NH2 - Биологический факультет - Белорусский государственный

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра биохимии
БИОХИМИЯ
В СХЕМАХ И ТАБЛИЦАХ
МИНСК
2010
УДК 571.1
ББК 28.072
K 62
(1)
Рекомендовано Ученым советом
биологического факультета
15 сентября 2010 г., протокол № 1
С о с т а в и т е л и:
О. И. Губич, Т.А. Кукулянская, Н.М. Орел, И. В. Семак
Рецензенты:
кандидат биологических наук, заведующий кафедрой биотехнологии и биоэкологии
УО ”Белорусский государственный технологический университет” Леонтьев В.Н.
кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики Белорусского государственного
университета Храмцова Е.А.
Биохимия в схемах и таблицах/ авт.-сост.: О.И. Губич [и др.]. –
Б63 Минск.: БГУ, 2010. – 100 с.
В учебном пособии в наглядной форме приводятся основные положения статической
и динамической биохимии. Рассмотрены основные классы биологических молекул,
клеточные процессы с их участием, а также механизмы важнейших биохимических
процессов в животной клетке.
Предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов биологических
специальностей ВУЗов, а также широкого круга читателей, интересующихся вопросами
биохимии.
УДК 577.1
ББК
28.072
© БГУ, 2010
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Важнейшей составляющей эффективной подготовки современного
специалиста-биолога в высшей школе является освоение ими ключевых
положений биологической химии. Поскольку биохимия относится к числу
наиболее динамично развивающихся областей знаний, чрезвычайно важно
представить накопленную к настоящему времени информацию в легко
доступной студентам, наглядной форме. Таким образом, данное пособие
представляет собой справочник, позволяющий оперативно получать
наглядную информацию по основным разделам биохимии в объеме
университетского курса, но не заменяющий хороший учебник по этому
предмету.
Пособие начинается с разделов, посвященных строению и
классификации важнейших биомолекул: белков, углеводов, нуклеиновых
кислот, липидов, витаминов и гормонов. Особое внимание уделяется
вопросам энзимологии, кинетике ферментативных реакций и особенностям
регуляции ферментативных процессов в клетке.
Во второй половине издания рассмотрены основные реакции
превращения биологических молекул, матричные процессы, важнейшие
положения биоэнергетики животной клетки.
Данное пособие будет стимулировать самостоятельную подготовку
студентов и магистрантов, повышать уровень и качество подготовки
современных специалистов-биологов.
Все замечания и пожелания, касающиеся улучшения представленного в
пособии материала, будут приняты авторами с благодарностью.
3
СТРУКТУРНАЯ БИОХИМИЯ
АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ, БЕЛКИ
Таблица. Классификация -аминокислот
Группа
аминокислот
Кислые
(отрицательно
заряженные при
рН≈7,4)
Функциональные группы
Аминокислоты
Гидрофильные, полярные
Карбоксильная
-СООАспарагиновая
группа
Глутаминовая
Asp
Glu
Основные
(положительно
заряженные при
рН≈7,4)
Аминогруппа
-NH3+
Лизин
Аргинин
Гистидин
Lys
Arg
His
Нейтральные
Тиольная группа
-SH
Цистеин
Cys
Гидроксильная
группа
-ОН
Алифатические
Ароматические
Другие
Серин
Треонин
Тирозин
Амиды
-CONH2 Аспарагин
Глутамин
Гидрофобные, неполярные
-CH2Аланин
Валин
Лейцин
Изолейцин
Метионин
-C6H5Фенилаланин
Триптофан
*(Тирозин
Иминокислота
Пролин
Глицин
Ser
Thr
Tyr
Asn
Gln
Ala
Val
Leu
Ile
Met
Phe
Trp
Tyr)
Pro
Gly
*Тирозин, или гидроксифенилаланин - ароматическая, гидрофильная,
полярная аминокислота.
4
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ










декарбоксилирование (образование аминов)
дезаминирование (образование карбоновых кислот)
этерификация карбоксильных групп (образование сложных эфиров)
образование амидов
переаминирование (замещение аминогруппы)
гидроксилирование
взаимодействие с альдегидами (образование шиффовых оснований)
образование N-гликозидов (при взаимодействии с углеводами)
образование О-гликозидов (при взаимодействии с углеводами)
окисление SH-групп (образование дисульфидных содеинений,
например димера цистеина - цистина)
 фосфорилирование гидроксиаминокислот (образование сложных
фосфорных эфиров
 окисление гуанидиновой группы аргинина
 образование пептидной связи (полимеризация аминокислот с
образованием пептидов)
пептидная связь
O
- H2O
H2N
CH
COOH + H2N
CH
COOH
H2N
CH
C
N
H
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
OH
SH
OH
SH
серин
цистеин
COOH
серилцистеин
Взаимодействие -аминокислот между собой
с образованием пептидной связи
5
СТЕРЕОИЗОМЕРИЯ -АМИНОКИСЛОТ
D - ряд
L - ряд
COOH
H
C
COOH
NH2
H2N
R
C
H
R
энантиомеры
АМФОТЕРНЫЕ (КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ) СВОЙСТВА
-АМИНОКИСЛОТ В РАСТВОРАХ
R
H2N
C
R
COOH
H3N
H
C
COO
H
биполярный (цвиттер-) ион
рI=(pK1+pK2)/2,
где pK1 – константа диссоциации карбоксильных групп;
pK2 – константа диссоциации аминогрупп.
Заряд аминокислот при различных значениях рН среды
рН < pI
Заряд > 0
(положительный)
рН = pI
Заряд = 0
pH > pI
Заряд < 0
(отрицательный)
6
КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА -АМИНОКИСЛОТЫ
O
OH
H2N
+
CH
COOH
OH
R
O
Нингидрин
окисленный
α-Аминокислота
O
O
H
OH
+ NH3 + CO2 + RCHO +
OH
OH
O
O
Нингидрин
восстановленный
O
O
Нингидрин
окисленный
N
O
O
Пурпур Руэмана
(сине-фиолетовый)
БИУРЕТОВАЯ РЕАКЦИЯ КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА ПЕПТИДНУЮ СВЯЗЬ
H2N
H
C
C
R1
O
N
H
R2
O
C
H
C
H
C
C
R3
O
N
H
N
H
R4
O
C
H
C
N
H
+2NaOH
H
C
+Cu(OH)2
R5
Полипептид
H2N
H
C
C
R1
OH
N
R2
OH
C
H
C
N
H
C
C
R3
OH
N
R4
OH
C
H
C
N
H
C
R5
Енольная форма полипептида
H2N
H
C
C
R1
N
R2
ONa
C
H
C
O
O
CHR3
Cu
H
C
R5
N
C
H
C
ONa R4
N
N
C
ONa
Биуретовый медный комплекс
(фиолетового цвета)
7
Таблица. Уровни структурной организации белков
Структурный
уровень
Первичная структура
Характеристика
структуры
последовательность
аминокислотных
остатков в полипептидной цепи
Типы связей
в структуре
ковалентные
связи
(пептидные)
Вторичная структура
- -спираль
- -структура
Сверхвторичная
структура
конфигурация
полипептидной цепи
водородные связи
Третичная структура
пространственная
организация
(конформация)
полипептидной цепи
 гидрофобные
взаимодействия
 водородные связи
 ионные связи
 дисульфидные
(ковалентные) связи
Четвертичная
структура
способ организации в
пространстве отдельных
полипептидных
цепей,
образование
макромолекулярных
комплексов
 гидрофобные
взаимодействия
 водородные связи
 ионные связи
упорядоченное
расположение -спиральных участков и/или структур полипептидной цепи
8
ФЕРМЕНТЫ
Таблица. Классификация ферментов
Класс ферментов
1. Оксидоредуктазы
2. Трансферазы
3. Гидролазы
4. Лиазы
5. Изомеразы
6. Лигазы
Тип реакции
Окислительно-восстановительные
реакции всех типов
Перенос отдельных атомов и групп
атомов
Гидролитическое расщепление
химических связей
Негидролитическое расщепление
двойных связей или их образование
Взаимопревращение различных
изомеров
Образование связей (синтез) с
затратой энергии АТФ
Единицы и формы выражения активности ферментов
1 катал (каt) – количество фермента, которое катализирует превращение 1
моль субстрата за 1 сек при 25оС.
1 международная единица (МЕ) – количество фермента, которое
катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 мин при 25оС.
Удельная активность - число единиц активности фермента, приходящихся
на 1 мг белка.
9
Зависимость активности ферментов
от температуры (А) и рН среды (Б)
А
Б
КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ
Зависимость скорости реакции от концентрации
K+1
K-1
K+2
10
E + S
ES
E + P
V = K+1 [E][S]
K-1 + K+2
KM = ------------------,
K+1
где KM – константа Михаэлиса
Уравнение Михаэлиса-Ментен
Vmax [S]
V = -------------------KM + [S]
Ингибирование ферментативных процессов
Конкурентный тип
ингибирования
Неконкурентный тип
ингибирования
11
Механизм действия ферментов.
12
Тир-146
Иле-16
(S-S)4
Химотрипсин
Трипсин
Тре-147
Арг-15
S
Асн-148
Сер-14
Химотрипсин
Химотрипсин
Ала-149
Лей-13
Асн
Цис
СООН
NH2
Химотрипсиноген
Тир-СООН
Иле-NH2
(S-S)4
Тре-147-Асн-148
Арг-15-Сер-14
S
Лей-СООН
Ала-NH2
Асн
Цис
COOH
NH2
α-Химотрипсин
Активация химотрипсиногена путем ограниченного протеолиза
Образующийся α-химотрипсин состоит из 3 цепей, соединенных дисульфидными
связями.
13
L-треонин
и
н
г
и
б
и
т
о
р
н
ы
й
э
ф
ф
е
к
т
Е1
α-кетобутират
Е2
α-ацетоксибутират
Е3
α,β-диокси-β-метилвалерат
Е4
α-кето-β-метил-валерат
Е5
L-изолейцин
Е1- L-треониндезаминаза,
Е2, Е3, Е4, Е5 – ферменты, катализирующие промежуточные стадии.
Ингибирование по типу обратной связи L-треониндезаминазы, то есть
первого фермента в цепи реакций, конечным продуктом – Lизолейцином.
14
НУКЛЕОЗИДЫ, НУКЛЕОТИДЫ,
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ
Пуриновые азотистые основания
O
NH2
N
6
N
1
5
7
N
N
N
HN
8
2
4
9
3
N
H
N
N
H
N
пурин
H2N
аденин
(6-аминопурин)
N
H
N
гуанин
(2-амино-6-оксипурин)
Пиримидиновые азотистые основания
4
N3
5
2
6
1
N
пиримидин
O
O
NH2
CH3
HN
O
HN
N
N
H
O
урацил
(2,4-диоксопиримидин)
O
N
H
цитозин
( 2-оксо-4-аминопиримидин)
тимин
(2,4-диоксо5-метилпиримидин)
OH
O
N
HO
N
H
HN
N
O
N
H
лактим
лактам
Кето-енольная(лактим-лактамная) таутомерия азотистых оснований
15
НУКЛЕОЗИДЫ
O
NH2
CH3
N
N
HN
N
O
N
HO
N
HO
O
H
O
H
H
H
OH
H
H
OH
H
H
OH
рибонуклеозид
аденозин
H
дезоксирибонуклеозид
тимидин
НУКЛЕОТИДЫ




Таблица. Нуклеотидный состав нуклеиновых кислот
Мононуклеотиды РНК:
Мононуклеотиды ДНК:
адениловые кислоты
 дезоксиадениловые кислоты
 аденозин-3’-фосфат
 2’-дезоксиаденозин-3’-фосфат
 аденозин-5’-фосфат
 2’-дезоксиаденозин -5’-фосфат
гуаниловые кислоты
 дезоксигуаниловые кислоты
 гуанозин-3’-фосфат
 2’-дезоксигуанозин -3’-фосфат
 гуанозин-5’-фосфат
 2’-дезоксигуанозин -5’-фосфат
цитидиловые кислоты
 дезоксицитидиловые кислоты
 цитидин-3’-фосфат
 2’-дезоксицитидин-3’-фосфат
 цитидин-5’-фосфат
 цитидин-5’-фосфат
уридиловые кислоты
 тимидиловые кислоты кислоты
 уридин-3’-фосфат
 2’-дезокситимидин-3’-фосфат
 уридин-5’-фосфат
 2’-дезокситимидин -5’-фосфат
NH2
N
N
O
-O
P
O
O-
N
N
N
N
O
-O
O
H
NH2
P
O
OH
OH
OH
Аденозин-5’-монофосфат
N
O
H
H
N
H
H
OH
H
H
H
2’- дезоксиаденозин-5’-монофосфат
16
NH2
N
-O
P
N
N
O
NH2
N
N
N
O
HO
O
O
H
O-
O
H
H
H
H
OH
OH
H
OH
H
H
Дезоксиаденозин-5’-монофосфат
H
Цитидин-5’-монофосфат
NH2
N
O
O
O
N
-O
P
O-
O
P
N
O
O-
P
O
N
O
O-
H
H
OH
OH
H
H
Аденозин-5’-трифосфат (АТФ)
NH2
N
N
O
CH2
H
N
N
O
H
H
H
OH
O
P
O
OH
циклический 3’,5’-аденозинмонофосфат
(цАМФ)
17
ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
А – аденин, Ц – цитозин, Г – гуанин, Т – Тимин
Пунктиром выделен сахаро-фосфатный остов
(фосфодиэфирные связи)
ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК
Правила Чаргаффа:
1. Количество пуринов равно количеству пиримидинов:
А + Г = Ц + Т или (А + Г) / (Ц + Т) = 1
2. Количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина:
А + Ц = Г + Т или (А + Ц) / (Г + Т) = 1
3. Количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина
равно количеству цитозина:
А = Т; Г = Ц или А/Т = 1; Г/Ц = 1
4. Количество гуанина и цитозина не равно количеству аденина и
тимина.
А + Т = Г + Ц или (А + Т) / (Г + Ц) ≠ 1
Отношение (А + Т) / (Г + Ц) – коэффициент видоспецифичности –
величина индивидуальная и постоянная для каждого вида
18
Комплементарное взаимодействие между азотистыми основаниями образование пар А-Т, Г-Ц.
19
ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК
(ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ)
А-форма
В-форма
2,0 нм
Таблица. Характеристика различных типов РНК
Тип РНК
транспортная рибосомальная
тРНК
рРНК
матричная
рРНК
малая
ядерная
мяРНК
(рибозимы)
Количество
подтипов в
клетке
>50
4
>1000
~20
Число
нуклеотидов
75 – 94
120 – 5000
400 – 6000
100 – 300
Содержание
в клетке
10 – 20%
80%
5%
1%
трансляция
трансляция
трансляция
сплайсинг
Функция
ВТОРИЧНАЯ (А) И ТРЕТИЧНАЯ (Б) СТРУКТУРА тРНК
Акцепторная
ветвь
3’
5
’
А
A
C
C
G
Псевдоуридиновая
ветвь (ТС-ветвь)
Дигидроуридиновая
ветвь (D-ветвь)
Вариабельная
петля
Б
Антикодоновая
ветвь
21
УГЛЕВОДЫ
КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ
Углеводы
Моносахариды
Альдозы
Полисахариды
(гликаны)
Олигосахариды
Гомогликаны
Кетозы
Гетерогликаны
СТРУКТУРА И ИЗОМЕРИЯ САХАРОВ
Стереоизомерия
H
H
O
C
H
C
C
OH
HO
C
CH2OH
D-глицериновый
альдегид
H
O
O
H
CH2OH
L-глицериновый
альдегид
H
O
C
C
OH
HO
OH
HO
OH
HO
OH
HO
CH2OH
D-глюкоза
CH2OH
L-глюкоза
22
Циклические формы сахаров
H
O
O
C
OH
4
O
O
1
H
H
3
2
фуранозная структура
фуран
H
O
5
C
4
O
OH
1
3
H
O
O
2
H
пиранозная структура
пиран
CH2OH
O
CH2OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
-D-глюкопираноза
CH2OH
OH
-D-фруктофураноза
23
Изомерные формы сахаров
Энантиомеры – D и L ряды – D-глюкоза и L-глюкоза
Эпимеры – отличаются по конфигурации одного хирального атома
Аномеры – эпимеры по С1 углеродному атому (в циклической форме)
Энантиомеры
L-глюкоза
D-глюкоза
Эпимеры
D-манноза по С2
D-галактоза по С4
-D-глюкопираноза
Аномеры
-D-глюкопираноза
CH2OH
CH2OH
O
CHOH
O
OH
OH
OH
OH
OH
H
O
OH
C
OH
-пираноза
OH
-фураноза
HO
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
OH
CHOH
OH
O
CH2OH
OH
оксоформа
OH
OH
OH
-пираноза
OH
-фураноза
24
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОСАХАРИДОВ
Окисление моносахаридов с образованием кислот
CHO
OH
HO
OH
OH
CH2OH
D-глюкоза
CHO
COOH
COOH
OH
OH
OH
HO
HO
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
COOH
COOH
CH2OH
D-глюконовая
D-глюкаровая
(сахарная)
D-глюкуроновая
Восстановление моносахаридов до сахароспиртов
CH2OH
CH2OH
OH
HO
OH
HO
HO
OH
OH
OH
D-сорбит
CH2OH
OH
OH
HO
OH
CH2OH
CH2OH
OH
CH2OH
OH
CH2OH
CH2OH
D-маннит
D-ксилит
D-рибит
25
О-гликозиды
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
O
COCH3
OH
OH
O
CH3
OH
OH
OH
-метил-D-глюкопиранозид
-ацетил-D-глюкопиранозид
N-гликозиды
CH2OH
CH2OH
O
O
HN
R
OH
OH
HN
R
OH
OH
-N-глюкопиранозид
OH
-N-рибофуранозид
Аминосахара
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
NH
C
O
OH
NH
CH3
N-ацетил--D-глюкозамин
C
CH3
O
N-ацетил--D-галактозамин
26
COOH
C
O
пировиноградная кислота
CH2
OH
H3C
C
N
H
O
HO
OH
OH
CH2OH
N-ацетилнейраминовая кислота,
или сиаловая кислота
Невосстанавливающие дисахариды
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
OH
O
CH2OH
OH
САХАРОЗА
-глюкопиранозил-(12)-фруктофуранозид
OH
ТРЕГАЛОЗА
-глюкопиранозил-(11)-глюкопиранозид
27
Восстанавливающие дисахариды
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
O
МАЛЬТОЗА
-глюкопиранозил-(14)-глюкопиранозид
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH
O
OH
O
O
ЦЕЛЛОБИОЗА
-глюкопиранозил-(14)-глюкопиранозид
OH
OH
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH
O
OH
OH
ЛАКТОЗА
-галактопиранозил-(14)-глюкопиранозид
O
O
OH
OH
OH
OH
28
Гетерогликаны
CH2OH
COOH
CH2OH
O
O
O
OH
O
O
OH
OH
NHCOCH3
OH
NH
C
CH3
гиалуроновая кислота
O
CH2SO3H
COOH
O
O
OH
O
OH
O
O
n
NHCOCH3
OH
хондроитин-6-сульфат (хондроитинсульфат С)
CH2SO3H
CH2OH
O
O
OH
O
OH
O
O
NHCOCH3
OH
n
кератосульфат
CH2SO3H
O
O
COOH
OH
OH
O
O
NHSO3H
O
OSO3H
гепарин
29
ЛИПИДЫ
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ
 ПРОСТЫЕ
 Ацилглицерины
 Воска
 СЛОЖНЫЕ
 Фосфолипиды
 Глицерофосфолипиды (производные фосфатидной кислоты)
 Сфингофосфолипиды (производные церамида)
 Гликолипиды (гликосфинголипиды: цереброзиды, ганглиозиды)
 Стероиды
ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
COO
H3C
Стеариновая кислота (С18)
H3C
COO
Олеиновая кислота (С18,  9-10)
ПРОСТЫЕ ЛИПИДЫ
CH2
HO
OH
CH2
CH
H2C
HO
OH
O
C
R
CH
H2C
глицерин (глицерол)
O
OH
1-ацилглицерол
O
O
R2
C
CH2
O
O
C
CH
H2C
O
R1
O
R2
OH
1,2-диацилглицерол
C
CH2
O
O
CH
H2C
C
R1
O
O
триацилглицерол
C
R3
30
O
R
O
O
C
R1
R
CH
O
C
O
C
R2
O
R1
R
H
C
CH2 O
O
C
O
C
R1
R2
O
воска
СЛОЖНЫЕ ЛИПИДЫ
Фосфолипиды: глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды
O
O
R2
CH2
C
O
O
O
C
CH
R1
O
H 2C
O
O
R2
P
CH2
C
O
OH
CH
H2C
OH
O
C
R1
O
O
P
O
R3
OH
фосфатидная кислота
фосфоглицерид
(фосфатидил)
O
O
R2
CH2
C
O
O
C
CH
H2C
R1
фосфатидилхолин
(лецитин)
O
O
P
CH2CH2N(CH3)3
O
OH
O
O
R2
C
CH2
O
O
CH
H2C
C
R1
фосфатидилэтаноламин
O
O
P
O
CH2CH2NH3
OH
O
O
R2
C
CH2
O
O
CH
H2C
C
R1
фосфатидилсерин
O
O
P
OH
O
CH2CHNH2
COO
31
OH
O
OH
O
CH2
O
C
OH
R1
фосфатидилинозитол
OH
R2
C
O
CH
O
OH
H2C
O
P
O
OH
OH
O
R2
CH2
C
O
O
CH
H2C
C
H
C
H
R1
фосфатидальхолин
(плазмалоген)
O
O
P
CH2CH2N(CH3)3
O
OH
H3C
(CH2)12
O
CH2
C
H
O C
CHOH
H3C
H
C H R1 C
O
NH2
OH
(CH2)12
C
H2
OH
C
H2
CHOH
H
C
NH2
OH
R2
C
O
CH
CH2OH
O
CH2OH
OH
H2C
O сфингозин
P
дигидросфингозин
O
OH
OH
H3C
(CH2)12
C
H
C
H
CHOH
H
C
O
N
H
церамид
C
R
CH2OH
H3C
(CH2)12
C
H
C
H
CHOH
H
C
O
N
H
C
R
сфингомиелин
O
CH2O
P
O
C
H2
C
H2
N(CH3)3
OH
32
Гликолипиды: цереброзиды и ганглиозиды
H3C
(CH2)12
C
H
C
H
CHOH
H
C
O
N
H
C
галактозилцерамид
R
CH2OH
H2C
O
O
OH
OH
OH
H
D-глюкоза
N-ацетилнейраминовая кислота
O
D-галактоза
C
H2
C
CHOH
NH
CH
C
N-ацетил-D-галактозамин
D-галактоза
R
O
CH
(CH2)12
CH3
неполярные
ганглиозид
33
Стероиды
циклопентанпергидрофенантрен
А
12
H3C
CH3
17
CH3
13
11
холестерол
CH3
16
CH3
D
14
15
HO
1
H3C
9
CH3
2
10
8
CH3
CH3
3
5
холестерид
CH3
7
4
O
R
C
6
O
циклопентанпергидрофенантрен
34
ВИТАМИНЫ И КОФЕРМЕНТЫ
Таблица. Жирорастворимые и водорастворимые витамины
Буквенное обозначение
Название витамина
Жирорастворимые витамины
Ретинол
Кальциферол
Токоферол
Филлохинон
А
D
Е
К
Водорастворимые витамины
Тиамин
Рибофлавин
Пантотеновая кислота
Никотинамид
Пиридоксин
Фолиевая кислота
Цианокобаламин
Биотин
Аскорбиновая кислота
Рутин
В1
В2
В3
В5 (РР)
В6
В9
В12
Н
С
Р
Таблица. Функции некоторых витаминов в ферментативных процессах
Витамин
Тиамин
Рибофлавин
Никотинамид
Пиридоксин
Активная форма
Тип
катализируемой
реакции
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Тиаминпирофосфат (ТПФ)
Декарбоксилирование кетокислот
 Флавинмононуклеотид (ФМН)
Окислительно Флавинадениндинуклеотид (ФАД)
восстановительные
реакции
 Никотинамиддинуклеотид (НАД)
Окислительно Никотинамиддинуклеотид-фосфат
восстановительные
(НАДФ)
реакции
Пиридоксальфосфат
Перенос аминогрупп
Пантотеновая
кислота
Коэнзим А
Перенос ацильных групп
Биотин
Биоцитин
Перенос СО2
Ретинол
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Ретиналь
Зрительные процесс
Кальциферол
1,25-дигидроксихолекальциферол
Регуляция обмена СО2
35
Таблица. Характеристика витаминов
Витамин
В1
Суточная
потребность,
источники
1,5 - 2 мг, отруби
семян,
хлебных
злаков, риса, горох,
дрожжи
В2
2 - 4 мг, печень,
почки,
яйца,
молочные продукты,
дрожжи, зерновые
злаки, рыба
В3
10 - 12 мг, дрожжи,
печень, яйца, икра
рыб,
зерновые,
молоко,
мясо,
синтезируется
микрофлорой
Биохимические функции
Авитаминоз, гиповитаминоз
Гипервитаминоз

Тиаминпирофосфат (ТПФ) кофермент
декарбоксилаз,
транскетолазы.
Участвует
в
окислительном
декарбоксилировании
αкетокислот. Снижает содержание
сахара в крови, ликвидирует
метаболический ацидоз, активирует
инсулин.

нарушение углеводного обмена,
накопление
пировиноградной
и
молочной кислоты.

поражение нервной системы
(полиневриты, мышечная слабость,
нарушение чувствительности). Развитие
бери-бери, энцефалопатии, пеллагры;
 нарушение деятельности сердечнососудистой
системы
(сердечная
недостаточность с отеками, нарушением
ритма);
 нарушение функционирования ЖКТ
 задержка физического развития у
детей, поражение ЦНС;
 снижение секреции пищеварительных
ферментов;
 дисфункция капилляров,
 глоссит
 светобоязнь, слезотечение.

аллергические
реакции
(зуд,
крапивница,
ангионевротически
й отек);
 угнетение ЦНС,
мышечная
слабость,
артериальная
гипотония.
 усиливает синтез АТФ, белка,
эритропоэтина
в
почках,
гемоглобина,

участвует в окислительновосстановительных реакциях;

повышает неспецифическую
резистентность организма;
 увеличивает синтез желудочного
сока, желчи;
 повышает возбудимость ЦНС;
 входит в состав коэнзима А - 
утомляемость,
акцептора и переносчика ацильных мышечные боли.
остатков, участвует в окислении и
биосинтезе жирных кислот;

участвует в окислительном
декарбоксилировании кетокислот;
нарушения
нет
сна,  диспепсия;

нарушение
всасывания калия,
глюкозы, витамина
Е.
36
кишечника
В6
2 - 3 мг, дрожжи,
зерна
злаков,
бобовые культуры,
бананы, мясо, рыба,
печень, почки.
В9 (Вс)
0,1 - 0,2 мг, свежие
овощи
(салат,
шпинат, помидоры,
морковь),
печень,
сыр, яйца, почки.
В12
0,002 - 0,005 мг,
говяжья печень
 участвует в цикле Кребса, синтезе
кортикостероидов,
ацетилхолина,нуклеиновых кислот,
белков,
АТФ,
триглицеридов,
фосфолипидов,
ацетилглюкозаминов.
 пиридоксальфосфат принимает
участие
в
азотистом
обмене
(трансаминировании,
дезаминировании,
декарбоксилировании,
превращениях
триптофана,
серосодержащих
и
оксиаминокислот);

увеличивает
транспорт
аминокислот через плазматическую
мембрану;
 участвует в образовании пуринов,
пиримидинов, гема;
 стимулирует обезвреживающую
функцию печени.
 является кофактором ферментов,
участвующих в синтезе пуринов,
пиримидинов
(опосредованно),
превращении
некоторых
аминокислот (трансметилирование
гистидина, метионина).

коферментные формы
и дезоксиаденозилкобаламин,
 у детей - судороги, дерматит;
 а аллергические

себорейный дерматит глоссит, реакции (кожный
зуд);
стоматит, судороги.

увеличение
кислотности
желудочно сока.

макроцитарная анемия (синтез нет
незрелых
эритроцитов,
снижение
эритропоэза),
лейкопения,
тромбоцитопения;
 глоссит, стоматит, язвенный гастрит,
энтерит.
5-  анемия Адиссона-Бирмера,
 атрофия слизистой желудка.
повышение
свертываемости
37
почки,
синтезируется
микрофлорой
кишечника.
РР
С
метилкобаламин
переносят
метильные группы и водород
(синтез
метионина,
ацетата,
дезоксирибонуклеотидов);
 липотропный эффект.
15 - 20 мг, мясные  является кофакторами НАД и
продукты, печень
ФАД- дегидрогеназ, участвующих в
окислително-восстановительных
реакциях;

участвует в синтезе белков,
жиров, углеводов, АТФ, активирует
микросомальное окисление;
 снижает содержание холестерина
и жирных кислот в крови;

стимулирует
эритропоэз,
фибринолитическую систему крови,
препятствует
агрегации
тромбоцитов;

оказывает спазмолитическое
действие на ЖКТ, выделительную
систему;
 стимулирует тормозные процессы
в ЦНС
100 - 200 мг, овощи, 
участвует в окислительношиповник, черная восстановительных реакциях,
смородина,
 стимулирует синтез гиалуроновой
цитрусовые,
кислоты и хондроитинсульфата,
коллагена;

активирует синтез антител,
интерферона, иммуноглобулина Е,
 снижает проницаемость сосудов;

усиливает синтетическую и
крови
 пеллагра, дерматит, глоссит;
 белковая дистрофия;
 гастрит.

сосудистые
реакции
(покраснение кожи,
кожные сыпи, зуд)
 при длительном
применении
возможна жировая
дистрофия печени.
 ломкость сосудов;

повышение
возбудимости
 цинга;
 кровоизлияния в мышцы, боли в ЦНС, нарушение
сна;
конечностях;

снижение сопротивляемости к  повышение АД,
снижение
инфекциям.
проницаемости
сосудов,
уменьшение
38
детоксикационную
печени.
функцию

регуляция синтеза антител,
интерферона,
лизоцима,
регенерация и дифференцировка
клеток
кожи
и
слизистых,
предупреждение ороговения;
 регуляция синтеза липидов;
 фоторецепция (входит в состав
родопсина палочек, отвечает за
цветное зрение)

регулирует
деятельность
вкусовых,
обонятельных,
вестибулярных
рецепторов,
предотвращает тугоухость;
 стимулирует фагоцитоз.
Е
20
30
мг, 
регуляция окислительных
(α,β,γ,δ - растительные масла процессов;
токофер
 антиоксидант;
олы)
 тормозит агрегацию тромбоцитов,
предупреждает атеросклероз;
 усиливает синтез гема;
 активирует эритропоэз, улучшает
клеточное дыхание;

стимулирует
синтез
гонадотропинов,
развитие
плаценты,
образование
хорионического гонадотропина.
D2
- 2,5
мкг,
печень 
повышает
проницаемость
эргокал тунца,
трески, эпителия кишечника для кальция и
А1
ретинол,
А2
дигидро
ретинол
1,5 - 2 мг, рыбий
жир, коровье масло,
желток,
печень,
молоко и молочные
продукты
времени
свертывания крови,
аллергия.
 поражение слизистыхоболочек, ЖКТ
 сухость кожи, шелушение;
 снижение секреции слюнных желез;
 ксерофтальмия (сухость роговицы
глаза);
 снижение устойчивости к инфекциям,
замедление заживления ран.
 поражение кожи
(сухость,
пигментация);
 выпадение волос,
ломкость
ногтей
остеопороз,
гиперкальциемия;

уменьшение
свертываемости
крови
 светобоязнь ( у
детей - судороги.
выраженная
дистрофия
скелетных нарушение
мышц
и
миокарда,
изменение функции печени
щитовидной железы, печени, ЦНС.
гиперкальциемия,
 рахит
 гипертрофия хряща, остеомаляция, гиперфосфатемия,
39
ьциферо коровье
молоко, фосфора,
усиливает
синтез остеопороз.
л, D3 - масло, яйца
щелочной фосфатазы, коллагена,
холекал
регулирует рассасывание костной
ьциферо
ткани в диафизах, повышает
л
реабсорбцию кальция, фосфора,
натрия, цитратов, аминокислот в
проксимальных канальцах почек,
снижает синтез паратгормона.
К1
филохи
ноны,
нафтохи
ноны
0,2 - 0,3 мг, шпинат,
капуста,
тыква,
печень,
синтезируется
микрофлорой
кишечника

стимулирует синтез факторов кровоточивость
геморрагический диатез
свертывания крови в печени
 благоприятствует синтезу АТФ,
креатинфосфата, ряда ферментов
деминерализация
костей, отложение
кальция в мышцах,
почках,
сосудах,
сердце,
легких,
кишечнике
тканей, нет
40
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
CH3
H3C
CH3
CH3
CH2OH
CH3
витамин А1 (ретинол)
CH3
CH3
CH2
HO
H3C
CH3
витамин D3 (холекальциферол)
CH3
HO
CH3
CH3
CH3
CH3
H3
C
O
CH3
CH3
витамин Е (токоферол)
O
H3CO
O
CH3
H3CO
CH3
CH3
H3CO
H
O
коэнзим Q0
H3CO
(CH2 C
H
C
CH2)10H
O
коэнзим Q10
41
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ
CH3
+
N
N
H3C
N
C
H2
S
NH2
CH2OH
витамин В1 (тиамин)
O
N
CH3
HN
изоаллоксазиновое ядро
O
N
N
CH3
CH2
рибитол
(CHOH)3
CH2OH
витамин В2 (рибофлавин)
Флавинмононуклеотид
(рибофлавинфосфат, ФМН)
OH
OH
OH
O
P
O
OH
OH
H3C
N
H3C
N
N
O
H
O
NH2
Флавинадениндинуклеотид (ФАД)
OH
OH
P
OH
OH
H3C
N
H3C
N
N
N
O
O
O
N
O
P
O
N
N
O
OH
H
H
H
OH
H
H
O
H
O
42
3’-фосфоаденозин-5’-дифосфат
NH2
N
N
тиоэтиламин
O
H
S
(CH2)2
N
H
C
(CH2)2
N
H
O
OH
CH3
C
C
H
C
N
O
C
H2
O
P
H
O
P
O
O
O-
CH3
H
H
OH
H
OH
H
витамин В3
(пантотеновая кислота)
N
коэнзим А
H
CH2OH
HO
HO
H3C
H3C
N
CH2OH
CH2OH
HO
CH2OHC
CH2OH
HO
H3C H3C
N
N
пиридоксол
O
H
C
H
C
O
CH
HO2OHCH2OH
HO
H3C
N
H3C
N
O CH2NH2
CH2NH2 CH2NH2
CH
HO2OH
CH
HO
HO
2OHCH2OH
H3C
N
H3C
N
CH2OH
H3C
N
пиридоксаль
CH2OH
N
пиридоксамин
Витамин В6
O
O O
O
C
C C
NH2COO
C
COO
-
N N
N
никотиновая кислота
NH2
N
витамин В5 (РР)
(никотинамид)
Витамин В5 (РР)
43
Никотинамиддинуклеотид (НАД+)
H
CONH2
N
O
O
H
H
OH
OH
H
HO
P
O
H
O
NH2
N
HO
P
N
O
O
N
N
O
H
H
OH
OH
H
H
(–ОРО3Н2 *)
* Никотинамиддинуклеотид фосфат (НАДФ+)
витамин В12 (цианокобаламин)
44
OH
COOH
N
N
C
H2
N
H
C
O
N
H
CH
(CH2)2
H2N
N
N
COOH
птеридин
витамин Вс (фолиевая кислота)
C
O
COH
COH
O
HC
O
C
O
C
O
CHOH
CH2OH
CH2OH
витамин С
(аскорбиновая кислота)
OH
C
HC
CHOH
O
O
O
(C12H21O9)
O
OH
O
OH
HO
O
витамин Р
(рутин)
O
NH
HN
S
(CH2)4 COOH
витамин Н (биотин)
45
МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
МЕТАБОЛИЗМ ГЛЮКОЗЫ-6-ФОСФАТ –
КЛЮЧЕВОГО МЕТАБОЛИТА УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА
ГЛИКОГЕН
гликогенолиз
гликогеногенез
Глюкозо-1-фосфат
ГЛЮКОЗА
пентозофосфатный
гликолиз
путь
Пентозы
ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТ
и др. сахара
глюконеогенез
гликогенолиз
глюконеогенез
гликогеногенез
Пируват
Лактат
СО2 и Н2О
46
ГЛИКОЛИЗ –
ДИХОТОМИЧЕСКИЙ ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА ГЛЮКОЗЫ
АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ (11 реакций)
С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Н3РО4
глюкоза
2 СН3СНОНСООН + 2АТФ + 2Н2О
лактат
АЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ (10 реакций)
С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Н3РО4 + 2НАД+
глюкоза
2СН3СОСООН + 2АТФ + 2Н2О + 2НАДН.Н+
пируват
СТАДИИ ГЛИКОЛИЗА
1. Подготовительная стадия (стадия активации глюкозы):
– 5 реакций;
– 1 молекула гексозы (глюкозы) расщепляется на 2 молекулы триоз
глицеральдегидфосфата)
2. Стадия генерации АТФ:
– 6 (5) реакций;
– энергия окислительных реакций трансформируется в
химическую энергию АТФ (субстратное фосфорилирование)
47
Подготовительная стадия гликолиза
1. Необратимая реакция фосфорилирования глюкозы:
Фермент: гексокиназа
Mg2+
глюкоза + АТФ
глюкозо-6-Ф + АДФ
Активаторы: АДФ, Н3РО4
Ингибиторы: глюкозо-6-Ф, фосфоенолпируват
2. Обратимая реакция изомеризацииглюкозо-6-фосфата:
Фермент: глюкозо-6-фосфатизомераза
Mg2+
глюкозо-6-Ф
фруктозо-6-Ф
3. Необратимая реакция фосфорилирования фруктозо-ф-фосфата
(ключевая стадия гликолиза):
Фермент: фосфофруктокиназа
Mg2+
фруктозо-6-Ф + АТФ
фруктозо-1,6-диФ + АДФ
Активаторы: АДФ, АМФ, Н3РО4, К+
Ингибиторы: АТФ, цитрат, НАДН
4. Обратимая реакция дихотомического расщепления фруктозо-1,6дифосфата:
Фермент: альдолаза
H
CH2OPO3H2
H2O3POH2C
O
альдолаза
OH
CH2OPO3H2
C
OH
O
CH2OH
O
C
+
H
C
OH
CH2OPO3H2
HO
фруктозо-1,6-диФ
дигидроксиацетон-3-Ф
глицеральдегид-3-Ф
48
5. Обратимая реакция изомеризации дигидроксиацетона-3-фосфат в
глицероальдегид-3-фосфат
Фермент: триозофосфатизомераза
H
O
CH2OPO3H2
C
C
O
H
C
CH2OH
OH
CH2OPO3H2
дигидроксиацетон-3-Ф
глицероальдегид-3-Ф
Стадия генерации АТФ
6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата до 1,3-дифосфоглицерата
(реакция гликолитической оксиредукции)
Фермент: глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназа
O
H
C
H
OH
+
H3PO4
НАД+
+
CH2OPO3H2
глицероальдегид-3-фосфат
O
C
O
H
PO3H2
+
OH
НАДH + H+
CH2OPO3H2
1,3-дифосфоглицерат
7. Субстратное фосфорилирование АДФ (7)
Фермент: фосфоглицераткиназа
O
C
H
O
COOH
PO3H2
OH
CH2OPO3H2
1,3-дифосфоглицерат
+
АДФ
H
OH
+
АTФ
CH2OPO3H2
3-фосфоглицерат
49
8. Реакция изомеризации 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат
COOH
COOH
H
H
OH
OPO3H2
CH2OH
CH2OPO3H2
2-фосфоглицерат
3-фосфоглицерат
9. Реакция енолизации
Фермент: енолаза
COOH
CH2OH
H
OPO3H2
OPO3H2
H2O
+
CH2
CH2OH
фосфоенолпируват
2-фосфоглицерат
10. Реакция субстратного фосфорилирования
Фермент: пируваткиназа
COOH
CH2OH
OPO3H2
+ АДФ
Mg2+
+
O
АТФ
CH3
CH2
фосфоенолпируват
пируват
11. Реакция обратимого восстановления пировиноградной кислоты до
молочной кислоты ( в анаэробных условиях)
Фермент: лактатдегидрогеназа
COOH
COOH
+
O + НАДН + Н
CH3
пируват
H
OH
+
НАД+
CH3
лактат
50
ГЛИКОГЕНОЛИЗ
Гликогенолиз – расщепление гликогена по гликолитическому
(дихотомическому) пути окисления .
фосфорилаза
Гликоген + Н3РО4
глюкозо-1-фосфат
фосфоглюкомутаза
глюкозо-1-фосфат
глюкозо-6-фосфат
ГЛИКОЛИЗ
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных соединений по
пути обратимых реакций гликолиза.
Необратимые стадии глюконеогенеза:
1. Образование фосфоенолпирувата
- образование в митохондриях оксалоацетата из пирувата
Фермент: пируваткарбоксилаза
пируват + АТФ + СО2  оксалоацетат + АДФ + Фн
- перенос оксалоацетата из митохондрий в цитоплазму с участием НАДзависимой малатдегидрогеназы.
- образование фосфоенолпирувата из оксалоацетата в цитоплазме
Фермент: фосфоенолпируваткарбоксикиназа
оксалоацетат + ГТФ  фосфоенолпируват + ГДФ + СО2
2. Образование фруктозо-6-фосфата из фруктозо-1,6дифосфата
Фермент: фруктозодифосфатаза
фруктозо-1,6-диФ + Н2О  фруктозо-6-Ф + Фн
3. Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата
Фермент: глюкозофосфатаза
глюкозо-6-Ф + Н2О  глюкоза + Фн
51
ГЛИКОГЕНОГЕНЕЗ
Гликогеногенез – синтез гликогена из глюкозы.
1. Образование глюкозо-6-фосфата
фермент: гексокиназа
глюкоза + АТФ  глюкозо-6-фосфат
2. Образование глюкозо-1-фосфата
фермент: фосфоглюкомутаза
глюкозо-6-фосфат  глюкозо-1-фосфат
3. Образование УДФ-глюкозы
фермент: глюкозо-1-фосфат-уридилтрансферазы
глюкоз-1-фосфат + УТФ  УДФ-глюкоза + пирофосфат
4. Перенос глюкозидного остатка от УДФ глюкозы на
затравочную цепь гликогена
фермент: гликоген-синтаза
УДФ-глюкоза + гликоген (n остатков)  гликоген (n+1 остаток) + УДФ
52
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ
ПИРОВИНОГРАДНОЙ КИСЛОТЫ
Мультиферментный пируватдегидрогеназный комплекс
Локализация: матрикс митохондрий.
Ферменты:
Кофакторы:
пируватдегидрогеназа (Е1)
дигидролипоилацетилтрансфераза (Е2)
дигидролипоилдегидрогеназа (Е3)
Тиаминпирофосфат (ТПФ)
Липоевая кислота (ЛК)
ФАД
HS-КоА
НАД+
O
H3C
O
+
C COOH + НАД
пируват
+ HS-KoA
. +
S-KoA + НАДH H + CO2
ацетил-КоА
H3C
C
Энергетический
выход:
3
АТФ
(образуются
при
передаче
восстановительных эквивалентов от восстановленного НАДН в
электронтранспортную цепь митохондрий).
53
ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
(ЦИКЛ КРЕБСА, ЦИКЛ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ)
1. Конденсация ацетил-КоА с оксалоацетатом
фермент: цитратсинтаза
COOH
COOH
H2O
O
C
CH3
C
SKoA
HS-KoA
CH2
O
HO
+
C
COOH
CH2
ацетил-КоА
CH2
COOH
COOH
оксолоацетат
(щавелевоуксусная кислота)
цитрат
2. Изомеризация цитрата в изоцитрат
фермент:
аконитаза
COOH
COOH
H2O
CH2
HO
C
CH2
C
COOH
CH2
COOH
CH2
CH
COOH
COOH
цитрат
COOH
H2O
H
C
CO
OH
HC
OH
COOH
цис-аконитат
изоцитрат
3. Окислительное декарбоксилирование изоцитрата
фермент: изоцитратдегидрогеназа
H
C
HC
CO2
НАД+
CH2
COOH
OH
COOH
изоцитрат
COOH
COOH
COOH
НАДН.Н+
H
CH2
CH2
C
COOH
CH2
C
O
C
COOH
оксалосукцинат
O
COOH
-кетоглутарат
54
4. Окислительное декарбоксилирование -кетоглутарата
ферменты: -кетоглутаратдегидрогеназа
дегидролиполилтранссукцинилаза
дегидролипоилдегидрогеназа
кофермента: ТПФ, липоевая кислота, ФАД, HS-KoA, НАД+
COOH
НАД+
CH2
COOH
НАДН.Н+
CH2
+ CO2
CH2
CH2
C
O
HSKoA
O
C
SKoA
COOH
-кетоглутарат
сукцинил-КоА
5. Cубстратное фосфорилирование
фермент: сукцинил-КоА-синтетаза
COOH
COOH
CH2
CH2
+ ГДФ + Н3РО4
CH2
+
ГТФ + HS-KoA
CH2
O
O
C
C
SKoA
SKoA
фосфоролиз тиоэфирной связи
COOH
COOH
H3PO4
CH2
HS-KoA
CH2
CH2
CH2
O
O
C
C
SKoA
PO3H2
субстратное фосфорилирование ГДФ
COOH
ГДФ
CH2
ГТФ
COOH
CH2
CH2
O
C
PO3H2
CH2
COOH
55
6. Дегидрирование сукцината
фермент: сукцинатдегидрогеназа
COOH
ФАД
COOH
ФАДН2
CH2
H
C
CH2
C
COOH
COOH
сукцинат
фумарат
(транс-изомер)
7. Гидратация фумарата
фермент: фумараза
Н2O
COOH
H
COOH
C
C
H
CH2
H
HO
CH
COOH
COOH
фумарат
L-малат
8. Регенерация оксалоацетата
фермент: малатдегидрогеназа
COOH
НАД
HO
+
+
COOH
НАДН.Н
CH2
CH2
CH
C
COOH
COOH
L-малат
O
оксалоацетат
56
ПЕНТОЗОМОНОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ
 Синтез жирных кислот
Глюкоза
2 НАДФ+ 2НАДФН
 Восстановление
глутатиона
СО2
Глюкозо-6-фосфат
Рибулозо-5-фосфат
Фруктозо-6-фосфат
Рибозо-5-фосфат
Эритрозо-4-фосфат
Глицеральдегид-3фосат
Гликолиз
Синтез нуктеотидов
(фосфорибозильный ком
понент)
Синтез ароматических
аминокислота
(Фен, Трп)
ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ СТАДИЯ (3 реакции):
окисление глюкозо-6-фосфата до пятиуглеродных сахарофосфатов.
НЕОКИСЛИТЕЛЬНАЯ СТАДИЯ (5 реакций):
взаимопревращения трех-, четырех-, пяти-, шести- и семиуглеродных
сахарофосфатов, в ходе которых регенерируется глюкозо-6-фосфат.
57
Окислительная стадия
1. Реакция дегидрирования глюкозо-6-фосфата.
фермент: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
кофермент: НАДФ+
CH2O
PO3H2
НАДФ+ НАДФН.Н+
PO3H2
CH2O
O
O
HO
HO
OH
O
OH
OH
OH
OH
6-фосфоглюконо--лактон
глюкозо-6-фосфат
2. Реакция гидролиза 6-фосфоглюколактона
фермент: 6-фосфоглюколактоназа
COOH
CH2O
H2O
PO3H2
H
OH
O
HO
HO
O
OH
H
H
OH
H
OH
OH
6-фосфоглюконо--лактон
CH2O PO2H2
6-фосфоглюконат
3. Реакция декарбоксилирования 6-фосфоглюконата
фермент: 6-фософоглюконатдегидрогеназа
кофермент: НАДФ+
COOH
H
HO
CH2OH
OH
H
H
OH
H
OH
CH2O PO2H2
6-фосфоглюконат
НАДФ+
НАДФН.Н+
O
CO2
H
OH
H
OH
CH2O PO2H2
рибулозо-5-фосфат
58
Неокислительная стадия
4. Реакция изомеризации рибулозо-5-фосфата в рибозо-5-фосфат
фермент: изомераза
5. Реакции эпимеризации рибулозо-5-фосфата в ксилулозо-5-фосфат
фермент: эпимераза
H
O
CH2OH
CH2OH
C
O
O
H
(4)
OH
H
(5)
H
OH
HO
H
OH
H
H
OH
H
OH
OH
CH2O
CH2O
CH2O
PO3H2
PO3H2
PO3H2
рибозо-5-фосфат
рибулозо-5-фосфат
ксилулозо-5-фосфат
6. Транкетолазная реакция – перенос гликоальдегидной группы
фермент: транскетолаза
кофермент: тиаминпирофосфат (ТПФ)
H
CH2OH
CH2OH
O
C
H
HO
H
O
H
OH
H
+ H
OH
H
OH
OH
CH2O
PO3H2
ксилулозо5-фосфат
CH2O
O
O
HO
H
+
H
OH
PO3H2
H
OH
OH
CH2O
PO3H2
рибозо5-фосфат
H
CH2O
глицеральдегид
-3-фосфат
PO3H2
седогептулозо7-фосфат
59
7. Трансальдолазная реакция – перенос остатка диоксиацетона
фермент: трансальдолаза
CH2OH
CH2OH
H
H
O
O
O
O
HO
HO
OH
H
OH
H
OH
H
H
+
H
OH
+
OH
CH2O
H
PO3H2
H
OH
H
OH
OH
CH2O
CH2O
CH2O
PO3H2
PO3H2
PO3H2
фруктозо6-фосфат
эритрозо4-фосфат
8. Транскетолазная реакция
фермент: транскетолаза
кофермент: тиаминпирофосфат (ТПФ)
CH2OH
CH2OH
H
O
O
O
HO
H
H
H
CH2O
HO
OH
H
OH
H
OH
OH
+
H
OH
PO3H2
ксилулозо5-фосфат
H
+
OH
CH2O
O
H
OH
CH2O
PO3H2
PO3H2
CH2O
эритрозо4-фосфат
PO3H2
фруктозо6-фосфат
глицеральдегид3-фосфат
3 Глюкозо-6-фосфат + 6 НАДФ+
2 Фруктозо-6-фосфат +Глицеральдегид-3-фосфат +
+ 3СО2 + 6 НАДФН.Н+
или
6 Глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ+
5 глюкозо-6-фосфат + 6 СО2 + 12 НАДФН.Н+
60
СХЕМА ПОЛНОГО АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ
С6Н12О6
глюкоза
2 АТФ (СФ)
2 НАДН  6 АТФ (ОФ)
Аэробный гликолиз
2 С3О3Н4
пируват
Окислительное
декарбоксилирование
пировиноградной
кислоты
2 НАДН  6 АТФ (ОФ)
2 СО2
2 СН3СО~SKoA
Ацетил-КоА
Цикл
трикарбоновых кислот
(2 оборота)
2 х 3 НАДН 2 х 9 АТФ
 18 АТФ (ОФ)
2 х ФАДН2  2 х 2 АТФ
 4 АТФ (ОФ)
2 х ГТФ = 2АТФ (СФ)
2 х 2 СО2
Всего 38 АТФ
СФ – субстратное фосфорилирование
ОФ – окислительное фосфорилирование
61
Фосфорилировани
е
ЭНЕРГЕТИКА БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
АТФ
Окислительное
Субстратное
Затраты
энергии
Н3РО4
Фотосинтетическое
АДФ
NH2
N
N
N
N
O
O
O
H
H
OH
OH
H
O
P
O
O-
O
P
O
O-
P
O-
O-
H
Структура АТФ
Таблица.
Стандартная
свободная
фосфорилированных соединений
Соединение
фосфоенолпируват
1,3-дифосфоглицерат
креатинфосфат
ацетилфосфат
аргенинфосфат
АТФ
АДФ
АМФ
глюкозо-1-фосфат
фруктозо-6-фосфат
глюкозо-6-фосфат
глицерол-1-фосфат
энергия
гидролиза
основных
ΔGº, ккал/моль
-14,8
-11,8
-10,3
-10,1
-7,7
-7,3
-7,3
-3,4
-5,0
-3,8
-3,3
-2,2
62
Строение дыхательной цепи митохондрий
Локализации пунктов сопряжения окисления и фосфорилирования в
дыхательной цепи митохондрий
63
Протонная АТФаза состоит из двух отдельных частей: F0, гидрофобной части,
связанной с мембраной, ответственной за транспорт протонов, и F1, гидрофильной
части, ответственной за синтез и гидролиз АТФ.
Общий план строения F1-части АТФазы: α3β3∂ε. Каталитический центр
образован β-субъединицы, ε-субъединица подавляет АТФазную активность
фермента, α-субъединицы выполняют защитную функцию по отношению к
активному центру.
Строение протонной АТФазы митохондрий
64
Внутренняя
мембрана
митохондрий
Межмембранное
пространство
Матрикс
митохондрии
ОН
Н2РО4
-
-
1
НРО4
малат
-
2
малат
α-кетоглутарат
3
цитрат
+ Н+
4
АТФ
5
малат
АДФ
пируват
+
Н
6
1 – переносчик фосфата, 2 – переносчик дикарбоксилатов, 3 – переносчик
α-кетоглутарата, 4 – переносчик трикарбоксилатов, 5 – переносчик адениновых
нуклеотидов, 6 – переносчик пирувата.
Транспортные системы митохондрий.
65
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
Окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ:
 субстратное фосфорилирование
 оксилительное фосфорилирование
Свободное окисление
- окислительные реакции, энергия которых не трансформируется в
энергию АТФ. Высвобождающаяся энергия переходит в тепловую и
рассеивается.
Ферменты, катализирующие реакции свободного окисления:
Оксигеназы – ферменты, катализирующие включение кислорода в молекулу
субстрата (S).
Диоксигеназы (истинные оксигеназы):
S + O2
SO2
Монооксигеназы (гидроксилазы, система цитохрома Р450):
SH + O2 + НАДФН.Н+
S—OH + Н2О + НАДФ+
Оксидазы – катализируют перенос атомы водорода или электроны
непосредственно на кислород
SНОН + 1/2 O2
S=О + Н2О
Пероксидазы – катализируют окисление субстратов за счет пероксидов
RH2 + H2O2
R’ + 2Н2О
66
ОБМЕН ЛИПИДОВ
КАТАБОЛИЗМ АЦИЛГЛИЦЕРИНОВ
Ступенчатый ферментативный гидролиз ацилглицеринов
Ферменты: панкреатические липазы.
Триацилглицерин
жирная кислота + Н2О
2,3-диацилглицерин
жирная кислота+ Н2О
2-моноацилглицерин
жирная кислота+ Н2О
глицерин
ЭТАПЫ -ОКИСЛЕНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
1. Активация жирных кислоты в цитоплазме
фермент: ацил-КоА-синтетаза
R-COOH + HS-KoA + AТФ → R-CO~S-KoA + AMФ + ФФн
цитоплазма
2. Транспорт ацильной группы в митохондрии
Ацил-КоА
+
(СН3)3N-СН2-СНОН-СН2-СООН
карнитин
карнитин-ацилтрансфераза
ацилкарнитин + HS-KoA
митохондрии
транслоказа
ацилкарнитин + HS-KoA
карнитин-ацилтрансфераза
Ацил-КоА
+
(СН3)N-СН2-СНОН-СН2-СООН
67
3. Собственно -окисление
1. фермент: ацил-коА-дегидрогеназа
O
R
C
H2
C
H2
C
SKoA
+ ФАД
H
R
O
C
C
ацил-КоА
C
+ ФАДH2
SKoA
H
транс-еноил КоА
2. фермент: еноил-КоА-гидратаза
H
R
C
O
C
OH
C
SKoA
+ H2O
R
C
H
O
C
H2
C
SKoA
-гидроксиацил КоА
H
3. фермент: -гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа
OH
R
O
C
H
C
H2
C
O
SKoA
+ NAD+
R
C
O
C
H2
C
SKoA
+ NADH+H+
-кетоацил КоА
4. фермент: ацетил-КоА-ацетилтрансфераза
O
R
C
O
C
H2
C
O
O
SKoA
+ HSKoA
R
C
SKoA
+
ацил-КоА
H3C
C
SKoA
ацетил-КоА
Энергетический баланс -окисления
((n/2 - 1)x5 АТФ + n/2 x 12 АТФ) – 1 АТФ
n – число углеродных атомов в жирной кислоте
(n/2 – 1) – число циклов -окисления
n/2 – число образующихся молекул ацетил-КоА
-окисление пальмитиновой кислоты (С15Н31СООН)
Пальмитоил-КоА + 7ФАД + 7НАД+ + 7 Н2О
 8 Ацетил-КоА + 7ФАДН2 + 7НАДНН+
Энергетический выход -окисления пальмитиновой кислоты – 130 АТФ
68
ОКИСЛЕНИЕ НЕНАСЫЩЕННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
1. Активация жирных кислоты в цитоплазме
2. Транспорт ацильной группы в митохондрии
3. Собственно окисление:
по пути -окисления до образования цис-еноил КоА
фермент: 3,4-цис-2,3-транс-еноил-КоА-изомераза
R
H
H
C
C
H
O
C
H2
C
3,4-цис-еноил КоА
SKoA
R
C
O
C
C
SKoA
H
2,3-транс-еноил КоА
далее по пути -окисления жирных кислот.
При окислении полиненасыщенных жирных кислот требуется
дополнительная реакция эпимеризации (фермент: -гидроксиацил-КоАэпимераза) – переноса гидроксильной группы от -углеродного атома к углеродному атому.
При окислении жирных кислот с нечетным числом углеродных
атомов в результате последнего цикла -окисления образуется пропионилКоА, который превращается в сукцинил-КоА – промежуточный метаболит
цикла трикарбоновых кислот
69
БИОСИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
1. Транспорт внутримитохондриального ацетил-КоА в цитоплазму:
 ацилкарнитиновый механизм
 цитрат-транспортная система
матрикс митохондрий
цитоплазма
НАД+ + малат
малат + НАД+
оксалоацетат + НАДН.Н+
оксалоацетат + НАДН.Н+
оксалоацетат + АцетилКоА
НS-KoА +
оксалоацетат + АцетилКоА +АДФ +Фн
цитрат
цитрат + НS-KoА + АТФ
2. Образование малонил-КоА
фермент: ацетил-КоА-карбоксилаза
Ацетил-КоА + СО2 + АТФ
Малонил-КоА +АДФ +Фн
3. Собственно синтез жирных кислот:
1. фермент: ацетил-ацилпереносящий белок(АПБ)-трансфераза
HS-АПБ-SH + Ацетил-КоА ацетил-АПБ-SH + HS-КоАSH
2. фермент: малонил-АПБ-трансфераза
ацетил-АПБ-SH + малонил-КоА  ацетил-АПБ-малонил + HS-КоАSH
3. фермент: -кетоацил-АПБ-синтаза
O
ацетил-АПБ-малонил
 CO2 +
H3C
C
O
C
H2
C
АПБ
-кетоацил-АПБ
4. фермент: -кетоацил-АПБ – редуктаза
-кетоацил-АПБ + НАДФН.Н+ -гидроксиацил-АПБ + НАДФ+
5. фермент: -гидроксиацил-АПБ – дегидратаза
-гидроксиацил-АПБ  транс-еноил-АПБ
6. фермент: еноил-АПБ-редуктаза
транс-еноил-АПБ+ НАДФН.Н+  бутирил-АПБ+ НАДФ+
70
МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ, ПЕПТИДОВ, АМИНОКИСЛОТ
КАТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ
R
H2N
Мочевина
CH
COOH
CO2
NH3
Кетокислоты
кетогенные
аминокислоты
Ацетил-Ко-А
Амины
NH3
мочевина
гликогенные
аминокислоты
Пируват
Жирные
кислоты
Ацетил-Ко-А
Глюкоза
(гликоген)
Цикл
трикарбоновых
кислот
СО2
71
Таблица. Заменимые и незаменимые аминокислоты
Заменимые
Незаменимые
Аланин
Валин
Аспарагин
Изолейцин
Аспарагиновая кислота
Лейцин
Глицин
Лизин
Глутамин
Метионин
Глутаминовая кислота
Треонин
Пролин
Триптофан
Серин
Фенилаланин
Тирозин
*Аргинин
Цистеин
*Гистидин
* - условно заменимые аминокислоты
Заменимые аминокислоты – аминокислота, которые синтезируются в
организме из продуктов метабьолизма углеводов и липидов
Незаменимые аминокислоты – не синтезируются в организме.
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ
Окислительное дезаминирование – основной
(отщепления аминогруппы) аминокислот
тип
дезаминирования
Ферменты: НАД (НАДФ)-зависимые дегидрогеназы аминокислот
ФАД (ФМН)-зависимые оксидазы аминокислот
COOH
COOH
CH
NH2
+ НАД+
+ Н2О
O
+ НАДН + H+ + NH3
R
R
-аминокислота
-кетокислота
COOH
COOH
CH
C
NH2
+ ФАД + Н2О
R
-аминокислота
C
O
+ ФАДН2 + NH3
R
-кетокислота
72
ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ
Трансаминирование
(переаминирование)
аминокислот
–
реакция
межмолекулярного переноса аминогруппы от -аминокислоты на кетокислоту без промежуточного образования аммиака.
Ферменты: аминотрансферазы
Кофермент: пиридоксальфосфат
COOH
COOH
CH
NH2
R1
-аминокислота
+
C
COOH
O
R2
-кетокислота
COOH
O
C
+
R1
CH
NH2
R2
БИОСИНТЕЗ ГЛУТАМИНА
Биосинтезглутамина – наиболее распространенный путь связывания и
обезвреживания аммиака в организме
Фермент: глутаминсинтетаза
NH2
CH
NH2
C
H2
COOH
C
H2
C
OH + NH3 + АТФ
O
глутаминовая кислота
CH
C
H2
C
H2
COOH
C
NH2
+ АТФ + Фн
O
глутамин
73
ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ МОЧЕВИНООБРАЗОВНИЯ
1. Синтез карбамоил фосфата
Фермент: карбамоилфосфат-синтетаза
O
H2N
NH4+ + СО2 + 2АТФ + Н2О 
C
O PO3H2
+ 2АДФ + Фн
карбамолилфосфат
2. Образование цитруллина
Фермент: орнитинкарбамоилтрансфераза
H2N
CO
O
H2N
H2N
C
O PO3H2
C
H2
+
C
H2
CH2
CH
HN
C
H2
C
H2
CH2
NH2
CH
COOH
+ Фн
NH2
COOH
орнитин
цитруллин
3. Взаимодействие цитруллина с аспарагиновой кислотой
Ф ермент: аргининосукцинатсинтетаза
H2N
CO
HN
CH2 COOH
NH2
C C CH2
H2 H2
CH NH2
CH COOH
+
HN
+ АТФ
H2C COOH
COOH
C N
H
HN
C
H2
CH
C
H2
COOH
+ АМФ
CH2
+ ФФн
CH NH2
COOH
цитруллин
аспартат
аргининосукцинат
74
4. Образование аргинина
Ф ермент: аргининосукцинатлиаза
CH2 COOH
HN
C N
H
HN
C
H2
CH
C
H2
HN
COOH
C
HN
CH2
NH2
C
H2
C
H2
CH2
CH
+
HC
CH NH2
CH NH2
COOH
COOH
COOH
COOH
аргининосукцинат
аргинин
фумарат
5. Гидролиз аргинина с образованием мочевины
Ф ермент: аргиназа
HN
C NH2
H2N
HN
C
H2
C
H2
CH2
+ H2O
C
H2
C
H2
CH2
CH NH2
H2N
C
+
CH NH2
COOH
H2N
COOH
аргинин
орнитин
мочевина
Суммарное уравнение мочевинообразования
СО2 + NH3 + 3АТФ + 2Н2О + аспартат 
 мочевина + 2АДФ + АМФ + фумарат + 2Фн + ФФн
75
O
МЕТАБОЛИЗМ ГЕМОПРОТЕИНОВ
СИНТЕЗ ГЕМА
Синтез порфобилиногена из сукцинил-Ко А и глицина
1. Образование -аминолевуленовой кислоты.
Фермент: пиридоксальзависимая -аминолевуленатсинтаза
COOH
COOH
HSKoA
CH2
CH2
CH2
CO2
NH2
CH2
+
COOH
CH2
C
O
C
SKoA
H2N
сукцинил-КоА
O
CH2
-аминолевуленовая
кислота (-АЛК)
глицин
Ингибитор: гем.
2. Образование порфобилиногена.
Фермент: порфобилиногенсинтаза.
COOH
COOH
COOH
COOH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
C
C
2H2O
CH2
+
CH2
C
H2N
O
C
CH2
O
CH
H
C
H2N
CH2
CH
N
H
NH
H
-АЛК
-АЛК
порфобилиноген
76
Синтез гемоглобина
Порфобилиноген
(4 молекулы)
УПГ-синтаза
4 NH3
Цитозоль
УПГ-косинтаза
Уропорфириноген III (УПГ)
УПГ-декарбоксилаза
4 СО2
Копропорфириноген III (КПГ)
КПГ-декарбоксилаза
2 СО2
4Н+
КПГ-оксидаза
Протопорфириноген III (ППГ)
6Н+
ППГ-оксидаза
Митохондрии
Протопорфирин IX
Fe2+ (ферритин)
Гемсинтетаза
(феррохелатаза)
Гем
Глобин
Гемоглобин
77
Распад гемоглобина
Гемоглобин
НАДФН.Н+ + О2
гемоксигеназа
Вердоглобин
(зеленый пигмент)
НАДФ++ СО+ Н2О
Fe3+ + глобин
Биливердин
(зеленый желчный пигмент)
НАДФН.Н+
биливердинредуктаза
НАДФ+
Билирубин
Метаболизм билирубина
1
транспорт билирубина кровью и поступление в паренхимальные
клетки печени
 специфически связывается с альбуминами плазмы крови;
 на поверхности клеток отделяется от альбумина;
 поглощается клетками печени путем облегченной диффузии
2
детоксикация билирубина в эндоплазматическом ретикулуме
клеток печени
 конъюгирует с глюкуроновой кислотой (с участием УДФглюкуроновой кислоты и УДФ-глюкуронилтрансферазы)
3
секреция билирубина и выведение из организма
 секретируется в желчь в форме билирубинглюкуронида
 экскретируется в кишечник и модифицируется под действием
ферментных систем микрофлоры кишечника
78
БИОСИНТЕЗ БЕЛКА
Строение рибосом
рибосома
субъединицы
рРНК
рРНК
Инициация аминокислот
аминоацил-тРНК-синтетаза
АК + тРНК + АТФ
АК~тРНК + АМФ + ФФн
79
Этапы трансляции (синтеза белка) на рибосомах:
1 этап – инициация трансляции: принимают участие белковые факторы
инициации, мРНК, большая и малая субъединицы рибосом, тРНКМет ( у
прокариот – формил-Мет), Мет, ГТФ. Инициирующий кодон – АУГ.
2 этап – элонгация синтеза: принимают участие белковые факторы
элонгации, тРНК, аминокислоты, мРНК, рибосомы, ГТФ.
3 этап – терминация синтеза: принимают участие белковые факторы
терминации. Терминирующие кодоны: УАГ, УАА, УГА.
Таблица. Генетический код
1 положение
У
Ц
А
УУУ
УУЦ
УУА
УУГ
ЦУУ
ЦУЦ
АУА
ЦУГ
АУУ
АУЦ
АУА
АУГ
Г
ГУУ
ГУЦ
ГУА
ГУГ
Положение азотистого основания в кодоне
2 положение
У
Ц
А
Фен
УЦУ
Сер УАУ
Тир
УЦЦ
УАЦ
УЦА
Лей
УЦГ
УАА
Стоп”
УАГ
ЦЦУ
Про ЦАУ
Гис
Лей
ЦЦЦ
ЦАЦ
ЦУА
ЦЦГ
ЦАА
Глн
ЦАГ
АЦУ
Тре ААУ
Асн
Иле
АЦЦ
ААЦ
АЦА
АЦГ
ААА
Лиз
Мет
ААГ
“начало”
Вал
ГЦУ
Ала ГАУ
Асп
ГЦЦ
ГАЦ
ГЦА
ГЦГ
ГАА
Глу
Вал
ГАГ
Г
УГУ
УГЦ
Цис
УГА
УГГ
ЦГУ
ЦГЦ
ЦГА
ЦГГ
Стоп
Трп
Арг
АГУ
АГЦ
Сер
АГА
АГГ
Арг
ГГУ
ГГЦ
ГГА
ГГГ
Гли
“начало”
80
МЕТАБОЛИЗМ ДНК И РНК
СИНТЕЗ ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ
Амидный азот
глутамина (N3)
4
N3
5
N1
Аспарагиновая кислота
6
5
(N1, С4-С6)
СО2 (С2)
5
аспартата
(N1)
6
2
3
N
H
N
N3
6
5
1
глицин (С4,С5,N7)
N
7
8
2
6
1
N
H
ТГФ’ (С2)
4
1
СО2 (С6)
-NH2
4
3
2
24
4
3
N
ТГФ”(C8)
9
N
H
амидный азот глутамина (N3, N9)
81
БИОСИНТЕЗ НУКЛЕОТИДОВ
Фосфорибозильный компонент: 5’-фосфорибозил -1’-пирофосфат
Пиримидиновые основания:
Пуриновые основания:
 Аминокислоты (аспарагиновая
кислота, глутамин)
 СО2
1. Аминокислоты (глицин,
глутамин, аспарагиновая
кислота)
2. СО2
3. ТГФ
Последовательность стадий биосинтеза
1. Построение пиримидинового
кольца.
2. Образование N-гликозидной
связи
Предшественник пиримидиновых
нуклеотидов:
1. Образование N-гликозидной
связи
2. Построение циклической
системы (пуринового
основания)
Предшественник пуриновых
нуклеотидов:
 Уридин-5’-монофосфат
Нуклеозидмонофосфат
АТР
ADP
Нуклеозиддифосфат
 Инозин-5’-монофосфат
АТР
ADP
Нуклеозидтрифосфат
82
КАТАБОЛИЗМ ПУРИНОВЫХ НУКЛЕОЗИДОВ
Пуриновые основания окисляются:
у человека, большинства млекопитающих, птиц, некоторых рептилий –
до мочевой кислоты;
у рептилий, некоторых млекопитающий – до аллантоина;
у рыб – до аллантоиновой кислоты и мочевины.
Аденозин
Н2О
Гуанозин
H3PO4
Аденозиндезаминаза
Рибозо-1-Ф
NH3
Инозин
H3PO4
Риб1-Ф
Н2О
нуклеозидфосфорилаза
Н2О+О2 Н2О2
Гипоксантин
нуклеозидфосфорилаза
Гуанин
NН3
гуаниндезаминаза
Ксантин
ксантиноксидаза
Н2О+О2
Н2О2
ксантиноксидаза
мочевая кислота
КАТАБОЛИЗМ ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОЗИДОВ
Пиримидиновые нуклеозиды гидролизуются до азотистых оснований и
рибозо-1-фосфата и пиримидиновых оснований, которые далее подвергаются
НАДФН-зависимому восстановлению до аммиака и -аминокислот:
Цитидин  Уридин  Урацил  Дигидроурацил  -аланин + NH3
Тимидин  Тимин  Дигидротимин  -аминоизомасляная кислота + NH3
83
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
Таблица. Ферменты репликации ДНК
Фермент
Функция
ДНК-полимеразы
Полимеризация дезоксирибонуклеотидов
Хеликазы
Раскручивание цепей ДНК
Топоизомеразы
Релаксация суперспирализации
Праймаза
Синтез РНК-праймеров
Белок SSB
Препятствует обратной рекомбинации
расплетенных цепей в двойную спираль
ДНК-лигазы
Соединяют фрагменты Оказаки на отстающей цепи
84
СИНТЕЗ РНК
Синтез РНК – транскрипция осуществляется на матрице ДНК в направлении
5’3’ (цепь РНКимеет противоположную направленность).
Ферменты:
ДНК-зависимая РНК-полимераза
Этапы синтеза:
- инициация транскрипции
- элонгация транскрипции
- терминация транскрипции
Схема транскрипции РНК
85
ИНТЕГРАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА
ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕТАБОЛИЗМА
УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ И БЕЛКОВ
УГЛЕВОДЫ
глюкоза
ЛИПИДЫ
БЕЛКИ
глицероальдегид-3фосфат
жирные
кислоты
Оксалоацетат
-Кетоглутарат
Порфирины
аминокислоты
пируват
ацетил-КоА
ЦТК
Гем
СО2
Сукцинил-КоА
НАДН
ФАДН2
Дыхательная
цепь
½ О2
Н2О
АТФ
86
ВЗАИМОСВЯЗЬ КЛЮЧЕВЫХ МЕТАБОЛИТОВ
аланин
NH2
CH2OPO3H2
H3C
O
C
H
COOH
OH
OH
OH
OH
H3C
OH
глюкозо-6-фосфат
C
H
COOH
лактат
O
H3C
C
COOH
H3C
пируват
COOH
CH2OH
CH2
CHOH
C
O
OH
CH2OH
глицерол
O
COOH
оксалоацетат
C
H2
H3C
C
SKoA
ацетил-КоА
87
КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ
Место синтеза
гормона
Гипоталамус
Гипофиз:
- передняя
доля
Название
Либерины:
- кортиколиберин;
-тиреолиберин;
- люлиберин;
- фоллиберин;
- соматолиберин;
- пролактолиберин;
- меланолиберин
Химическая
Функция
природа
Пептиды
Рилизингфакторы
гипоталамуса –
регулируют
секрецию
гипофизарных
гормонов
Статины:
- соматостатин;
- пролактостатин;
- меланостатин
Ингибиторы
секреции и
синтеза
гипофизарных
гормонов
Тропные гормоны: Белки
- соматотропин;
- адренокортикотропный (АКТГ);
- тиреотропный
гормон;
- пролактин;
фолликулостимулирующий гормон;
- лютеинизирующий
гормон;
- липотропин
Активируют
синтетические
процессы (синтез
белка,
репликацию,
транскрипцию)
- промежуточная доля
Меланоцитстимулирующие
гормоны (МСГ):
- -МСГ;
- -МСГ
Пептиды
Стимулируют
меланогенез
- задняя доля
Вазопрессин
Окситоцин
Пептиды
Стимулируют
сокращение
гладкой
мускулатуры
88
Паращитовидная железа
Паратиреоидный
гормон
(паратгормон)
Щитовидная
железа
Тиронин
Производные Регулируют рост
Трийодтиронин (Т3) тирозина
и дифференциаТироксин
цию тканей, мета(тетрайодтиронин,
болизм белков,
или Т4)
углеводов и липидов, водноэлектролитный
баланс, гемопоэз
и др.
Поджелудочная железа
Белок
Кальцитонин
Пептид
Инсулин
Глюкагон
Белок
Пептид
Надпочечники:
- кора
Глюкокортикоиды Стероиды
надпочечников :
(кортикостер
- кортикостерон;
оиды)
- кортизон;
- кортизол
(гидроксикортизон);
- 11-дезоксикортизон;
- 11-дегидрокортикостерон
Минералокортикоиды:
дезоксикортикостер
он;
- альдостерон
Регулирует
содержание Ca2+ в
крови
Регулирует
постоянную
концентрацию
кальция в крови
Регулируют
содержание
глюкозы в крови
Регулируют
обмен углеводов,
белков, жиров и
нуклеиновых
кислот
Регулируют
минеральный
обмен
- мозговое
Адреналин
Катехоламин Оказывают
вещество
Норадреналин
ы
гипергликемичес
надпочечников Изопропиладреналин (производные кий эффект
тирозина)
89
Половые
железы:
Половые гормоны
- яичники (♀)
Эстрогены
(эстрадиол)
Прогестины
(прогестерон)
- семенники (♂)
Андрогены:
- андростерон;
- тестостерон;
дегидроэпиандросте
рон
Стероиды
Регулируют
половое
созревание
Схема регуляции гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной системы
Отрицательные связи
Положительные связи
90
Структура холинергического рецептора никотинового типа,
формирующего ионный канал
Субъединицы, полипептидные цепи которых четыре раза пронизывают липидный бислой,
с внешней стороны гликозилированы, а внутри взаимодействуют с белками тубулинового
и актинового цитоскелета. Связывание АХ с двумя α-субъединицами
холинергиеского рецептора вызывает конформационные изменения в олигомерном
комплексе, в результате чего Na+ входит внутрь клетки
91
Связывание гормона с рецептором приводит к активации G-белка (Gq), который
активирует фосфолипазу С (PLC). PLC гидролизует фосфатидид-инозитол4,5-бисфосфат
(PIP2) до инозитол-1,4,5-трифосфата (IP3) и 1,2-диацилглицерола (DAG). IP3
дифундирует через цитозоль и взаимодействует с IP3 рецепторным каналом
эндоплазматического ретикулума (ЭР), вызывая выброс ионов Са2+ в цитозоль. Это
активирует вход Са2+ в клетки через специальные кальциевые каналы (SOC). Повышение
цитозольного Са2+ вызывает переход протеинкиназы С (PKC) из цитозоля в мембрану, где
она активируется DAG. Активированная PKC фосфорилирует ряд ферментов и
рецепторов, изменяя их активность.
Увеличение содержания цитозольного Са2+ через
фосфатидилинозитольный сигнальный путь
92
CO2H
арахидоновая кислота
циклооксигеназа
O
CO2H
эндоперекись
простагландина G2
O
OOH
пероксидаза
O
CO2H
эндоперекись
простагландина H2
O
OH
простагландинизомераза
O
OH
O
OH
OH
ПГD2
OH
ПГЕ2
ПГF2α
слабая кислота
O
слабое основание
O
изомераза
ПГА2
ПГВ2
O
ПГС2
спонтанная изомеризация
Схема циклооксигеназного пути синтеза простагландинов
93
O
O
CH2CHNH2COH
H3CO
CH2CH2NHCCH 3
N
H
N
H
Мелатонин
Триптофан
триптофангидроксилаза
O
O
HO
CH 2CH 2NHCCH3
CH 2CHNH2COH
HO
N
H
N
H
N-ацетилсеротонин
5-гидрокситриптофан
Декарбоксилаза
ароматических
аминокислот
серотонин N-ацетилтрансфераза
HO
CH2CH2NH2
N
H
Биосинтез мелатонина
94
Основные пути метаболизма мелатонина
95
ЛИТЕРАТУРА
Анисимов, А. А. Основы биохимии / А. А. Анисимов. М. : Высшая школа, 1987.
Березов, Т. Т. Биологическая химия / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. М. : Медицина, 1990.
Биохимия: Учебник для вузов / под ред. Е. С. Северина. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2006.
Горбачев, В. В. Витамины, микро- и макроэлементы. Справочник / В. В. Горбачев,
В. Н. Горбачева. Мн. : Книжный дом; Интерпрессервис, 2002.
Досон, Р. Справочник биохимика / Р. Досон [и др.] М. : Мир, 1991.
Комов, В. П. Биохимия / В. П. Комов, В. Н. Шведова. М. : Дрофа, 2004.
Коничев, А. С. Биохимия и молекулярная биология. Словарь терминов / А. С. Коничев,
Г. А. Севастьянова. М. : Дрофа, 2008.
Кнорре, Д. Г. Биологическая химия / Д. Г. Кнорре, С. Д. Мызина. М. : Высшая школа,
2000.
Кольман, Я. Наглядная биохимия / Я. Кольман, К.-Г. Рем. М : Мир, 2000.
Коничев, А. С. Биохимия и молекулярная биология. Словарь терминов / А. С. Коничев,
Г. А.Севастьянова. М. : Дрофа, 2008.
Ленинджер, А. Основы биохимии / А. Ленинджер. М.: Мир, 1985, Т. 1-3.
Мари, Р. Биохимия человека / Р. Мари [и др.] М. : Мир, 1993, Т.1-2.
Уайт, А. Основы биохимии / А. Уайт [и др.] М.: Мир, 1981, Т. 1-3.
Филиппович, Ю. Б. Основы биохимии / Ю. Б. Филиппович. М. : Высшая школа, 1999.
Цыганов, А.Р. Биохимия / А. Р. Цыганов, И. В. Сучкова, И. В. Ковалева. М.: ИВЦ
Минфина, 2007.
Элиот, В. Биохимия и молекулярная биология / В. Элиот, Д. Элиот. М. : МАИК Наука /
Интерпериодика, 2002.
Gilbert, H. Basic Concepts in biochemistry / H. Gilbert. Paperbach, 1999.
Рекомендуемые источники информации в Интернете
www.chem.qmul.ac.uk/iubmb - биохимическая классификация и номенклатура.
Свободный доступ на сайте Международного союза биохимии и молекулярной
биологии.
www.chemport.org - Научные издания в области биохимии, химии и смежных наук.
www.febs.org - Официальный сайт Федерации европейских биохимических обществ.
www.molbiol.ru - Учебники, научные монографии, обзоры, лабораторные практикумы в
свободном доступе на сайте практической молекулярной биологии.
www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank и www.swissprot.com - База данных по всем первичным
структурам белков в свободном доступе.
www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed - Лучшие обзорные статьи по биохимии в журнале
“Annual Review of Biochemistry” можно найти на сайте.
www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed - Свободный доступ в крупнейшую базу научных данных
в области биомедицинских наук MedLine, включая биохимию.
96
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие
3
Структурная биохимия
Аминокислоты, пептиды, белки
Ферменты
Нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты
Углеводы
Липиды
Витамины и коферменты
Метаболическая биохимия
Обмен углеводов
Энергетика биохимических процессов
Обмен липидов
Метаболизм белков, пептидов, аминокислот
Метаболизм ДНК и РНК
Интеграция и регуляция метаболизма
Литература
97
Учебное издание
БИОХИМИЯ В СХЕМАХ И ТАБЛИЦАХ
Составители:
Губич Оксана Игоревна
Кукулянская Татьяна Александровна
Орел Наталия Михайловна
Семак Игорь Викторович
В авторской редакции
Технический редактор
Корректор
Компьютерная верстка
Ответственный за выпуск
Подписано в печать . Формат 6084/16. Бумага офсетная.
Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж экз. Зак.
Белорусский государственный университет.
Лицензия на осуществление издательской деятельности
№ 02330/0056804 от 02.03.2004.
220050, Минск, проспект Независимости, 4.
Отпечатано с оригинала-макета заказчика.
98