ОКИС ЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛ ИРОВАНИЕ Окис литель- ное фосфорили- рование с оздает условия для АТФ - ун и вер- сальн ой форм ы э нерг ии в жив ы х орган и змах

Предложена П и тером М и тчелом в 1960 (Нобел е вска я прем и я, 1978) Хем и осмотич еск а я теор и я: транспорт э лектрон о в и синтез АТФ объеденены протонн ы м град ие нтом через внутр енн ю ю мембрану м и тохондр и й Хем и осмотич еск а я теор и я

Необх одима и нтактна я м и тохондр и альна я мембрана 2.Транспорт э лектрон о в через Э Т Ц генер ирует протонн ы й град ие нт 3. AТФ синтаза катал и з ир у ет фосфорил иро ван ие АДФ в реакц ии, которая обеспечивается прохож д ен ие Н + через внутр еннюю мембрану в матрикс

АТФ синтаза Две субъединицы, F o и F 1 F 1 содержит каталитические субъединицы, г е АДФ и P и связываются. F 0 пронизывает мембрану и служит как протонный канал. Энергия, которая освобождаетсяться при падении протонов используется для синтеза АТФ.

АТФ должен транспорт иро ват ь ся в цитозоль, а АДФ и P и - в матрикс AДФ/ATФ перенос ч ик м е ня ет м и тохондр и альн ое ATФ на цитозольн ое АДФ Фосфат (H 2 PO 4 - ) транспорт ируется в матрикс за механ и змом симпорт а з H +. Перенос ч и к фосфат а с ниж ает pH. Активн ы й транспорт ATФ, AДФ и P и через внутр еннюю м и тохондр и альну ю мембрану

РЕГУЛЯЦ И Я ОКИС ЛИТЕЛЬН ОГО ФОСФОРИЛ ИРО ВАН И Я С о пряжен ие ткан евого дихан и я с окис лительным фосфорил ирование Транспорт э лектрон о в т е сно связан с фосфорил ированием. АТФ не може т б ы т ь синтез ировано путем окис лительного фосфорил ированием если не т э нерг ии освобожденной при э лектронном транспорт е. Э лектрон ы не проходят через э лектрон-транспор тную цепь если АДФ не фосфорил ируется к АТФ. Основные регулятор ы : НАДН, O 2, AДФ Внутр и м и тохондр и альн ое с оотношение АТФ/АДФ является контрольн ы м механ и змом Висок ое с оотношение и нг и б ирует так к ак АТФ аллостерич ески связывается с комлексом IV

Регуляция скорости окислительного фосфорилювания с помощью уровня АДФ називается дыхательным контролем Д ы ха те льн ы й контроль

Р азобщение ткан евого д ы хан и я и окис лительного фосфорил ирования Внутр енняя м и тохондр и альна я мембрана содержит разобщительный б е лок. Разобщительный белок образует канал для переход а протон о в и з цитозол я в матрикс.

Разобщители являются жирорастворимые слабые кислоты Разобщители снижают протонный градиент транспортируя протоны через мембрану Разобщители 2,4-Дин и трофенол – эф фективн ы й рассоединитель

Перенесен ие 3H + необх о д имо для синтез а одн ой молекул ы АТФ АТФ-синтазо й 1 H + необх о д имый для транспорт а P и. 4 H + использует ся для к а ж д о й синтез ированной АT Ф Для НАДН: 10 H + / 4H + = 2.5 АТФ Для ФАДН 2 : 6 H + / 4 H + = 1.5 ATФ В ы х о д АТФ 10 протон о в в ы кач ивают и з матрикс а во время транспорт а дв у х э лектрон о в с НАДН к O 2 (комплекс I, III и IV)

МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ - 1 На протяжении стол е т ий пекар и и пивовар ы и спользуют превр ащение глюкоз ы к э танолу и CO 2 в процес се гл и кол и з а в др о ж жах

Гликолиз наиболее ранее открытый и наиболее важный процесс метаболизма углеводов Гликолиз – метаболический путь, в котором глюкоза превращается в пируват с образованием небольшого колличества энергии в форме АТФ и НАДН. Гликолиз – анаэробный процесс. Гликолиз осуществляется и в анаэробных и в аэробных организмах. В гликолизе одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пирувата. Гликолиз осуществляется в цитозоле.

10 реакц и й гл и кол и з а 1. Гексок и наза Переносит фосфорну ю груп п у с АТФ к глюкоз е с образованием глюкозо-6-фосфат а Ч е т ы р е к и наз ы д ействуют в гл и кол и з е : 1,3,7 и 10 Вс е ч е т ы р е к и наз ы требуют Mg 2+ и по хожи за механизмом действия

Превращает глюкозо-6-фосфат в фруктозо-6-фосфат 2. Глюкозо-6-фосфат и зомераза

Катализирует перенесение фосфорной группы с АТФ к фруктозо-6-фосфату с образованием фруктозо-1,6- дифосфата 3. Фосфофруктокиназа-1 (ФФК-1)

4. Альдолаза Расщепляет гексозу фруктозо-1,6-дифосфат к двум триозам: глицеральдегид-3-фосфату и дигидроксиацетонфосфату

Превращает ДГАФ в ГАФ Реакця возвратная. Равновесие, 96% ДГАФ и 4 % ГАФ. 5. Тр и озофосфат и зомераза

Превращение ГАФ к 1,3-дифосфоглицерату Молекула НАД + восстанавливается к НАДН 6. Глицеральдегид 3-фосфат дегидрогеназа

Переносит фосфатную группу с 1,3-дифосфоглицерата к АДФ с образованием ATФ и 3-фосфоглицерата - субстратное фосфорилирование 7. Фофоглицераткиназа

8. Фосфогл и цератмутаза Катализирует перенесение фосфатной группы с одной части молекулы к другой

9. Э нолаза 2-Фосфоглицерат превращается в фосфоэнолпируват Фосфоэнолпируват имеет высокий фосфорил- трансферный потенциал

10. Пируваткиназа Катализирует реакцию субстратного фосфорилирования Необратимая реакция Регуляторная реакция

Общая реакц и я гл и кол и з а Две молекулы АТФ вырабатываются Две молекулы НАД восстанавливаются с образованием НАДН Глюкоза+ 2 AДФ + 2 НАД P и 2 П и руват + 2 ATФ + 2 НАДН + 2 H H 2 O Во время превращения глюкозы к пирувату:

Нау чные исследования ферментац ии виноградного сахара б ы ли пер выми исследованиями гл и кол и з а

Судьба пирувата

Метабол и зм п и руват а к э танолу Этанол образуется с пирувата в дрожжах и некоторых микроорганизмах в анаэробных условиях. Две реакции: 1. Декарбоксилирование пирувата к ацетальдегиду. Фермент - пируватдекарбоксилаза. Кофермент – тиамин пирофосфат (B 1 ) 2. Восстановление ацетальдегида в этанол. Фермент – алкогольдегидрогеназа Кофермент – НАДН.

Лактат образуется из пирувата в анаэробных условиях. Превращение глюкозы в лактат називается молочнокислым брожением. Фермент - лактатдегидрогеназа. Кофермент – НАДН. Метабол и зм п и руват а к лактату

Глюкозо-1-фосфат превращается в глюкозо-6- фосфат фосфоглюкомутазой.

Непереносим о сть лактоз ы (г и полактаз и я) обусловлена деф и цитом лактаз ы, которая р асщепляет лактозу к глюкоз е и галактоз е. М и кроорган и зм ы в то лстом кишечник е фермент ируют неперетравлен н у ю лактозу к молочно й кислот е генеру я метан (CH 4 ) и вод ород (H 2 ) – киш ечные р асстройства, метеоризм. Молочна я кислота – осмотич ески активн ое вещество и за держивает воду в кишечник е, привод ит к д и аре е. Газ и д и арея ухудшают абсорбц и ю других веществ (жир о в и б е лк о в). Л ечение : - избегать продукт ов, которые содержат лактозу; - фермент лактаза перорально. Непереносим о сть молока

Галактозем и я Нарушение метаболизма галактозы - галактоземия. Классическая галактоземия - это врожденный дефицит галактозо-1-фосфат уридилтрансферазы. Симптом ы : - рвота, д и арея п о сл е приема молока, - увеличение печ ени, ж елтуха, ци р роз, - катаракта, - летарг и я и умственная отсталость, - п овышение галактоз ы в кров и, - появ ление г алактоз ы в моче. Лечение: выключить галактозу и лактозу из рациона.

Эф фект Пастера Больше АТФ образуется в аэробных условиях, чем в анаэробных, потому в аэробных условиях меньше глюкозы используется. В анаэробных условиях превращение глюкозы к пирувату намного быстрее, чем в аэробных Эффект Пастера – гликолиз в присутствии кислорода протекает медленнее.

Глюкоза Судьба глюкоз ы в кл е т ке Глюкозо-6- фосфат Пируват Гликоген рибоза, НАДФН Пентозофосфат- ний шлях Синтез гликогена Деградация гликогена Гликоліз Глюконеогенез

Все клетки зависят от глюкозы. Мозг особенно чувствительный к снижению уровня глюкозы (дневная потребность глюкозы для мозга 120 г). Эритроциты используют только глюкозу как топливо 160 г глюкозы необходимо в день для всего организма. Количество глюкозы в крови 20 г. При длительном голодании организм должен синтезировать глюкозу из неуглеводных предшественников

Печень и почки – основные органы синтеза глюкозы Основные предшественники: лактат, пируват, глицерол и некоторые аминокислоты При голодании глюконеогенез поставляет почти всю глюкозу для организма Глюконеогенез – универсальный путь. Глюконеогенез – синтез глюкоз ы и з неуглеводн ы х компонент о в

Глюконеогенез не является обратимым гл и кол и зом В гликолизе глюкоза превращается в пируват; в глюконеогенезе пируват превращается в глюкозу. Но, глюконеогенез не не является обратимым гликолизом. Есть три необратимые реакции в гликолизе - гексокиназная, фосфофруктокиназная, и пируваткиназная.

Bypass I: П и руват Фосфо э нолп и руват Фермент п и руваткарбоксилаза – присут ствует т о льк о в м и тохондр и ях. П и руват транспорт ируется в м и тохондр ии и з цитоплазм ы. Первый шаг в глюконеогенезе - карбоксилирование пирувата к оксалоацетату.

Проходит в цитозоле. Одна молекула АТФ и одна молекула ГТФ используются для поднятия пирувата к фосфоенолпирувату. Фосфоэнолпируват карбоксикиназная реакция

Фермент фруктозо-1,6-дифосфатаза Bypass II: Фруктозо-1,6-дифосфат фруктозо-6-фосфат

Bypass III: Глюкозо-6-фосфат глюкоза Глюкозо-6-фосфат, не может дифундировать из клетки. Образование свободной глюкозы регулируется двумя путями: фермент, который превращает глюкозо-6-фосфат к глюкозе является регуляторным;

Последняя реакция не осуществляется в цитозоле. Г-6-Ф транспортируется в эндоплазматическую сеть, где гидролиззируется глюкозо-6-фосфатазой, которая связана с мембраной ЭС. Глюкозо-6-фосфатазна реакція

Скорость гликолиза определяется кoнцентрацией глюкозы. Скорост глюконеогенеза определяется кoнцентрацией предшественников глюкозы. Регуляц и я глюконеогенез а Глюконеогенез и гликолиз регулируются реципрокно – в клетке если один путь неактивный, второй активируется.

Гормони влияют на экспрессию генов изменяя скорость транскрипции. Інсулин стимулирует экспрессию фосфофруктокинзы и пируваткиназы. Глюкагон ингибирует экспрессию этих ферментов и стимулирует продукцию фосфоэнолпируваткарбоксикиназы и фруктозо-1,6-дифосфатазы. Регуляц и я глюконеогенез а гормонами

Основн ые пред шественники : (1) Лактат (2) Б о льш енство ам и нокислот (особ енно алан и н), (3) Гл и церол (при р асщеплении жир о в) Пред шественники глюконеогенез а

Цикл Кор и Печ еночная лактатдег и дрогеназа превр ащает лактат к п и рувату (субстрат для глюконеогенез а ) Глюкоза, образованная в печ ени, транспорт ируется к перифер ическим ткан ям с кров ь ю

Пентозофосфатн ы й путь

(1) Синтез НАДФН (для б и осинтез а жирн ы х кислот и стеро и д о в) (2) Синтез рибозо-5-фосфат а (для б и осинтез а ДНК и РНК и н ек оторы х кофактор о в) (3) Обеспечивает метабол и зм не обычных сахаров (4, 5 и 7 карбонов ). Роль пентозофосфатного пути В пентозофосфатном цикле АТФ не синтез ируется.

Деф и цит глюкозо-6-фосфат дег и дрогеназ ы – э нзимопат и я, которая поражает сотн и м и л лионо в людей. 10 % людей сред и земноморского рег и он а и м е ют этот генетич еский дефект. Э ритроцит ы со с нижен ы м у р о внем в осстановленного глутат и он а б о л ее чув ствительны к гемол и зу и легко р азрушаются, особ енно при и нтоксикац и ях л е ка вства ми (напри мер, антималяр и йн ы ми препаратами). В тяж елых случаях мас с ивна я деструкц и я э ритроцит о в може т привести к смерт и. Э ритроцит ы, которые содержат т е льц а Хейнца.