Тимин биохимия

Строениеобменуглеводов

200

Печеночныегликогенозы

Гликогеноз I типа или болезньфонГирке

обуслаутосомновлен

-рецессивнымд

е-

фектом глюкозо-6-фосфатазы.Из -затого,чтоэто

тферментестьтольковпечени,чках

гепаторе-

преимущественоситстрадаютэтиорга,болызщеодноназваниеь

–

нальныйгликогеноз

.Дажеуноворожддетейнаблюдаютсягепатомегалиянныхнефр

о-

мегалия,обусловнакоплг ениктеонилькоыегенам

вцитоплазме,новядрахкл

е-

ток.Кромеэтого,активируетсясинтезлипидоввозникновениемстеатозапечени.Таккак

ферментнеобходимдлядефосфорилированияглюкозо

-6-фосфатапоследующимвыходом

глюквкр, овьзы

убольныхотмечаетсягипогликемия,,

акследствие,ацетонемия,метаб

о-

лическийацидоз,ацетонурия.

Гликогеноз III типа или болезньФорбса

-Кори или лимит-декстриноз – этоаут

о-

сомно-рецессивныйдефект

амило-α1,6-глюкозидазы, "деветвящего"

фермента,гидролиз

у-

ющего α1,6-гликозсвязь.Болезньиднуюмеетболеедоброкачественное

течение,

ичастота

еесоставляетпримерно25%отвсехгликогенозов.Длябольныххарактернагепатомегалия,

умереннаязадержкафизическогоразвития,подр возможназрастестковнеб льшая

миопатия.

При гликогенозе IV типа (болезньАндерсена

, всех1%гликогенозов

), связанного с

дефектом ветвящегофермента

,образуетсягликогкороткимиц нпочкамирезко

уменьшаескоросгликогенолиза. тсяь

Гликогеноз VI типа (болХ,езньрса25%

всехгликогенозов

),с вязансдефицитомп

е-

ченочной фосфорилазы гликогена.

Приэтомотсутствуетмобилизациягликогена,развив

а-

етсягепатомеигипогликемия. алия

Мышечныегликогенозы

Дляэтойгруппыгликогенозовхарактизмферментоврнынениятканишечной.Это

приводиткнарушениюэнергообеспечениямышцприф зическойнагрузке,

к болямвмы

ш-

цах,судорогам.

Гликогеноз V типа (болезньМак

-Ардля, всех1%гликогенозов

) – отсутствиемыше

ч-

ной фосфорилазы.Притяжелоймышечнойнагрузкевозникаютсудороги,миоглобинурия,

хотялегкаяработаневызываеткаких

-либопр. блем

biokhimija.ru

ТиминО.А.

Лекции по общей биохимии (2018г)

201

Этизаболеванкасаютсипечени,мышц,другихяорганов.

Смешанныегликогенозы

Гликогеноз II типа (болезньПомпе

, 10% всехгликогенозов

) – поражаются все глико-

генсодержащиеклеткииз

-за

отсутствия

лизосомальной α1,4-глюкозидазы. Происходит

накопгликогенав ениеизосомахвцитоплазме.

Заболеваниеявляетсянаибзлокачлее

е-

ственным.Больныеумигрудномвозрастеаютиз

-закардиомегалиитяжелойсердечной

недостаточности.

АГ Л И К О Г Е Н О З Ы

Агликогенозы – состояния,связанныеотсутствигликог. енам

Вкачествепримагликогенозаможрапривестиаследственаутосомноый

-

рецессивныйдефицит

гликоген-синтазы.Симптомамиявляетс

ярезкаягипогликемиянат

о-

щак,особенноутр,появляетрвотам,суд,потесознанрогия.Везультатея гипогликя

е-

миинаблюдаетсязадержкапсихомотразвития,умственотстарного.Болостьаяезн

е-

смертеприадекватльнача( корнстоеииом),хотяление

иопасна.

О К И СГЛЮЕ НКИОЕЗ Ы

Окислениеглюкозы

вклетках происходитподвумнаправлениям:

1О. кисобразованиемлениепентоз:рибозы,рибулозы,ксилулозы.Этотпуназываетсяь

пентозофосфатныйшунт

инесвязанполученэнергиеми

2О. кисобразованиемление

пировкислотыноградной

(пирувата)

иполученэнерг. иеми

Второйп

уть, покоторомуглюкозаокисляется

до пировинограднойкислоты

, называет-

ся гликолизом.Взависимостиотдальнейшейсудьбыпиразличаютувата

аэробное и анаэ-

робное окислениеглюкозы

. Целью анаэробногои путей

окисления глюкозы явля-

етсяполучениеАТФ.

В аэробном процессепировиногкислотапре ацетилращаетсядн

-SКоА идалее

сгорвреатеткцияханевогодыханиядоСО

2 иН

2О.

Вместеэтим,

ущественноезначение

также имеет

способность пирувата карбоксилироватьсяоксал

о-

ацетат (смРегуляция" ЦТК")

,особэтареакциянно

активнапечени.Нализбыткаоксалоацетатачие

"подтал"реаЦТКкцииивает

,

ускоряетсвязывание

ацетильнойгруппы,ееокислен

ие

синтезАТФ

.

В анаэробном процессепиров

инограднаяки

с-

лотавосстанавливаетсядомолочнкислотыла( й

к-

тата),поэтомувмикробиологиианаэробныйглик

о-

лизназываютмолочнокислымброжением.Лактат

являетсяметаболитупикдалеенивчоескимто

непревра щается,единственнаявозможностьутил

и-

зоватьлактат

– этоокислитьегообратновпируват.

Многиеклетки

организмаспособныканаэро

б-

ному окислениюглюкозы

.Для

эритроцитов оня

в-

ляется единственным источникомэнергии.Клетки

скелетноймускулатуры

засчет

бескислородного

расщепленияглюкозывыполня

ют мощную,быструю,интенсивную

спредельнымнапряж

е-

нием,

работу (до60секунд)

,как,например,бегкороткиедистанции,

напряжениев

сило-

вых видах спорта.

Также анаэробное окислениеглюкозы

усиливается принаруше

ниираб о-

ты митохондрий (митохбо,лезниндриальные

гиповитаминозы В1,В2,В3,В5),

вовремя

гипоксии клетокпри

различных анемиях,

при нарушении кровообращения втканях ипри

заболеванияхбронхолсист. гочноймы

Строениеобменуглеводов

202

Г Л И К О Л И З

Анаэробное превращениеглюкозы

локализуетсяв

цитозоле ивключаетэтапаиз2 11

ферментативныхакций

(смстр.22

6).

Суммарноеуравнение

анаэробного гликолизаимеетвид:

Глюкоза + 2 АДФ + 2 Фн → 2 Лактат + 2 АТФ + 2 H2O

Первыйэтапгликолиза

гликолиза (греч.

glykos — сладкий

lysis — растворение) – подго-

Первыйэтап

греч.

товит,здпроисходительзатратаныйэнергииАТФ,актиглюкозывацияобра ование

неетриозофосфатов.

Перваяреакция

гликсвокпревращениюлд затсяглюкозы

реакционноспособное

соединениезасчетфосфорил

ирования6

-го,невключеннкольцо,атомауглерода. го

Эта

реакцияявляетсяпервойлюбомпревращенглюкозы,катализируется

гексокиназой.

Втораяреакция

необходимадлявывеещеатенияуглеродаомаизкольцадля

егоп следующегофосфорилирования

(фермент изомераза). В результате образфруется

к-

тозо-6-фосфат.

Треакцияетья

– фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует фруктозо-6-фосфат с

образованиемпочтисим олекулыетфруктичн йзо

-1,6-дифосфата.

В четвертойреакции

фруктозо-1,6-дифосфатразрезаетсяпополам

альдолазой собр

а-

зованием двухфосфотриозлированных

-изомеров – альдозыглицеральдегидаГАФ()к

е-

тозыдиоксиацетонаДАФ().

Пятреакция

подгоэтапаовительного

– переходглицеральдегидфосфатадиокс

и-

ацетонфосфатадруг

вдрприугачастии

триозофосфатизомеразы. Равновесиереакции

сдвпользуинутодиоксиацетонфосфата,егосоставля97%,доглицеральдя

е-

гидфосфата – 3%Этареакция. ,привспростотей,

определяетдальнейшую

судьбу глюко-

зы:

принехваткеэнергии

клеткеиактивацииокисленияглюкдиоксиацетонфосфатзы

o

превглицеральдращается,котдалокисляетрыйнагидфевторэтапеглсмяфат

и-

колиза,

o

придостатонаоборотмколиАТФ,честве,глицеральдегидфоизомеризуетсяв фат

диоксиацето,последнфосфатий

отпрнсинтезавляетсяжировсм(Синтез" триацил

г-

лицеролов"

).

Второйэтапгликолиза

Второйэтапгликолиза

–

этоосвобожденсодержащейсяэнергии, глицеральд

е-

гидфос,запасеевформаАТФтение.

Шестаяреакция

гликолиза (фермент

глицеральдегидфосфат-дегидрогеназа) – окис-

ленглицеральдегидприсоединенкнемуфоскислфорисфатакобрнойтыеводит

а-

зованиюмакроэргсоед1инченияского

,3-дифосфоглицериновойкислоты

иНАДН .

В седьмойреакции

(фермент фосфоглицераткиназа) энергияфосфоэфирнойсвязи,

заключеннаяв1,3

-дифосфтратитсянаобразованглицАТФ.Реполучилаакцратед ея

о-

полназваниеительное

– реакциясубстратногофосфорилирования

, чтоуточняетисто

ч-

никэнергиидляполучениямакроэргическойсвязиАТФсубстрат( )вотличиеокисл

и-

тельногофосфорилироградиентяэлектрох( ионоводородамическийнаме бране

и-

тохондрий).

Восьмаяреакция

– синтезивпредыдущеованныйеакции3

-фосфоглицерат под

влиянием фосфоглицератмутазы изомеризуетсяв2

-фосфоглицерат.

Девятаяреакция

– фермент

енолаза

отрывает молекулу

водыт2

-фосфо–

глицериновойкислоты

и приводиткобразованиюмакроэргическойфосфоэфирнойсвязи

в

составефосфоенолпирувата

.

biokhimija.ru

ТиминО.А.

Лекции по общей биохимии (2018г)

203

Десятреакция

гликолиза – ещеодна

реакциясубстратногофосфорилирования

--

заключаетвпереносяе

пируваткиназой макроэргическогофосфатафосфоенолпирувата

наАДФ иобразованиипировинограднойкислоты

.

Строениеобменуглеводов

204

Последняяреакци

бескислородного окисленияглюкозы

,

одиннадцатая –

образова-

ниемолочнкислотыизпируватаподдействием

лактатдегидрогеназы.Важн ото,чтоэта

реакция осуществляетсятолькоанаэробныхусловия

.Этареакциянеобходимаклетке,так

какНАДН,образующийсяв6

-йреакции,вотсуткислнемтвиеородажеткислятьсявм

и-

тохондриях.

Уплодаидетей

первыхмесяцжизнипреанаэробныйвоблраспадглюкдает

о-

зы,всвязичемуровеньлактатанихвышепосрасовнениюзрослыми.

Приналкислородачии

пировинограднаякислота

переходитвмитохондрию

пре-

вращаетсяацетил

-SКоА.

Г Л И К ООЛКИСТИИ Ч Е С К А Я

Д О Р Е Д У К Ц И Я

В анаэробных условияхобразуемыйшестой,ГАФ

-дегидрогеназнойреакции,НАДН

испвользуетсядиннадцареакциидлявосстанпируойдлактатао.вОбразуемыйления

этимобразомНАДопятьвозвшестуюращреакцию. ется

Процессциклическоговосст

а-

новлениокиНАДслявреакцияхния

анаэробного окисленияглюкозы

получилназвание

гликолитическаяокси

доредукция.

В аэробных условиях гликолитической

ксидонепроисходедукции, т

НАДНотдает

своиатомыводородана

челночныесистемы

(смниже)дляихпереда

чивдыхательную

цепьмитохондрий.

Э Ф Ф Е К Т П А С Т Е Р А

ЭффектПастера

– этосниженпотреблглюкозыипренияпродукцииащением

о-

лочнойкис веткойыприсутствиикислорода.

конкуренции между пируват-

Биохимическаяоснова эффекПастеразаключаетсяв

дегидрогеназой,превращающейпируватацетил

-SКоА,и

лактатдегидрогеназой,превр а-

щающейпируватлактат.

При отсутствии кислорода реаокцииислительногофосфорилирования

неидут,

мо-

ментальноакапливающи

йся НАДН тормозит ЦТКиПВК

-дегидрогеназу,

ацетил-SКоА,не

попадающийвЦТК,

также ингибируетПВК

-дегидрогеназу.Вэтойситуациипиров ногра

д-

нойкислотенеостаничегоиноготсякак

подвлияниемЛДГ

превмолочнуюращаться.

При наличии кислородаингибированиеПВК

-дегидрогеназыпрекращаетсяона,

б-

ладаябольшсродствомкпи,выигрываруватуконкур. етнцию

biokhimija.ru

ТиминО.А.

Лекции по общей биохимии (2018г)

205

Ч Е Л НСОИЧСНТ ЫЕМЕЫ

МолекулыНАДН,образованные

вшестойреакциигликолиза,

взависимостиотнал

и-

чиякислорода

имеют,какминимум,двапути

дальнейшего использования:

o

либоостатьсявцитозоле

вступитьлактатдегидрогеназнуюреакцию(

анаэробные

условия),

аэробные усло-

o

либопр вмникнутьиохондриюкислитьсявдыхательнойцепи(

вия) ,

ТаккаксамамолекулаНАДНчерез

митохондриальную мембранунепроходит,

тос у-

ществуют системы,принимающие

отнее атомы водорода вцитиотдающиеплазме

их в

матриксемитохондрий.

Такиесистемы

называются челночными.

Определедвеосновчелсистемыночные

– глицеролфосфатная

и

малат-

аспартатная.

Глицеролфосфатный челночныймеханизм

Ключфевымирментами

глицеролфосфчелнокатного

являются изоферментыглиц

е-

рол-3-фосфат-дегидрогеназы – цитоплазматическиймитох.Ониндритлич ютсяльный

своимикоферментами:уцитоплазфор ыатической

– НАД,умитохондриальной

– ФАД.

Вцитозолем

етаболитыгликолиза

– диоксиацетонфосфатиНАДНобразуютглицерол

-

3-фосфат,поступающийвматриксмитохондрий

.Там онокисляетсяобразованиемФАДН

2.

ДалееФАДН

2 направляетсядыхательнуюцепьииспол

ьзуетсядляполученэнерг. иия

Строениеобменуглеводов

206

Работаглицеролфосфатногочелночногомеханизмаактуальнапринеобходимостип

о-

лучитьэнергиюизглюкозы

пработеи

клетки.Однаковгепи дипоцитетоцитев

состоя-

нии покоя и послееды

глицерол-3фосфатбудеиспользвцитдлясинозолеважтеьсяза

и-

ровсм(

"Синтезтриацилглицеролов").

Малат-аспартатныйчелно

чныймеханизм

Этотмеханизм

бослееожен

.П

остоянноидущ

ая вцитоплазмереакци

я трансамини-

рованияаспартата

с α-кетоглутаратом превращаетего

оксалоацетат,котпдействрый

и-

емцитозольногопула

малатдегидрогеназы игликолитического" "НАДНвосстана

вливается

до яблочнкислотый

.Последняяантипортом

α-кетоглутаратом пронвмитохондриикает

и,являясьметаболитомЦТК,окисляетсявоксалоацетобразовНАДН.Такткнием

мемитохондрбрананепроницай

емадляоксалоацетата,то

оксалоацетатвступаетреа

к-

циютрансаминированияглутаминовойкислотой

и превращается аспарагиновую кислоту.

Последняя,приучастиисоответствующейтранслоказы,

вобменнаглутаматвыходитцит

о-

золь иснвовлекаетсятра

нсаминирование.

biokhimija.ru

ТиминО.А.

Лекции по общей биохимии (2018г)

207

Расчетэнергценноститической

и коэффициентаР/О

приокисленииглюкозы

ДлярасчетаколичестваАТФ,образованнприокисленииглюкозынеобходимознатьй:

o

реакции,идущиесзатратойобразованиемлиАТФГТФ,

o

реакции,продуцирующиеНАДН

иФАДН 2 ииспользующиеих,

-

o

таккакглюкозаобразует

две триозы,товсоединения,образующиесянижеГАФ

дегидрреакции,образуютсягеназнойв

двойном (относительноглюкозы)количестве.

Анаэробноеокисление

затрачивается 2молекулыАТФ,

Наподгоэтнаовительномпективациюглюкозы

фосфат каждой изкоторыхоказываетсянатриозе

–

глицеральдегидфосфатеидиокс

и-

ацетонфосфате.Вследующийвторойэтапвход

ят две молекулыглицеральдегидфосфата,

каждая изкоторыхокисляетсядопирувата

образованием 2-хмолеку лАТФ в седьмойи

десятойреакциях

– реакцияхсубстратнфосфорилир.Такимбразомго,суммируя, вания

получаем,чтонапуглюкозытидопирувата

вчистомвиде

образуется 2молекулыАТФ

.

РанеепрасчетеиэффеокислениятивностикоэффициентP/OдлНАДH

прини-

малсяравным3,0,дляФАДH

2 – 2,0.

Пос временнымданнымзначениекоэффициентаP/OдляНАДHсоответствует

2,5,дляФАДH

2 – 1,5.

Однаконадоиметьвв ду

шестую, глицеральдегидфосфат-дегидрогеназную, реак-

ц,икоторюзвыхНАДНо.Еслийдитусловия

анаэробные,тоониспользуетсявлактатд

е-

гидрогеназнойеакции

,где окисляетсядляобразовлактатаполученииАТФнияне

участвует.

Аэробноеокисление

имеется кислород,то молекула НАДН изше стойреакциигликолиза

Если вклетке

направляетсямитохондрию, процессы

окислительногофосфорилирования.Т

амего

окислениеприноситдиви

дендыввиде

2,5 молей АТФ.

Образовагликолизепируватшийся

аэробных условияхпре ращается

ПВК-дегидрогеназномкомплексев

ацетил-SКоА,приэтомобразуетсямолекула1 НАДН

(2,5моляАТФ).

Ацетил-SКоАвовлекаетсяЦТКи,окисл,даетмолекулы3 ясьНАДН, молекулу1

ФАДН2,молеку1 ГТФ.МоНАДНлиекулыФАДН

2 движутсядыхательнуюцепь,где

о-

приихокислениивсуммеобразуетс

я 9 молекулАТФ.Вцеломприсгоднойранииацет

Строениеобменуглеводов

208

Суммируярезультатыокисленгликол" " пя"ируватдетическо" гидрогеназного

НАДН,гликолитич" "АТФ,энергвыходеЦТКтическийумножаявсенаполучаем2,

32 молекулы АТФ.

Длярасчетакоэффициента

P/O (смОкислительное" фосфорилирование/Коэффициент

P/O")подсчитываем

o

количествоАТФобразованногомитохондрияхАТФ

-синтазой – этос ответствует

значению P,

o

количествоНАДНФАДН

2,поступившихдыхательнуюцепь

– этозначениесоо

т-

ветствуетчислу

восстановленных атомовкислорода(

O),включеннмолекулуводы. х

Послерасчетовполучаем

равна2,33

P=28и O=12Такимобразом. ,величина

P/O дляаэробного

окисленияглюкозы

.

Общееуравне

ниеаэробногоокисленияглюкозыимеетвид:

o

дляэритроцитовглюкозаявляетсяединстэнергиивеочником, ным

o

нервнаятканьпотребляет

около 120гглюкозывсутки,

чтос ставляетдо70%глюк

о-

зыобразующейсявпечени,

притомэта

величинапрактически

независит

от интенсивно-

сти еераб.Товэкстремальныхтылькоситуацияхдлительнголодание( )онасп собна

получать энергиюизнеуглеводныхисточников

(изкетоновыхтел)

,

biokhimija.ru

ТиминО.А.

Лекции по общей биохимии (2018г)

209

o

глюкозаиграетвес дмуюподдлья необходимыхржанияконцентрацийтаб

о-

литовциклатрикарбкислв(первуюончередьтоксалоацетатавых).

Такимобразом,приопределенныхситуациях

– прин содезком

ржанииуглеводов

пище,голодании,длительнческойфизраб те

– организмдолжениметьвозможностьп

о-

лучитьглюк.Этдостигазупроцетссяом

глюконеогенеза.

Глюконеогенез – этосинтез

глюкозы из неуглеводных компонентов:лактата,пирув

а-

та, глицерола,

кетокислот циклаКребса

идругихкетокислот

, из аминокислот.

Процесс

включает всеобратимыереакции

гликолиза,

особходныепути

,т.е.оннеполн

о-

стьюповтреаокряетцииисленияглюк.Егреакцииозы

проходят вовсехтканях,

кроме

посгледнейюкозо

-6-фосфре,котораятазнойкции

можетидти

тольков

печени и почках.

Поэт,строго,глюконеогенезмуворяидеттольковэтихдвухорганах.

реакции: пируваткиназ-

Какуказывалось,гликолизесуществуюттринеобра имые

ная (десятая),

фосфофруктокиназная (третья )и

гексокиназная (первая)На.этих

реакциях

существуютэнергетическиебарьеры,которые

приглюконеогенезе

обходятсяпомощью

до-

полнительных реакций.

Всеаминокислоты,кромекетогенныхлейцинализина,способныучав твоватьи

н-

тезеглюкозы.

Углеродныеа

томы глюкогенных аминокислот полностьювключаютсямол

е-

кугл,юкозыу

другами(нокислотх

смешанных) – частично.

– лактата,

Крпомелученияглюкозы,глюконеогенезобеспечиваетуборкушлаков" "

постояннообразуемогов

эритроцитах или примышечнойработеи

глицерола,являющегося

продуктомлиполизавжировойткани.

ОБ ХДЕСЯТОЙРЕАКЦИИ

ГЛИКОЛИЗА

Наэтомэтапеглюконеогенезарабдвасновныхтаютфермента

– вмитохондриях

пи-

руваткарбоксилаза ивцитозоле

фосфоенолпируват-карбоксикиназа.

Вмитохондриях

пируваткарбоксилаза превращаетпировкислотуоксноградную

а-

лоацетат.Необходотмет,чтоэтареакцияидетмотьвклеткепостоянно,явл

яясьанаплер

о-

тическойпополняющ(

ей)реакциейЦТК.

Далееоксалоацетат

должен попасть вцитозольпревра

титься вфосфоенолпиру

ват.

Однакоелоослнепроницаемостьюжняетсямембраныдляоксалоацетата.Заточерезме

м-

брануможетпройтималат,предшественникоксалоацетатапоЦТК.

Повернуть малатдегид-

рогеназную реакциюЦТКвспять

позволяет избыток НАДНвмитохондриях

.НАДНпост

у-

паети

з β-окислежиркислот,активируемоныхия

го в условияхнедостаточностиглюкозы

в

гепатоците.

Врезультатем

алнаткапливаепревращается,выходицитозольздес

об-

ратно воксалоацетат.

фосфоенолпируват-карбоксикиназа осуществляетпревраще

Вцитоплазме

ниеокс

а-

лоацетатавфосфоенолп,дляреакциитребуетсяэнеГТФ.Отмолекулыуватгиящепл

я-

етжесяотуглерод,чтоиприсоединяется.