Добавил:

mihail1000 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Воронежский государственный технический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Учебное пособие 700225.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.05.2022

Размер:

1.43 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 4010 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Распад глюкозы

Распад глюкозы возможен двумя путями. Один из них заключается в распаде шестиуглеродной молекулы глюкозы на две трехуглеродные молекулы. Этот путь называется дихотомическим распадом глюкозы. При реализации второго пути происходит потеря молекулой глюкозы одного атома углерода, что приводит к образованию пентозы; это апотомический распад.

Дихотомический распад глюкозы может происходить как в анаэробных (без присутствия кислорода), так и в аэробных (в присутствии кислорода) условиях. При распаде глюкозы в анаэробных условиях в результате процесса молочнокислого брожения образуется молочная кислота. Иначе этот процесс называется гликолизом (от греч. glicos – сладкий, lysis – растворение).

Отдельные реакции гликолиза катализируют 11 ферментов, образующих цепь. Гликолиз условно можно разбить на два этапа. В первом этапе происходит затрата энергии, второй этап, наоборот, характеризуется накоплением энергии в виде молекул АТФ (рис.7).

Первой реакцией гликолиза является фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Глюкозо-6-фосфат далее изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, который фосфорилизуется до фруктозо-1,6-дифосфата. Следующей реакцией является лиазное расщепление фруктозо-1,6-дифосфата до двух триоз – 3-фосфоглицеринового альдегида и фосфодиоксиацетона. Образованием этих триоз заканчивается первый этап гликолиза:

Во второй этап гликолиза вступают две молекулы 2-фосфоглицеринового альдегида, одна из которых образуется непосредственно при расщеплении фруктозо-1,6-дифосфата, а другая при изомеризации фосфодиоксиацетона.

Второй этап гликолиза открывается реакцией окисления 3-фосфоглицеринового альдегида, катализируемой специфической дегидрогеназой, содержащей в активном центре свободную сульфгидрильную (HS-) группу и кофермент НАД. В результате образуется 1,3-дифосфоглицериновая кислота. Далее происходит перенос фосфатной группы на молекулу АДФ; таким образом происходит запасание энергии в макроэнергических связях молекулы АТФ. Поскольку в гликолизе образуются две молекулы 1,3-дифосфоглицериновой кислоты, то и возникают две молекулы АТФ. Изомеризация предыдущего метаболита в 2-фосфоглицериновую кислоту необходима для протекания реакции дегитратации, ускоряемой соответствующей лиазой, с образованием макроэнергического соединения – фосфоенолпировиноградной кислоты, которая далее отдает фосфатную группу на молекулу АТФ. В результате образуется по две молекулы АТФ и пировиноградной кислоты (ПВК). Заключительной реакцией этого метаболического пути является молочная кислота, которая образуется при восстановлении пировиноградной кислоты.

Глюкоза

И Глюкозо-6-фосфат

Л Фруктозо-6-фосфат

Фруктозо-1,6-дифосфат

Фосфодиоксиацетон 3-Фосфоглицериновый альдегид

Пировиноградная кислота

Молочная кислота

Рис. 7. Взаимосвязь гликолиза и пентозофосфатного цикла

Распад глюкозы по апотомическому пути в большей степени наблюдается в жировой ткани, печени, ткани молочной железы, надпочечниках, половых железах, костном мозге, лимфоидной ткани. Низкая активность отмечается в мышечной ткани (сердечной и скелетной мышце).

Биологическое назначение пентозофосфатного цикла связанос образованием восстановленной формы НАДФ и рибозо-5-фосфата, которые используются в процессах биосинтеза разнообразных биологических молекул.

СН₂ОН

С=О О

НО-С-Н С-Н

Н-С-ОН + Н-С-ОН Трансальдолаза

Н-С-ОН

Н-С-ОН СН₂О-Р-ОН

ОН

СН₂О- Р-ОН

ОН

Сегептулозо-7-фосфат 3 –Фосфоглицериновый альдегид

СН₂ОН

С=О О

НО-С-Н С-Н

Н-С-ОН + Н-С-ОН

Н-С-ОН

СН₂О-Р-ОН

Н-С-ОН

О ОН

СН₂О- Р-ОН

ОН

Фруктозо-6-фосфат Эритрозо-4-фосфат

СН₂ОН

С=О О

НО-С-Н С-Н

Транскетолаза

Н-С-ОН + Н-С-ОН

О О

СН₂ОН

СН₂О- Р-ОН СН₂О-Р-ОН

С =О О

ОН ОН

НО-С-Н С-Н

Ксилулозо-5- Эритрозо-4-

фосфат фосфат Н-С-ОН + Н-С-ОН

Н-С-ОН

О СН₂О-Р-ОН

СН₂О-Р-ОН ОН

ОН

Фруктозо-6- 3-Фосфоглицери-

Фосфат новый альдегид

СН₂ОН СН₂ОН Н О

\ //

С=О С=О С

Пентозофосфат- Пентозофосфат-

НО-С-Н Н-С-ОН Н- С-ОН

Н-С-ОН эпимераза Н-С-ОН изомераза Н -С-ОН

О О

Н-С-ОН

СН₂О- Р-ОН СН₂О- Р-ОН О

ОН ОН СН₂О-Р-ОН

ОН

Ксилулозо-5-фосфат Рибулозо-5-фосфат Рибозо-5-фосфат

Далее идут реакции с участием ферментов трансфераз, переносящих молекулярные остатки –трансальдолазы и тарнскетолазы.

Транскетолаза переносит двухуглеродный фрагмент от 2-кетосахара на первый углеродный атом альдозы. Трансельдолаза переносит трехуглеродный фрагмент от 2-кетосахара на первый атом углерода альдозы. В качестве 2-кетосахара используется ксилулозо-5-фосфат и метоболиты, полученные при ее участии.

Рассмотрим некоторые реакции, катализируемые транскетолазой и трансальдолазой.

СН₂ОН О

С=О С-Н Транскетолаза

НО-С-Н Н- С- ОН

Н-С-ОН + Н-С-ОН

О О

СН₂О- Р-ОН СН₂О-Р-ОН

СН₂ ОН

ОН ОН

К силулозо-5-фосфат С=О

Рибозо-5-фосфат

О НО-С-Н

С-Н Н-С-ОН

Н-С-ОН + Н-С-ОН

Н-С-ОН

СН₂О- Р-ОН О

ОН СН₂О- Р-ОН

3-Фосфоглицериновый ОН

альдегид Седогептулозо-7-фосфат

Процессом окислительной ветви пентозофосфатного цикла является окисление 6-фосфоглюконовой кислоты соответствующей дегидрогеназой. Одновременно с процессом дегидрирования происходит декарбоксилирование 6-фосфоглюконовой кислоты. С потерей одного углеродного атома глюкоза превращается в пентозу:

Н ОН Н ОН О

\ / \ /

С С С

АТФ НАДФ⁺Н₂О

Н-С-ОН Гексоки- Н-С-ОН Глюкозо-6- Н-С-ОН Лакто

Наза фосфат наза

Н О-С-Н О НО-С-Н О НО-С-Н О

дегидро-

Н-С-ОН АДФ -С-ОН геназа Н-С-ОН

НАДФН + Н⁺

Н-С Н-С Н-С

О О

СН₂ОН

СН₂ОН-Р-ОН СН₂ОН-Р-ОН

ОН ОН

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат 6-Фосфоглюконолактон

СООН СН₂ОН

Н-С-ОН НАДФ^- С=О

6-Фосфоглюконат-

НО-С-Н Н-С-ОН

дегидрогеназа

Н-С-ОН НАДФН + Н^- Н -С-ОН

СО₂ О

Н-С-ОН

О СН₂О- Р-ОН

СН₂О- Р-ОН ОН

ОН

6-Фосфоглюконат Рибулозо-5-фосфат

Анаэробная фаза апотомического распада глюкозы

Рибулозо-5-фосфат, образовавшийся в окислительной фазе, может обратимо изомерироваться в другие пентозофосфаты: ксилулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат. Катализируют эти реакции два разных фермента, относящиеся к классу изомераз: пентозофасфат изомераза и пентозофасфат эпимераза.. Образование из рибулозо-5-фосфата двух других пентозофосфатов необходимо для осуществления последующих реакций пентозофосфатного цикла, причем требуется две молекулы ксилулозо-5-фосфата и одна молекула рибозо-5-фосфата.

Сукцинил-КоА далее гидролизируется до свободной янтарной кислоты, а выделяющаяся при этом энергия сохраняется путем образования гуанозинтрифосфата (ГТФ) . Эта стадия – единственная во всем цикле, в ходе которой прямо выделяется энергия метаболизма:

СООН

СН₂ ГДФ СООН

Сукцинаттиокиназа

СН₂ СН₂

ГТФ, КоАНS

С=О СН₂

S КоА СООН

Сукцинил-КоА Янтарная кислота

Дегидрирование янтарной кислоты ускоряет сукцинатдегидрогеназа, коферментом которой является ФАД. Фумаровая кислота, гидратируется с образованием яблочной кислоты; заключенным процессом цикла Коебса является дегидрирование яблочной кислоты, катализируемое мелатдегидрогеназой; результатом этой стадии является метаболит, с которого и начался цикл ди- и трикарбановых кислот- щавелевоуксусная кислота:

СООН ФАД СООН СООН НАД⁺ СООН

Сукцинатде- Н₂О Малатдегидро

СН₂гидрогеназа СН Фумараза СНОН геназа С=О

С Н₂ ФАД .2Н СН СН₂ НАДН + Н ^- СН₂

СООН СООН СООН СООН

Янтарная Фумаровая Яблочная Щавелевоук-

кислота кислота кислота сусная кислота

Апотомический распад глюкозы иначе называетсяпентозофосфатным циклом. В результате протекания этого пути из 6 молекул глюкозо-6-фосфата распадается одна. Апотономический распад можно разделить на две фазы : окислительную и анаэробную. Рассмотрим отдельные реакции этого метаболического пути.

Окислительная фаза апотомического распада глюкозы. Как и в глюколизе первой стадией является фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фасфата. Далее глюкозо-6 – фасфат дегидрируется с участием глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, коферментом которой служит НАДФ. Образующийся 6-фосфоглюконолактон спонтанно или с участием лактоназы гидролизируется с образованием 6-фосфоглюконовой кислоты.

Заключительную стадию окислительного декарбоксилирования ПВК катализирует дигидролипоилдегидрогеназа, коферментом которой является ФАД. Кофермент отщепляет два атома водорода от дигидролипоевой кислоты, тем самым воссоздавая первоначальную структуру данного кофермента:

Н S Е₃ S

Липоат + ФАД ФАД  2Н липоат

Н S S

Дигидролипоевая Липоева

Кислота кислота

Конечным акцептором атомов водорода является НАД:

ФАД  2Н + НАД^- ФАД + НАДН + Н^-

Суммарная схема процесса может быть представлена в виде :

Пируватдегидрогеназный комплекс

С Н₃ – СО – СООН + НАД + НSКоА

СО₂ + СН₃ СО – SкоА + НАДН + Н^-

Ацетил –КоА представляет собой соединение с макроэргической связью, иначе его можно назвать активной формой уксусной кислоты. Освобождение коэнзимав А от ацетильного радикала происходит при включении его в амфиболический цикл, который называется циклом ди – и трикарбоновых кислот.

Цикл ди- и трикарбоновых кислот. Этот амфибо-лический цикл называют циклом Кребса в честь Г.Кребся (лауреата Нобелевской премии 1953 г.) определившего последовательность реакций в этом цикле.

В результате функционирования цикла Кребса происходит полный аэробный распад ацетильного радикала до углекислого газа и воды. Цикл Кребса можно рассматривать как путь углеводного обмена, однако его роль в метаболизме гораздо шире. Во-первых, он выступает в роли центрального метаболического пути углерода, входящего в состав всех основных классов биологических молекул, во вторых, совместно с процессом окислительного фосфорилирования обеспечивает основной источник метаболической энергии в форме АТФ.

Большая часть молочной кислоты, образующейся в мышце, вымывается в кровяное русло.

Далее молочная кислота транспортируется к печени и почкам, где она почти полностью перерабатывается в глюкозу и гликоген. Незначительная часть молочной кислоты вновь превращается в пировиноградную кислоту, которая в аэробных условиях окисляется до конечных продуктов обмена.

Аэробный обмен ПВК. В аэробных условиях пировиноградная кислота окисляется; этот процесс называется окислительным декарбонированием пировиноградной кислоты. Катализирует этот процесс мультиэнзимный комплекс, который называется пируватдегидрогеназным комплексом. В состав этого комплекса входят три фермента и пять коферментов.

Первый этап аэрообразного превращения ПВК заключается в ее декарбоксилировании, катализируемом пируватдекарбоксилазой (Е₁), коферментом которой является тиаминпирофосфат. В результате образуется оксиэтильный радикал, ковалентно связанный с коферментом.

Фермент, ускоряющий второй этап окислительного декарбоксилирования ПВК, - липоат-ацетилтрансфераза содержит в своем составе два фермента: липоевую кислоту и коэнзим А (KoASH). Происходит окисление оксиэтильного радикала в ацетильный, который сначала акцептируется липоевой кислотой, а затем переносится на KoASH. Результатом второго этапа является образование ацетил-КоА и дегидролипоевой кислоты:

О S

СН ₃ липоат-Е₂

С-ОН ТПФ Е₁ S