Биохимия
Скачать 2.08 Mb.
|
2.Фотохимическое фосфорилирование (циклическое и нециклическое) Фотосинтетическое фосфорилирование – это индуцированное светом образование АТФ хлоропластами в соответствии с уравнением:   АДФ + Н3РО4 АТФ.Реакция, в которой единственным продуктом является АТФ, названа циклическим фосфорилированием. Схема анаэробного циклического фосфорилирования:  Фотосинтетическая электронно-транспортная цепь состоит из цитохромов, кофакторов (ФМН, витамин К). Под влиянием энергии света электрон из хлорофилла «а» в возбужденном состоянии передается ферредоксину (С0А), который восстанавливается. Затем восстановленный С0А переносит свой электрон к цитохрому, а от него по электронно-транспортной цепи обратно к хлорофиллу «а». Таким образом, электрон включается в цикл, единственным продуктом которого является АТФ. Вторая реакция фотофосфорилирования названа нециклическим фосфорилированием: 2  НАДФ + 2 Н2О + 2 АДФ + 2 Н3РО4 2 НАДФ*Н2 + О2 + 2 АТФСхема нециклического фосфорилирования:  При нециклическом фосфорилировании электроны, выделенные хлорофиллом, поглощаются НАДФ, который получает ионы водорода из воды и переходит в восстановленную форму. При этом выделяется кислород как побочный продукт использования воды в качестве донора электрона. Нециклическое фосфорилирование в хлоропластах можно разделить на две отдельные фотохимические реакции: фотоокисление воды (ОН–) с выделением кислорода и фотофосфорилирование, в котором фотовосстановление НАДФ связано с образованием аденозинтрифосфата: свет 1  ) Н2О + 2 А 1\2 О2 + 2 А– + 2 Н+ ;свет 2  ) 2 А– + НАДФ + 2 Н+ + АДФ + Н3РО4 НАДФ*Н2 + АТФ + 2 АА – промежуточный продукт – является акцептором электронов для одной и донором электронов для другой световой реакции. Пигмент, участвующий в фотоокислении воды, еще не идентифицирован. Скорее всего это хлорофилл «в». Представления о фотосинтезе, связанные с фотосинтетическим фосфорилированием, отличаются от прежних понятий тем, что фотосинтез – это процесс главным образом ассимиляции углекислого газа. Фотосинтез – это прежде всего процесс превращения световой энергии в химическую, и данное превращение больше связано с фосфатами (т.к. ведет к образованию АТФ и восстановлению НАДФ в результате фосфорилирования). Внутри хлоропластов протекают многие ферментативные реакции, использующие энергию АТФ и НАДФН, в результате которых синтезируются углеводы, аминокислоты, белки, жирные кислоты, липиды, азотистые основания пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов и тетрапиррольная группировка самого хлорофилла. Поглощаемый на этой стадии С02 включается в самые различные реакции организма. Первая реакция темновой фазы - связывание СО2 с 1,5-рибулозоди- фосфатом, далее это промежуточное соединение распадается на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты. Затем протекает цикл Кальвина - реакции, сходные с процессами пентозофосфатного цикла, приводящие к образованию гексоз, пентоз и других промежуточных продуктов, из которых синтезируются различные биомолекулы - аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, витамины. Таким образом, в ходе темновой стадии фотосинтеза используется энергия, запасенная на световой стадии, и образуются различные органические соединения.  Схема темновой фазы фотосинтеза Для образования одной молекулы фруктозо-6-фосфата реакции 7 – 11 должны повториться два раза, реакции 5 и 6 – три, 12 – четыре, 4 – пять, 1 и 13 – шесть, и реакции 2 и 3 – двенадцать раз. Суммарное уравнение фотосинтеза в таком случае имеет вид:  6 СО2 + 23 Н2О + 18 АТФ + 12 НАДФ * Н2 фруктозо-6-фосфат + 18 АДФ + 17 Н3РО4 + 12 НАДФ + 6 О2 В большинстве случаев фиксированная углекислота обнаруживается в виде углеводов (сахарозы, крахмала). Переход углерода в другие формы, в частности в азотистые соединения, зависит от обеспеченности растений азотом. Лекция 12 Обмен липидов
Запасные жиры растений представляют собой смесь разнокислотных триацилглинеролов, содержащих в одной молекуле, как правило, остатки разных жирных кислот. На основании того, что почти все жирные кислоты в животных тканях имеют четное число атомов углерода, предполагали, что их синтез и распад происходит путем присоединения или отщепления двухуглеродных фрагментов. Классические опыты Ф. Кноопа в начале XX в. подтвердили эти предположения. Было показано, что жирные кислоты последовательно окисляются по β-углеродному атому, при этом отщепляется двухуглеродный ацетильный фрагмент в виде ацетил-КоА и жирная кислот укорачивается на два атома углерода на каждой стадии окисления. Триацилглицеролы (жиры) — важнейший источник энергии. Среди главных питательных веществ они являются самыми малоокисленными соединениями, поэтому при их окислении в клетке выделяется наибольшее количество энергии - 38 кДж/г. Около 95% всей биологически доступной энергии в молекуле триацилглицеролы содержат в себе остатки трех жирных кислот, как правило, с длинной цепью углеродных атомов, глицерин — остальные 5% энергии.
Основные этапы синтеза жиров включают образование глицерол-3-фосфата и жирных кислот, а затем сложноэфирных связей между спиртовыми группами глицерола и карбоксильными группами жирных кислот:  Исходное соединение глицерол-3-фосфат образуется двумя путями. В ходе гликолиза он возникает при восстановлении дегидроксиацетонфосфата под действием глицеролфосфатдегидрогеназы:  дегидроксиацетонфосфат - NADH+Н* Глицерол-3-фосфат + NAD .Кроме того, глицеролфосфат может образовываться в ходе темновой фазы фотосинтеза. Биосинтез жирных кислот идет другим путем, чем их окисление. Основные отличия этих двух процессов следующие; I. Роль непосредственных предшественников двухуглеродных единиц жирных кислот играют трехуглеродные остатки малоновой кислоты в виде тиоэфира малонил- Со А:  В процессе биосинтеза возрастает цепь жирных кислот путем последовательного присоединении двухуглеродных фрагментов, образующихся из малонил- Со А. Причем первый из них присоединяется к ацетил-СоА. 2. Промежуточные продукты представляют собой тиоэфиры не СоА, а низкомолекулярного ацилпереносящего белка (ACP-SH), у которого есть реакционноспособные -SH-группы. 3. Биосинтез жирных кислот протекает в цитоплазме. Малонил- Со А, служащий предшественником большей части двухуглеродных фрагментов в ходе биосинтеза жирных кислот, образуется из ацетил- Со А в цитоплазме. Как уже указывалось выше, ацетил- Со А образуется в митохондриях в результате окисления пировиноградной кислоты и жирных кислот, образуется он также и при расщеплении углеродных скелетов аминокислот. Так как мембрана митохондрий непроницаема для ацетил- Со А. переход его в цитоплазму осуществляется через ряд промежуточных реакций. Предварительно ацетил Со- А взаимодействуете щавелево-уксусной кислотой, образуя лимонную кислоту:  Лимонная кислота уже способна пройти сквозь мембрану митохондрии и перейти из матрикса в цитоплазму. В мембране митохондрии в этом переходе участвует транспортный фермент, образующий трикарбоксилаттранспортирующую систему. При переходе лимонная кислота образует комплекс с транспортным белком-ферментом и в таком виде проходит через мембрану. В цитоплазме лимонная кислота реагирует с АТР и Со А, распадаясь на ацетил- Со А и щавелево-уксусную кислоту:  Ацетил- Со А в цитоплазме подвергается карбоксилированию, в результате чего образуется малонил- Со А. Эту реакцию Катализирует ацетил- Со А-карбоксилаза, которая содержит в качестве простетической группы биотин. На эту реакцию расходуется I молекула АТР;  Синтез пальмитиновой кислоты С16:0 осуществляется под действием семи ферментов, объединенных в мультиферментный комплекс — синтетазу жирных кислот (пальмитилсинтетаза). Центральное место в ней занимает ацил-переносящий белок (АСР), с которым ковалентно связываются промежуточные продукты биосинтеза жирных кислот. ЛСР сравнительно низкомолекулярный термостабильный белок, в простетической группе которого содержится пантотеновая кислота. Функция ЛСР в биосинтезе жирных кислот аналогична функции кофермента А в окислении жирных кислот. В процессе построения цепи жирных кислот промежуточные продукты образуют эфирные связи с ацил-переносящим белком:  Процесс присоединения каждого двухуглеродного фрагмента протекает в четыре этапа На первом этапе удлинения углеродной цепи жирной кислоты ацетильная и малонильная группы, ковалентно связанные с SH-группами ферментного комплекса - синтетазы, подвергаются конденсации с образованием ацетоальдегидной группы. Этот процесс катализируется З-кетоацил-АСР-синтетазой и сопровождается выделением СО2.  На втором этапе ацетоацетил-АСР подвергается восстановлению но карбонильной группе пол действием З-кетоацил-АСР-редуктазы. в качестве донора электронов используется NADPH + Н*. При этом образуется 3-гидроксибутирил-АСР:  В ходе третьего этапа цикла синтеза жирной кислоты происходит дегидратация 3-гидроксибутирил-ЛСР под действием 3-гидрокси-ацид-АСР-дегидратазы. При этом образуется ненасыщенное соединение:  На четвертом лапе, свершающем один цикл реакций синтеза жирных кислот, происходит насыщение водородом двойной святи с образованием бутирил-АСР, т. е. масляной кислоты, ковалентно связанной с АСР. Эта реакция катализируется еноил-АСР-редуктазой, в качестве донора этой реакции выступает NADPH + Н':  Далее начинается новый цикл реакций, приводящих к удлинению цепи еще на одно двухуглеродное звено, и т. д. После семи таких циклов образуется конечный продукт - пальмитоил-АСР и процесс наращивания цепи заканчивается на 16-м углеродном атоме.  Затем пол действием гидролитическою фермента молекула пальмитиновой кислоты отщепляется от молекулы АСР. Более высокомолекулярные жирные кислоты образуются из пальмитиновой пол действием ферментных систем, катализирующих удлинение цепей жирных кислот путем присоединения двухуглеродных (ацетильных) групп. Как и 8 ходе синтеза пальмитиновой кислоты, сначала присоединяется мапонил-С3 (в виде малонил –Со А), и сразу же происходит его декарбоксилирование:  Этот процесс протекает в эндоплазматическом ретикулуме и митохондриях. Мононенасыщенные жирные кислоты образуются из насыщенных в результате реакции окисления, катализируемой ацил –Со А-оксигеназой. Первая двойная связь в жирных кислотах: С18:1 - олеиновой. С18:2 — линолевой и С18:3 - линоленовой находится в положении 9-10 от карбоксильной группы. Жирные кислоты с большим, чем 3 числом двойных связей в растениях не синтезируются.  Жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями в организмах животных и человека образоваться не могут, синтезируются они только в растениях. Поэтому их иногда называют незаменимыми жирными кислотами. Образовавшиеся Со А-эфиры жирных кислот и глицерол-3-фосфат — исходные соединения для биосинтеза жиров. На первом этапе синтеза происходит ацилирование двух гидроксильных групп глицеролфосфатаиилтрансферазы:  Образовавшийся диацилглицерол-З-фосфат далее гидролизуется под действием фосфатидатфосфатазы:  Диацилглицерол, взаимодействуя с третьей молекулой ацил-СоА, под действием ацилтрансферазы превращается в жир:  Формирование каждой эфирной связи требует значительного количества свободной энергии. Для образования эфирной связи жирная кислота сначала должна активироваться путем образования Со А- эфира. Для этой реакции необходима энергия двух высокоэнергетических фосфатных связей. 2.Распад жиров. Жиры под действием фермента липазы с участием воды расщепляются на глицерин и жирные кислоты: СН2ОСОR1 СН2ОН  СНОСОR2 + 3 Н2О СНОН + R1СООН + R2СООН + R3СООНСН2ОСОR3 СН2ОН Образовавшийся глицерин может подвергаться затем различным превращениям. Под действием фермента глицеролкиназы глицерин с участием АТФ фосфорилируется и превращается в глицерол-3-фосфат. Затем фосфорилированный глицерин под действием глицерол-3-фосфатдегидрогеназы, активной группой которой является НАД, окисляется, и образуется фосфодиоксиацетон. Фосфодиоксиацетон изомеризуется и превращается в 3-фосфоглицериновый альдегид. Далее фосфодиоксиацетон и 3-фосфоглицериновый альдегид могут подвергаться двум типам превращений. С одной стороны, под действием альдолазы из 3-фосфоглицеринового альдегида и фосфодиоксиацетона синтезируется фруктозо-1,6-дифосфат, который может превращаться в самые разные углеводы, служащие для построения клеток и тканей организмов. 3-фосфоглицериновый альдегид может претерпевать и окислительные превращения в цикле Кребса. Последовательность реакций и ферменты, участвующие в окислении жирных кислот, могут быть представлены в следующем виде. На первом этапе жирная кислота в результате реакции с коферментом А и АТФ активизируется, и образуются ацилкофермент А, имеющий макроэргическую связь, адениловая кислота и неорганический пирофосфат: ацил-С0А-синтетаза О О R  –CH2CH2C + HS–С0A + АТФ RCH2CH2CS–С0A +АМФ + Н4Р2О7 ОН
Активированная жирная кислота – ацилкофермент А – обладает большей реакционной способностью, чем свободная жирная кислота. На втором этапе активированная жирная кислота окисляется, причем атомы водорода отщепляются от второго и третьего углеродных атомов. Это окисление катализируется ферментом ацил-С0А-дегидрогеназой, активной группой которого является ФАД: дегидрогеназа О О R  CH2CH2CS–С0A + ФАД RCH=CНСS–С0A + ФАД*Н2 Насыщенная жирная кислота, соединенная с коферментом А, присоединяя под действием еноил-С0А-гидротазы воду, превращается в соответствующее оксипроизводное: еноилгидротаза О О R CH=CНСS–С0A + Н2О RCHОНСH2CS–С0AЗатем оксипроизводное кофермента А окисляется. Это окисление катализируется ферментом 3-оксиацил-С0А-дегидрогеназой, активной группой которого является НАД. Водородные атомы отщепляются от третьего углеродного атома, и в результате реакции образуется кетопроизводное кофермента А: дегидрогеназа О О R  CНОНСH2CS–С0A + НАД RCОСH2CS–С0A + НАД*Н2 На последнем этапе кетопроизводное кофермента А под действием фермента ацил-С0А-тиолазы реагирует с коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент А, а исходная кислота становится короче на два углеродных атома: тиолаза О О О R СОCH2CS–С0A + НS–С0A RCS–С0A + CH3CS–С0AПосле этого жирная кислота может вновь подвергаться таким же превращениям и отщеплять новые молекулы ацетилкофермента А. В конечном итоге вся углеродная цепочка жирной кислоты будет расщеплена на двууглеродные фрагменты ацетилкофермента А. |
Похожие:
 | Методические указания к самостоятельной работе Специальность 020208. 65 Биохимия Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Биохимия» | | Методические указания к самостоятельной работе Специальность 020208. 65 Биохимия Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Биохимия» |
| Биохимия тканей Биохимия тканей: методические указания к самостоятельной работе [Текст ] / cост. Е. В. Инжеваткин – Красноярск: Сибирский федеральный... | | Биохимия мембран Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 012300 Общая биохимия. В учебном пособии представлена... |
| Биохимия мембран Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 012300 Общая биохимия. В учебном пособии представлена... | | Программа по дисциплине «Биохимия» Целью изучения дисциплины является освоение теоретическими основами дисциплины «Биохимия» по разделам: строение и состав структурных... |
 | Памятка для студентов направления 260800 «Технология продукции и... Дисциплина «Биохимия» общим объемом 180 часов: лекции – 34 часа, лабораторные работы – 34 часа, практические занятия -17 часов, самостоятельная... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Биохимия молока и мяса»... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Биохимия молока и мяса» составлен на основе |
| Рабочая программа по дисциплине биологическая химия биохимия полости... Настоящая рабочая программа составлена на основе примерной программы по дисциплине биологическая химия – биохимия полости рта, рекомендованной... | | Рабочей учебной программы по дисциплине микробиология, вирусология 060601 Медицинская биохимия |
| Рабочая программа составлена в соответствии с: Федеральным государственным... Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки (специальности):... | | Рабочей учебной программы по дисциплине общая и клиническая иммунология... |
| Российской федерации «Биология», профили Ботаника, Зоология, Физиология, Генетика, Биоэкология; Биохимия | | Домашнее задание на 19. 01. 13 Учебно-методический комплекс по дисциплине «Биохимия молока и мяса» составлен на основе |
| Самостоятельная работа 156 (час.) По направлению подготовки 060601 Медицинская биохимия (квалификация «специалист») | | Тема №1 «учение о клетке» Учебно-методический комплекс по дисциплине «Биохимия молока и мяса» составлен на основе |
