Дыхание. Катаболизм углеводов и жирных кислот

Липиды

Бифункциональные природные соединения (6 часов).

Предмет химии природных соединений (2 часа).

Содержание разделов дисциплины

Разделы дисциплины и виды занятий (часы)

Содержание дисциплины

№ п/п	Разделы дисциплины	Лекция	ЛЗ	СРС
1.	Предмет и методология химии природных соединений.
2.	Ферменты. Витамины и коферменты. Порфи-рины. Металло-коэнзимы.
3.	Бифункциональные природные соединения.
4.	Углеводы. Фотосинтез.
5.	Липиды. Биосинтез жирных кислот.
6.	Дыхание. Катаболизм углеводов и жирных кислот.
7.	Аминокислоты. Пептиды. Белки.
8.	Нуклеиновые кислоты. Биосинтез белка.
9.	Антибиотики.
10.	Алкалоиды.

Природные соединения как многофункциональные органические соединения. Классификация природных соединений: по биологической активности, по источникам природных соединений, химическая (в соответствии с номенклатурой классической органической химии). Биохимическая классификация природных соединений по основным направлениям их биосинтеза: соединения первичного метаболизма – углеводы, аминокислоты и т.д. и вторичного метаболизма – алкалоиды, терпены и т.д. Классификация соединений вторичного метаболизма в соответствии с ключевыми соединениями их биосинтеза: шикиматный путь биосинтеза – шикимовая кислота, мевалоновый путь – мевалоновая кислота, поликетидный путь – поликетиды.

Методология химии природных соединений.

4.2.2. Ферменты. Витамины и коферменты. Порфирины. Металло – коэнзимы.

Понятие о ферментативном катализе биохимических процессов in vivo.

Классификация ферментов.

Основные классы ферментов

Код	Наименование	Катализируемые реакции	Примеры
КФ1	Оксидоредук-тазы	Окислительно-восстанови-тельные реакции	Глюкозооксидаза, каталаза
КФ2	Трансферазы	Перенос различных групп атомов с одной молекулы на другую	ПротеиГлюкоизомеразнкиназа, гликоген-фосфорилаза
КФ3	Гидролазы	Гидролитическое расщеп-ление химических связей субстрата	Протеазы, амилазы
КФ4	Лиазы	Присоединение по двой-ным связям и обратные реакции	Аспартаза, фумараза
КФ5	Изомеразы	Изомеризация органичес-ких соединений	Глюкоизомераза, триозо-фосфатизомераза
КФ6	Лигазы (синтетазы)	Соединение молекул суб-страта с использованием высокоэнергетических соединений, например АТФ	ДНК-лигаза, триптофан-синтетаза

Ферменты как совокупность апоферментов и коферментов. Коферменты как природные низкомолекулярные органические соединения, необходимые для осуществления каталитического действия ферментов. Витамины, провитамины, витамеры.

Витамины

Витамин А – семейство из трех основных соединений с одинаковой дитерпеновой структурой, содержащей сопряженную полиеновую систему с активирующей кислородной функцией, с ярко выраженной липофильностью: ретинол (витамин А₁ –спирт), ретиналь (витамин А₁ – альдегид) и ретиноевая кислота (витамин А₁ –кислота). Антиоксидантные свойства витамина А (в неполярных средах), обусловленные легкостью окисления аллильного спирта ретинола в ретиналь и, затем, в ретиноевую кислоту. Образование азометиновых производных в сетчатке человеческого глаза между ретиналем и ε-аминогруппой аминокислотного остатка лизина белка опсина с образованием родопсина – светочувствительного элемента зрительной системы. Использование ретинолацетата в лекарственной практике. Нахождение витамина А в природе.

Витамин С (водорастворимая аскорбиновая кислота). Биосинтез аскорбиновой кислоты из глюкозы и галактозы. Получение аскорбиновой кислоты в промышленности из глюкозы. Сопряженная восстановительно–окислительная пара аскорбиновая кислота/дегидроаскорбиновая кислота (φ₀´= 0,08 В) как активный антидот свободнорадикальных redox процессов, протекающих в водной среде: предохранение глутатиона и SH-групп белков от окисления, восстановление ионов Fe³⁺ до ионов Fe²⁺, регулирование свободно-радикального окисления жирных кислот. Нахождение витамина С в природе.

Витамин D (липидорастворимые кальциферолы D₁ – D₄). Природный витамер D₃, нахождение в природе. Образование витамеров D₂ – D₄ при УФ – облучении эргостерола и 22,23-дигидрокси-эргостерола соответственно. Витамер D₁ как молекулярное соединение люмистерола и витамера D₂ в соотношении 1:1. Транспорт ионов кальция сквозь липидный слой, липидную мембрану за счет комплексообразования с дигидроксипроизводными витамеров D₁ – D₄ (за счет ковалентного и координационного связывания ионов кальция с тремя гидроксильными группами).

Витамин Е (липидорастворимые α-, β-, γ- и δ-токоферолы) как производные бензопирана с изопреноидной цепью. Антиоксидантные свойства α-, β-, γ- и δ-токоферолов определяемые склонностью к окислению гидрохинонового фрагмента их молекул. Зависимость биологической активности от степени замещения атомов водорода бензольного кольца.

Витамин U (водорастворимый метионинметилсульфоний хлорид) – аминокислота метионин, сульфидная группа которой переведена в сульфониевое состояние. Витамин U как донор метильных групп (наряду с S-аденозилметионином) в различных биохимических реакциях (в основном метилирование гидроксильной и аминогрупп).

Витамины - коферменты

Витамин В₁ (водорастворимый тиамин) – система из двух гетероциклов (пиримидина и тиазола), причем атом азота тиазольного цикла находится в аммонийном состоянии. Действия витамина В₁ как кофермента (в виде тиаминпирофосфата ТПФ): окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты (фермент: пируват-дегидрогеназа); перенос двухуглеродного фрагмента с карбонильной группой - кетольной группы (фермент: транс-кетолаза).

Витамин В₂ (рибофлавин) как предшественник флавиновых коферментов и ферментов, содержащих изоаллоксазиновый фрагмент – флавинаденинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД). Окислительно-восстановительные свойства ФМН и ФАД.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота) как составная часть кофермента А (К_оА-SH), катализирующего реакции переноса ацетильной группы. Химические свойства пантотеновой кислоты как типичной гидроксикислоты. Гидролиз до β-аланина и пантолактона.

Витамин В₆ (производные 2-метил-3-гидрокси-5-метиленгидрокси-пиридина: пиридоксол, пиридоксаль и пиридоксамин). Пиридоксальфосфат как коферментная форма витамина В₆; катализ переаминирования при взаимодействии оксокислот с аминокислотами.

Витамин В₁₂ (кобаламины) – соединения корринового ряда, гловными структурными элементами которых являются тетрапиррольный цикл (корриновый), с внедренным внутрь цикла ионом Со²⁺, связанного с атомом азота бензимидазольного фрагмента и нуклеофильной подвижной группой Х (-ОН и -СН₃ в природном и -CN в синтетическом витамине В₁₂. Обмен -ОН группы в оксикабаламине на метильную и действие метилкабаламина как ацилирующего агента в биосинтезах.

Витамин В_с (В₉) – производное фолиевой кислоты, состоящее из трех фрагментов: азотистого гетероцикла птерина, п-аминобензойной кислоты и L-глутаминовой кислоты. Перенос тетрагидрофолиевой кислотой одноуглеродных фрагментов (-СН₃, -СН₂-, -СН=, -СН=О, -СН=NH) в биосинтезе пуриновых и отчасти пиримидиновых оснований ДНК и РНК.

Витамин Н (биотин) – катализ реакции карбоксилирования органических кислот:

-взаимодействие биотина с СО₂ с образованием N-карбокси-лированного производного биотина,

-взаимодействие N-карбоксилированного производного биотина с ацетил-К_оА с образованием производных малоновой или щавелевоуксусной кислоты.

Витамин В_г (карнитин) – γ-амино-β-гидроксикарбоновая кислота (в форме бетаина). Транспорт жирных кислот через мембраны из цитоплазмы в митохондрии.

Витамин К (К₁ – филлохинон, К₂ – менахинон). γ-Карбоксилирование остатка глутаминовой кислоты в протромбине (образование остатка малоновой кислоты в полипептидной цепи. Связывание ионов Са остатком малоновой кислоты – превращение протромбина в тромбин как фактор, вызывающий коагуляцию фибриногена (свертывание крови).

Витамин РР – ниацин (никотиновая кислота и ее амид) – формирование активных центров никотинамидных коферметов: НАД⁺ и НАДФ⁺. Диэтиламид никотиновой кислоты (кордиамин) как аналептик.

Коферменты

Аденозинтрифосфат АТФ как универсальный аккумулятор энергии для обеспечения протекания биохимических реакций. Ангидридный характер связей между фосфатными фрагментами – легкость гидролиза (выделяется Е=30,5 КДж/моль). Взаимодействие с нуклеофилами: аминами, спиртами, сульфидами и т.д. Запасание энергии при фотосинтезе и расщеплении жиров и сахаров путем перевода аденозинмонофосфата АМФ и аденозиндифосфата АДФ в АТФ.

Кофермент Q (жирорастворимые пластохиноны – в растениях, убихиноны – в растительных и животных организмах). Основная функция убихинонов – перенос электронов и протонов в процессах дыхания и окислительного фосфорилирования, функция пластохинонов – такая же, но только в процессе фотосинтеза.

S-аденозилметионин как донор метильной группы в реакциях транс-метилирования: сульфониевый атом серы поляризует атом углерода метильной группы (становится электрофильным и может подвергаться атаке нуклеофилом по механизму S_N2) и, в итоге, метильная группа переходит к атакующему нуклеофилу (спирты, амины, олефиновые связи и т.д.) и высвобождается S-аденозил-гомоцистеин.

(+)-Липоевая кислота – как работающая в липидной фазе окислительно-восстановительная система, основанная на способности дисульфидной связи восстанавливаться до бис-меркаптанного состояния с образованием дигидролипоевой кислоты. Последняя, в свою очередь, способна легко окисляться вновь до липоевой кислоты. Дигидролипоевая кислота как переносчик ацильных групп. Участие в окислительном фосфорилировании глюкозы, в ускорении гликолиза, в окислительном декарбоксилировании α-оксокарбоновых кислот совместно с тиаминди-фосфатом.

Уридиндифосфатглюкоза (УДФГ) – представитель группы природных нуклеозиддифосфосахаров, катализирующих эпимеризацию моносахаридов, образование гликозидов и полисахаридов и другие реакции углеводов.

Коферменты НАД и НАДФ – производные витамина РР (никотин-амида). Сопряженные окислительно-восстановительные пары НАД⁺ / НАД(Н) (φ₀´= – 0,320 В) и НАДФ⁺ / НАДФ(Н) (φ₀´= – 0,324 В) как активные участники большинства окислительно-восстановительных процессов in vivo.

Кофермент А (К_оА или К_оА-SH). Образование ацетил- К_оА и его роль как донора ацильных групп. Участие в биосинтезе липидов, изопреноидов, фенольных соединений (поликетидный путь синтеза) и др. Катализ реакций цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного цикла.

Дикарбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная и глутаровая.

Особенности химического поведения: образование двух рядов (моно- и ди-) функциональных производных по карбоксильной группе. Двухступенчатая диссоциация дикарбоновых кислот. Декарбоксилирование щавелевой и малоновой кислот при нагревании.

Подвижность атомов водорода метиленовой группы в малоновой кислоте и ее эфирах. Синтезы карбоновых кислот на основе диэтилмалоната (С-алкилирование с последующим омылением сложноэфирных групп и декарбоксилированием). Конденсация ацетил-SKoA c малонил- SKoA как один из этапов биосинтеза жирных кислот.

Окислительное дегидрирование янтарной кислоты в фумаровую под действием ФАД – одна из стадий цикла Кребса. Образование пятичленных и шестичленных циклических ангидридов при нагревании янтарной и глутаровой кислот. Образование внутрикомплексных соединений хелатного типа с металлами переменной валентности (Cu²⁺).

Гидроксикислоты: Д-глицериновая, молочная, яблочная, лимонная кислоты. Пантовая и (+)-мевалоновая кислоты. Ароматические гидроксикислоты: хинная и шикимовая. Стереоизомерия на примере молочной и винных кислот. Получение α-гидроксикислот взаимодействием карбонильных соединений с синильной кислотой и β-гидроксикислот по реакции Реформатского (взаимодействием альдегидов и кетонов с цинкорганическими соединениями).

Реакции по гидроксильной группе: с галогеноводородными кислотами, образование сложных эфиров, окисление гидроксильной группы до карбонильной как одно из направлений биосинтеза оксокислот (на примере окисления молочной кислоты до пировиноградной). Реакции по карбоксильной группе: образование солей, сложных эфиров. Салициловая кислота и ее производные: по карбоксильной группе – метиловый эфир салициловой кислоты (салол) и по гидроксильной группе – ацетилсалициловая кислота (аспирин).

Химические свойства, обусловленные участием двух функциональных групп: образование межмолекулярных сложных эфиров (лактидов) из α-гидроксикислот и внутримолекулярных сложных эфиров (лактонов) из γ-гидроксикислот. γ-Бутиролактон: реакции с раскрытием цикла –со щелочами и галогеноводородными кислотами и без раскрытия цикла – с аммиаком и метиламином: образование пирролидона-2 и метилпирролидона-2 – заменителя плазмы крови. Дегидратация β-гидроксикислот. Образование внутрикомплексных соединений с металлами переменной валентности (Cu²⁺).

3-Фосфат Д-глицериновой кислоты как источник основных интермедиатов биохимических процессов: 3-фосфата Д-глицеринового альдегида, пировиноградной кислоты и фосфата ее енольной формы.

Образование пирофосфата 2-метил-бут-1-ен-4-ола путем синхронного элиминирования фрагментов СО₂ и Н₂О от пирофосфата мевалоновой кислоты как основной путь формирования изопреноидных углеродных систем.

Образование шикимовой кислоты из хинной – ключевого интермедиата биосинтеза ароматических кислородсодержащих соединений (на примере биосинтеза фенолокислот: п-гидроксибензойной и галловой).Кислоты ароматического ряда и их производные как лекарственные средства (на примере салициловой, п-аминобензойной кислот и сульфониламидов).

Оксокислоты: глиоксалевая, пировиноградная, ацетоуксусная, мезоксалевая, щавелевоуксусная, α-оксоглутаровая и левулиновая кислоты. Биосинтез оксокислот путем дегидрирования гидроксикарбоновых кислот с помощью дегидрогеназ с окисленной формой кофермента НАД⁺ (на примере получения пировиноградной и ацетоуксусной кислот). Получение этилового эфира ацетоуксусной кислоты (ацетоуксусного эфира) из этилацетата сложноэфирной конденсацией по Кляйзену.

Реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе оксокислот: воды, гидроксиламина, фенилгидразина. Присоединение аммиака как одно из направлений биосинтеза аминокислот (на примере получения аланина из пировиноградной кислоты). Образование важнейшего интермедиата биосинтетических реакций - ацетил-кофермента А при взаимодействии пировиноградной кислоты с коферментом А (HSKoA).

Реакции оксокислот по карбоксильной группе: образование солей и сложных эфиров.

Реакции с расщеплением связи С - С. Декарбоксилирование пировиноградной кислоты в разбавленной серной кислоте, декарбонилирование – в концентрированной. Декарбоксилирование пировиноградной кислоты in vivo под действием декарбоксилазы в присутствии коферментов НАД⁺ и HSKoA. Самопроизвольное декарбоксилирование ацетоуксусной кислоты. Расщепление связи С_α - С_β в тиоэфирах β-оксокарбоновых кислот с HSKoA под действием тиолазы и HSKoA.

Реакции с образованием связи С – С. Реакции конденсации альдольного типа: присоединение С-нуклеофила и протона по кратной связи карбонильной группы с образованием гидроксипроизводного дикарбоновой кислоты с разветвленным углеродным скелетом (на примере конденсации двух молекул ацетил-кофермента А). Карбоксилирование оксокарбоновых кислот на примере взаимодействия гидрокарбонат-аниона с пируватом при участии карбоксилазы и АТФ с образованием оксалоацетата и воды.

Восстановление до гидроксикислот в присутствии гидрогеназы с коферментом в восстановленной форме (НАДФ(Н) + Н⁺). Образование внутрикомплексных соединений с металлами переменной валентности (Cu²⁺).

Кето-енольная таутомерия. Зависимость соотношения кето- и енолтаутомеров от строения оксокарбоновых кислот (на примере пирувата и оксалоацетата). Анионы сложных эфиров оксокарбоновых кислот (на примере натрийацетоуксусного эфира) как амбидентные нуклеофилы: С – алкилирование и О – ацилирование. Кетонное расщепление ацетоуксусного эфира под действием разбавленных растворов щелочей, кислотное – концентрированных растворов щелочей. Синтезы кетонов и карбоновых кислот из ацетоуксусного эфира.

4.2.4. Угле воды

4.2.4.1. Строение моносахаридов.

Стереоизомерия моносахаридов. Ассиметрический атом углерода, энантиомеры и диастереомеры. Проекции Фишера. D-и L - ряды альдоз и кетоз. Обозначение конфигурации ассиметрических атомов углерода по системе Кана-Прелога-Ингольда (R, S - номенклатура).

Таутомерия моносахаридов. Открытые и полуацетальные формы моносахаридов: a- и β - аномеры. Пиранозные и фуранозные формы. Перспективные формулы Хеуорса. Механизм взаимных переходов тау-томерных форм моносахаридов в растворах. Мутаротация.

Конформационная устойчивость моносахаридов. Конформации "кресло" (⁴C₁ и ¹C₄) пиранозного цикла полуацетальных форм моносахаридов. Влияние на конформационнуто устойчивость стереохимических (расположение заместителей в пространстве) и стереоэлектронных (электростатические взаимодействия между диполями связей) факторов. Оценка относительной устойчивости конформации "кресло" ⁴C₁ и ¹C₄ для различных аномеров моносахаридов по факторам неустойчивости: 1,2-вицинальньм и 1,3-аксиальным взаимодействиям заместителей. Влияние растворителей на конформационную устойчивость моносахаридов.

4.2.4.2. Превращения моносахаридов под влиянием кислот и оснований

Наличие оксикарбонильной группировки как фактор, обуславливающий неустойчивость моносахаридов к действию кислот и оснований. Енолизация моносахаридов в кислых и щелочных средах с образованием ендиола.

Превращения моносахаридов в щелочной среде. Изомеризация ендиола в слабощелочнной среде. Реакция Лобри де Брюина и Альберда Ван Экенштейна как метод получения труднодоступных кетоз. Дегидратация ендиола в умеренно щелочных средах до дезоксиозулоз с последующей перегруппировкой бензилового типа. Образование метасахариновых, изосахариновых и сахариновых кислот. b - Расщепление ендиола при действии концентрированных растворов щелочей (ретроальдольный распад сахаров). Распад гексоз до глицерино­вого альдегида, и диоксиацетона с последующим образованием пировиноградного альдегида. Образование D,L - молочной кислоты в результате внутримолекулярной реакции Канниццаро из пировиноградного альдегида.

4.2.4.3. Реакции моносахаридов по гидроксильным группам.

Общая характеристика реакционной способности гидроксильных групп моносахаридов. Образование в ходе реакций по гидроксильным группам смеси производных a- и b- аномеров пиранозной и фуранозной форм моносахаридов вследствие мутаротации последних в растворах.

Реакции моносахаридов как полиолов - образование сахаратов при действии щелочно-земельных и тяжелых металлов.

Реакции полуацетального гидроксила. Образование О-гликозидов. Реакция Фишера. Влияние стереоэлектронных факторов на состав образующихся гликозидов. Устойчивость гликозидов в щелочных средах. Механизм гидролиза гликозидов в кислых средах. Образование N - гликозидов. Перегруппировка Амадори.

4.2.4.4. Фотосинтез

Световая фаза фотосинтеза. Окислительно-восстановительные системы СО₂/(СН₂О) [φ = − 0.43B] и О₂/Н₂О [φ = + 0.83B]. Передача электронов и протонов из воды к окислительно-восстановительной системе НАДФ⁺/НАДФ(Н)+Н⁺. Фотосистемы I (Р⁷⁰⁰) и II (Р⁶⁸⁰) как поставщики энергии, необходимой для переноса электронов против электрохимического градиента. Структура светособирающих пигментов на примере хлорофилла (тетрапиррольный макроцикл с сопряженными двойными связями, содержащий ковалентно связанный йон магния). Пять участков пути переноса электронов: 2 пигментные системы и 3 электронотранспортных цепи.

Нециклическое фотофосфорилирование: перенос электронов, сопровождаемый фосфорилированием АДФ до АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза: механизм цикла Кальвина. Три основных типа химических превращений в цикле Кальвина: енолизация с последующей изомеризацией, перенос кетольной группы (СН₂ОН–СО-) и конденсация альдольного типа.

Реакция 1 цикла Кальвина (см. приложение): фиксация СО₂ молекулой Д-рибулозо-1,5-дифосфата. Енолизация Д-рибулозо-1,5-дифосфата с последующим депротонированием енола, приводящее к енолат-аниону. Карбоксилирование последнего по второму углеродному атому с образованием промежуточной β-кетокислоты: 2-карбокси-3-кето-Д-рибитол-1,5-дифосфата. Гидролитическое расщепление этой кислоты на 2 молекулы Д-3-фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК). Фосфорилирование 3-ФГК с помощью АТФ (реакция 2) до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (1,3-ФГК). Восстановление 1,3-ФГК (реакция 3) до 3-фосфоглицеральдегида (3-ФГА) с участием НАДФ(Н).

Четыре направления расходования 3-ФГА в цикле Кальвина:

а) изомеризация 3-ФГА в дигидроксиацетонфосфат (ДГАФ) через енол (реакция 4);

б) конденсация альдольного типа 3-ФГА с ДГАФ (реакция 5) с образованием Д-фруктозо-1,6-дифосфата с последующим дефосфорилиро-ванием до Д-фруктозо-6-фосфата (реакция 6);

с) перенос кетольной группы (СН₂ОН–СО-) на 3-ФГА от Д-фруктозо-6-фосфата (реакция 7) в присутствии тиаминпирофосфата (ТПФ) с образованием смеси равных количеств Д-ксилулозо-5-фосфата (Ксу-5-Ф) и Д-эритрозо-4-фосфата (Э-4-Ф). Конденсация альдольного типа Э-4-Ф с ДГАФ (реакция 8) с образованием Д-седогептулозо-1,7-дифосфата (Су-1,7-БФ) с его последующим дефосфорилированием (реакция 9) до Д-седогептулозо-7-фосфата (Су-7-Ф);

д) перенос кетольной группы (СН₂ОН–СО-) на 3-ФГА от Су-7-Ф (реакция 10) в присутствии ТПФ с образованием смеси равных количеств Ксу-5-Ф и Д-рибозо-5-фосфата (Р-5-Ф).

Эпимеризация ксилулозо-5-фосфата (образованного по реакциям 7 и 10) по третьему углеродному атому через енол (реакция 11) в Д-рибулозо-5-фосфат (Ру-5-Ф). Изомеризация Д-рибозо-5-фосфата (образованного по реакции 10) через енол (реакция 12) до Ру-5-Ф. Фосфорилирование с помощью АТФ Ру-5-Ф (образованного по реакциям 11 и 12) в исходное соединение цикла Кальвина – Д-рибулозо-1,5-дифосфат (реакция 13).

Стехиометрия реакций в цикле Кальвина.

4.2.5.1. Омыляемые липиды: простые (жиры, масла, воски), сложные (фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды). Природные животные и растительные жиры как триацилглицерины – сложные эфиры глицерина и высших прямоцепочечных (жирных) карбоновых кислот: насыщенных –миристиновой (С₁₃Н₂₇СООН), пальмитиновой (С₁₅Н₃₁СООН), стеариновой (С₁₇Н₃₅СООН) и ненасыщенных – олеиновой (С₁₇Н₃₃СООН, 18:1 (9Z)), линолевой (С₁₇Н₃₁СООН, 18:2 (9Z,12Z)) и линоленовой (С₁₇Н₂₉СООН, 18:3 (9Z, 12Z, 15Z)).

4.2.5.2. Фосфолипиды как производные фосфатидовых кислот, в которых фосфатная группировка этерифицирована с одной стороны диацилглицерином, с другой стороны – β-этаноламином [HOCH₂CH₂NH₂ (кефалины)], холином [HOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃ (лецитины)], серином [HOCH₂CH(NH₂)COOH (фосфатидил-серины)]. Наличие одновременно гидрофобных (радикалы жирных кислот) и гидрофильных (фосфат-аминная группировка) участков фосфолипидов как условие образование липидного слоя на границе раздела жидких фаз (вода-липид) и двойного липидного слоя – основы биологических мембран.

4.2.5.3. Биосинтез жирных кислот:

- ацилирование уксусной кислотой кофермента А с образованием ацетилкофермента А,

- конденсация диоксида углерода с ацетилкоферментом А с образованием малонилкофермента А,

- конденсация малонилкофермента А с новой молекулой ацетилкофермента А с последующим декарбоксилированием и образованием ацетоацетилкофермента А и молекулы кофермента А,

- восстановление карбонильной группы в ацетоацетилкоферменте А до гидроксильной с помощью [НАДФ(Н) + Н⁺],

- дегидратация с образованием S-К_оА производного α,β-непредельной карбоновой кислоты,

- гидрирование с помощью [НАДФ(Н) + Н⁺] с образованием бутирилкофермента А,

- новая конденсация бутирилкофермента А с диоксидом углерода и повторение последующих реакций цикла и т.д. до достижения требуемой длины углеродной цепи.

Биосинтез триацилглицеридов из дигидроксиацетона:

- фосфорилирование дигидроксиацетона по одному гидроксилу с помощью АТФ,

- ацилирование оставшегося гидроксила коферментно связанной жирной кислотой (R-CO-SK_oA),

- восстановление карбонильной группы с помощью НАД(Н) до спиртовой с последующим ацилированием коферментно связанной жирной кислотой,

- образовавшаяся фосфатидовая кислота может идти на формирование фосфолипидов или на гидролиз с освобождением третьей спиртовой группы с последующим ее ацилированием.

4.2.5.4. Неомыляемые липиды – низкомолекулярные биорегуляторы – стероиды, жирорастворимые витамины, простагландины.

Стероиды как производные конденсированного четырехциклического остова стерана. Образование стероидов путем эпоксидирования терминальной двойной связи сквалена (30 атомов С) с последующей синхронной многоцентровой циклизацией сквален-оксида в условиях кислотного катализа с образованием ланостерола (30 атомов С), и затем, с потерей 3 атомов С, –холестерола (холестерина) (27 атомов С). Холерин как предшественник желчных кислот, половых гормонов и кортикостероидов.

Холевая и 7-дезоксихолевая кислоты; амиды холевой кислоты с глицином и таурином (NH₂CH₂CH₂SO₃H) – глицинхолевая и таурохолевая кислоты, их роль в эмульгировании и переваривании жиров.

Мужские половые гормоны – андростерон и тестостерон. Использование 19-нортестостерона для наращивания мышечной массы. Женские половые гормоны – эстрадиол и прогестерон. Пероральные женские контрацептивы – местранол – на основе структуры женских половых гормонов.

Кортикостероиды: вырабатываемый в коре надпочечников кортикостерон и синтетический – преднизолон.

Простагландины (PG) – оксигенированные производные простановой кислоты, образующейся при мягком окислении арахидоновой и других полиеновых жирных кислот. Классификация простагландинов по характеру оксигенирования циклопентанового кольца: PGA, PGB, PGC, PGD, PGE, PGF, PGH, PGI, PGY. Физиологическая активность простагландинов.

Дыхание как окислительный процесс, в котором углеводы, жиры и другие сложные молекулы расщепляются до СО₂ и Н₂О, а высвобождаю-щаяся при этом энергия запасается будучи использована для образования АТФ из АДФ и ортофосфата (окислительное фосфорилирование).

4.2.6.1.Катаболизм глюкозы - гликолиз. Ферментативный гидролиз углеводов в организме до глюкозы и фруктозы с последующим превращением последних в пировиноградную кислоту:

I этап: превращения гексоз.

1.Фосфорилирование глюкозы до глюкозо-6-фосфата (расходуется 1 молекула АТФ).

2.Изомеризация глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат.

3.Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата до фруктозо-1,6-дифосфата (расходуется 1 молекула АТФ).

4.Альдольное расщепление фруктозо-1,6-дифосфата до глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфата.

II этап: превращения триоз

(так как из одной молекулы гексозы образуются две молекулы триозы, то в дальнейшем удваиваются стехиометрические коэффициенты в уравнениях).

5.Изомеризация дигидроксиацетонфосфата в глицеральдегид-3-фосфат.

6.Окисление, сопряженное с фосфорилированием глицеральдегид-3-фосфата в 3-фосфоглицероилфосфат в присутствии НАД⁺ и Н₃РО₄ [образование 2 молекул НАД(Н)].

7.Гидролиз 3-фосфоглицероилфосфата до 3-фосфоглицерата сопровождаемый образованием 2 молекул АТФ из АДФ.

8.Изомеризация 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат.

III этап: превращения оксокарбоновых кислот

9.Дегидратация 2-фосфоглицерата до фосфоенолпирувата.

10.Кислотный гидролиз фосфоенолпирувата в пируват, сопровождаемый образованием 2 молекул АТФ из АДФ.

Окислительное декарбоксилирование образовавшегося пирувата в присутствии НАД⁺ и кофермента А (HSK_OA) с образованием ацетилкофермента А и НАД(Н). Дальнейшее окисление ацетильного остатка ацетилкофермента А до СО₂ и Н₂О в цикле Кребса (на 1молекулу глюкозы в итоге образуется 38 молекул АТФ).

4.2.6.2.Катаболизм жирных кислот - β-Окисление жирных кислот до ацетилкофермента А (жирные кислоты участвуют в цикле в виде производных кофермента А):

- дегидрирование по α- и β- углеродным атомам при участии окисленной формы кофермента ФАД с образованием транс – изомера α,β-непредельной карбоновой кислоты,

- гидратация с образованием оптического L – изомера β- гидроксикарбоновой кислоты,

- окисление гидроксильной группы до карбонильной при участии окисленной формы кофермента НАД⁺,

- β-расщепление, осуществляемое путем нуклеофильной атаки кофермента А на карбонильный углерод с последующим отщеплением ацетилкофермента А и циклы повторяются вплоть до полного расщепления углеродной цепи на двухуглеродные фрагменты.

4.2.6.3.Общий этап для катаболизма углеводов и жиров: реакции цикла Кребса (цикл лимонной кислоты или ди- и трикарбоновых кислот) - окисление ацетилкофермента А до диоксида углерода и воды:

- нуклеофильное присоединение ацетилкофермента А по карбонильной группе оксалоацетата с последующим гидролизом тиоэфирной связи, отщеплением кофермента А и образованием цитрата,

- изомеризация цитрата в изоцитрат за счет двух последовательных реакций: дегидратации исходного цитрата и гидратации образующегося промежуточного соединения,

- дегидрирование (окисление) изоцитрата с помощью НАД⁺ с образованием оксалосукцината,

- декарбоксилирование оксалосукцината в 2 – оксоглутарат,

- окислительное декарбоксилирование 2 – оксоглутарата, происходящее под действием НАД⁺ и HSK_oA – как завершающий этап окисления ацетильного остатка ацетилкофермента А до СО₂ и Н₂О,

- гидролиз сукцинилкофермента А с высвобождением HSK_oA и сопряженным синтезом одной молекулы АТФ,

- дегидрирование сукцината в фумарат с помощью окисленной формы кофермента ФАД,

- стереоспецифическое присоединение воды по двойной связи фумарата с образованием L – малата,

- регенерация оксалоацетата за счет дегидрирования L – малата.

Повторение цикла трикарбоновых кислот реакцией оксалоацетата с новой молекулой ацетилкофермента А.

Дата добавления: 2015-06-30