Шпоры по БХ. Истмэнергии. Катаболизм, анаболизм. Осне разделы и направления в биохимии. Значение биохимии для биологии и мед
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
53 Аденилатциклазная система передачи сигналов,роль белков в трансдукции сигнала. Гормоны (первичные посредники, связываясь с рецепторами на поверхности клеточной мембраны, образуют комплекс гормон- рецептор, который трансформирует сигнал первичного посредника в изменение концентрации особых молекул внутри клетки - вторичных посредников. Вторичными посредниками могут быть следующие молекулы цАМФ, цГМФ, ИФ 3 , ДАТ, Са 2+ , NO. Гормоны, взаимодействие которых с рецептором клетки-мишени приводит к образованию цАМФ, действуют через трёхкомпонентную систему, которая включает белок-рецептор, белок и фермент аденилатциклазу. Образующийся под действием аденилатциклазы цАМФ активирует протеинкиназу А, фосфорилируюшую ферменты и другие белки. Система циклазная - это система, состоящая из содержащихся в клетке аденозинциклофосфата, аденилатциклазы и фосфодиэстеразы, регулирующая проницаемость клеточных мембран, участвует в регуляции многих обменных процессов живой клетки, опосредует действие некоторых гормонов. То есть роль циклазной системы заключается в том, что они являются вторыми посредниками в механизме действия гормонов. фермент аденилатциклаза может находиться в двух формах - активированной и неактивированной. Активация аденилатциклазы происходит под влиянием гормон-рецепторного комплекса, образование которого приводит к связыванию гуанилового нуклеотида (ГТФ) с особым регуляторным стимулирующим белком (белок, после чего GS- белок вызывает присоединение магния к аденилатциклазе и ее активацию. Так действуют активизирующие аденилатциклазу гормоны глюкагон, тиреотропин, паратирин, вазопрессин, гонадотропин и др. Некоторые гормоны, напротив, подавляют аденилатциклазу (соматостатин, ангиотензин-П и др.).Под влиянием аденилатциклазы из АТФ синтезируется цАМФ, вызывающий активацию протеинкиназ в цитоплазме клетки, обеспечивающих фосфорилирование многочисленных внутриклеточных белков. Это изменяет проницаемость мембран, те. вызывает типичные для гормона метаболические и, соответственно, функциональные сдвиги. Внутриклеточные эффекты цАМФ проявляются также во влиянии на процессы пролиферации, дифференцировки, на доступность мембранных рецепторных белков молекулам гормонов. белки - это регуляторные белки, связывающие при активации ГТФ. Лучше всего изучены белки, стимулирующие и ингибирующие аденилатциклазу (Gs - белки и белки соответственно. субъединица определяет специфичность связывания белка с рецептором и эффектором, уникальна для каждого белка. белки локализованы на внутренней поверхности плазматической мембраны. белки (ГТФ- связывающие белки) - универсальные посредники при передаче сигналов от рецепторов к ферментам клеточной мембраны, катализирующим образование вторичных посредников гормонального сигнала. 54 Инозитолфосфатная система. Некоторые гормоны (например, вазопрессин или адреналин, образуя комплекс с соответствующими рецепторами (рецептор V 1 для вазопрессина и рецептор для адреналина, через активацию соответствующих белков активируют фосфолипазу Св результате чего в клетке появляются вторичные посредники ИФ 3 . Молекула ИФ 3 стимулирует высвобождение Са 2+ из ЭР. Кальций связывается с белком кальмодулином. Этот комплекс активирует Са 2+ - кальмодулинзависимую протеинкиназу. Ионы кальция и участвуют в активации протеинкиназы СВ работе фосфоинозитидного механизма передачи сигналов в клетке-мишени принимает участие специальный кальций-связывающий белок - кальмодулин. Это низкомолекулярный белок (17 кДа), на 30 % состоящий из отрицательно заряженных аминокислот (Глу, Асп) и поэтому способный активно связывать Са+2. Одна молекула кальмодулина имеет 4 кальций-связывающих участка. После взаимодействия с Са+2 происходят конформационные изменения молекулы кальмодулина и комплекс "Са+2-кальмодулин" становится способным регулировать активность (аллостерически угнетать или активировать) многих ферментов - аденилатциклазу, фосфодиэстеразу, Са+2,Мg+2-АТФазу и различные протеинкиназы. Связывание протеинкиназы С с ионами кальция позволяет ферменту вступать в кальций-опосредованное взаимодействие с молекулами "кислого" фосфолипида мембраны, фосфатидилсерина (ФС). Диацилглицерол, занимая специфические центры в протеинкиназе С, ещё более увеличиваете сродство к ионам кальция. Комплекс [кальмодулин] - [4СаІ+] не обладает ферментативной активностью, но взаимодействие комплекса с различными белками и ферментами приводит к их активации. 55 .Тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование АДФ. Ферменты, коферменты. Химическое строение коферментов. Локализация дыхательных ферментов в клетке. Распад веществ в тканях сопровождается потреблением кислорода и выделением СО. При этом выделяется энергия, необходимая для функционирования клеток. Вдыхаемый кислород используется для синтеза метаболической воды с участием водорода окисляемых субстратов в процессе тканевого дыхания. Энергия окисляющихся веществ используется клетками для синтеза АТФ из АДФ. Фосфорилирование АДФ в клетках происходит путем присоединения Н 3 РО 4 . Реакция идет с затратой энергии. АТФ - молекула, богатая энергией, поскольку она содержит две макроэргические связи. Некоторые биосинтетические реакции в организме могут протекать при участии других нуклеозидтрифосфатов, аналогов АТФ к ним относят ГТФ, УТФ и ЦТФ. Все эти нуклеотиды, в свою очередь, образуются при использовании свободной энергии концевой фосфатной группы АТФ. Наконец, за счёт свободной энергии АТФ совершаются различные виды работы, лежащие в основе жизнедеятельности организма, например, такие как мышечное сокращение или активный транспорт веществ. В зависимости от источника энергии, обеспечивающего присоединение фосфатного остатка, выделяют два типа фосфорилирования АДФ: окислительное и субстратное. Субстратное фосфорилирование АДФ идет за счет энергии макроэргических связей соединений (1,3-бисфосфоглицерата и фосфоенолпирувата, сукцинил-СоА). Этот процесс может происходить как в матриксе митохондрий, таки в цитоплазме клеток независимо от присутствия кислорода. Окислительное фосфорилирование АДФ - превращение АДФ в АТФ происходит с использованием энергии переноса электронов от органических веществ к кислороду. Энергию для окислительного фосфорилирования поставляют ОВР. Процесс может происходить только в аэробных условиях с участием ферментов цепи переноса электронов (ЦПЭ) и АТФ-синтазы. Окислительное фосфорилирование АДФ – основной механизм синтеза АТФ в организме. Оно происходит в митохондриях, которые являются основными поставщиками АТФ. Одним из самых крупных белков внутренней мембраны митохондрий является АТФ-синтаза. Межмембранное пространство также играет роль в производстве АТФ, так как может накапливать протоны, создающие заряд на поверхности внутренней мембраны, необходимый для активации АТФ-синтазы. Важнейшими источниками энергии служат реакции дегидрирования. В реакциях дегидрирования электроны и протоны переходят от органических субстратов на коферменты NAD- и FAD- зависимых дегидрогеназ. Электроны, обладающие высоким энергетическим потенциалом, передаются от восстановленных коферментов NADH и FADH 2 к кислороду через цепь переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Восстановление молекулы О происходит в результате переноса 4 электронов. При каждом присоединении к кислороду 2 электронов, поступающих к нему по цепи переносчиков, из матрикса поглощаются 2 протона, в результате чего образуется молекула НО. Субстратами тканевого дых-я являются продукты превращения жиров, белков иуглеводов, поступающих с пищей, из которых в результате соответствующих метаболических процессов образуется небольшое число соединений, вступающих в цикл трикарбоновых кислот — важнейший метаболический циклу аэробных организмов, в котором вовлекаемые в него вещества претерпевают полное окисление. Промежуточными переносчиками вдыхательной цепи у высших организмов являются коферменты NAD+ (никотинамид- адениндинуклеотид), FAD и FMN (флавинадениндинуклеотид и флавинмононуклеотид), кофермент Q (или убихинон, семейство гемсодержащих белков - цитохромов (обозначаемых как цитохромы b, С, С, А, А. Процесс начинается с переноса протонов и электронов от окисляемого субстрата на коферменты NAD+ или FAD. Это определяется тем, является ли дегидрогеназа, катализирующая первую стадию, NAD - зависимой или FAD - зависимой. Если процесс начинается сто следующим переносчиком будет FMN. Тип участвующей дегидрогеназы зависит от природы субстрата.Электроны с помощью системы цитохромов достигают кислорода, который затем, присоединяя протоны, превращается вводу. Цитохромы - это гемопротеины - белки, содержащие в качестве прочно связанной простетической группы гемм. Атом железа в геме может менять валентность, присоединяя или отдавая электроны. Цитохромоксидаза включает комплекс цитохромов аи а (комплекс IV). Цитохромоксидаза кроме гема содержит ионы меди, которые способны менять валентность и таким способом участвовать в переносе электронов. Цитохромоксидаза переносит электроны с цитохрома Сна кислород. В переносе электронов участвуют сначала ионы железа цитохромов аи а, а затем ион меди цитохрома а. Митохондриальная мембрана содержит ряд мультиферментных комплексов, включающих множество ферментов. Эти ферменты называют дыхательными ферментами, а последовательность их расположения в мембране – дыхательной цепью. В цитоплазме сосредоточены ферменты, катализирующие процесс гликолиза и пентозофосфатного пути. Ферменты цикла Кребса сосредоточены в основном в матриксе митохондрий. Ферменты дыхательной цепи вплетены в определенной последовательности во внутреннюю мембрану митохондрий. Во внутренней мембране митохондрий локализованы также ферменты, обеспечивающие процесс фосфорилирования (АТФ-синтаза). В ядре имеются и собственные дыхательные ферменты. Структурная организация цепи переноса электронов(ЦПЭ). Окислительное фосфорилирование АДФ. Коэффициент РО. Система ферментов и белков, обеспечивающая взаимосвязь сопряжение) процессов окисления и фосфорилирования АДФ, получила название цепи переноса электронов (ЦПЭ) или дыхательной цепи. В основе ЦПЭ лежит работах важнейших ферментативных комплекса 1) первый ферментативный комплекс NADН-дегидрогеназа (I) представляет собой белок, имеющий простетическую группу – FMN, коферментом является рибофлавин витамин В. Н- дегидрогеназа катализирует перенос Нс кофермента Н на FMN, который переходит в форму Н. Второй протон поглощается из матрикса. С FMNH 2 электроны переносятся затем наряд железо-серных белков (FeS), играющих роль второй простетической группы в молекуле дегидрогеназы. Атомы железа в таких белках могут принимать и отдавать электроны поочерёдно, переходя в ферро- (Fe 2+ ) и ферри- (Fe 3+ ) состояния. Затем электроны переносятся на кофермент Q (убихинон). 2) убихинон (кофермент Q 10 ) – жирорастворимое витаминоподобное вещество, широко распространённое в клетках всех организмах. Убихинон способен восстанавливаться и превращаться в убихинол, имеющий 2 ОН-группы. В реакции восстановления убихинон принимает от Не, таким образом в результате работы NADH- дегидрогеназы кофермент NADH переходит в окисленную форму NADH + Н + Q → NAD + + QH 2 3) Ферментный комплекс дегидрогеназа (IIi) представляет сложный белок, включающий цитохромы (b 1 и b 2 ) и цитохром с. В ЦПЭ участвуют 5 типов цитохромов (а, асс. За исключением цитохрома с, все цитохромы находятся во внутренней мембране митохондрий в виде сложных белковых комплексов. Рабочей частью всех цитохромов является гемм, содержащий ион Fe 2+ , который может принимать электрон и менять валентность. QН 2 -дегидрогеназа переносит электроны от убихинола на цитохром с. 4) Цитохромоксидаза (ферментный комплекс IV) состоит из 2 цитохромов аи а, а также ионы меди, которые могут изменять свою валентность и участвуют в переносе электронов на кислород. Работа комплекса IV цитохромоксидазы также сопровождается переносом Низ матрикса в межмембранное пространство (против градиента концентрации. Таким образом, все ферментативные комплексы ЦПЭ, участвующие в передаче электронов, обеспечивают перекачивание Низ матрикса в межмембранное пространство. Окислительное фосфорилирование АДФ - превращение АДФ в АТФ происходит с использованием энергии переноса электронов от органических веществ к кислороду. Энергию для окислительного фосфорилирования поставляют ОВР. Процесс может происходить только в аэробных условиях с участием ферментов цепи переноса электронов (ЦПЭ) и АТФ-синтазы. Окислительное фосфорилирование АДФ – основной механизм синтеза АТФ в организме. Оно происходит в митохондриях, которые являются основными поставщиками АТФ. Одним из самых крупных белков внутренней мембраны митохондрий является АТФ-синтаза. Межмембранное пространство также играет роль в производстве АТФ, так как может накапливать протоны, создающие заряд на поверхности внутренней мембраны, необходимый для активации АТФ-синтазы. Важнейшими источниками энергии служат реакции дегидрирования. В реакциях дегидрирования электроны и протоны переходят от органических субстратов на коферменты NAD- и FAD- зависимых дегидрогеназ. Электроны, обладающие высоким энергетическим потенциалом, передаются от восстановленных коферментов NADH и FADH 2 к кислороду через цепь переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Восстановление молекулы О происходит в результате переноса 4 электронов. Отношение количества фосфорной кислоты (Р, использованной на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода (О, поглощённого в процессе дыхания, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают РО. Окислительное декарбоксилирование пирувата. Образование ацетил-КоА из пирувата (ПВК), образующегося в реакциях катаболизма глюкозы и некоторых аминокислот, протекает в матриксе митохондрий. Превращение пирувата в ацетил-КоА происходит при участии набора ферментов, структурно объединённых в пируватдегидрогеназный комплекс ПДК, расположенный на внутренней мембране митохондрии. Пируватдегидрогеназный комплекс содержит 3 фермента пируватдекарбоксилаза (Е, дигидролипоилтрансацетилаза (Е) и дигидролипоилдегидрогеназа (Е, а также 5 коферментов тиаминдифосфат (ТДФ), липоевая кислота. FAD, NAD + и КоА. Кроме того, в состав комплекса входят регуляторные субъединицы протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза. Стадия I. На этой стадии пируват соединяется с ТДФ в составе Е и подвергается декарбоксилированию пируват + Е 1 -ТДФ → Гидроксиэтил-ТДФ + Стадия П. Дигидролипоилтрансацетилаза (Е) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты. Стадия III. На стадии III КоА взаимодействует с ацетильным производным Ев результате чего образуются ацетил-КоА и полностью восстановленный липоильный остаток, простетическая группа Е 2 Стадия IV. На стадии IV дигидролипоилдегидрогеназа (Е) катализирует перенос атомов водорода от восстановленных липоильных групп на FAD - простетическую группу фермента Е 3 Стадия V . На стадии V восстановленный FADH 2 передаёт водород нас образованием NADH. Окислительное декарбоксилирование пирувата сопровождается образованием NADH, поставляющим электроны вдыхательную цепь и обеспечивающим синтез 3 молей АТФ на 1 моль пирувата путём окислительного фосфорилирования. Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса. Связь м-ду общими путями катаболизма и цепью переноса электронов и протонов. Цикл лимонной кислоты (цитратный цикл, цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот, ЦТК) - заключительный этап катаболизма. Это совокупность 8 последовательных реакций, входе которых происходят распад ацетил-КоА на 2 молекулы СО и образование доноров водорода для ЦПЭ Ни Н. Стадии Образование цитрата.В 1 реакции под действием цитратсинтазы происходят конденсация ацетильного остатка ацетил-КоА с оксалоацетатом и образование лимонной кислоты (цитрата. Превращение цитрата в изоцитрат.Далее цитрат в две стадии дегидратация и последующая гидратация по двойной стадии) превращается в изоцитрат. Промежуточным продуктом является цис- аконитовая кислота, и поэтому фермент, катализирующий обе стадии, получил название аконитазы. 3) Окислительное декарбоксилирование изоцитрата.В й реакции по действием зависимой изоцитратдегидрогеназы происходят окисление и декарбоксилирование изоцитрата с образованием α- кетоглутарата. Это самая медленная реакция цитратного цикла. В реакции образуются NADH и СО 4) Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата.В этой реакции α-кетоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием еще одной молекулы СО и NADH. Это превращение катализируют ферменты α- кетоглутаратдегидрогеназного комплекса, который по структуре и функциям сходен с пируватдегидрогеназным комплексом (ПДК. Подобно ПДК, он состоит из 3 ферментов α- кетоглутаратдекарбоксилазы, дигидролипоилтранссукцинилазы и дигидролипоилдегидрогеназы. Кроме того, в этот ферментный комплекс входят 5 коферментов тиаминдифосфат, кофермент А, липоевая кислота, NAD + и Продуктами реакции являются NADH, СО и сукцинил-КоА, имеющий макроэргическую связь. На этой стадии завершается распад ацетил-КоА на 2 молекулы СО 5) Превращение сукцинил-КоА в сукцинат.Сукцинил-КоА - высокоэнергетическое соединение, превращается в сукцинат янтарную кислоту) под действием сукцинаттиокиназы. Энергия разрыва макроэргической связи сукцинил-КоА используется для образования ГТФ из ГДФ и неорганического фосфата путем субстратного фосфорилирования. Энергия и фосфатный остаток ГТФ могут использоваться для фосфорилирования АДФ и получения АТФ под действием нуклеозиддифосфаткиназы. 6) Дегидрирование сукцината.Далее сукцинат превращается в фумарат под действием сукцинатдегидрогеназы. Этот фермент является флавопротеином внутренней мембраны митохондрий, его кофермент FAD прочно связан с активным центром фермента. В реакции образуется FADH 2 , который передает протоны и электроны в ЦПЭ на убихинон. 7) Образование малата из фумарата.Образование малата (яблочной кислоты) происходит при участии фермента фумаратгидратазы (фумаразы) с участием молекулы НО. 8) Дегидрирование малата.В заключительной стадии цитратного цикла малат дегидрируется с образованием оксалоацетата. Реакцию катализирует зависимая малатдегидрогеназа, содержащаяся в матриксе митохондрий. Цикл замыкается и образуется еще одна молекула Н. Конечными продуктами общего пути катаболизма являются СОН и FADH 2 . Процесс, начинающийся от пирувата, называется общим путем катаболизма ив свою очередь включает окислительное декарбоксилирование пирувата и цитратный цикл. Именно в общем пути катаболизма образуется основная масса субстратов для реакций дегидрирования. Совместно с дыхательной цепью и окислительным фосфорилированием общий путь катаболизма является основным источником энергии в форме АТФ. Превращение пирувата в ацетил- КоА происходит при участии набора ферментов, структурно объединённых в пируватдегидрогеназный комплекс ПДК, расположенный на внутренней мембране митохондрии. Пируватдегидрогеназный комплекс содержит 3 фермента пируватдекарбоксилаза (Е, дигидролипоилтрансацетилаза (Е) и дигидролипоилдегидрогеназа (Е. Механизм образования АТФ. Окислительное фосфорилирование. Отличие от субстратного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование АДФ - превращение АДФ в АТФ происходит с использованием энергии переноса электронов от органических веществ к кислороду. Энергию для окислительного фосфорилирования поставляют ОВР. Процесс может происходить только в аэробных условиях с участием ферментов цепи переноса электронов (ЦПЭ) и АТФ-синтазы. Окислительное фосфорилирование АДФ – основной механизм синтеза АТФ в организме. Оно происходит в митохондриях, которые являются основными поставщиками АТФ. Одним из самых крупных белков внутренней мембраны митохондрий является АТФ-синтаза. Межмембранное пространство также играет роль в производстве АТФ, так как может накапливать протоны, создающие заряд на поверхности внутренней мембраны, необходимый для активации АТФ-синтазы. Важнейшими источниками энергии служат реакции дегидрирования. В реакциях дегидрирования электроны и протоны переходят от органических субстратов на коферменты NAD- и FAD- зависимых дегидрогеназ. Электроны, обладающие высоким энергетическим потенциалом, передаются от восстановленных коферментов NADH и FADH 2 к кислороду через цепь переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Восстановление молекулы О происходит в результате переноса 4 электронов. Фосфорилирование АДФ в клетках происходит путем присоединения Н 3 РО 4 . Субстратное фосфорилирование АДФ идет за счет энергии макроэргических связей соединений (1,3- бисфосфоглицерата и фосфоенолпирувата, сукцинил-СоА). Этот процесс может происходить как в матриксе митохондрий, таки в цитоплазме клеток независимо от присутствия кислорода. Углеводы пищи. Механизмы |