В общем пути катаболизма образуются первичные доноры водорода для ЦПЭ, которые окисляются ΝАD+-зависимыми или FАD-зависимой дегидрогеназами, передающими водород в ЦПЭ.
Реакции ОПК происходят в матриксе митохондрий, и восстановленные коферменты передают водород непосредственно на компоненты ЦПЭ, расположенные во внутренней мембране митохондрий.
Первая реакция ОПК – реакция окислительного декарбоксилирования пирувата. Эту реакцию катализирует сложно организованный пируватдегидрогеназный комплекс, который состоит из 3 разных ферментов и 5 коферментов.
ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗНЫЙ КОМПЛЕКС
Фермент |
Число |
Кофермент |
Витамин |
|
|
мономеров |
|
|
|
Пируватдекарбоксилаза |
120 |
(30 |
ТПФ |
В1 |
(Е1) |
тетрамеров) |
|
|
|
Дегидролипоил- |
180 |
(60 |
Липоамид |
Липоевая кислота |
трансацетилаза (Е2) |
тримеров) |
НSКоА |
Пантотеновая к-та |
|
Дегидролипоил- |
12 |
(6 |
FАD |
В2 |
Дегидрогеназа (Е3) |
димеров) |
ΝАD+ |
РР |
Пируватдекарбоксилаза отщепляет CO2, а оставшаяся оксиэтильная группа присоединяется к ТПФ.
На этом этапе уже произошло окисление оксиэтильного остатка до остатка уксусной кислоты, одновременно с этим началось восстановление липоевой кислоты.
31
На этой стадии фермент переносит остаток уксусной кислоты на молекулу кофермента А (КоА). В КоА содержится остаток пантотеновой кислоты (витамин В3). Активной частью КоА является остаток тиоэтаноламина и его -SH группа.
Энергия этого окисления аккумулируется в виде макроэргической
связи активной формы уксусной кислоты (ацетил-КоА). |
|
||
Заключительный |
этап |
катализируется |
ферментом |
ДИГИДРОЛИПОИЛДЕГИДРОГЕНАЗОЙ.
Кофермент этого этапа - особый ФАД с низким окислительновосстановительным потенциалом (обозначается как ФАД'). Переносит протоны и электроны с дигидролипоата на НАД - последний кофермент в описанном комплексе.
В итоге можем записать суммарное уравнение:
32
ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
(ЦТК, лимоннокислый цикл, цикл Кребса)
ЦТК, как и реакции митохондриального окисления, протекает в митохондриях. Представляет собой серию реакций, замкнутых в цикл.
33
ИТОГОВОЕ УРАВНЕНИЕ ЦТК
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЦТК
1. ЦТК - главный источник АТФ. Энергию для образования большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до СО2 и Н2О.
2.ЦТК - это универсальный терминальный этап катаболизма веществ всех классов.
3.ЦТК играет важную роль в процессах анаболизма (промежуточные продукты ЦТК):
РЕГУЛЯЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
Синтез АТФ в клетке регулируется потребностью в энергии, что достигается согласованной регуляцией скоростей реакций ЦПЭ и ОПК.
Увеличение концентрации АДФ ускоряет окисление ΝАDН в ЦПЭ, что приводит к увеличению скорости реакций, катализируемых регуляторными ΝАD+-зависимыми ферментами, и к увеличению скорости общего пути катаболизма в целом. Кроме этого, АДФ аллостерически активирует регуляторные ферменты ОПК. Такая согласованная регуляция ЦПЭ и ОПК приводит к тому, что вместо использованных молекул АТФ синтезируется адекватное количество новых; чем больше использовано АТФ, тем больше его синтезируется.
Скорость общего пути катаболизма регулируется на уровне 4 реакций, катализируемых:
1)пируватдегидрогеназным комплексом;
2)цитратсинтазой;
3)изоцитратдегидрогеназой;
4)α-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ
Физиологическое |
Скорость |
Скорость |
Скорость |
состояние |
расходования |
потребления |
синтеза АТФ |
|
АТФ, |
кислорода, |
при участии |
|
мкмоль/(мин*г) |
мкмоль/(мин*г) |
ЦПЭ мкмоль/ |
|
|
|
(мин*г) |
Состояние покоя |
5 |
0,8 |
20 |
Состояние |
|
|
|
интенсивной работы |
600 |
20 |
120 |
(быстрый бег) |
|
|
|
|
34 |
|
|
РЕГУЛЯЦИЯ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА
ГИПОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ
Наиболее частой причиной гипоэнергетических состояний является гипоксия, возникновение которой в свою очередь связано с нарушением:
1)поступления кислорода в кровь, что наблюдается при
недостаточности О2 во вдыхаемом воздухе или нарушении легочной вентиляции;
2)транспорта кислорода в ткани при нарушении кровообращения или снижении транспортной функции гемоглобина;
3)функций митоходрий, вызванным действием ядов,
разобщителей.
Кроме того, причиной гипоэнергетических состояний могут быть гиповитаминозы, так как в реакциях общих путей катаболизма и дыхательной цепи участвуют коферменты, содержащие витамины. Так, витамин В1 входит в состав тиаминдифосфата, В2 является составной частью FMN и FAD, витамин РР в виде никотинамида входит в состав NAD+ и NADP+, пантотеновая кислота - в состав кофермента А, биотин также выполняет коферментную функцию активации СО2.
35
СВЯЗЬ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА С ЦЕПЬЮ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ
Аминокислоты |
|
Глюкоза |
|
Глицерин |
|
Жирные кислоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пируват |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СО2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ацетил-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ЩУК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цитрат |
||||
|
|
↑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
↓ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Малат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изоцитрат |
||||
|
|
↑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
СО2 |
|
↓ |
|||
|
Фумарат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α-Кетоглутарат |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
СО2 |
||||||||
|
|
↑ |
|
|
|
|
|
АТФ |
|
|
↓ |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Сукцинат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сукцинил-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2Н |
2Н |
|
|
|
ΝАDН |
|
|
|
2Н |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ΝАDН - дегидрогеназа |
|
|
|
|
FMN |
|
АТФ |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
↓ |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
↓ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QН - дегидрогеназа |
|
|
|
|
|
b→с1 |
|
АТФ |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
↓ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
Цитохромоксидаза |
|
|
|
|
|
↓ |
|
АТФ |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
а →а3 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
↓ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2 ē + 2Н+ + ½О2→ Н2О |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ОБМЕН И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
СТРУКТУРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ
УГЛЕВОДЫ
МОНОСАХАРИДЫ |
ОЛИГОСАХАРИДЫ |
|
ПОЛИСАХАРИДЫ |
(от 3 до 10 С-атомов) |
(от 2 до 10 остатков |
|
(свыше 10 |
|
моносахаридов) |
|
|
|
моносахаридных звеньев) |
||
|
|
||
Производные моносахаридов |
|
|
|
|
Гомополисахариды |
Гетерополисахариды |
Уроновые Аровые Гликозиды кислоты кислоты
ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ДИСАХАРИДОВ
Мальтоза -α-D-Глюкопиранозил-(1 4)-β-D-глюкопираноза
6 CH2OH 6CH2OH
H |
5 |
O H |
|
H |
5 |
O OH |
|
4 |
H |
α |
|
4 |
H |
1 |
β |
HO |
OH |
H 1 |
O |
OH |
H |
H |
|
3 |
2 |
|
3 |
2 |
|||
|
|
|
|
||||
|
H |
OH |
|
|
H |
OH |
|
Лактоза β-D-Галактопиранозил-(1 4)-β-D-глюкопираноза
|
|
|
|
|
|
6 C H 2 O H |
|
|||
|
|
6 C H 2 O H |
H |
H 5 |
O |
O H |
||||
|
|
4 |
|
H 1 β |
||||||
H O |
|
5 |
O |
O |
O H |
|||||
H |
|
|
|
|
H |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
4 |
|
|
H 1 |
β |
|
3 |
2 |
|
||
|
O H |
H |
|
|||||||
|
|
|
O H |
|
||||||
H |
H |
3 |
2O H |
H |
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
37
Сахароза
О-β-D-фруктофуранозил-(2 1)-α-D-глюкопиранозид
|
|
|
|
|
|
6 CH OH |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
O H HOH2C |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
H |
|
|
|
|
|
α |
β |
|
H |
HO |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
OH |
|
H |
1 |
|
|
|
|
2 |
CH2OH |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
HO |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ПОЛИСАХАРИДЫ КРАХМАЛА — |
АМИЛОЗА И АМИЛОПЕКТИН |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фрагмент α-амилозы |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
6 CH OH |
|
|
|
6CH OH |
|
|
|
|
6 CH OH |
|
|
|
|
6 CH OH |
|
|||||||||||||||||||
H |
|
|
2 |
O |
H |
|
|
H |
|
|
|
2 |
O H |
|
|
|
|
H |
|
2 |
|
|
O |
H |
|
H |
|
2 |
O H |
|
||||
5 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
5 |
|
|||||||||||||||||
4 |
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
α 4 |
|
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
α |
|||||||||||||
H |
|
|
|
|
|
H |
|
|
1 |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
1 |
||||||||||||||
O |
OH H 1 O 4 OH H |
O |
|
OH H 1 O 4 |
OH H |
O |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
H3 2OH |
|
|
|
|
H3 2OH |
|
|
|
|
|
H3 2OH |
|
|
|
|
|
H3 2OH |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Фрагмент амилопектина |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Боковая ветвь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
6CH2OH |
|
|
|
|
|
6CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
H |
H5 |
O H |
|
|
|
|
H |
O |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
4 |
|
|
|
α |
|
|
|
|
H5 |
H1 |
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
O |
|
OH |
H 1 |
|
O |
4 |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
H3 |
2OH |
|
|
|
H3 |
2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Точка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
ветвления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
6CH2OH |
|
6CH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6CH2OH |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
O H |
H |
H5 |
O H |
α |
|
|
H |
H5 |
O H |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
H5 |
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
4 |
|
α |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
O |
|
|
OH H 1 O 4 |
OH H1 |
|
|
O |
|
|
|
OH H 1 |
O |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
3 |
2 |
|
|
|
H |
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
3 |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
Основная цепь
ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
1)Энергетическая: главными источниками энергии являются глюкоза и гликоген.
2)Структурная: углеводы входят как составная часть в структурнофункциональные компоненты клетки - гликолипиды и гликопротеины.
3)Метаболическая: из углеводов могут синтезироваться липиды, некоторые аминокислоты, пентозы. Глюкоза может превращаться практически во все моносахариды, в то же время возможно и обратное превращение.
38
ОБМЕН ГЛЮКОЗЫ
ТРАНСПОРТ ГЛЮКОЗЫ В КЛЕТКИ
С кровью воротной вены большая часть глюкозы (около половины) из кишечника поступает в печень, остальная глюкоза через общий кровоток транспортируется в другие ткани.
Концентрация глюкозы в крови в норме поддерживается на постоянном уровне и составляет 3,33-5,55 мкмоль/л, что соответствует 80100 мг в 100 мл крови.
Транспорт глюкозы в клетки носит характер облегченной диффузии, но регулируется во многих клетках гормоном поджелудочной железы - инсулином, действие которого приводит к перемещению белковпереносчиков ГЛЮТ из цитозоля в плазматическую мембрану.
Тип ГЛЮТ |
Локализация в органах |
ГЛЮТ - 1 |
Преимущественно в плаценте, мозге, почках, толстой |
|
кишке |
ГЛЮТ - 2 |
Преимущественно в печени, в β-клетках островков |
|
Лангерганса, энтероцитах |
ГЛЮТ – 3 |
Во многих тканях, включая мозг, почки |
|
39 |
ГЛЮТ - 4 В мышцах (скелетных, сердечной), жировой ткани, находятся почти полностью в цитоплазме
ГЛЮТ - 5 В тонкой кишке, в меньшей мере в почках, мозге. Переносчик фруктозы
Первая реакция, в которую вступает глюкоза в клетке - это реакция фосфорилирования глюкозы за счёт АТФ. Эту реакцию катализирует фермент гексокиназа (ГК).
Биологический смысл гексокиназной реакции:
1.Сделать молекулу глюкозы более способной к химическим реакциям, ослабить в ней химические связи, дестабилизировать её ("расшатать").
2.Связать, задержать глюкозу в клетке, чтобы она не смогла выйти обратно в кровь (глюкозо-6-фосфат не способен проходить через клеточную мембрану).
МЕТАБОЛИЗМ ГЛЮКОЗЫ
40