2 курс / Биохимия / Книжки и сборники / Словарь БХ_2018 (шифр)

31

ТОКОФЕРОЛ (витамин Е, витамин размножения) – это один из наиболее сильных естественных антиоксидантов, является стабилизатором клеточных мембран.

Биологическая роль этого витамина заключается в угнетении процессов свободнорадикального окисления органических молекул, стабилизации подвижности и микровязкости мембранных липидов и белков. Недостаточность витамина Е сопровождается значительными изменениями обменных процессов и физиологических функций организма. Характерным является глубокие нарушения репродуктивной функции как у женщин (неспособность к оплодотворению и вынашиванию плода), так и у мужчин (аномальный сперматогенез), мышечная дистрофия, некрозо-дистрофические изменения в печени.

ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА (фолацин, витамин В9 или витамин Вс

(chicken(англ.: цыпленок), фактор роста цыплят) - это витамин, который может синтезироваться большинством микроорганизмов и растениями.

Коферментной формой фолиевой кислоты является тетрагидрофолиевая кислота

(ТГФК), которая в составе ферментов класса трансфераз катализирует перенос одноуглеродных групп: метильной (СН3-), метиленовой (-СН2-), метенильной

(=СН-), формильной (-СОН) и формиминовой (CH=NH). Данные реакции используются в синтезе нуклеотидов, метаболизме глицина и серина, регенерации метионина из гомоцистеина, а также в синтезе креатина и холина. Поскольку ТГФК необходима для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов,

являющихся мономерами нуклеиновых кислот, то потребности в этом витамине возрастают во время беременности и процессах деления клеток. При дефиците

32

фолиевой кислоты возникают задержка роста, макроцитарная гипохромная

анемия, лейкопения, тромбоцитопения и атрофические изменения в слизистой

оболочке кишечника.

33

ГЛАВА 3. ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ И БЕЛКОВ

АМФИБОЛИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ЦИКЛА ТРИКАРБОНОВЫХ

КИСЛОТ – это реакции, в которых используются субстраты цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) для различных биохимических реакций. Например,

из метаболитов ЦТК альфа-кетоглутарата и оксалоацетата образуются аминокислоты глутамат и аспартат в реакциях трансаминирования. Кроме того, в

результате декарбоксилирования оксалоацетата может образоваться фосфоенолпируват, использующийся в глюконеогенезе. Сукцинил-КоА участвует в реакции конъюгации с глицином, в результате которой образуется дельта-

аминолевулиновая кислота, которая необходима для синтеза гема

АМФИБОЛИЧЕСКИЙ ЦИКЛ – это взаимосвязь между катаболическими и анаболическими превращениями, которые осуществляются как через энергетическую систему АТФ - АДФ, так и через общие метаболиты. Подобный путь объединения процессов распада, или катаболизма, и синтеза веществ, или анаболизма, называется амфиболическим, или двойственным.

АНАБОЛИЗМ – это совокупность биохимических реакций, в результате которых из простых веществ образуются более сложные. Требует затрат энергии,

чаще всего АТФ, или восстановительных эквивалентов - – атомов водорода в составе НАДФН2, ФАДН2 и НАДН2. Примерами анаболических процессов являются синтезы белков, нуклеиновых кислот и других соединений.

АНАПЛЕРОТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ЦИКЛА ТРИКАРБОНОВЫХ

КИСЛОТ (пополняющие реакции цикла трикарбоновых кислот) – это

биохимические реакции, в результате которых образуются метаболиты цикла трикарбоновых кислот (ЦТК). К ним относятся: 1) реакции трансаминирования аминокислот с участием глутамата и аспартата, в результате которых образуются

34

метаболиты ЦТК альфа-кетоглутарат и оксалоацетат; 2) реакции карбоксилирования пирувата и фосфоенолпирувата, приводящие к образованию оксалоацетата; 3) реакции образования сукцинил-КоА из валина, изолейцина,

метионина и треонина. Наличие анаплеротических реакций вызвано тем, что ЦТК должен функционировать бесперебойно в качестве поставщика атомов водорода (протонов и электронов) в митохондриальную дыхательную цепь,

которые необходимы для продукции энергии и восстановления кислорода.

КАТАБОЛИЗМ – это ферментативное расщепление крупных молекул до более простых, что сопровождается высвобождением энергии и ее запасанием в виде АТФ или восстановительных эквивалентов – атомов водорода (протонов и электронов) в составе НАДФН2, ФАДН2 и НАДН2.

МАКРОЭРГИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА (макроэрги) – это соединения,

содержащие макроэргические связи. Например, молекула АТФ содержит две макроэргические связи, а АДФ – одну. К макроэргам также относятся креатинфосфат, метаболиты гликолиза фосфоенолпируват и 1,3-

бисфосфогицерат, а также другие вещества.

МАКРОЭРГИЧЕСКИЕ СВЯЗИ – это химические связи, при гидролитическом разрыве которых высвобождается большое количество энергии:

более 7 ккал/моль или более 30 кДж/моль. Обозначаются горизонтальной волнистой линией ~ (знаком тильда).

МЕТАБОЛИЗМ (обмен веществ) - это биохимические преобразования веществ в организме с момента их поступления в клетки до образования конечных продуктов. Функции метаболизма: обеспечение организма энергией;

превращение пищевых молекул в строительные блоки – предшественники для синтеза органических молекул клеток; синтез биоорганических молекул

35

(углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот); синтез и распад молекул со специфическими функциями.

МЕТАБОЛИТЫ – это вещества, участвующие в обмене веществ.

МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ ПУТЬ – это последовательность биохимических реакций, в результате которых происходит преобразование исходного вещества в продукт. Метаболические пути бывают линейными (например, гликолиз, синтез и распад гликогена) и циклическими (например, орнитиновый цикл, цикл трикарбоновых кислот).

ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ И

БЕЛКОВ – это совокупность биохимических процессов, которые включают: 1)

окислительное декарбоксилирование пирувата (пировиноградной кислоты) до ацетил-КоА и диоксида углерода; 2) цикл трикарбоновых кислот, в котором происходит окисление ацетил-КоА; 3) синтез АТФ в митохондриальной цепи переноса электронов (ЦПЭ), или митохондриальной дыхательной цепи, путем окислительного фосфорилирования. В митохондриальной ЦПЭ кислород восстанавливается до воды. Основным поставщиком атомов водорода для этого является ЦТК.

ОБЩИЙ ЗАВЕРШАЮЩИЙ ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА УГЛЕВОДОВ,

ЛИПИДОВ И БЕЛКОВ – это стадия катаболизма, которая включает: 1) цикл

трикарбоновых кислот, 2) митохондриальную дыхательную цепь, или митохондриальную цепь переноса электронов и 3) окислительное фосфорилирование.

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА

(пировиноградной кислоты) – это совокупность биохимических реакций, в

результате которых карбоксильная группа пирувата высвобождается в виде

36

диоксида углерода, а ацетильный остаток переносится на коэнзим А и превращается в макроэргическое соединение - ацетил-КоА. Катализируется пируватдегидрогеназным мультиферментным комплексом (смотрите

«Пируватдегидрогеназный мультиферментный комплекс»). Окислительное декарбоксилирование пирувата локализовано в митохондриях.

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ – это синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, в котором используется энергия, высвобождающаяся в результате транспорта электронов по митохондриальной дыхательной цепи.

Является главным путем синтеза АТФ в аэробных условиях.

ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗНЫЙ МУЛЬТИФЕРМЕНТНЫЙ

КОМПЛЕКС - это группа ферментов, катализирующих окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА и диоксида углерода. Локализован в митохондриях. Включает три фермента и пять кофакторов. Ферменты:

пируватдегидрогеназа (Е1), дигидролипоилтрансфераза (Е2),

дигидролипоилдегидрогеназа (Е3). Кофакторы: тиаминпирофосфат (ТПФ – производное витамина В1), коэнзим А (КоАSH, производное пантотеновой кислоты), витаминоподобное вещество липоевая кислота,

флавинадениндинуклеотид (ФАД – производное витамина В2) и

никотинамидадениндинуклеотид (НАД – производное никотинамида). ТПФ,

липоевая кислота и ФАД прочно связаны с ферментами комплекса, а КоАSH и

НАД находятся в свободно растворенном состоянии и служат акцепторами ацетильного остатка и атомов водорода, соответственно. Регуляторный фермент – пируватдегидрогеназа. При низкой активности пируватдегидрогеназного комплекса пировиноградная кислота будет превращаться в лактат, или молочную кислоту, что приводит к возникновению лактат-ацидоза

СУБСТРАТНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ – это синтез АТФ,

проходящий в анаэробных условиях, в котором используется АДФ и фосфат,

37

входящий в состав какого-либо макроэргического соединения. Для субстратного фосфорилирования используется энергия, высвобождающаяся в результате гидролиза макроэргической связи субстрата, содержащего фосфат.

ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ – это ферментативный процесс образования фосфорорганических соединений, преимущественно сложных эфиров. Оно имеет важное значение в образовании макроэргических соединений. Может проходить

как за счет энергии макроэргической связи субстрата (субстратное

фосфорилирование), так и за счет энергии окисления, которая высвобождается в

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (цикл Г. Кребса, цитратный цикл,

или цикл лимонной кислоты) - это завершающий этап общего пути катаболизма углеводов, липидов и белков, в ходе которого ацетильные остатки в виде ацетил-

КоА окисляются до диоксида углерода (CO2). Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)

начинается с конденсации ацетил-КоА и оксалоацетата (шавелевоуксусной кислоты) с образованием цитрата, или лимонной кислоты. Далее лимонная кислота, превращаясь через большое количество промежуточных соединений в оксалоацетат, вновь регенерируется за счет конденсации оксалоацетата с ацетил-

КоА. Реакции ЦТК локализованы в митохондриальном матриксе. При этом за один цикл образуется 2 молекулы CO2, 3 молекулы НАДH2, 1 молекула ФАДH2 и

по механизму субстратного фосфорилирования - 1 молекула ГТФ, что эквивалентно одной молекуле АТФ. Электроны, входящие в состав атомов водорода НАДH2 и ФАДH2, в дальнейшем переносятся на дыхательную цепь, в

которой по механизму окислительного фосфорилирования образуются 11

молекул АТФ. Общий энергетический выход ЦТК составляет 12 молекул АТФ.

Протоны используются для восстановления кислорода и образования метаболической воды. Ряд метаболитов ЦТК являются предшественниками для синтеза других соединений. Например, сукцинил-КоА необходим для синтеза

38

гема, альфа-кетоглутарат – для образования глутамата в реакции трансаминирования, оксалоацетат – для образования аспартата в реакции трансаминирования. Исходя из этого, ЦТК рассматривается не только как катаболический, но и как амфиболический биохимический процесс. Ферменты ЦТК: цитратсинтаза, аконитаза, изоцитратдегидрогеназа, альфа-

кетоглутаратдегидрогеназный мультиферментный комплекс, сукцинат-тиокиназа

(сукцинил-КоА синтетаза), сукцинатдегидрогеназа, фумаратгидратаза (фумараза),

малатдегидрогеназа. Регуляторными ферментами цикла трикарбоновых кислот являются цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа и альфа-

кетоглутаратдегидрогеназа.

ЦИКЛ КРЕБСА - смотрите «Цикл трикарбоновых кислот».

ЦИКЛ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ - смотрите «Цикл трикарбоновых

кислот».

ЦИТРАТНЫЙ ЦИКЛ - смотрите «Цикл трикарбоновых кислот».

ЭТАПЫ КАТАБОЛИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ВЕЩЕСТВ

(стадии катаболических преобразований веществ) – это последовательные стадии расщепления веществ, поступивших в организм в составе продуктов питания, до конечных продуктов – диоксида углерода и воды, что приводит к высвобождению энергии, заключенной в исходных соединениях. Существует три стадии катаболизма. На первой стадии происходит гидролиз основных биоорганических молекул пищи до более простых соединений: белков – до аминокислот, полисахаридов – до моносахаридов, преоблающим моносахаридом является глюкоза, триглицеридов, или нейтральных жиров, - до глицерола и высших жирных кислот. На этой стадии работают ферменты желудочно-

кишечного тракта класса гидролаз. Данная стадия называется перевариванием.

Далее продукты первой стадии поступают в органы и ткани, где вступают в

39

специфические для каждого класса соединений биохимические процессы, в

результате которых образуются еще более простые соединения: либо пируват

(пировиноградная кислота), либо ацетил-КоА. Данные вещества уже теряют свою принадлежность к определенному классу соединений. В ходе катаболизма происходит отщепление атомов водорода, которые переносятся на кислород с образованием воды. В ходе этого переноса происходит высвобождение энергии возбужденных электронов. Вторая стадия катаболизма называется специфической. Третья, завершающая, стадия катаболизма включает цикл трикарбоновых кислот, тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование.

Благодаря третьей стадии ацетил-КоА любого происхождения, а также восстановленные формы коферментов НАДН2, ФАДН2, образовавшиеся в различных биохимических реакциях, преобразуются в конечные продукты катаболизма углеводородов – диоксид углерода и воду - одинаковым путем, что сопровождается синтезом АТФ.

ЭКЗЕРГОНИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ – это реакции, в результате которых

происходит высвобождение энергии.

ЭНДЕРГОНИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ – это реакции, которые требуют затрат энергии. Чаще энергии для данных реакций используется энергия, которая высвобождается в результате гидролиза АТФ.

40

ГЛАВА 4. ОСНОВЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ. ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ И ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

АНАЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ – это биологическое окисление субстратов,

в котором в качестве конечного акцептора атомов водорода, отщепляемых от субстратов, используется любое вещество, кроме кислорода.

АДЕНОЗИНТРИФОСФАТ (АТФ) – это нуклеозидтрифосфат, который выполняет функции универсального источника энергии для большинства биохимических процессов, поскольку содержит две макроэргические связи.

АТФ-СИНТАЗА (протонная АТФаза, комплекс V) – это митохондриальный фермент, катализирующий синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Состоит из двух компонентов (факторов): Fo и F1. Fo-компонент пронизывает внутреннюю митохондриальную мембрану и является протонным каналом. F1-компонент находится в митохондриальном матриксе и катализирует синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. В изолированном виде F1-компонент может катализировать только гидролиз АТФ до АДФ и фосфорной кислоты.

АЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ – это биологическое окисление субстратов, в

котором участвует кислород.