Download Кафедра біологічної хімії and more Summaries Biochemistry in PDF only on Docsity!
Тема № 8. Дослідження аеробного окиснення глюкози та альтернативних шляхів обміну моносахаридів.
1. Характеристика етапів аеробного окиснення глюкози. 1.1. Представити схему шляхів поетапного аеробного перетворення глюкози в організмі людини. Складний багатоступеневий процес аеробного окислення глюкози поділяється на такі етапи: 1. Розщеплення глюкози до піровиноградної кислоти. Продуктом цього гліколітичного етапу розщеплення глюкози є піруват, а також дві молекули відновленого НАД+^ і дві молекули АТФ: Ферментативні реакції утворення з глюкози пірувату ( аеробного гліколізу ) будуть розглянуті нижче. Зауважимо, що окислення в дихальному ланцюзі мітохондрій утворюваних на цьому етапі двох молекул НАДН супроводжується генерацією за рахунок окисного фосфорилювання шести (2x3) молекул АТФ. 2. Окислювальне декарбоксилювання піровиноградної кислоти. У результаті цього процесу утворюється ацетилкоензим А — основний субстрат окислення в циклі трикарбонових кислот — та відновлена форма НАД + . Сумарне рівняння окислювального декарбоксилювання пірувату: Окислювальне декарбоксилювання пірувату каталізується піруватдегідрогеназним комплексом — мультиферментною системою, яка в клітинах еукаріотів міститься в мембранах мітохондрій, а у прокаріотів — у цитоплазмі. До складу цього комплексу входять три ферменти, що каталізують три послідовні стадії перетворення пірувату на ацетил-КоА: піруватдегідрогеназа, дигідроліпоїлацетилтрансфераза, дигідроліпоїлдегідрогеназа та п’ять коферментів і простетичних груп: тіаміндифосфат (ТДФ), коензим А (КоА), ліпоєва кислота (ЛК), НАД+, ФАД. Ферментативні стадії утворення ацетил-КоА з пірувату. Стадія I — каталізується піруватдегідрогеназою (Е 1 ), коферментом якої є ТДФ. На цій стадії відбувається взаємодія пірувату з С-2 тіазольного кільця молекули тіаміну; в результаті реакції утворюється зв’язаний із ферментом гідроксиетильний похідний тіаміндифосфату:
Стадія II — каталізується центральним ферментом комплексу дигідроліпоїлацетилтрансферазою (E 2 ), яка переносить гідроксиетильну групу від ТДФ (Ej) на простетичну групу ферменту E 2 , що є окисленою формою ліпоєвої кислоти (ЛК); в результаті реакції утворюється ацетилтіоефір відновлених ліпоїльних груп ферменту E 2 , що містить макроергічний зв’язок: Стадія III — дигідроліпоїлацетилтрансфераза переносить ацетильну групу від відновленої ліпоєвої кислоти на коензим А: Стадія IV — окислення відновленої форми ферменту Е 2 ФАД- залежною дигідроліпоїлдегідрогеназою (E 3 ): Стадія V — перенесення атомів водню від відновленої ФАД- групи дигідроліпоїлдегідрогенази на НАД+^ з утворенням НАДН: Відновлений НАДН, що утворюється в результаті окислювального декарбоксилювання пірувату, в аеробних умовах окислюється в мітохондріальному електронотранспортному ланцюзі з генерацією шести (2x3) молекул АТФ.
3. Окислення ацетил-КоА до двоокису вуглецю та води в циклі трикарбонових кислот. Цикл трикарбонових кислот, функціонально та біохімічно спряжений із ланцюгом електронного транспорту в мембранах мітохондрій, завершує аеробне окислення глюкози до СО 2 та Н 2 О, генеруючи 12 молекул АТФ на кожну молекулу ацетил-КоА, що розщеплюється. 2. Окиснювальне декарбоксилування піровиноградної кислоти: _- будова мультиферментного піруватдегідрогеназного комплексу;
- особливості функціонування піруватдегідрогеназного комплексу;
- механізм реакції окисного декарбоксилування пірувату;
- роль вітамінів та коферментів у перетворенні пірувату в ацетил-КоА; 2.1. описати будову мультиферментного піруватдегідрогеназного комплексу_
складу тіамінпірофосфату, декарбоксилюється. В результаті цієї реакції утворюється оксіетилтіамінпірофосфат, який під впливом ферменту ліпоїлредуктази ацетилтрансферази, коферментом якого є ліпоєва кислота, розкладається на вільний тіамінпірофосфат і ацетилліпоєву кислоту. Ацетилліпоєва кислота утворюється внаслідок переходу залишку оцтової кислоти від оксіетилтіамінпірофосфату до ліпоєвої кислоти: З ацетилліпоєвої кислоти залишок ацетилу далі переноситься на КоА—SН. Продуктами реакції є ацетил-КоА і дигідроліпоєва кислота. Слід підкреслити, що дигідроліпоєва кислота під впливом ФАД здатна переходити у ліпоєву кислоту: За цих умов відновлений ФАД передає атоми водню на окислений НАД:
Відновлений НАД, що утворився, за допомогою цитохромної системи окислюється киснем повітря: В результаті окислення, спряженого з процесами фосфорилювання, синтезується три молекули АТФ, тобто акумулюється 126 кДж енергії. Частина ацетил-КоА, що утворився під час декарбоксилювання піровиноградної кислоти, використовується для синтезу жирів, вуглеводів та інших сполук, а інша його частина вступає в цикл трикарбонових кислот, де окислюється до СО 2 і Н 2 О. При цьому вивільнюється певна кількість енергії. 2.3. Назвати вітаміни та коферменти,що беруть участь у перетворенні пірувату в ацетилКоА. Окислювальне декарбоксилювання пірувату – єдиний шлях його катаболізму, тому недостатність вітамінів (у перше чергу вітаміну В1) призводить до порушення процесу, зниження утворення АТФ і проявляється порушенням діяльності ЦНС.
3. Енергетична цінність аеробного (повного) окиснення глюкози до СО. Порівняльна характеристика біоенергетики аеробного та анаеробного окиснення глюкози. 3.1. Розрахувати енергетичну цінність аеробного (повного) окислення глюкози до СО2. Послідовно вказати кожен етап перетворення із зазначенням енергетичного виходу у вигляді АТФ. Енергетика аеробного окислення глюкози Для підрахунку загальної кількості молекул АТФ, що генеруються за умов повного окислення глюкози до двоокису вуглецю та води, враховують:
- кількість молекул АТФ, які утворились на етапі аеробного гліколізу (2 молекули АТФ);
- кількість молекул АТФ, які утворились за рахунок окислення в мітохондріях двох молекул гліколітичного НАДН (2x3 = 6 молекул АТФ);
- кількість молекул АТФ, які утворились на етапі окисного декарбоксилювання двох молекул пірувату за рахунок окислення в мітохондріях НАДН, утвореного в піруватдегідрогеназній реакції (2x3 = 6 молекул АТФ);
- кількість молекул АТФ, які утворились за рахунок окислення в циклі трикарбонових кислот двох молекул ацетил-КоА (2x12 = 24 молекули АТФ). Сумарне рівняння аеробного окислення глюкози, що враховує АТФ, генеровану при субстратному фосфорилюванні на гліколітичному етапі та за рахунок окисного фосфорилювання в мітохондріях, таке:
Перша незворотна стадія — перетворення пірувату на фосфоенолпіруват (сполуку з макроергічним зв'язком) здійснюється через проміжну речовину — оксалоацетат. Спочатку мітохондріальний фермент піруваткарбоксилаза каталізує АТФ-залежне карбоксилування пірувату. Далі оксалоацетат під дією фосфоенолпіруваткарбоксикінази перетворюється на фосфоенолпіруват: Утворений фосфоенолпіруват перетворюється за допомогою зворотних реакцій гліколізу на фруктозо-1,6-дифосфат. Фермент фруктозодифосфатаза каталізує гідроліз фруктозо-1,6-дифосфату до фруктозо-6-фосфату. При цьому вивільняється неорганічний фосфат, а енергія макроергічного фосфодіефірного зв'язку виділяється у вигляді тепла. У наступній зворотній реакції фруктозо-6-фосфат перетворюється на глюкозо-6-фосфат, який в обхідній реакції під дією глюкозо-6-фосфатази гідролізується до вільної глюкози. Глюкозо-6-фосфат може використовуватись також і для синтезу глікогену. Враховуючи необхідність двох молекул пірувату для утворення молекули глюкози, сумарне рівняння глюконеогенезу записується так: Таким чином, на синтез глюкози з пірувату затрачається значно більше енергії, ніж її утворюється під час гліколізу (шість молекул АТФ проти двох).
4.2. Зазначити алостеричні ферменти та їх регуляцію і пояснити суть глюконеогенезу. Піруваткарбоксилаза(активатор – ацетил-КоА) Фруктозодифосфатаза(активатор- цитрат, інгібітор – АМФ, фруктозо-2,6-дифосфат) 4.3. Вказати субстрати та фізіологічне значення глюконеогенезу. Такими попередниками глюкози є лактат, піруват, більшість амінокислот, гліцерин, цитрат Надзвичайно важливе значення глюконеогенезу для організму тварин і людини зумовлюється тим, що мозок має дуже малі запаси глікогену, а глюкоза крові служить основним джерелом енергії для нього. при зменшенні концентрації глюкози в крові нижче певної критичної межі порушується функціонування мозку і може наступити смерть. 5.1 В конспекті подати схему, пояснити суть і механізм функціонування глюкозо- лактатного циклу (цикл Корі) Іншим важливим субстратом глюконеогенезу є молочна кислота, яка нагромаджується в організмі під час інтенсивної м'язової роботи внаслідок анаеробного розпаду глікогену. У період відновлення після напруженої роботи молочна кислота переноситься кров'ю з м'язів до печінки, де під дією лактатдегідрогенази окиснюється до пірувату. Частина останнього використовується для глюконеогенезу, а частина розпадається аеробним шляхом, забезпечуючи процес глюконеогенезу енергією АТФ. Глюкоза потрапляє назад у скелетні м'язи і використовується для відновлення запасу глікогену. Поєднання процесу анаеробного гліколізу в скелетних м'язах і глюконеогенезу в печінці називається циклом Корі (глюкозо-лактатним циклом). .
