ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ- ОБЩИЙ КОНЕЧНЫЙ ПУТЬ ОКИСЛЕНИЯ БЕЛКОВ, УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ

Тема: «ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТОБЩИЙ КОНЕЧНЫЙ ПУТЬ ОКИСЛЕНИЯ БЕЛКОВ, УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ»

Цель занятия: изучить строение основных метаболитов ЦТК, ферментов, коферментов и последовательность реакций с их участием, знать способы регуляции ключевых ферментов общих путей катаболизма (ОПК).

План

1.Понятие об обмене веществ: анаболические и катаболические процессы и их взаимосвязь (общая схема обмена веществ и энергии в организме человека)

2.Схема катаболизма белков, углеводов и липидов. Специфические и общие пути катаболизма (ОПК). Принципы метаболизма: унификация и конвергенция.

3.Окислительное декарбоксилирование ПВК: локализация, характеристика мультиферментного комплекса, последовательность реакций.

4.Цикл Кребса (ЦТК): локализация, последовательность реакций, ферменты, коферменты.

5.Схема цикла Кребса. Биологическая роль ЦТК

6.ЦТК – амфиболический цикл. Анаболическая функция ЦТК Анаплеротические реакции.

7.Связь ОПК с цепью дыхательных ферментов. Реакции цикла Кребса, ведущие к получению энергии в виде НАДН+Н+ и ФАДН2. Энергетическая функция ЦТК.

8.Регуляция общих путей катаболизма: регуляторные аллостерические ферменты, их активаторы и ингибиторы.

1. Понятие об обмене веществ: анаболические и катаболические процессы и их взаимосвязь

Обмен веществ (или метаболизм) - это совокупность биохимических реакций, протекающих в живых организмах.

Процессы, происходящие в просвете желудочно-кишечного тракта, не входят в понятие метаболизма, поскольку полость желудочно-кишечного тракта рассматривается как часть внешней среды.

Обмен веществ обеспечивает:

жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов,

их связь с окружающей средой

адаптацию к изменениям внешних условий.

Рис. 1. Общая схема обмена веществ и энергии

Метаболизм – это двуединый процесс, складывающийся из 2-х частей: катаболизма и анаболизма.

Анаболизм (ассимиляция) представляет собой совокупность химических реакций, в результате которых из простых соединений образуются сложные органические вещества, специфичные для организма (нуклеиновые кислоты, белки и др.). Анаболические реакции протекают с использованием химической

Рис. 2. Этапы катаболизма питательных веществ и извлечения энергии в клетках.

2.2. Стадии катаболизма биомолекул.

При расщеплении биомолекул в организме выделяют 3 стадии, которые являются общими для катаболизма различных биомолекул.

На первой стадии все сложные биомолекулы (полимеры) расщепляются до простых компонентов (мономеров):

полисахариды расщепляются до моносахаридов; липиды (триацилглицеролы) – до жирных кислот и глицерина;

белки – до аминокислот. Реакции этой стадии катализируются гидролазами желудка, и кишечника. На этой стадии высвобождается около 1% химической энергии, которая рассеивается в виде тепла.

На второй стадии мономеры, образовавшиеся в первой стадии, внутриклеточно подвергаются специфическим превращениям с выделением энергии (30%).

2.2. Основные специфические пути катаболизма:

для моносахаридов – гликолиз, конечным метаболитом которого является пировиноградная кислота, которая далее подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в активную форму уксусной кислоты – ацетил-КоА;

для жирных кислот – β-окисление, конечным продуктом которого является ацетил-КоА

для глицерина – расщепление до пирувата, который далее превращается в ацетил-КоА;

для аминокислот– дезаминирование и расщепление безазотистых молекул до ди- и трехуглеродных карбоновых кислот и их производных.

Большинство этих метаболитов превращается в ацетил-КоА.

Таким образом, в результате специфических путей катаболизма продукты переваривания пищевых веществ (моносахариды, жирные кислоты, глицерин и аминокислоты) превращаются всего в два соединения: ПВК и ацетил-КоА, которые затем направляются в общий путь катаболизма.

К общим путям катаболизма относятся:

•Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

•цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)

•цепь переноса электронов (ЦПЭ) и окислительное фосфорилирование.

На третьей стадии катаболизма в митохондриях происходит окисление ацетил-КоА до СО2 и Н2О и окислительное фосфорилирование с образованием АТФ. Окисление ацетил-КоА до СО2 происходит в цикле трикарбоновых кислот, при участии коферментов НАД+ и ФАД. Атомы водорода поступают в дыхательную цепь (ЦПЭ) и связываются с кислородом, образуя Н2О. Полученная энергия (на этой стадии образуется 70% энергии) используется для осуществления окислительного фосфорилирования, главного источника АТФ в организме.

2.3. Основными принципами метаболизма являются конвергенция и унификация.

Конвергенция – это объединение различных путей превращения органических веществ в единый общий путь – терминальное окисление.

Унификация - это постепенное снижение числа участников обменных процессов и использование в общем пути катаболизма универсального метаболита – ацетилСоА.

3. Окислительное декарбоксилирование ПВК

Пировиноградная кислота (ПВК, пируват) является продуктом окисления глюкозы и некоторых аминокислот.

Судьба ПВК различна в зависимости от доступности кислорода в клетке. В отсутствии кислорода (анаэробных условиях) она восстанавливается до молочной кислоты. В присутствии кислорода (аэробных условиях) происходит ее окислительное декарбоксилирование до ацетил-КоА

Превращение пирувата в ацетил-КоА описывают следующим суммарным уравнением:

СН3— С—СООН + HsKoA + НАД+ —> СН3— С—SKoA + НАДН+Н+ +СО2

Локализация. Окислительное декарбоксилирование пирувата происходит в матриксе митохондрий.

Транспорт пирувата в митохондриальный матрикс через внутреннюю мембрану митохондрий осуществляется при участии специального белкапереносчика по механизму симпорта с Н+ (рис. 4)

Характеристика пируватдегидрогеназного комплекса. Процесс

Рис. 4. Транспорт пирувата через митохондри- окислительного декарбоксилиро-

альную мембрану. вания пирувата катализирует мультиферментный пируватдегидрогеназный комплекс.

В пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) входят 3 фермента и 5 коферментов.

Состав пируватдегидрогеназного комплекса

Кроме того, в состав комплекса входят регуляторные субъединицы: протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза

Превращение пирувата в ацетил-КоА происходит в 5 стадий:

1. Декарбоксилирование пирувата и перенос двухуглеродного-фрагмента на ТПФ при участии фермента Е1 – пируватдекарбоксилаза.

Простетической группой пируватдекарбоксилазы является тиаминдифосфат (ТПФ, тиаминпирофосфат, ТДФ) - это активная форма витамина В1. Активная часть ТПФ - тиазоловое кольцо и атом водорода в нем. Для краткости записывают: НС-ТПФ.

2.Окисление гидроксиэтильной группы и перенос двухуглеродного (С2-) фрагмента на липоевую кислоту (ЛК). Фермент Е2- дигидролипоилтрансацетилаза.

3.Ацетилированная дигидролипоилтрансацетилаза взаимодействует с KoA с образованием восстановленной формы липоевой кислоты и ацетил-КоА;

4.Окисленная форма трансацетилазы регенерируется при участии фермента Е3 - дигидролипоилдегидрогеназы:

5 - Окисленная форма Е3 регенерируется при участии НАД+.