Введение в обмен веществ

1.

Введение в обмен веществ

2.

Обмен веществ (метаболизм) - совокупность всех химических
превращений, протекающих в живых организмах, благодаря которым
осуществляется их рост, жизнедеятельность, воспроизводство,
постоянный контакт и обмен с окружающей средой.
Главная задача метаболизма - обеспечить организм энергией за
счет окисления пищевых веществ, а также использовать их в
качестве исходного сырья для создания компонентов клетки и
других необходимых организму соединений. Ненужные организму
вещества (отходы) преобразуются в организме в хорошо
растворимые в воде соединения, которые легко выводятся с
мочой.
Обмен веществ складывается из двух взаимозависимых и
одновременно протекающих в организме процессов катаболизма
(от греч. katabole - сбрасывание, разрушение) и анаболизма (от
греч. anabole - подъем).

3.

В процессе катаболических превращений выделяют три этапа:
•I - сначала происходит расщепление макромолекул до мономеров
(белки расщепляются на аминокислоты, жиры - на глицерол и
жирные кислоты, полисахариды - на моносахариды);
• II - образовавшиеся мономеры подвергаются реакциям
окисления, в ходе которых происходит выделение небольшого
количества энергии, а из разнообразных исходных соединений
образуется набор определенных метаболитов;
• III - окисление этих метаболитов до СО2 и Н2О сопровождается
выделением основного количества энергии, используемой клеткой
для поддержания своей жизнедеятельности.

4.

5.

6.

Анаболизм — совокупность метаболических процессов
биосинтеза сложных молекул с затратой энергии. Сложные
молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются
последовательно из более простых предшественников.
Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных
молекул до более простых веществ с использованием части из
них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением
другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием
энергии.
Процесс, объединяющий катаболизм и анаболизм за счет
использования перечисленных выше компонентов, называют
амфиболическим, или двойственным, а совокупность
катаболических, анаболических и амфиболических процессов промежуточным обменом.
Образующиеся в результате распада белков, жиров и углеводов
мономеры в процессе унификации превращаются в метаболиты,
которые переносятся в матрикс митохондрий и поступают в цикл
трикарбоновых кислот (ЦТК), или цитратный цикл, называемый
также циклом Кребса (по имени ученого Ганса Кребса, его

7.

8.

Чуть-чуть химии

9.

Окислительное декарбоксилирование
пирувата
Молекула пировинградной кислоты (пирувата, ПВК) в
митохондриях подвергается окислительному
декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА, который в
дальнейшем может поступать в цикл Кребса. Суммарная реакция
окислительного декарбоксилирования пирувата:

10.

11.

Эту реакцию катализирует сложный пируватдегидрогеназный
комплекс (ПДГ), который часто называют просто
пируватдегидрогеназой. Он состоит из множества полипептидных
цепей и объединяет несколько ферментов.
Основные три фермента пируватдегидрогеназного комплекса:
пируватдегидрогеназа, дигидролипоилтрансацетилаза,
дигидролипоилдегидрогеназа.
Для работы пируватдегидрогеназного комплекса необходимы 5
коферментов (тиаминпирофосфат, липоевая кислота, кофермент
A - HSKoA, ФАД и НАД+)

12.

Цикл Кребса

13.

14.

15.

16.

Первая реакция. Образование цитрата.

17.

Вторая реакция. Превращение цитрата в
изоцитрат.

18.

Третья реакция. Декарбоксилирование
изоцитрата.

19.

Четвёртая реакция. Декарбоксилирование
альфа-кетоглутарата.

20.

Пятая реакция. Образование сукцината.

21.

Шестая реакция. Образование фумарата.

22.

Седьмая реакция. Образование малата.

23.

Восьмая реакция. Образование
оксалоацетата.

24.

25.

Цитратный цикл является амфиболическим процессом, он
связывает катаболические и анаболические процессы через общие
для них метаболиты. Соответственно, ЦТК выполняет как
катаболические, так и анаболические функции.
Суть ЦТК для катаболизма — перенос электронов на коферменты
НАД+ и ФАД. Давай суммируем, что он сделал из одной молекулы
ацетил-коэнзима А. В ходе третьей, четвертой и восьмой реакции
получены по одному НАДH. В ходе шестой реакции — один ФАДH2.
Получается, что цитратный цикл вытащил из одной молекулы
ацетил-коэнзима А целых восемь электронов!
Итак, Из одной молекулы пирувата получены: 4 НАДH, 1 ФАДH2 и 1
ГТФ, а так же 2 молекулы CO2

26.

Анаболическая роль ЦТК заключается в том, что из промежуточных
метаболитов этого процесса могут синтезироваться другие
вещества.

27.

• Цитрат, 2-оксоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат в ЦТК превращаются в
оксалоацетат, а из оксалоацетата может образоваться глюкоза.
• Цитрат участвует в переносе ацетильных групп ацетил-КоА в цитоплазму для
синтеза липидов.
• Цитрат способен связывать ионы кальция и участвовать в процессах их
переноса и отложения (минерализации).
• В реакции трансаминирования из оксалоацетата образуется аспа- рагиновая
кислота, а из 2-оксоглутарата - глутаминовая кислота.
Аспарагиновая кислота используется для синтеза:
1. Пиримидинов;
2. Белков;
3. Мочевины;
4. Аспарагина
Из глутаминовой кислоты синтезируются другие аминокислоты, например
пролин и аргинин.
• Сукцинил-КоА участвует в синтезе порфиринов (гема).
• Сукцинил-КоА является донором HS-КоА в реакции превращение
ацетоацетата, в активную форму - ацетоацетил-КоА.

28.

Регуляция ЦТК
• Скорость протекания реакций в ЦТК определяется соотношением
количества АТФ/АДФ и НАДН/НАД+ и регуляции активности
ключевых ферментов, к которым относят:
• цитратсинтазу - первый фермент данного метаболического пути,
активность которого определяется доступностью оксалоацетата.
АТФ и НАДН. Цитрат ингибирует этот фермент, а молекула АДФ
является аллостерическим активатором цитратсинтазы;
• изоцитратдегидрогеназу - фермент аллостерически активируется
АДФ и ионами Са2+ и ингибируется НАДН.

29.

Субстратное фосфорилирование
Субстратное фосфорилирование – это процесс синтеза молекулы
АТФ (или другого нуклеозидтрифосфата) за счет энергии
макроэргических связей субстрата. Субстратное
фосфорилирование осуществляется в цитозоле или матриксе
митохондрий, осуществляющие этот процесс ферменты
растворимы. В цикле Кребса реакцию в реакции субстратного
фосфорилирования происходит синтез молекулы ГТФ за счет
энергии макроэргической связи сукцинил-КоА.