Реферат: Физические свойства белков 2 страница

Аллостерические ферменты имеют важное значение в регуляции фермента­тивных процессов в клетке. Это связано с тем, что эффекторами могут быть раз­личные промежуточные продукты об­мена веществ, называемые м е т а б о л и т а м и. В частности, установлено, что конечный, а иногда и промежуточный продукт многостадийного процесса распада или биосинтеза может служить аллостерическим ингибитором одной из первых его реакций.

21. Специфическую область примене­ния ферментов в медицине составляет энзимодиагностика. Некоторые фер­менты, проферменты и их субстраты в норме циркулируют в крови. В крови присутствуют также нефункциональные ферменты, концентрация которых в плазме на несколько порядков ниже, чем в тканях и органах. Появление этих ферментов в плазме в повышенных концентрациях, как правило, связано с патологией. Обычно заболевание того или иного органа, сопровождающееся разрушением его клеток, приводит к выходу из них ферментов в плазму крови, в которой и тестируется увели­чение ферментативной активности. Так, повышение активности фруктозо-1,6-дифосфатальдолазы в сыворотке крови наблюдается при инфекционном гепа­тите, раке печени и инфаркте миокарда. Симптомом мышечной дистрофии яв­ляется повышение в плазме крови ак­тивности креатинкиназы-важнейшего фермента, обеспечивающего образова­ние необходимого для поддержания мышечной деятельности.Известно, что активность аспартатаминотрансферазы (АСТ) возрастает в сыворотке крови при болезнях сердца, а аланинами­нотрансферазы (АЛТ)-при болезнях печени. Нередко в энзимодиагностике используют анализ соотношения актив­ности нескольких ферментов. Так, при остром гепатите наблюдается повы­шенное соотношение активности ами­лаза/липаза; при злоупотреблении алко­голем и связанным с этим риском воз­никновения заболеваний сердца и пе­чени наблюдается соотношение актив­ности АСТ/АЛТ, превышаю­щее.Широко используется в энзимоди­агностике анализ множественных форм (изозимов) ферментов. Например, при инфаркте миокарда в крови резко воз­растает активность быстромигрирую­ших при электрофорезе (анодных) форм лактатдегидрогеназы, а при инфекци­онном гепатите, напротив, возрастает активность катодных изозимов этого фермента. Кроме лактатдегидрогеназы, на практике используется анализ изо­ферментов кислой фосфатазы (при раке предстательной железы), щелочной фосфатазы (болезни костей, рахит и др.), креатинкиназы (болезни сердца). В тестировании раковых заболеваний ис­пользуются изоферменты гексокиназы (по их соотношению удается даже оп­ределить стадию развития ракового по­ражения при гепатомах Морриса), пи­руваткиназы (опухоли печени, мозга и рабдосаркома), альдолазы (опухоли мозга и печени), фосфофруктокиназы (гепатомы), енолазы (рак мозга), лак­татдегидрогеназы (опухоли желудка, щитовидной железы, почек, яичников, матки, молочной железы).Таким обра­зом, области применения ферментов в медицине действительно безграничны. Рассмотренные примеры ясно показы­вают, какие замечательные и много­обещающие перспективы уже сегодня открывает перед будущими врачами медицинская энзимология.

22. Поиск высокоэффективных и неток­сичных методов лечения различных патологических состояний привел к изучению возможностей использования в биологии и медицине сильноточных электрических разрядов. Высокоэнерге­тические физико-химические факторы на основе наносекундных электриче­ских разрядов (НСЭР), успешно приме­няемые в новейших технологиях, про­являют уникальные физико-химические свойства. Накопленные теоретические данные дают основания считать воз­можным применение этих факторов и для деструкции клеток, что обусловило изучение влияния их на системы орга­низма. Во время генерации высоких импульсных напряжений и в сильно­точных электрических разрядах наносе­кундных длительностей за счет высокой напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке нараба­тывается большое количество электро­нов, имеющих сравнительно высокую энергию. Эти электроны являются ос­новными участниками плазмохимиче­ских реакций. Взаимодействие их с мо­лекулами газов и биологических суб­стратов приводит к образованию хими­чески активных частиц, таких как (О, О3, ОН–, Н2О2 и т. д., которые явля­ются активными формами кислорода. Они первыми появляются в цепи реак­ций клеточного метаболизма и участ­вуют в процессах организма и клетки. Синтез АТФ. Анаэробный (без участия кислорода). Главная роль углеводов и липидов в клеточном метаболизме со­стоит в том, что их расщепление на бо­лее простые соединения обеспечивает синтез АТФ. Несомненно, что те же процессы протекали и в первых, самых примитивных клетках. Однако в атмо­сфере, лишенной кислорода, полное окисление углеводов и жиров до CO2 было невозможно. У этих примитивных клеток имелись все же механизмы, с помощью которых перестройка струк­туры молекулы глюкозы обеспечивала синтез небольших количеств АТФ. Речь идет о процессах, которые у микроор­ганизмов называют брожением. Лучше всего изучено сбраживание глюкозы до этилового спирта и CO2 у дрожжей.

В ходе 11 последовательных реакций, необходимых для того, чтобы заверши­лось это превращение, образуется ряд промежуточных продуктов, представ­ляющих собой эфиры фосфорной ки­слоты (фосфаты). Их фосфатная группа переносится на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Чистый выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, расщепленную в процессе брожения. Аналогичные процессы происходят во всех живых клетках; поскольку они по­ставляют необходимую для жизнедея­тельности энергию, их иногда (не вполне корректно) называют анаэроб­ным дыханием клеток. Аэробный (с использованием кислорода). С появле­нием в атмосфере кислорода, источни­ком которого послужил, очевидно, фо­тосинтез растений, в ходе эволюции развился механизм, обеспечивающий полное окисление глюкозы до CO2 и воды, – аэробный процесс, в котором чистый выход АТФ составляет 38 моле­кул АТФ на каждую окисленную моле­кулу глюкозы. Этот процесс потребле­ния клетками кислорода для образова­ния богатых энергией соединений из­вестен как клеточное дыхание (аэроб­ное). В отличие от анаэробного про­цесса, осуществляемого ферментами цитоплазмы, окислительные процессы протекают в митохондриях. В митохон­дриях пировиноградная кислота – про­межуточный продукт, образовавшийся в анаэробной фазе – окисляется до СО2 в шести последовательных реакциях, в каждой из которых пара электронов переносится на общий акцептор – ко­фермент никотинамидадениндинуклео­тид (НАД). Эту последовательность реакций называют циклом трикарбоно­вых кислот, циклом лимонной кислоты или циклом Кребса. Из каждой моле­кулы глюкозы образу­ется 2 молекулы пировиноградной кислоты; 12 пар элек­тронов отщепляется от молекулы глю­козы в ходе ее окисления, описывае­мого уравнением:

23. Обмен веществ (или метаболизм) состоит из двух процессов: ассимиля­ции (или анаболизма) — синтеза харак­терных для организма соединений и диссимиляции (или катаболизма) — рас­пада веществ и выведения продуктов этого распада из организма. Совокуп­ность процессов ассимиляции (синтеза) и диссимиляции (распада) составляет основу жизни. Различают общий (внешний) обмен веществ, учитываю­щий поступления в организм веществ и их выделение, и промежуточный обмен веществ, который охватывает превра­щения этих веществ в организме.

Первым этапом обмена веществ явля­ется превращение поступивших ве­ществ пищи в желудочно-кишечном тракте. Превращение начинается в ро­товой полости, однако основные пище­варительные процессы протекают в тонком кишечнике.

24. Окисление биологиче­ское, совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых клетках. Основная функция О. б. — обеспечение организма энергией в доступной для использования форме. Реакции О. б. в клетках катализируют ферменты, объе­диняемые в класс оксидоредуктаз. О. б. в клетках связано с передачей т. н. вос­станавливающих эквивалентов (ВЭ) — атомов водорода или электронов — от одного соединения — донора, к дру­гому — акцептору. У аэробов — боль­шинства животных, растений и многих микроорганизмов — конечным акцеп­тором ВЭ служит кислород. Поставщи­ками ВЭ могут быть как органические, так и неорганические вещества (см. таблицу). Основной путь использования энергии, освобождающейся при О. б., — накопление её в молекулах адено­зинтрифосфорной кислоты (АТФ) и др. макроэргических соединений.О. б., со­провождающееся синтезом АТФ из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и неорганического фосфата, происходит при гликолизе, окислении a-кетоглута­ровой кислоты и при переносе ВЭ в цепи окислительных (дыхательных) ферментов, обычно называют окисли­тельным фосфорилированием (см. схему). В процессе дыхания углеводы, жиры и белки подвергаются многосту­пенчатому окислению, которое приво­дит к восстановлению основных по­ставщиков ВЭ для дыхательных флави­нов, никотинамидадениндинуклеотида (НАД), никотинамидадениндинуклео­тидфосфата (НАДФ) и липоевой ки­слоты. Восстановление этих соедине­ний в значительной мере осуществля­ется в трикарбоновых кислот цикле, которым завершаются основные пути окислительного расщепления углеводов (оно начинается с гликолиза), жиров и аминокислот. Помимо цикла трикарбо­новых кислот, некоторое количество восстановленных коферментов — ФАД (флавинадениндинуклеотида) и НАД — образуется при окислении жирных ки­слот, а также при окислительном деза­минировании глутаминовой кислоты (НАД) и в пентозофосфатном цикле (восстановленный НАДФ). Одновре­менно развивалось направление, где в основу классификации ферментов был положен тип реакции, подвергающейся каталитическому воздейсвию. Наряду с ферментами, ускоряющими реакции гидролиза (гидролазы), были изучены ферменты, участвующие в реакциях переноса атомов и атомных групп (фе­разы), в изомеризации (изомеразы), расщеплении (лиазы), различных синте­зах (синтетазы) и т. д. Это направление в классификации ферментов оказалось наибо-лее плодотворным, так как объе­диняло ферменты в группы не по наду­манным, формальным признакам, а по типу важнейших биохимических про­цессов, лежащих в основе жизнедея­тельности любого организма. По этому принципу все ферменты делят на 6 классов.1. Оксидоредуктазы — уско­ряют реакции окисления — восстанов­ления. 2. Трансферазы — ускоряют ре­акции переноса функциональных групп и молекулярных остатков. 3. Гидролазы — ускоряют реакции гидролитического распада. 4. Лиазы — ускоряют негидро­литическое отщепление от субстратов определенных групп атомов с образова­нием двойной связи (или присоединяют группы атомов по двойной связи). 5. Изомеразы — ускоряют пространствен­ные или структурные перестройки в пределах одной молекулы. 6. Лигазы — ускоряют реакции синтеза, сопряжен­ные с распадом богатых энергией свя­зей.

25. В переносе электронов от субстра­тов к молекулярному кислороду прини­мают участие: пиридинзависимые де­гидрогеназы, коферментами для кото­рых служат либо НАД либо НАДФ. флавинзависимые дегидрогеназы, роль простетической группы играют флави­надениндинуклеотид и флавинаденин­мононуклеотид (ФАД, ФМН) и др. К числу пиридинзависимых дегидрогеназ относятся свыше 150 ферментов, кото­рые катализируют восстановление НАД и НАДФ различными органическими субстратами. Эти реакции можно изо­бразить так: субстрат-Н2+НАД(НАДФ)субстрат (окисл.)+НАДН2(НАДФН2). Кофер­мент НАД находится в митохондриях, НАДФ — в цитоплазме. Восстановлен­ные пиридиннуклеотиды НАДН и НАДФН не могут реагировать с кисло­родом, их электроны должны пройти через промежуточные акцепторы сис­темы переноса электронов (цитохромы) прежде чем они смогут быть переданы на кислород. Фермент, непосредственно переносящий электрон на кислород — оксидаза, а участвующий в отнятии электрона от субстрата и переносе на акцептор -дегидрогеназа. Следующим акцептором атомов водорода является группа флавиновых ферментов, кото­рые осуществляют перенос водородов (протонов и электронов) от восстанов­ленных НАД и НАДФ. НАДН2+флавиновый фермент (ФАД)НАД+ФАДН2. Все дегидроге­назы нуждаются в коферменте для пе­реноса восстановительных эквивален­тов. Наиболее широко распространены коферменты динуклеотидного типа, в котором два нуклеозид-5'-монофосфата соединены фосфоангидридной связью. ЛДГ и многие другие дегидрогеназы нуждаются в никотинамидаденинди­нуклеотиде, сокращенно НАД+ (NAD+) (1). Обе нуклеотидных группы НАД+ построены из 5'-АМФ и нуклеотида, содержащего в качестве основания амид никотиновой кислоты (см. с. 354). Структурно (но не функционально) по­хожим коферментом является НАДФ+ (NADP+), в котором 2'-ОН-группы ри­бозы аденина дополнительно связаны с фосфатом. Несмотря на близкое струк­турное родство НАД+ и НАДФ+ осуще­ствляют различные функции в обмене веществ. В окислительно-восстанови­тельных реакциях пиридиннуклеотид­ного кофермента участвует только ни­котинамидное кольцо. Никотинамид является амидом пиридин-3-карбоновой (никотиновой) кислоты. В окисленной форме кольцо имеет ароматический характер и несет положительный заряд. По этой причине кофермент в окислен­ном состоянии обозначают как НАД+. При окислении лактата дегидрогеназа отщепляет от субстрата (AH2) два атома водорода [т. е. два электрона и два протона (2, середина)]. Однако на НАД+ переносится только гидрид-ион (H-, два электрона и один протон). Ак­цептором гидрид-иона является атом углерода в пара-положении к атому азота кольца НАД+. В этом месте обра­зуется алифатическая СН2-группа, пе­рестраиваются двойные связи кольца и исчезает положительный заряд (2, внизу). При окислении или восстанов­лении никотинамидного кольца изме­няются также спектральные характери­стики кофермента. Поэтому за реакцией можно легко следить фотометрически. Второй протон высвобождается в среду и, следовательно, правильное наимено­вание восстановленной формы кофер­мента NADH + H+, а не NADH2.

26. Дыхательная электронтранспортная цепь (ЭТЦ, ETC,) — система струк­турно и функционально связанных трансмембранных белков и переносчи­ков электронов. ЭТЦ позволяет запасти энергию, выделяющуюся в ходе окис­ления НАД∙Н и ФАДН2 молекулярным кислородом (в случае аэробного дыха­ния) или иными веществами (в случае анаэробного) в форме трансмембран­ного протонного потенциала за счёт последовательного переноса электрона по цепи, сопряжённого с перекачкой протонов через мембрану. Компоненты дыхательной цепи. Дыхательная цепь включает три белковых комплекса (комплексы I, III и IV), встроенных во внутреннюю митохондриальную мем­брану, и две подвижные молекулы-пе­реносчики — убихинон (кофермент Q) и цитохром с. Сукцинатдегидрогеназа, принадлежащая собственно к цитрат­ному циклу, также может рассматри­ваться как комплекс II дыхательной цепи. АТФ-синтаза иногда называется комплексом V, хотя она не принимает участия в переносе электронов. Ком­плексы дыхательной цепи построены из множества полипептидов и содержат ряд различных окислительно-восстано­вительных коферментов, связанных с белками. К ним принадлежат флавин [ФМН (FMN) или ФАД (FAD), в ком­плексах I и II], железо-серные центры (в I, II и III) и группы гема (в II, III и IV). Детальная структура большинства ком­плексов еще не установлена. Электроны поступают в дыхательную цепь различ­ными путями. При окислении НАДН + Н+ комплекс I переносит электроны через ФМН и Fe/S-центры на убихинон. Образующиеся при окислении сукци­ната, ацил-КоА и других субстратов электроны переносятся на убихинон комплексом II или другой митохондри­альной дегидрогеназой через связанный с ферментом ФАДН2 или флавопротеин (см. с. 166), При этом окисленная форма кофермента Q восстанавливается в аро­матический убигидрохинон. Последний переносит электроны в комплекс III, который поставляет их через два гема b, один Fe/S-центр и гем с1 на небольшой гемсодержащий белок цитохром с. По­следний переносит электроны к ком­плексу IV, цитохром с-оксидазе. Цито­хром с-оксидаза содержит для осущест­вления окислительно-восстановитель­ных реакций два медьсодержащих цен­тра (CuA и CuB) и гемы а и а3, через которые электроны, наконец, поступают к кислороду. При восстановлении О2 образуется сильный основной анион О2-, который связывает два протона и переходит а воду. Поток электронов сопряжен с образованным комплексами I, III и IV протонным градиентом. Орга­низация дыхательной цепи. Перенос протонов комплексами I, III и IV проте­кает векторно из матрикса в межмем­бранное пространство. При переносе электронов в дыхательной цепи повы­шается концентрация ионов H+, т. е. понижается значение рН. В интактных митохондриях по существу только АТФ-синтаза позволяет осуществить обратное движение протонов в матрикс. На этом основано важное в регулятор­ном отношении сопряжение электрон­ного переноса с образованием АТФ. Убихинон благодаря неполярной боко­вой цепи свободно перемещается в мембране. Водорастворимый цитохром с находится на внешней стороне внут­ренней мембраны. Окисление НАДН (NADH) комплексом I происходит на внутренней стороне мембраны, а также в матриксе, где происходит также цит­ратный цикл и β-окисление — самые важные источники НАДН. В матриксе протекают, кроме того, восстановление O2 и образование АТФ (ATP). Полу­ченный АТФ переносится по механизму антипорта (против АДФ) в межмем­бранное пространство (см. с. 214), от­куда через порины проникает в цито­плазму.

27. Окислительное фосфорилирование было бы правильнее назвать

фосфорилированием в дыхательной цепи. Суть его состоит в следующем. Перенос электронов и протонов по окислительно-восстановительной цепи ферментов сопровождается высвобож­дением значительного количества энер­гии, большая часть которой трансфор­мируется в энергию фосфатных связей макроэргических соединений, главным образом АТФ. Неиспользованная энер­гия рассеивается в виде тепла. Для син­теза АТФ необходим АДФ, неорганиче­ский фосфат, 8-10 ккал энергии и соот­ветствующие ферменты. АДФ+НзР04+8-10 ккал энергии ® АДФ~Р ® АТФ

При распаде АТФ соответственно вы­свобождается такое же количество энергии. Процесс синтеза АТФ из АДФ и нес фосфата за счет энергии дыхания (энергии переноса электронов) получил название окислительного фосфорили­рования. ХЕМИОСМОТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ-учение о механизме преобра­зования энергии в биол. мембранах при синтезе аденозинтрифосфорной к-ты (АТФ). Разработана П. Митчеллом в 1961—66. Согласно исходным пред­ставлениям Митчелла, запасание энер­гии в АТФ происходит вследствие предварительного накопления зарядов на стенках мембраны, создания мем­бранного потенциала и разности кон­центраций протонов. Разность электро­химич. потенциалов ионов водорода на сопрягающих мембранах (внутр. мем­браны митохондрий, тилакоиды хлоро­пластов, мембраны бактерий) возникает за счёт энергии, выделяемой при дея­тельности цепи окислит.-восстановит, ферментов, или за счёт поглощённых квантов света. Трансмембранные элек­трохимич. потенциалы ионов могут служить источником энергии не только для синтеза АТФ, на и для транспорта веществ, движения бактериальных кле­ток и др. энергозависимых процессов. Гипотеза П.Митчелла требует соблюде­ния ряда условий, которые перечислены ниже. 1. Внутренняя митохондриальная мембрана должна быть интактна и не­проницаема для протонов, направляю­щихся снаружи внутрь. 2. В результате активности дыхательной цепи ионы водорода поступают в нее изнутри, из матрикса, а освобождаются на наруж­ной стороне мембраны. 3. Движение ионов водорода, направленное изнутри наружу, приводит к их накоплению, вследствие чего между двумя сторо­нами митохондриальной мембраны воз­никает градиент pH. 4. Поддержание такого градиента требует затраты энер­гии. Эту энергию поставляет перенос электронов по электрон-транспортной цепи. 5. Синтез АТФ поддерживается наличием электрохимического гради­ента.

28. С ингибированием ферментов свя­зан механизм действия многих токси­нов и ядов на организм. Известно, что при отравлениях солями сенильной ки­слоты смерть наступает вследствие полного торможения и выключения ды­хательных ферментов (цитохромная система) тканей, особенно клеток мозга. Токсическое влияние на организм чело­века и животных некоторых инсектици­дов обусловлено торможением активно­сти холинэстеразы – фермента, играю­щего ключевую роль в деятельности нервной системы.Современная, так на­зываемая рациональная, химиотерапия (направленное применение лекарствен­ных препаратов в медицине) должна основываться на точном знании меха­низма действия лекарственных средств на биосинтез ферментов, на активность уже синтезированных ферментов или на регуляцию их активности в организме. Иногда для лечения некоторых болез­ней используют избирательно дейст­вующие ингибиторы. Так, ингибитор ряда протеиназ (трипсина, химотрип­сина и калликреина) трасилол широко применяется для лечения острого пан­креатита – болезни, при которой уро­вень трипсина и химотрипсина в крови резко возрастает. Знание избиратель­ного ингибиторного действия некото­рых природных и синтетических соеди­нений (так называемых антиметаболи­тов) на ферменты может служить мето­дологической основой для разработки эффективных методов синтеза химио­терапевтических препаратов. Этот путь открывает широкие возможности для направленного воздействия на синтез ферментов в организме и регуляции интенсивности метаболизма при пато­логии.Некоторые аналоги витамина В6 и фолиевой кислоты, в частности дезок­сипиридоксин и аминоптерин (см. главу 7), действуют как конкурентные, так называемые коферментные, ингиби­торы (или антивитамины), тормозящие многие интенсивно протекающие при патологии биологические процессы в организме. Применение подобных ана­логов в медицинской практике (в част­ности, в дерматологии и онкологии) основано на конкурентном вытеснении коферментов из субстратсвязывающих центров ключевых ферментов об­мена.Неконкурентное ингибирование вызывается веществами, не имеющими структурного сходства с субстратами и часто связывающимися не с активным центром, а в другом месте молекулы фермента. Степень торможения во мно­гих случаях определяется продолжи­тельностью действия ингибитора на фермент. При данном типе ингибирова­ния благодаря образованию стабильной ковалентной связи фермент часто под­вергается полной инактивации, и тогда торможение становится необратимым. Примером необратимого ингибирова­ния является действие йодацетата, ДФФ, а также диэтил-n-нитрофенил­фосфата и солей синильной кислоты. Это действие заключается в связывании и выключении функциональных групп или ионов металлов и молекуле фер­мента.

29. Подготовка энергии к использова­нию, т. е. генерирование (извлечение) энергии из пищевых веществ осуществ­ляется в процессе дыхания, под кото­рым понимают окисление (расщепле­ние) молекул-энергоносителей, т. е. «топливных» молекул, при котором роль конечного акцептора электронов выполняет О у а донором электронов является органическое или неорганиче­ское соединение. Процесс подготовки энергии к использованию протекает в три последовательные стадии. На пер­вой стадии поступающие в клетки крупные молекулы полисахаридов гид­ролизуются до простых Сахаров. На этой стадии происходит разложение и других энергоносителей. В частности, жиры разлагаются на глицерол и жир­ные кислоты, белки гидро-лизуются до аминокислот. Однако на этой стадии высвобождение запасенной в пищевых веществах энергии все еще не происхо­дит. На второй стадии происходит рас­пад малых молекул до еще более про­стых структур, играющих уже ключе­вую роль в метаболизме. Глюкоза пре­вращается в ацетильную часть ацетил-КоА, являющегося производным ко­фермента А. В результате этих реакций образуются молекулы АТФ, но их еще мало. На уровне ацетил-КоА в метабо­лический путь могут вступать также жирные кислоты и аминокислоты. На­конец, на третьей стадии происходит полное окисление ацетильного компо­нента ацетил-КоА до СОу На этой ста­дии образуется основная часть АТФ. Процесс генерирования энергии в жи­вотных клетках (извлечения ее из суб­страта) осуществляется с участием ми­тохондрий и начинается с гликолиза (от греч. glycos — сахар и lysis — растворе­ние), который представляет собой окис­ление глюкозы, заканчивающееся пре­вращением этого углевода в пировино­градную кислоту и образованием АТФ. Уже давно установлено, что для дыха­ния в качестве акцептора электронов необходим кислород. Однако на первых этапах расщепления Сахаров кислорода не требуется. Окисление глюкозы начи­нается в анаэробных условиях дыхания (при отсутствии кислорода) с частич­ного расщепления ее шестиуглеродной молекулы и заканчивается образова­нием двух трехуглеродных молекул пировиноградной кислоты Превраще­ния глюкозы можно описать следую­щим уравнением: C6H12O6 + 2Ф + 2АДФ 2СН3СНОНСООН + 2АТФ + 2Н2О. Активация жирных кислот. Сво­бодная жирная кислота независимо от длины углеводородной цепи является метаболически инертной и не может подвергаться никаким биохимическим превращениям, в том числе окислению, пока не будет активирована. Активация жирной кислоты протекает на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, коэнзима A (HS-KoA) и ионов Mg2+. Реакция катализи­руется ферментом ацил-КоА-синтета­зой:

В результате реакции образуется ацил-КоА, являющийся активной формой жирной кислоты. Считают, что актива­ция жирной кислоты протекает в 2 этапа. Сначала жирная кислота реаги­рует с АТФ с образованием ациладени­лата, представляющим собой эфир жирной кислоты и АМФ. Далее сульф­гидрильная группа КоА действует на прочно связанный с ферментом ацила­денилат с образованием ацил-КоА и АМФ.

30. Цикл трикарбоновых кислот впер­вые был открыт английским биохими­ком Г. Кребсом. Он первым постулиро­вал значение данного цикла для пол­ного сгорания пирувата, главным ис­точником которого является гликолити­ческое превращение углеводов. цикл Кребса – общий конечный путь окисле­ния ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в про­цессе катаболизма большая часть орга­нических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жир­ных кислот и аминокислот. Образовав­шийся в результате окислительного де­карбоксилирования пирувата в мито­хондриях ацетил-КоА вступает в цикл Кребса. Данный цикл происходит в матриксе митохондрий и состоит из восьми последовательных реакций (рис. 10.9). Начинается цикл с присоединения ацетил-КоА к оксалоацетату и образо­вания лимонной кислоты (цитрата). За­тем лимонная кислота (шестиуглерод­ное соединение) путем ряда дегидриро­ваний (отнятие водорода) и двух декар­боксилирований (отщепление СО2) те­ряет два углеродных атома и снова в цикле Кребса превращается в оксало­ацетат (четырехуглеродное соедине­ние), т.е. в результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоА сго­рает до СО2 и Н2О, а молекула окса-лоацетата регенерируется. Рассмотрим все восемь последовательных реакций (этапов) цикла Кребса.

Рис. 10.9. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Первая реакция катали­зируется ферментом цит-рат-синтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимонная кислота:

В результате второй реакции образо­вавшаяся лимонная кислота подверга­ется дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, при­соединяя молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту (изоцитрат). Ка­тализирует эти обратимые реакции гид­ратации–дегидратации фермент акони­татгидратаза (аконитаза). В результате происходит взаимоперемещение Н и ОН в молекуле цитрата:

Третья реакция. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-за­висимой изо-цитратдегидрогеназы. В ходе изоцитратдегидрогеназной реак­ции изолимонная кислота одновре­менно декарбоксилируется.

Во время четвертой реакции происхо­дит окислительное декарбокси-лирова­ние α-кетоглутаровой кислоты с обра­зованием высокоэнергетического со­единения сукцинил-КоА. в реакции принимают участие 5 коферментов: ТПФ, амид липоевой кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД+.

Пятая реакция катализируется фермен­том сукцинил-КоА-синтета-зой. В ходе этой реакции сукцинил-КоА при уча­стии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту (сук­цинат). Одновременно происходит об­разование высокоэргической фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА:

В результате шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно (ковалентно) связан кофермент ФАД.

Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы (фумаразы). Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, про­дуктом реакции является яблочная ки­слота (малат).

Наконец, в ходе восьмой реакции цикла трикарбоновых кислот под влиянием митохондриальной НАД-зависимой ма­латдегидрогеназы происходит окисле­ние L-малата в оксалоацетат:

Как видно, за один оборот цикла, со­стоящего из восьми ферментативных реакций, происходит полное окисление («сгорание») одной молекулы ацетил-КоА. Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-КоА, а коферменты (НАД+ и ФАД), перешедшие в восста­новленное состояние, должны снова и снова окисляться. Это окисление осу­ществляется в системе переносчиков электронов в дыхательной цепи (в цепи дыхательных ферментов), локализован­ной в мембране митохондрий.