Кировская государственная медицинская академия Кафедра химии Лекция Общие

Кировская государственная медицинская академия Кафедра химии Лекция: Общие пути катаболизма Заведующий кафедрой: доктор медицинских наук, профессор Цапок Петр Иванович

Дыхательная цепь

• В пище человека нет готовых первичных доноров водорода, которые служат субстратами для дегидрогеназ. Они образуются в ходе катаболизма пищевых веществ.

• Различают специфические пути катаболизма (разные для разных классов веществ) и • Общие пути катаболизма, которые являются единым продолжением специфических путей.

• В ходе метаболизма У , Ж и Б образуются 2 центральных метаболита: • 1) ПВК (пировиноградная кислота) и • 2) ацетил-Ко. А.

Образование пирувата из глюкозы

Распад жирных кислот

Окислительное декарбоксилирование пирувата • Окислению пируват подвергается в матриксе МХ. Транспорт ПВК через вн. мембрану МХ осуществляется при помощи спец. белкапереносчика по механизму симпорта с Н+.

Митохондрия

Полиферментный пируватдегидрогеназный комплекс • 3 фермента: 1) ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗА (декарбоксилирующая) (Е 1 -ТДФ); 2) ДИГИДРОЛИПОИЛАЦЕТИЛТРАНСФЕРАЗА (Е 2 -ЛК); 3) ДИГИДРОЛИПОИЛДЕГИДРОГЕНАЗА (Е 3 -ФАД).

Пируватдегидрогеназный комплекс

Коферменты • Пять коферментов этой реакции ассоциированы с белковыми компонентами ферментов. 1)Тиаминдифосфат (ТДФ) нековалентно связан на Е 1, 2) Липоевая кислота (ЛК) ковалентно связана с остатком лизина Е 2,

3) ФАД прочно ассоциирован в виде простетической группы на Е 3. 4) НАД+ и 5) кофермент А взаимодействуют с комплексом в виде растворимых коферментов.

• В состав комплекса входят регуляторные субъединицы: протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза

Пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая • Пируватдегидрогеназа (Е 1 -ТДФ) катализирует декарбоксилирование пирувата, перенос образованного гидроксиэтильного остатка на тиаминдифосфат, а также окисление гидроксиэтильной группы с образованием ацетильного остатка.

Восстановление липоата • Дигидролипоилацетилтрансфераза (Е 2 -ЛК) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы кислоты на кофермент А, при этом липоевая кислота восстанавливается до дигидролипоата.

Окисление дигидролипоата • Дигидролипоат окисляется до липоата третьим ферментом, дигидролипоилдегидрогеназой (Е 3 -ФАД) с образованием НАДН + Н+.

Пируватдегидрогеназный комплекс

Сопряжение дыхания и фосфорилирования • Окисление НАДН + Н+ в ЦПЭ приведет к образованию в процессе ОФ – 3 мол. АТФ.

Дыхательная цепь

Цикл трикарбоновых кислот

Цикл трикарбоновых кислот • Полное «сгорание» как жирных кислот, так и углеводов требует окисления до СО 2 и Н 2 О ацетильного остатка, связанного с коферментом А.

ЦТК – цикл Кребса • Сгорание происходит в системе 8 реакций, называемых циклом трикарбоновых кислот или — циклом Кребса.

ЦТК • Первая реакция начинается с присоединения ацетильного остатка ацетилкофермента А к оксалоацетату с образованием трикарбоновой лимонной кислоты — цитрата.

ЦТК • Далее цитрат претерпевает ряд последовательных превращений, сопровождающихся двумя реакциями декарбоксилирования, т. е. выделения СО 2, и в конечном итоге приводящих к регенерации оксалоацетата.

Первая стадия • Взаимодействие ацетилкофермента А с оксалоацетатом, катализируемое ферментом цитратсинтазой:

Первая стадия

Вторая стадия • 2. Изомеризация цитрата в изоцитрат, катализируемая ферментом аконитазой и проходящая через промежуточное образование аконитата путем дегидратации цитрата и последующей гидратации аконитата с превращением его в изоцитрат:

Третья стадия • 3. Окисление гидроксигруппы изоцитрата до карбонильной группы с помощью НАД+, сопровождающееся элиминацией карбоксильной группы в бетаположении, катализируемое изоцитратдегидрогеназой:

Четвертая стадия • 4. Окислительное декарбоксилирование aльфа-кетоглутарата, катализируемое aльфа‑кетоглутаратдегидрогеназны м комплексом, приводящее к образованию сукцинилкофермента А и выделению второй молекулы CO 2:

Четвертая стадия

Пятая стадия • 5. Фосфорилирование ГТФ, сопряженное с гидролизом макроэргической тиоэфирной связи в сукцинилкоферменте А, катализируемое сукцинат. Со. А лиазой:

Пятая стадия

Шестая стадия • 6. Превращение сукцината в фумарат, катализируемое сукцинатдегидрогеназой, входящей в состав комплекса II ЦПЭ с коферментом Q в качестве акцептора электронов:

Шестая стадия

Седьмая стадия • 7. Гидратация двойной связи фумарата с образованием малата (соль яблочной кислоты), катализируемая фумаратгидратазой:

Восьмая стадия • 8. Окисление гидроксигруппы малата до кетогруппы, приводящее к регенерации оксалоацетата, катализируемое малатдегидрогеназой:

Значение ЦТК • В ходе ЦТК восстанавливается до NADH три молекулы NAD+, пара электронов посылается в комплексы III и IV ЦПЭ от ФАДН 2 через кофермент Q и образуется одна макроэргическая связь в молекуле GТР.

Энергетика ЦТК • С учетом АТР, образующихся в ЦПЭ при окислении НАДH и ФАДH 2, сгорание ацетильного остатка в ЦТК сопровождается образованием 11 молекул АТФ и одной ГТФ, т. е. образованием 12 макроэргических пирофосфатных связей.

Роль ЦТК для анаболизма Некоторые компоненты ЦТК: альфа-КГ, сукцинат и оксалоацетат могут использоваться для синтеза заменимых АК и нуклеотидов.

Роль ЦТК для анаболизма Реакции, обеспечивающие пополнение фонда промежуточных продуктов ЦТК, наз. анаплеротическими (пополняющими). Важнейшая – реакция синтеза оксалоацетата из пирувата с участием пируваткарбоксилазы.

Роль ЦТК для анаболизма • При стационарном функционировании цикла трикарбоновых кислот никакие главные компоненты цикла не расходуются. Однако некоторые из них необходимы для биосинтетических процессов, например для синтеза некоторых аминокислот и нуклеотидов.

Карбоксилирование пирувата • В связи с этим необходимо наличие процесса, пополняющего количество участников цикла. Важнейшим процессом такого рода является карбоксилирование пирувата, проходящее по схеме и катализируемое пируваткарбоксилазой.

• В некоторых физиологических ситуациях деградация сложных органических молекул приводит, наоборот, к образованию компонентов цикла.

• Поэтому необходимо и наличие противоположного процесса, приводящего к превращению компонентов цикла, играющих каталитическую роль, в сгораемые компоненты.

Декарбоксилирование оксалоацетата • Одним из таких процессов является декарбоксилирование оксалоацетата, катализируемое оксалоацетат декарбоксилазой и приводящее к образованию пирувата, далее поступающего в цикл Кребса в виде сжигаемого компонента ацетил. Ко. А.

Дыхательная цепь

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!