Презентація на тему:
основний катаболізм

Загальна карта метаболічних шляхів http://www.expasy.ch/cgi-bin/show_thumbnails.pl

Трофічна класифікація живих організмів Різноманіття способів живлення є характерним для прокаріотичних організмів. Натомність всі рослини - фотолітоавтотрофи, всі тварини і гриби - хемоорганогетеротрофи

Енергетичні зв’язки між анаболізмом і катаболізмом

Стадії перетворення основних поживних речовин клітини

Шляхи утилізації пірувату

Основні стадії клітинного дихання

Стадії основного катаболічного шляху тваринної клітини Гліко лиз Окислювальне декарбоксилювання пірувата Цикл лимонної кислоти (цикл трикарбонових кислот, цикл Кребса) Окислювальне фосфорилювання

Гликолиз Глико лиз (фосфотриозный путь, или шунт Эмбдена — Мейерхофа, или путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса ) — ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ. Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (пирувата), гликолиз в анаэробных условиях ведёт к образованию молочной кислоты (лактата). Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных. Осуществляется в цитоплазме.

Гликолиз Баланс гликолиза : в аэробных условиях молекула глюкозы деградирует до двух молекул пирувата. Кроме того, образуются по две молекулы АТФ и НАДН + H+ (аэробный гликолиз). В анаэробных условиях пируват претерпевает дальнейшие превращения, обеспечивая при этом регенерацию НАД+ . При этом образуются продукты брожения, такие, как лактат или этанол (анаэробный гликолиз). В этих условиях гликолиз является единственным способом получения энергии для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата.

Some important compounds of general catabolic pathways

Гликолиз

Реакции гликолиза 1.Сахара подвергаются метаболическим превращениям преимущественно в виде сложных эфиров фосфорной кислоты. Глюкоза, которую ткани получают из крови, в клетке также предварительно активируется путем фосфорилирования. В АТФ-зависимой реакции, катализируемой гексокиназой [1] глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат. 2.После изомеризации глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат [2]

Реакции гликолиза 3. последний вновь фосфорилируется с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. Фосфофруктокиназа [3], катализирующая эту стадию, является важным ключевым ферментом гликолиза . До этого момента на одну молекулу глюкозы расходуются две молекулы АТФ. 4. фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется далее альдолазой [4] на два фосфорилированных С3-фрагмента.

Реакции гликолиза 5. Эти фрагменты — глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат — превращаются один в другой триозофосфатизомеразой [5]. 6. Глицеральдегид-3-фосфат затем окисляется глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназой [6] с образованием НАДН + Н+. В этой реакции в молекулу включается неорганический фосфат («субстратное фосфорилирование») с образованием 1,3-дифосфоглицерата. Такое промежуточное соединение содержит смешанную ангидридную связь, расщепление которой является высоко экзоэргическим процессом.

Реакции гликолиза 7.На следующей стадии (катализируемой фосфоглицераткиназой [7]) гидролиз этого соединения сопряжен с образованием АТФ. 8. Следующий промежуточный продукт, гидролиз которого может быть сопряжен с синтезом АТФ, образуется в реакции изомеризации 3-фосфоглицерата, полученного в результате реакции [7], в 2-фосфоглицерат (фермент: фосфоглицератмутаза [8]) .

Реакции гликолиза 9. и последующего отщепления воды (фермент: енолаза [9]). Продукт представляет собой сложный эфир фосфорной кислоты и енольной формы пирувата и потому называется фосфоенолпируватом (PEP). 10. На последней стадии, которая катализируется пируваткиназой [10], образуются пируват и АТФ. Наряду со стадией [6] и тиокиназной реакцией в цитратном цикле это третья реакция, позволяющая клеткам синтезировать АТФ независимо от дыхательной цепи. Несмотря на образование АТФ она высоко экзоэргична и потому необратима.

Молочнокислое брожение 11. В результате одиннадцатой реакции происходит восстановление пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота. Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента НАДН, образовавшегося в шестой реакции

Спиртовое брожение Пируват вначале подвергается декарбоксилированию, в результате чего образуется ацетальдегид. Данная реакция катализируется ферментом пируватдекарбоксилазой, который требует наличия ионов Mg и кофермента ТПФ Образовавшийся ацетальдегид присоединяет к себе водород, отщепляемый от НАДН, восстанавливаясь при этом в этанол. Реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой

Гликолиз – энергетический баланс

Окислительное декарбоксилирование пирувата Пируватдегидрогеназный комплекс включает в себя 3 фермента, 3 кофактора (простетическая группа, связанная с апоферментом прочно ковалентно), 2 кофермента (простетическая группа, связанная с апоферментом непрочно нековалентно): Е1 — пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая. Кофактором является активная формавитамина В1 — тиаминпирофосфат. Е2 — дигидролипоилацетилтрансфераза. Кофактором является витаминоподобное вещество — липоевая кислота, которая присоединив 2 атома водорода может превращаться в дигидролипоил. Коферментом является активная формапантотеновой кислоты — НS-КоА, она принимает ацетильный остаток от липоевой кислоты. Е3 — дигидролипоилдегидрогеназа . Кофактором является флавинадениндинуклеотид (ФАД) — активная форма витамина В2. Коферментом является активная форма витамина PP — никотинамидадениндинуклеотид (НАД+).

Окислительное декарбоксилирование пирувата

Acetyl coenzyme A

Окислительное декарбоксилирование пирувата Enzyme Abbrev. Cofactor(s) # subunits prokaryotes # subunits eukaryotes pyruvate dehydrogenase (EC 1.2.4.1) E1 TPP  (thiamine pyrophosphate) 24 30 dihydrolipoyl transacetylase (EC 2.3.1.12) E2 lipoate coenzyme A 24 60 dihydrolipoyl dehydrogenase (EC 1.8.1.4) E3 FAD NAD+ 12 12

Окислительное декарбоксилирование пирувата

Реакции окислительного декарбоксилирования пирувата Пируватдегидрогеназа (Е1) катализирует декарбоксилирование пирувата, перенос образованного гидроксиэтильного остатка на тиаминдифосфат (TPP, 1а), а также окисление гидроксиэтильной группы с образованием ацетильного остатка. Этот остаток и полученные восстановительные эквиваленты переносятся на липоамид . Следующий фермент, дигидролипоамидацетилтрансфераза (Е2) переносит ацетильный остаток с липоамида на кофермент А (2), при этом липоамид восстанавливается до дигидролипоамида. Последний снова окисляется до липоамида третьим ферментом, дигидролипоамиддегидрогеназой (Е3) с образованием НАДН + Н+ (NADH + Н+) (3). Электроны переносятся на растворимый НАД+ через ФАД и каталитически активный дисульфидный мостик субъединицы Е3.

Цикл трикарбоновых кислот Ацетил-КоА под действием цитратсинтазы передаёт ацетильную группу оксалоацетату с образованием лимонной кислоты, которая поcтупает в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). В ходе одного оборота цикла лимонная кислота несколько раз дегидрируется и дважды декарбоксилируется с регенерацией оксалоацетата и образованием одной молекулы ГТФ (способом субстратного фосфорилирования), трёх НАДН и ФАДН2. Суммарное уравнение реакций: Ацетил-КоА + 3НАД+ + ФАД + ГДФ + Фн + 2H2O + КоА-SH = 2КоА-SH + 3НАДH + 3H+ + ФАДН2 + ГТФ + 2CO2 У эукариот ферменты цикла находятся в свободном состоянии в матриксе митохондрий, только сукцинатдегидрогеназавстроена во внутреннюю митохондриальную мембрану. .

Цикл трикарбоновых кислот

Реакции цикла трикарбоновых кислот 1.Сначала ацетильная группа в реакции, катализируемой цитрат-синтазой [1], конденсируется с молекулой оксалоацетата с образованием цитрата (цикл получил свое название по продукту этой реакции). 2.На следующей стадии [2] цитрат изомеризуется в изоцитрат с переносом гидроксильной группы внутри молекулы. При этом промежуточный продукт реакции, ненасыщенный аконитат, остается во время реакции связанным с ферментом. Поэтому фермент, катализирующий реакцию, называют аконитат-гидратазой [2] («аконитазой»).

Реакции цикла трикарбоновых кислот 3.На следующей стадии изоцитратдегидрогеназа (3) окисляет гидроксигруппу изоцитрата в оксогруппу с одновременным отщеплением одной из карбоксильных групп в виде CO2 и образованием 2-оксоглутарата. 4.Последующее образование сукцинил-КоА [4], включающее реакции окисления и декарбоксилирования, катализируется мультиферментным комплексом, 2-оксоглутаратдегидрогеназой

Реакции цикла трикарбоновых кислот 5. Расщепление тиолсложноэфирной связи сукцинил-КоА с образованием сукцината и кофермента А, катализируемое сукцинат-КоА-лигазой («тиокиназой» (5)], — высокоэкзоэргическая реакция, энергия которой используется для синтеза фосфоангидридной связи («субстратного фосфорилирования»). В цитратном цикле синтезируется не АТФ, как в большинстве таких реакций, а гуанозинтрифосфат [ГТФ (GTP)], который легко превращается в АТФ нуклеозиддифосфаткиназой.

Реакции цикла трикарбоновых кислот 6. В приведенных реакциях ацетильный остаток полностью окисляется до CO2. Однако одновременно молекула переносчика оксалоацетата восстанавливается в сукцинат. В трех последующих реакциях цикла сукцинат снова превращается в оксалоацетат. Вначале сукцинатдегидрогеназа [6] окисляет сукцинат в фумарат. В отличие от других ферментов цикла сукцинатдегидрогеназа является интегральным белком внутренней митохондриальной мембраны. Поэтому ее относят также к комплексу II дыхательной цепи. Сукцинатдегидрогеназа содержит ФАД (FAD) в качестве простетической группы, однако фактическим акцептором электронов является убихинон.

Реакции цикла трикарбоновых кислот Затем к двойной связи фумарата с помощью фумарат-гидратазы («фумаразы», [7]) присоединяется вода и образуется хиральный (2S)-малат. На последней стадии цикла малат окисляется малатдегидрогеназой (8) в оксалоацетат с образованием НАДН + Н+. Эта реакция замыкает цитратный цикл.

Окислительное фосфорилирование Основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи. Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН2, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т. д.. Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (у прокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал. Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей. Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2.5 молекулы АТФ, ФАДН2 — 1.5 молекулы. Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.

Окислительное фосфорилирование

Окислительное фосфорилирование

Общее уравнение дыхания, баланс АТФ Стадия Выход кофермента Выход АТФ (ГТФ) Способ получения АТФ Первая фаза гликолиза −2 Фосфорилирование глюкозы и фруктозо-6-фосфата с использованием 2 АТФ из цитоплазмы. Вторая фаза гликолиза 4 Субстратное фосфорилирование 2 НАДН 5 Окислительное фосфорилирование. Декарбоксилирова-ниепирувата 2 НАДН 5 Окислительное фосфорилирование Цикл Кребса 2 Субстратное фосфорилирование 6 НАДН 15 Окислительное фосфорилирование 2 ФАДН2 3 Окислительное фосфорилирование Общий выход 30 (32)АТФ При полном окислении глюкозы до углекислого газа и окислении всех образующихся коферментов.