7. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты.

Фермент и кофермент, участвующие в этом процессе.

А) На I стадии этого процесса пируват (рис. 10.8) 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 дигидроли-поилацетилтрансферазой (Е₂).

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. При участии фермента дигидролипоилдегидрогеназы (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

Б) Фермент - Е₁ - пируватдегидрогеназа; Е₂ - ди-гидролипоилацетилтрансфсраза; Е₃ -дигидролипоилдегидрогеназа

В) кофермент - ТПФ, амид липоевой кислоты, коэнзим А, ФАД и НАД.

из которых три относительно прочно связаны с ферментами (ТПФ-E₁, ли-поамид-Е₂ и ФАД-Е₃), а два – легко диссоциируют (HS-KoA и НАД).

8. Цикл трикарбоновых кислот. Его биологическое значения. Регуляция.

А) Цикл трикарбоновых кислот — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме, промежуточный этап между гликолизом и электронтранспортной цепью.

Первая реакция катализируется ферментом цит-рат-синтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимонная кислота:

По-видимому, в данной реакции в качестве промежуточного продукта образуется связанный с ферментом цитрил-КоА. Затем последний самопроизвольно и необратимо гидролизуется с образованием цитрата и HS-KoA.

В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту (изоцитрат). Катализирует эти обратимые реакции гидратации–дегидратации фермент аконитатгидратаза (аконитаза). В результате происходит взаимоперемещение Н и ОН в молекуле цитрата:

Третья реакция, по-видимому, лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-зависимой изо-цитратдегидрогеназы.

В ходе изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременно декарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активатора необходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается в ионах Mg²⁺или Мn²⁺.

Во время четвертой реакции происходит окислительное декарбокси-лирование α-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения сукцинил-КоА. Механизм этой реакции сходен с таковым реакции окислительного декарбоксилирования пирувата до ацетил-КоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс напоминает по своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс. Как в одном, так и в другом случае в реакции принимают участие 5 коферментов: ТПФ, амид липоевой кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД⁺.

Пятая реакция катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтета-зой. В ходе этой реакции сукцинил-КоА при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту (сукцинат). Одновременно происходит образование высокоэргической фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА:

В результате шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно (ковалентно) связан кофермент ФАД. В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней ми-тохондриальной мембраной:

Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы (фумаразы). Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакции является яблочная кислота (малат). Следует отметить, что фумаратгидратаза обладает стереоспецифичностью (см. главу 4) – в ходе реакции образуется L-яблочная кислота:

Наконец, в ходе восьмой реакции цикла трикарбоновых кислот под влиянием митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление L-малата в оксалоацетат:

Б) 1) главный источник АТФ. Энергию для образования большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до СО2 и Н2О;

2) универсальный терминальный этап катаболизма веществ всех классов;

3) играет важную роль в процессах анаболизма (промежуточные продукты ЦТК): а) из цитрата ——>синтез жирных кислот; б) из a-кетоглутарата и ЩУК (щавеливо-уксусная кислота) ——> синтез аминокислот; в) из ЩУК ——> синтез углеводов; г) из Сукцинил-КоА ——> синтез гема гемоглобина.

В) Регуляция ферментов метаболического пути может осуществляться при помощи аллостерических^[en] эффекторов и ковалентных модификаций, поддерживая концентрацию промежуточных и конечных продуктов в клетке постоянной и препятствуя их чрезмерному образованию. Переход углеродных атомов от пирувата к циклу трикарбоновых кислот тонко регулируется на двух уровнях: превращение пирувата в ацетил-СоА, стартовое соединение для цикла (пируватдегидрогеназная реакция), и вход активного ацетата в цикл (цитратсинтазная реакция).

9. Связь ЦТК с процессами биологических окисления.

10. Окислительное фосфорилирование.

Хемиосмотическая теория П. Митчелла. Синтез АТФ.

А) метаболический путь, при котором энергия, образовавшаяся приокислении питательных веществ, запасается в митохондриях клеток в виде ATP

Б) Согласно этой теории, трансмемб­ранные потенциалы ионов могут служить источником энергии для синтеза АТФ, транспорта веществ и других энергозависимых про­цессов в клетке. В частности, АТФ синтезируется за счет кинети­ческой энергии протона, проходящего через АТФ-синтетазу (спе­цифический тоннельный белок, пронизывающий мембрану).

В) руппа ферментов, относящихся к классу гидролаз, синтезирующих аденозинтрифосфат (АТФ) из аденозиндифосфата (АДФ) и неорганических фосфатов. Название по номенклатуре - АТФ-фосфогидролаза, однако, так как фермент чаще всего работает в обратную сторону, т.е. синтезирует АТФ, его по смыслу называют синтазой. Энергию для синтеза АТФ-синтаза часто получает от протонов, проходящих по электрохимическому градиенту, например из просвета хлоропласта в его строму, или же из межмембранного пространства в матрикс митохондрии. Реакция синтеза такова:

АДФ + Ф_н → АТФ + H₂O

11. Энергетический эффект анаэробного и аэробного пути распада углеводов

А)

12. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы в тканях и его биологическая роль

А)альтернативный путь окисления глюкозы (наряду с гликолизом и путём Энтнера — Дудорова), включает в себя окислительный и неокислительный этапы.

Суммарное уравнение пентозофосфатного пути:

3 глюкозо-6-фосфат + 6 NADP+ → 3СО2 + 6 (NADPH + Н+) + 2 фруктозо-6-фосфат[en] + глицеральдегид-3-фосфат.

В дальнейшем глицеральдегид-3-фосфат превращается в пируват с образованием двух молекул АТФ.

Б) Пентозофосфатный путь имеется у животных, растений и микроорганизмов. У всех клеток этот пентозофосфатный путь служит для образования восстановленного NADPH, который используется как донор водорода в реакциях восстановления и гидроксилирования, а также обеспечивает клетки рибозо-5-фосфатом, который участвует в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Хотя NADPH образуется также при окислении  малата  до пирувата и углекислого газа, а также при дегидрировании изоцитрата, в большинстве случаев потребности клеток в восстановительных эквивалентах удовлетворяются именно за счёт пентозофосфатного пути^[3]. Впрочем, в некоторых случаях образование рибозо-5-фосфата является единственным назначением пентозофосфатного пути^[4].

13.Механизм регуляции содержания глюкозы в крови. Явления гипо – и гипергликемии.

Сахарный диабет. Диагностическое значение сахарных кривых.

А) Контроль метаболизма углеводов в организме человека осуществляется единой нейрогуморальной системой. Однако в ее работе можно выделить три группы механизма:

1.     Контроль с помощью нервных механизмов. Возбуждение того или иного отдела ЦНС далее передача импульса по нервным стволам, далее выделение медиаторов и далее воздействие на обмен углеводов в клетке.

2.     Контроль с помощью нейрогормональных механизмов. Возбуждение подкорковых метаболических центров, выделение гормонов гипоталамуса, выделение гормонов гипофиза, выделение гормонов периферических желез внутренней секреции и наконец воздействие гормонов на метаболизм углеводов в клетке.

3.     Контроль с помощью метаболитно-гуморальных механизмов. Например повышение концентрации глюкозы в крови приводит к повышению продукции инсулина b клетками, а далее следует активация процессов усвоения глюкозы клетками.

Б) Гипергликемия – клинический симптом, обозначающий увеличение содержания глюкозы в сыворотке крови:

Гипогликемия – патологическое состояние, характеризующееся снижением уровня глюкозы периферической крови ниже нормы (3,3 ммоль/л).

Сахарный диабет (Diabetes mellitus) – широко распространенное заболевание, которое наблюдается при абсолютном или относительном дефиците инсулина. Нехватка этого пептидного гормона отражается главным образом на обмене углеводов и липидов.

В) Диагностика сахарного диабета типа 1 зачастую основана на таких симптомах, как жажда и увеличение объема выделенной мочи, рецидивирующие инфекции, необъяснимое снижение массы тела и глюкозурия

. Сахарный диабет типа 2 зачастую протекает бессимптомно до того момента, пока сердечно-сосудистое событие не станет поводом для определения плазменной концентрации глюкозы.