Общие и специфические пути катаболизма

В настоящее время доказано, что огромное разнообразие пищевых продуктов и в-в, из которых эти продукты состоят, при попадании в организм, подвергаются относительно ограниченным катаболитическим превращениям

Схема катаболизма Б, Л, У:

Белки Углеводы Жиры

$ $ ' (

АК Глюкоза глн. Ж.К. (моносахара)

$

ПВК

$

Ацетил КоА

$

ЦТК kСо₂

i mН₂о

Н⁺gАТФ (окислительное фосфорилирование.)

1,2,3,4,5, - специфические пути катаболизма I - общий путь катаболизма.

Существует четыре этапа распада У, Ж, Б:

I этап -

Распад полимеров до мономеров: Белки до АК, Углеводы домоносахаров, Липиды до жирных кислот и глицерина. Процесс распада в основ гидролитический, освобождающаяся при этом в небольшом количестве энергия превращается в тепло.

II этап -

Мономеры подвергаются дальнейшему распаду по своим специфическим путям (1, 2, 3, 4, 5, 6) в результате чего все продукты переваривания пищи превращаются в ПВК и ацетил КоА. В ПВК превращаются все моносахара, глицерин, некоторые АК. Затем путем окислительного декарбоксилирования ПВК превращается в ацетил КоА. Минуя образование ПВК в ацетил КоА превращаются жирные кислоты и некоторые АК. Далее ацетил КоА вступает в реакции окисления в лимоннокислом цикле ( цикле трикарбоновых кислот (ЦТК)) Кребса.

Образование ацетил КоА и реакции ЦТК (I и II этапы) относятся к общему пути катаболизма.Некоторы АК вступают в общий путь катаболизма на промежуточных стадиях ЦТК.

III этап -	Окисление ацетил КоА и др. метаболитов (α-кетоглутарат, щавелевоуксусная кислота (ЩУК)) в ЦТК. Этот этап сопровождается образованием восстановленных форм НАД ∙Н2 и ФАД∙Н2
IV этап -	Через дыхательную цепь происходит перенос ℮‾ от восстановленных форм НАД ∙Н2 и ФАД∙Н2 на кислород. В результате образуется конечный продукт Н2О.

Не все мономеры сложных веществ пищи подвергаются катаболизмау. Часть мономеров используется для анаболических реакций, при этом синтезируются специфические для данной особи сложные вещества: Ж, Б, У, нуклеотиды и т.д.

Этот связывающий цикл, объединяющий анаболизм и катаболизм посредством энергетических системы и общих метаболитов, называется двойственнымилиамфиболическим путем обмена.

Окислительное декарбоксилирования ПВК и ЦТК.

Большинство тканей энергию получают за счет аэробных процессов. Полное окисление ПВК происходит через общий конечный путь обмена Ж Б У, т.е. лимонно-кислый цикл Кребса (ЦТК) в аэробных условиях.

В ЦТК включается не сам пируват, а продукт его окислительного декарбоксилирования – ацетилКоА.

ПВК предварительно путем диффузии переносится из цитозоля в митохондрии, реакция ее превращения катализируются мультиферментным пируват-ДГ-комплексом.

Общая схема реакции:

ПВК+НSКоА+НАД¦ацетилКоА+СО₂+НАД·Н₂

Пируват ДГ комплекс– это мультифермент, состоящие из 3^-х ферментов:

а) пируват ДГ (Е₁)

б) дигидролипоилтрансацетилаза (Е₂)

в) дигидролипоил ДГ (Е₃), в которой используют 5 коферментов:

1. тиаминпирофосфат (ТПФ),

2. амид липоевой кислоты (липоамид),

3. НSКоА,

4. ФАД,

5. НАД.

1) Реакция декарбоксилирования ПВК (ф-т Е₁)

СН₃ СН₃

| |

С=О + Е₁-ТПФ ¦ СН – ТПФ-Е₁ + СО₂

| |

СООН ОН

ПВК гидроксиэтилтиаминпирофосфат

2) Реакция окисления гидроксиэтиламинпирофосфата и перенос его на амид ЛК

СН₃ S

| | ЛК-Е₂ ¦ ТПФ-Е₁ + Н₃С-С-S-ЛК-Е2

СН – ТПФ-Е₁ + S || |

| окислен. форма ф-та О SН

ОН ацетиллипоат

3) Перенос ацетильной гр. на КоА (Е₂)

ацетил липоатЕ2 + НSКоА ¦ НS ЛК·Е₂ + СН₃СО~SКоА

НS ацетил- КоА

восст. форма ферментата

4) Окисление ЛК до ее дисульфида (Е₃)

НS ЛК·Е₂ + Е₃ФАД¦ S

НS | ЛК Е₂ + Е₃ФАД·Н₂

S

амид ЛК (окисл. форма).

5) Регенерация окисленной Е₃ФАД· Н_2:

Е₃ФАД·Н₂+НАДg Е₃ФАД + НАД · Н₂

Т.о., все ферменты дегидрогеназного комплекса оказываются в исходном положении, пригодном для следующего цикла.

Ацетил-КоА включается в ЦТК и полностью окисляется до СО2. Когда содержание АТФ в клетке начинает превышать определенный уровень, ПДГ - комплекс, поставляющий энергетич. «топливо» для ЦТК, включается.

ПВК, является исходным субстратом общего пути катаболизма.

Цикл трикарбоновых кислот.

-этап катаболизма У, Ж, Б в аэробных условиях.

Реакции ЦТК протекают, как и образование ацетил-КоА, в митохондриях, в отличие от гликолиза, которое протекает в цитозоле.

Реакции ЦТК

1). Реакция конденсации

СН₃Со~S-КоА + СООН СООН

Ацетил-КоА | |

С=О цитрат синтаза СН₂ + НS· КоА

| ¦ |

СН₂ ОН - С-СООН

| |

СН-СООН СН2

ЩУК(оксалоацетат) |

СООН цитрат

Цитратсинтаза катализирует гидролиз макроэргической связи ацетил КоА, за счет энергии гидролиза обеспечивается протекание ферментативного катализа.

2). Реакция дегидратации

СООН СООН

– Н₂О | +Н₂О |

¦ СН₂ D СН₂

цитрат аконитат гидратаза | - Н₂О |

! С-СООН СН - СООН

+Н₂О || |

СН СН-ОН

| |

СООН СООН

цис-аконитат изоцитрат

гидроксильная группа присоединяется к другому углеродному атому.

3).Реакция окисления и декарбоксилирования.

Е- изоцитратдегидрогеназа

Происходит перенос протона и двух электронов на молекулу НАД и освобождение второго протона, т.е. дегидрирование изоцитрата

Изоцитрат + НАД (НАДФ) D СООН

|

(СН₂)₂ + НАД·Н₂ + СО₂

|

С=О

|

СООН

a-кетоглутарат

4. Окислительное декарбоксилирование.

a-кетоглутарат СООН

a-кетоглутарат + НS-КоА + НАД дГ – комплекс | ¦ (СН₂)₂ +

|

О= С ~ S-КоА сукцинил КоА

5. Реакция расщепления.

^{сукцинил КоА-} СООН

сукцинил КоА + ГДФ + Фн _{синтетаза} |

¦ (СН₂)₂ + ГТФ + НS·КоА

|

СООН янтарная кислота (сукцинат)

5^а реакция субстратного фосфорилирования (Е нуклеозиддифосфаткиназа)

ГТФ + АДФ D АТФ + ГТФ

Происходит перенос макроэргической связи с сукцината на молекулу ГДФ с образованием ГТФ и сукцината (субстратное фосфорилирование)

6. Реакция дегидрирования

^{сукцинат дГ} СООН

сукцинат + ФАД D |

СН + ФАД·Н₂

||

СН

|

СООН

фумаровая кислота (фумарат)

после восстановления ФАД происходит пернос протонов и электронов с него в дыхательную цепь при участии коэнзима Q. При этом осуществляется регенерация простетической группы фермента.

7.Реакция гидратации. СООН

фумарат гидратаза |

фумарат + Н₂О D НО - СН + ФАД·Н₂

|

СН2

|

СООН

Яблочная к-та (малат)

Положительно заряженный атом углерода взаимодействует с -ОН группой, сначала за счет электростатических сил, а затем образуется сигма связь с атомом кислорода.

8. Реакция окисления.

Фермент осуществляет перенос Н с -ОН и близлежащего углеродного атома на НАД с дальнейшим поступлением в дыхательную цепь

митохондриальная СООН

Малат + НАД НАД – завис. малатДГ |

D С=О + НАД·Н₂

|

СН₂

|

СООН ЩУК(оксалоацетат).

Т. о., за один оборот цикла происходит полное окисление одной молекулы ацетил – КоА.

Суммарное уравнение превращения ацетил – КоА ферментами ЦТК:

СН₃СО~SКоА+2Н₂О + Фн. + АДФ ¦ 2СО₂ + 3НАД·Н₂ + ФАД·Н₂ + АТФ + КоА·SH ферменты ЦТК

Всего (включая окислительное декарбоксилирование ПВК) образуется 4 мол. НАД·Н₂ и 1 мол. ФАД·Н₂, которые поступают в матрикс митохондрий и дифундируют к ее внутренней мембране, окисляются соответствующей ДГ-зой.

При окислении 1 мол. НАД·H₂ образуется 3 мол. АТФ;

1 мол ФАД · Н₂ – 1мол. АТФ;

ПВК: 1 мол. НАД·H₂ ¦ 3 мол АТФ

ЦТК: 3 мол. НАД·H₂ ¦ 9 мол АТФ

1 мол. ФАД·Н₂ ¦ 2 мол. АТФ

Субстратное фосфорилирование ¦ 1 мол. АТФ

Всего образуется 15 мол. АТФ.