Апотомический распад моносахаридов сопровождается отщеплением от гексозы (С₆) одного углеродного атома. В результате нескольких последовательных реакций гексоза превращается в пентозу – рибулозо – 5 – фосфат. Важнейшее значение в последующих превращениях рибулозо–5–фосфата имеют сахара– пентозы, поэтому апотомический путь также называют пентозофосфатным циклом. Дальнейший обмен рибулозо–5–фосфата протекает очень сложно. Многократно изомеризуясь, а также вступая в транскетолазные и трансальдолазные реакции рибулозо – 5 – фосфат снова превращается в глюкозо – 6 – фосфат. Подсчитано, что из шести молекул рибулозо – 5 – фосфата образуются пять молекул глюкозо – 6 – фосфата, т.е. суммарый эффект сводится к тому, что из шести молекул глюкозо – 6 – фосфата только одна полностью разрушается.

6глюкозо–6–фосфат +12НАДФ + 7Н₂О →

→6СО₂ + H ₃ PO ₄ +12НАДФН₂ + 5 глюкозо–6–фосфат

Окисление 12 молекул НАДФН₂ в цепи дыхательных ферментов приводит к образованию 36 молекул АТФ.

 В этом цикле, как показывают расчеты, около 20% молекул рибулозо-5фосфата окисляется до конечных продуктов в процессе дыхания, а около 80% превращаются в исходное соединение – глюкозо-6фосфат.

Апотомический путь распада углеводов ученые – биохимики рассматривают как более древний, чем дихотомический. В настоящее время он занимает подчинённое положение у высших животных, но у бактерий, грибов и растений нередко играет столь же важную роль, как и дихотомический распад моносахаридов.

Если исходить из того, что все атомы водорода, полученные при полном окислении, будут направлены в дыхательную цепь ферментов и на каждую пару атомов водорода, полученных от НАДН₂ (НАДФН₂) синтезируются 3 молекулы АТФ, а от ФАДН₂ – 2 молекулы АТФ, то в каждом случае должно образоваться определенное число молекул АТФ:

Таким образом, наиболее выгоден для организма в энергетическом отношении обмен углеводов, идущий по пути дыхания, в результате которого синтезируется максимальное число молекул АТФ.

Биосинтез углеводов

Простые углеводы возникают, главным образом, при первичном биосинтезе органического вещества, осуществляемом растениями, а также хемосинтезирующими водорослями путем восстановления углекислого газа атмосферы с одновременным формированием органических молекул, содержащих цепи углеродных атомов.

Гетеротрофные организмы способностью к первичному биосинтезу простых углеводов  не обладают, но могут образовывать их за счет перестройки органических соединений пищи.

В организме животных глюкоза непрерывно синтезируется в строго регулируемых реакциях из простых предшественников. Предшественниками глюкозы являются ПВК, молочная кислота, глицерол, большинство аминокислот, промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот. Биосинтез глюкозы из неуглеродных предшественников носит название глюконеогенез, что означает образование «нового» сахара (процесс обратен гликолизу).

Биосинтез олигосахаридов осуществляется за счет реакции трансгликозидирования. Перенос гликозильного остатка на моносахарид осуществляется от фосфорного эфира другого моносахарида и ускоряется специфической гликозилтрансферазой. Наряду с фосфорными эфирами моносахаридов роль доноров гликозильных остатков могут выполнять сами олигосахариды или нуклеозиддифосфатсахара (глюкозо–УДФ).

Таким образом, биосинтез олигосахаридов осуществляется путем переноса гликозильных остатков (трансгликозидирования) от разнообразных субстратов к моносахаридам или их фосфорным эфирам при участии специфических гликозилтрансфераз.

Синтез полисахаридов (глюканов) также осуществляется путем трансгликозидирования гликозильных остатков на невосстанавливающий конец растущей цепи полисахарида от субстратов: фосфорных эфиров моносахаридов,

Уридиндифосфатсахаров и олигосахаридов. Реакция трансгликозидирования может многократно повторяться, что обеспечивает ступенчатый синтез молекул полисахаридов. Для осуществления реакций такого типа необходима «затравка», т.е. наличие в реакционной среде небольшого количества молекул полисахарида.

Задания для самостоятельного изучения

1Гидролиз природных полисахаридов

2. Распад дисахаридов.

3. Окислительное декарбоксилирование ПВК.

4. Цикл Кребса, его значение.

5. Синтез моносахаридов, ферменты, катализирующие процесс.

10. Синтез дисахаридов

Тема: «ПУТИ ОБМЕНА ЛИПИДОВ»

К липидам относятся множество разнообразных органических соединений: жиры, фосфотиды, вещества стероидной природы (половые гормоны. Холестерин и др.) простаглиндины, пигменты и т.д. Липиды, как правило не растворимы в воде, хорошо растворимы в органических растволрителях, таких как эфиры, хлороформ, бензол. Жиры – основной источник энергии в организме. Жиры значительно превосходят по энергетической ценности углеводы и в значительных количествах могут запасаться в качестве «резервного топлива».

Характерным структурным компонентом большинства липидов являются высшие жирные кислоты. В состав жиров чаще всего входят кислоты с 16 – 18 атомами углерода, среди них имеются насыщенные и ненасыщенные высшие жирные кислоты.

Ацилглицеролы  (триглицериды) организме человека и животных являются запасными веществами и служат источником энергии. Сложные липиды (фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды), входящие в состав биологических мембран, подвергаются процессам обмена менее интенсивно, чем триацилглицеролы.

Катаболизм триацилглицеролов включает три стадии:

1) гидролиз под действием липаз на свободные жирные кислоты и глицерин;

2) катаболизм глицерина;

3) катаболизм жирных кислот.

Скорость гидролиза четко сбалансирована со скоростью катаболизма. Образовавшийся при гидролизе ацилглицеролов глицерин в цитоплазме вовлекается в процесс гликолиза.

Полный гидролиз триглицеридов идет ступенчато: сначала быстро гидролизуются α – связи, а потом уже идет медленный гидролиз β – моноглицерида. β – Моноглицериды всасываются стенкой кишечника и либо направляются на ресинтез триглицеридов, либо распадаются далее под действием специфических эстераз.

Глицерин независимо от того, поступит ли он на ресинтез жиров или будет претерпевать дальнейший распад, прежде всего фосфорилируется. Донором остатка фосфорной кислоты в этой реакции служит АТФ. Процесс ускоряется соответствующей фосфотрансферазой.

Глицерин + АТФ → 1 – фосфоглицерин + АДФ

1–Фосфоглицерин расходуется на синтез новых молекул триглицеридов, но часть его окисляется с образованием фосфодиоксиацетона (ФДА). Фосфодиоксиацетон изомеризуется в фосфоглицериновый альдегид (ФГА), который вовлекается в углеводный обмен.

Основным путем извлечения химической энергии из жирных кислот является их β-окисление. Этот путь связан с присоединением кислорода к углеродному атому жирной кислоты, находящемуся в β–положении.В результате ряда химических реакций молекула высшей жирной кислоты укорачивается на два углеродных атома и образуются пальмитиновая и уксусная кислота в виде производных коэнзима – А (пальмитил – коэнзим А; ацетил – коэнзим А). Этот процесс многократно повторяется. Окончательным продуктом распада является ацетил – коэнзим А.

Ацетил–СоА включается в цикл трикарбоновых кислот.

Молекула жирной кислоты с четным числом углеродных атомов полностью превращается в ацетил–СоА. Продуктом окисления жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов наряду с ацетил–СоА служит пропионил–СоА, который превращается в сукцинил–СоА, который вовлекается в цикл трикарбоновых кислот.

β-Окисление протекает в митохондриях, в липопротеидной мембране которых расположены комплексы ферментов, обеспечивающих процесс. В митохондриях также расположены ферменты дыхательного цикла, ведущие передачу атомов водорода и электронов на кислород. Процесс сопровождается синтезом АТФ (окислительное фосфорилирование). Например, в процессе распада пальмитиновой кислоты происходит 7 циклов

β–окисления, в каждом из которых образуются 5 молекул АТФ. Таким образом, при окислении пальмитата до ацетил –КоА образуются 35 молекул АТФ. Восемь молекул ацетил –КоА дают в результате полного сгорания в цикле Кребса 8х 12 =96 молекул АТФ. Одна молекула АТФ затрачивается на активирование пальмитиновой кислоты. Следовательно, энергетический эффект составляет 130 молекул АТФ.

Если бы ацетил – Ко А накапливался в организме, то запасы НS – КоА быстро бы исчерпались, и окисление высших жирных кислот остановилось. Этого не происходит, так как НS – КоА быстро освобождается из состава ацетил – Ко А в результате следующих процессов:

1. Ацетил – КоА включается в цикл ди – и трикарбоновых кислот, где окисляется до углекислого газа и воды;

2. Ацетил – КоА используется для синтеза полициклических спиртов (стеролов) и соединений, содержащих изопреноидные перегруппировки.

В принципе, биосинтез жирных кислот происходит в направлении, противоположном β–окислению. Однако имеются и специфические особенности, различающие эти два процесса; по сути, это различные ферментативные процессы. Синтез жирных кислот происходит в основном в цитоплазме, расщепление их –  в митохондриях. Хотя интермедиаты в обоих процессах идентичны, однако промежуточные продукты синтеза жирных кислот ковалентно связаны с ацилпереносящим белком (АПБ), а продукты расщепления жирных кислот – с коферментом А. Роль восстановителя в синтезе жирных кислот выполняет НАДФН₂.

Суммарное уравнение реакции образования пальмитиновой кислоты при участии синтазы имеет следующий вид:

Ацетил – КоА + 7малонил – КоА + 14НАДФН₂ →

СН₃(СН₂)₁₄СООН + 7СО₂ + 8Н S – КоА + 14НАДФ + 6Н₂О

Малонил–КоА - непосредственный предшественник 14 и 16 атомов углерода молекулы пальмитиновой кислоты – образуется из ацетил – КоА и СО₂ под действием отдельной ферментативной системы – ацетил – КоА – карбоксилазы, не входящей в состав синтазы высших жирных кислот.

Ацетил – КоА + СО₂ + АТФ → малонил – КоА + АДФ + Н₃РО₄

Процесс биосинтеза высших жирных кислот включает ряд стадий в результате которых удлиняется углеродная цепочка кислоты. На заключительной стадии остаток синтезированной кислоты переносится от АПБ к НS – КоА при участии фермента тиоэстеразы.

Скорость биосинтеза жирных кислот определяется содержанием сахаров в клетке. Она достигает максимального уровня при избытке сахаров и низком содержании жирных кислот.

Биосинтез триглицеридов

В биосинтезе ацилглицеролов принимают участие два предшественника: ацил–СоА и глицерол–3–фосфат. Ацильные остатки ацил-СоА переносятся ацилтрансферазами на спиртовые группы глицерол–3–фосфата, в результате чего образуется фосфатидная кислота. От последней отщепляется фосфорная кислота с образованием 1,2–диацил–глицерола, к которому присоединяется третий остаток ацила от ацил–СоА.

Обмен фосфолипидов

Обмен фосфолипидов еще недостаточно хорошо изучен. Однако установлено, что на первых этапах работают липазы. Липазы делятся на 4 вида: А; В; С; Д.

Липаза А отщепляет RCOOH (α- положение)

Липаза В – RCOOH (α, β – положение)

Липаза С – азотистое основание + H₃PO₄

Липаза Д – азотистое основание

Порядок действия липаз не установлен.

В результате установленного действия всех липаз образуются высшие карбоновые кислоты, фосфорная кислота и азотистые основания. Высшие жирные кислоты подвергаются β-окислению. Глицерин вовлекается в процесс ресинтеза, либо в углеводный обмен, фосфорная кислота вовлекается в общий метаболический процесс. Этаноламин, холин взаимодействуют с ЦТФ с образованием ЦДФ – производных и вовлекаются в процесс биосинтеза фосфолипидов.

Часть освободившегося холина взаимодействует с ацетил- СоА с образованием ацетилхолина. Ацетилхолин – вещество, участвующее в передаче нервных импульсов. Часть холина превращается в бетаин – вещество, которое является донором метильных групп.