Слайд 1МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ
(Продолжение)
Слайд 2Спиртовое брожение осуществляется так называемыми дрожжеподобными организмами, а также некоторыми
плесневыми грибками.
Суммарную реакцию спиртового брожения можно изобразить следующим образом:
Спиртовое брожение
С6Н12O6
–> 2C2H5OH + 2СO2
глюкоза
этанол
Слайд 3Механизм реакции спиртового брожения чрезвычайно близок к гликолизу. Расхождение начинается
лишь после этапа образования пирувата.
При гликолизе пируват при участии фермента
ЛДГ и кофермента НАДН восстанавливается в лактат.
При спиртовом брожении этот конечный этап заменен двумя другими ферментативными реакциями – пируватдекарбоксилазной и алкогольдегидрогеназной.
Слайд 4Гликолиз:
пируват
Молочная кислота
(лактат)
лактатдегидрогеназа
НАДН + Н+
НАД+
Спиртовое брожение:
Слайд 5Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и СО
2,
а не молочная кислота, как при гликолизе.
Существуют и другие виды
брожения, конечными продуктами которых могут являться пропионовая, масляная и янтарная кислоты, а также другие соединения.
Слайд 6Цикл трикарбоновых кислот
= цикл Кребса
= цикл лимонной кислоты
=
цитратный цикл
Цикл трикарбоновых кислот впервые был открыт английским биохимиком Г.
Кребсом
За это выдающееся открытие Г. Кребс получил Нобелевскую премию в 1953 г. (совместно с Ф.Липманом).
Цикл трикарбоновых кислот часто называют его именем – цикл Кребса
Слайд 7цикл Кребса – общий конечный путь
окисления ацетильных групп (в виде
ацетил-КоА), в которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических
молекул, играющих
роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот.
Слайд 8Образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата в митохондриях ацетил-КоА вступает
в цикл Кребса.
Данный цикл происходит в матриксе митохондрий и
состоит из восьми последовательных реакций
Слайд 9Начинается цикл с присоединения ацетил-КоА
к оксалоацетату и образования лимонной кислоты
(цитрата).
Затем лимонная кислота (шестиуглеродное соединение) путем ряда дегидрирований
(отнятие водорода)
и двух декарбоксилирований (отщепление СО2) теряет два углеродных атома и снова в цикле Кребса превращается в оксалоацетат
(четырехуглеродное соединение), т.е. в результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО2 и Н2.
Слайд 10Первая реакция катализируется ферментом цитрат-синтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА
конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимонная кислота:
Слайд 11В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с
образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит в изолимонную
кислоту (изоцитрат).
Фермент – аконитатгидратаза (аконитаза).
Слайд 12Третья реакция лимитирует скорость цикла Кребса.
Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии
НАД-зависимой изоцитратдегидрогеназы
Слайд 13Четвертая реакция – окислительное декарбоксили-рование α-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического
соединения сукцинил-КоА.
Слайд 14Пятая реакция – сукцинил-КоА при участии ГТФ и неорганического фосфата
превращается в янтарную кислоту (сукцинат).
Одновременно происходит образование высокоэрги-ческой фосфатной
связи ГТФ за счет
высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА:
Слайд 15Шестая реакция – сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината
катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно связан кофермент
ФАД.
Слайд 16Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фумаратгидратазы (фумаразы).
Образовавшаяся при этом
фумаровая кислота
гидратируется, продуктом реакции является яблочная кислота (малат).
Слайд 17Восьмая реакция – под влиянием митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление
L-малата в оксалоацетат:
Слайд 18За один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций, происходит
полное окисление («сгорание») одной молекулы ацетил-КоА.
Для непрерывной работы цикла необходимо
постоянное поступление в систему ацетил-КоА, а коферменты (НАД+ и ФАД), перешедшие в восстановленное состояние, должны снова и снова окисляться.
Это окисление осуществляется в системе переносчиков электронов в дыхательной цепи (в цепи дыхательных ферментов), локализованной в мембране митохондрий
Слайд 19при окислении одной молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и системе
окислительного фосфорилиро-вания может образоваться 12 молекул АТФ
при расщеплении в тканях
одной молекулы
глюкозы по уравнению
С6Н12О6 + 6О2—>6СО2 + 6Н2О
синтезируется 38 молекул АТФ.
Несомненно, что в энергетическом отношении полное расщепление глюкозы является более эффективным процессом, чем анаэробный гликолиз.
Слайд 22Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса).
Слайд 26Общий путь катаболизма (ОПК) выполняет как энергетическую, так и анаболическую
функцию
(рис. 7.9).
Анаболическая функция ОПК проявляется в том, что ряд
промежуточных продуктов используется для синтеза необходимых организму веществ.
Слайд 27Так пируват, α-кетоглутарат и оксалоацетат являются кетокислотами, которые путем трансаминирования
могут превращаться в аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты соответственно.
Сукцинил-КоА
используется для синтеза гема, а пируват и оксалоацетат могут включаться в процесс синтеза глюкозы.
Слайд 28Выведение хотя бы одного метаболита цикла нарушает его работу, так
как уменьшает регенерацию оксалоацетата.
Для компенсации убыли метаболитов цикла в
митохондриях происходит реакция карбоксилирования пирувата с образованием оксалоацетата.
Пируват включается в цитратный цикл двумя путями: окислительным декарбоксилированием с образованием ацетил-КоА и карбоксилированием с образованием оксалоацетата.
Последнюю реакцию катализирует пируваткарбоксилаза
Слайд 40Глюконеогенез
Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов (это молочная и
пировиноградная кислоты, так называемые гликогенные аминокислоты, глицерол и ряд других
соединений).
Предшественники глюкозы в глюконеогенезе: пируват или любое соединение, превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот.
У позвоночных наиболее интенсивно глюконеогенез протекает в клетках печени и почек (в корковом веществе).
Слайд 41Образование фосфоенолпирувата из пирувата.
Синтез фосфоенолпирувата осуществляется в несколько этапов
Первоначально
пируват под влиянием пируваткарбоксилазы и при участии СО2 и АТФ
карбоксилируется с образованием оксалоацетата:
Слайд 42Затем оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорилирования под влиянием фермента
фосфоенолпируваткарбоксилазы превращается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции служит
гуанозинтрифосфат (ГТФ):
Слайд 43Первый этап синтеза протекает в митохондриях.
Слайд 44Реакция протекает при участии митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы.
В митохондриях отношение
НАДН/НАД+ относительно велико, в связи с чем внутримитохондриальный оксалоацетат легко
восстанавливается в малат, который легко выходит из митохондрии через митохондриальную мембрану.
Слайд 45В цитозоле отношение НАДН/НАД + очень
мало, и малат вновь окисляется
при участии цитоплазматической НАД-зависимой малатдегидрогеназы:
Дальнейшее превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват происходит
в цитозоле клетки.
Слайд 46Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат.
Фосфоенолпируват, образовавшийся из пирувата, в результате ряда
обратимых реакций гликолиза превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат.
Далее следует фосфофруктокиназная реакция,
которая необратима.
Глюконеогенез идет в обход этой эндергонической реакции.
Слайд 47 + Н2О
Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется специфической фосфатазой:
Фруктозобисфосфатаза
фруктозо-
6-фосфат
фруктозо-
1,6-бисфосфат
+
Слайд 48Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата
В последующей обратимой стадии биосинтеза глюкозы фруктозо-6-фосфат
превращается в глюкозо-6-фосфат.
Последний может дефосфорилироваться (т.е. реакция идет в
обход гексокиназной реакции) под влиянием фермента глюкозо-6-фосфатазы:
глюкозо-6-фосфатаза
Слайд 49Образование фосфоенолпирувата из пирувата.
1 - пируваткарбоксилаза; 2 - малатдегидрогеназа (митохондриальная);
3 - малатдегидрогеназа (цитоплазматическая); 4- фосфоенолпируват-карбоксикина
Слайд 50Клетки, недостаточно снабжаемые кислородом, могут частично или полностью существовать за
счет энергии гликолиза.
Большинство животных и растительных клеток в норме
находится в аэробных условиях и свое органическое «топливо» окисляет полностью до СО2 и Н2О.
Аэробный метаболизм пирувата
Слайд 51В этих условиях пируват, образовавшийся при расщеплении глюкозы, не восстанавливается
до лактата, а постепенно окисляется до СО2 и Н2О в
аэробной стадии катаболизма, при этом первоначально происходит окислительное декарбоксилирование пирувата с образованием ацетил-КоА.
Слайд 52Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит при участии
ряда ферментов и коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, получившую
название «пируватдегидрогеназный комплекс».
Слайд 53На I стадии этого процесса пируват теряет свою карбоксильную группу
в результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (ТПФ) в составе активного центра
фермента пируватдегидрогеназы (E1).
На II стадии оксиэтильная группа комплекса E1–ТПФ–СНОН–СН3 окисляется с образованием ацетильной группы, которая одновременно переносится на амид липоевой кислоты (кофермент), связанной с ферментом дигидролипоилацетил-трансферазой (Е2).
Слайд 54Этот фермент катализирует III стадию – перенос ацетильной группы на
коэнзим КоА (HS-KoA) с образованием конечного продукта ацетил-КоА, который является
высокоэнергетическим
(макроэргическим) соединением.
На IV стадии регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного комплекса дигидролипоамид – Е2.
Слайд 55При участии фермента дигидролипоил- дегидрогеназы (Е3) осуществляется перенос атомов водорода
от восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на ФАД, который выполняет роль
простетической группы данного фермента и прочно с ним связан.
На V стадии восстановленный ФАДН2 дигидро-липоилдегидрогеназы передает водород на кофермент НАД с образованием НАДН + Н+.
Слайд 56Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий.
В нем
в составе сложного мультиферментного комплекса принимают участие:
3 фермента
пируватдегидрогеназа;
дигидролипоилацетилтрансфераза;
дигидролипоилдегидрогеназа.
Слайд 575 коферментов:
ТПФ;
амид липоевой кислоты;
коэнзим А;
ФАД;
НАД.
Слайд 58Суммарную реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназным комплексом, можно представить следующим образом:
Образовавшийся в
процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА подвергается дальнейшему окислению с образованием СО2
и
Н2О.
Полное окисление ацетил-КоА происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса).
Слайд 59Е1 - пируватдегидрогеназа;
Е2-дигидролипоилацетилтрансфсраза;
Е3- дигидролипоилдегидрогеназа;
Механизм действия пируватдегидрогеназного комплекса
цифры в
кружках обозначают стадии процесса.
