Лекция 9 Обмен углеводов
!!! Это первая реакция цикла, в которой происходит восстановление окисленной формы НАД
жүктеу/скачать 0.5 Mb.
|
| !!! Это первая реакция цикла, в которой происходит восстановление окисленной формы НАД+-кофермента до НАДН∙Н+, фермента изоцитратдегидрогеназы.
Восстановленная форма НАДН∙Н поступает в дыхательную цепь, там окисляется до НАД+, что приводит к образованию 2 молекул АТФ. 4) Обратимая реакция окислительного декарбоксилирования α-кетоглутаровой кислоты до макроэргического соединения сукцинил-КоА. Реакцию катализирует фермент 2-оксоглутаратдегидрогеназный комплекс. 5) Реакция является единственной в цикле реакцией субстратного фосфорилирования; катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтетазой. В этой реакции сукцинил-КоА при участии гуанодиндифосфата (ГДФ) и неорганического фосфата (H3PO4) превращается в янтарную кислоту (сукцинат). !!! Одновременно происходит синтез макроэргического соединения ГТФ за счёт макроэргической связи тиоэфирной связи сукцинил-КоА. 6) Реакция дегидрирования янтарной кислоты (сукцината) с образованием фумаровой кислоты (фумарата). Реакция катализируется сложным ферментом сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой кофермент ФАД+ ковалентно связан, а белковой частью фермента. Окисленная форма ФАД+ в результате реакции восстанавливается до ФАД∙Н2. Восстановленная форма ФАД∙Н2 поступает в дыхательную цепь, там регенерирует до окисленной формы ФАД+, что приводит к образованию двух молекул АТФ. 7) Реакция гидратации фумаровой кислоты (фумарата) до яблочной кислоты (малата). Реакция катализируется ферментом фумаразой. 8) Реакция дегидрирования яблочной кислоты до щавелеуксусной кислоты (оксалоацетата). Реакция катализируется ферментом НАД+-зависимой-малатдегидрогеназой. В результате реакции окисленная форма НАД восстанавливается до восстановленной формы НАДН∙Н+. Восстановленная форма НАДН∙Н поступает в дыхательную цепь, там окисляется до НАД+, что приводит к образованию 2 молекул АТФ. Суммарное уравнение ЦТК можно записать следующим образом: Ацетил-КоА + 3НАД+ + ФАД+ + ГДФ + H3PO4 = 2CO2 + H2O + HS-КоА + 3НАДН∙Н + ФАД∙Н2 + ГТФ Как видно из схемы суммарного уравнения ЦТК в этом процессе восстанавливаются: - три молекулы НАДН∙Н (реакции 3, 4, 8); - одна молекула ФАД∙Н2 (реакция 6). При аэробном окислении из этих молекул в электрон-транспортной цепи в процессе окислительного фосфорилирования образуется при окислении: - одной молекулы НАДН∙Н – 3 молекулы АТФ; - одной молекулы ФАД∙Н2 – 2 молекулы АТФ. - одна молекула ГТФ образуется в реакции субстратного фосфорилирования (реакция 5). Всё это составит : 9 (3х3) АТФ + 2 АТФ + 1 АТФ (ГТФ) = 12 АТФ. Следовательно, энергетический баланс окисления ацетил-КоА (2 молекулы пирувата из аэробного гликолиза) в ЦТК составляет 24 молекулы АТФ. !!! Полное окисление глюкозы: 8 молекул АТФ гликолиза + 6 молекул АТФ окислительного декарбоксилирование пирувата в цетил-КоА + 24 молекулы АТФ ЦТК = 38 молекул АТФ на молекулу глюкозы. 9.6. Биосинтез углеводов Биосинтез (анаболизм) углеводов можно условно разделить на три процесса: биосинтез глюкозы, олигосахаридов и полисахаридов. У растений огромные количества глюкозы образуются путём восстановления диоксида углерода (CO2) в процессе фотосинтеза. 9.6.1. Биосинтез глюкозы – глюконеогенез !!! В организме животных глюкоза синтезируется из простых предшественников: пирувата, лактата или любого другого компонента, который в процессе катаболизма может быть превращён в пируват или один из метаболитов ЦТК. Обратное превращение пирувата в глюкозу называется глюконеогенезом (Рис. 9.7): Рис. 9.7. Схема биосинтеза глюкозы в организме животных !!! Глюконеогенез протекает в основном по тому же пути, что и аэробный гликолиз, но в обратном направлении. !!! Однако, три реакции гликолиза (1, 3 и 10) необратимы, и в обход этих реакций в глюконеогенезе протекают другие реакции, катализируемые соответствующими ферментами. 10) Реакция - фосфорилирования пирувата – превращение пирувата в фосфоенолпируват идёт при участии двух ферментов пируваткарбоксилазы и фосфоеноилпируваткарбоксилазы. Реакция протекает в две стадии с образованием промежуточного продукта щавелевоуксусной кислоты и с потреблением энергии за счет молекул АТФ и ГТФ: Пируват +АТФ + ГТФ + → Фосфоеноилпируват + АДФ + ГДФ + H3PO4 2) Реакция – дефосфорилирования фруктозо-1,6-дифосфата – катализируется ферментом фруктозо-1,6-дифосфатазой, с образованием фркутозо-6-фосфата. 1) Реакция – дефосфорилирования фруктозо-6-фосфата – катализируется ферментом глюкозо-6-фосфотазой, с образованием глюкозы. Общую реакцию синтеза одной молекулы глюкозы можно представать следующим уравнением: Пируват +4АТФ + 4ГТФ + 2 НАДН∙Н + 4H2O → → Глюкоза + 2НАД+ + 4АДФ + 4ГДФ + 6H3PO4 Таким образом, синтез глюкозы из пирувата требует значительных затрат энергии: 4 молекулы АТФ и 2 молекулы ГТФ. 9.6.2. Биосинтез олигосахаридов и полисахаридов !!! Биосинтез олигосахаридов осуществляется путём переноса фосфорного эфира моносахарида к другим моносахаридам или их фосфорным эфирам (реакция трансгликозидирования). Реакции катализируются специфическими ферментами гликозилтрансферазами - фосфорилазами. В качестве субстратов гликозильных остатков в реакциях трансгликозидирования выступают уридиндифосфат глюкоза (УДФ-глюкоза) или другие нуклеозидфосфатсахара, например, гуанозиндифосфатглюкоза и др. Например, синтез сахарозы осуществляется путём переноса остатка глюкозы от УДФ-глюкозы к молекуле фруктоз-6-фосфата при каталитическом воздействии фермента неспецифической сахарзофосфорилазы. !!! Синтез полисахаридов также осуществляется путём реакции трансгликозидирования (переноса) гликозильных остатков в виде фосфорных эфиров моносахаридов или уридиндифосфосахаров на невосстанавливающийся конец растущего полисахарида. Реакции переноса остатков моносахаридов в процессе синтеза полисахаридов ускоряются соответствующими ферментами гликозилтрансферазами. Биосинтез гликогена – гликогенез - показан на рисунке 9.8: Рис. 9.8. Схема биосинтеза гликогена – гликогенеза - в клетках животных В начальных реакциях образуется УДФ-глюкоза (реакция 3), которая является активированной формой глюкозы, непосредственно включающейся в реакцию полимеризации (реакция 4). Реакция, приводящая к образованию гликогена, происходит при переносе остатка глюкозы, входящего в состав УДФ-глюкозы, на гликозидную «затравочную цепь» гликогена. При этом образуется α(1→4)-гликозидная связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидргксильной группой остатка глюкозы в цепи гликогена. Эта реакция катализируется ферментом гликосинтетазой. Для подготовки и включения в растущую полисахаридную цепь 1 моль глюкозы требуется энергия 1 моль АТФ и 1 моль УТФ. Ветвление полисахаридной цепи происходит при участии фермента амил-α-1,4-α-1,6-гликозил-трансферазы путем разрыва одной α-1,4-гликозидной связи и переноса олигосахаридного остатка от конца растущей цепи к ее середине с образованием в этом месте α-1,6-гликозидной связи Молекула гликогена содержит до 1 млн. остатков глюкозы, следовательно, на синтез расходуется значительное количество энергии. жүктеу/скачать 0.5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|