Файл: Взаимосвязь процессов обемена угледоводов, жиров и белков_2005.doc

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

Кафедра химической технологии высокомолекулярных соединений

Взаимосвязь процессов обмена углеводов, жиров и белков Методические указания

по дисциплине «Биологическая химия»

для студентов специальностей

1-49 01 01, 1-49 01 02, 1-91 01 01

Могилев 2005

УДК

Рассмотрены и утверждены

на заседании кафедры

химической технологии высокомолекулярных соединений

Протокол № ____ от 06.2005г

Составители: доцент О.Н.Макасеева

старший преподаватель Л.М.Ткаченко

Рецензент к.т.н., доцент А.А. Алексеенко

 УО «Могилевский государственный университет продовольствия»

Содержание

Введение 4

1 Распад (катаболизм) органических веществ 5

1.1 Гидролитическое расщепление углеводов 7

1.1.1 Включение в путь гликолиза гексоз 8

1.1.2 Гликолиз 10

1.1.3 Анаэробная фаза превращения ПВК – брожение 12

1.1.4 Аэробная фаза превращения ПВК – дыхание 13

1.2 Гидролитическое расщепление липидов 13

1.2.1 Включение глицерина 16

1.2.2 Включение высших жирных кислот 17

1.2.2.1 -Окисление жирных кислот с четным числом углеродных атомов 18

1.2.2.2 Окисление ненасыщенных жирных кислот 20

---

1.2.2.3 Окисление жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов 21

1.3 Гидролитическое расщепление белков 23

1.3.1 Катаболизм аминокислот 24

2 Биосинтез (анаболизм) органических веществ 26

2.1 Взаимосвязь липидов и углеводов 26

2.1.1 Синтез углеводов из жиров 26

2.1.1.1 Глиоксилатный цикл 27

2.2 Превращение янтарной кислоты в фосфоенолпировиноградную (ФЕП) 29

2.3 Превращение ФЕП в глюкозу. Глюконеогенез 30

2.3.1 Синтез жиров из углеводов 33

2.3.1.1 Синтез глицерол-3-фосфата 33

2.4 Взаимосвязь липидов и углеводов 34

2.4.1 Синтез жиров из углеводов 34

2.4.1.1 Синтез жирных кислот 34

2.4.1.2 Синтез триацилглицеролов 40

2.5 Взаимосвязь белкового и углеводного обменов 41

2.6 Взаимосвязь белкового и липидного обменов 41

Список использованной литературы 42

Приложение А................................................................................................................43

Введение

Студент после первого знакомства с биохимией выносит впечатление об обмене веществ как о ряде не связанных друг с другом процессов.

Его можно понять, так как изучение предмета (для лучшего усвоения материала) предполагает расчленение сложного клубка химических процессов, совершающихся в организме, на группы более или менее родственных между собой реакций (обмен углеводов, обмен липидов, обмен белков и т.д.). Однако наступает момент, когда необходимо связать в единое целое эти кажущиеся изолированными реакции, с тем, чтобы уяснить, каким образом их совокупности составляют целесообразно функционирующую живую систему.

В биологических объектах (растения, животные, микроорганизмы) не существует в изолированном виде обмена белков, липидов и углеводов. Все превращения объединены в целостный процесс метаболизма. Метаболизм можно определить как совокупность всех химических реакций, происходящих в живом организме.

Обычно процессы метаболизма делят на катаболические и анаболические. Катаболизм относится к последовательности реакций расщепления, анаболизм относится к последовательности реакций синтеза. Термин «метаболический путь» используют обычно для последовательности реакций, приводящих в совокупности к определенному продукту. Например, реакционный путь А→В→С→........→К

---

в конечном счете приводит к превращению А→К. Соединения образующиеся в ходе превращения (В→С....) , называются метаболитами (интермедиантами).

Хотя катаболические и анаболические пути во многих отношениях различаются, они тесно связаны друг с другом. Более того, именно взаимосвязанные характеристики этих реакций составляют суть их различий.

1. Реакции окисления-восстановления. Не каждая стадия катаболического пути включает окисление метаболита, равным образом не каждая стадия анаболического пути включает восстановление интермедианта. Однако в тех реакциях, в которых это имеет место, обычно принимают участие коферменты никотинамидадениндинуклеотидной природы. Точнее, в катаболических реакциях принимают участие окисленные формы (НАД⁺и НАДФ⁺) и образуются восстановленные формы (НАДН и НАДФН), тогда как в анаболических реакциях участвуют восстановленные формы и образуются окисленные формы. Особенность анаболических реакций заключается в том, что в первую очередь в них используются НАДФН и образуется НАДФ⁺. Тем не менее, участие никотинамидадениндинуклеотидов характерно для обоих процессов. На некоторых стадиях окисления в процессе катаболизма используется ФАД – другой кофактор, способный восстанавливаться до ФАДН₂.

2. Энергетика реакций. Катаболизм представляет собой экзоргонический (происходящий с выделением энергии) процесс, требующий АДФ и происходящий с образованием АТФ. АТФ затем служит источником энергии в эндергонических реакциях анаболизма (требующих затраты энергии), в ходе которых образуется АДФ (или АМФ).

3. Исходные соединения, промежуточные метаболиты и конечные продукты. Конечные продукты и метаболиты, образующиеся в катаболических процессах, обычно, служат исходными соединениями анаболических процессов. Обратное тоже верно.

Рисунок 1 – Схема взаимосвязи процессов обмена веществ и энергии

Важную роль в установлении равновесия процессов обмена веществ играет соотношение между поступлением в организм каждого из соединений и активностью реакций его потребления.

---

1. Распад (катаболизм) органических веществ

В настоящее время экспериментально обосновано существование пяти главных этапов распада молекул углеводов, жиров и белков, которые интегрируют образование энергии из основных пищевых источников.

Схема главных этапов распада липидов, углеводов, белков представлена на рисунке 2.

I этап. Гидролитическое расщепление углеводов, жиров и белков.

На этом этапе полисахариды и олигосахариды расщепляются до моносахаридов (обычно до гексоз); жиры распадаются на глицерин и высшие жирные кислоты; а белки – на составляющие их свободные аминокислоты.

II этап. Гликолиз.

Это последовательность ферментативных реакций, приводящих к превращению глюкозы в пировиноградную кислоту (ПВК) с одновременным образованием АТФ и НАДН₂.

Гликолиз является основным катаболическим путем распада углеводов. Однако и углеродный скелет некоторых аминокислот (серин, цистеин, глицин) после дезаминирования и некоторых других реакций, а также глицеролфосфат после дегидрирования могут включаться в этот путь распада с образованием АТФ и НАДН₂ и ПВК.

Таким образом, ПВК является связующим звеном при катаболизме углеводов, липидов и белков.

III этап. Окислительное декарбоксилирование ПВК в ацетил-КоА.

На этом этапе образовавшаяся ПВК далее окисляется до ацетил-КоА с одновременным образованием НАДН + Н⁺при участии ряда ферментов и коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, получившую название «пируватдетгидрогеназный комплекс».

Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий. В нем принимают участие (в составе сложного мультиферментного комплекса) 3 фермента (пируватдегидрогеназа, дигидролипоилацетилтранефераза, дигидролипоилдегидрогеназа) и 5 коферментов (ТПФ (витамин В_1,), коэнзим А (витамин В₃); ФАД (В₂), НАД⁺(РР) и амид липоевой кислоты).

Суммарную реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназным комплексом, можно представить следующим образом:

Ацетил-КоА образуется и в результате -окисления жирных кислот, а также из некоторых ароматических и алифатических (фенилаланин, тирозин, триптофан, лизин, лейцин) аминокислот. Таким образом, ацетил-КоА является важным общим промежуточным продуктом катаболизма углеводов, липидов и аминокислот (белков).

---

IVэтап. Цикл Кребса.

Общим конечным путем катаболизма липидов, углеводов, белков является цикл лимонной кислоты и реакции дыхательной цепи.

Продукты распада углеводов, жиров поступают в цикл в виде ацетил-КоА, часть продуктов катаболизма аминокислот поступают в цикл в виде -кетокислот (-кетоглутаровой и оксалоацетата).

На этом этапе они подвергается окислению («сгоранию») в цикле ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Окисление сопровождается образованием восстановленных форм НАДН + Н⁺и ФАДН₂и выделением СО₂.

Vэтап. Митохондриальная дыхательная цепь.

На этом этапе осуществляется перенос электронов и протонов от восстановленных НАДН + Н⁺и ФАДН₂на кислород (через митохондриальную дыхательную цепь). Он сопровождается образованием конечного продукта – молекул воды. Этот транспорт электронов сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Будучи макроэргическим соединением, АТФ выполняет функцию аккумулирования биологической энергии и ее последующего использования для выполнения клеточных функций.

Распад органических соединений в живых тканях, сопровождающийся потреблением молекулярного кислорода и приводящий к выделению углекислого газа и воды и образованию биологических видов энергии, называется тканевым дыханием.

Тканевое дыхание представляют как конечный этап пути превращения моносахаридов (в основном глюкозы) до указанных конечных продуктов (СО₂, Н₂О, АТФ), в который на разных стадиях включаются другие сахара и их производные, а также промежуточные продукты распада липидов (глицерин и жирные кислоты), белков (аминокислоты). Итоговая реакция тканевого дыхания для глюкозы будет выглядеть следующим образом:

С₆Н₁₂О₆+ 6О₂= 6СО₂+ 6Н₂О + 2.780 кДж/моль.

Рисунок 2 – Схема главных этапов распада липидов, углеводов, белков

---