Курс II

Ф КГМУ 4/3-04/03

ИП №6 от 14 июня 2007 г.

Қарағанды мемлекеттік медицина университеті

Биологиялық химия кафедрасы

ДӘРІС 3 (Кредит 1 – жалпы шолу)

 

Тақырыбы: « Катаболизмнің жалпы жолдары. Биоэнергетикаға кіріспе»

 

 

Пән Биологиялық химия

Мамандығы – 051301 - Жалпы медицина

Курс II

Уақыты (ұзақтығы)50 минут

 

Қарағанды 2015 ж.

 

Кафедра отырысында талқыланды және бекітілді

Хаттама №_____ "____"__________2015 ж.

Кафедра меңгерушісі, профессор ______________ Л.Е. Муравлева

 

 


Тақырыбы: Катаболизмнің жалпы жолдары. Биоэнергетикаға

Мақсаты: студенттерді зат алмасуы мен катаболизмнің жалпы жолдарымен таныстыру

Дәрістің жоспары:

  1. Тағам мен заттардың алмасуы, метаболизм және оның өнімдерінің шығарылуы.
  2. Катаболизмнің жалпы және арнайы жолдары туралы түсінік.
  3. Пируваттың тотығып декарбоксилдену үдерісі.
  4. Кребс циклінің молекулалық механизмі мен маңызы.

 

ЗАТ ЖӘНЕ ЭНЕРГИЯ АЛМАСУЫ.

Заттар алмасуы – бұл ағзаның тіршілігі үшін қажетті заттар мен энергия алмасуын қамтамассыз ететін ағзадағы химиялық реакциялардың жиыны. Заттар алмасуын келесі 3 этапқа бөледі: 1-ағзаға заттардың түсуі; 2-аралық алмасу немесе метаболизм; 3-соңғы өнімдердің шығарылуы.

Ағзаға заттардың түсуі тыныс алу (оттегі), қоректену және асқорыту нәтижелерінде өтеді. Тағам құрамында түскен белоктар, майлар, көмірсулар асқорыту трактісі ферменттерінің әсерінен қанға оңай сіңірілетін қарапайым құрам бөліктеріне (аминоқышқылдар, май қышқылдары және моносахаридтер) ыдырайды.

Тағам құрамында түсетін қосылыстар метаболизмнің субстраттары деп аталады.

Метаболизм (зат алмасуы) – бұл химиялық реакциялардың жиыны болып табылады.

Энергия алмасуында орталық рольді АТФ « АДФ + Фк циклі атқарады. АТФ молекуласында үш макроэргиялық байланыс болады. АТФ-тің АДФ пен Н3РО4-ке гидролиттік ыдырауында макроэргиялық байланыстан ~7,3 ккал /моль энергия бөлінеді. Ағзада энергия АТФ күйінде аккумуляцияланады және оның АДФ пен фосфор қышқылынан түзілуінде соншалықты энергия (~7,3 ккал /моль) қабылданады. АТФ молекуласының макроэргиялық байланыстарына қажетті энергия катаболизм процессінде бөлінеді.

Катаболизм – бұл күрделі заттардың қарапайым құрам бөліктеріне ыдарауы процессі. Катаболизм процессінде күрделі органикалық молекулалар соңғы өнімдер СО2, Н2О және мочевинаға дейін ыдырайды. Катаболизм реакциялары энергия бөлініп жүретін болғандықтан экзергоникалық болады.

Анаболизм қарапайым заттардан күрделі қосылыстардың синтезделуі процессі. Аанболизм реакциялары энергия қабылдау арқылы өтетіндіктен эндергоникалық болады.

Амфиболизм – бұл катаболизм мен анаболизмнің аралығындағы фаза. Ол бір заттың ыдырауында басқа заттың синтезделуі қосарланып жүретін процес.

Метаболиттік цикл – бұл осы процеске қосылған қосылыстың соңғы өнімнің реакцияның бастапқы өнімі болып түзілуі.

Метаболиттік жол- бұл ағзадағы белгілі бір заттың химиялық реакцияларының кезектескен реті мен сипаттамасы. Метаболизм процессінде түзілген аралық өнімдер метаболиттер деп аталады, ал метаболиттік жолдағы соңғы қосылыс – соңғы өнім деп аталады.

Қалыпты жағдайда, адам тәулігіне орта есеппен 27 моль оттегіні қабылдайды. Оның негізгі бөлігі (25 моль) тыныс алу тізбегінде АТФ синтезі үшін жұмсалады. Сондықтан тәулік сайын 125 моль немесе 62 кг АТФ синтезделеді. Бірақ, бүкіл ағзадағы АТФ массасы небары 20-30 г. Бұл нәтиже АТФ молекуласының бір тәулікте 2500 рет синтезделіп және сонша рет энергия беру үшін гидролизденетінін көрсетеді. Бұл АТФ « АДФ + Фк циклінің интенсивтілігін көрсетеді.

АТФ энергиясы жұмсалатын негізгі процестер: 1.Механикалық жұмыс, бұл бұлшықеттердің жиырылуы мен босаңсуының реакциялары. 2.Тасымалдану жұмысы-негізінен заттардың торша мембранасы арқылы активті тасымалдануы АТФ 30%-ті Na/K –АТФ-аза қызметі үшін жұмсалады.3.Химиялық жұмыс – бұл ағзадағы синтез және молекулаішілік изомерлену реакциялары.4.Электрлік жұмыс – бұл жүйке импульстерін беру жұмыстары.5.Жылу түзілу жұмысы – бұл ағза ферменттерінің оптимальды қызметі үшін қажетті температура мәнін тұрақты ұстау.

Катаболизмнің бастапқы этапы немесе спецификалық жолы әрбір кластағы қосылыстардың спецификалық ферменттерінің қатысуымен өтеді. Нәтижесінде көп мөлшердегі бастапқы заттарды аралық өнімдер арқылы пируват және ацетил-КоА түзіледі. Ацетил-КоА пируваттың тотығып декарбоксилденуі және дегидрленуінен түзіледі. Екінші және үшінші этаптың реакциялары катаболизмнің жалпы жолдары деп аталады. Ол тағамдық заттардың ыдырап пируваттан соңғы өнімдер СО2, Н2О және АТФ түзілуінен тұрады. Екінші этап реакциясы - бұл пируваттың тотығып декарбоксилденуі. Үшінші этап реакциялары-бұл цитрат циклі.

Катаболизмнің жалпы жолдарында ғана дегидрлену реакцияларына арналған субстраттардың негізгі массасы түзіледі. Ары қарай тыныс алу тізбегі мен фосфорлану реакциялары катаболизм жолына қосарланып энергия АТФ формасына жиналады. Пируваттың тотығу реакциялары (ПТР) митохондрия матриксінде өтеді.

Пирожүзім қышқылының (пируват) тотығып декарбоксилденуі.Реакция кезектескен ретпен жұмыс істейтін бір комплекске жинақталған пируватдегидрогеназдық комплекс арқылы атқарылады. Ол үш ферменттен тұрады. Бұл комплекс митохондрияның ішкі мембранасында орналасқан және оған матрикс жағынан қосылады.

Ферменттердің бұл комплексі конвейер тәрізді жұмыс істеп өнімдерді эстафета бойынша береді. 1-ші фермент - пируватдекарбоксилаза. Оның коферменті ретінде В1 витаминінің туындысы - тиаминдифосфат болады. Фермент карбоксилдік топты СО2 түрінде бөледі де ацетилдік қалдықты екінші ферменттің коферменті липой қышқылына қосады.Нәтижесінде ацетил-липоат қосылысы түзіледі. 2-ші фермент - дегидролипоатацетилтрансфераза липой қышқылындағы ацетилдік қалдықтың екінші коферменті НS-КоА-ға қосылуын катализдейді. Нәтижесінде ацетил-КоА түзіледі. Бұл реакциядағы липоат ферментке мықты байланысқан кофермент, ал НS-КоА реакция кезінде қосылады. ФАДН2-ден сутегілер липой қышқылына байланысып оны дегидролипоатқа айналдырады. 3-ші фермент-дегидролипоатдегидрогеназа липой қышқылынан сутегілерді бөліп, оны қайтадан қалпына келтіреді (липоатта күкіртті көпірше байланысы -S-S-қайта түзіледі). Ал, сутекті қабылдағанда түзілген НАДН-ы ары қарай тыныс алу тізбегіне қосылады.

Ары қарай, негізгі түзілген өнім ацетил-КоА цитрат циклінде тотығады.

Ацетил-КоА май қышқылдарының, холестериннің, кетондық денелердің синтезінің реакцияларына қатысады. Оның ең үлкен бөлігі лимон қышқылын синтездеп үшкарбон қышқылының цикліне қосылады.

Кребс циклі.(Цитрат циклі Кребс циклі үшкарбон қышқылы циклі, лимон қышқылының циклі) - бұл бос көміртекті ацетилдік фрагменттің толық тотығуына әкелетін реакциялар жүйесі. Циклдің Ханс Кребс көптеген реакцияларын ашып зерттегендіктен оның атын берген және 1953 жылы Новель сыйлығы берілді.

Цитрат циклі белоктар, көмірсулар, майлар тотығуының жалпы және соңҒы жолы болып табылады. Цитрат циклінің барлық реакциялары митохондрияда шоғырланған.

Толық цикл жолында келесі процесстер өтеді: · ацетилдік қалдықтың толығымен СО2-нің екі молекуласына дейін тотығуы;· тотықсызданған НАД+ -тің 3 және ФАД+ -тің 1 молекуласы түзіледі; · субстраттық фосфорлануда ГТФ-тің 1 молекуласы түзіледі.

Кребс циклінің ферменттері.1-пируватдегидрогеназдық комплекс, 2-цитратсинтаза, 3-аконитаза, 4-изоцитратдегидрогеназа, 5-a-кетоглутаратдегидрогеназалық комплекс, 6-сукцинил-КоА-синтетаза, 7-сукцинатдегидрогеназа, 8-фумараза, 9-малатдегидрогеназа. Цитратсинтаза. Циклдің бірінші реакциясы-бұл оксалоацетат пен ацетил-КоА-ның конденсациялануы. Реакция АТФ-тің гидролизденуінен бөлінген энергияны пайдаланып, цитратсинтазаның катализдеуімен цитрат түзіп өтеді. Аконитаза. Циклдің екінші реакциясы - бұл цитраттың аконитаза ферменті әсерінен молекулаішілік қайта құрылып (изомерленіп) изоцитраттың түзілуі. Құрамында гемдік емес темірі болатын, стереоспецификалық фермент аконитаза -ОН тобын көрші көміртегіне ауыстырады. Изоцитратдегидрогеназа. Циклдің үшінші реакциясы бұл изоцитраттың тотыҒып декарбоксильденіп және дегидрленіп, изоцитратдегидрогеназа катализдеуімен a-кетоглутараттың түзілуі. Реакцияда ИДГ кофакторы НАД+ екі протонды қосып алып НАДН2-ге айналады. ИДГ митохондриялық -кофакторы НАД+ және цитоплазмалық пен митохондриялық -кофакторы НАДФ+ түрлеріне бөлінеді. Бұл реакциядағы түзілген СО2 цитрат синтезіне жұмсалады. a-Кетоглутаратдегидрогеназа. Циклдің төртінші реакциясы-бұл a-кетоглутараттың декарбоксилденіп және дегидрленіп, a-кетоглутаратдегидрогеназа катализдеуімен, сукцинил-КоА түзіледі. Реакциябарысында СО2 және тотықсызданған НАДН2 бөлінеді. Бұл қайтымсыз реакция Сукцинил-КоА-да макроэргиялық байланысы бар қосылыс. Сукцинил-КоА-синтетаза (сукцинилтиокиназа).Циклдік бесінші реакциясы-бұл. Сукцинил-КоА-ның сукцинатқа айналады. Макроэргиялық байланыстың үзілуінен түзілген энергиядан ГДФ фосфорланып ГТФ түзіледі.Бұл субстраттық фосфорлану реакциясы да болып табылады. Сукцинатдегидрогеназа. Циклдің алтыншы реакциясы бұл сукцинаттың фумаратқа дегидрленіп айналуы.Реакцияда ФАД екі протонды қабылдап ФАДН2-ге айналады. Фумараза. Циклдің жетінші реакциясы – бұл фумаразаның катализдерімен малаттың түзілуі.Малатдегидрогеназа. Циклдің сегізінші реакциясы бұл малаттың дегидрленіп оксалоацетатқа айналуы. Реакцияда үшінші тотықсызданған. НАДН2 түзіледі.

Осы реакциямен циклдің бір айналымы аяқталады. Түзілген оксалоацетат жаңа келген ацетил-КоА молекуласымен циклдің жаңа айналымын бастауға қатыса алады.

Кребс циклінің биологиялық маңызы.1.ЦЦ –АТФ-тің негізгі шығу көзі; 2.ЦЦ-бұл барлық кластағы қосылыстардың катаболизмінің терминалдық этапы, 3.ЦЦ-анаболизм процессінде маңызды роль атқарады.

Бақылау сұрақтары:

1. Заттар алмасуының Ц-анаболизм процессінде маңызды роль атқарады.

Бақылау сұрақтары:

1. Заттар алмасуының механизмдері.

2. Катаболизм ұғымы.

3. ПЖҚ-ң тотығу өнімдері және маңыздылығы.

4. ҮҚЦ-ғы АТФ-тің биологиялық маңыздылығы.

Көрнектілік құрал:

Анимациялар

Әдебиет:

Е. С. Северин баспасы, Биохимия: оқулық; қазақ тіл. аударған және жауапты ред. А. Ж. Сейтембетова, 2014, ГЭОТАР-Медиа. - 752 б.

Әбдірақов Б.Қ. Биохимия: оқу құралы, 2014, Эверо. - 98 б

Сеитов З.С. ,Биохимия : Оқулық / З. С. Сеитов. - Алматы : Эверо, 2012. - 570 б