Метаболизм углеводов

Июль 24, 2022

Главная
Химия
Метаболизм углеводов

Содержание

2. Спиртовое брожение осуществляется так называемыми дрожжеподобными организмами, а также некоторыми плесневыми грибками. Суммарную реакцию спиртового брожения
3. Механизм реакции спиртового брожения чрезвычайно близок к гликолизу. Расхождение начинается лишь после этапа образования пирувата. При
4. Гликолиз: пируват Молочная кислота (лактат) лактатдегидрогеназа НАДН + Н+ НАД+ Спиртовое брожение:
5. Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и СО 2, а не молочная кислота, как
6. Цикл трикарбоновых кислот = цикл Кребса = цикл лимонной кислоты = цитратный цикл Цикл трикарбоновых кислот
7. цикл Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в
8. Образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата в митохондриях ацетил-КоА вступает в цикл Кребса. Данный цикл происходит
9. Начинается цикл с присоединения ацетил-КоА к оксалоацетату и образования лимонной кислоты (цитрата). Затем лимонная кислота (шестиуглеродное
10. Первая реакция катализируется ферментом цитрат-синтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего
11. В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу
12. Третья реакция лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-зависимой изоцитратдегидрогеназы
13. Четвертая реакция – окислительное декарбоксили-рование α-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения сукцинил-КоА.
14. Пятая реакция – сукцинил-КоА при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту (сукцинат). Одновременно
15. Шестая реакция – сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с
16. Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фумаратгидратазы (фумаразы). Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакции
17. Восьмая реакция – под влиянием митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление L-малата в оксалоацетат:
18. За один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций, происходит полное окисление («сгорание») одной молекулы ацетил-КоА.
19. при окислении одной молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и системе окислительного фосфорилиро-вания может образоваться 12 молекул
22. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса).
26. Общий путь катаболизма (ОПК) выполняет как энергетическую, так и анаболическую функцию (рис. 7.9). Анаболическая функция ОПК
27. Так пируват, α-кетоглутарат и оксалоацетат являются кетокислотами, которые путем трансаминирования могут превращаться в аланин, глутаминовую и
28. Выведение хотя бы одного метаболита цикла нарушает его работу, так как уменьшает регенерацию оксалоацетата. Для компенсации
29. Пентозофосфатный путь
40. Глюконеогенез Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов (это молочная и пировиноградная кислоты, так называемые гликогенные
41. Образование фосфоенолпирувата из пирувата. Синтез фосфоенолпирувата осуществляется в несколько этапов Первоначально пируват под влиянием пируваткарбоксилазы и
42. Затем оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорилирования под влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы превращается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного
43. Первый этап синтеза протекает в митохондриях.
44. Реакция протекает при участии митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы. В митохондриях отношение НАДН/НАД+ относительно велико, в связи с
45. В цитозоле отношение НАДН/НАД + очень мало, и малат вновь окисляется при участии цитоплазматической НАД-зависимой малатдегидрогеназы:
46. Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат. Фосфоенолпируват, образовавшийся из пирувата, в результате ряда обратимых реакций гликолиза превращается во
47. + Н2О Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется специфической фосфатазой: Фруктозобисфосфатаза фруктозо- 6-фосфат фруктозо- 1,6-бисфосфат + Pi.
48. Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата В последующей обратимой стадии биосинтеза глюкозы фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат. Последний может
49. Образование фосфоенолпирувата из пирувата. 1 - пируваткарбоксилаза; 2 - малатдегидрогеназа (митохондриальная); 3 - малатдегидрогеназа (цитоплазматическая); 4-
50. Клетки, недостаточно снабжаемые кислородом, могут частично или полностью существовать за счет энергии гликолиза. Большинство животных и
51. В этих условиях пируват, образовавшийся при расщеплении глюкозы, не восстанавливается до лактата, а постепенно окисляется до
52. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит при участии ряда ферментов и коферментов, объединенных
53. На I стадии этого процесса пируват теряет свою карбоксильную группу в результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (ТПФ)
54. Этот фермент катализирует III стадию – перенос ацетильной группы на коэнзим КоА (HS-KoA) с образованием конечного
55. При участии фермента дигидролипоил- дегидрогеназы (Е3) осуществляется перенос атомов водорода от восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на
56. Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий. В нем в составе сложного мультиферментного комплекса принимают
57. 5 коферментов: ТПФ; амид липоевой кислоты; коэнзим А; ФАД; НАД.
58. Суммарную реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназным комплексом, можно представить следующим образом: Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА подвергается
60. Скачать презентацию

Слайд 2

Спиртовое брожение осуществляется так называемыми дрожжеподобными организмами, а также некоторыми плесневыми

грибками.
Суммарную реакцию спиртового брожения можно изобразить следующим образом:

Спиртовое брожение

С6Н12O6 –> 2C2H5OH + 2СO2

глюкоза

этанол

Слайд 3

Механизм реакции спиртового брожения чрезвычайно близок к гликолизу. Расхождение начинается лишь

после этапа образования пирувата.
При гликолизе пируват при участии фермента ЛДГ и кофермента НАДН восстанавливается в лактат.
При спиртовом брожении этот конечный этап заменен двумя другими ферментативными реакциями – пируватдекарбоксилазной и алкогольдегидрогеназной.

Слайд 4

Гликолиз:
пируват
Молочная кислота
(лактат)
лактатдегидрогеназа
НАДН + Н+
НАД+
Спиртовое брожение:

Слайд 5

Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и СО 2, а

не молочная кислота, как при гликолизе.

Существуют и другие виды брожения, конечными продуктами которых могут являться пропионовая, масляная и янтарная кислоты, а также другие соединения.

Слайд 6

Цикл трикарбоновых кислот
= цикл Кребса
= цикл лимонной кислоты
= цитратный

цикл

Цикл трикарбоновых кислот впервые был открыт английским биохимиком Г. Кребсом
За это выдающееся открытие Г. Кребс получил Нобелевскую премию в 1953 г. (совместно с Ф.Липманом).
Цикл трикарбоновых кислот часто называют его именем – цикл Кребса

Слайд 7

цикл Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА),

в которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот.

Слайд 8

Образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата в митохондриях ацетил-КоА вступает в

цикл Кребса.
Данный цикл происходит в матриксе митохондрий и состоит из восьми последовательных реакций

Слайд 9

Начинается цикл с присоединения ацетил-КоА к оксалоацетату и образования лимонной кислоты (цитрата).

Затем лимонная кислота (шестиуглеродное соединение) путем ряда дегидрирований (отнятие водорода) и двух декарбоксилирований (отщепление СО2) теряет два углеродных атома и снова в цикле Кребса превращается в оксалоацетат (четырехуглеродное соединение), т.е. в результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО2 и Н2.

Слайд 10

Первая реакция катализируется ферментом цитрат-синтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется

с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимонная кислота:

Слайд 11

В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием

цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту (изоцитрат).
Фермент – аконитатгидратаза (аконитаза).

Слайд 12

Третья реакция лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-зависимой

изоцитратдегидрогеназы

Слайд 13

Четвертая реакция – окислительное декарбоксили-рование α-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения

сукцинил-КоА.

Слайд 14

Пятая реакция – сукцинил-КоА при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается

в янтарную кислоту (сукцинат).
Одновременно происходит образование высокоэрги-ческой фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА:

Слайд 15

Шестая реакция – сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется

сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно связан кофермент ФАД.

Слайд 16

Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фумаратгидратазы (фумаразы).
Образовавшаяся при этом фумаровая

кислота гидратируется, продуктом реакции является яблочная кислота (малат).

Слайд 17

Восьмая реакция – под влиянием митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление L-малата

в оксалоацетат:

Слайд 18

За один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций, происходит полное

окисление («сгорание») одной молекулы ацетил-КоА.
Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-КоА, а коферменты (НАД+ и ФАД), перешедшие в восстановленное состояние, должны снова и снова окисляться.
Это окисление осуществляется в системе переносчиков электронов в дыхательной цепи (в цепи дыхательных ферментов), локализованной в мембране митохондрий

Слайд 19

при окислении одной молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и системе окислительного

фосфорилиро-вания может образоваться 12 молекул АТФ

при расщеплении в тканях одной молекулы глюкозы по уравнению
С6Н12О6 + 6О2—>6СО2 + 6Н2О
синтезируется 38 молекул АТФ.
Несомненно, что в энергетическом отношении полное расщепление глюкозы является более эффективным процессом, чем анаэробный гликолиз.

Слайд 20

Слайд 21

Слайд 22

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса).

Слайд 23

Слайд 24

Слайд 25

Слайд 26

Общий путь катаболизма (ОПК) выполняет как энергетическую, так и анаболическую функцию (рис.

7.9).
Анаболическая функция ОПК проявляется в том, что ряд промежуточных продуктов используется для синтеза необходимых организму веществ.

Слайд 27

Так пируват, α-кетоглутарат и оксалоацетат являются кетокислотами, которые путем трансаминирования могут

превращаться в аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты соответственно.
Сукцинил-КоА используется для синтеза гема, а пируват и оксалоацетат могут включаться в процесс синтеза глюкозы.

Слайд 28

Выведение хотя бы одного метаболита цикла нарушает его работу, так как

уменьшает регенерацию оксалоацетата.
Для компенсации убыли метаболитов цикла в митохондриях происходит реакция карбоксилирования пирувата с образованием оксалоацетата.

Пируват включается в цитратный цикл двумя путями: окислительным декарбоксилированием с образованием ацетил-КоА и карбоксилированием с образованием оксалоацетата.
Последнюю реакцию катализирует пируваткарбоксилаза

Слайд 29

Пентозофосфатный путь

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

Слайд 33

Слайд 34

Слайд 35

Слайд 36

Слайд 37

Слайд 38

Слайд 39

Слайд 40

Глюконеогенез
Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов (это молочная и пировиноградная

кислоты, так называемые гликогенные аминокислоты, глицерол и ряд других соединений).
Предшественники глюкозы в глюконеогенезе: пируват или любое соединение, превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот.
У позвоночных наиболее интенсивно глюконеогенез протекает в клетках печени и почек (в корковом веществе).

Слайд 41

Образование фосфоенолпирувата из пирувата.
Синтез фосфоенолпирувата осуществляется в несколько этапов
Первоначально пируват

под влиянием пируваткарбоксилазы и при участии СО2 и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата:

Слайд 42

Затем оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорилирования под влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы

превращается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции служит гуанозинтрифосфат (ГТФ):

Слайд 43

Первый этап синтеза протекает в митохондриях.

Слайд 44

Реакция протекает при участии митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы.
В митохондриях отношение НАДН/НАД+

относительно велико, в связи с чем внутримитохондриальный оксалоацетат легко восстанавливается в малат, который легко выходит из митохондрии через митохондриальную мембрану.

Слайд 45

В цитозоле отношение НАДН/НАД + очень мало, и малат вновь окисляется при

участии цитоплазматической НАД-зависимой малатдегидрогеназы:

Дальнейшее превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват происходит в цитозоле клетки.

Слайд 46

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.

Слайд 47

+ Н2О
Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется специфической фосфатазой:
Фруктозобисфосфатаза
фруктозо-
6-фосфат
фруктозо-
1,6-бисфосфат
+ Pi.

Слайд 48

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

в глюкозо-6-фосфат.
Последний может дефосфорилироваться (т.е. реакция идет в обход гексокиназной реакции) под влиянием фермента глюкозо-6-фосфатазы:

глюкозо-6-фосфатаза

Слайд 49

Образование фосфоенолпирувата из пирувата. 1 - пируваткарбоксилаза; 2 - малатдегидрогеназа (митохондриальная); 3

- малатдегидрогеназа (цитоплазматическая); 4- фосфоенолпируват-карбоксикина

Слайд 50

Клетки, недостаточно снабжаемые кислородом, могут частично или полностью существовать за счет

энергии гликолиза.
Большинство животных и растительных клеток в норме находится в аэробных условиях и свое органическое «топливо» окисляет полностью до СО2 и Н2О.

Аэробный метаболизм пирувата

Слайд 51

В этих условиях пируват, образовавшийся при расщеплении глюкозы, не восстанавливается до

лактата, а постепенно окисляется до СО2 и Н2О в аэробной стадии катаболизма, при этом первоначально происходит окислительное декарбоксилирование пирувата с образованием ацетил-КоА.

Слайд 52

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит при участии ряда

ферментов и коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, получившую название «пируватдегидрогеназный комплекс».

Слайд 53

На I стадии этого процесса пируват теряет свою карбоксильную группу в

результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (ТПФ) в составе активного центра фермента пируватдегидрогеназы (E1).

На II стадии оксиэтильная группа комплекса E1–ТПФ–СНОН–СН3 окисляется с образованием ацетильной группы, которая одновременно переносится на амид липоевой кислоты (кофермент), связанной с ферментом дигидролипоилацетил-трансферазой (Е2).

Слайд 54

Этот фермент катализирует III стадию – перенос ацетильной группы на коэнзим

КоА (HS-KoA) с образованием конечного продукта ацетил-КоА, который является высокоэнергетическим (макроэргическим) соединением.

На IV стадии регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного комплекса дигидролипоамид – Е2.

Слайд 55

При участии фермента дигидролипоил- дегидрогеназы (Е3) осуществляется перенос атомов водорода от

восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на ФАД, который выполняет роль простетической группы данного фермента и прочно с ним связан.

На V стадии восстановленный ФАДН2 дигидро-липоилдегидрогеназы передает водород на кофермент НАД с образованием НАДН + Н+.

Слайд 56

Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий.
В нем в

составе сложного мультиферментного комплекса принимают участие:
3 фермента
пируватдегидрогеназа;
дигидролипоилацетилтрансфераза;
дигидролипоилдегидрогеназа.

Слайд 57

5 коферментов:
ТПФ;
амид липоевой кислоты;
коэнзим А;
ФАД;
НАД.

Слайд 58

Суммарную реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназным комплексом, можно представить следующим образом:
Образовавшийся в процессе

окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА подвергается дальнейшему окислению с образованием СО2 и Н2О.
Полное окисление ацетил-КоА происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса).