3 модуль / Lekcija_10_Ruseckaja_Obshij_Put_Katabolisma

Лекция № 10.

Тема: «Введение в обмен веществ. Стадии катаболизма и анаболизма. Общие пути катаболизма. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты»

План.

1.Понятие об обмене веществ.

2.Стадии катаболизма.

3.Окислительное декарбоксилирование пирувата.

4.Регуляция окислительного декарбоксилирования пирувата.

1. Понятие об обмене веществ.

Живой организм и живые клетки, из которых состоит организм, являются открытой термодинамической системой, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Метаболизм (от греч. metabole - изменение) – совокупность биохимических процессов превращения веществ и энергии в живом организме, а также обмен веществом и энергией между организмом и внешней средой.

Катаболизм – совокупность биохимических реакций, благодаря которым осуществляется распад сложных органических молекул до простых соединений с целью получения энергии.

Анаболизм – совокупность биохимических реакций, благодаря которым осуществляется синтез сложных органических соединений из более простых с использованием энергии, полученной в результате катаболизма.

2.Стадии катаболизма.

1.Гидролитическая (гидролиз под действием ферментов гидролаз ЖКТ).

2. Тканевая (реакции тканевого обмена протекают в цитозоле) включает специфические окислительные реакции, которые приводят к образованию двух общих метаболитов пирувата и ацетил-КоА.

внутренней мембраны митохондрий

3. Углеводы, липиды и белки в процессе катаболизма превращаются в пируват и ацетил-КоА, поэтому их дальнейшее превращение называется – ОБЩИМ ПУТЕМ КАТАБОЛИЗМА. Общий путь катаболизма включает два процесса:

1)окислительное декарбоксилирование пирувата,

2)цикл трикарбоновых кислот.

Сначала происходят реакции окислительного декарбоксилирования пирувата с образованием ацетил-КоА.

3. Окислительное декарбоксилирование пирувата

1. Строение пируватдегидрогеназного комплекса (ПДГ).

ПДГ – мультиферментный комплекс, состоящий из 3-х ферментов и 5-ти коферментов: Еn1 – Пируватдекарбоксилаза (М=90 кДа) содержит кофермент тиаминпирофосфат (ТПФ). Еn2 – дегидролипоилацетилтрансфераза (М=36 кДа) содержит липоевую кислоту.

Еn3 – дигидролипоилдегидрогеназа (М=55 кДа) содержит флавинадениндинуклеотид (ФАД) (простетическая группа, т.к. связана ковалентной связью с апоферментом).

Специфические регуляторные субъединицы –протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза.

Коферменты:

1.ТПФ – активная форма витамина В1 (тиамин)

2.Липоевая кислота (содержит –SH группу)

3.Коэнзим А (КоА) – активная форма витамина В3 (пантотеновая кислота) - содержит –SH группу.

4.ФАД – активная форма витамина В2 (рибофлавин).

5.НАД – активная форма витамина РР (никотинамид).

Коферменты НАД и КоА~SH не связаны с ферментами, а находятся свободно в матриксе МХ.

Этапы окислительного декарбоксилирования ПВ.

В ходе первой реакции происходит декарбоксилирование пирувата и перенос С2-фрагмента на ТПФ:

Затем Еn2 катализирует окисление гидроксиэтильной группы и перенос ацетильного остатка на липоевую кислоту (ЛК):

В дальнейшем ацетильный фрагмент переносится на КоА~SH с образованием ацетил-КоА и восстановленной формы липоевой кислоты:

Восстановленная форма липоевой кислоты регенерируется в окисленную при участии ФАДсодержащего En3:

Окисление En3-ФАДН2 происходит при участии НАД+, который восстанавливается до НАДН :

Суммарная реакция окислительного декарбоксилирования ПВ: СН3-СО-СООН + КоА~SH + НАД+ → СН3-СО~S-КоА + СО2 + НАДН

Энергетическая ценность окисления НАДН составляет 3 АТФ.

4. Регуляция окислительного декарбоксилирования пирувата осуществляется путем ковалентной модификации ПДК. В состав ПДК входят 2 регуляторные субъединицы. Одна из них, киназа ПДК, фосфорилирует ПДК. При фосфорилировании ПДК инактивируется. Другая регуляторная субъединица, фосфатаза, дефосфорилирует фермент, превращая его в активную форму.

Повышение концентрации ацетил-КоА, НАДН и АТФ приводит к снижению скорости процесса, тогда как при недостатке этих продуктов происходит усиление активности пируватдегидрогеназы.

Активация ПДК в жировой ткани происходит под действием инсулина, а в клетках миокарда – адреналина, однако это влияние адреналина не связано с изменением концентрации ц-АМФ.