Общий путь катаболизма И. С. Григ
Основные стадии катаболизма пищевых веществ n I. Гидролитический распад белков, жиров, углеводов пищи в процессе их переваривания в ЖКТ с образованием АК, ВЖК, глицерина и моносахаридов (потеря специфичности продуктов питания). В пище практически не содержатся готовые первичные доноры водорода, служащие субстратами для дегидрогеназ, они образуются на дальнейших стадиях катаболизма.
Основные стадии катаболизма пищевых веществ II. Катаболизм в клетке глюкозы, глицерина, ВЖК, АК с образованием общих промежуточных продуктов катаболизма – ПВК и ацетил – Ко. А, а также аммиака (из АК). При этом образуется некоторое количество НАДН+Н+ и ФАДН 2.
Основные стадии катаболизма пищевых веществ III. ЦТК – распад ацетил–Ко. А и других метаболитов, вступающих в ЦТК до конечных продуктов метаболизма — СО 2 и Н 2 О с образованием основного количества восстановленных ФАД и НАД. n IV. Тканевое дыхание — процесс переноса е- от ФАДН 2 и НАДН+Н+ на О 2 в дыхательной цепи, сопряженный с окислительным фосфорилированием (синтез АТФ). n
Понятие об общих и специфических (частных) путях катаболизма. Специфический путь катаболизма – совокупность превращений, свойственная только определенному соединению (например, только углеводам, только липидам или АК), этот путь разный для разных классов веществ. n глюкоза, распадаясь при гликолизе образует ПВК; n ЖК при β окислении — ацетил Ко. А; n аминокислоты – ПВК или ацетил-Ко. А. n
Основные стадии катаболизма пищевых веществ Жиры Полисахариды 1 ЖК Глицерин 3 Моносахариды Аминокислоты 2 5 6 4 7 Пируват 9 СО 2 Ацетил-Ко. А 8 1 -3 –пищеварение; НS-Ко. А 4 – 8 –специфические 10 11 Белки пути катаболизма; СО 2 9 -10 – общий путь ЦТК катаболизма; СО 2 11 – ЦПЭ; НАДН+Н+ ½ О 2 12 - ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ АТФ Н 2 О 12
Cпецифические пути катаболизма n В результате специфических путей катаболизма происходит значительное уменьшение разнообразия веществ, т. к. из моносахаридов, глицерола, ЖК и аминокислот получаются всего 2 вещества — ПВК и ацетил Ко. А.
Гликогенные и кетогенные аминокислоты n n n Углеродные скелеты АК могут включаться в ЦТК через ацетил-Ко. А, ПВК, оксалоацетат, α- кетоглутарат и сукцинил-Ко. А. АК, превращающиеся в ПВК (ала, цис, гли, сер, тре) и АК, превращающиеся в интермедиаты ЦТК, могут использоваться в процессе глюконеогенеза, т. е. являются гликогенными. АК, превращающиеся в ацетил Ко. А (кетогенные) — фен, трп, тир, лиз, лей.
Общий путь катаболизма (ОПК) – основной источник водорода для цепи переноса электронов Общий путь катаболизма служит единым продолжением специфических путей катаболизма. Общие пути катаболизма: окислительное декарбоксилирование ПВК n ЦТК. n n На этих стадиях катаболизма происходит образование основной массы первичных доноров водорода для дыхательной цепи.
Окислительное декарбоксилирование ПВК n локализация в клетке — матрикс МТХ
Окислительное декарбоксилирование ПВК n Ферменты и коферменты окислительного декарбоксилирования ПВК ассоциированы в мультиэнзимный пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК). n Суммарное уравнение — n СН 3 -СО-СООН +НS-Ко. А + НАД+ ПДК СН 3 -СО-S-Ко. А + НАДН+Н+ + СО 2 ЦПЭ n 3 АТФ Транспорт ПВК в МТХ матрикс через внутреннюю мембрану МТХ — при участии специального белка– переносчика по механизму симпорта с Н+.
Ферменты пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК) n E 1 - пируватдекарбоксилаза или пируватдегидрогеназа — 30 тетрамеров (120 мономеров), n E 2 дигидролипоилацетилтрансфе раза — 60 тримеров (180 мономеров), n E 3 - дигидролипоилдегидрогеназа — 6 димеров (12 мономеров),
Коферменты ПДК n ТПФ (вит. В 1), n липоевая кислота (ЛК) n коэнзим А (пантотеновая кислота) n НАД+(вит. РР), n ФАД (вит. В 2). У E 1 -ТДФ, E 2 -ЛК, E 3 -ФАД – прочные связи Е с коферментом. n НS-Ко. А и НАД легко отделяются от Е. n n регуляторные протомеры: киназа и фосфатаза ПДК
Строение пируватдегидрогеназного комплекса В центре Е 2, образуя его ядро, К Е 2 присоединены молекулы Е 1 и Е 3. n Пируватдегидрогеназа (E 1) показана желтым; Трансацетилаза (Е 2) красным; Дигидролипоилдегид рогеназа (E 3) зелёным.
Последовательность реакций окислительного декарбоксилирования ПВК n 1. Е 1 катализирует декарбоксилирование ПВК и перенос С 2 -фрагмента на ТДФ. n Е 2 катализирует окисление гидроксиэтильной группы и перенос С 2 -фрагмента на ЛК. n 3. Е 2 катализирует перенос ацетильной группы на НSКо. А с образованием восстановленной формы ЛК и ацетил-Ко. А. n 4. При участии Е 3 атомы Н от восстановленных SH групп липоамида переносятся на ФАД. n + 5. E 3 передает Н от ФАДН 2 на НАД с образованием НАДН +Н.
Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса n n Аллостерическая регуляция ингибиторы продукты окислительного декарбоксилирования ПВК: n ацетил Ко. А, n НАДН+Н+, n АТФ, nа n также ЖК. Активаторы - субстраты: n ПВК, n НАД+, коэнзим А.
Регуляция путем ковалентной модификации n ПДК-ОН - активна. ПДК-О-Р - неактивна. Взаимопревращение активной и неактивной форм ПДК происходит при изменении концентрации АТФ с участием киназы пируватдегидрогеназы и фосфатазы пируватдегидрогеназы. n Са+2 (в мышцах) и инсулин (в адипоцитах) ингибируют киназу ПДК и активируют фосфатазу ПДК, что переводит ПДК в активную нефосфорилированную форму.
Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса путем ковалентной модификации
Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) Ацетил-Ко. А - общий продукт II стадии катаболизма, n пути образования ацетил-Ко. А n окислительное декарбоксилирование ПВК, n β-окисление жирных кислот, n из кетогенных аминокислот.
Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) n n n Локализация ферментов ЦТК в клетке. Все Е ЦТК — в матриксе МТХ. СДГ — во внутренней мембране МТХ. суммарное уравнение ЦТК СН 3 -СО-S-Ко. А + 2 Н 2 О + 3 НАД+ +ФАД + ГДФ + Н 3 РО 4 → → 2 СО 2 + 3 НАДН+Н+ + ФАДН 2 + ГТФ + НS-Ко. А 9 АТФ 2 АТФ 1 АТФ
Обратимые и необратимые реакции ЦТК Необратимые р-ции ЦТК — реакции, катализируемые n цитратсинтетазой, n изоцитратдегидрогеназой, n α-кетоглутаратдегидрогеназой.
Цитратсинтаза
Аконитаза
Изоцитратдегидрогеназа
-кетоглутаратдегидрогеназа
Сукцинил-Ко. А синтетаза
Сукцинатдегидрогеназа
Кофермент СДГ - ФАД
Катаболическое значение ЦТК n ЦТК – общий конечный путь окисления углеводов, липидов и белков, т. к. в процессе метаболизма глюкоза, ЖК, АК превращаются в ацетил-Ко. А или промежуточные метаболиты ЦТК, которые вступая в ЦТК сгорают до СО 2 и Н 2 О. n ЦТК – часть общего пути катаболизма
Энергетический эффект ЦТК НАДН+Н+ образуется в следующих реакциях: n при дегидрировании изоцитрата; n при окислительном декарбоксилировании αкетоглутарата; n при дегидрировании малата. n На каждую пару атомов водорода, поступающую в дыхательную цепь в виде НАДН+Н+ образуются 3 молекулы АТФ. n
Энергетический эффект ЦТК n n n В реакции, катализируемой СДГ водород переносится на убихинон дыхательной цепи, при этом синтезируется 2 АТФ. Одна молекула ГТФ образуется путем субстратного фосфорилирования при превращении сукцинил Ко. А в сукцинат. Таким образом, 3 НАДН+Н+ ––––––– 9 АТФ 1 ФАДН 2 ––––– 2 АТФ 1 ГТФ –––––– 1 АТФ Каждый цикл окисления ацетил-Ко. А при сопряжении с фосфорилированием ведет к синтезу 12 АТФ. Всего при распаде 1 молекулы пирувата образуется 15 АТФ.
Анаболические функции ЦТК n ЦТК поставляет различные продукты для процессов биосинтеза. Например: n α- кетоглутарат глутамат, n оксалоацетат аспартат, n сукцинил Ко. А гем, n ацетил Ко. А жирные кислоты, стероиды
ЦТК — амфиболический путь n Некоторые метаболические пути оканчиваются метаболитами, входящими в состав цикла, другие же, наоборот, берут начало от его метаболитов, например, переаминирование, синтез жирных кислот, глюконеогенез (оксалоацетат→ФЭП → глюкоза). Таким образом, ЦТК сочетает анаболические и катаболические превращения.
ЦТК — анаплеротический путь n n Потребление промежуточных продуктов ЦТК сопровождается их пополнением. Анаплеротическими реакциями являются: распад большинства аминокислот, т. к. при этом образуются промежуточные соединения цикла (глу αКГ, асп. оксалоацетат) или ПВК. Основная анаплеротическая реакция — реакция карбоксилирования ПВК с образованием оксалоацетата. Кофермент пируваткарбоксилазы — биотин. СН 3 -СО-СООН +СО 2+АТФ пируваткарбоксилаза СООН-СО-СН 2 -СООН+АДФ+Н 3 РО 4
Регуляция ЦТК n цитратсинтетаза Активатор оксалоацетат ингибиторы — n. НАДН + Н+, n АТФ, n. Цитрат n. ЖК.
Регуляция ЦТК n изоцитратдегидрогеназа активаторы — -АДФ, -Са 2+ ингибиторы — -АТФ, -НАДН + Н+, n α- кетоглутаратдегидрогеназа n активатор — Са 2+, – ингибиторы — - сукцинил Ко. А, - НАДН+Н+
Регуляция ЦТК n ЦТК, обеспечивающий клетку энергией, регулируется по типу обратной связи: ингибируется АТФ и активируется АДФ, накапливающейся по мере n n использования АТФ. Синтез АТФ в клетке регулируется потребностью в энергии, что достигается согласованной регуляцией скоростей реакций ЦПЭ и ОПК. Главные регуляторы скорости реакций ОПК — отношения АДФ/АТФ и NADH/NAD+
Гипоэнергетические состояния n n — разнообразные по этиологии состояния, при которых снижается синтез АТФ. Наиболее частая причина гипоэнергетических состояний 1. гипоксия тканей, которая может быть связана с: - снижением концентрации О 2 в воздухе; - нарушением работы СС и дыхательной систем; - анемиями различного происхождения. 2. Гиповитаминозы. 3. Голодание — отсутствие субстратов окисления.
