Анаэробный гликолиз

В анаэробном процессе, не нуждающемся в митохондриальной дыхательной цепи, АТФ образуется за счет двух реакций субстратного фосфорилирования.

При анаэробном гликолизе в цитозоле протекают все 10 реакций, идентичных аэробному гликолизу. Лишь 11-я реакция, где происходит восстановление пирувата цитозольным НАДH, является специфической для анаэробного гликолиза Восстановление пирувата в лактат катализирует лактатдегидрогеназа (реакция обратимая, и фермент назван по обратной реакции). С помощью этой реакции обеспечивается регенерация НАД⁺ из НАДH без участия митохондриальной дыхательной цепи в ситуациях, связанных с недостаточным снабжением клеток кислородом. Роль акцептора водорода от НАДH (подобно кислороду в дыхательной цепи) выполняет пируват. Таким образом, значение реакции восстановления пирувата заключается не в образовании лактата, а в том, что данная цитозольная реакция обеспечивает регенерацию НАД⁺. К тому же лактат не является конечным продуктом метаболизма, удаляемым из организма. Это вещество выводится в кровь и утилизируется, превращаясь в печени в глюкозу, или при доступности кислорода превращается в пируват, который вступает в общий путь катаболизма, окисляясь до СО₂ и Н₂О.

Брожение (тж. сбраживание, ферментация) — «это такой метаболический процесс, при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода»^[3]. Брожение — это анаэробный (происходящий без участия кислорода) метаболический распад молекул питательных веществ, например глюкозы. Большинство типов брожения осуществляют микроорганизмы — облигатные или факультативные анаэробы. Спиртовое, молочнокислое, Маслянокислое, Лимоннокислое, Ацетоно-бутиловое брожение.

59. Гликолиз: характеристика гликолитических реакций, энергетическое значение гликолиза.

Глико́ лиз, — процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. Гликолиз состоит из цепи последовательных ферментативных реакций и сопровождающийся запасанием энергии в форме АТФ и НАДH. Гликолиз является универсальным путём катаболизма глюкозы и одним из трёх путей окисления глюкозы, встречающихся в живых клетках.Кислород не требуется для протекания гликолиза. В аэробных условиях пировиноградная кислота далее декарбоксилируется, соединяется с коферментом А и вовлекается в цикл Кребса, а в анаэробныхусловиях или при гипоксии претерпевает дальнейшие превращения в ходе брожения.

60. Глюконеогенез: характеристика обходных реакций гликолиза. Значение глюконеогенеза.

Глюк онеогене́ з

—метаболический путь, приводящий к образованию глюкозы из неуглеводных соединений. Наряду с гликогенолизом, этот путь поддерживает в крови уровень глюкозы, необходимый для работы многих тканей и органов, в первую очередь, нервной ткани и эритроцитов. Он служит важным источником глюкозы в условиях недостаточного количества гликогена. Глюконеогенез является обязательной частью цикла Кори. Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакций гликолиза. Только 3 реакции гликолиза (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, поэтому в процессе глюконеогенеза на этих 3 этапах используются другие ферменты с получением обходных путей. 1. Обходной путь пируваткиназной реакции. Превращение пирувата в фосфоенолпируват.. Первоначально пируват под влиянием пируваткарбоксилазы и при участии СО2 и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата.Затем оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорилирования под влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы превращается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции служит гуанозинтрифосфат (ГТФ): 2. Обходной путь фосфофруктокиназной реакции. Превращение фруктозо-1, 6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат. Фосфоенолпируват, образовавшийся из пирувата, в результате ряда обратимых реакций гликолиза превращается во фруктозо-1, 6-бисфосфат. Далее следует фосфофруктокиназная реакция, которая необратима. Глюконеогенез идет в обход этой эндергонической реакции. 3. Обходной путь гексокиназной реакции

Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата. В последующей обратимой стадии биосинтеза глюкозы фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат.

Глюконеогенез обеспечивает потребности организма в глюкозе Следует отметить также, что механизм глюконеогенеза используется для удаления из крови продуктов тканевого метаболизма, например лактата, образующегося в мышцах и эритроцитах, глицерола, непрерывно образующегося в жировой ткани.

61. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Пируватдегидрогеназный комплекс.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Пируватдегидрогеназный комплекс. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной и a-кетоглутаровой кислот в митохондриях.Этот вариант дыхательной цепи удлинен по сравнению с полной цепью за счет того, что первое звено катализируется не никотинамидным ферментом, а мультиферментным комплексом. Это единая надмолекулярная структура. В состав этого комплекса входят 3 фермента и 5 коферментов. Такой комплекс называется мультиферментным комплексом окислительного декарбоксилирования a-кетокислот, и он окисляет два субстрата: 1. Пировиноградную кислоту. Окисляется с помощью ферментов пируватдегидрогеназного комплекса; 2. a-кетоглутаровую кислоту (a-КГ)Окисляется с помощью ферментов a-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса.Оба комплекса ферментов работают одинаково. Они катализируют реакции окислительного декарбоксилирования соответствующей a-кетокислоты.Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) молекулярной массой 6*10⁶ дальтон, включает в себя три вида ферментов (Е₁-Е₃) и пять видов коферментов. 2 кофермента НАД и HS-КоА находятся в свободном состоянии и входят в состав комплекса только в момент реакции.

Ферменты пируватдегидрогеназного комплекса

Е₁ – пируватдегидрогеназа (пируватдекарбоксилаза)

Е₂ – дигидролипоилацетилтрансфераза (трансацетилаза)

Е₃ – дигидролипоилдегидрогеназа

Коферменты пируватдегидрогеназного комплекса

1. Тиаминдифосфат (ТДФ, ТПФ), содержащий витамин В₁, кофактор пируватдегидрогеназы

2. Липоевая кислота, кофактор трансацетилазы

3. Кофермент ФАД, содержащий витамин В₂, кофактор дегидрогеназы дигидролипоевой кислоты

4. Кофермент НАД, содержащий витамин РР

5. Кофермент НS-КоА, содержащий аденин, рибозу, два остатка фосфорной кислоты, пантотеновую кислоту (витамин В₃)

Окислительное декарбоксилирование ПВК протекает в несколько стадий, в процессе которых двухуглеродный фрагмент, образующийся из ПВК, переносится на липоевую кислоту, а затем на HS-КоА.

62. Амфиболический цикл трикарбоновых кислот. Ферменты цикла Кребса и последовательность протекания реакций. Восстановление НАД и ФАД, фосфорилирование на уровне субстрата. Эффект Пастера.

Амфиболический цикл трикарбоновых кислот. Ферменты цикла Кребса и последовательность протекания реакций. Восстановление НАД и ФАД, фосфорилирование на уровне субстрата. Эффект ПастераЦикл трикарбоновых кислот (ЦТК) или цикл лимонной кислоты или цикл Кребса – путь окислительных превращений ди- и трикарбоновых кислот, образующихся в качестве промежуточных продуктов при распаде и синтезе белков, жиров и углеводов.

Цикл трикарбоновых кислот представлен в клетках всех организмов: растений, животных и микроорганизмов.

Этот цикл является основой метаболизма и выполняет две важных функции:

- снабжения организма энергией;

- интеграции всех главных метаболических потоков, как катаболических (биорасщепление), так и анаболических (биосинтез).

Восстановленная форма НАДН∙ Н⁺, образовавшаяся в результате этой реакции, поступает в дыхательную цепь и генерирует 6 молекул АТФ (в пересчете на 1 молекулу глюкозы). Восстановленная форма НАДН∙ Н поступает в дыхательную цепь, там окисляется до НАД⁺, что приводит к образованию 2 молекул АТФ. 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.

Ферменты цикла лимонной кислоты (ЦК) локализованы в митохондриальном матриксе, где они находятся либо в свободном состоянии, либо на внутренней поверхности внутренней митохондриальной мембраны; в последнем случае облегчается перенос восстановительных эквивалентов на ферменты дыхательной цепи, локализованные во внутренней митохондриальной мембране. Эффект Пастера – это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода. Биохимический механизм эффекта Пастера заключается в конкуренции между пируватдегидрогеназой, превращающей пируват в ацетил-S-КоА, и лактатдегидрогеназой, превращающей пируват в лактат. При отсутствии кислорода внутримитохондриальные процессы дыхания не идут, цикл трикарбоновых кислот тормозится и накапливающийся ацетил-S-КоА ингибирует ПВК‑ дегидрогеназу. В этой ситуации пировиноградной кислоте не остается ничего иного как превращаться в молочную.

63. Энергетическая характеристика аэробной и анаэробной фазы углеводного обмена.

Энергетическая характеристика аэробной и анаэробной фазы углеводного обмена

Гликолиз – это ферментативный распад глюкозы в аэробных условиях до двух молекул пировиноградной кислоты (аэробный гликолиз), а в анаэробных условиях – до двух молекул молочной кислоты (анаэробный гликолиз). В анаэробных условиях гликолиз протекает в тканях без потребления кислорода и является единственным процессом, поставляющим АТФ, так как окислительное фосфорилирование в этих условиях не функционирует. Анаэробный гликолиз происходит во всех тканях, функционирующих в условиях гипоксии, прежде всего в скелетных мышцах. Гликолиз в эритроцитах даже в присутствии кислорода завершается образованием лактата, поскольку в этих клетках отсутствуют митохондрии. Первая стадия гликолиза является подготовительной и включает реакции превращения молекулы глюкозы в две молекулы фосфотриоз. Эта стадия сопровождается затратой молекул АТФ.. Вторая стадия гликолиза включает реакции превращения двух молекул глицеральдегид-3-фосфата в две молекулы лактата. На этой стадии гликолиза происходит синтез молекул АТФ.

Аэробным называется окисление биологических субстратов с выделением энергии, протекающее при использовании кислорода в качестве конечного акцептора водорода в дыхательной цепи. Аэробное дихотомическое окисление глюкозы является основным путём катаболизма глюкозы в организме человека и может происходить во всех органах и тканях. В результате этих реакций глюкоза расщепляется до СО2 и Н2О, а выделяющаяся энергия аккумулируется в АТФ

64. Пентозофосфатный путь обмена углеводов. Окислительные и неокислительные реакции пентозофосфатного пути, биологическая роль.

Пентозофосфатный путь представляет собой прямое окисление глюкозы и протекает в цитоплазме клеток. Наибольшая активность ферментов пентозофосфатного пути обнаружена в клетках печени, жировой ткани, коры надпочечников, молочной железы в период лактации, зрелых эритроцитах. Низкий уровень этого процесса выявлен в скелетных и сердечной мышцах, мозге, щитовидной железе, легких.

Пентозофосфатный путь называют также апотомическим путём, так как в его реакциях происходит укорочение углеродной цепи гексозы на один атом, который включается в молекулу СО2.

В пентозофосфатном пути можно выделить две фазы - окислительную и неокислительную.

Исходным субстратом окислительной фазы является глюкозо-6-фосфат, который непосредственно подвергается дегидрированию с участием НАДФ-зависимой дегидрогеназы. Неокислительная фаза пентозофосфатного пути начинается с реакций изомеризации. В ходе этих реакций одна часть рибулозо-5-фосфата изомеризуется в рибозо-5-фосфат, другая - в ксилулозо-5-фосфат

65. Расщепление и всасывание липидов в желудочно-кишечном тракте. Роль желчи.

Расщепление и всасывание липидов в желудочно-кишечном тракте. Роль желчи

. Переваривание липидов в желудочно-кишечном тракте - это часть метаболизма липидов, совокупность управляемых процессов, осуществляемых в системе пищеварения, которые представляют собой химическую переработку липидов, поступающих в организм с пищей, для последующего их всасывания в кровь и в лимфу.

Расщепление жиров в желудочно-кишечном тракте. Слюна не содержит расщепляющих жиры ферментов.. Величина pH желудочного сока около 1, 5, а оптимальное значение pH для желудочной липазы находится в пределах 5, 5-7, 5. Кроме того, липаза может активно гидролизовать только предварительно эмульгированные жиры, в желудке же отсутствуют условия для эмульгирования жиров. Расщепление жиров, входящих в состав пищи, происходит у человека и млекопитающих преимущественно в верхних отделах тонкого кишечника, где имеются весьма благоприятные условия для эмульгирования жиров. После того как химус попадает в двенадцатиперстную кишку, здесь прежде всего происходит нейтрализация соляной кислоты желудочного сока, попавшей в кишечник с пищей, бикарбонатами, содержащимися в панкреатическом и кишечном соках. Одновременно начинается эмульгирование жира. Наиболее мощное эмульгирующее действие на жиры, несомненно, оказывают соли желчных кислот, попадающие в двенадцатиперстную кишку с желчью в виде натриевых солей, большая часть которых конъюгирована с глицином или таурином. Желчные кислоты представляют собой основной конечный продукт обмена холестерина.

66. Транспорт жирных кислот в крови и лимфе, трансмембранный перенос.

Транспорт жирных кислот в крови и лимфе, трансмембранный перенос.

Липиды нерастворимы в воде, а, следовательно, и в крови, поэтому весь транспорт липидов в организме животных тесно связан с белками. Транспорт липидов осуществляется в комплексе с белками в виде липопротеинов.

Все липопротеины имеют сходное строение. В центре гидрофобное ядро (где и находится триацилглицерол) и гидрофильный слой на поверхности. Гидрофильный слой представлен гидрофильными участками белков (апопротеинов) и амфифильными молекулами липидов (фосфолипидами и холестеролом), гидрофобные части которых погружены в гидрофобное ядро.Экзогенные триглицеролы после всасывания в кишечнике ресинтезируются. Синтезированные в стенке кишечника триглицериды, ввиду своих размеров попадают преимущественно в лимфатическую систему, и лишь некоторое количество поступает в портальный кровоток. В лимфе и крови триглицериды связываются с белком. Таким образом, формируются мельчайшие капли – хиломикроны. Хиломикроны – самые крупные из липопротеинов крови, диаметр их более 120 нм. Однако при этом хиломикроны имеют низкую плотность (0, 92-0, 98 г/мл).

Под действием мембранного фермента эндотелиоцитов – липопротеинлипазы из ХМ и ЛПОНП извлекаются триглицериды на метаболические нужды тканей и липопротеины увеличиваются по плотности. Таким образом, формируются ЛПНП и ЛПВП. Основная функция последних, транспорт холестерола и фосфолипидов. ЛПНП и ЛПВП поглощаются путем эндоцитоза клетками печени, кишечника, жировой ткани, почек и надпочечников. Следует отметить, что ЛПНП обеспечивают транспорт холестерола к тканям, а ЛПВП – от тканей к печени.

При связывании инсулина с рецептором происходит следующее: повышается трансмембранный перенос в клетку глюкозы, аминокислот, катионов, жирных кислот; изменяется конформация комплекса инсулин - рецептор, и этот комплекс проникает внутрь клетки.

67. Пути окисления жирных кислот. β -окисление: механизм, пластическая и энергетическая роль.

Пути окисления жирных кислот. β -окисление: механизм, пластическая и энергетическая роль.

установлено, что окисление жирных кислот протекает в печени, почках, скелетных и сердечной мышцах, в жировой ткани. В мозговой ткани скоростьокисления жирных кислот весьма незначительна; основным источником энергии в мозговой ткани служит глюкоза.

β -Окисление - специфический путь катаболизма жирных кислот, при котором от карбоксильного конца жирной кислоты последовательно отделяется по 2 атома углерода в виде ацетил-КоА. Метаболический путь - β -окисление - назван так потому, что реакции окисления жирной кислоты происходят у β -углеродного атома. Реакции β -окисления и последующего окисления ацетил-КоА в ЦТК служат одним из основных источников энергии для синтеза АТФ по механизму окислительного фосфорилирования. β -Окисление жирных кислот происходит только в аэробных условиях.Перед тем, как вступить в различные реакции, жирные кислоты должны быть активированы, т.е. связаны макроэргической связью с коферментом А.Реакцию катализирует фермент ацил-КоА син-тетаза. Выделившийся в ходе реакции пирофосфат гидролизуется ферментом пирофосфатазой: Н4Р2О7 + Н2О → 2 Н3РО4.Выделение энергии при гидролизе макроэргической связи пирофосфата смещает равновесие реакции вправо и обеспечивает полноту протекания реакции активации.

68. Синтез жирных кислот. Мультиферментный комплекс синтетазы жирных кислот.