ПЗ1 БИОХИМИЯ. Связь цикла трикарбоновых кислот с системой переноса водорода на кислород и ресинтеза атф
 Скачать 37.92 Kb.
|
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 1 по дисциплине «Биохимия человека» Реферат на тему: «Связь цикла трикарбоновых кислот с системой переноса водорода на кислород и ресинтеза АТФ»
Москва 2021 ОглавлениеОглавление 2 Введение 3 1. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) 4 2. Биологическое значение ЦТК 7 3. Связь цикла трикарбоновых кислот с системой переноса водорода на кислород и ресинтеза АТФ 8 Заключение 11 Список использованной литературы 12 ВведениеЦикл лимонной кислотыпредставляет собой серию реакций, протекающих в митохондриях, в ходе которых осуществляется катаболизм ацетильных групп и высвобождение водородных эквивалентов; при окислении последних поставляется свободная энергия топливных ресурсов тканей. Ацетильные группы находятся в составе ацетил-КоА (активного ацетата), тиоэфира кофермента А. Главная функция цикла лимонной кислотысостоит в том, что он является общим конечным путем окисления углеводов, белков и жиров, поскольку в ходе метаболизма глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты превращаются либо в ацетил-СоА, либо в промежуточные соединения цикла. Цикл лимонной кислоты играет также главную роль в процессах глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования и липогенеза, Хотя ряд этих процессовпротекает во многих тканях, печень - единственный орган, в котором идут все перечисленные процессы. Поэтому серьезные последствия вызывает повреждение большого числа клеток печени или замещение их соединительной тканью. О жизненно важной роли цикла лимонной кислоты свидетельствует и тот факт, что у человека почти не известны генетические изменения ферментов, катализирующих реакциицикла, так как наличие таких нарушений несовместимо с нормальным развитием. 1. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)В ЦТК образуется 2 молекулы СО2 (в изоцитратдегид рогеназной и бкетоглутаратдегидрогеназной реакциях) и 3 молекулы НАДН2 и одна молекула ФАДН2. Окисление НАДН2 в дыхательной цепи митохондрий дает по 3 молекулы АТФ на каждую молекулу НАДН2 и по 2 молекулы АТФ на каждую молекулу ФАДН2. Одна мо лекула АТФ образуется за счет субстратного фосфорилирования на этапе превращении сук цинилКоА в сукцинат. Таким образом, при полном окислении 1 молекулы ацетилКоА до СО2 и Н2О генерируется 12 молекул АТФ. ЦТК регулируется через изменение активности аллостерических ферментов цитратсин тетазы; изоцитратдегидрогеназы; альфа-кетоглутаратдегидрогеназы. Они активируются АДФ, но ингибируются АТФ, НАДН2, сукцинил-КоА, длинноцепочечными ацил-КоА. Значение ЦТК. 1.Интегративное - цикл Кребса объединяет пути катаболизма углеводов, белков и жиров, т.к. в нем утилизируется молекулы ацетилКоА, образующиеся при расщеплении этих веществ. Энергетическое. При расщеплении 1 молекулы ацетилКоА до конечных продуктов (СО2 и Н2О) генерируется 12 молекул АТФ. Амфиболическое (двойственное). В ЦТК происходит не только катаболические процессы - окисление ацетилКоА. Субстраты ЦТК используются и для реакций синтеза (анабо лические процессы). Так, из оксалоацетата синтезируется аспарагиновая кислота; из б кетоглутаровой кислоты - глутаминовая; из оксалоацетата фосфоэнолпируват. Распад углеводов начинается в ротовой полости. В слюне содержится фермент, называемый µ-амилазой (птиалином, диастазой), расщепляющий крахмал. Расщепление идет до декстринов, а при более длительном воздействии - до мальтозы. В желудке углеводы не подвергаются перевариванию, так как там нет соответствующего фермента. Основное переваривание углеводов происходит в двенадцатиперстной кишке и в дальнейших отрезках тонких кишок под влиянием µ-амилазы, поступающей в двенадцатиперстную кишку с соком поджелудочной железы. Главным, конечным продуктом гидролиза крахмала µ-амилазой является мальтоза, которая затем расщепляется на две молекулы глюкозы под действием фермента мальтазы. Мальтаза, а также и другие гликозидазы - сахараза и лактаза, вырабатываемые в железах слизистой оболочки тонких кишок, расщепляют дисахариды до моносахаридов. Сахараза гидролизует сахарозу на глюкозу и фруктозу, а лактаза - лактозу до глюкозы и галактозы. Клетчатка (целлюлоза) из-за отсутствия целлюлазы в животном организме не разлагается ферментами пищеварительных соков. Из кишечника в кровь всасываются только моносахариды. Скорость всасывания у разных моносахаридов различна. Полагают, что они всасываются в виде моносфорных эфиров, что дает возможность взаимопревращению в стенке кишечника гексоз, в частности, превращению фруктозы и галактозы в глюкозу. Моносахариды с током крови по системе воротной вены попадают в печень. В печени часть глюкозы превращается в гликоген. Печень способна как синтезировать гликоген, так и расщеплять его с образованием глюкозы. Цикл трикарбоновых кислот (сокр. ЦТК, цикл Кре́бса, цитра́тный цикл, цикл лимо́нной кислоты́[1]) — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический процесс, в ходе которого ацетильные[en] остатки (СН3СО-) окисляются до диоксида углерода (CO2). При этом за один цикл образуется 2 молекулы CO2, 3 НАДН, 1 ФАДH2 и 1 ГТФ (или АТФ)[3]. Электроны, находящиеся на НАДН и ФАДH2, в дальнейшем переносятся на дыхательную цепь[2], где в ходе реакций окислительного фосфорилирования образуется АТФ. 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. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения, как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.[4] Цикл превращения лимонной кислоты в живых клетках (то есть цикл трикарбоновых кислот) был открыт и изучен немецким биохимиком Хансом Кребсом, за эту работу он (совместно с Ф. Липманом) был удостоен Нобелевской премии (1953 год)[1]. У эукариот все реакции цикла Кребса протекают внутри митохондрий, а у большинства бактерий реакции цикла протекают в цитозоле[5]. 2. Биологическое значение ЦТКФункциональная роль ЦТК заключается прежде всего в выработке АТФ (точнее - в его регенерации из АДФ и фосфата, которые образуются при непрерывном распаде АТФ. необходимом для энергообеспечения жизнедеятельности). Более того, именно реакции ЦТК, сопряженные с митохондриальным окислением, составляют основной источник АТФ у животных. Они производят не менее 70% всего АТФ, образуемого в клетках, т.к. именно аце- тил-КоА оказывается тем общим (универсальным) метаболитом, который возникает при распаде и углеводов, и липидов, и белков (аминокислот), как это показывает схема на рис. 5-26. На путях этого «предварительного» разложения органических веществ появляется остальная часть АТФ - до 30% от общей выработки. Таким образом, ЦТК являет собой некую заключительную «топку», в которой ради получения АТФ «сжигаются» ацетильные фрагменты универсального полуфабриката (ацетил- КоА), возникающего при распаде более крупных органических молекул [8]. Помимо АТФ этот цикл генерирует также примерно 2/3 всего СОг, образуемого в организме в качестве одного из конечных продуктов метаболизма. 3. Связь цикла трикарбоновых кислот с системой переноса водорода на кислород и ресинтеза АТФЦикл трикарбоновых кислот (ЦТК, лимоннокислый цикл, цикл Кребса): ЦТК, как и реакции митохондриального окисления, протекает в митохондриях. Представляет собой серию реакций, замкнутых в цикл. Образовавшиеся молекулы щавелево-уксусной кислоты (ЩУК) реагируют с новой молекулой Ацетил-КоА, и цикл повторяется вновь от образования цитрата до его превращения в ЩУК. В реакциях ЦТК участвуют 4 из 9 субстратов митохондрального окисления (МтО) [9]. Происходит серия дегидрогеназных рекций. Из них 3-я, 4-я и 8-я происходят с участием НАД- зависимых дегидрогеназ, и каждая из этих реакций позволяет получить 3 молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). В 6-й реакции происходит ФАД — зависимая дегидрогеназная реакция, которая сопряжена с образованием 2 молекул АТФ (Р/О = 2). В 5-й реакции 1 молекула АТФ образуется путем субстратного фосфорилирования. За один оборот ЦТК образуется 12 молекул АТФ. Смысл ЦТК аключа- ется в том, чтобы остатки уксусной кислоты расщепились с образованием большого количества АТФ. Кроме того, из ацетатных остатков образуются С02 и Н20 как конечные продукты обмена веществ. С02 образуется в ходе ЦТК дважды: - в 3-й реакции (окисление изоцитрата); в 4-й реакции (окисление а-кетоглутарата). Если прибавить еще 1 молекулу С02, которая образуется до начала ЦТК- при превращении пировиноградной кислоты (ПВК) в Ацетил-КоА, то можно говорить о 3 молекулах С02, образующихся при распаде ПВК. Суммарно эти молекулы, образующиеся при распаде ПВК, составляю до 90% углекислоты, которая выводится из организма. Главная роль ЦТК — образование большого количества АТФ. Значение ЦТК: главный источник АТФ. Энергию для образования большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до С02 и Н20; универсальный терминальный этап катаболизма веществ всех классов; - играет важную роль в процессах анаболизма (промежуточные продукты ЦТК): а) из цитрата—» синтез жирных кислот; б) из а-кетоглутарата и ЩУК ( щавеливо- уксусная кислота)—» синтез аминокислот; в) из ЩУК—» синтез углеводов; г) из сукцинил-КоА—» синтез гема гемоглобина [6]. Автономная саморегуляция ЦТК. В ЦТК два ключевых фермента: цит- ратсинтаза (1-я реакция) и изоцитратдегидрогеназа (3-я реакция). Оба фермента аллостерически ингибируются избытком АТФ и НАДФ2. Изоцитратдегидрогеназа сильно активируется аденозиндифосфатом (АДФ). Если АДФ нет, то этот фермент неактивен. В условиях энергетического покоя концентрация АТФ увеличивается, скорость реакций ЦТК мала-синтез АТФ уменьшается. Изоцитратдегидрогеназа ингибируется АТФ намного сильнее, чем цит- ратсинтаза, поэтому в условиях энергетического покоя повышается концентрация цитрата, и он выходит в цитоплазму по градиенту концентраций путем облегченной диффузии. В цитоплазме цитрат превращается в Ацетил-КоА, который участвует в синтезе жирных кислот. Челночные механизмы переноса водорода. Никотинамидные дегидрогеназы находятся не только в матриксе митохондрий, но и в цитоплазме. Митохондриальная мембрана непроницаема для НАД, поэтому НАДН2, который образуется в цитозоле, может передать свой водород в митохондрию только с помощью специальных субстратных челночных механизмов. В митондрию из цитозоля передается не сам НАДН2, а только водород, отнятый от него. Переносимый водород включается в молекулу вещества-челнока, способного проникать через митохондриальную мембрану. В митохондрии вещество-челнок отдает водород на митохондриальный НАД или ФАД и возвращается обратно в цитозоль. Два типа челночных механизмов: — малат- аспартатный (наиболее универсален для клеток организма). С высокой скоростью работает в миокарде, почечной ткани, печени. В этой транспортной системе водород от цитоплазматического НАД передается на митохондриальный НАД, поэтому в митохондриях образуется 3 молекулы АТФ и не происходит потери энергии при переносе водорода. Для ткани печени малат- аспартат- ная система особенно важна , так как из митохондрии выводится Ацетил- КоА (в виде цитрата), а водород попадает в митохондрию (в составе малата) [1]. Таким образом, происходит не только челночный транспорт водорода от цитоплазматического НАД к митохондриальному, но и обратный транспорт Ацетил-КоФ из митохондий в цитоплазму в виде цитрата. В цитоплазме Аце- тил-КоА может быть использован для синтеза жирных кислот; ЩУК может вернуться в цитоплазму и другим способом, вступив в реакцию трансаминиро- вания с глутаминовой кислотой; — глицерофосфатный (встречается реже). Водород от цитоплазматического НАД передается на митохондриальный ФАД, и в митохондриях образуется 2 молекулы АТФ вместо 3- происходит потеря энергии при переносе водорода. В клетке существует не только челночный транспорт водорода от цитоплазматического НАД к митохондриальному. Происходит и обратный транспорт Ацетил-КоА из митохондрий в цитоплазму в виде цитрата. В цитоплазме Ацетил-КоА может быть использован для синтеза жирных кислот. Таким образом, дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ, объединяющего метаболические пути расщепления и образования углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот. ЗаключениеЦикл трикарбоновых кислот (цикл Кре́бса, цитра́тный цикл) — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ. Цикл Кребса — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др. Список использованной литературыАвдеева, Л.В. Биохимия: Учебник / Л.В. Авдеева, Т.Л. Алейникова, Л.Е. Андрианова . - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2013. - 768 c. Артемова, Э.К. Биохимия: Учебное пособие для самостоятельной работы студентов институтов физической культуры. / Э.К. Артемова. - М.: Советский спорт, 2006. - 72 c. Баишев, И.М. Биохимия. Тестовые вопросы: Учебное пособие / Д.М. Зубаиров, И.М. Баишев, Р.Ф. Байкеев; Под ред. Д.М. Зубаиров. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 960 c. Логинов, В.А. Анатомия и биохимия человека за 60 секунд / В.А. Логинов. - М.: АСТ, 2018. - 200 c. Марри, Р. Биохимия человека в 2-х томах т.1 и т.2 / Р. Марри. - М.: Мир, 2009. - 795 c. Новокшанова, А.Л. Биохимия Для Технологов: Учебник И Практикум Для Академического Бакалавриата / А.Л. Новокшанова. - Люберцы: Юрайт, 2015. - 508 c. Проскурина, И.К. Биохимия / И.К. Проскурина. - М.: Academia, 2018. – 288с., 320 c. Северин, Е.С. Биохимия / Е.С. Северин. - М.: Медицина+, 2000. - 168 c. Соловей, Дж.Г. Наглядная медицинская биохимия / Дж.Г. Соловей. - М.: Гэотар-Медиа, 2017. - 160 c. Таганович, А.Д. Патологическая биохимия / А.Д. Таганович. - М.: Бином, 2013. - 448 c. Таганович, А.Д. Патологическая биохимия / А.Д. Таганович. - М.: Бином, 2015. - 448 c. Таганович, А.Д. Патологическая биохимия: Монография / А.Д. Таганович. - М.: БИНОМ, 2013. - 448 c. Титов, В.Н. Клиническая биохимия: курс лекций: Учебное пособие / В.Н. Титов. - М.: Инфра-М, 2015. - 272 c. |
