Лекция 7,8 Тыныс алу субстраттың тотығу жолдары. 3. Глuколиз 4. Кребса циклі. 5. Пентозофосфат ты жол. 6.Глиоксилат ты жол. Фотосинтез проце сінде түзілген қанттарды және басқа органикалық қосындыларды клетка пайдаланады. Клетканың жасыл емес бөліктері қараңғыда көмірсулармен гетеротрофтық қоректенеді. Тыныс алу – клеткалық деңгейінде қоректенудің ең маңызды сатысы. Клеткалық тыныс алу – оттегінің қатысуымен органикалық заттардың ыдырауы, бұл процесс химиялық активтік метаболиттердің түзілеуімен және энергия бөлініумен сипаттанады. . С 6 Н 12 0 6 + 60 2 ---> 6С0 2 + 6Н 2 О + энергия (2875 кДж/моль)
ТА-дың субстраттарының айналу жолдары; 1) гликолиз + Кребс циклі (гликолиздік); 2) пентозофосфат тық (апот о поми калық ). Рөлдері өзгеруі мүмкін өсімдік түрлеріне, жасына, өсіп дамуына байланысты. Тыныс алу процесі ек і сатыдан т ұ рады. 1-ші - Анаэробты (гликолиз ), цитоплазмада, хлоропласттарда жүреді. 2-ші - Аэробты –Кребс циклі – митохондрияның ішкі мембранасында жүреді.
Өсімдік клеткаларда глюкоза аз, себебі ф/с –дің соңғы өнімі - сахароза – қанттың негізігі тасмалдану түрі болып саналады, немесе қор көмірсулар (крахмал и др.). ТА-дың субстраты болу үшін сахароза мен крахмал гидролизденіп глюкоза түзу керек.
Анаэроб тық фаза (гликолиз) Гликолиз барлық тірі клеткаларда жүреді. Глuколиз – глюкоз аның анаэробтық ыдырауы, ол энергия бөліну процеспен сипаттанады, соңғы өнімі – пирожүзім қышқылы /ПЖҚ/. Гликолиз – аэробтық тыныс алудың жалпы бірінші сатысы. Г ликолиз дің реакциялары цитоплазманың ерігіш бөлігінде (цитозол ьде ) және хлоропласттарда жүреді. Гликолиз барысында гексоз а 2 мол. пирожүзім қышқылына айналады : С 6 Н 12 0 6 → 2С 3 Н 4 0 2 + 2Н 2 О.
Гликолиз 3 сатыдан тұрады. Дайындық сатысы. Г ексоз аның фосфорлануы, оның 2 фосфотриоз аға ыдырауы. гексокиназа, Mg 2+ Глюкоза + АТФ → Глюкозо-6-фосфат + АДФ. фосфоглюкоизомераз а Глюкозо-6-фосфат фр-6-ф АТФ Фр.-6-Ф → Фр.-1,6-диФ → 3-ФГА ↔ 3-ФДА
Фермент гексокиназа
Фермент фосфоглюкоизомераза
Фермент фруктозо-1,6-бифосфаттың альдолазасы
2 сатысы. Бірінші субстрат тық фосфорл ану. 3-ФГА -тен басталады және 3-фосфоглицерин қышқылымен аяқталады. А льдегид тің қышқылға дейін тотығуы энергия бөлінуімен байланысты. Әр бір фосфотриоз аға бір молекула АТР синтезделеді. СН 2 ОР СН 2 ОР | ФГА | СНОН дегидрогеназасы СНОН | О | ОН С С Н Н S- фермент ФГА
СН 2 ОР СН 2 ОР | НАД НАДН | СНОН СНОН | ОН | О С С Н S- фермент S- фермент СН 2 ОР СН 2 ОР | + Р | СНОН СНОН 1,3-ФГҚ | ОН S- фермент | О С С S- фермент О ~ Р АДФ АТФ 1,3-ФГҚ 3ФГҚ АДФ →АТФ
3 сатысы. Екінші субстрат тық фосфорл ану. 3-фосфorлицерин қышқылы молекулааралық тотығуынан бір фосфатты береді, АТФ, ПЖҚ түзіледі. АДФ АТФ 3 -ФГҚ ФЕПЖҚ ПЖҚ
фосфоенолпируват ( 9 ):
АДФ-тің екінші субстраттық фосфорлануы – пируваттың енолдық формасы және АТФ түзіледі ( 10):
Энергетикалы қ шығымы. Глюкоза → 2 ПЖҚ + 4 АТФ 2 АТФ гексозаның фосфорлануына жұмсалады Таза шығымы 2 АТФ 1 NADH тотыққанда митохондриядағы электронтасмалдау тізбекте 0 2 бар жағдайда молекула АТР түзіледі. 1 NADH 3АТФ 3АТФ х 2 триоза = 6 АТФ
2 АТФ + 6 АТФ = 8 АТФ 1 молекула АТФ гидролизденгенде - 41,868 кДж/моль (10 ккал) энергия бөлінеді 8 молекула АТР - 335 кДж/моль, 80 ккал. 1 сатысы. 1 гл-за → 4 АТФ -2 АТФ = 2АТФ 2 сатысы. 2 триоз а → 2 НАДН (1 НАДН → 3АТФ) = 6 АТФ 2АТФ+6АТФ=8 АТФ= 80 ккал
Г ликолиз дің функциялары. 1) Тыныс алудың субстраттарын Кребс циклімен байланыстырады; 2) Глюкозаның 1 молекуласы тотыққанда клеткаға 2 молекул а АТФ и 2 молекул а НАДН жеткізеді ; 3) Клеткаға керекті интермедиат тарды синтездейді (фосфоенолпируват - лигниннің фенолдық қосындыларын синтезделуіне керек); 4) Хлоропласта рда гликоли здің реакци ялары АТФтің синтезіне NADPH -тан тәуелсіз тікелей жолын береді ; гликолиз арқылы хлоропласта рда қор ретінде жиналған крахмал триоз аларға айналады, олар хлоропластардан клеткаға таралады.
Ди- және үшкарбондық қышқылдардың циклі (Кребс циклі) О 2 бар жағдайда пируват С0 2 -ге дейін Кребс циклінде толық тотығады. Осы процестің барлық реакциялары митохондрияның матриксінде және ішкі мембраналарында жүреді. Г.А.Кребс – ағылшын биохимигі 1937 ж. - ди- және трикарбондық қышқылдардың лимон қышқыл циклінде сутектің алынуы арқылы С0 2 -ге дейін тотығатын схеманы ұсынды.
Кребс циклінің жүру сатылары Циклде пируваттың өзі емес, оның туындысы - ацетил-СоА тотығады. тотығып декарбоксилдену ПЖҚ ацетил-СоА ( активтік ацетил)
ПЖҚ тотығып декарбоксилденуі пируват-дегидрогеназалық мультиферментті кешеннің қатысуымен жүреді. Бұл кешеннің құрамына 3 фермент және 5 кофермент кіреді. Коферменттер: - тиаминпирофосфат (ТПФ) –витамин В 1 -дің фосфорланған туындысы; -липой қышқылы; -коэнзим А1, - FAD және NAD +.
Пируват-дегидрогеназалық мультиферментті кешен 3 фермент 5 кофермент Тиамин- пирофосфат (ТПФ) –витамин В1-дің фосфорланған туындысы Липой қышқылы Коэнзим А1 FAD NAD
Кребс циклі ацетил-СоА -дан басталады. цитратсинтетаза 1. Ацетил-СоА Лимон қышқылы Қымыздық қышқылының енолдық формасы Аконитатгидратаза 2. Лимон қышқылы Цис-аконит қышқылы Н 2 О 3. Аконитат қышқылы Изолимон қышқылы Н 2 О
НАДН- изоцитратдегидрогеназа 4. Изолимон Қымыздық янтар қышқылы қышқылы / тұрақсыз / 5. Қ ымыздық янтар α-кетоглутар қышқылы СО 2 қышқылы тотығып декарбоксилдену СО 2 6. α-кетоглутарат Сукцинил- СоА НАД + НАДН . α-кетоглутарат тың дегидрогеназалық мультиэнзимді ферменттік кешен жоғарыда қарастырылған пируват-дегидрогеназалық кешенмен сәйкес келеді
Сукцинил- СоА сияқты ацетил- СоА -жоғары энергетикалық тиоэфир болып табылады. Ацетил- СоА тиоэфирлі байланыстың энергиясын лимон қышқылының түзілуіне жұмсаса, ал сукцинил- СоА АТФ-тың фосфатты байланысына трансформациялануы мүмкін. 7. Сукцинил- СоА янтар қышқылы АДФ АТФ (сукцинат)
сукцинатдегидрогеназа / FAD/ 8. Янтар қышқылы Фумар қышқылы 9. Фумар қышқылы Малат Н 2 О малатдегидрогеназа/ NAD/ 10. Малат Қымыздық қышқылы Кребс циклі Қымыздық қышқылдың енолды формасы
Лимон қышқылы Цис-аконит қышқылы изолимон қышқылы α -кетоглутар қышылы ы Янтар қышқылы Фумар қышқылы алма қышқылы қымыздық-өсірке қышқылы
Кребс циклінің энергетикалық шығымы Кребс циклі өте маңызды процесс. Ол тек көмірсулардың емес, және белоктардың, майлардың соңғы тотығу сатысы болып саналады. Пируват тотыққанда 5 дегидрирлену процесс жүреді 3NADH, NADPH, FADH 2 НАДН, НАДФН 3 АТФ FADH 2 2 АТФ
3NADH, NADPH, FADH 2 3NADH 3x3=9 A NADPH 3 АТФ FADH 2 2 АТФ Пируват толық тотыққанда 14 молекул а АТФ түзіледі.
1 молекула АТР Кребс циклінде субстр аттық фосфор лану нәтижесінде түзіледі. 14 АТФ + 1 АТФ 15 АТФ х 2 триоза 30 АТФ Гликолиз + Кребс циклі 38 АТФ
Кребс циклінің аралық өнімдерін синтез процеске клеткалар пайдаланады К ето қышқылдардан Амино қышқылдар . Кребс циклі клетканың метаболизмінде орталық орын алады.
Үшініші сатысы – ЭТ Т (Электрон тасмалдау тізбек). ЭТТ мембранан ың ішкі мембранасында орналасқан№ Тотығу фосфорлану - электрондар электрон тізбегінде жылжығанда тотығу энерги яның АТФ -те жиналуы. Митчелл теориясы - мембран алар протон дарды өткізбейді, сонымен қатар суды өткізеді, судың диссоциациясының арқасында клеткаларда протонның дефициті болмайды. ТА-дың тізбегінде тотығу-тотықсыздану реакцияларының бос энергиясы эл/химиялық градиентке айналады. Н + -иондар ішкі жағынан сыртқы жағына тасмалдағыштар көмегімен тасмалданады (Мх-ның матриксінен мембрана аралық кеңістікке ). АДФ-тен АТФ түзілгенге ∆ μ Н энергияның көзі болып келеді. Тасмалдағыштар МХ-ның ішкі мембранасында орналасқан.
Тасмалдағыштар – біреулері протондар мен электрондарды тасмалдайды / убихинон /, басқалары – тек электрондарды / цитохромдар /. Тасмалдағыштар кезек орналасқан. Протондар мен электрондарды тасмалдайтын тасмалдағыштың молекуласы электрондың тасмалдағыштармен әрекеттеседі, ал протондар мембрана аралық кеңістікке шығады. Электрондар НАД -тан оттеке тасмалданғанда, олар 3 рет мембранадан өтеді, осындай тасмалдаудың нәтижесінде мембрананың сыртқы жағына 6 протон ( 3 жұб ) тасмалданады. Кребс циклінде тотықсызданған кофермент НАДН+Н +, Мх-ның мембранасының ішкі жағында орналасады.
Мембрана аралық кеңістік
Электрон тасмалдаушы тізбек Сукцинат → FAD NADH→FMN →Q→Цит b→ Цит c 1 Цит c→Цит aa 3 →1/2 O 2 +2H+ H 2 O АТФ АТФ АТФ
Хлоропластарда және Мх-да жүретін процестердің механизмі ұқсас. Айырмашылықтары : 1) Хлоропласт арда электрондарды жүргізетін энергиянының көзі күн сәулесі болса, а л Мх -да - тотығу прцестердің энергиясы ; 2) Мембранада протондардың орналасуы керісінше : Мх -да протон дар сыртқы мембранада жиналады, хлоропласт арда — ішкі.
Электрондар цитохром тізбек арқылы тасмалданады, олардың құрамына темір кіреді: б→ с 1 → с →аа 3. Олардың әр қайсысында айналымды темірдің тотығу тотықсыздану реакциялары жүреді. Соңғы сатыда эл-дар цитохромоксидазамен (құрамында темір және мыс бар) мембрананың ішкі жағына оттеке тасмалданады. Оттек зарядталып протондарды мембрананың ішкі жағында қабылдайды, су түзіледі Н 2 0: 4Н + 4е + 0 2 → 2Н 2 0.
Дж. Уокер и П. Бойер 1997 ж. комплекстің құрылысын анықтаған үшін Нобель премиясын алды. АТФ-синтаза – айналымды жұмыс істейтін фермент, жағдайға байланысты ол тек энергия сіңіріп синтездемей, энергия бөліп АТФті гидролиздей алады. АТФ -тің синтезі градиенттің арқасында сутектің иондарының жылжуымен байланысты. АТФ синтезінің 2 гипотезасы бар – тікелей және жанама
Фосфорланудың механизмі туралы 2 гипотеза бар ( тікелей және жанама ). 1.1-ші гипотеза – фосфаттық топ және АДФ ферменттпен F1 кешеннің активтік бөлігінде байланысады. 2 протон канал арқылы тасмалданады концентрация градиенті бойынша жүреді, фосфаттың оттегімен байланысып, су түзеді. Осы реакция фосфатты тобын өте активті қылады да, ол АДФпен байланысады. Сол уақытта АТФ түзіледі.
2. 2-ші гипотеза, ( жанама механизм ) – ферменттің активті орталығында (фактор F 1 -нің субъединиц алары α и β ) АДФ пен Ф қосылады. Түзілген АТФ ферментпен қатты байланысқан, оны босату үшін энергия қажет. Энергия протондармен тасмалданады, протондар ферментпен байланысып (протон дану ), ферменттің конформациясын өзгертіп, АТФ -ті босатады.
Тотығу процесс фосфорлану процеспен байланысты. Оның байланысы фосфорл ану коэффициент імен белгіленеді Р/О, ол байланысқан анорганикалық фосфордың мөлшерінің (АДФ + Фн → АТФ) және сіңірілген оттектің қатынасы. 2 электрон ның ТА - дың тізбегімен оттегіне тасмалдануы 3 фосфорланумен байланысты. Сол үшін ФК 3-тен көп болмайды. Қуаңшылық жағдайда тотығу процестер ұлғаяды, ал энергия АТФ-те сақталмайды, ФК төмендейді.
1.Гликолиз қайда жүреді? 1.митохондрияда 2.вакуольде 3.эндоплазмалық торда 4.ядрода 5.цитоплазма мен хлоропластта 2. Кребс циклі қайда жүреді? 1. Цитоплазмада. 2. Митохондрияда 3. Хлоропласттарда 4. Эндоплазмалық торда 5. Апопластта 3. Кребс циклінде пируват тотыққанда неше молекула СО2 бөлінеді ? 1. 3 2. 2 3. 1 4. 5 5. 0 3. Бір молекула глюкоза тотыға ыдырағанда қанша АТФ түзіледі ? 1. 30 2. 38 3. 36 4. 40 5. 8
4. Гликолиздің бірінші сатысы қалай аталады 1. Глюкозаның тотығуы 2. Бірінші субстраттық фосфорлану 3.Екінші субстраттық фосфорлану 4. Дайындық фазасы 5. Апотомиялық фаза 5. Гликолиз неше кезеңнен тұрады ? 1. 2. 2 3. 3 4.4 5. 5
Пентозофосфатты жол. 5 көміртек атомы бар қанттар қатысады (пентозалар). Гексозомонофосфатты цикл, nентоздық шунт немесе аnотомикалық тотығу. Гл-заның тотығуы (гл.-6-фосфат) СО 2 -түрде 1-ші альдегидті көміртек атомынының бөлінуімен байланысты (апотомический путь). Пентозофосфатты жолы 1935-1938 ж. ашылды. О. Варбург, Ф. Диккенс, В. А. Энгельгардт, Ф. Липман. ПФ Ж барлық реакциялары цитоплазмада, пропластид терде, хлоропласта рда жүреді.
ПФ Ж синтез процестер өте қарқынды жүретін клеткаларда– мембрананың липид компоненттердіңб НҚ, кл. қабығының, фенол қосындылардың, синтезі, ПФЖ-жолында АТФ тек басты өнімнің түзілуіне пайдаланады: глюкозаның глюкозо6-фосфатқа дейін фосфорлануына ; АТФ түзілмейді. ПФЖ - циклді процесс, глюкозаның тотығуы ПФЖ-ң алдынғы субстратының - глюкозо-6-фосфаттың - регенерациясымен байланысты
ПФЖ сатылары. 2 сатысы бар : 1) Глюкоз аның тотығуы. 2) Алдынғы субстратты регенерациялануға арналған қанттардың рекомбинациясы Әр айналымға жалпы теңдігі: 6 Глюкозо-6-фосфат + 12NADP + + 7Н 2 О → 5 Глюкозо-6-фосфат + 6С0 2 + 12NADPH + 12Н + + Н 3 РО 4
Энергети калық шығымы. 1NADH 3АТФ х 12 = 3 6 АТФ 41,868 кДж 36 = 1507 кДж/моль. Ол гликолиз бен Кребс циклінің энергия шығымына жақын. – 1591 кДж/моль ( 38 АТР ).
Бірақ ПФЖдың маңызы – пластикалық алмасудағы рөлі : 1. NAДФH синтездік процестерде пайдаланады. ПФ Ж негізгі митохондриял ық және хлоропласт тық емес NADPH- тың көзі. Ол келесі процестерге керек: -май қышқылдардың, майлардың, изопренои тардың синтезіне - пируваттың тотықсыздандырып карбоксилденуіне - сульфатты, нитрат ты тотықсыздандыруға. - SH-қосындылардың тотықсызданған түрін тұрақты қылуына керек, ол глутатионның бірінші тотықсыздандырғышы болып келеді.
2. ПФЖ-да пентозалар синтезделенед і, О лар НҚ-дың, нуклеотидтердің құрамына кіреді (пиридиндік, флавиндік). Жануарларда ПФ Ж - пентозалар түзілетін жол (рибозалар и дезоксирибозалар). Рибоз алар АТР, GTP басқа нуклеотид тердің синтезіне қажет. Кофермент тер NAD +, NADP +, коэнзим А – олар да нуклеотид тер, олардың құрамына да рибоза кіреді.
3. Әр түрлі көмірсулар түзілуге ПФ Ж өте маңызды болып саналады (С З - С 7 ). 4. ПФ Ж-дың к омпонент тері (рибулозо-l,5-дифосфат, NADPH) ФС қараңғыдағы С0 2 игеруіне қатысады. ПФ Ж - теріс айналған Кальвин циклі. 15 реакция
5. Х лоропласт та тотығу процесс жарықта жүреді, ПФ Ж - қараңғыда жүреді, ол қараңғыда НАДФН -тың концентрациясы қатты төмендеуіне кедергі жасайды. Бұл цикл дің т риозофосфат тары хлоропласт т а 3-ФГ Қ-на айналады, ол АТР- тің концентрациясын ұстап тұрады. ПФЖ -да глюкоз аның тотығуы 12 реакuи я арқылы жүреді, ал гликолиздік жолы 30 реакци я арқылы. Г люкозо-6 - фосфат тың тотығуы барлық клеткаларда аяғына дейін жүрмейді. Кейде әр бір сатыда ол гликолиздің жолына өтуі мүмкін.
Глиоксилат ты цикл. Глиоксилатты цикл ді Кребс циклінің модификациясы 1957 ж. Г. Л. Корнберг, Г. А.Кребс Өніп жатқан дәндерінде, майлы өсімдіктерде жүреді, олардың қор майлары қантқа айналады ( глюконеогенез ). Глиоксилат ты цикл глиоксисома ларда жүреді. Жануарларда бұл процесс жүрмейді.
Ацетил-Со А Лимон қышқылы ҚСҚ Ц ис-аконит қышқ. НАДН Изолимон қышқ. Алма қышқ, Глиоксил қышқ. Янтар қышқ. Ацетил-Со А Со А- SH
Лимон қышқылы Цис-аконит қышқылы Изолимон қышқылы Янтар қышқылы Глиоксил қышқылы Алма қышқылы Қымыздық сірке қышқылы
Кребс циклінен айырмашылығы – глиоксилатты циклде әр айналымда 2 молекула ацетил-Со А қатысады және оның активті ацетилі тотығу процеске емес янтар қышқылының түзілуіне пайдаланады. Янтар қышқылы глиоксисомалардан шығып ҚСҚ-ға айналады.
Глиоксилатты цикл қор майларды қолдануға қатысады - утилизацияландырады, олар ыдырағанда ацетил-СоА пайда болады. Ацетил-Со А - ның әр 2 молекуласына глиоксилатты циклде 1 молекула NADH тотықсызданады, оның энергиясы Мх-да АТР-тің синтезіне пайдаланылады.
Қанттардың тікелей тотығуы - фосфорланбаған глюкозаның тотығуы. Кейбір бактерияларда, саңырауқұлақтарда, және фотосинтездеуші теңіз балдырларда. 1904 ж. Н. А. Максимов көрсетті Аsреrgillиs niger с аңырауқұлақтың мицелийінен ферменттік препарат бөлініп алынған. Ол глюкозаны глюкон қышқылына дейін тотықтырған.
Глюкон қышқылының δ -лактон ы Глюкон қышқылы α - D- глюкоза β - D- глюкоза
Реакция жүргенде сутектің асқын тотығы бөлінеді. Ол каталаза мен пероксидазамен ыдырайды. Г люкоз аның глюкон қышқылына дейін тотыққаны арнайлы флавин- тәуелді оксидаз а - глюкооксидаз амен катализденеді, о ның құрамына 2 молекул а FAD және 15% ( салмағынан ) көмірсулар кіреді. Фермент глюкозаның пираноза формадағы СНОН –тан 1- ші көміртектің атомынан 2 сутектің атом ын алады да, оны молекулалық оттекке тасмалдайды.
Тотығудың алдында (мутаротация) α-глюкоз а β-форм аға айналады – фермент - мутаротаз а. Мутаротаза глюкооксидаз а бар жерде болады. Тотығудың өнімі – глюкон қышқылының лактон ы, ол ферментсіз гидрат танып глюкон қышқылына айналады Түзілген глюкон қышқылы фосфорланып 2-кето-З-дезокси-6-фосфоглюкон қышқылына айналады. Соңғысы 2 триоз аға ыдырайды – пиро жүзім қышқылына және З-фосфоглицерин альдегид ке, олар Кребс циклінде ПЖҚ арқылы тотығуы мүмкін.
Осы жолды Рsеиdотопаs бактери яларда Н. Энтнер мен М. Дудоров ашты (1952 ). Энтнер –Дудоров жолы 2 тыныс алу жолды жақындатады - ПФ Ж және Кребс циклін – пируват арқылы. Схема - пируват арқылы Кребс циклімен байланысады, ал глюкон қышқылымен және З-фосфоглицерин альдегидпен – ПФ жолымен.
Глюкоза Глюкон қышқылы 6-фосфоглюкон қышқылы ПФЖ 2-кето3дезокси- 6-фосфоглюкон қышқылы 3-ФГА ПЖҚ Кребс циклі
1. Электрон тасымалдағыш тізбек қайда орналасқан ? 1. митохондрияның ішкі мембранасында 2. митохондрияның сыртқы мембранасында 3. цитоплазмада 4. митохондрия матриксінде 5. митохондрияның мембранааралық қуысында 2. Глиоксилат циклінің маңызы 1. пируватты май қышқылына айналдыру 2. сукцинатты тотықтыру 3. глиоксил қышқылын түзу 4. глиоксил қышқылын тотықтыру 5. май қорын тыныс алу кезінде тиімді пайдалану 3. Пентозофосфаттық жолмен ыдыраудың маңызы. Теріс жауапты көрсетіңіз 1. пентоз a түзу 2. НАДН түзу 3. Көміртек саны әртүрлі қанттар түзу 4. НАДФН түзу 5. Цикл өнімдерінің СО2-ні байланыстыруға қатысуы 4. Пентозафосфаттық жолмен тотыға ыдырағанда 6 молекула глюкозадан қанша молекула АТФ түзіледі ? 12 18 36 24 20
5 Пентозофосфаттық жолмен тотыға ыдырау қай органеллада жүрмейді? цитоплазмада пропластидте хлоропластта митохондрияда хлоропласт стромасында
