-дегидрогеназной реакции ацетил-SКоА далее вступает в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса).

Впервой реакции цикла связываются ацетил и оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота) с образованием цитрата (лимонной кислоты), далее происходит изомеризация ли-

монной 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 новое

дегидрирование субстратов.

Витоге после восьми реакций цикла вновь образуется оксалоацетат.

Функции ЦТК:

1.Энергетическая – заключается в синтезе одной молекулы ГТФ (эквивалентна АТФ) и в генерации атомов водорода для работы дыхательной цепи (см ниже), а именно трех молекул НАДН и одной молекулы ФАДН2;

2.Анаболическая – в ЦТК образуется

o предшественник гема – сукцинил-SКоА,

o кетокислоты, способные превращаться в аминокислоты – α-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 представ-

ляет собой последовательные реакции связывания ацетила и щавелевоуксусной кислоты (оксалоацетата) с образованием лимонной кислоты, ее изомеризации и последующие реакции окисления с сопутствующим выделением СО2. После восьми реакций цикла вновь образуется оксалоацетат.

6При.этомонитеряютэнергию,котораяисподсинтляьзуАТФ. езатся

Ф Е Р М Е Н Т Н Ы Е К О М П Л Е К С Ы Д Ы Х А Т Е Л Ь Н О Й Ц Е П И

Всего цепь переноса электронов включает в себя около 40 разнообразных белков. Все они организованы в 4 больших мембраносвязанных мульферментных комплекса.

I КОМ ПЛЕКС , НАДН-KO Q-ОКСИДОРЕДУКТАЗА

I комплекс носит общее название НАДН-дегидрогеназа, содержит ФМН, белковые молекулы, из них 6 железосерных белков.

Функция

1.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 остатков цистеина, образуя железо-серный центр.

IIКОМ ПЛЕКС

IIкомплекс – как таковой не существует, его выделение условно, он включает в себя ФАД-зависимые ферменты, расположенные на внутренней мембране – например, ацил- SКоА-дегидрогеназа (окисление жирных кислот), сукцинатдегидрогеназа (цикл трикарбоновых кислот), митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (челночный механизм переноса атомов водорода).

Функция

1.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.