Основы биохимии. Лекция 6 Метаболизм

Определения Метаболизм - совокупность всех биохимических реакций в организме. Метаболизм представляет собой высококоординированную и целенаправленную клеточную активность, которая обеспечивается участием многих взаимосвязанных мульти ферментных систем (от 2 до 20 ферментов в системе). Метаболизм слагается из сотен различных ферментативных реакций, но его центральные пути немногочисленны и, в принципе, едины почти у всех живых форм.

Автотрофы и гетеротрофы Живые организмы: 1)Автотрофы (сами себя питающие) усваивают СО 2 из атмосферы Фотосинтетические бактерии и зеленые растения 2) Гетеротрофы (питающиеся за счет других) Аэробы и анаэробы Нефотосинтезирующие бактерии и все высшие животные

Автотрофы и гетеротрофы В биосфере автотрофы и гетеротрофы сосуществуют как участники единого гигантского цикла – круговорота С и О 2 между животным и растительным миром, где источником энергии служит солнечный свет.

Автотрофы и гетеротрофы Круговорот азота в атмосфере

Функции клеточного метаболизма 1)Снабжение клеток химической энергией (источник - расщепление питательных веществ, фотосинтез) 2)Превращение молекул пищевых веществ в молекулы-строительные блоки для биосинтеза биомакромолекул 3)Сборка биомакромолекул (белки, НК, углеводы, липиды) и других клеточных компонентов из молекул-строительных блоков 4)Синтез и разрушение биомолекул для выполнения каких-либо специфических функций

Метаболические пути – линейные, циклические, разветвленные

Катаболизм и анаболизм Промежуточный метаболизм складывается из 2-х составляющих: 1)Катаболизм (расщепление сложных органических соединений до более простых молекул) 2)Анаболизм (процессы биосинтеза) Катаболические и анаболические пути протекают в клетке одновременно, но их скорости регулируются независимо.

Катаболизм и анаболизм Катаболические процессы распады биомолекул связаны с высвобождением свободной энергии, которая запасается в виде АТФ и НАДФ. Анаболизм (биосинтез макромолекул) требует затрат свободной энергии

Питательные в-ва - источники энергии Углеводы, жиры белки Клеточные макромолекулы Белки, НК, углеводы, липиды и др. Химическая энергия АТФ НАДФН Низкоэнергетические конечные продукты CO 2, H 2 O NH 3 Молекулы - предшественники А.к., сахара, Ж.к, азотистые основания Катаболизм Анаболизм Энергетические взаимосвязи между катаболическими и анаболическими путями

Катаболизм Ферментативное расщепление питательных веществ совершается постепенно, через ряд последовательных ферментативных реакций В аэробном катаболизме различают 3 главные стадии: 1)Макромолекулы распадаются на основные молекулы- строительные блоки 2)Продукты расщепления 1 стадии превращаются в более простые соединения, число которых невелико 3)Различные катаболические пути сливаются в один общий путь (цикл лимонной кислоты), в результате всех превращений образуются только 3 конечных продукта распада – NH 3, H 2 O, CO 2

Цикл лимонной кислоты Стадия I Белки Полисахариды Аминокислоты 20 а.к. Глюкоза Липиды Глицерин, Жирные кислоты Большие молекулы Молекулы - строительные блоки Пентозы Гексозы Пируват Ацетил-СоА NH 3 H2OH2OCO 2 Общий продукт расщепления Стадия II Стадия III Простые малые молекулы- конечные продукты катаболизма 3 стадии аэробного катаболизма

Аэробный катаболизм и синтез АТФ

Общий продукт расщепления макромолекул на 2 стадии –ацетилкоэнзим А

3 стадия – цикл лимонной кислоты

Анаболизм Катаболические пути сходятся, а анаболические пути, наоборот, расходятся: из небольшого числа предшественников образуется, в конечном счете, множество продуктов.

Биосинтез углеводов

Роль цикла лимонной кислоты в биосинтезе различных классов молекул

Функции АТФ Перенос химической энергии благодаря наличию легко гидролизующихся кислотно-ангидридных связей ΔGº = – 7,3 ккал/моль

Аэробный катаболизм и синтез АТФ

Цикл АТФ в клетках

Синтез АТФ у эукариот Фосфорилирование Субстратное в цитоплазме Мембранное На мембране митохондрий локализована цепь молекул-переносчиков водорода и электронов В результате ОВР образуются богатые энергией нестабильные молекулы, фосфатная группа которых переносится на АДФ. Создается электрохим. трансмембранный градиент ионов водорода АТФ H +

Окислительное фосфорилирование – синтез АТФ из АДФ и фосфата за счет потенциальной энергии градиента концентраций протонов

27 АТФ-синтаза митохондрий, хлоропластов и бактерий относится к Н + -АТФ-азам F-типа

Строение фермента Н+-АТФ-синтетазы F 1 – водорастворимая каталитическая часть комплекса F 1 · F 0 F 0 – мембранная часть, комплекса F 1 · F 0 содержит протонный канал F 1 состоит из 9 субъединиц 5 типов: 3α, 3β, γ, δ и ε. Размеры F нм × 10 нм, длина γ - 9 нм. Субъединицы γ и ε подвижны. F 0 состоит из субъединиц 3 типов: а, b, с Н+-АТФ-синтетазы эукариот и бактерий – сложные F 1 · F 0 мембранные комплексы, имеющие сходную структурную организацию. М = – Д.

Н+- АТФ-синтетазы бактерий, растений и животных

30 Синтез АТФ протекает на мембранах митохондрий и хлоропластов эукариот, на цитоплазматической мембране прокариот

Основные пути утилизации глюкозы

Гликолиз

Метаболизм жирных кислот

Метаболизм аминокислот

Энергетические взаимосвязи между катаболическим и анаболическим путями