Катаболизм. Цикл трикарбоновых кислот

1. Общий путь катаболизма Цикл трикарбоновых кислот

Кафедра биологической и общей химии
Общий путь катаболизма
Цикл трикарбоновых кислот

2. Пути синтеза АТФ

АДФ + Н3РО4
фосфорилирование
АТФ
ЭНЕРГИЯ
за счёт разрыва макроэргических связей
субстрата
за счёт дегидрирования субстрата и
переноса атомов водорода на молекулу О2
СУБСТРАТНОЕ
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ
ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ
ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

3.

I этап
БЕЛКИ
21 аминокислота
II этап
УГЛЕВОДЫ
моносахариды
ЖИРЫ
глицерин
пировиноградная
кислота (ПВК)
щавелевоуксусная
кислота (ЩУК)
ацетил-СоА
α-кетоглутаровая
кислота (α-КГ)
III этап
Цикл трикарбоновых
кислот
СО2
Н2О
энергия
жирные
кислоты

4. Пируватоксидазная система - мультиферментный комплекс

Пируватоксидазная
система мультиферментный
комплекс
E1 – пируватдегидрогеназа -
ТДФ
Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза –
Е3 – дигидролипоилдегидрогеназа –
, HS-KoE
ФАД , НАД
+

5.

Состав и функции компонентов пируватдегидрогеназного
комплекса
КОФЕРМЕНТЫ:
Кофермент
Витамин
Функция
ТДФ
(тиаминдифосфат)
В1
Декарбоксилирование пирувата
Амид липоевой кислоты
N
Перенос ацетильного остатка
CoASH
В3
1. Акцептор ацетильного остатка
2. Донор атома водорода
НАД
РР (В5)
ФАД
В2
Дегидрирование ФАДН2
Дегидрирование восстановленной формы липоевой
кислоты

6. Регуляция активности пируватдегидрогеназного комплекса

Активаторы
высокое содержание пирувата,
инсулин,
АДФ,
НАД,
CoASH
Необходимые условия для протекания пируватдегидрогеназной реакции:
присутствие кислорода!
витаминов РР, В1, В2, В3, липоевой кислоты и их активных форм,
наличие ионов меди и железа.

7. ИНГИБИТОРЫ ПИРУВАТОКСИДАЗНОЙ СИСТЕМЫ

1. Тиоловые яды (тяж Ме, окислители, галогенпроизводные)
2. Недостаток витаминов: - В1 (ТДФ)
- В2 (ФАД)
- В3 (НАД)
- В5 (коЕ-А)
3. ацетилСоА, АТФ, НАДН2
РЕЗУЛЬТАТЫ НАРУШЕНИЯ РАБОТЫ
ПИРУВАТОКСИДАЗНОГО КОМПЛЕКСА
Недостаток образования
ферментов
ПВК не окисляется и
не превращается
в ацетил-коА

8. Лабораторные тесты для оценки работы пируватоксидазного комплекса

• Определение ПВК (накапливается при нарушении работы)
• Определение активности дегидрогеназ, участвующих в процессе
• Определение содержания SH-групп
• Определение липоевой кислоты

9.

Цикл трикарбоновых кислот=
цикл Кребса=
цитратный цикл
Ганс Кребс

10.

1. Цитратсинтазная реакция.
C
CООH
CH3
C
+
О
SCoA
ацетил-СоА
C
О цитратсинтаза
CH2
CООH
оксалоацетат
(ЩУК)
О
CООН
SCoA
+ Н2 О
CH2
C
CООH
ОH
CH2
C
CoASH
CH2
CООH
цитрил-СоА
Субстрат – ацетилСоА и оксалоацетат
Продукт – цитрат и CoASH
Фермент – цитратсинтаза
Регуляция - активаторы ЩУК, инсулин, витамин Д3 ;
ингибиторы АТФ, цитрат, сукцинилСоА, жирные кислоты
CООH
ОH
CH2
CООH
цитрат

11.

2.Аконитазная реакция.
CООН
CH2
C
CООH
ОH
CООН
CH2
- Н2 О
C
аконитаза
CH2
CООH
цитрат
CООН
CООH
CH
CООH
сis-аконитат
Субстрат – цитрат
Продукт – изоцитрат
Фермент – аконитаза
+ Н2 О
аконитаза
CH2
НC
CООH
CHOH
CООH
изоцитрат

12.

3.Изоцитратдегидрогеназная реакция.
CООН
CH2
НC
CHOH
CООH
изоцитрат
изоцитратдегидрогеназа
CООH
CООН
CООН
CH2
CH2
CООH
НC
НАД
НАДН2
дыхательная цепь
½ О2
C
O
CН2
СО2
(прямое декарбоксилирование)
CООH
оксалосукцинат
3 АТФ, Н2О
Субстрат – изоцитрат
Продукт – α-кетоглутарат
Фермент – изоцитратдегидрогеназа
Кофермент – НАД
Энергетическая эффективность – 3 АТФ
Механизм образования АТФ – окислительное фосфорилирование
Регуляция - активаторы АДФ, Mg2+, Mn2+ ;
ингибиторы НАДН2,
C
O
CООH
α-кетоглутарат

13.

4. α-кетоглутаратдегидрогеназная реакция.
CООН
CООН
ТДФ, НАД, CoASH
CH2
CH2
CН2
C
CН2
O
CООH
α-кетоглутарат
C
СО2
(окислительное
декарбоксилирование)
НАДН2
О
SCoA
сукцинил-СоА
дыхательная цепь
½ О2
3 АТФ, Н2О
Реакция протекает с участием α-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса
Субстрат – α-кетоглутарат
Продукт – сукцинилСоА, CO2
Фермент – α-кетоглутаратдекарбоксилаза, сукцинилтрансфераза, дигидролипоилдегидрогеназа
Кофермент – НАД, ФАД, ТДФ, CoASH, амид липоевой кислоты
Энергетическая эффективность – 3 АТФ
Механизм образования АТФ – окислительное фосфорилирование

14.

5. Сукцинаттиокиназная реакция.
CООН
CООН
CH2
+ ГДФ + Н3РО4
CН2
C
сукцинаттиокиназа
CH2
+ ГТФ + CoASH
CН2
О
CООН
сукцинат
SCoA
сукцинил-СоА
ГТФ + АДФ
нуклеозиддифосфаткиназа
Субстрат – сукцинилСоА, Н3РО4 , ГДФ
Продукт – сукцинат, ГТФ, CoASH
Фермент – сукцинаттиокиназа
Энергетическая эффективность – 1 АТФ
Механизм образования АТФ – субстратное фосфорилирование
ГДФ + АТФ

15.

6. Сукцинатдегидрогеназная реакция.
CООН
CH2
CН2
CООН
сукцинат
CООН
сукцинатдегидрогеназа
ФАД
ФАДН2
дыхательная цепь
CH
НC
CООН
фумарат
½ О2
2 АТФ, Н2О
Субстрат – сукцинат
Продукт – фумарат
Фермент – сукцинатдегидрогеназа
Кофермент – ФАД
Энергетическая эффективность – 2 АТФ
Механизм образования АТФ – окислительное фосфорилирование

16.

7. Фумаразная реакция.
CООН
CH
НC
CООН
фумарат
Субстрат – фумарат, вода
Продукт – малат
Фермент –фумараза
Кофермент – нет
CООН
+ Н2 О
фумараза
CHОН
CН2
CООН
малат

17.

8. Малатдегидрогеназная реакция.
CООН
CHОН
CН2
CООН
малат
CООН
малатдегидрогеназа
НАД
НАДН2
дыхательная цепь
C
О
CН2
CООН
оксалоацетат
½ О2
3 АТФ, Н2О
Субстрат – малат
Продукт – оксалоацетат
Фермент – малатдегидрогеназа
Кофермент – НАД
Энергетическая эффективность – 3 АТФ
Механизм образования АТФ – окислительное
фосфорилирование
Регуляция - активатор НАД,
ингибитор НАДН2
От сукцината до оксалоацетата реакции
являются обратимыми
Поэтому эта часть цикла может функционировать в
обратном направлении,
то есть оксалоацетат может превращаться в метаболиты
цикла Кребса вплоть до сукцината.
Такая возможность реализуется в тех случаях, когда
оксалоацетат интенсивно синтезируется из других
субстратов.

18. Биологическая роль ЦТК:

1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ (12 АТФ)
2. ИНТЕГРАТИВНАЯ
3. ПЛАСТИЧЕСКАЯ :
сукцинил-СоА - биосинтез порфиринов, гема и гемоглобина
оксалоацетат – глюконеогенез, образование аспарагиновой кислоты
α-кетоглутарат – образование глутаминовой кислоты
• Одной из основных анаплеротических реакций является образование
оксалоацетата путем карбоксилирования пирувата при участии
пируваткарбоксилазы

19. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ

20. Объединяющая (интегративная)

21. Пластическая

Использование метаболитов ЦТК
А. в реакциях синтеза
ОА
аспартат (трансаминирование)
Альфа-кетоглутарат
глутамат (трансаминирование)
Б. сукцинил-коА
синтез гема
В. Ацетил-коА (из мтх в виде цитрата)
жирные кислоты
____________________________________________холестерин

22. Ингибиторы ЦТК

1) Тиоловые яды (ингибиторы дегидрогеназ)
2) МАЛОНАТ (обратимый конкурентный ингибитор
________________________сукцинатдегидрогеназы)
3) Ингибиторы по типу летального синтеза –ФТОРАЦЕТАТ
ОА+FCH2COOH
фторцитрат (необратимый ингибитор
_______________________________аконитатгидратазы)
4) Метаболические ингибиторы
- Избыток АТФ и восстановленных коЕ
принципу отрицательной обратной связи
ингибируют цитратсинтазу и ДГ
регуляция по