Контрольная работа по "Биохимии"

 

 

 

 

Пятая реакция из цикла Кребса является экзергонической, катализируемая ферментом сукцинил-КоА-синтетазой. В ходе этой реакции сукцинил-КоА при участии ГDФ и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту (сукцинат). Одновременно происходит образование высокоэргической фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА:

Тема 11.

3. Напишите реакции цикла лимонной кислоты (цикл Кребса) и укажите, какие ферменты катализируют отдельные стадии этого процесса. Где локализован в клетке этот процесс, какового его биологическое значение.

Первая реакция катализируется ферментом цитратсинтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимонная кислота:

В данной реакции в качестве промежуточного продукта образуется связанный с ферментом цитрил-КоА. Затем последний самопроизвольно и необратимо гидролизуется с образованием цитрата и HS-KoA.

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, по-видимому, лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-зависимой изо-цитратдегидрогеназы.

В ходе изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременно декарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активатора необходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается в ионах Mg²⁺или Мn^2+.

Во время четвертой реакции происходит окислительное декарбокси-лирование α-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения сукцинил-КоА. Механизм этой реакции сходен с таковым реакции окислительного декарбоксилирования пирувата до ацетил-КоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс напоминает по своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс. Как в одном, так и в другом случае в реакции принимают участие 5 коферментов: ТПФ, амид липоевой кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД+.

Пятая реакция катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтетазой. 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. В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней ми-тохондриальной мембраной:

 

Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы (фумаразы). Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакции является яблочная кислота (малат). Следует отметить, что фумаратгидратаза обладает стереоспецифичностью – в ходе реакции образуется L-яблочная кислота:

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.

Его биологическое значение заключается в получении энергии в процессе катаболизма органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот. Освобождающаяся в результате окисления ацетил-КоА энергия в значительной мере сосредоточивается в макроэргических фосфатных связях АТФ.

Тема 12.

7.Напишите химические реакции окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты с участием тиаминпирофосфата, липоевой кислоты, коэнзима А. назовите какие ферменты участвуют в этом процессе. Где локализирован этот процесс?

Химические реакции  окислительного декарбоксилирования  пировиноградной кислоты – это первая стадия аэробного дыхания, локализованая в митохондриях и требующая присутствия кислорода.

Процесс этот состоит из пяти реакций и катализируется сложной мультиферментной системой пируватдекарбоксилазой. Пируватдекарбоксилаза включает в себя три фермента и пять коферментов (тиаминпирофосфат, липоевая кислота, коэнзим A (KoA-SH), ФАД и НАД. В результате этого процесса образуется активный ацетат – ацетилкоэнзим А (ацетил-КоА), восстановленный НАД (НАД.Н + Н⁺), и выделяется углекислота. Восстановленный НАД поступает в цепь переноса электронов, а ацетил-КоА вступает в цикл трикарбоновых кислот.

СН₃-СО-СООН + NAD⁺ + HSKoA → CH₃-CO ~SKoA + NADH + H⁺ + CO₂

суммарное уравнение  окисления пировиноградной кислоты

Первую реакцию процесса катализирует пируватдекарбоксилаза (Е₁). Субстратами этого фермента служат пируват и дигидролипоевая кислота, которая является простетической группой второго фермента – дигидролипоатацетилтрансферазы (Е₂).

Реакции синтеза ацетил-SКоА

 

Липоевая кислота содержит дисульфидную группу в составе пятичленного гетероцикла и боковую цепь; своей  карбоксильной группой липоевая кислота соединена амидной связью с е-аминогруппой остатка лизина, входящего в пептидную цепь ацетилтрансферазы. 
В результате действия пируватдекарбоксилазы (Е₁) от пировиноградной кислоты отщепляется карбоксильная группа, а ацетильный остаток присоединяется к атому серы липоевой кислоты, т. е. получается ацетиллипоат-Е₂.

Вторую реакцию катализирует пируватдекарбоксилаза – сложный белок: он содержит тиаминдифосфат, выполняющий роль кофермента. Тиаминдифосфат – это производное витамина В₂ (тиамина) и пирофосфорной кислоты. Декарбоксилирование пирувата происходит при прямом участии тиаминдифосфата: в ходе реакции к атому углерода тиазолового кольца (присоединяется промежуточный продукт превращения пирувата – оксиэтильный остаток СН₃–СНОН–, который затем переносится на липоевую кислоту, превращаясь при этом в ацетильный остаток СН₃–СО–. 
Третью реакцию катализирует второй фермент комплекса – дигидролипоатацетилтрансфераза. с его помощью происходит перенос ацетильного остатка, соединенного с его (фермента 2) собственной простетической группой, на КоА; при этом получаются дигидролипоевая кислота (в составе ацетилтрансферазы) и ацетил-КоА.

Оставшиеся две реакции  возвращают липоевую кислоту и ФАД  в окисленное состояние (катализируются ферментом дегидролипоат-дегидрогеназой, Е₃).Акцептором водорода в реакции служит НАД⁺.

В результате дегидрирования дигидролипоевая кислота превращается в начальную форму – дегидролипоевую кислоту, и пируватдегидрогеназный комплекс может реагировать с очередной молекулой пирувата.

Таким образом, в окислительном  декарбоксилировании пирувата участвует  пять коферментов. Три из них – тиаминпирофосфат, липоевая кислота и ФАД – прочно связаны с ферментами комплекса, а два других – КоА и НАД – находятся в свободно растворенном состоянии и служат акцепторами главных конечных продуктов – ацетильного остатка и атомов водорода. Ацетильный остаток затем окисляется в цитратном цикле, а водород с НАДН поступает в цепь переноса электронов и протонов. 
Пируватдегидрогеназный комплекс представляет собой крупную частицу с молекулярной массой 7-10 млн. В его состав входит примерно по три десятка молекул Е₁ и Е₂ и около десятка молекул Е_З. Отдельные ферменты соединены друг с другом таким образом, что серосодержащая часть липоевой кислоты, соединенная с Е₂ достаточно длинной и гибкой углеводородной цепью, может «наносить визиты» последовательно активному центру Е₁, своему собственному активному центру и активному центру Е_З.

Литература

1. Биохимия./ Под. ред. Северина Е.С.  - М., 2003
2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М., 1998
3. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. - М., Дрофа, 2004
4. Строев Е.А. Биологическая химия. - М., Высшая школа, 1986
5. Артюхов В.Г., Наквасина М.А. Биологические мемьраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами: Учеб. Пособие, - Воронеж: 200.
6. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. - М., Высшая школа, 1998.
7. Ленинджер А. Основы биохимии. - М., Мир, том 1-3, 1985.
8. Николаев А.Я. Биологическая химия. -М., 2001.
9. Машковский М.Д. Лекарственные средства. Т. 1, 2. 14-е изд. -М;, 2002.
10. Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии,- Ростов-на-Дону, 1999
11. Северин Е.С, Николаев А.Я. Биохимия. - М., 2001.
12. Чиркин А.А. Практикум по биохимии. - Минск, 2002.