Окислительное декарбоксилирование пирувата

 

1-ю реакцию катализирует фермент ПИРУВАТДЕКАРБОКСИЛАЗА (Е₁).

 

2-ю и 3-ю реакцию процесса катализирует фермент АЦИЛТРАНСФЕРАЗА (Е₂).

 

 

 

3 этап - продолжает работать фермент ацилтрансфераза.

Второй фермент данного комплекса является не только ацетилтрансферазой, но и окислительным ферментом одновременно (дегидрогенизирующая ацетилтрансфераза).

Энергия этого окисления аккумулируется в виде макроэргической связи активной формы уксусной кислоты (ацетил-КоА).

 

4 этап катализируется ферментом ДИГИДРОЛИПОИЛДЕГИДРОГЕНАЗОЙ.

 

В итоге можем записать суммарное уравнение:

Аналогично действует ферментный комплекс для окислительного декарбоксилирования a-кетоглутарата. Но названия двух из трех ферментов другие:

1-й фермент - декарбоксилаза a-кетоглутаровой кислоты

2-й фермент - сукцинилтрансфераза (переносит остаток янтарной кислоты)

 

Суммарное уравнение для этого комплекса:

В результате действия этих двух комплексов, каждый из двух приведенных субстратов (ПВК и a-КГ) - теряют СО₂, два протона и два электрона, которые передаются на кислород с образованием Н₂О и параллельно происходит фосфорилирование трех молекул АТФ. Сами субстраты превращаются в итоге в активную форму соответствующей кислоты.

Макроэргическая связь в молекулах этих активных форм может легко трансформироваться в макроэргическую связь молекулы АТФ. Например, для молекулы сукцинил-КоА:

Такой способ образования АТФ, когда нет сопряжения с процессами окисления, называется СУБСТРАТНЫМ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕМ (при этом используется макроэргическая связь в молекуле какого-нибудь субстрата).

 

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИТОГ УДЛИНЕННОЙ ЦЕПИ.

Образуются 3 молекулы АТФ путем окислительного фосфорилирования. Продукты окислительного декарбоксилирования (ацетил-КоА и сукцинил-КоА) содержат макроэргическую связь. Энергия макроэргической связи сукцинил-КоА используется двумя способами.

1) Субстратное фосфорилирование в ЦТК (так расходуется большая часть этого вещества).

2) Реакции синтеза гема (меньшая часть сукцинил-КоА).

Энергия макроэргической связи Ацетил-КоА используется только в реакциях синтеза:

а) Синтез лимонной кислоты (цитрата).

б) Синтез кетоновых тел

в) Синтез жирных кислот

г) Синтез холестерина

 

Среди субстратов МтО почти нет веществ, которые организм получает с пищей - только глутаминовая кислота.

Субстраты МтО - в основном органические кислоты, которые образуются в организме в процессе катаболизма. В процессе катаболизма из большого количества разнообразных пищевых веществ образуется всего 2 вида общих метаболитов: Ацетил-КоА и ПВК.

 

Трансаминирование.При добавлении к гомогенату мышц глутаминовой и пиро-виноградной кислот образуются α-кетоглутаровая кислота и аланин без промежуточного свободного аммиака; добавление аланина и α-кетоглу-таровой кислоты приводило к образованию соответственно пировиноград-ной и глутаминовой кислот. Иными словами, предшественниками глюкозы вглюконеогенезе может быть пируват или любое соединение, превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот.

У позвоночных наиболее интенсивно глюконеогенез протекает в клетках печени и почек (в корковом веществе).

Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакции гликолиза. Только 3 реакциигликолиза (гексокиназная, фосфо-фруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, поэтому в процесс глю-конеогенеза на 3 этапах используются другие ферменты. Рассмотрим путь синтеза глюкозы из пирувата.

 

Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов. Такими продуктами или метаболитамиявляются в первую очередь молочная и пи-ровиноградная кислоты

Образование фосфоенолпирувата из пирувата.

 

ТИАМИН (витамин B_t), водорастворимый витамин группы В. Существует в виде солей, важнейшая из к-рых тиамин-гидрохлорид Соли тиамина хорошо раств. вводе, хуже в спиртах, не раств. в эфире, хлороформе, бензоле и ацетоне.

Потребность человека в тиамине составляет. 0,5 мг на 1000 ккал (4186 кДж) суточного рациона или от 1,5 до 2,5 мг/сут в зависимости от энергозатрат. Тиамин широко распространен в живой природе. Синтезируется растениями и мн. микроорганизмами. Животные и человек не синтезируют тиамин и должны получать его с пищей. ТДФ-зависимая пируватдегидрогеназа принимает участие в окислит. декарбоксилировании пировиноградной к-ты (пирувата) с образованием ацетилкофермента А. Недостаток тиамина в организме ведет к накоплению в крови и тканях недоокисленных продуктов обмена в-в, что, в свою очередь, приводит к патофизиол. и патоморфологич. изменениям, создающим картину В₁-авитаминоза, одной из форм к-рого является болезнь бери-бери (полиневрит, сердечно-сосудистые расстройства, отеки и др.).

ПАНТОТЕНОВАЯ КИСЛОТА

Пантотеновая кислота по хим. св-вам - типичный представитель гидрокси-кислот, может образовывать разл. производные как по карбоксильной группе (сложные эфиры, амиды, хлорангид-рид, азид, соли), так и по гидроксильной группе (сложные и простые эфиры).

Витамин синтезируется зелеными растениями, микроорганизмами, в т.ч. микрофлорой млекопитающих (авитаминозы, связанные с отсутствием пантотеновой кислоты, у человека поэтому обычно не наблюдаются). Особенно богаты пантотеновой кислотой печень (7-11 мг в 100 г) и почки (3,4-4,7 мг) высших животных, эмбриональные клетки (желток 2,7-7,0 мг), злаки (1,0-2,6 мг). В процессе хранения продуктов и их обработки потери витамина составляют 25-50%. Потребность в пантотеновой кислоте у высших животных составляет 0,1-2,5 мг/кг массы. Признаки дефицита пантотеновой кислоты у человека неспецифичны. У животных отмечается задержка роста, дерматит, выпадение шерсти, поражение желудочно-кишечного тракта, адреналовой системы (вырабатывает и выделяет в кровь катехолами-ны) и др.

Пантотеновая кислота в виде КоА участвует в углеводном и жировом обмене, в синтезе ацетилхолина, в коре надпочечников стимулирует образование кортикостероидов.

• Пируват входит в органический состав слюны. Полоскание полости рта чаем, содовым раствором или чистка зубов щеткой позволяют существенно снизить концентрацию глюкозы и ее метаболитов (пирувата, лактата и др.) в смешанной слюне человека после приема сладостей.

 

21. Особенности синтеза коллагена. Внутри- и внеклеточные этапы процесса образования «зрелого» коллагена, строение сшивок, центры минерализации. Участие витамина С в синтезе коллагена и другие биохимические функции аскорбата, суточная потребность и признаки недостаточности. Биохимические маркеры синтеза и распада коллагена.Синтез коллагена

На примере коллагена –I: характерен для кости, является основным белком дентина. (закрепляем материал по посттрансляционному процессингу белка и микросомальному окислению)

Коллаген синтезируется в фибробластах в виде высокомолекулярного предшественника – проколлагена.

На этапах синтеза коллагена после включения пролина и лизина в полипептидную цепь происходит их гидроксилирование (специфично для молекулы коллагена). Образование гидроксипролила и гидроксилизила катализируют железосодержащие ферменты — пролингидроксилаза и лизингидроксилаза, их кофактор — аскорбиновая кислота. Гидроксилирование аминокислот является диоксигеназной реакцией, т.е. молекула кислорода одновременно окисляет два субстрата (аминокислоту и a-кетоглутарат):

В результате реакции образуются оксипролин и сукцинат (в молекулу которого включён второй атом кислорода из молекулы О₂) и выделяется СО₂. Реакция высокоспецифична – остатки пролина и лизина подвергаются гидроксилированию, если они расположены со стороны аминогруппы глицинового остатка. Аскорбиновая кислота работает как восстановительный агент, благодаря которому железо в активном центре фермента сохраняется в форме Fe²⁺. При недостатке витамина С синтез коллагена нарушается, возникает непрочность коллагеновых волокон, кровоточивость десен, расшатывание зубов (проявления цинги). Расшатывание зубов обусловлено, главным образом, недогидроксилированием вновь синтезированного коллагена периодонтальной связки. Такой коллаген плохо агрегирует.

К остаткам гидроксилизина под действием сначала галактозилтрансферазы, затем глюкозилтрансферазы присоединяются углеводные единицы (в основном остается одна галактоза или дисахарид, состоящий из галактозы и глюкозы).

Гидроксилирование и трансферазная реакция происходят во вновь синтезированном коллагене, ещё не претерпевшем спирализации в просвете эндоплазматического ретикулюма. Затем каждая про-a-цепь с помощью водородных связей объединяется с двумя другими в молекулу проколлагена, которая секретируется в межклеточный матрикс.

• Проколлаген имеет более длинные цепи, чем тропоколлаген. Дополнительные концевые фрагменты не образуют обычную трехцепочечную спираль, а объединяются друг с другом в глобулярные домены, структура которых совершенно не похожа на уникальную линейную структуру зрелого коллагена. Это препятствует агрегации и образованию фибрилл внутриклеточно, что было бы фатальным для клетки.
Вне клетки протеолитические ферменты последовательно удаляют оба домена – N-концевой и С-концевой (маркёры синтеза коллагена).

После того как во внеклеточном пространстве сформировались коллагеновые фибрилы, их прочность существенно увеличивается, так как образуются ковалентные сшивки между остатками лизина внутри и между молекулами тропоколлагена, укрепляя четвертичную структуру.
Сшивки создаются в несколько этапов.
I этап. Вначале некоторые остатки лизина и гидроксилизина дезаминируются лизилоксидазой с образованием альдегидных групп, обладающих высокой реакционной способностью. Затем эти группы самопроизвольно реагируют с образованием ковалентных связей друг с другом или с другими остатками лизина или гидроксилизина.

 

II этап. Альдегидные группы самопроизвольно взаимодействуют друг с другом, образуя альдольные поперечные связи коллагена, или реагируют с аминогруппой остатков лизина или 5-гидроксилизина (рис. А), обеспечивая образование бифункциональных ковалентных сшивок между соседними молекулами тропоколлагена.

РИС А

 

Если в реакции участвует аллизин, то она протекает по механизму альдиминной конденсации. При этом по иминной связи промежуточного соединения присоединяются 2 атома Н. В результате образуются сшивки с группировкой -NH- в середине – лизиннорлейцин или гидроксилизиннорлейцин (рис. А).

Присутствие гидроксильной группы в 5 положении гидроксиаллизина предопределяет течение реакции по механизму кетоиминной конденсации (рис Б). В этом случае в цепи получившейся поперечной сшивки лизино-5-кетонорлейцина или гидроксилизино-5-кетонорлейцина вместе с группировкой -NH- присутствует кето-группа.

Цепочки таких перемычек достаточно длинные, чтобы иметь некоторую гибкость, а ковалентное соединение атомов придаёт им высокую прочность и закрепляет регулярную структуру микрофибрилл коллагена.

Поперечные бифункциональные сшивки имеют свой вариант упорядоченности: каждый концевой телопептид тропоколлагена соединён перемычкой с расположенным на том же уровне участком смежной молекулы (рис. 9). Подобная локализация и прочность сшивок позволяет обнаружить их в составе N- и C-телопептидов, отщепляемых при распаде коллагена (для идентификации таких специфичных фрагментов разработаны методы, основанные на иммуноферментном анализе).

 

РИС Б

 

Бифункциональные связки наиболее присущи фибриллообразующим коллагенам типа I, II и III, причём в зависимости от вида ткани преобладает какой-либо определённый вид сшивки.

III этап. По мере созревания ткани возникают перемычки и между микрофибриллами. В бифункциональных сшивках сохраняются реакционноспособные атомы, которые постепенно вступают в реакции дополнительной конденсации с образованием трифункциональных сшивок, имеющих в центре гетероцикл – пиридиниевое или пиррольное кольцо (рис. В, Г). Эти процессы протекают также неферментативно путём спонтанного взаимодействия кетоиминной двойной сшивки одной микрофибриллы с альдегидным радикалом, расположенным в телопептидной части другой микрофибриллы.

Если в реакции участвуют 5-гидроксиаллизин и уже сформированная сшивка гидроксилизино-5-кетонорлейцина, то продуктом становится гидроксилизил-пиридинолин (рис. В). Это главная трифункциональная сшивка коллагенов большинства тканей. В минерализуемых тканях (кость, дентин зуба) число пиридиниевых сшивок в 5-10 раз меньше, чем в хряще и сухожилиях, причём чаще всего здесь встречается лизил-пиридинолин – вариант с негидроксилированной цепочкой в перемычке, образованной с участием лизино-5-кетонорлейцина.

В

Г

Более того, для минерализованных тканей (кость, ткани зуба) характерны сшивки пиррольного типа, которые образует негидроксилированный аллизин, соединяясь с бифункциональной сшивкой гидроксилизино-5-кетонорлейцином (рис. Г). Из всех трифункциональных перемычек именно гидроксилизилпиррол специфичен для минерализуемых тканей. Дополнительные перемычки циклического характера увеличивают прочность коллагена.

Образование разнообразных сшивок обеспечивает механическую прочность волокон коллагена. Остатки лизина и 5-гидроксилизина подвергаются окислению постепенно, поэтому количество поперечных связей между отдельными молекулами тропоколлагена, соседними микрофибриллами и пучками волокон с течением времени увеличивается, прочность коллагена возрастает: идёт процесс его «созревания».

Учитывая роль ЛИЗ в организации различных вариантов ковалентных сшивок в коллагеновой матрице костной ткани, зубного дентина и цемента становится понятной материальная основа применения лизина как средства, предотвращающего заболевания зубов.