Военно-медицинская Академия Кафедра биохимии и лабораторной диагностики

Описание презентации Военно-медицинская Академия Кафедра биохимии и лабораторной диагностики по слайдам

  Военно-медицинская Академия Кафедра биохимии и лабораторной диагностики Военно-медицинская Академия Кафедра биохимии и лабораторной диагностики

 Аэробное окисление углеводов Аэробное окисление углеводов

  Содержание 1.  «Аэробное окисление глюкозы»  /дихотомический путь/ 2. Пентозный цикл  Содержание 1. «Аэробное окисление глюкозы» /дихотомический путь/ 2. Пентозный цикл

  1. Аэробное окисление глюкозы Валовое уравнение: C 6 H 12 O 6 + 6 1. Аэробное окисление глюкозы Валовое уравнение: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2=>6 CO 2 + 6 H 2 O + W Полный выход энергии (W) при распаде глюкозы 2880 к. Дж Запас: =1569 к. Дж (около 50% всей энергии) в форме АТФ При p. O 2 ПВК Лактат Окислительное декарбоксилирование (матрикс митохондрий) Выделяют три этапа окисления глюкозы. 1 Этап. Окисление глюкозы до ПВК. Глюкоза 2 ПВК 2 НАДН 22 2 АДФ 2 АТФ Итог первого этапа: 2 АТФ + 4(6) АТФ = 6(8) АТФ

  Глицерофосфатный челночный механизм. NADH 22 NADNAD ++ Цитозоль Цитоплазматическая глицерол 3 -фосфат - ДГ Глицерофосфатный челночный механизм. NADH 22 NADNAD ++ Цитозоль Цитоплазматическая глицерол 3 -фосфат — ДГ Диоксиацетон фосфат Глицерол — 3 — фосфат Митохондриальная глицерол — 3 — фосфат — ДГ ФАДН 22 ФАДФАД Ко. Q 22 ēē О 2 АТФ Митохондрия В С a a

  Внутренняя мембрана митохондрии Цитозоль Матрикс Mtмалатмалат оксалоацетатоксалоацетат NADNAD NADHNADH 22 глутаматглутамат аспартатаспартат α-кетоглутаратα-кетоглутарат Ас. Внутренняя мембрана митохондрии Цитозоль Матрикс Mtмалатмалат оксалоацетатоксалоацетат NADNAD NADHNADH 22 глутаматглутамат аспартатаспартат α-кетоглутаратα-кетоглутарат Ас. АТАс. АТ Малат-аспартатный челночный механизм

  При гликолизе пировиноградная кислота восстанавливается и превращается в молочную кислоту – конечный продукт анаэробного При гликолизе пировиноградная кислота восстанавливается и превращается в молочную кислоту – конечный продукт анаэробного обмена, а в случае же аэробного окисления глюкозы образовавшаяся пировиноградная кислота под- вергается окислительному декарбоксилированию с последующим образованием в ацетил-Ко. А и СО 22 2 Этап. Окисление пирувата до ацетил-Ко. А (окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты) Данный процесс катализируется мультиферментной системой и протекает в несколько стадий, в которых принимает участие три фермента( пируватдегидро- геназа, липоацетил-трансфераза, дигидро-липоацетилдегидрогеназа) и пять ко- ферментов ( НАД, ФАД, тиаминдифосфат, амид липоевой кислоты и коэнзим А). Суммарно: 2 Пируват 2 СН 33 СО~SKo. AПДГПДГ СОСО 22 НАДН 22 НАДНАД

  Окислительное декарбоксилирование пирувата (Mt) пируват (ПВК) ТДФТДФ HS-Ko. A NAD; ФАД; цитохромы ферменты ПВК-ДГ Окислительное декарбоксилирование пирувата (Mt) пируват (ПВК) ТДФТДФ HS-Ko. A NAD; ФАД; цитохромы ферменты ПВК-ДГ комплекса ЕЕ 11 , Е, Е 22 , Е, Е 33 Ацетил-Ко. А ++ ++СОСО 22 3 АТФ НН 22 ОО++CHCH 33 C=0 C=0 COOH CHCH 33 C=0 C=0 SKASS SS ЛКЛК

  Амид липоевой кислоты  илиили SS SS ЛКЛК Окисленная форма HH 22 CC CHCH Амид липоевой кислоты илиили SS SS ЛКЛК Окисленная форма HH 22 CC CHCH SS SS (CH(CH 22 )) 44 COCO EE Восстановленная форманн 22 сс снсн 22 ss ss снсн 22 снсн 22 NHNH

  Тиаминдифосфат (ТДФ) или Е 11 -ТПФ  N  NNH 2 H 3 C Тиаминдифосфат (ТДФ) или Е 11 -ТПФ N NNH 2 H 3 C CH 2 N + S CH 2 O OP P B 1 -тиамин Коэнзим А (HS-Ko. A) Пантотеновая кислота (вит. В 3) 3’-фосфоаденозин- 5’-дифосфат P P PO O CH 2 -O O OH NN NNH 2 HS (CH 2 ) 2 NH C OOH CH 3 CH 2(CH 2 ) 2 NH C CH CO O CH

  Стадии  окислительного декарбоксилирования пирувата:  Первая стадия катализируется пируватдегидрогеназой (Е 1 ), коферментом Стадии окислительного декарбоксилирования пирувата: Первая стадия катализируется пируватдегидрогеназой (Е 1 ), коферментом служит ТДФ. В результате данной реакции происходит отщепление СО 2 и из пирувата образуется оксиэтильное производное ТДФ , или «активный ацетальдегид» : СН 2 С=О СООН + Е 1 -ТДФ Н-С-ТДФ-Е 1 + СО 2 СН 3 ОН Пируват «Активный ацетальдегид» На второй стадии процесса оксиэтильная группа комплекса Е 1 -ТДФ-СНОН-СН 3 переносится на амид липоевой кислоты, который в свою очередь связан с ферментом липоатацетил-трансферазой (Е 2 ). Образуется ацетил, связанный с восстановленной формой амида липоевой кислоты, и освобождает ТПФ-Е 1 :

  Н-С-ТДФ-Е 1   +СН 3 ОН « Активный  ацетальдегид » S S Н-С-ТДФ-Е 1 +СН 3 ОН « Активный ацетальдегид » S S ЛК-Е 2 Амид липоевой кислот (окисленная форма) Н 3 С-С-S ЛК-Е 2 + ТДФ-Е 1 НS Ацетил-липоат В третьей стадии ацетил-липоат (связанный с ферментым комплексом) взаимо- действует с коэнзимом А. Реакция катализируется ферментом дигидролипоил- трансацетилазой (Е 2 ). Образуется ацетил-Ко. А, который отделяется от фер- ментного комплекса: Н 3 С-С-S ЛК-Е 2 + HS-Ko. A НS Ацетил-липоат HS HS ЛК-Е 2 + СН 3 СО S~Ko. A Ацетил-Ко. А Амид липоевой кислоты (восстановленная форма)

 На четвертой стадии происходит окисление восстановленной липоевой кислоты до ее дисульфидной формы. Реакция катализируется ферментом На четвертой стадии происходит окисление восстановленной липоевой кислоты до ее дисульфидной формы. Реакция катализируется ферментом дигидро- липоилдегидрогеназой (Е 3 ), которая содержит кофермент ФАД, способный к восстановлению : HS HS ЛК-Е 2 + Амид липоевой кислоты (восстановленная форма) Е 3 -ФАД S S ЛК-Е 2 Амид липоевой кислот (окисленная форма) + Е 3 -ФАДН 2 Наконец, на пятой стадии Е 3 -ФАДН 2 реокисляется за счет НАД. В результате реакции регенирирует окисленная форма Е 3 -ФАД и образуется НАДН 2 : Е 3 -ФАДН 2 + НАД Е 3 -ФАД + НАДН 2 В целом процесс окислительного декарбоксилирования пировиноградной кисло- ты может быть представлен в виде следующей схемы:

  Пируватдегидрогеназный комплекс CH 3 C=O COOH E 1 -ТПФ СО 2 Е 1 -ТПФ-СНОН-СН Пируватдегидрогеназный комплекс CH 3 C=O COOH E 1 -ТПФ СО 2 Е 1 -ТПФ-СНОН-СН 3 Оксиэтиламино- пирофосфат-Е 1 SHS H 3 C-C OE 2 Ацетиллипоамид-Е 2 SH HSE 2 дигидролипоамид SSE 2 Липоамид-Е 2 HS-Ko. A CH 3 -C~S-Ko. A OE 3 -ФАДН 2 Е 3 -ФАДNAD NADH 2 Е 1 – пируват-ДГ Е 2 – дигидролипоил-ТФ Е 3 – дигидролипоил-ДГ

  Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-Ко. А подвергается дальше окислению с образованием в конечном Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-Ко. А подвергается дальше окислению с образованием в конечном счете СО 2 и Н 2 О. Иными словами, полное окисление ацетил-Ко. А происходит в цикле трикарбоновых кислот или цикле Кребса. Этот процесс так же, как и окислительное декарбоксили- рование пирувата, происходит в митохондриях клеток. Все эти ферменты и коферменты структурно организованы в единый комплекс, благодаря чему простетические группы сближены, и промежуточные продукты реакции быстро взаимодействуют друг с другом. Если бы эти крупные ферментные молекулы были разобщены и свободно перемещались, то им бы пришлось в процессе диффузии преодолевать немалые расстояния. Следует отметить, что этот процесс необратим, регулируется следующим обра- зом: когда концентрация АТФ в митохондриях велика и достаточна концентрация ацетил-Ко. А, образование ацетил-Ко. А приостанавливается : Фосфатаза ПДГ Н 2 О Активная ПДГ (деформиров. ) Неактивная ПДГ (фосфорилирован. )Ca ++ Mg ++ НАДН 2 АТФ Киназа ПДГ АДФ

  3 этап. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) Итак, образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата 3 этап. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) Итак, образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата ацетил-Ко. А вступает в цикл Кребса. Данный цикл состоит из 8 после- довательных реакций. Начинается цикл с конденсации ацетил-Ко. А с оксало- ацетатом и образования лимонной кислоты. Затем лимонная кислота путем ряда дегидрирований и декарбоксилирований теряет два углеродных атома и снова в цикле Кребса появляется оксалоацетат, т. е. в результате полного оборота цикла молекула ацетил-Ко. А сгорает до СО 2 и Н 2 О, а молекула оксалоацетата регениригуется.

  Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса). Цис-аконитат Изоцитрат α - кетоглутарат Сукцинил - Ко. А Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса). Цис-аконитат Изоцитрат α — кетоглутарат Сукцинил — Ко. А Сукцинат. Цитрат Оксалоацетат Малат Фумарат Н 2 О Е-ФАДН 2 Е-ФАДНАДН 2 НАД +Ацетил-Ко. А HS-Ko. A Н 2 О НАД + НАДН 2 СО 2 НАД + НАДН 2 НS-Ko. A CO 2 Н 2 О ГТФ HS-Ko. A H 3 PO 4 + ГДФ 12 АТФ МДГ СДГ ИДГ

 В первой реакции, катализируемой ферментом цитрат-синтазой, происходит конденсация ацетил-Ко. А с оксалоацетатом. В результате образуется В первой реакции, катализируемой ферментом цитрат-синтазой, происходит конденсация ацетил-Ко. А с оксалоацетатом. В результате образуется лимонная кислота : Н 2 О СН 3 -СО~SKo. A + Ацетил-Ко. А СООН С=О СН 2 СООН оксалоацетат HS-Ko. A+СООН СН 2 СООН Лимонная кислота По-видимому, в процессе данной реакции в качестве промежуточного продукта образуется связанный с ферментом цитрил-Ко. А. Затем последний самопроиз- вольно и необратимо гидролизуется с образованием цитрила и HS-Ko. A.

  Во второй реакции цикла образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты. Последняя, Во второй реакции цикла образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты. Последняя, при- соединяя молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту. Катализирует эти обратимые реакции гидратации-дегидратации фермент аконитаза : СООН СН 2 НО-С-СООН СН 2 СООН Лимонная кислота СООН СН 2 С-СООН СН 2 СООН Цис-аконитовая кислота СООН СН 2 Н-С-СООН СН 2 СООН Изо-лимонная кислота. Н 2 О Акониат-гидратаза

  В третьей реакции, которая , во-видимому, является лимитирующей реакцией цикла Кребса, происходит дегидрирование изолимонной В третьей реакции, которая , во-видимому, является лимитирующей реакцией цикла Кребса, происходит дегидрирование изолимонной кислоты в присутствии НАД-зависимой изоцитратдегидрогеназы : СООН СН 2 Н-С-СООН СН 2 СООН Изо-лимонная кислота + НАД СООН СН 2 С=О СООН α -кетоглутаровая кислота + НАДН 2 + СО 2 Заметим, что в ходе изоцитратдегидрогеназной реакции происходит также процесс декарбоксилирования, НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активатора необходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуж- дается в ионах Mg ++ или Mn ++. Изоцитратде- гидрогеназа

 В четвертой реакции происходит окислительное декарбоксилирование α -кетоглутаровой кислоты до сукцинил-Ко. А. Механизм этой реакции В четвертой реакции происходит окислительное декарбоксилирование α -кетоглутаровой кислоты до сукцинил-Ко. А. Механизм этой реакции сходен с реакцией окислительного декарбоксилирования пирувата до ацетил-Ко. А. Альфа-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс напоминает по своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс. Как в том, так и в этом случае в ходе реакции принимает участие пять коферментов: ТПФ, амид липоевой кислоты, HS-Ko. A, ФАД и НАД + : СООН СН 2 С=О СООН α -кетоглутаровая кислота СООН СН 2 СО~S-Ko. A Сукцинил-Ко. АHS-KOA НАД + НАДН 2 СО

  В пятой реакции сукцинил-Ко. А при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную В пятой реакции сукцинил-Ко. А при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту. Одновременно происходит образование высокоэргической связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-Ко. А. Субстратное фосфорилирование катализируется ферментом сукцинил-Ко. А-синтетазой : СООН СН 2 СО~S-Ko. A Сукцинил-Ко. А + ГДФ + P i СООН СН 2 СOOH Янтарная кислота + ГТФ + HS-Ko. AСукцинил- Ко. А-синтетаза