12. Гидроксилазы, понятие о строении, виды, каталитическое действие.

Гидроксилазы играют важную роль в обмене стероидов, ксенобиотиков и других циклических соединений. Это двукомпонентные ферменты, в состав кофермента входит вит.С – аскорбиновая кислота. Гидроксилазы делятся на диоксигеназы: включают в субстрат молекулярный кислород, активируя его за счет электрона атома железа в активном центре; и монооксигеназы требуют участия в реакции НАДФН_2:

субстрат + О₂ субстрат-ОН +Н₂О.

Гидроксилазы также участвуют в образовании холестерина и адреналина. Эти ферментысодержатся в цитоплазме, в мембране ЭПР, митохондрий и микросом.

Упражнения и ситуационные задачи

1.Дописать формулу, назвать вещество. Коферментом какого фермента является данное соединение?

2. Расставить двойные связи в приведенном соединении. Дать его название и указать, коферментом каких ферметов оно является?

3. В состав, какого цитохрома входит гем, похожий на гем гемоглобина. Дать рациональное название. Написать его формулу.

4.Чем отличаются цитохромы группы А друг от друга?

5. Чем отличается цитохром а от цитохрома с?

6. Роль КоQ в переносе Н⁺ и электронов.

7. Написать кофермент СДГ.

8. Написать гем цитохрома С₁ .

9. Атом водорода на КоQ расщепился на Н⁺ и электрон.Чем это объяснить?

10. Биологическая роль Цха в переносе электронов от Цхс к Цха_3. Почему невозможен обратный перенос?

11. Н₂О₂ может разрушаться с образованием Н₂О и О₂ или с образованием Н₂О и [О]. Какие ферменты ускоряют ту или иную из названных реакций?

12. Как называется реакция? Какой фермент ускоряет эту реакцию?

13. К раствору янтарной кислоты и трифенилтетразолия добавили гомогенат печени, поместив пробирку на 30 минут в оптимальные условия. Раствор окрасился в красный цвет.

а) Что произошло в пробирке?

б) Произойдет ли реакция, если в пробирке будет отсутствовать янтарная кислота? Какую роль играет в этих условиях янтарная кислота?

14. В две пробирки добавили раствор янтарной кислоты и трифенилтетразолия.

Затем в первую пробирку добавили гомогенат печени, во - вторую- гомогенат мышц. Через 30 минут пробирки извлекли из термостата (температура 37^оС).

Раствор в первой пробирке окрашен интенсивнее. Что доказывает эта реакция?

15. В пробирку добавили раствор гидрохинона, Н₂О₂ и вытяжку из хрена, во второй пробирке - все те же реактивы, за исключением Н₂О_2. В какой из пробирок гидрохинон окислится? Почему? Какой фермент содержится в вытяжке из хрена?

Занятие : энергетический обмен. Специфические пути катаболизма. Цикл трикарбоновых кислот. Вопросы и ответы для самоподготовки:

1. Стадии энергетического обмена:

а) I стадия – специфические пути катаболизма

В превращениях основных питательных веществ ключевым промежуточным соединением является ацетил КоА - активная уксусная кис­лота. В аэробных условиях ацетил-КоА образуется из глюкозы при окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты; из липидов при β-окислении СЖК и из гли­церина при его окислении;

из 18 аминокислот через проме­жуточные соединения; пируват (ала, гли, сер, цис, тре), α-кетоглутарат и оксалоацетат (асп, глу, фен, тир, тис, арг, мет, про, вал), ацетоацетил-КоА (лей, лиз, фен, тир, три).

Центральная роль ацетил-КоА определяется тем, что, яв­ляясь продуктом катаболизма углеводов, липидов, большин­ства аминокислот, он может быть окислен в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК).

б) II стадия – ЦТК. Сущность, значение. Реакции и ферменты, участвующие в ЦТК.

ЦТК представляет собой 2 этап энергетического обмена и является началом общего катаболического пути для всех классов орга­нических соединений. Суммарное уравнение ЦТК:

ЦТК

АцетилКоА 2 СО₂ + 3НАД→ 3НАДН₂ + ФП → ФПН₂ + АТФ

Функции ЦТК-

1. ЦТК является амфиболическим циклом. Это означает, что в ЦТК происходят анаболические и катаболические про­цессы.

Анаболические процессы в ЦТК — путь для синтеза предшественников многих молекул. Эту функцию ЦТК можно назвать пластической. Например, из α-кетоглутарата при переаминировании с аланином можно получить аминокислоту глутамат и пируват, а из оксалоацетата в такой же реакции с аланином получается аспартат. Сукцинил-КоА можно использовать на синтез гема гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы и пероксидазы.

Лимонная кислота может быть использована на синтез свободных жирных кислот. Катаболические процессы в ЦТК обеспечивают расщепле­ние двууглеродных ацетильных остатков углеводов, жирных кислот и аминокислот.

2. ЦТК является важным компонентом клеточного дыха­ния и системы захвата и переработки энергии аэробными клетками. В этом цикле «сгорают» активные уксусные кислоты, т.е. это единственный путь окисления АУК в клетке. ЦТК считают началом общего пути для окончатель­ного окисления всех метаболических соединений — источни­ков энергии, таких как углеводы, свободные жирные кисло­ты, кетоновые тела, аминокислоты. Указанные соединения конкурируют за кофермент А (КоА), НАД⁺ и ФАД⁺.

3. В ЦТК образуются восстановленные дегидрогеназы, которые в дальнейшем используются в цепи биологичсеского окисления. ЦТК, таким образом, можно считать процессом, поставляющим в БО восстановленные эквиваленты (ДГН₂)

4. Так как цикл Кребса является местом перекреста всех обменов веществ, за счет этого может происходит взаимосвязь метаболизмов всех веществ.

Реакции цикла трикарбоновых кислот

1 реакция ЦТК начинается с образования цитрата путем конденсации оксалоацетата с ацетилКоА .

2 реакция. Цитрат превращается в цис-аконитат в следующей реакции с участием аконитазы, при этом происходит дегидратация цитрата:

3 реакция. Цис-аконитовая кислота под действием соответствующей гидратазы превращается в изоцитрат за счет присоединения воды.

При исчезновении изоцитрата на следующем этапе ЦТК данная реакция сдвигается вправо.

4 реакция. Под действием ИДГ (изоцитратдегидрогеназы) изолимонная кислота окисляется в оксалосукцинат. Данная реакция — первая из четырех окислительно-вос­становительных реакций ЦТК. В процессе этой дегидро-геназной реакции происходит образование первой из трех молекул НАДН₂, синтезируемых в ЦТК.

5 реакция. Щавелевоянтарная кислота подвергается декарбоксилированию (фермент оксалосукцинатдекарбоксилаза), в результате образуется α-кетоглутаровая кислота.

6 реакция. Вторая окислительно-восстановительная реакция ЦТК ка­тализируется α-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом - в ней проис­ходит выход двуокиси углерода СО₂, образование второй из трех молекул НАДН₂, синтезируемых в ЦТК.

7 реакция. СукцинилКоА превращается в сукцинат сукцинил-КоА-синтетазой, сохраняя высокоэнергетическую связь тиоэфирной группы путем фосфолирования на уровне субстрата и превра­щения гуанозиндифосфата (ГДФ) в ГТФ.

ГТФ, образуемый в процессе реакции, превращается в АТФ с помощью нуклеозиддифосфаткиназы:

8 реакция, катализируемая сукцинатдегидрогеназой (СДГ), явля­ется третьей окислительно-восстановительной реакцией ЦТК и сопровождается образованием ФПН₂. Это единственный этап ЦТК, где образуется ФПН₂.

Сукцинатдегидрогеназа ингибируется малонатом (—ООС—СН₂—СОО~), а также оксалоацетатом. Фермент активируется с помощью АТФ, неорганического фосфора и сукцината. Сукцинатдегидрогеназа относится к флавинферментам с Ко – ФАД.

9 реакция. Фумаратгидратаза катализирует обратимую гидратацию фумарата с образованием L-малата.

10 реакция. Заключительный этап ЦТК катализируется малатдегидрогеназой и является четвертой окислительно-восстановительной реакцией, здесь образуется третья молекула НАДН₂.

Упражнения и ситуационные задачи для самоконтроля

1. Может ли работать ЦТК в бескислородных условиях? Почему?

2. Написать реакцию окислительного декарбоксилирования а-кетоглутаровой кислоты, использование указанной реакции?

3. Роль щавелевоуксусной кислоты в ЦТК.

4. Написать реакцию окисления янтарной кислоты. Какой фермент участвует в этой реакции?

5.В клетке создались анаэробные условия. Что происходит с реакциями ЦТК? Почему?

6.При окислительном декарбоксилировании а-кетоглутаровой кислоты образуется сукцинил-КоА. Какие ферменты ускоряют эту реакцию? Какая кетокислота подвергается превращениям по такой же схеме?

7.Известно, что в ЦТК восстанавливаются 3 молекулы НАД. Укажите участки ЦТК, где это происходит.