Пути получения энергии гликолиз и окисление жирных кислот

Пути получения энергии: гликолиз и окисление жирных кислот

Три стадии катаболических превращений основных питательн веществ в клетке

Итого ц. Кребса: 2 NADH·H 2 FADH 2 2 ГТФ 2 NADH·H Итого АТФ: 2*3+2*2+2+2*3 = 24 38 ? ?

Гликолиз – бескислородное окисление глюкозы (получение энергии без кислорода); происходит в цитозоле. 1) Глюкоза - 2 молекулы молочной кислоты; 2) Глюкоза – пировиноградная кислота (ПВК) – спирт; 3) Глюкоза – ПВК + Co. A – ацетил-Co. A – ц. Кребса

С гликолизом сопряжен синтез АТР В ходе гликолиза значительная часть свободной энергии, содержащейся в молекуле глюкозы, запасается в форме АТР. Уравнение химического баланса для анаэробного гликолиза, протекающего в напряженно работающей скелетной мышце: На каждую расщепленную молекулу глюкозы из ADP и Р образуются две молекулы АТР.

В анаэробном гликолизе выделяют два процесса 1) превращение глюкозы в лактат с высвобождением свободной энергии: 2) Образование АТР из ADP и фосфата, которое требует затраты энергии: Эти два процесса не могут идти независимо друг от друга; они обязательно должны быть сопряжены.

!!!! Превращение 1 моль глюкозы в лактат в стандартных условиях приводит к высвобождению гораздо большего количества свободной энергии (47, 0 ккал), чем необходимо для образования 2 моль АТР из ADP и фосфата (2 • 7, 3 = + 14, 6 ккал). В живой клетке при нормальных внутриклеточных концентрациях АТР, ADP и Р, а также глюкозы и лактата эффективность запасания высвобождающейся при гликолизе энергии в форме АТР превышает 60%. Суммарное ΔG = -47, 0 + 14, 6 = = — 32, 4 ккал/моль, т. е. Суммарная сопряженная реакция гликолиза сопровождается очень большим снижением свободной энергии, поэтому в живых клетках гликолиз представляет собой необратимый процесс, идущий практически до конца.

В продуктах гликолиза сохраняется еще много свободной энергии При гликолизе высвобождается только небольшая часть всей энергии, заключенной в молекуле глюкозы. Общее ΔG при полном окислении глюкозы до СО 2 и Н 2 О — 686 ккал/моль. При гликолитическом расщеплении глюкозы на две молекулы лактата ΔG = — 47, 0 ккал/моль, т. е. (47/686)· 100 = 6, 9% того количества энергии, которое может высвободиться при полном окислении глюкозы. Большая часть биологически доступной энергии, заключенной в молекуле глюкозы, сохраняется в продуктах гликолиза-двух молекулах лактата. Она может высвободиться только в том случае, если продукты гликолиза подвергнутся полному до СО 2 и Н 2 О молекулярным кислородом.

Анаэробный гликолиз до стадии лактата нельзя считать малоэффективным процессом, в котором энергия расходуется неэкономно. Напротив, гликолиз - удивительный по своему совершенству процесс, поскольку он обеспечивает получение энергии из глюкозы без кислорода. В организме животных лактат, образующийся в работающих мышцах и диффундирующий в кровь, может возвращаться в цикл; он поступает в печень и здесь в период восстановления после напряженной мышечной работы вновь превращается в глюкозу.

Сопряженное фосфорилирование: Р. 7 Р. 10

Восстановление пирувата до лактата В анаэробных условиях образовавшийся при гликолизе NADH реокисляется не за счет кислорода (который отсутствует), а за счет пирувата. восстанавливающегося при этом в лактат (лактатдегидрогеназа). Образуются 2 молекулы NAD, которые снова участвуют в гликолизе.

Спиртовое брожение

Энергетический баланс гликолиза: -2 АТФ +2 NADH*H +2 АТФ Итого: -2+2*3+2+2 = 8 АТФ (в аэробных условиях) Примечание: При аэробных условиях в животных тканях продуктом гликолиза является пируват, a NADH, образовавшийся в ходе окисления глицеральдегид-3 фосфата, реокисляется (т. е. снова превращается в NAD +) за счет молекулярного кислорода Итого: -2+2+2 = 2 АТФ (в анаэробных условиях) Примечание: При анаэробных условиях NADH расходуется до восстановления пирувата до лактата (или в реакциях спиртового брожения при образовании спирта)

Пируватдегидрогеназный комплекс Окислительное декарбоксилирование пирувата Итого: +2 NADH*H 6 АТФ

Окисление жирных кислот Триацилглицеролы Около 95% всей биологически доступной энергии в молекуле триацилглицеролов заключают в себе остатки трех жирных кислот с длинной цепью и только 5% приходится на долю остатка глицерола.

Окисление глицерина Обмен глицерина может осуществляться несколькими путями. 1) Значительная часть образовавшегося при гидролизе липидов глицерина используется для ресинтеза триглицеридов. 2) Второй путь обмена глицерина - включение продукта его окисления в гликолиз или в глюконеогенез.

Независимо от пути обмена начальным этапом является процесс фосфорилирования глицерина, донором фосфатной группы является молекула АТФ: Большая часть α-глицерофосфата используется для синтеза триглицеридов

Р. 6 гликолиза

Окисление жирных кислот В 1904 г. Ф. Кнооп показал, что в митохондрии в ходе окисления происходит постепенное уменьшение на два углеродных атома с карбоксильного конца высшей жирной кислоты. Ф. Кнооп назвал механизм окисления ВЖК β-окислением Первым этапом распада жирных кислот является их активирование; этот процесс катализируется ацил-Ко. Асинтетазой, которая локализована в мембранах эндоплазматической сети и в наружной мембране митохондрий:

Поскольку процесс активирования ВЖК идет вне митохондрий, то далее необходим транспорт ацила через мембрану внутрь митохондрий. Транспорт происходит с участием находящегося на внешней стороне мембраны карнитина, на который передается ацил с ацил-Ко. А из цитоплазмы клетки. Затем ацилкарнитин диффундирует через мембрану митохондрии и передает свой ацил коэнзиму А, находящемуся в матриксе митохондрии. Перенос ацила между Ко. А и карнитином является ферментативным процессом, катализируемым ацил-Ко. А-карнитин-трансферазой

В матриксе митохондрии происходит процесс β-окисления.

1 стадия: окисление ацил-Ко. А путем отщепления двух атомов водорода от α- и β-углеродных атомов ацила коферментом соответствующей дегидрогеназ. 2 стадия: присоединение молекулы воды таким образом, что ОНгруппа присоединяется к β-, а атом водорода - к αуглеродному атому:

3 стадия: окисление β-оксиацил-Ко. А, катализируемое дегидрогеназой, в результате действия которой образуется β-кетоацил-Ко. А: 4 стадия: негидролитический распад β-кетоацил-Ко. А и перенос ацила, укороченного на два углеродных атома по сравнению с первоначальным, на молекулу Ко. А:

Образовавшийся ацетил-Ко. А подвергается окислению в цикле трикарбоновых кислот, а ацил-Ко. А, укоротившийся на два углеродных атома, снова многократно проходит весь путь β-окисления вплоть до образования бутирил. Ко. А (4 -углеродное соединение), который в свою очередь окисляется до 2 молекул ацетил-Ко. А. Например, при окислении пальмитиновой кислоты (С 16) повторяется 7 циклов β-окисления. При окислении жирной кислоты, содержащей n углеродных атомов, происходит n/2– 1 цикл β-окисления (т. е. на один цикл меньше, чем n/2, так как при окислении бутирил-Ко. А сразу происходит образование 2 молекул ацетил-Ко. А).

Энергетический баланс окисления жирных кислот (на примере пальмитиновой кислоты - C 16 H 32 O 2): + FADH 2 + NADH*H т. е. 2+3 = 5 АТФ (при каждом цикле β-окисления) C 16 H 32 O 2 - число циклов = 16/2 -1 = 7 т. е. 7*5 = 35 АТФ. 1 молекула ацетил-Ко. А в ц. Кребса = 12 АТФ В процессе β-окисления пальмитиновой кислоты образуется 8 молекул ацетил-Ко. А=8*12 =96 АТФ - АТФ (на образование активной формы пальмитиновой кислоты (пальмитоил-Ко. А) Итого= 35+96 -1 = 130 АТФ