Обмен углеводов 1 Обмен веществ Катаболизм Анаболизм Взаимосвязь

Обмен углеводов 1. Обмен веществ. Катаболизм. Анаболизм. Взаимосвязь. Обмен АТФ в клеточной энергетике 1. Обмен углеводов. 2. 1. Анаэробный распад углеводов, брожение. 2. 2. Аэробное окисление углеводов. 2. 3. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы и его биологическое значение. 2. 4. Глюконеогенез

Взаимосвязь между катаболизмом и анаболизмом катаболизм энергия макромолекулы Молекулы предшественники анаболизм

определение • Катаболизм – это процесс расщепления сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Катаболические процессы сопровождаются освобождением свободной энергии. Эта энергия запасается в молекулах АТФ (аденозинтрифосфата) и частично в богатых энергией водородных атомах кофермента НАДФН 2 -никотинамидадениндинуклеотидфосфата, находящегося в восстановленной форме. • Анаболизм (ассимиляция) или биосинтез происходит одновременно с катаболизмом, при котором из малых молекул-предшественников синтезируются белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулярные компоненты клетки, причем этот процесс требует затраты энергии. Источником энергии являются макроэргические молекулы АТФ, которые распадаются до АДФ и неорганического фосфата, а также НАДФН 2

• Окислительное ф. АТФ Х. работа О. работа • М. работа • Теплота • • Субстратное ф. • Фотосинтетическое ф. • • АДФ

Этапы ферментативного расщепления белков, углеводов, липидов (катаболизм) • 1. полисахариды распадаются до моносахаридов, жиры – до жирных кислот, глицерина и других компонентов, а белки – до аминокислот. • 2. гексозы, пентозы и глицерин расщепляются до пировиноградной кислоты (пируват), затем до активированной уксусной кислоты – ацетилкоэнзима А. Жирные кислоты и большинство аминокислот расщепляются с образованием ацетил-Ко. А. • 3. ацетил-Ко. А вступает в цикл лимонной кислоты, где происходит его окисление до CO 2 и H 2 O.

Этапы анаболизма белков • 1. образования α-кетокислот и других предшественников. • 2 аминирование α-кетокислот – с образованием α-аминокислоты. • 3. аминокислот строятся полипептидные цепи и образуются различные белки.

Строение АТФ

Основные этапы обмена веществ 1. – пищеварение – процесс механической и химической обработки составных частей пищи в пищеварительных органах – распад углеводов до моносахаридов, белков – до аминокислот, липидов – до глицерина и жирных кислот и всасывание. (выделяется 0, 6% энергии углеводов, 1% липидов). 2. – промежуточный обмен. Тканевой обмен включает распад питательных веществ, образование различных промежуточных соединений и конечных продуктов обмена. (при окислении СНз-СО-Ко. А до ацетил-Ко. А: выделяется 1/3, при окислении СНз. СО-S-Ko. A до CO 2 и H 2 O – 2/3 энергии). 3. – образование и выделение конечных продуктов обмена из организма. В итоге 40% энергии превращается в теплоту, а 60% используется для синтеза АТФ.

дыхательный коэффициент (ДК)общая характеристика обмена веществ • учитывают количество кислорода, поглощаемого за определенный отрезок времени и количество углекислоты, выделяемое за это время ДК = СО 2/О 2. Дыхательный коэффициент для углеводов равен 1, 0. Так, при окислении 1 молекулы глюкозы затрачивается 6 молекул кислорода и образуется 6 молекул углекислоты: • C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 => 6 CO 2 + 6 H 2 O

• Под окислением понимают все химические реакции, в основе которых лежит отдача электронов и увеличение положительных валентностей. Если одно вещество окисляется, то другое – восстанавливается, т. е. присоединяет электроны. • Окислительно-восстановительные реакции – это перенос электронов, иногда и протонов • Биологическое окисление – это окислительновосстановительные реакции, происходящие в клетках с участием ферментов, являющиеся источником энергии в организме. • Окисление в тканях может происходить: • а) присоединением кислорода; • б) потерей или отнятием от водорода электрона.

• Окисление в дыхательной цепи – это ферментативный перенос электронов от субстрата к кислороду по дыхательной цепи. Ферменты тканевого дыхания находятся в митохондриях, они строго упорядочены, обеспечивают передачу электронов и протонов от субстрата до кислорода, их называют метаболонами.

Различают четыре группы ферментов, участвующих в окислении: • пиридинзависимые дегидрогеназы -Коферментами их являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД+) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ+). -Активной группой НАД является витамин В 5 – амид никотиновой кислоты, • флавиновые ферменты -Коферментом их является флавинадениндинуклеотид (ФАД) и флавинмононуклеотид (ФМН). активной группой является витамин B 2 • убихинон (кофермент Q); • цитохромная система-цитохромоксидазы хромопротеиды содержат железо, способное изменять свою валентность Fe 2+ ↔ Fe 3+. .

Схема дыхательной цепи

• ферменты находятся в строгой последовательности в фиксированном состоянии на внутренней мембране митохондрий, их называют метаболонами • Энергия, высвобождающаяся в дыхательной цепи, аккумулируется в макроэргических соединениях АТФ.

Окислительное фосфорилирование

• В дыхательной цепи при переносе каждой пары электронов на 1 атом кислорода образуется 3 молекулы АТФ, то есть отношение фосфора к кислороду равно трем: P / О = 3. • Синтез молекулы АТФ происходит в определенных участках дыхательной цепи. • На каждом этапе синтеза АТФ аккумулируется 8 ккал на каждую грамммолекулу образовавшейся АТФ.

Обмен углеводов • Функции углеводов заключаются в том, что они служат источником энергии, за счет их окисления обеспечивается около половины всей потребности животного в энергии, при этом главная роль принадлежит глюкозе и гликогену.

Общая схема метаболизма глюкозы: 1 - запасание углеводов в виде гликогена; 2 - мобилизация гликогена; 3 - 6 - анаболические превращения глюкозы; 7 - катаболизм глюкозы.

• Глюкоза выполняет роль связывающего звена между энергетическими и пластическими функциями углеводов

Катаболизм глюкозы • Расщепление глюкозы в тканях происходит аэробно – с участием кислорода • Окисление глюкозы без доступа кислорода – анаэробное превращение, которое начинается с гликогена и заканчивается образованием молочной кислоты называется гликогенолизом. • Если этот процесс начинается с глюкозы, то называется гликолизом.

Гликолиз 1 этап (1 -4 стадии). 1. 1. фосфорилирование Глюкоза Глюкозо-6 -фосфат

Фосфорилирование осуществляет фермент фосфогексокиназа. • глюкоза способна проходить через клеточные мембраны, • глюкозо-6 -фосфат не может проходить через клеточные мембраны, в результате фосфорилирования глюкозы она "запирается в клетке»

1. 2. Образование фруктозо-1, 6 -дифосфата с участием АТФ и фосфофруктокиназы Фруктозо - 6 - фосфат Фруктозо -. 1, 6 - дифосфат

1. 3. Расщепление на 2 фосфотриозы (альдолаза) Фруктозо-1, 6 -дифосфат • • Диоксиацетонфосфат Глицеральдегид - 3 - фосфат

1. 4. Превращение в 3 -фосфоглицериновый альдегид (триозофосфотизомераза) Диоксиацетонфосфат Глицеральдегид-3 -фосфат

• 2 этап окисление 3 -фосфоглицеринового альдегида до пировиноградной кислоты (ПВК)

2. 1. образование 1, 3 -дифосфоглицериновой ислоты с участием глицеральдегиддигидрогеназы и НАД D-глицеральдегид 3 -фосфат 1, 3 -дифосфоглицериновая кислота

2. 2. Перенос остатка фосфорной кислоты с 1, 3 дифосфоглицериновой кислоты на АДФ (фосфоглицераткиназа), с образованием АТФ. : • 1, 3 -дифосфоглицериновая кислота 3 -фосфоглицериновая кислота

2. 3. Превращение 3 -фосфоглицериновой кислоты (фосфоглицеромутаза) в 2 -фосфоглицериновую кислоту • 3 -фосфоглицериновая кислота 2 -фосфоглицериновая кислота

2. 4. Дегидрирование 2 -фосфоглицериновой кислоты (енолгидратаза), с образованием енольной формы 2 фосфопировиноградной кислоты, с макроэргической фосфатной связью 2 -фосфоглицериновая кислота 2 -фосфоенолпировиноградная кислота

2. 5. Субстратное фосфорилирование. Превращение енольной формы ПВК в кетоформу пирувата ( пируваткиназа) с передачей макроэргической связи на АДФ и синтезом АТФ (). : Фосфоенолпировиноградная кислота Пировиноградная кислота

2. 6. При недостатке кислорода ПВК (лактатдегидрогеназа) с участием НАДН 2 превращается в молочную кислоту, которая является конечным продуктом анаэробного расщепления глюкозы в животных тканях: • Пируват (ПВК) Лактат (молочная кислота)

Гликолиз • При гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы молочной кислоты и синтезируется 4 молекулы АТФ, из них 2 молекулы расходуется на фосфорилирование глюкозы (образование глюкозы 6 -фосфата) и фруктозы-6 фосфата (образование фруктозы 1, 6 -дифосфата). Суммарную реакцию гликолиза можно записать в виде следующего уравнения: • C 6 H 12 O 6 + 2 АДФ + 2 Фнеорг. 2 C 3 H 6 O 3 + 2 АТФ

Глюкоза фосфат глюкозо- 6 -фосфат фруктозо-6 -фосфат фруктозо 1, 6 -

Этапы гликолиза

• Молочнокислое брожение отличается от гликолиза тем, что при этом в качестве конечного продукта распада образуется две молекулы молочной кислоты. Обычно брожением называют микробиологическое, а гликолизом тканевое окисление глюкозы без доступа кислорода.

• Аэробный путь распада глюкозы является основной формой ее катаболизма. • Десять ферментов, катализирующих распад глюкозы до пировиноградной кислоты, локализованы в цитозоле, все остальные – в митохондриях. • Пировиноградная кислота, образованная в цитозоле, проходит через мембраны митохондрий с помощью малатного челночного механизма и подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием активированной уксусной кислоты (ацетил-Ко. А).

Окислительное декарбоксилирование с образованием активированной уксусной кислоты (ацетил-Ко. А) • ПВК ацетил~SКо. А

ацетил~SКо. А --промежуточный метаболит углеводов, белков и липидов

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) • окисление активированной уксусной кислоты (ацетил~SКо. А) до конечных продуктов – углекислоты, воды и энергии. • Реакции цикла трикарбоновых кислот происходят во внутренних отсеках митохондрий, то есть на внутренней мембране.

цикл Кребса • Дегидрирование ди- и трикарбоновых кислот, • тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование, • в этих реакциях участвуют ферменты дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования.

Цикл трикарбоновых кислот

1. Образование лимонной кислоты происходит с участием щавелевоуксусной кислоты и ацетил. SKo. A. В результате образуется лимонная кислота под действием цитратсинтетазы, a HSKo. A освобождается.

Превращение лимонной кислоты в изолимонную происходит (аконитаза) Цитрат цис – Аконитат Изоцитрат