Conceptos básicos de bioquímica
Oxidación aeróbica del azúcar: dióxido de carbono y agua
El número neto de ATP de 1 molécula de glucosa es 36ATP.
2.1 Glucólisis en el citoplasma
(1) Fosforilación de la glucosa
La oxidación de la glucosa es una reacción de liberación de energía, pero la glucosa es un compuesto relativamente estable. Para poder liberar energía se le debe dar energía de activación para facilitar esta reacción, es decir, la glucosa debe pasar de un estado estable a un estado activo. Para activar una glucosa se requiere 1 ATP. Un ATP libera un enlace fosfato de alta energía y libera alrededor de 30,5 kj de energía libre. La mayor parte se disipa en forma de calor y una pequeña parte se combina con fosfato y glucosa para formar glucosa-6. -fosfato. La enzima catalítica es la hexoquinasa.
(2) La glucosa-6-fosfato se reordena para formar fructosa-6-fosfato. La enzima catalítica es la glucosa fosfato isomerasa.
(3) Produce fructosa-1,6-bifosfato. La enzima catalítica es la 6-fosfofructoquinasa-1.
1 molécula de glucosa consume 2 moléculas de ATP para activarse, y la enzima cataliza la producción de moléculas de fructosa-1,6-bifosfato.
(4) La fructosa-1,6-bisfosfato se descompone en gliceraldehído 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato, y la enzima catalítica es la aldolasa.
(5) El fosfato de dihidroxiacetona se convierte rápidamente en gliceraldehído 3-fosfato. La enzima catalítica es la triosafosfato isomerasa.
Lo anterior es la primera etapa. 1 glucosa de 6C se convierte en 2 compuestos de 3C PGAL y la activación de la glucosa consume 2 ATP. Si la glucosa-1-fosfato entra en la glucólisis, solo se consume un ATP. En esta etapa no hay reacción redox.
(6) El gliceraldehído 3-fosfato se oxida para generar 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-bisfosfoglicerato), liberando dos electrones y un H+, que se transfieren al aceptor de electrones NAD+ NADH+ Se genera H+ , y la energía se transfiere a enlaces fosfato de alta energía. La enzima catalítica es la glicerol 3-fosfato deshidrogenasa.
(7) El inestable 1,3-bisfosfoglicerato pierde el enlace fosfato de alta energía y genera 3-fosfoglicerato. La energía se transfiere a ATP, y el 1,3-bisfosfoglicerato genera un ATP. La enzima catalítica es la fosfoglicerato quinasa. Durante este paso, se produce la primera fosforilación a nivel de sustrato.
(8) El ácido 3-fosfoglicérico se reordena para formar ácido 2-fosfoglicérico. La enzima catalítica es la fosfoglicerato mutasa.
(9) El ácido 2-fosfoglicérico se deshidrata para formar fosfoenolpiruvato PEP (fosfoenolpiruvato). La enzima catalítica es la enolasa.
(10)PEP transfiere el grupo fosfato al ADP, generando ATP y piruvato al mismo tiempo. La enzima catalítica es la piruvato quinasa. Durante este paso, se produce un segundo nivel de fosforilación del sustrato.
Lo anterior es la segunda etapa de la glucólisis. Una molécula de PGAL (fosfato de gliceraldehído) genera una molécula de piruvato bajo la acción de enzimas. En este proceso, se genera una molécula de NADH mediante una reacción de oxidación y dos moléculas de ATP mediante la fosforilación a nivel de sustrato. De esta forma, una molécula de glucosa genera 4 ATP y 2 NADH+H+ en la segunda etapa de la glucólisis, y el producto es 2 piruvato. En la primera etapa de la glucólisis, la activación de una molécula de glucosa consume dos moléculas de ATP, por lo que durante la glucólisis, mientras una glucosa genera dos moléculas de piruvato, se obtienen dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH y dos moléculas de agua.
2 Matriz mitocondrial del ciclo del ácido tricarboxílico
(1) La acetil coenzima a entra en el ciclo de la coenzima a del ácido tricarboxílico.
La acetil coenzima A tiene un enlace tioéster, y el grupo acetilo tiene energía suficiente para llevar a cabo la condensación aldólica con el grupo carboxilo del oxalacetato. Primero, el residuo de histidina de la citrato sintasa actúa como una base junto con el acetil-CoA, lo que hace que el grupo metilo del acetil-CoA pierda un h+, y el carbanión generado ataca nucleófilamente el carbono carbonilo del oxaloacetato para generar ácido cítrico intermedio. , y luego el enlace tioéster de alta energía se hidroliza para liberar ácido cítrico libre, lo que hace que la reacción avance irreversiblemente hacia la derecha. Esta reacción es catalizada por la citrato sintasa, que es una fuerte reacción de liberación de energía.
La síntesis de ácido cítrico a partir de oxalacetato y acetil-CoA es un punto regulador importante en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos. La citrato sintasa es una enzima alostérica y el ATP es un inhibidor alostérico de la citrato sintasa.
Además, el α-cetoglutarato y el NADH pueden inhibir alostéricamente su actividad, y la acil-CoA de cadena larga también puede inhibir su actividad. AMP puede antagonizar la inhibición del ATP y activarlo.
(2) Formación de isocitrato
El grupo alcohol terciario del ácido cítrico no se oxida fácilmente y se convierte en isocitrato. El grupo alcohol terciario se oxida fácilmente cuando se convierte en alcohol secundario. Esta reacción es una reacción reversible catalizada por aconitasa.
(3) Primera descarboxilación oxidativa
Bajo la acción de la isocitrato deshidrogenasa, el alcohol secundario del isocitrato se oxida a un grupo carbonilo para generar el producto intermedio glucosuccinato. La rápida descarboxilación genera α-. cetoglutarato, NADH y co2 en la misma superficie enzimática. Esta reacción es descarboxilación β-oxidativa y esta enzima requiere Mg2+ como activador.
Esta reacción es irreversible y es el paso limitante de la velocidad en el ciclo del ácido tricarboxílico. El ADP es un activador de la isocitrato deshidrogenasa, mientras que el ATP y el NADH son inhibidores de esta enzima.
(4) Segunda descarboxilación oxidativa
Bajo la acción del sistema α-cetoglutarato deshidrogenasa, el α-cetoglutarato sufre una reacción de descarboxilación oxidativa para generar CoA (succinil CoA, NADH H+ y CO2. La El proceso de reacción es completamente similar al catalizado por la piruvato deshidrogenasa. Pertenece a la α?descarboxilación oxidativa, y parte de la energía generada por la oxidación se almacena en el enlace tioéster de alta energía de la succinil coenzima a. El sistema deshidrogenasa también consta de tres enzimas (α-cetoglutarato descarboxilasa, lipoato succinil transferasa y dihidrolipoato deshidrogenasa) y cinco coenzimas (tpp, ácido lipoico, hscoa, NAD+ y FAD). -complejo cetoglutarato deshidrogenasa, que es inhibido por ATP, GTP, NADH y succinil coenzima a. Regulado por fosforilación/desfosforilación
(5) El sustrato se fosforila para producir ATP
Bajo el Por acción de la succinato deshidrogenasa, se libera el azufre de la succinil coenzima a, se hidroliza el enlace éster y la energía libre liberada se utiliza para sintetizar GTP (trifosfato de guanosina), que puede generar ATP directamente en bacterias y organismos superiores, y luego generar ATP. en mamíferos en este momento, la succinil coenzima a genera ácido succínico y la coenzima a
(6) Deshidrogenación del succinato
La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidación del succinato a fumarato. La enzima se une a la membrana mitocondrial interna. Otras enzimas del ciclo de Krebs están presentes en la matriz mitocondrial. Esta enzima contiene un centro de hierro-azufre y un FAD unido a valencia. Los electrones del succinato pasan a través del FAD y los centros de hierro-azufre y luego. ingresa a la cadena de transporte de electrones al malonato. Es un análogo del ácido succínico y un poderoso inhibidor competitivo de la deshidrogenasa del ácido succínico, por lo que puede bloquear la hidratación del ácido fumárico.
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Solo enzima fumarato. actúa sobre el doble enlace trans (ácido fumárico) del ácido fumárico y no tiene efecto catalítico sobre el ácido maleico, por lo que tiene un alto grado de estereoespecificidad
(8) Produce ácido málico
(9) Regeneración del oxalacetato
Bajo la acción de la malato deshidrogenasa, el grupo alcohol secundario del ácido málico se deshidrogena y oxida en un grupo carbonilo para generar oxalacetato, que es la coenzima de la deshidrogenasa, que acepta hidrógeno y. se convierte en NADH H+ H+ (Figura 4-5) Descripción general del ciclo del ácido tricarboxílico:
Acetil coenzima a +3 nad+fad+PIB+pi——→2 CO2+3 NADH+fad H2+GTP+. 2 h++ coa-sh
①Hay dos reacciones de descarboxilación en el ciclo (reacción 3 y reacción 4), ambas tienen deshidrogenación al mismo tiempo, pero el mecanismo de acción es diferente ¿Descarboxilación oxidativa? , la coenzima es NAD+, primero deshidrogenan el sustrato para generar oxaloacetato y luego descarboxilan para generar α-cetopentano con la cooperación de Mn2+ o Mg2+.
La reacción de descarboxilación oxidativa catalizada por el α. -El sistema cetoglutarato deshidrogenasa es básicamente el mismo que promueve el sistema piruvato deshidrogenasa. Sí, la descarboxilación para generar CO2 es una regla general de generación de CO2 en el cuerpo, por lo que se puede ver que el proceso de generación de CO2 en el cuerpo es completo. diferente a la del exterior.
(2) El ciclo del ácido tricarboxílico sufre cuatro deshidrogenaciones. Tres pares de átomos de hidrógeno utilizan NAD+ como aceptor, y un par utiliza FAD como aceptor, y se reducen a NADH+H+ y FADH2 respectivamente. Se transfieren a través del sistema de transferencia de hidrógeno mitocondrial y finalmente se combinan con el oxígeno para formar agua. En este proceso, la energía liberada hace que ADP y PI se combinen para generar ATP.
Cada 2 horas, el sistema de transferencia de hidrógeno en el que participa NADH+H+ se oxida en 1 molécula de H2O. Cada molécula de NADH genera finalmente 2,5 moléculas de ATP, mientras que el sistema de transferencia de hidrógeno en el que participa FADH2 genera 1,5 moléculas de ATP. Además, una molécula de ATP se produce por fosforilación de sustratos en el ciclo de Krebs.
③El átomo de carbono acetilo en la acetil coenzima A entra en el ciclo y se condensa con la molécula aceptora de cuatro carbonos oxalacetato para generar ácido cítrico de seis carbonos. En el ciclo del ácido tricarboxílico hay una descarboxilación secundaria para generar dos moléculas de CO2, la cual es igual al número de átomos de carbono del grupo dicarbonilacetilo que ingresa al ciclo. Sin embargo, el carbono perdido por el CO2 no proviene de los dos átomos de carbono del grupo acetilo, sino del oxaloacetato.
④ Teóricamente, los productos intermedios del ciclo del ácido tricarboxílico se pueden reciclar sin consumo, pero algunos componentes del ciclo también pueden participar en la síntesis de otras sustancias, y otras sustancias también se pueden generar a través de diversas vías. . Intermedios, por lo que los componentes del ciclo del ácido tricarboxílico se actualizan constantemente.
Por ejemplo, oxaloacetato-→ácido aspártico
α-cetoglutarato-ácido glutámico
Oxaloacetato→ácido pirúvico→ácido propánico Aminoácido
Entre ellos, la reacción catalizada por la piruvato carboxilasa para generar oxaloacetato es la más importante.
Debido a que el contenido de oxalacetato afecta directamente a la velocidad del ciclo, la suplementación continua de oxalacetato es la clave para el buen progreso del ciclo del ácido tricarboxílico.
El ácido málico y el oxaloacetato producidos en el ciclo del ácido tricarboxílico también pueden descarboxilarse para generar piruvato, que luego participa en la síntesis o posterior oxidación de muchas otras sustancias.
3 Fosforilación oxidativa de la membrana mitocondrial interna
(A) Función lanzadera del α-glicerofosfato
Este efecto existe principalmente en el cerebro y el músculo esquelético. es el alfa-glicerofosfato.
El NADH en el citosol reduce el fosfato de dihidroxiacetona a α-glicerofosfato bajo la catálisis de la α-glicerofosfato deshidrogenasa, que pasa a través de la membrana mitocondrial interna y es absorbido por la α-glicerol en la membrana interna. regeneración de fosfato de dihidroxiacetona y FADH2, que ingresan a la cadena respiratoria oxidativa del succinato. La oxidación completa de la glucosa en estos tejidos produce menos ATP que otros tejidos, 1 mol G → 36 mol ATP.
Efecto lanzadera ácido málico-aspartato
Existe principalmente en el hígado y el miocardio. 1 mol de G → 38 moles de ATP
NADH en el citosol es catalizado por la malato deshidrogenasa para reducir el oxaloacetato a malato, que utiliza α-cetoglutarato en la membrana interna. El portador ingresa a las mitocondrias y luego regenera el oxaloacetato y NADH bajo la catálisis de la malato deshidrogenasa en las mitocondrias. NADH ingresa a la cadena respiratoria de oxidación de NADH y produce 3 moléculas de ATP. El oxalato es catalizado por la aspartato aminotransferasa para generar ácido aspártico, que es transportado fuera de las mitocondrias por el portador de aminoácidos ácidos y convertido en oxalacetato.
3. (1) Hay algunos segmentos de bases en la secuencia de nucleótidos que constituye un gen, y cada tres bases consecutivas (es decir, triplete "codón") codifica el aminoácido correspondiente. Hay un codón de inicio, AUG/ATG, y tres codones de parada, que proporcionan señales de terminación. Cuando la maquinaria celular encuentra un codón terminal mientras sintetiza y extiende una cadena proteica a lo largo de un ácido nucleico, la reacción de elongación de la proteína finaliza, produciendo una proteína madura (o mutante terminada prematuramente). Por tanto, un marco de lectura abierto es una porción de una secuencia genética que contiene una secuencia de bases que codifica una proteína. Esta secuencia de bases codifica una proteína porque tiene un codón de inicio y un codón de parada especiales que no aparecen hasta que se puede producir una proteína del tamaño apropiado a partir de esta secuencia de bases.
El marco de lectura abierto es una parte de la secuencia del gen. Contiene una secuencia de bases que puede codificar una proteína y no puede ser interrumpida por un terminador. Cuando se identifica un nuevo gen y se lee su secuencia de ADN, la gente todavía no puede determinar cuál es la secuencia de proteína correspondiente. Esto se debe a que, sin otra información, una secuencia de ADN se puede leer y traducir en seis fotogramas (tres para cada cadena, correspondientes a tres codones de inicio diferentes).
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