Д. Рассчитайте коэффициент Р/О каждой реакции, ответ поясните.

СООН                                     СООН

                                              

СН – ОН                                 С=О

                             Е₁         

СН₂       + НАД⁺                            СН₂       + НАДН + Н⁺

                                              

СООН                                     СООН

СООН                                               СООН

                                                             

СН₂                                                               СН₂

                                        Е₂            

СН-СООН + НАД⁺                                  СН-СООН  + НАДН + Н⁺

                                                             

СН-ОН                                                   С = О

½ 

СООН                                                   СООН

А. Оксиредуктазы (малатдегидрогеназа, изоцитратдегидрогеназа);

Оксидоредуктазы

Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции и подразделяются на 5 основных подклассов:

- оксидазы;

- аэробные дегидрогеназы;

- анаэробные дегидрогеназы;

- гидропероксидазы;

- оксигеназы.

Аэробные дегидрогеназы. Катализируют удаление водорода из субстрата, используя в качестве акцептора водорода не только кислород, но и искусственные акцепторы (например, метиленовый синий). Эти дегидрогеназы относятся к флавопротеинам.В результате реакции образуется пероксид водорода, а не вода.

В качестве кофермента дегидрогеназы содержат ФАД (флавинаденин-динуклеотид) или ФМН (флавинмононуклеотид). Многие флавопротеиновые ферменты содержат несколько ионов металлов.

К ферментам группы аэробных дегидрогеназ относятся: дегидрогеназа L-аминокислот (оксидаза L-аминокислот), катализирующая окислительное дезаминирование природных L-аминокислот, и ксантиндегидрогеназа (ксантиноксидаза), катализирующая окисление ксантина в мочевую кислоту. Молибденсодержащий фермент ксантиноксидаза играет важную роль в катаболизме пуриновых оснований.

Анаэробные дегидрогеназы. Катализируют удаление водорода из субстрата, но не способны использовать кислород в качестве акцептора.

Анаэробные дегидрогеназы подразделяются в зависимости от природы кофермента на несколько групп.

НАД+-зависимые (пиридинзависимые, первичные) дегидрогеназы, содержащие в качестве кофермента НАД+ или НАДФ+. В общем случае НАД+-зависимые дегидрогеназы катализируют окислительно-восстановительные реакции специфических (например, гликолиза) и общих путей катаболизма (например, цикла Кребса, дыхательной цепи).

Примером НАД+-зависимых дегидрогеназ могут служить лактатдегидрогеназа, алкогольдегидрогеназа, глутаматдегидрогеназа и др. ФАД- и ФМН- зависимые анаэробные дегидрогеназы (флавин-зависимые дегидрогеназы). Первичные флавинзависимые дегидрогеназы переносят восстановительные эквиваленты от субстрата непосредственно на дыхательную цепь. К ним относятся, например, сукцинатдегидрогеназа (СДГ), ацил-КоА-дегидрогеназа и митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа.

Малатдегидрогеназа — фермент, катализирующий окислительно-восстановительное превращение малата и оксалоацетата, а также окислительное декарбоксилирование малата до пирувата; активность фермента в сыворотке крови используется в рвачестве вспомогательного диагностического теста при ряде заболеваний, главным образом заболеваний сердечно-сосудистой системы и печени.

Изоцитратдегидрогеназа-катализирует третью реакцию в цикле Кребса, превращение изоцитрата в α-кетоглутарат. ходе изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременно декарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активатора необходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается в ионах Mg2+ или Мn2+.

Б. Витамин В5, (РР). Амид никотиновой кислоты;

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин) получил также название антипеллагрического витамина (от итал. preventive pellagra – предотвращающий пеллагру), поскольку его отсутствие является причиной заболевания, называемого пеллагрой.

Молекула НАД представляет собой своеобразный динуклеотид, построенный из аденинрибонуклеотида и никотинамидрибонуклеотида — каталитически активной группировки. Оба нуклеотида соединены фосфо-ангидридным мостиком, НАД участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Наиболее важная биологическая, функция никотинамидных коферментов,(т. е. НАД), заключается в способности переносить электроны и протоны от окисляющихся субстратов к кислороду в процессе клеточного дыхания.

 В. НАД выполняет несколько важнейших функций в метаболизме. Он выступает как кофермент в окислительно-восстановительных реакциях, как обязательный кофактор (простетическая группа) ферментов (циклаз фосфорилированных углеводов, различных эпимераз.), как донор АДФ-рибозных остатков в реакциях АДФ-рибозилирования (одна из реакций посттрансляционной модификации белков), как предшественник циклической АДФ-рибозы, являющейся вторичным посредником, а также как субстрат для бактериальных ДНК-лигаз и группы ферментов — сиртуинов, которые используют НАД+ для удаления ацетильных групп с ферментов. Кроме этих метаболических функций, НАД+ может также выполнять важные функции вне клетки, так как он может выделяться из клетки спонтанно или в результате регулируемых процессов. также НАД Осуществляет перенос водорода. В метаболизме НАД задействован в окислительно-восстановительных реакциях, перенося электроны из одной реакции в другую. Таким образом, в клетках НАД находится в двух функциональных состояниях: его окисленная форма, НАД+, является окислителем и забирает электроны от другой молекулы, восстанавливаясь в НАДH, который далее служит восстановителем и отдаёт электроны. Такие реакции, сопряжённые с переносом электронов, являются основной сферой действия НАД. Однако НАД имеет и другие функции в клетке, в частности, он служит субстратом для ферментов, удаляющих или присоединяющих химические группы к белкам в ходе посттрансляционных модификаций.

никотинамидадениндинуклеотид - окисленный НАД⁺ и восстановленный НАДН.

Г. Оба фермента учавствуют в ЦТК (маладегидрогеназа катализирует 8 реакцию превращения яблочной кислоты,малата в ЩУК, изоцитратдегидрогеназа катализирует 3 реакцию превращения изоцитрата в α-кетоглутарат). Цикл трикарбоновых кислот – заключительный этап катаболизма, в котором углерод ацетильного остатка ацетил-Ко-А окисляется до двух молекул углекислого газа. Этот цикл является основой метаболизма и выполняет две важных функции:

- снабжения организма энергией (АТФ);

- интеграции всех главных метаболических потоков, как катаболических (биорасщепление), так и анаболических (биосинтез).

ЦТК представляет собой последовательность из восьми реакций, протекающих в матриксе митохондрий. В результате реакций в ЦТК восстанавливаются 3 молекулы НАД⁺ и молекула ФАД⁺ до НАДН + Н⁺ и ФАДН₂ и образуется одна молекула ГТФ (эквивалентна молекуле АТФ). НАДН + Н⁺ и ФАДН₂ несут протоны водорода в цепь переноса электронов, где за счет окислительного фосфорилирования образуется энергия. В общей сложности, в ЦТК и ЦПЭ образуется 12 молекул АТФ.

1. ЦТК - главный источник АТФ. Энергию для образования большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до СО2 и Н2О.

2. ЦТК - это универсальный терминальный этап катаболизма веществ всех классов.

3. ЦТК играет важную роль в процессах анаболизма (промежуточные продукты ЦТК):

- из цитрата → синтез жирных кислот

- из aльфа-кетоглутарата и ЩУК → синтез аминокислот

- из ЩУК → синтез углеводов

- из сукцинил-КоА → синтез гема гемоглобина

Г. Коэффициент P/O равен отношению количества молекул неорганического фосфата (Н₃PО₄), перешедшего в АТФ, к количеству атомов потребленного кислорода (О₂). Т.к. донором водорода для дыхательной цепи в данных реакциях является молекула НАДН+Н⁺, то электроны от донора (НАДН+Н⁺) к акцептору (кислород) проходят 3 участка сопряжения окисления и фосфорилирования (I, III и IV ферментные комплексы дыхательной цепи). Таким образом, максимально может образоваться 3 молекулы АТФ (3АДФ + 3Н₃РО₄ → 3АТФ). Затрачивается 1 атом кислорода (2Н⁺ + О^2- → Н₂О). Значение коэффициента Р/О = 3/1 = 3.

41