Катаболизмнің жалпы жолдары
Специфические и общие пути катаболизма
Пирожүзім қышқылының тотығып декарбоксильденуі
Пируваттың тотығуы
Үш карбон қышқылы циклі
Цикл трикарбоновых кислот
Энергия шығымы
Челночные механизмы транспорта
Глицерофосфатный челнок
Малатный челнок
Основные типы окисления
Маркоэрги
Механизмы трансформация энергии в клетке
Механизм биологического окисления
Анаэробные дегидрогеназы
АЭРОБНЫЕ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ
Кофермент Q
ЦИТОХРОМЫ
Механизм действия цитохромов в окислительно-восстановительных реакциях
СТРУКТУРА ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ
ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ
ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ И РЕДОКС ПОТЕНЦИАЛ
ПУНКТЫ ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
Окислительное фосфорилирование
Согласно предложенной П. Митчелом гипотезе, движущей силой фосфорилирования АДФ служит энергия разности редокс-потенциалов,
Протонный (трансмембранный ) электрохимический потенциал (H+)
698.00K
Категория: БиологияБиология

Катаболизмнің жалпы жолдары

1. Катаболизмнің жалпы жолдары

2.

• Основные вопросы лекции:
1.Макроэргтік қосылыстар.Тіндік
тыныс алу боитотығу туралы түсінік
2.Тотығып фосфорлану, Р/0
коэффициенті және АДФ/О.Тіндік
тыныс алу мен тотығу
фосфорланудың ажыруы
3. Пирожүзім қышқылының тотығып
декарбоксильденуі
4.Үш карбон қышқылы циклі
5.Қайықша(челнок) механизмы

3. Специфические и общие пути катаболизма

• . Катаболитикалық процесстер екіге бөлінеді:
- катаболизмнің өзіндік жолы, барлық
класстарға (белоктар,майлар, көмірсулар .)
бөлек жүреді,
- катаболизмнің жалпы жолы катаболизмнің өзіндік жолының жалғасы
болатын барлық класстарға бірдей жол
• . катаболизмнің жалпы жолы биоэнергетикалық
процесстермен,энергия жиналуы мен
босауымен тығыз байланысты.
• катаболизмнің өзіндік жолына ас-қазан
жолдарында жүретін майлар
,белоктар,көмірсулар гидролизімен,
жасушаларда жүретін моносахаридтердің,
аминоқышқылдарының, май қышқылдарының,
спирттердің ыдырауымен тығыз байланысты.

4.

Цикл Кребса:
1, 6 – система окисления и декарбоксилирования; 2 – цитрат-синтеза: кофермент А; 3, 4 –
аконитат-гидратаза; 5 – изоцитратдегидрогеназа; 7 – сукцинатдегидрогеназа; 8 – фумаратгидрогеназа; 9 – малатдегидрогеназа; 10 – спонтанное превращение; 11 –
пируваткарбоксилаза

5. Пирожүзім қышқылының тотығып декарбоксильденуі


Пирожүзім қышқылының тотығып
декарбоксильденуі митохондрияның ішкі
мембрананасында орналасқан
мультиэнзимді пируват-дегидрогеназды
комплекспен катализденеді.
ОЛ үш ферменттен тұрады(Е1,Е2,Е3):
Е1-пируватдекарбоксилаза, коферменті
ТПФ (тиаминпирофосфат),
Е2-дигидролипоил-трансацетилаза,
коферменті липой қышқылы (ЛК),
кофакторы - НS-КоА,
Е3-дигидролипоил-дегидрогеназа,
коферменті ФАД , кофакторы - НАД

6.

• катаболизмнің жалпы
жолына кіреді:
- Пирожүзім
қышқылының тотығып
декарбоксильденуі
• - Үш карбон қышқылы
циклінде ацетил-КоА
айналуы

7. Пируваттың тотығуы

СН3 ФАД НАД + 1/2 О2 СН3
| ТПФ ЛК НS-КоА
|
С=О
С=О + СО2 + 3АТФ + Н2О
|
Е 1 Е2 Е3
\
СООН
S-КоА
пируват
ацетил-КоА

8.

В результате
действия
пируватдекарбоксилазы (Е1) при участии ТПФ
(тиаминпирофосфата) от пирувата отщепляется карбоксильная группа, образуется
углекислый газ, а ацетильный остаток присоединяется к атому серы липоевой кислоты:
S-S
СН3
CН3
| |
|
|
ТПФ
Л-К
С=О
С=О
\
+ СО2
|
E1
S SH
СООН
| |
пируват
Л-К

9.

Второй энзим Е2 - дигидролипоилтрансацетилаза - катализирует перенос
ацетильного радикала на НS-КоА. При этом освобождается дигидролипоевая кислота и
образуется ацетил-КоА :
СН3
СН3
|
НS SH
С=О НS-КоА |
С=О + | |
\
Л-К
\
S SH E2
S-КоА дигидролипоевая
||
ацетил-КоА кислота
Л-К
ацетил-дигидролипоевая
кислота

10.

На третьей стадии под воздействием фермента Е3 - дигидролипоилдегидрогеназы при
участии ФАД и НАД, происходит окисление дигидролипоевой кислоты и восстановление
НАД:
НS SH ФАД НАД S-S
| |
| | + НАДН2
Л-К
Е3 Л-К
Далее, восстановленный НАД окисляется в цепи переноса протонов и электронов
митохондрий, образуется вода и синтезируется 3 молекулы АТФ в реакциях
окислительного фосфорилирования.

11. Үш карбон қышқылы циклі

СН3
|
С=О +
\
S-КоА
ацетил-КоА
СООН
|
С=О
|
СН2 цитратсинтетаза
|
СООН
оксалоацетат
( ЩУК)
S-КоА
/
С=О
|
HS-КоА
СН 2
+ НОН
|
НО-С-СООН цитратсинтетаза
|
СН2
|
СООН цитрил-КоА
СООН
СООН
|
|
СН2
СН2
|
-НОН |
+НОН
НО-С-СООН
С-СООН
|
||
СН2
аконитаза СН
аконитаза
|
( Fe++ )
|
( Fe++ )
СООН
СООН
цитрат
цис-аконитат
СООН
|
СН2
|
Н-С-СООН
|
Н-С-ОН
|
СООН
изоцитрат

12. Цикл трикарбоновых кислот

СООН
|
НАДН 2
СН2
|
НАД
Н-С-СООН
|
( Мn ++) изоцитрат
Н-C-ОН
дегидрогеназа
|
СООН
изоцитрат
СООН
СООН
|
|
СН2
CO2
СН2
СО2
|
|
Н-С-СООН
СН2
|
изоцитрат
|
( Е 1` Е2 Е3 )
С=О дегидрогеназа
С=О
|
|
СООН
СООН
оксалосукцинат
альфа-кетоглутарат
Затем идут последовательные реакции окисления изоцитрата с образованием
-кетоглутарата, который подвергается окислительному декарбоксилированию
мультиэнзимным -кетоглутарат дегидрогеназным комплексом (Е 1,Е2,Е3), где
Е1`- -кетоглутаратдекарбоксилаза, Е2-дигидролипоилтрансацилаза,
Е3- дигидролипоилдегидрогеназа:
НАДН2
ФАД НАД
ТПФ ЛК НS-КоА
СООН
ГТФ
|
HS-КоА
СН2
Рн + ГДФ
|
СН2 сукцинаттиокиназа
|
С=О
\
S-КоА
сукцинил-КоА
СООН
|
СН2
|
СН2
|
СООН
сукцинат

13.

Сукцинил-КоА как макроэрг, разрушается сукцинаттиокиназой с
образованием сукцината. Энергия связи используется для субстратного
фосфорилирования ГДФ до ГТФ. Под воздействием нуклеозид дифосфаткиназы
происходит перенос остатка фосфорной кислоты с ГТФ на АДФ и синтезируется
АТФ.
СООН ФАДН2 СООН
СООН НАДН2 СООН
|
|
|
|
СН2 ФАД
СН + НОН НО-С-Н НАД
С=О
|
||
|
|
СН2 СДГ(Fe)
СН фумараза
СН2 МДГ
СН2
|
|
|
|
СООН
СООН
СООН
СООН
сукцинат
фумарат
малат
оксалоацетат
(ЩУК)
Цикл Сент-Дьёрди -Кребса завершается регенерацией оксалоацетата и
окислением ацетильного радикала до углекислого газа и воды.

14. Энергия шығымы

• Дегидрогеназалармен төрт реакцияда
субстрат дегидрирленуі жүреді
• изоцитратдегидрогеназа, кофермент
НАД,
• альфа-кетоглутаратдегидрогеназалар,
кофактор НАД
• сукцинатдегидрогеназа, кофермент
ФАД,
• малатдегидрогеназа, кофермент НАД.
• 1 молекула ацетил-КоА ҮКЦ
тотыққанда - 12 АТФ синтезделеді
• - катаболизмнің жалпы жолының
барлық реакцияларында 15 молекула
АТФ синтезделеді

15.

16.

17.

18. Челночные механизмы транспорта

• Своеобразным вариантом групповой
транслокации является механизм переноса
протонов (Н+) через митохондриальные
мембраны.
• Мембраны митохондрий не проницаемы для
образующихся в цитозоле при окислении
различных субстратов молекул НАД Н+.
• Оказалось, что перенос
восстанавливающих эквивалентов НА Д Н+
осуществляется косвенным путем глицерофосфатным и малатным
челночными механизмами транспорта

19. Глицерофосфатный челнок

цитоплазма
Фосфодиоксиацетон
НАДН2
(Е1)
НАД
Глицерол-3-фосфат
мембрана
митохондриалды матрикс
Фосфодиоксиацетон
ФАДН2
(Е2)
ФАД
Глицерол-3-фосфат

20. Малатный челнок

цитоплазма
мембрана Митохондриальды матрикс
малат
Малат
НАД
(Т1)
α-кетоглутарат
(Е1)
α-кетоглутарат
(E3)
глутамат
НАДН2
Оксалоацетат
НАД
(E4)
глутамат
(Т2)
аспартат
(Е2)
Аспартат
НАДН2
оксалоацетат

21. Основные типы окисления

• Реакции катаболизма органических
соединений (субстратов), сопряженные с
высвобождением свободной энергии в
биосистемах, в своей основе являются
окислительно-восстановительными
реакциями и катализируются ферментами
из класса оксидоредуктаз и локализованы в
разных компартментах клетки:
• Оксидазное - в митохондриях
• Микросомальное - в мембранах
эндоплазматического ретикулума
• Пероксидное в пероксиомах

22. Маркоэрги

• К энергетическим субстратам для клеток животного
организма относятся углеводы, липиды и аминокислоты.
Удельная калорийность углеводов равна 4,1 ккал/г,
липидов - 9,3 ккал/г и белков (аминокислот) - 4,1 ккал/г.
• Высвобождение свободной энергии из основных
энергетических субстратов идет в катаболических
процессах. При этом свободная энергия может
накапливаться в макроэргической связи некоторых
фосфорорганических соединений, в маркоэргах.
• К макроэргическим соединениям относятся АТФ и другие
нуклеотид-5`-трифосфаты (ГТФ, УТФ, ЦТФ),
креатинфосфат, 1,3- дифосфоглицерат,
фосфоенолпируват.
• Из всех макроэргов АТФ - главный химический
посредник клетки, связывающий между собой процессы
идущие с выделением и поглощением энергии
(катаболизма и анаболизма), служит общим
промежуточным продуктом в реакциях переноса энергии с
фосфатными группами.

23. Механизмы трансформация энергии в клетке

• Высвобождение свободной энергии при катаболизме
углеводов, липидов и аминокислот может
происходить в животном организме в аэробных и
анаэробных условиях.
• Энергетически более выгоден аэробный путь
катаболизма, который сопровождается в обязательном
порядке поглощением тканями кислорода и выделением
углекислого газа, т.е. явления называемое тканевое
дыхание или внутреннее, клеточное дыхание.
• Реакции катаболизма органических соединений,
сопряженные с высвобождением свободной энергии в
биосистемах, в своей основе являются окислительновосстановительными реакциями и катализируются
ферментами из класса оксидоредуктаз и
локализованы в митохондриях
• В этой связи, этот процесс получил название биологическое окисление.

24.

25. Механизм биологического окисления

В основе биологического окисления лежит серия последовательных
реакций дегидрирования субстратов, переноса протонов и электронов к
кислороду с образованием воды и выделением свободной энергии:
+
2Н +2еSН2

S
__
½О2 O
(ΔG)
Н 2О

26.


Основной функцией этого процесса является
обеспечение организма энергией в доступной
для использования форме (прежде всего в
форме АТФ)
В переносе электронов от субстратов к
молекулярному кислороду принимают
участие:
1.Пиридинзависимые анаэробные
дегидрогеназы, для которых коферментами
служат либо НАД, либо НАДФ
2.Флавинзависимые аэробные
дегидрогеназы, у которых коферментом
является ФАД или ФМН;
3.Цитохромы, содержащие в качестве
коферментов используются
железопорфирины ( гем и его производные).
4.Убихинон (коэнзим Q) и белки, содержащие
негемовое железо

27. Анаэробные дегидрогеназы

• Эти ферменты катализируют реакции переноса атомов
водорода (протоны и электроны) на любой акцептор кроме
кислорода
• Представители:
• альфа-кетоглутарат дегидрогеназа
• Пируват дегирогеназа
• Изоцитратдегирогеназа
• Малатдегирогеназа
• Коферментом этих ферментов являются
• НАД, НАДФ- производные витамина РР
• ( В5- никотиновая кислота)

28.

CONH2
CONH2
N
CH2
O
O
P
O
o
OH
H
P
O
H
O
H
NH2
OH
N
O
P
O
OH
H H
OH OH
OH
N
N
O
N
CH2
OH
( НАД+)
H
OH
N
O
N
O
H
NH2
N
N
CH2
CH2
O
H OH OH
O
O
N
H
OH O
O
H
P
OH
OH
( НАДФ+)

29. АЭРОБНЫЕ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ

• Эти ферменты катализируют реакции переноса атомов
водорода (протоны и электроны) на любой акцептор в
том числе и на кислород
• Представители:
• сукцинатдегидрогеназа
• глицероосфатдегирогеназа
• Ацил-КоА-дегирогеназа
• Коферментом этих ферментов являются
• ФАД, ФМН- производные витамина В2
• ( рибофлавин)

30.

H
С
N
С
С
С
NH
H3 С
С
С
С
С
N
N
С
С
С
NH
Н3 С
С
С
С
С
N
С
H
CH2
Н
ОН
Н
ОН
Н
H C OH
OH
О
N
CH
OH
О
NH2
H C OH
O P
ОН
СН2
H C OH
O
N
СН2
O
N
CH2
С
Н3 С
С
H3 С
С
H
H
С
C
C
N
C
N
О
N
Н
Р
ОН
О
О
Н
ОН
О
CH
ФМН
Р
Н
СН2
Н
ФАД
O

31. Кофермент Q

Компонент дыхательной цепи – убихинон,
производный бензохинона является
коферментом ФАДН2 –дегидрогеназ,
катализирующих перенос протонов и электронов
на ферменты цитохромной системы.
Убихинон может существовать как в
окисленной, так и восстановленной форме.
О
С
ОH
H3 С
С
С СН3
H3 С
С
С R
С
O
+
2H+
+
2е-
С
H3 С
С
С СН3
H3 С
С
С R
С
OH

32. ЦИТОХРОМЫ

Дальнейший перенос электронов от убихинона на кислород
осуществляет система цитохромов:
b, c1, c,
a- a3.
Все они имеют в качестве кофермента геминовую группу.
В ходе каталитического процесса валентность содержащегося в
цитохромах железа обратимо изменяется:
Fe++
Fe+++
Величины окислительно-восстановительного потенциала у разных
цитохромов неодинаковы. В цепи окисления они располагаются
между убихиноном и кислородом :
b
С1
С
aa
3
Цитохромы b, c1, c выполняют функцию промежуточных
переносчиков электронов, а цитохром аа3 является терминальным
дыхательным ферментом, непосредственно взаимодействующим с
кислородом.

33. Механизм действия цитохромов в окислительно-восстановительных реакциях

Fe3+ + eFe2+
Fe2+ - e Fe3+
Cu2+ + e Cu+
Cu+ - e Cu2+
Цитохромы b и с1 действуют как фермент КоQH2-дегидрогеназа и катализируют
реакцию:
КоQH2 + 2C1(Fe3+)
КоQ + 2H+ + 2C1 (Fe2+)
Цитохромы аа3 действуют как цитохромоксидаза. Это конечные продукты:
2аа3 (Fe2+) + О2
2аа3 (Fe3+) + 2O-2O-- + 4e- + 4H+
2H2O
Представители цитохромов:
аскорбат ДГ,
адреналин ДГ,
норадреналин ДГ.

34. СТРУКТУРА ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

• Перенос электронов и протонов в митохондриальной
дыхательной цепи происходит по градиенту их
окислительно-восстановительного потенциала (редокс
потенциал), который отражает величину свободной
энергии в соответствии с редокс системой.
• Каждый фермент дыхательной цепи имеет свою величину
редокс- потенциала. Его величина возрастает от НАД (0,32в) до О2(+0,82в) и общая разность редокс потенциала
между ними равна 1,14 Вольт.
• Такое количество энергии, освобождаемой при окислении
1 молекулы субстрата НАДН2 –дегидрогеназами,
достаточно для синтеза трех АТФ.
• В дыхательной цепи имеются 3 участка в которых энергии
разности редокс потенциалов достаточно для
фосфорилирования (присоединения фосфорной кислоты)
3-х молекул АДФ, с образованием 3 молекул АТФ

35. ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ

2н+2е
SH2
НАД
2Н+
ФАД
2Н+
КоQ

a
2
1
3
b c1 c

(ФАДН2)
(НАДН2)
a3

1/2O2
O+H
Q + H 2O

36. ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ И РЕДОКС ПОТЕНЦИАЛ

Ферменты дыхательной митохондриальной цепи:
SmH2---->ФАД
SnH2
- 0.05в
SхH2-->НАД-->ФМН--->KoQH2---->b----->c1------>c------->a------->a3------->½O2
- 0,41в - 0,32в - 0,11в + 0,02в + 0,04в+ 0,23в + 0,25в + 0,29в + 0,55в + 0,82в
/\
АДФ+Рн=АТФ
/\
АДФ+Рн=АТФ
/\
АДФ+Рн=АТФ

37. ПУНКТЫ ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

Первый пункт фосфорилирования находится между
ферментами НАД и ФАД, где разность их потенциала равна
0,246
АДФ + Н3РО4
АТФ
Второй пункт – между цитохромами В и С1, где разность их
потенциала равна 0,19
АДФ + Н3РО4
АТФ
Третий пункт - между цитохромами аа3 и 1/2О2, где разность
их потенциала равна 0,30 Вольт.
АДФ + Н3РО4
АТФ

38.

Глицерол-3-фосфат
Ко-А-производные
жирных кислот
ФП4
ФП3
Изоцитрат
сукцинат
ФП2
Малат
Аскорбат
Пируват
АТФ
Глутамат
НАД
АДФ
1
-
ФП
АТФ
КоQ
b
АДФ
2
-
АТФ
C1
a3
c
a
АДФ
3
-
Аминобарбитал, ротенон
Антимицин
Цианид
Локализация трех пунктов фосфорилирования в цепи (1,2,3)
О2

39. Окислительное фосфорилирование

• При окислении одной молекулы субстрата на один атом
поглощенного митохондриями кислорода может
использоваться от одного до трех молекул фосфорной
кислоты и синтезироваться при этом 1, 2 или 3
молекулы АТФ.
• Это процесс - процесс синтеза АТФ в реакциях
биологического окисления субстратов получил
название - окислительное фосфорилирование.
• Для его количественной оценки был введен показатель
окислительного фосфорилирования - коэффициент Р/О .
• Коэффициент Р/О (АДФ/О) - это есть отношение
количества молекул фосфорной кислоты (АДФ) к
количеству атомов кислорода использованных
митохондриями при окислении какого-либо субстрата.

40.

41. Согласно предложенной П. Митчелом гипотезе, движущей силой фосфорилирования АДФ служит энергия разности редокс-потенциалов,

возникающая при переносе
электронов от окисляемого субстрата по дыхательной цепи
к кислороду и трансформируемая в энергию протонного
электрохимического потенцила ( H+)
(+)
2(Н)+
(-)
A--
SхН2

2 е( H+)
Н+АТФ-аза
АДФ + Н3РО4
AН2
A
(2Н+)+ 2ОНАТФ
2(Н2О)

42. Протонный (трансмембранный ) электрохимический потенциал (H+)

Протонный (трансмембранный )
электрохимический потенциал ( H+)
• Трансмембранный электрохимический
потенциал, возникающий на мембране за
счет Н+-градиента, является универсальной
формой энергии в клетке и может быть
использован:
- для синтеза АТФ
- для транспорта ионов Са и других ионов
- для транспорта фосфатов
- для транспорта АДФ и АТФ
• - для теплообразования
• - для сократительной и двигательной
активности
English     Русский Правила