Методичка по биохимии. 1 курс - 2 модуль

являясь метаболитом ЦТК, окисляется в оксалоацетат с образованием НАДН.

Так как мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, то он аминируется до аспарагиновой кислоты, которая в обмен на глутамат выходит

вцитозоль.

6.Образование АТФ при аэробном и анаэробном гликолизе

Образование АТФ при гликолизе может идти двумя путями:

субстратного фосфорилирования, когда для фосфорилирования АДФ используется энергия макроэргической связи субстрата (1,3-дифосфоглицерат и ФЕП), либо путем окислительного фосфорилирования АДФ, сопряженного

сфункционированием ЦПЭ.

6.1.Энергетический эффект аэробного гликолиза. Реакции, связанные

ссинтезом АТФ в аэробном гликолизе, протекают на втором этапе, где происходят две реакции субстратного фосфорилирования и синтезируется две молекулы АТФ (реакции 7 и 10). Кроме того, одна молекула глицеральдегид- 3-фосфата дегидрируется (реакция 6), а НАДН передает водород в митохондриальную ЦПЭ, где синтезируется 2,5 или 1,5 молекулы АТФ путем окислительного фосфорилирования (в зависимости от челночного механизма,

который работает в клетке). Следовательно, окисление до пирувата одной молекулы глицеральдегид- 3-фосфата сопряжено с синтезом 4,5 молекул АТФ

(если участвует малатаспартатный челнок). Учитывая, что из глюкозы образуется две фосфотриозы, полученную величину нужно удвоить и затем вычесть две молекулы АТФ, затраченные на первом этапе. Таким образом,

суммарный эффект аэробного гликолиза составляет (4,5 х 2) - 2 = 7 АТФ.

Суммарно все 10 стадий аэробного гликолиза можно описать следующем уравнением:

Глюкоза + 2Н3РО4 + 2АДФ + 2НАД+ --> 2ПВК + 2АТФ + 2Н2О + 2НАДН + Н+

6.2 Энергетический эффект аэробного окисления глюкозы до СО2 и

воды. Дальнейшее окисление двух моль пирувата в общих путях катаболизма

сопровождается синтезом 25 моль АТР (по 12,5 моль на каждую молекулу

Следовательно, суммарный энергетический эффект аэробного распада глюкозы до конечных продуктов составляет 32 моль АТФ.

Рис.7 Образование энергии при аэробном окислении глюкозы

6.3. Энергетический эффект анаэробного гликолиза. Анаэробный и

аэробный гликолиз энергетически неравноценны. Анаэробный гликолиз

протекает без использования кислорода и поэтому не зависит от работы

митохондриальной дыхательной цепи. Образование двух моль лактата из глюкозы сопровождается синтезом всего двух моль АТФ в реакциях субстратного фосфорилирования, потому что НAДH, полученный при окислении глицероальдегидфосфата, не используется дыхательной цепью, а

акцептируется пируватом.

Суммарное уравнение процесса:

Глюкоза + 2 Н3РО4 + 2 АДФ = 2 Лактат + 2 АТФ + 2 Н2О.

Рекомендуемая литература по дисциплине «Биологическая химия»:

1.Северин Е.С., Биохимия [Электронный ресурс]: учебник / под ред. Е. С. Северина. - 5-е изд., испр. и доп. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016. - 768 с. - ISBN 978-5-9704-3762-9 - Режим

доступа: http://www.studmedlib.ru/book/ISBN9785970437629.html

2.Авдеева Л.В., Биохимия [Электронный ресурс] / Авдеева Л.В., Алейникова Т.Л., Андрианова Л.Е., Белушкина Н.Н., Волкова Н.П., Воробьева С.А., Голенченко В.А., Губарева А.Е., Корлякова О.В., Лихачева Н.В., Павлова Н.А., Рубцова Г.В., Силаева С.А., Силуянова С.Н., Титова Т.А. - М. : ГЭОТАР-

Медиа, 2014. - 752 с. - ISBN 978-5-9704-3043-9 - Режим доступа: http://www.studmedlib.ru/book/ISBN9785970430439.html

3.Губарева А.Е., Биологическая химия. Ситуационные задачи и тесты [Электронный ресурс]: учеб. пособие / А. Е. Губарева [и др.] ; под ред. А. Е.

Губаревой. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016. - 528 с. - ISBN 978-5-9704-3561-8 -

Режим доступа: http://www.studmedlib.ru/book/ISBN9785970435618.html

Тема: «Распад глюкозы в пентозофосфатном пути»

Цель занятия: изучить распад глюкозы в пентозофосфатном пути,

определить его связь с другими обменами.

План:

1.Пентозофосфатный путь окисления глюкозы (ПФП):

характеристика, этапы, последовательность реакций окислительной ветви,

ферменты, биологическая роль.

2.Неокислительная ветвь пентозофосфатного пути окисления глюкозы: схема реакций, ферменты, биологическое значение.

3.Регуляция пентозофосфатного пути, взаимосвязь с гликолизом.

4.Наследственные нарушения пентозофосфатного пути.

1. Общая характеристика пентозофосфатного пути

Пентозофосфатный путь (ПФП) – это сложный ферментативный процесс прямого аэробного окисления фосфорилированной глюкозы до CO2 и

H2O, сопровождающийся образованием восстановленного кофермента НАДФ.

ПФП служит альтернативным путём окисления глюкозо-6-фосфата.

Внорме доля пентозофосфатного пути в количественном превращении глюкозы обычно невелика и зависит от типа ткани и ее функционального состояния.

Впентозофосфатном пути превращения глюкозы выделяют окислительный и неокислительный этапы.

На окислительном этапе глюкозо-6-фосфат необратимо окисляется в пентозу - рибулозо-5-фосфат. Энергия, выделяющаяся при распаде глюкозы,

трансформируется в энергию высокоэнергетического донора водорода -

НАДФН. При определенных условиях пентозофосфатный путь на этом этапе может быть завершен.

На неокислительном этапе рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза.

Значение окислительного этапа:

1.Главный поставщик рибозо-5-фосфата для биосинтеза:

•мононуклеотидов (АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ, ТМФ);

•нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);

•коферментов (НАД+, НАДФ+, ФАД, КоА-SН).

2.Основной источник НАДФН+Н+ в клетках.

НАДФН+Н+ в клетках используется как донор водорода:

1)в реакциях восстановления при биосинтезе:

•жирных кислот;

•холестерола, стероидных гормонов, желчных кислот;

•заменимых аминокислот (как кофермент глутаматдегидрогеназы в реакциях восстановительного аминирования α-кетоглутарата);

2)для обезвреживания токсических веществ и лекарственных препаратов в процессе микросомального окисления;

3)в системе антиоксидантной защиты клетки как кофермент глутатионредуктазы для восстановления глутатиона. Для эритроцитов единственным источником получения NADPH служит пентозофосфатный путь, для других тканей существует альтернативный способ – при участии

NADH-зависимой малатдегидрогеназы (малик-фермент);

4)для превращения рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды под действием НАДФ-зависимой рибонуклеотидредуктазы;

5)в фагоцитозе - генерирование активных форм кислорода. NADPH-

оксидаза использует восстановленный NADPH для образования супероксидного иона из молекулярного кислорода. Супероксидньгй ион генерирует другие активные формы кислорода, под действием которых и повреждаются молекулы ДНК, белков, липидов бактериальных клеток. При недостаточной продукции НАДФН при нарушении ПФП отмечается хроническое течение инфекционных заболеваний.

Локализация ПФП. Наиболее активно реакции протекают в цитозоле клеток печени, жировой ткани, эритроцитах, коре надпочечников, молочной железе при лактации, т.е. в органах, где активно протекают реакции гидроксилирования и восстановления, например при синтезе жирных кислот,

Ферменты транскетолаза и трансальдолаза катализируют перенос двух- и трёхуглеродных фрагментов, соответственно используя в качестве донора углеродных фрагментов кетозу, а альдозу - в качестве акцептора.

Рис.3 1-я транкетолазная реакция ПФП: реакция переноса двухуглеродного фрагмента, катализируемая транскетолазой.

Эти реакции протекают в 2 этапа: сначала происходит отщепление углеродного фрагмента от молекулы-донора, а затем – перенос этого фрагмента на молекулу, выполняющую роль акцептора.

Транскетолаза расщепляет связь С-С между кетогруппой и соседним атомом углерода в молекуле ксилулозо-5-фосфат, в результате чего кетосахар превращается в альдозу, глицеральдегид-3-фосфат, содержащую на 2 атома углерода меньше. Образующийся после расщепления двухуглеродный фрагмент остаётся ковалентно связанным в каталитическом центре фермента с коферментом тиаминдифосфатом. Далее фермент переносит двухуглеродный фрагмент на альдегидную группу альдосахара, образуя новую кетозу - седогептулозо-7-фосфат.

Трансальдолаза переносит трёхуглеродный фрагмент от седогептулозо- 7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат, образуя эритрозо-4-фосфат и фруктозо-6-фосфат.

Рис.4 Реакция, катализируемая трансальдолазой В следующей реакции происходит перенос двухуглеродного фрагмента

от ксилулозо-5-фосфата на эритрозо-4-фосфат.

Продуктами этой реакции являются фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

Промежуточные продукты пентозофосфатного пути превращения глюкозы (фруктозо-6-фосфат, глицеральдегид-3-фосфат) могут включаться в пути аэробного и анаэробного окисления и служить источником энергии для синтеза АТР.

Рис.5 Вторая транкетолазная реакция ПФП

Понятие о пентозофосфатном цикле (ПФЦ)

Окислительный этап синтеза пентоз и этап возвращения пентоз в гексозы (неокислительный этап в обратном направлении) вместе составляют циклический процесс (пентозофосфатный цикл) - за один оборот цикла полностью распадается одна молекула глюкозы. Шесть молекул глюкозо-6-

фосфата, вступая в пентозофосфатный цикл, образуют 6 молекул рибулозо-5-

фосфата и 6 молекул СО2, после чего из 6 молекул рибулозо-5-фосфата снова регенерируется 5 молекул глюкозо-6-фосфата.

Все 6 молекул СО2 образуются из первого атома углерода всех шести молекул глюкозо-6-фосфата, вступающих в реакции ПФЦ. Поэтому пентозофосфатный цикл – это последовательность реакций прямого

(апотомичекого) окисления глюкозо-6-фосфата.

Пентозофосфатный цикл функционирует в основном только в жировой ткани и печени.

При ПФЦ в качестве продукта образуется только НАДФН+Н+. Пентозы в этом случае не являются конечным продуктом, они превращаются в фосфогексозы, которые замыкают цикл, или уходят в гликолиз. Благодаря этому рибозо-5-фосфат не будет накапливаться, и его углероды перейдут в состав фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата, которые являются метаболитами гликолиза. Либо глицеральдегид-3-фосфат восстановится до глицерол-3-фосфата и будет использован для синтеза триацилглицеролов.

Суммарная реакция пентозофосфатного цикла:

6 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADP+ + 7 H2O →

5 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADPH +H+ + 6 CO2 + Р.