Лекция №15
Аэробный распад углеводов
План:
1. Окислительное декарбоксилирование пирувата.
2. Цикл трикарбоновых кислот.
3. Энергетическое значение аэробного распада углеводов.
Клетки, плохо снабжаемые О2, могут частично или полностью существовать за счет энергии анаэробного гликолиза (2АТФ). Однако большинство тканей энергию получают в основном за счет аэробных процессов. В аэробных условиях глюкоза в клетке подвергается гликолизу до образования пирувата, которая подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетилКоА, который затем окисляется в цикле трикарбоновых кислот до Н2О, СО2 и АТФ.
В результате гликолиза образуется 2мол. пирувата + 2НАДН2, который отдает протоны и электроны на дыхательную цепь с образованием 6АТФ. Пируват подвергается окислительному декарбоксилированию с участием мулыти-энзима, который состоит из 3ферментов и 5коферментов.
Ферменты:
1) пируватдегидрогеназа
2) липоамиддегидрогеназа
3) липоатацетилтрансфераза
Коферменты:
1) ТПФ (тиаминпирофосфат в состав которого входит витамин В1)
2 ) амид липоевой кислоты HS ЛК
HS
3) коэнзим А (витамин В5)
4) НАД- никотинамидадениндинуклеотид (витамин В3)
5) ФАД- флавинадениндинуклеотид (витамин В2).
СН3
С=О + НТПФ → СН3СОSКоА+2СО2 +2НАДН2
СООН
1мол. глюкозы → 2 пирувата +2НАДН2 → 2ацетилКоА + 2СО2 + 2НАДН2.
Скорость этой реакции зависит от содержание витамин В1. При недостатке витамина В1 нарушается окислительное декарбоксилирование пирувата. Он накапливается в тканях, очень чувствительной к кетогруппе пирувата, является нервная ткань.
НАДН2 образуется в результате реакции оксидоредукции, переносится на дыхательную цепь, образуется Н2О и АТФ. В ходе окислительного декарбоксилирования пирувата образуется две молекулы ацетил КоА и 2НАДН2, которая поступает в дыхательную цепь с образованием Н2О и АТФ.
Кокого судьба ацетил КоА в организме?
Ацетил КоА подвергается окислительному распаду в цикле трикарбоновых кислот или цикле Кребса. В результате образуются 2мол. СО2 и 8 атомов водорода.
СН3СОSКоА + 2Н2О → 2СО2 + 8Н+ → протоны и электроны водорода акцептирующие на НАДН и ФАДН2, переносятся на дыхательную цепь с образованием Н2О и АТФ.
В цикле Кребса:
1)В реакциях распада не вовлекается ни молекула АТФ, ни неорганический фосфат.
2)реакции распада идут по замкнутому кругу, в отличие от реакции гликолиза, которые идут в линейном порядке.
3)ацетил КоА взаимодействуют с дикарбоновой кислотой, ЩУК (щавелевоуксусной) кислотой или оксалоацетатом.
СН3СОSКоА + СООН СООН
| |
С=О цитрат СН2
| синтетаза |
СН2 НО- С-СООН
| |
СООН СН2
оксалоацетат (щук) |
СООН
Лимонная кислота
Цикл называется лимоннокислым, потому что в результате реакции конденсации ацетил КоА с ЩУК образуется лимонная кислота, и ещё называется, циклом трикарбоновых кислот(содержат три карбоксильные группы).
В ходе реакции лимонная кислота подвергается различным реакциям в результате отщепляется два углеродных атома в виде СО2 и вновь образуется ЩУК. Одна молекула ЩУК может вступать в реакции с огромным количеством ацетил КоА. Выходом этой реакции являются СО2 и Н2О.
Изотцитратдегидрогеназа – это 1.НАД – зависимая, 2.дегидрогеназа самое узкое звено в этом цикле. Она является лимитирующим ферментом. В ходе этой реакции изолимонная кислота одновременно дегидреруется и декарбоксилируется.
Во время четвертой реакции происходит окислительное декарбоксилирования α – кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения суксинил-КоА. Механизм этой реакции сходен с реакцией окислительного декарбоксилирования пирувата до ацетилКоА. И в том и в другая случае в реакции принимают участие 5коферментов: ТПФ, амид липоевой кислота, НSКоА, ФАД и НАД.
Сукцинил КоА катализируется ферментом сукцинил КоА – синтетазой. В ходе этой реакции сукцинил КоА при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту.
ГТФ вступает в реакцию фосфорилирования и образуется АТФ. Янтарная кислота или сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту под действием сукцинатдегидрогеназы, коферментом которого является ФАД.
ЩУК → ЩУК выходит из этого цикла в неизмененном виде и снова соединяется с новой порцияй ацетилКоА и цикл повторяется. Как видно, за один оборот цикла, состоящей из восьми ферментативных реакции происходит полное «сгорание», окисление одной молекулы ацетилКоА. Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетилКоА, а восстановленные формы кофермента НАДН и ФАДН2 должны снова и снова окисляться. Это окисление происходит в дыхательной цепи.
В ЦТК образуется четыре пары атомов водорода, 3 пары переносит НАДН на дыхат цепь. Одна пара ФАДН2, которая переносит протоны и электроны на КОQ, в результате образуется 2АТФ.
В ходе цикла Кребса синтезируется одна молекула АТФ, в результате субстратного фосфорилирование 3НАДН – образуют 9АТФ. При окислении одной молекулы ацетилКоА в ЦТК образуется 12 мол АТФ.
На каких этапах ЦТК образуется АТФ?
1)изолимонная кислота → α – кетоглутарат – НАДН → 3АТФ.
2)α – кетоглутарат → сукцинилКоА → НАДН → 3АТФ.
3)сукцинилКоА → сукцинат → ГДФ + Р → ГТФ → АТФ.
4)сукцинат → Фумаровая кислота → ФАДН2 → 12АТФ.
5)яблочная кислота → ЩУК → НАДН2 → 12 АТФ 3АТФ.
При полном окислительном распаде 12 АТФ 1мол глюкозы образуется 38 АТФ.
2АТФ
Глюкоза → 2пируват + 2НАДН2 – 6АТФ
Гликолиз ↓
2ацетилКоА → 2НАДН2 – 6АТФ
↓
ЦТК – 12АТФ × 2 = 24АТФ
В норме в здоровых тканях в присутствии кислорода окислительный распад подавляет образованиае молочной кислоты. Это так называем эффект Пастера. Происходит снижение скорости потребления глюкозы и прекращение накопления лактата в присутствии кислорода. Впервые это явление, наблюдал Пастер во время своих широко известных исследований, касающихся роли брожения в производстве вина. Значения эффекта Пастера, т.е. перехода в присутствии кислорода от анаэробного гликолиза к дыханию состоит в переключении клетки на более экономный путь получения энергии.