Цикл трикарбонових кислот Кребса: локалізація в клітині, механізм, регуляція, поповнення метаболітів, енергетичний баланс

Цикл трикарбонових кислот Кребса (цитратний цикл) - циклічний процес, в якому ацетил-КоА окиснюється до 2 мол. СО2 та вивільняються атоми водню для дихального ланцюга

Вивчення особливостей функціонування ЦТК необхідне для оцінки

його ролі у енергозабезпеченні клітин та розуміння молекулярних механізмів виникнення

патологій, які супроводжуються гіпоенергетичними станами. У еукаріотів всі реакції циклу Кребса протікають усередині мітохондрій, причому ферменти, що їх каталізують, окрім одного, знаходяться у вільному стані в мітохондріальному матриксі, виняток складає сукцинатдегідрогеназа, яка локалізується на внутрішній мітохондріальній мембрані, вбудовуючись в ліпідний бішар. У прокаріотів реакції циклу протікають в цитоплазмі.

Сучасні уявлення про тканинне дихання. Структурна організація дихального ланцюга

мiтохондрiй.

Тканинне дихання - процес окиснення біомолекул, що супроводжується поглинанням тканинами О2 та виділенням СО2 та Н2О

Дихальний ланцюг (ДЛ) - система ферментів та коферментів, які транспортують е- та Н+ від субстрату, що окиснюється, на О2

Комплекси дихального ланцюга:

I - НАДН-КоQ-оксидоредуктаза

НАДН-дегідрогеназа (ФМН), FeS-білки

транспорт Н+ та е- від НАДН на КоQ

II - сукцинат-КоQ-оксидоредуктаза

СДГ (ФАД), FeS-білки

транспорт Н+ та е- від ФАДН2 на КоQ

III - КоQН2-цитохром С-оксидоредуктаза

цитохроми b, c1, FeS-білок

транспорт е- від КоQН2 на цитохром с

IV - Цитохромоксидаза

цитохроми а і а3, CuA ,CuВ

відновлює О2 електронами

Окисне фосфорилювання: визначення, механізм, значення. Коефiцiент Р/О.

Роз'єднувачi тканинного дихання та окисного фосфорилювання

Окисне фосфорилування- синтез АТФ з АДФ та неорганічного фосфату (Фн) за рахунок енергії, що виділяється при транспорті електронів по ДЛ

Це синтез АТФ, спряжений з тканинним диханням

Пункти спряження -

ділянки ДЛ, в яких кількість енергії, що виділяється під час руху 2е, достатня для синтезу АТФ (> 30,2 кДж):

НАДН2–КоQ (комплекс I)

цит. b – цит.с1 (комплекс III)

цит. аа3 – О2 (комплекс IV)

Коефіцієнт окисного фосфорилування (Р/О, Р/2е-) - це число молекул Фн, які перетворились в АТФ при поглинанні тканинами одного атому О (при перенесенні 2е- по ДЛ)

Р/О = 3 - при окисненні НАДН2 → 3 АТФ Р/О = 2 - при окисненні ФАДН2→ 2 АТФ

Роз’єднувачі тканинного дихання та окисного фосфорилування:

знижують ΔμН+ , інгібують синтез АТФ,

енергія руху е- переходить в тепло.

Роз’єнувачі – протонофори

тиреоїдні гормони, жирні кислоти, прогестерон, білки термогеніни

дикумарини, саліцилати

2,4-динітрофенол

Макроергічні сполуки. Структура та біологічне значення АТФ

Макроергічні сполуки - речовини, що містять багаті енергією (макроергічні) зв’язки, при гідролізі яких виділяється > 21 кДж/моль енергії.

Класифікація:

1.Ангідриди фосфатної кислоти:

АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ

2-фосфоенолпіруват

1,3-дифосфогліцерат

Креатин фосфат

2.Тіоефірні похідні:

ацетил ~ SКоА

сукциніл ~ SКоА

Вуглеводи: класифiкацiя, будова, бiологiчна роль

Вуглеводи-це багатоатомні альдегідо або кето спирти та їх похідні

Класифікація:

1.Кл. Моносахариди – прості вуглеводи, які в розчині не гідролізують:

( С5: рибоза, дезоксирибоза;

С6: глюкоза, фруктоза, галактоза ).

В їх назві використовують закінчення – оза

2.Кл. Олігосахариди ( дисахариди) – вуглеводи,

що в розчині гідролізують на 2(10) моносахаридних залишків

( сахароза, лактоза, мальтоза)

3. Кл. Полісахариди – це біополімери, побудовані з великої кількості моносахаридних залишків.

а) гомополісахариди: крохмаль, глікоген;

б) гетерополісахариди: гіалуронова кислота, хондроїтинсульфати, гепарин

Головнi представники моно- та дисахаридiв: хiмiчна будова та біологічне значення в

органiзмi.

1.Кл. Моносахариди – прості вуглеводи, які в розчині не гідролізують:

( С5: рибоза, дезоксирибоза;

С6: глюкоза, фруктоза, галактоза ).

В їх назві використовують закінчення – оза

2.Кл. Олігосахариди ( дисахариди) – вуглеводи,

що в розчині гідролізують на 2(10) моносахаридних залишків

( сахароза, лактоза, мальтоза)

Гомо- та гетерополiсахариди (мукополісахариди): визначення, представники,

біологічна роль. Глікокон’югати, біологічне значення. Мукополісахаридози

3. Кл. Полісахариди – це біополімери, побудовані з великої кількості моносахаридних залишків.

а) гомополісахариди: крохмаль, глікоген;

б) гетерополісахариди: гіалуронова кислота, хондроїтинсульфати, гепарин

Мукополісахаридози - Рідкі, уроджені, спадкові захворювання - ензимопатії, генетичних дефектів ферментів-глікозидаз деградації (старіння) вуглеводних компонентів протеогліканів.

ОЗНАКИ:

- порушення структури сполучної тканини,

- накопичення глікозаміногліканів –(хондроїтинсульфатів) в крові та сечі,

- патологія кісток, суглобів,

- затримка психо-фізичного розвитку дитини

ГЛІКОКОН’ЮГАТИ (глікопротеїни) це складні комплекси білків та вуглеводів

Класифікація: 1 кл. ВЛАСНЕ ГЛІКОПРОТЕЇНИ: побудовані з полімерної білкової частини + невелика (2-15 МС) вуглеводна: ксилоза, галактоза, нейрамінова кислота, маноза, глюкоза 2 кл. ПРОТЕОГЛІКАНИ: побудовані з невеликої білкової частини + складний вуглеводний полімер - глікозаміноглікан (90-95%): гіалуронова кислота, хондроїтинсульфати. Утворюють основну речовину міжклітинного матриксу сполучної тканини

Норма вуглеводiв в харчуваннi. Травлення та всмоктування вуглеводiв в ШКТ. Роль

клiтковини (целюлози) та iнших харчових волокон в травленнi.

Середня норма вуглеводів в добовому раціоні повинна становити 400-500 р.

У кишечнику розщеплюються і всмоктуються тільки ті вуглеводи, на які діють спеціальні ферменти. Неперетравлювані вуглеводи, або харчові волокна, не можуть бути катаболізіровать, оскільки для цього немає спеціальних ферментів. Проте можливий їх катаболізм бактеріями товстої кишки, що може викликати утворення газів. Вуглеводи їжі складаються з дисахаридів: сахарози (звичайний цукор) і лактози (молочний цукор); моносахаридів: глюкози і фруктози; і рослинних крохмалів: амілози (довгих полімерних ланцюжків, що складаються з молекул глюкози, з'єднаних al, 4 зв'язками) і амілопектину (іншого полімеру глюкози, молекули якої з'єднані a 1,4 і a 1,6 зв'язками). Ще один вуглевод їжі - глікоген, є полімером глюкози, молекули якої з'єднані a 1,4 зв'язками.

Клітковина - складний вуглевод . Організм людини не перетравлює клітковину, однак вона посилює перистальтику кишечника і тому необхідна для правильного травлення. За допомогою клітковини з організму виводиться холестерин. Нерозчинна клітковина також виводить шлаки, запобігаючи забруднення організму шкідливими речовинами. Клітковина присутня в багатьох овочах, фруктах, пшеничних висівках.

Глікоген: будова, біологічне значення, синтез та розпад в печiнцi, гормональна

регуляцiя метаболізму. Глікогенози та аглікогенози

Глікоге́н (також відомий як «тваринний крохмаль», попри неточність цієї назви) — полісахарид, гомополімер α-глюкози, основна форма її зберігання в клітинах тварин, більшості грибів, багатьох бактерій та архей. В людському організмі головними місцями накопичення глікогену є печінка та скелетні м'язи.

Хімічна будова

Глікоген є гомополімером α-глюкози, залишки якої з'єднані між собою (α1→4)-глікозидними зв'язками. Кожні 8—10 мономерних залишків відбувається галуження, бічні гілки приєднані (α1→6)-зв'язками. Таким чином молекула глікогену значно більш компактна і розгалужена ніж крохмалю[3]. Ступінь полімеризації близький до такого в амілопектину[4].

Всі розгалуження глікогену мають нередукуючі кінці, отже якщо кількість гілок рівна n, то у молекулі буде n-1 нередукуючих кінців і всього один редукуючий. Коли відбувається гідроліз глікоген з метою використання його як джерела енергії, залишки глюкози по одному відщеплюються від нередукючих кінців. Їх велика кількість дозволяє суттєво прискорити процес[3].

Найбільш стабільною конформацією гілок із (α1→4)-зв'язками є щільна спіраль із шістьма залишками глюкози на оберт (площина кожної молекули повернута на 60° відносно попередньої)[5].

Для виконання своєї біологічної функції: забезпечення максимально компактного зберігання глюкози та одночасно можливості її швидкої мобілізації, глікоген повинен мати будову оптимізовану за кількома параметрами: 1) кількістю ярусів (рівнів) галуження; 2) кількістю гілок у кожному ярусі; 3) кількістю залишків глюкози у кожній гілці. Для молекули глікогену із сталим числом мономерних ланок кількість зовнішніх гілок, з яких може мобілізуватись глюкоза до точки галуження, падає із зростанням середньої довжини кожної гілки. Щільність найбільш зовнішніх гілок стерично обмежена, через це максимальний розмір молекули глікогену зменшується із збільшенням кількості гілок на одному рівні. Зрілі молекули глікогену різного походження мають в середньому 12 ярусів галуження, на кожному із яких розміщується в середньому по дві гілки, кожна зі яких містить близько 13 залишків глюкози. Математичний аналіз показав, що така будова дуже близька до оптимальної для мобілізації максимальної кількості глюкози за мінімальний час[6].

Біологічне значення: Глікоген є формою запасання глюкози у тварин[3][4], грибів[7], деяких бактерій (зокрема ціанобактерій[8]) та арехей[9]. У мікроорганізмів глікоген більш менш рівномірно розкиданий по цитоплазмі клітини у вигляді гранул діаметром 20—100 нм, їх зазвичай можна побачити тільки через електронний мікроскоп. Якщо клітина містить багато глікогену вона стає червоно-коричневою при зафарбовуванні розчином йоду[10]. У хребетних тварин найбільші кількості глікогену запасаються печінкою, де він може становити 7—10 % загальної маси[11] (100 —120 г у дорослої людини), та скелетними м'язами (1-2 % від загальної маси)[11]. Невеликі кількості глікогену знаходяться в нирках, і ще менші — в певних гліальних клітинах мозку і білих кров'яних тільцях.

розпад глікогену в печінці :Глікогеноліз

Внутрішньоклітинний глікоген м'язів та печінки розщеплюється у процесі глікогенолізу, в якому беруть участь три ферменти: глікогенфосфорилаза, глікогендерозгалужуючий фермент та фосфоглюкомутаза. Перший із них каталізує реакцію, в якій неорганічний фосфат атакує глікозидний (α1→4)-зв'язок між двома останніми залишками глюкози із нередукуючого кінця, внаслідок чого відбувається відщеплення останнього залишку у вигляді глюкозо-1-фосфату. Кофактором у цій реакції виступає пірідоксальфосфат[14].

ГЛІКОГЕНОЗИ – спадкові захворювання дефектів ферментів катаболізму глікогену

А) хвороба Гірке ( дефект) -глюкозо-6-фосфатаза

Б) хвороба Мак-Ардля - глікогенфосфорилаза

АГЛІКОГЕНОЗИ – сподкові захворювання дефектів ферментів синтезу глікогену

дефект ферменту - глікогенсинтетаза

Складнi бiлки: класифiкацiя, будова, бiологiчне значення

Складні́ білки́ (протеїди) — складні речовини, які крім амінокислотних залишків містять вуглеводи, нуклеотиди тощо; білки, в яких окрім пептидних ланцюгів (як у простих білків) міститься компонент неамінокислотної природи — простетична група.

Як простетична група можуть виступати різні органічні (ліпіди, вуглеводи) і неорганічні (метали) речовини. За типом цієї групи серед складних білків виділяють такі класи: глікопротеїни, ліпопротеїни, хромопротеїни, нуклеопротеїни, фосфопротеїни і металопротеїни.

Нуклеопротеїни. Нуклеїнові кислоти: класифікація, будова i бiологiчна роль

Нуклеїнові кислоти (НК) - це біополімери, що побудовані з

мононуклеотидів, з ’єднаних фосфодіефірними зв’язками (полінуклеотиди). Мононуклеотиди

(нуклеотиди) складаються з трьох компонентів - азотистої основи, вуглеводу та залишку фос­

фатної кислоти. Азотисті основи НК є гетероциклами піримідинового та пуринового рядів. До

піримідинових основ належать урацил, тимін та цитозин, а до пуринових основ - аденін та

гуанін. В НК присутня також невелика кількість мінорних азотистих основ - метильованих чи

гідроксильованих похідних звичайних основ (наприклад, 5-метилцитозин, 5-

оксиметилцитозин, 5-оксиметилурацил, 7-метилгуанін, гіпоксантин та ін.). Азотисті основи

можуть знаходитись в лактимній або лактамній формі (таутомери), що є наслідком переносу

атому гідрогену з одночасною міграцією подвійного зв’язку. У складі НК азотисті основи пе­

ребувають в лактамній формі, рухливий атом водню якої заміщується на залишок вуглеводу

(рибози чи дезоксирибози).

Біологічні функції нуклеотидів: 1. Структурна: участь в побудові ДНК та РНК; 2. Ене­ ргетична - три- та дифосфати нуклеозидів (АТФ, АДФ, ГТФ та інші) приймають участь в ене­ ргетичному обміні; 3. Регуляторна - нуклеотиди є алостеричними регуляторами ферментів (АМФ - регулятор гліколізу, АДФ - активатор тромбоцитів, цАМФ та цГМФ - активатори про- теїнкіназ). 4. Біосинтетична - частина нуклеотидів виступає в ролі активаторів та переносни­ ків біомолекул при синтезі полісахаридів чи ліпідів (УДФ-глюкоза, ЦДФ-холін та інші); 5. Ко- ферментна - частина коферментів має нуклеотидну природу (НАД, НАДФ, ФМН, ФАД, КоА, 5'-дезоксиаденозилкобаламін).

Будова та функції нуклеїнових кислот НК поділяють на 2 класи - дезоксирибонуклеїнові (ДНК) та рибонуклеїнові (РНК) кисло­ ти. Між ДНК та РНК є певні хімічні відмінності: 1. До складу нуклеотидів РНК входять такі азотисті основи - урацил, цитозин, аденін, гуанін, в ДНК замість урацилу міститься тимін. 2. Вуглеводним компонентом РНК є рибоза, а ДНК - дезоксирибоза. 3. ДНК утворює подвійний ланцюг, а РНК переважно одинарний.