|
|
|
|
|
|
|
|
|
Составитель Е.П. Покровская |
||
|
|
|
Материалы к теме «Общий путь катаболизма» |
|
|
||||||
|
|
|
|
Таблица «Этапы катаболизма» |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Этап |
|
Локализация |
|
Вещества, |
|
Вещества, |
|
Энергия |
|
||
|
|
|
|
|
которые |
|
которые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вступают |
в |
образуются |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
процесс |
|
процессе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Первый |
этап |
Кишечник (перевар |
Белки |
|
Аминокислоты |
|
Освобождается |
около |
|||
(специфический |
ивание |
пищи) |
|
|
|
|
|
1% |
энергии, |
||
путь) |
|
или лизосомы (само |
Жиры |
|
Спирты |
|
заключенной |
в |
|||
|
|
обновление |
клеток) |
|
|
молекуле, |
которая |
||||
|
|
|
|
(глицерин) |
и |
||||||
|
|
при |
расщеплении |
|
|
рассеивается |
в виде |
||||
|
|
|
|
жирные кислоты |
|||||||
|
|
уже |
ненужных или |
|
|
тепла. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
лишних молекул. |
Полисахара |
|
Моносахариды |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Второй |
этап |
Цитоплазма клеток и |
Гликогенные |
|
Пировиноградная |
Около 13% выделенной |
|||||
(специфический |
матрикс |
|
аминокислоты, |
|
кислота (ПВК) |
|
энергии, заключенной в |
||||
путь) |
|
митохондрий |
|
глицерин, |
|
|
|
|
молекуле, запасается в |
||
|
|
|
|
|
моносахара |
|
|
|
|
виде АТФ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кетогенные |
|
Активная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
аминокислоты, |
|
уксусная кислота |
|
|
||
|
|
|
|
|
жирные кислоты |
(ацетил-SKoA) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Третий |
этап |
Митохондрии |
Ацетил-SКоА и |
СО2, НАДН2 |
и |
Около 46% выделенной |
|||||
(общий путь) |
|
|
|
ПВК включается |
ФАДН2 |
переносят |
энергии, заключенной в |
||||
|
|
|
|
|
в реакции цикла |
водород в ц.п.э., |
молекуле, запасается в |
||||
|
|
|
|
|
трикарбоновых |
|
где |
образуется |
виде АТФ. |
|
|
|
|
|
|
|
кислот (ЦТК). |
|
Н2О и выделяется |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
АТФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Составитель Е.П. Покровская |
||
|
|
|
Схема «АТФ-цикл» |
|
|
|
|
|
|
|
АТФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Осмотическая работа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Субстратное |
Окислительное |
|
Химические реакции |
Механическая работа |
|||
|
(транспорт веществ |
||||||
фосфорилирование |
фосфорилирование |
|
|||||
|
(синтез веществ) |
(сокращение) |
|||||
|
через мембрану) |
||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
АДФ + Фн
Образование АТФ |
Использование АТФ |
|
Схема «Строение Пируватдегидрогеназного комплекса и этапы превращения пирувата»
Е1 Е2 Е3
Е1 – Пируватдекарбоксилаза, кофермент - тиаминдифосфат (ТДФ), катализирует 1-ю реакцию.
Е2 – Дигидролипоилацетилтрансфераза, кофермент - липоевая кислота, катализирует 2-ю и 3-ю реакции.
Е3 - Дигидролипоилдегидрогеназа, кофермент – ФАД, катализирует 4-ю и 5-ю реакции.
Помимо указанных коферментов, которые прочно связаны с соответствующими ферментами, в работе комплекса принимают участие HSКоА и НАД.
Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется пируватдекарбоксилазой, Е1), окислению полученного гидроксиэтила до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А (катализируется дигидролипоилацетилтрансферазой, Е2). Оставшиеся 2 реакции необходимы для возвращения липоевой кислоты и ФАД в окисленное состояние (катализируются дигидролипоилдегидрогеназой, Е3). При этом образуется НАДН2.
Составитель Е.П. Покровская
Схема «Реакции ЦТК»
ЦТК – это циклический процесс, который протекает в матриксе митохондрий, состоит из 8-ми ферментативных реакций, в результате которых ацетил-SКоА превращается в оксалоацетат.
За один цикл происходит:
1.Сгорание 2-х углеродной молекулы Ацетил-КоА с выделением 2-х молекул СО2;
2.Выделение 4 (2Н+) в составе 3НАДН2 и 1ФАДН2, которые поступают в митохондриальную ц.п.э. с выделением АТФ путем окислительного фосфорилирования (в расчете на 1 молекулу НАДН2=3АТФ, ФАДН2=2АТФ).
3.Выделение 1 АТФ путем субстратного фосфорилирования.
Составитель Е.П. Покровская
Функции ЦТК
1. Энергетическая
генерация атомов водорода для работы дыхательной цепи, а именно трех молекул НАДН2 и одной молекулы ФАДН2. Так как одна молекула НАДН2 в дыхательной цепи дает 3 АТФ, то в сумме получается 9АТФ. Каждая молекула ФАДН2 дает 2 АТФ.
синтез одной молекулы ГТФ (эквивалентна АТФ).
Общий энергетический баланс ЦТК составляет = 12 АТФ: из них 11 – окислительным фосфорилированием (из восстановленных коферментов НАДН2 и ФАДН2) и 1 молекула – субстратным фосфорилированием – на уровне активной янтарной кислоты.
2. Катаболическая. В цикле окисляются
аминокислоты – превращаются в α-кетоглутарат (глу, глн), оксалоацетат (асп, асн, гис), сукцинил-SКоА (вал, тре, мет, иле) и др.
жирные кислоты – окисляются до ацетил-SКоА,
глюкоза – в аэробном процессе окисляется до ПВК, а затем до ацетил-SКоА. 3. Анаболическая. В ЦТК образуются
предшественник гема |
– сукцинил- |
SКоА, |
|
кетокислоты, |
|
способные превращаться |
в |
аминокислоты – α-кетоглутарат для глутаминовой кислоты, оксалоацетат для аспарагиновой,
лимонная кислота, |
используемая |
для синтеза жирных кислот, |
|
оксалоацетат, |
используемый |
для синтеза глюкозы. |
|
Регуляция ЦТК
1.Регуляция доступностью витаминов и микроэлементов. Для непрерывного функционирования
ЦТК необходимы витамины: В1 (декарбоксилирование кетоглутарата), В2 (окисление сукцината
и кетоглутарата), РР (окисление кетоглутарата, изоцитрата и малата), В3 (образование активной янтарной кислоты); ионы Mn2+ (или Mg2+) (изоцитратдегидрогеназа), Fe2+ (сукцинатдегидрогеназа); кислород, так как стимулирует работу ц.п.э, в которую поступают восстановленные коферменты (НАДН2 и ФАДН2).
2.По принципу отрицательной обратной связи (ретроингибирование). При избытке продуктов реакций (АТФ, НАДН2) цикл тормозится, поскольку ингибируются аллостерические ферменты:
Регуляторные ферменты ЦТК |
Ингибиторы |
Активаторы |
|
|
|
|
|
Цитратсинтаза |
АТФ, цитрат, НАДН2, ацил-SКоА, |
АМФ, АДФ, ЩУК, |
|
сукцинил-КоА |
ацетил-КоА |
||
|
|||
Изоцитратдегидрогеназа |
АТФ, НАДН2 |
АМФ, АДФ, Са2+ |
|
α-Кетоглутарат-дегидрогеназа |
Сукцинил-SКоА, НАДН2, АТФ |
цАМФ, Са2+ |
|
|
|
|
Составитель Е.П. Покровская
3.Гормональная регуляция. Инсулин, глюкокортикоиды и адреналин активируют ЦТК. Глюкагон, напротив, подавляет ЦТК, и стимулирует синтез глюкозы.
4.Регуляция доступностью оксалоацетата. Важным регулятором ЦТК является оксалоацетат, а точнее его доступность. Наличие оксалоацетата вовлекает в ЦТК ацетил-SКоА и запускает процесс. Источником оксалоацетата являются: ПВК, аспартат, фруктовые кислоты самого цикла.
Анаплеротические (пополняющие) реакции.
1.Важная анаплеротическая реакция (в печени и почках) – это ферментативное
карбоксилирование пирувата за счет СО2 с образованием оксалоацетата; катализирует эту обратимую реакцию фермент пuруваmкарбоксuлаза. В миокарде и в мышцах протекают другие анаплеротические реакции. Одна из таких реакций катализируется фосфоенолпируваткарбоксикиназой.
2.Аминокислоты также могут быть источниками метаболитов ЦТК:
-асп, асн → оксалоацетат.
-ала, сер, гли, цис, три → пируват (ПВК) → оксалоацетат.
-мет, тре, вал, иле, продукты распада жирных кислот с нечетным числом атомов углерода → пропионил–КоА → сукцинил-КоА (во всех тканях, кроме печени и мышц, где отсутствует пируваткарбоксилаза)- основная анаплеротическая реакция.
-глн, арг, про, гис → глутамат → α-кетоглутарат (во многих тканях, кроме печени и мышц под действием глутаматдегидрогеназы)
-фен, тир → фумарат (в печени).
Схема «Анаплеротические реакции (красные стрелки) и анаболические реакции (синие стрелки)»