19-24


19.Окислительно фосфорелирование АДФ
Эти этапы способны обеспечить энергией синтез АТФ, так как количество выделяющейся свободной энергии приблизительно равно энергии, необходимой для синтеза АТФ из АДФ и фосфата. Экспериментально было подтверждено, что процесс переноса электронов по ЦПЭ и синтез АТФ энергетически сопряжены.
Первый процесс - перенос электронов от восстановленных коферментов NADH и FADH2 через ЦПЭ на кислород - экзергонический. Например:
NADH + Н+ +1/2 O2 → NAD+ + H2O + 52 ккал/моль(≈220 кДж/моль). (1)
Второй процесс - фосфорилирование АДФ, или синтез АТФ, - эндергонический:
АДФ + Н3РО4+7,3 ккал/моль (30,5 кДж/моль) = АТФ + Н2О. (2)
Синтез АТФ из АДФ и Н3РО4 за счёт энергии переноса электронов по ЦПЭ называют окислительным фосфорилированием.
Дыхательный контроль
Окисление субстратов и фосфорилирование АДФ в митохондриях прочно сопряжены. Скорость использования АТФ регулирует скорость потока электронов в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его концентрация в клетках возрастает, то прекращается и поток электронов к кислороду. С другой стороны, расход АТФ и превращение его в АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода. Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем. Механизм дыхательного контроля характеризуется высокой точностью и имеет важное значение, так как в результате его действия скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии. Запасов АТФ в клетке не существует. Относительные концентрации АТФ/АДФ в тканях изменяются в узких пределах, в то время как потребление энергии клеткой, т.е. частота оборотов цикла АТФ и АДФ, может меняться в десятки раз.
Общее содержание АТФ в организме 30-50 г, но каждая молекула АТФ в клетке "живёт" меньше минуты. В сутки у человека синтезируется 40-60 кг АТФ и столько же распадается. Увеличение концентрации АДФ немедленно приводит к ускорению дыхания и фосфорилирования.
Некоторые липофильные вещества (2,4-динитрофенол, некоторые лекарства, жирные кислоты) могут переносить ионы водорода через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс, минуя канал АТФ-синтазы. В результате этого снижается протонный градиент и прекращается синтез АТФ. Это явление называется разобщением, а вещества - разобщителямидыхания и фосфорилирования2,4-Динитрофенол протонируется в межмембранном пространстве, где концентрация протонов выше, и диффундирует через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс. В матриксе, где концентрация протонов ниже, 2,4-динитрофенол теряет протон, переходит в ионизированную форму и может возвращаться в межмембранное пространство.
1. Ингибиторы, блокирующие дыхательную цепь: барбитураты, ротенон - ингибиторы NADH-дегидрогеназы; антимицин А- ингибитор QH2-дегидрогеназы; СО, H2S, цианид - ингибируют цитохромоксидазу.
2. Антибиотик олигомицин не влияет непосредственно на перенос электронов, но ингибирует процесс фосфорилирования на уровне АТФ-синтазы.
20. Гипоэнергетические состояния
ГИПОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ
Живая клетка нуждает ся в АТФ непрерывно, поскольку разнообразные процессы,
связанные с использованием АТФ, в клетке никогда не прекращаются. Например,
для обновления белков расходуется около 15 % всей энергии основного обмена
(т. е. обмена в состоянии покоя), на поддержание трансмембранного градиента
концентраций ионов натрия и калия — около 30
%.
При переходе к мышечнойактивности потребность в АТФ многократно увеличивается.
Запасов АТФ в клетке практически не создается. Например, в сердечной мыш
це АТФ истощается за несколько секунд, если блокирован его синтез. Следователь
но, клетка непрерывно должна получать пищевые вещества (доноры водорода) и
кислород для поддержания синтеза АТФ. При голодании в качестве источников
энергии используются собственные вещества тканей. Энергетический обмен вэтих условиях снижен: через две недели голодания потребление кислорода умень
шается на 40
%
(алиментарная форма гипоэнергетического состояния). Резервов
пищевых веществ в организме хватает на несколько недель полного голодания,
запасов же кислорода нет, поэтому при лишении кислорода уже через 2-3 мин
наступает смерть. Гипоксия — наиболее частая причина гипоэнергетических состояний (табл. 8.5), а гипоксия мозга — наиболее частая непосредственная (последняя) причина смерти. Поэтому среди реанимационных процедур ведущее ме
сто занимают меры, направленные на восстановление снабжения органов кис
лородом.
Таблица 8.5.
Гипоэнергетические состояния
I. Алиментарные
II. Гипоксические:
А. Связанные с нарушением поступления
кислорода в кровь:
экзогенная гипоксия
легочная (дыхательная) гипоксия
Б. Связанные с нарушением транспорта
кислорода в ткани:
гемодинамическая гипоксия
гемоглобиновая гипоксия
III. Митохондриальные (т. е. связанные снарушением использования кислорода вклетках)
Голодание, гиповитаминозы
Недостаток O2 во вдыхаемом воздухе
Нарушение легочной вентиляции или перехода
O2 из альвеол в кровь
Нарушения кровообращения
(генерализованные — пороки сердца,кровопотеря, шок и др.; локальные — спазм
сосудов, тромбоз, артериовенозный шунт)
Гипогемоглобинемия, блокирование
гемоглобина ядами, патологические варианты
гемоглобина
Нарушение функций митохондрий
ингибиторами ферментов дыхательной цепи,
разобщителями окисления и
фосфорилирования, мембранотр
21.
Специфический и общий путь катаболизма
На первой стадии крупные биомолекулы расщепляются на составляющие их строительные блоки: полисахариды превращаются в пентозы и гексозы, жиры – в жирные кислоты, глицерол и другие компоненты, белки – в аминокислоты. Это происходит в желудочно-кишечном тракте, а также в лизосомах клетки. Реакции катализируют ферменты, относящиеся к классу гидролаз. Относительная энергоотдача составляет менее 1% всей высвобождаемой энергии.
На второй стадии строительные блоки превращаются в более простые молекулы. Моносахариды, глицерол и большинство аминокислот расщепляются до одного и того же трёхуглеродного метаболита – пирувата. Это происходит в цитоплазме клеток. В дальнейшем пируват, а также жирные кислоты и некоторые аминокислоты окисляются до ацетильного остатка, связанного с коэнзимом А (ацетил-КоА). Эти реакции протекают уже в митохондриях клетки. Пируват и ацетил-КоА, находящиеся на пересечении нескольких метаболических путей, можно отнести кключевым или узловым метаболитам. Относительная энергоотдача второй стадии катаболизма около 20%; выделяемая энергия может быть частично аккумулирована в виде АТФ.
На третьей стадии происходит окисление ацетильной группы в цикле трикарбоновых кислот Кребса до СО2 и восстановленных форм коферментов НАД и ФАД. Эти коферменты окисляются в дыхательной цепи до Н2О; выделяемая энергия аккумулируется в АТФ. Все эти реакции протекают в митохондриях. Относительная энергоотдача третьей стадии - около 80%.
13.2.3. Различают общий и специфические пути катаболизма. К специфическим путям катаболизма веществ того или иного класса относят главным образом реакции первой и второй стадии катаболизма, которые для каждого класса могут существенно различаться. Третья стадия, одинаковая для всех классов питательных веществ, называется общим путём катаболизма.
окисление пирувата до  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%86%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BB-%D0%9A%D0%BE%D0%90" \o "Ацетил-КоА" ацетил-КоА;
окисление  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%86%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BB-%D0%9A%D0%BE%D0%90" \o "Ацетил-КоА" ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот;
выделение и аккумулирование энергии при дегидрировании метаболитов общего пути катаболизма в  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B8%D1%8F" \o "Митохондрия" митохондриальных цепях переноса электронов[1].
Именно в общем пути катаболизма образуется основная масса субстратов для реакций дегидрирования. Совместно с дыхательной цепью и окислительным фосфорилированиемобщий путь катаболизма является основным источником энергии в форме АТФ[2].
22. Окислительное декарбоксилирование пируватаНа I стадии этого процесса  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0" \o "Пировиноградная кислота" пируват теряет свою карбоксильную группу в результате взаимодействия с  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BD_(%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE)" \o "Тиамин (лекарственное средство)" тиаминпирофосфатом (ТПФ) в составе активного центра ферментапируватдегидрогеназы (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 дигидролипоилацетилтрансферазой (Е2). Этот фермент катализирует III стадию – перенос ацетильной группы на коэнзим КоА (HS-KoA) с образованием конечного продукта  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%86%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BB-%D0%9A%D0%BE%D0%90" \o "Ацетил-КоА" ацетил-КоА, который является высокоэнергетическим (макроэргическим) соединением[3].
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 дигидролипоилдегидрогеназы передает водород на кофермент НАД с образованием НАДН + Н+[3].
Процесс окислительного  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B1%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5" \o "Декарбоксилирование" декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий. В нем принимают участие (в составе сложного  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%B4%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%B7%D0%B0" \o "Поликетидсинтаза" мультиферментного комплекса) 3 фермента (пируватдегидрогеназа, дигидролипоилацетилтрансфераза, дигидролипоилдегидрогеназа) и 5 коферментов (ТПФ, амид липоевой кислоты,  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82_A" \o "Кофермент A" коэнзим А, ФАД и НАД), из которых три относительно прочно связаны с ферментами (ТПФ-E1, липоамид-Е2 и ФАД-Е3), а два – легко диссоциируют (HS-KoA и НАД)[3].Все эти ферменты, имеющие субъединичное строение, и коферменты организованы в единый комплекс. Поэтому промежуточные продукты способны быстро взаимодействовать друг с другом. Показано, что составляющие комплекс полипептидные цепи субъединиц дигидролипоил-ацетилтрансферазы составляют как бы ядро комплекса, вокруг которого расположены пируватдегидрогеназа и дигидролипоилдегидрогеназа. Принято считать, что нативный ферментный комплекс образуется путем самосборки.
Суммарную реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназным комплексом, можно представить следующим образом:
Пируват + НАД+ + HS-KoA =  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%86%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BB-%D0%9A%D0%BE%D0%90" \o "Ацетил-КоА" Ацетил-КоА + НАДН + Н+ + СO2.
Реакция сопровождается значительным уменьшением стандартной свободной энергии и практически необратима.
Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%86%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BB-%D0%9A%D0%BE%D0%90" \o "Ацетил-КоА" ацетил-КоА подвергается дальнейшему окислению с образованием СО2 и Н2О. Полное окисление ацетил-КоА происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Этот процесс, так же как окислительное декарбоксилирование пирувата, происходит в митохондриях клеток[3].
 
23.Цитратный цикл
Цикл Кребса регулируется «по механизму отрицательной обратной связи», при наличии большого количества субстратов (ацетил-КоА, оксалоацетат), цикл активно работает, а при избытке продуктов реакции (NADH, ATP) тормозится (принцип Гульдберга—Вааге). Регуляция осуществляется и при помощи гормонов, основным источником ацетил-КоА являетсяглюкоза, поэтому гормоны, способствующие аэробному распаду глюкозы, способствуют работе цикла Кребса. Такими гормонами являются: инсулин и адреналин.  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D1%8E%D0%BA%D0%B0%D0%B3%D0%BE%D0%BD" \o "Глюкагон" Глюкагонстимулирует синтез глюкозы и ингибирует реакции цикла Кребса.
Как правило работа цикла Кребса не прерывается за счёт анаплеротических реакций, которые пополняют цикл субстратами:  HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B8%D1%80%D1%83%D0%B2%D0%B0%D1%82" \o "Пируват" Пируват + СО2 + АТФ = Оксалоацетат (субстрат Цикла Кребса) + АДФ + Фн.
РОЛЬ Интегративная функция — цикл является связующим звеном между реакциями анаболизма и катаболизма.
Катаболическая функция  — превращение различных веществ в субстраты цикла:
Жирные кислоты, пируват,Лей,Фен — Ацетил-КоА.
Арг, Гис, Глу — α-кетоглутарат.
Фен, тир — фумарат.
Анаболическая функция  — использование субстратов цикла на синтез органических веществ:
Оксалацетат — глюкоза, Асп, Асн.
Сукцинил-КоА — синтез гема.
СО2 — реакции карбоксилирования.
Водорододонорная функция  — цикл Кребса поставляет на дыхательную цепь митохондрий протоны в виде трех НАДН.Н+ и одного ФАДН2.
Энергетическая функция  — 3 НАДН.Н+ дает 7.5 моль АТФ, 1 ФАДН2 дает 1.5 моль АТФ на дыхательной цепи. Кроме того в цикле путем субстратного фосфорилирования синтезируется 1 ГТФ, а затем из него синтезируется АТФ посредством трансфосфорилирования: ГТФ + АДФ = АТФ + ГДФ.

24. Основные углеводы пищи
1. Основным источником углеводов организма являются углеводы пищи, к которым относится крахмал. Кроме того, в пище содержатся глюкоза, фруктоза, сахароза и лактоза.
Крахмал представляет собой разветвленный полисахарид, мономером которого является глюкоза. Мономеры линейных участков соединены α1.4-гликозидными связями, а в местах разветвления α1,6-связью. Цепи между участками ветвления содержат примерно 24 мономера. Крахмал поступает в организм в составе растительной пищи.
Лактоза содержится в молоке и является основным углеводом в питании грудных детей. Лактоза состоит из остатков D-галактазы и D-глюкозы, связанных β1,4-гликозидной связью.
Сахароза - дисахарид растений, особенно ее много в сахарной свекле и сахарном тростнике. В сахарозе остатки D-глюкозы и D-фруктозы соединены α,β1,2-гликозидной связью.
Мальтоза поступает с продуктами, в которых крахмал частично гидролизован (солод, пиво). Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединенных α1,4-гликозидной связью. Глюкоза и фруктоза являются моносахаридами и содержатся в меде и фруктах.
Норма углеводов в питании составляет 400-500 г в сутки. Углеводы обеспечивают более 50% калорий, необходимых человеку в сутки.
Пищевые углеводы - полимеры и димеры - подвергаются перевариванию в пищеварительном тракте под действием ферментов, которые гидролизуют гликозидные связи и образуют мономеры, способные всасываться, поступать в кровь, а затем в ткани (рис. 6.1).
2. Переваривание углеводов. Амилаза слюны расщепляет α1,4-гликозидные связи в крахмале. В ротовой полости происходит лишь частичное переваривание крахмала, так как действие фермента на крахмал кратковременно. Основными продуктами переваривания крахмала в ротовой области являются декстрины.
Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих пищевые углеводы. Амилаза слюны инактивируется в желудке, так как оптимальное.
Ферменты тонкого кишечника, гидролизующие дисахариды, образуют фементативные комплексы, локализованные на поверхности энтероцитов: сахаразо-изомальтазный (включает сахаразу, мальтазу и изомальтазу), гликоамилазный (включает ферменты, расщепляющие олигосахариды и мальтозу), β-гликозидазный (проявляет активность лактазы)
Глк-глюкоза, Фру-фруктоза, Гал-галактозазначение рН для ее активности составляет 6,7, а рН желудочного сока равно ~ 2. Лишь внутри пищевого комка этот фермент некоторое время продолжает действовать.
Последующее переваривание нерасщепленного или частично расщепленного крахмала происходит в кишечнике. В двенадцатиперстной кишке pH желудочного содержимого нейтрализуется бикарбонатами, содержащимися в секрете поджелудочной железы, и создается оптимальное значение pH 7,5-8 для действия панкреатической α-амилазы.
α-Амилаза поджелудочной железы гидролизует в верхнем отделе тонкого кишечника декстрины и оставшиеся нерасщепленными молекулы крахмала, расщепляя α1,4-гликозидные связи. Гидролиз происходит путем последовательного отщепления дисахаридных остатков. Так как панкреатическая амилаза не гидролизует α1,6-гликозидные связи, то продуктами реакции являются мальтоза и изомальтоза, в последней два остатка D-глюкозы связаны α1,6-гликозидной связью.Мальтоза и изомальтоза вместе с другими пищевыми дисахаридами - сахарозой и лактозой - гидролизуютсяспецифическими гликозидазами на поверхности клеток тонкого кишечника (возможно и внутри клеток) до соответствующих мономеров.
Гликозидазы тонкого кишечника синтезируются в клетках, но не секретируются в просвет кишечника, а образуют на поверхности клеток крупные ферментативные комплексы с различной субстратной специфичностью: сахаразо-изомальтазный (гидролизует связи в сахарозе, изомальтозе, мальтозе), гликоамилазный (проявляет экзоамилазную активность, катализует гидролиз олигосахаридов, а также расщепляет связи в мальтозе), β-гликозидазный (расщепляет лактозу).
3. Целлюлоза - полисахарид растительной пищи - не расщепляется в желудочно-кишечном тракте, так как фермент, способный гидролизовать β1.4-связи между остатками глюкозы, не вырабатывается у человека, хотя образуется бактериями в толстом кишечнике. Однако непереваренная целлюлоза способствует нормальной перистальтике кишечника.

Приложенные файлы

  • docx 558570
    Размер файла: 174 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий