ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ЧИТИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
БИОХИМИЯ
ЭНЕРГЕТИКА ОБЩИХ ПУТЕЙ КАТАБОЛИЗМА
Учебное пособие
Чита - 2009
УДК 612.015.3:577.158(075.85)
Гомбоева А.Ц., Никитина Л.П., Хышиктуев Б.С. Биохимия. Энергетика общих путей катаболизма. Учебное пособие. – Чита: ИИЦ ЧГМА, 2009. –56 с.
В учебном пособии рассмотрены биоэнергетические процессы, протекающие в различных компартментах клетки. Особое внимание уделено механизмам генерации и трансформации энергии в митохондриях. Приведены примеры некоторых заболеваний, в генезе которых важное место занимает нарушение нормального функционирования дыхательной цепи, а также пути их коррекции. Рассмотрены факторы про- и антиоксидантных систем организма. Пособие «Биохимия. Энергетика общих путей катаболизма» (издание третье, переработанное и дополненное) написано на основании многолетнего опыта преподавания биохимии с учетом современных сведений о молекулярных механизмах обмена веществ.
Предназначено для студентов медицинских вузов.
Рецензенты:
Зав. кафедрой общей химии ГОУ ВПО ЧГМА, к.б.н., доцент Н.Н. Коцюржинская
Зав. кафедрой медицинской физики и информатики ГОУ ВПО ЧГМА, доцент Ю.Н. Смоляков
ЧГМА, кафедра биологической химии с курсами
биоорганической химии и клинической биохимии
Чита, 2009
Содержание | |
Список сокращений | |
Введение в обмен веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Глава I. Энергетический обмен | |
1.1. Свободная энергия и законы термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.1.1. Макроэргические соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.1.2. Пути синтеза АТФ и его роль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.1.3. Окислительно-восстановительное равновесие, окислительно-восстановительный потенциал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.2. Биологическое окисление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.2.1. Характеристика биологического окисления . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.2.2. Сопряжение биологического окисления и окислительного фосфорилирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.2.3. Регуляция скорости дыхания митохондрий . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.2.4. Разобщение дыхания и фосфорилирования. . . . . .. . . . . . . . . . . . | |
1.2.5. Патология биоэнергетических процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
1.2.6. Механизмы защиты от токсического действия кислорода. . . . . | |
1.3. Микросомальное окисление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Контрольные тесты к главе I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Глава II. Общие пути катаболизма | |
2.1. Окислительное декарбоксилирование ПВК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
2.1.1. Сущность преобразований пирувата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
2.1.2. Регуляция процесса окисления пирувата . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
2.1.3. Патология окислительного декарбоксилирования ПВК. . . . . . | |
2.2. Цикл трикарбоновых кислот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
2.2.1. Последовательность реакций цикла лимонной кислоты . . . . . . | |
2.2.2. Энергетическая ценность процесса .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
2.2.3.Участие витаминов в ЦТК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
2.2.4. Биологические функции цикла Кребса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
2.2.5. Регуляция превращений цитрата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Контрольные тесты к главе II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Ответы на тесты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
Список сокращений
АДФ – аденозиндифосфат
АМФ – аденозинмонофосфат
АТФ – аденозинтрифосфат
ГДФ – гуанозиндифосфат
ГТФ – гуанозинтрифосфат
ДГ – дегидрогеназа
ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота
ДОФА – диоксифенилаланин
ЖКТ – желудочно-кишечный тракт
КоА – коэнзим ацилирования (активная форма витамина В3)
КоQ – коэнзим Q (убихинон) окисленный
КоQН2 – коэнзим Q (убихинон) восстановленный
ЛК – липоевая кислота
МФП+ –1-метил-4-фенилпиридиния катион
МФТП – 1-метил-4-фенил-2,3,5,6-тетрагидропиридин
НАД+ – никотинамидадениндинуклеотид (окисленный)
НАДН – никотинамидадениндинуклеотид восстановленный
ОА – оксалоацетат
ПВК – пировиноградная кислота
ПОЛ – перекисное окисление липидов
РНК – рибонуклеиновая кислота
ТГФК – тетрагидрофолиевая кислота
ТДФ – тиаминдифосфат
Тир – тирозин
Три – триптофан
ТТФ – тимидинтрифосфат
УДФ – уридиндифосфат
УТФ – уридинтрифосфат
Фен – фенилаланин
Фн – фосфат неорганический
ФАД – флавинадениндинуклеотид (окисленный)
ФАДН2 – флавинадениндинуклеотид (восстановленный)
ФМН – флавинмононуклеотид (окисленный)
ФМНН2 – флавинмононуклеотид (восстановленный)
ФП – фосфопиридоксаль
ЦДФ – цитидиндифосфат
ЦТК – цикл трикарбоновых кислот
ЦТФ – тимидинтрифосфат
Цит – цитохром
ЭТЦ – электроно-транспортная цепь
Сu2+ – катион меди
GSH – глутатион (восстановленный)
Н+ – протон(ы)
HSKoA – кофермент ацилирования (свободный)
К+ – калия катион
Na+ – натрия катион
S – субстрат
Т• – радикал токоферола
Тн – токоферол (молекулярный)
Введение в обмен веществ
Обмен веществ (метаболизм) - совокупность многочисленных химических реакций, протекающих в живых организмах, благодаря которым осуществляется их рост, жизнедеятельность, воспроизводство, постоянный контакт и обмен с окружающей средой.
Главная задача метаболизма - обеспечить организм энергией за счет окисления пищевых веществ. Кроме того, их молекулы используются в качестве исходного «сырья» для создания жизненно необходимых компонентов клетки. Ненужные организму структуры – «отходы» преобразуются в основном в хорошо растворимые в воде соединения, которые могут быть легко выведены (с мочой, калом, потом, слюной, выдыхаемым воздухом).
Метаболизм любых отдельно взятых веществ (углеводов, липидов, нуклеотидов и т.д.) складывается из двух фаз: анаболической и катаболической.
Анаболизм (anabole - подъем) - синтез соединений из более простых молекул. Реже эта фаза ограничивается для веществ лишь поступлением его в клетку из внешней среды. Причем этапы синтеза протекают с затратой энергии.
Катаболизм (katabole - сбрасывание вниз, спуск) представляет комплекс химических реакций распада соединений. Для некоторых из них эта фаза метаболизма включает только их выведение из организма (билирубин, холестерин). Интересно, что многие стадии катаболизма протекают с выделением свободной энергии и запасанием ее в виде макроэргических веществ и использованием позднее в различных процессах жизнедеятельности.
Благодаря локализации ферментов разных фаз метаболизма в специфических компартментах (отсеках, органеллах) клеток эти противоположно направленные процессы протекают одновременно, не мешая, а даже помогая друг другу: продукты катаболизма часто служат субстратами для реакций синтеза, а энергия, высвобождающаяся при распаде, необходима для многих стадий анаболизма; восстановительные эквиваленты, являющиеся продуктами первой фазы, также используются в различных реакциях синтеза (табл. 1).
Процессы, с помощью которых обеспечивается взаимосвязь между фазами метаболизма, называются амфиболическими.
Таблица 1
ГЛАВА I. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
Стандартные потенциалы некоторых окислительно-
Строение комплексов полиферментного ансамбля дыхательной
Сопряжение биологического окисления и
Механизмы защиты от токсического действия кислорода
Факторы, предотвращающие развитие свободнорадикальных процессов, называют антиоксидантами (АО).
ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА
В пище человека практически не содержатся готовые первичные доноры водорода, служащие субстратами для биологического окисления. Они образуются в ходе катаболизма; причем именно в его последней стадии - неспецифическом распаде. Следовательно, метаболиты окислительного декарбоксилирования пирувата и цитратного цикла выполняют роль необходимых субстратов.
Окислительное декарбоксилирование ПВК
Таблица 7.
Список рекомендуемой литературы
1. Белясова Н.А. Биохимия и молекулярная биология: Учеб. пособие / Н.А. Белясова. – Мн. : Книжный дом, 2004. – С. 186 – 211.
2. Биохимия : Учебник / под ред. Е.С. Северина. – М. : ГЭОТАР-МЕД, 2003. – С. 264-297.
3. Марри Р. Биохимия человека: в 2-х т. пер. с англ. / Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. – М. : Мир, 2004. – Т. 1. – С. 111-139, 165-180.
4. Машковский М.Д. Лекарственные средства: Пособие для врачей / М.Д. Машковский. – М. : РИА Новая волна, 2007. – 1206 с.
5. Николаев А.Я. Биологическая химия / А.Я. Николаев.– М. : Мед. инф. агенство, 2004. – С. 66-77, 186-191, 225-247.
6. Никитина Л.П. Патохимия наследственный болезней : Учебное пособие / Л.П. Никитина, А.Ц. Гомбоева, Н.В. Соловьева. – Чита, 2008. – с. 18–23.
7. Щербак И.Г. Биологическая химия : Учебник / И.Г. Щербак. – СПб.: Изд-во СПбГМУ, 2005. – С. 139-196.
8. Элиот В. Биохимия и молекулярная биология: пер. с англ. / В. Элиот, Д. Элиот– М.: МАИК. Наука / Интерпериодика, 2002. – 446 с.
9. Harvey R.A. Biochemistry / R.A. Harvey, P.C. Champe, D.R. Ferrier – Lippncott Willams & Wilrins, 2007. – Р. 69 – 82.