Презентація "Біосинтез вуглеводів в клітині "

Біосинтез вуглеводів в клітині

Біоси́нтез — процес утворення складних органічних речовин у живих організмах з інших сполук, які потрапляють до них ззовні чи утворюються в них самих, під дією біокаталізаторів.

 Група похідних моносахаридів — дезоксицукри, в яких одну з гідроксильних груп заміщено на атом Гідрогену. Найпоширеніша сполука цього класу — β-2-d-дезоксирибоза, що входить до складу ДНК. l-фукоза і l-рамноза є похідними l-галактози і l-манози відповідно. Вуглеводи є одними з основних антигенів крові, за наявністю або відсутністю яких існують різні групи крові

Для позначення вуглеводів рослинного походження вживають термін “харчові волокна”, які являють собою суміш різноманітних полісахаридів та лігніну у сполученні з речовиною оболонок рослинних клітин. Харчові волокна складаються із структурних полісахаридів целюлози, геміцелюлози, пектинових речовин та лігніну і неструктурних полісахаридів, які зустрічаються у натуральному вигляді у продуктах харчування (камеді, слизи) та використовуються як харчові добавки.

Усі біохімічні реакції утворення складних вуглеводів — оліго- та полісахаридів потребують наявності метаболічно активних форм моносахаридів, у ролі яких виступають сполучені з цукрами нуклеотиди.

Біосинтез вуглеводів посідає важливе місце серед анаболічних реакцій. Більшість вуглеводів, зокрема глюкозу, автотрофні організми синтезують з неорганічних сполук. У клітинах гетеротрофних організмів вуглеводи утворюються в обмеженій кількості з інших органічних сполук, зокрема продуктів розщеплення білків і ліпідів. Полісахариди в усіх організмах синтезуються в результаті ферментативних реакцій з моносахаридів.

Біосинтез вуглеводів у гетеротрофних організмів відбувається:*синтез глікогену (з глюкози в печінці);*глюконеогенез: синтез вуглеводів із продуктів їх розкладу і сполук не вуглеводної природи (молочна та піровиноградна кислоти, гліцерин, амінокислоти, ацетил-Ко. А).

{5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Етап. Місце. Процеси. Підготовчий. Шлунково-кишковий тракт, у цитоплазмі клітин. Органічні макромолекули за участю ферментів розпадаються на дрібні молекули:білки – амінокислотивуглеводи – глюкозажири – гліцерин + жирні кислоти. Енергія розсіюється у вигляді тепла. Безкисневий (анаеробний, гліколіз, неповне розщеплення)На внутрішньоклітинних мембранах гіалоплазми. Гліколіз: C6 H12 O6 + 2 Ф + 2 АДФ ф ерменти → 2 С3 Н603 + 2 H2 O + 2 АТФЗ глюкози утворюється піровиноградна кислота. Спиртове бродіння: C6 H12 O6 → 2 C2 H5 OH + 2 CO2 ОБМІН ВУГЛЕВОДІВЕнергетичний обмін вуглеводів 

{5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Кисневий (аеробний, тканинне дихання)У матриксі мітохондрій. Цикл Кребса: суть перетворень полягає у ступінчастому декарбоксилюванні й дегідруванні піровиноградної кислоти, під час яких утворюються АТФ, НАДН і ФАДН2. У подальших реакціях багаті на енергію НАДН і ФАДН2 передають свої електрони в електронно-транспортний ланцюг, що являє собою мультиферментний комплекс внутрішньої поверхні мітохондріальних мембран. Унаслідок пересування електрона по ланцюгу переносників утворюється АТФ.2 С3 H 6 O3 + 6 О2 + 36 Ф + 36 АДФ ферменти → 6 CO2 + 42 H2 O + 36 АТФСумарне рівняння енергетичного обміну: C6 H12 O6 + 6 O2 + 38 АДФ + 38 Ф – 6 CO2 + 42 H2 O + 38 АТФ

Молочна кислота, яка утворюється в м’язах, кров’ю транспортуєься в печінку, а глюкоза з печінки переноситься кров’ю в скелетні м’язи, де вона може витрачатися на утворення енергії (тепла) або перетворюватися в глікоген. Така міжорганна кооперація в обміні вуглеводів отримала назву – цикл Корі: Печінка ——→ Кров —→ М‘яз ↔ Глікоген Глюкоза —→ Глюкоза —→ Глюкоза ↓ ↓ ↓ М О Л О Ч Н А К И С Л О Т А

Гормональна регуляція глюконеогенезу — здійснюється за участю глюкагону, адреналіну (епінефрину), глюкокортикоїдних гормонів кори надниркових залоз та інсуліну. Глюкагон, адреналін та глюкокортикоїди підвищують швидкості синтезу в гепатоцитах шунтових ферментів глюконеогенезу — ФЕП-кінази, Фр-1,6- дифосфатази, Г-6-Ф-ази. Інсулін пригнічує синтез зазначених глюконеогенних ферментів, що гальмує активність процесу глюконеогенезу

Гормональна регуляція метаболізму глікогену Участь гормонів у регуляції глікогенолізу та глікогенезу в м’язах та печінці може бути підсумована таким чином:

1: РНК полімераза, 2: репресор, 3: промотор, 4: оператор, 5: лактоза, 6: lac. Z, 7: lac. Y, 8: lac. A. Верх: Експресія гену вимкнена. За відсутності лактози репресор має таку комформацію, що міцно зв'язується з ДНК і блокує транскрипцію РНК полімеразою. Внизу: Експресія гену ввімкнена. Лактоза зв'язується з репресором, через що його конформація змінюється і він розблоковує можливість транскрипції РНК-полімеразою і трансляції генів, що відповідають за метаболізм лактози. Як результат, експресія цих генів буде вимкнена, як тільки концентрація лактози в середовищі зменшиться. Регуляція експресії генів на рівні транскрипції

Фотосинтез — процес утворення органічних сполук з неорганічних завдяки перетворенню світлової енергії на енергію хімічних зв’язків синтезованих вуглеводів. Фотосинтез відбувається у дві фази — світлову (світлозалежні реакції перебігають за наявності світла) і темнову (світлонезалежні реакції). Він поєднує реакції катаболізму (синтез молекул АТФ під час світлозалежних реакцій) та анаболізму (синтез глюкози з використанням цієї енергії).

{5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Фази. Місце. Процеси. Світлова фаза. На мембранах тилакоїдів хлоропластів. Фотосинтезуючі пігменти поглинають енергію світла, що приводить до «збудження» одного з електронів молекули пігменту, який за допомогою молекул-переносників переміщується на зовнішню поверхню мембрани тилакоїдів. Відбувається фотоліз води: H2 O ^ H+ + OH-. Йони H+ перетворюються на Гідроген, який використовується у реакціях фотосинтезу: H+ + e → H . Гідроксильні йони, взаємодіючи між собою, утворюють кисень, воду й вільні електрони:4 OH →  2 H2 O + O2 + 4 e . Електрони через ряд проміжних речовин передають енергію для відновлення НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат), який приєднує два атоми Гідрогену й перетворюється на НАДФ+Частина енергії електронів перетворюється на енергію АТФ: АДФ + Ф + Q → АТФБіосинтез вуглеводів у автротрофних організмів відбувається

{5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Темнова фаза (світло не потрібне)У стромі хлоропластів. За наявністю CO2, енергії АТФ та сполук, що утворилися у світлових реакціях, відбувається приєднання Гідрогену до CO2, який надходить до хлоропластів із зовнішнього середовища. Через ряд послідовних реакцій (цикл Кальвіна) за участю специфічних ферментів утворюються різноманітні сполуки, основними з яких є вуглеводи. У процесі цикла Кальвіна відбувається фіксація атома Карбону CO2 для побудови глюкози (C6 H12 O6) з рибульозо-1,5- дифосфату (C5 H8 O5 P2). Для синтезу 1 молекули глюкози в циклі Кальвіна необхідно 12 молекул НАДФН і 18 молекул АТФ, що утворюються в результаті фотохімічних реакцій фотосинтезу. Енергія для синтезу вуглеводів утворюється внаслідок розщеплення молекул АТФ, синтезованих під час проходження електронів по компонентах ФС1 і ФС2. Утворена в процесі циклу Кальвіна глюкоза може потім розщеплюватися до пирувата, надходити в цикл Кребса. Сумарне рівняння фотосинтезу: 6 CO2 + 6 H2 O +ен е ргія → C6 H12 O6 + 602

Фотосинтез ґрунтується на послідовності окисно-відновних реакцій, пов’язаних з утворенням вуглеводів з неорганічних сполук і виділенням в атмосферу молекулярного кисню (за винятком фотосинтезуючих зелених і пурпурних бактерій). Він поєднує у собі два протилежні процеси — акумуляцію енергії сонячного світла у вигляді макроергічних зв’язків (енергетичний обмін) та незалежну від світла фіксацію СО2 з подальшим синтезом органічних сполук, для чого використовується ця енергія (мал. 21.2). Мал. 21.2. Світлозалежні реакції фотосинтезу на внутрішній мембрані тилакоїду: червоними стрілками позначено транспорт атомів Гідрогену, синіми — електронів: а — фотосистема ІІ (PSII); б — фотосистема І (PSI); в — АТФ-синтетаза; г — мембрана тилакоїду

Порушення вуглеводного обміну спостерігається при надмірному вживанні вуглеводів – значна їх частина перетворюється в жири, з яких при нестачі інсуліну (при діабеті) синтезується кетонові тіла, зокрема ацетооцтова кислота.

 при порушенні внутрішньо-секреторної діяльності підшлункової залози наступає захворювання, відоме під назвою цукрової хвороби або цукрового діабету. При цьому захворюванні рівень цукру в крові підвищується, печінка втрачає здатність помітно утримувати цукор, і починається посилене виділення цукру з сечею.

отже, обмін вуглеводів – складний нейрохімічний процес. Вуглеводний обмін, як і інші види обміну речовин, – два взаємозв’язаних процеси: синтез – анаболізм та розщеплення – катаболізм. Регулюється вуглеводний обмін гормонами та центральною нервовою системою