Презентация на тему "Обмен веществ"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Обмен веществ

  Лекция 8

• 
  Слайд 2

  План

  Биоэнергетика. Высокоэнергетические соединения. Дыхательная цепь, энергетический баланс аэробного распада углеводов. Алимова Фарида Кашифовна 2

• 
  Слайд 3
  

  Структура клетки и ее отдельные органеллы, обеспечивающиеклеточный метаболизм

  Алимова Фарида Кашифовна 3

• 
  Слайд 4
  

  Катаболизм – это процесс расщепления сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Катаболические процессы сопровождаются освобождением свободной энергии. Эта энергия запасается в молекулах АТФ (аденозинтрифосфата) и частично в богатых энергией водородных атомах кофермента НАДФН2 -никотинамидадениндинуклеотидфосфата, находящегося в восстановленной форме. Анаболизм (ассимиляция) или биосинтез происходит одновременно с катаболизмом, при котором из малых молекул-предшественников синтезируются белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулярные компоненты клетки, причем этот процесс требует затраты энергии. Источником энергии являются макроэргические молекулы АТФ, которые распадаются до АДФ и неорганического фосфата, а также НАДФН2 Алимова Фарида Кашифовна 4

• 
  Слайд 5
  

  Алимова Фарида Кашифовна 5

• 
  Слайд 6

  Упрощенное изображение энергетического метаболизма клеток

  Алимова Фарида Кашифовна 6

• 
  Слайд 7

  Взаимосвязь между катаболизмом и анаболизмом

  анаболизм катаболизм энергия макромолекулы Молекулы предшественники Алимова Фарида Кашифовна 7

• 
  Слайд 8

  Источники энергии

  Организм человека получает энергию из внешней среды с растительной и животной пищей Первичным источником энергии для всех живых организмов является энергия Солнца. Солнечная энергия накапливается зелеными растениями в органических веществах в процессе их фотосинтеза. Зеленый пигмент растений хлорофилл способен аккумулировать кванты энергии солнечного света (hv) при синтезе органических веществ из углекислого газа и воды. уравнение фотосинтеза молекулы глюкозы имеет вид 6CO2+6H2O _____hv___________ C6H12O6+6O2 Хлорофилл Алимова Фарида Кашифовна 8

• 
  Слайд 9
  

  При обмене веществ в организме человека протекают окислительно-восстановительные реакции. окисление вещества - отдача электронов окисляемым веществом (донором электронов), восстановление — присоединение электронов к какому-то веществу (акцептору электронов). Алимова Фарида Кашифовна 9

• 
  Слайд 10

  Свободная энергия и законы термодинамики

  Живые организмы с точки зрения термодинамики – открытые системы, то есть между системой и окружающей средой возможен обмен энергии. Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии: общая энергия системы и окружающей среды – величина постоянная. Второй закон гласит: все физические и химические процессы в системе стремятся к необратимому переходу полезной энергии в хаотическую, неуправляемую форму. Мерой перехода или неупорядоченности системы служит величина, называемая энтропией (S). Алимова Фарида Кашифовна 10

• 
  Слайд 11
  

  В организме животных энергия химических связей органических веществ извлекается только в процессе их катаболического распада и окисления. При этом высвобождается свободная энергия. Свободная энергия та часть химической энергии питательных веществ, которая в организме может использоваться для выполнения полезной работы при постоянной температуре и постоянном давлении. Свободная энергия аккумулируется в химических связях высокоэнергетических (макроэргических) соединений, в основном в молекулах АТФ. Только энергия макроэргических соединений может использоваться клетками для обеспечения многих ее функций. Эта энергия способна превращаться в другие формы энергии. Алимова Фарида Кашифовна 11

• 
  Слайд 12
  

  В живых организмах существует целая группа органических фосфатов, гидролиз которых приводит к освобождению большого количества свободной энергии. К высокоэнергетическим относят вещества, имеющие химические связи, при гидролизе которых выделяется более 21 кДж/моль свободной энергии. Такие химические связи, как и сами вещества, еще называют макроэргическими. Алимова Фарида Кашифовна 12

• 
  Слайд 13
  

  Значения стандартной свободной энергии реакции гидролиза ряда высокоэнергетических соединений

  Алимова Фарида Кашифовна 13

• 
  Слайд 14
  

  АТФ – молекула, богатая энергией, поскольку содержит две фосфоангидридные связи.

  Алимова Фарида Кашифовна 14

• 
  Слайд 15
  

  АДФ выполняет роль универсального акцептора высокоэнергетического фосфата и используется для образования АТФ. Аденозинтрифосфорная кислота находится в середине шкалы — между веществами с высокими и низкими значениями ∆G0. Свободная энергия реакции гидролиза АТФ составляет 30—32 кДж/моль. Молекула АТФ может переносить свой фосфат на вещества с более низким значением ∆G°, например на глюкозу Алимова Фарида Кашифовна 15

• 
  Слайд 16
  

  АТФ + Н20 =АДФ + Н3РО4; ∆G0 = -30,4 кДж/моль. Катализируют эту реакцию специфические ферменты аденозинтрифосфатазы — (АТФазы). Гидролиз АТФ может протекать с образованием АМФ и пирофосфорной кислоты: АТФ + Н2О→АМФ + Н4Р207; ∆G° = -32,2 кДж/моль. Алимова Фарида Кашифовна 16

• 
  Слайд 17

  Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы

  Алимова Фарида Кашифовна 17

• 
  Слайд 18

  Основные этапы обмена веществ

  1.пищеварение – процесс механической и химической обработки составных частей пищи в пищеварительных органах – распад углеводов до моносахаридов, белков – до аминокислот, липидов – до глицерина и жирных кислот и всасывание(выделяется 0,6% энергии углеводов, 1% липидов). 2.промежуточный обмен. Тканевой обмен включает распад питательных веществ, образование различных промежуточных соединений и конечных продуктов обмена.(при окислении СНз-СО-КоА до ацетил-КоА: выделяется 1/3, при окислении СНзСО-S-KoA до CO2 и H2O – 2/3 энергии). 3. образование и выделение конечных продуктов обмена из организма. В итоге 40% энергии превращается в теплоту, а 60% используется для синтеза АТФ. Алимова Фарида Кашифовна 18

• 
  Слайд 19

  Дыхательный коэффициент (ДК)- общая характеристика обмена веществ

  учитывают количество кислорода, поглощаемого за определенный отрезок времени и количество углекислоты, выделяемое за это время ДК = СО2/О2. Дыхательный коэффициент для углеводов равен 1,0. Так, при окислении 1 молекулы глюкозы затрачивается 6 молекул кислорода и образуется 6 молекул углекислоты: C6H12O6 + 6O2 => 6CO2 + 6H2O Алимова Фарида Кашифовна 19

• 
  Слайд 20
  

  Под окислением понимают все химические реакции, в основе которых лежит отдача электронов и увеличение положительных валентностей. Если одно вещество окисляется, то другое – восстанавливается, т.е. присоединяет электроны. Окислительно-восстановительные реакции – это перенос электронов, иногда и протонов Биологическое окисление– это окислительно-восстановительные реакции, происходящие в клетках с участием ферментов, являющиеся источником энергии в организме. Окисление в тканях может происходить: а) присоединением кислорода; б) потерей или отнятием от водорода электрона. Алимова Фарида Кашифовна 20

• 
  Слайд 21
  

  Окисление в дыхательной цепи – это ферментативный перенос электронов от субстрата к кислороду по дыхательной цепи. Ферменты тканевого дыхания находятся в митохондриях, они строго упорядочены, обеспечивают передачу электронов и ротонов от субстрата до кислорода. Алимова Фарида Кашифовна 21

• 
  Слайд 22

  Различают четыре группы ферментов, участвующих в окислении:

  пиридинзависимые дегидрогеназы -Коферментами их являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД+) и никотинамид-адениндинуклеотидфосфат (НАДФ+). -Активной группой НАД является витамин В5 – амид никотиновой кислоты, флавиновые ферменты -Коферментом их является флавинадениндинуклеотид (ФАД) и флавинмононуклеотид (ФМН). активной группой является витамин B2 убихинон (кофермент Q); цитохромная система-цитохромоксидазы - хромопротеиды содержат железо, способное изменять свою валентность Fe2+ ↔ Fe 3+. . Алимова Фарида Кашифовна 22

• 
  Слайд 23
  

  ферменты находятся в строгой последовательности в фиксированном состоянии на внутренней мембране митохондрий, их называют метаболонами Энергия, высвобождающаяся в дыхательной цепи, аккумулируется в макроэргических соединениях АТФ. Алимова Фарида Кашифовна 23

• 
  Слайд 24

  Митохондриальная цепь переноса электронов

  Алимова Фарида Кашифовна 24

• 
  Слайд 25

  Структурные формулы рабочей части коферментов NAD+ и NADP+

  Алимова Фарида Кашифовна 25

• 
  Слайд 26

  Структурные формулы рабочей части коферментов FAD и FMN

  Алимова Фарида Кашифовна 26

• 
  Слайд 27

  Структура убихинона

  Алимова Фарида Кашифовна 27

• 
  Слайд 28

  Компоненты митохондриальной цепи переноса электронов

  Алимова Фарида Кашифовна 28

• 
  Слайд 29
  

  1 – NADH-дегидрогеназа, II – сукцинат дегидрогеназа, III - QH2-дегидрогеназа, IV – цитохромоксидаза, V – АТФ-синтаза

  Сопряжение дыхания и синтеза АТФ в митохондриях Алимова Фарида Кашифовна 29

• 
  Слайд 30
  

  Сопряжение переноса электронов через дыхательный комплекс III с транспортом Н+ через мембрану

  Алимова Фарида Кашифовна 30

• 
  Слайд 31
  

  Этапыферментативного расщепления белков, углеводов, липидов (катаболизм) 1. полисахариды распадаются до моносахаридов, жиры – до жирных кислот, глицерина и других компонентов, а белки – до аминокислот. 2. гексозы, пентозы и глицерин расщепляются до пировиноградной кислоты (пируват), затем до активированной уксусной кислоты –ацетил-коэнзима А. Жирные кислоты и большинство аминокислот расщепляются с образованием ацетил-КоА. 3. ацетил-КоА вступает в цикл лимонной кислоты, где происходит его окисление до CO2 и H2O. Алимова Фарида Кашифовна 31

• 
  Слайд 32

  Окислительное фосфорилирование

  Алимова Фарида Кашифовна 32

• 
  Слайд 33
  

  В дыхательной цепи при переносе каждой пары электронов на 1 атом кислорода образуется 3 молекулы АТФ, то есть отношение фосфора к кислороду равно трем: P / О = 3. Синтез молекулы АТФ происходит в определенных участках дыхательной цепи. На каждом этапе синтеза АТФ аккумулируется 8 ккал на каждую грамм-молекулу образовавшейся АТФ. Алимова Фарида Кашифовна 33

• 
  Слайд 34

  Обмен углеводов

  Функции углеводов заключаются в том, что они служат источником энергии, за счет их окисления обеспечивается около половины всей потребности животного в энергии, при этом главная роль принадлежит глюкозе и гликогену. Алимова Фарида Кашифовна 34

• 
  Слайд 35
  

  Общая схема метаболизма глюкозы: 1 - запасание углеводов в виде гликогена; 2 - мобилизация гликогена; 3 - 6 - анаболические превращения глюкозы; 7 - катаболизм глюкозы. Алимова Фарида Кашифовна 35

• 
  Слайд 36
  

  Глюкоза выполняет роль связывающего звена между энергетическими и пластическими функциями углеводов Алимова Фарида Кашифовна 36

• 
  Слайд 37
  

  Алимова Фарида Кашифовна 37

• 
  Слайд 38
  

  Алимова Фарида Кашифовна 38

• 
  Слайд 39

  Подготовительная стадия

  Алимова Фарида Кашифовна 39

• 
  Слайд 40

  Возвратная стадия

  Алимова Фарида Кашифовна 40

• 
  Слайд 41

  Катаболизм глюкозы

  Расщепление глюкозы в тканях происходит аэробно – с участием кислорода Окисление глюкозы без доступа кислорода – анаэробное превращение, которое начинается с гликогена и заканчивается образованием молочной кислоты называется гликогенолизом. Если этот процесс начинается с глюкозы, то называетсягликолизом. Алимова Фарида Кашифовна 41

• 
  Слайд 42

  Гликолиз1 этап (1-4 стадии).1.1.фосфорилирование

  Глюкоза Глюкозо-6-фосфат Алимова Фарида Кашифовна 42

• 
  Слайд 43
  

  Фосфорилирование осуществляет фермент фосфогексокиназа. глюкоза способна проходить через клеточные мембраны глюкозо-6-фосфат не может проходить через клеточные мембраны, в результате фосфорилирования глюкозы она «запирается в клетке» Алимова Фарида Кашифовна 43

• 
  Слайд 44

  1.2 . Образование фруктозо-1,6-ди-фосфата

  с участием АТФ и фосфофруктокиназы Фруктозо - 6 - фосфат Фруктозо -.1,6- дифосфат Алимова Фарида Кашифовна 44

• 
  Слайд 45

  1.3. Расщепление на 2 фосфотриозы (альдолаза)

  Фруктозо-1,6-дифосфатДиоксиацетон- Глицеральдегид фосфат - 3- фосфат Алимова Фарида Кашифовна 45

• 
  Слайд 46
  

  1.4. Превращение в 3-фосфоглицериновый альдегид (триозофосфотизомераза)

  Диоксиацетонфосфат Глицеральдегид-3-фосфат Алимова Фарида Кашифовна 46

• 
  Слайд 47
  

  2 этап - окисление3-фосфоглицеринового альдегида до пировиноградной кислоты (ПВК) Алимова Фарида Кашифовна 47

• 
  Слайд 48
  

  2.1. образование 1,3-дифосфоглицериновой кислотыс участием глицеральдегиддигидрогеназы и НАД

  D-глицеральдегид- 1,3-дифосфоглицериновая 3-фосфат кислота Алимова Фарида Кашифовна 48

• 
  Слайд 49
  

  Алимова Фарида Кашифовна 49

• 
  Слайд 50
  

  2.2. Перенос остатка фосфорной кислоты с 1,3-дифосфоглицериновой кислоты на АДФ (фосфоглицераткиназа), с образованием АТФ :

  1,3-дифосфоглицериновая 3-фосфоглицериновая кислота кислота Алимова Фарида Кашифовна 50

• 
  Слайд 51
  

  Алимова Фарида Кашифовна 51

• 
  Слайд 52
  

  2.3. Превращение 3-фосфоглицериновой кислоты (фосфоглицеромутаза) в 2-фосфоглицериновую кислоту

  3-фосфоглицериновая 2-фосфоглицериновая кислота кислота Алимова Фарида Кашифовна 52

• 
  Слайд 53
  

  2.4. Дегидрирование 2-фосфоглицериновой кислоты (енолгидратаза), с образованием енольной формы 2-фосфопировиноградной кислоты, с макроэргической фосфатной связью

  2-фосфоглицериновая 2-фосфоенолпировиноградная кислота кислота Алимова Фарида Кашифовна 53

• 
  Слайд 54
  

  2.5. Субстратное фосфорилирование. Превращение енольной формы ПВК в кетоформу пирувата ( пируваткиназа) с передачей макроэргической связи на АДФ и синтезом АТФ :

  Фосфоенолпировиноградная Пировиноградная кислота кислота Алимова Фарида Кашифовна 54

• 
  Слайд 55
  

  2.6. При недостатке кислорода ПВК (лактатдегидрогеназа) с участием НАДН2 превращается в молочную кислоту, которая является конечным продуктом анаэробного расщепления глюкозы в животных тканях:

  Пируват (ПВК) Лактат (молочная кислота) Алимова Фарида Кашифовна 55

• 
  Слайд 56

  Гликолиз

  При гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы молочной кислоты и синтезируется 4 молекулы АТФ, из них 2 молекулы расходуется на фосфорилирование глюкозы (образование глюкозы 6-фосфата) и фруктозы-6-фосфата (образование фруктозы 1,6-дифосфата). Суммарную реакцию гликолиза можно записать в виде следующего уравнения: C6H12O6 + 2АДФ + 2Фнеорг. 2C3H6O3 + 2 АТФ Алимова Фарида Кашифовна 56

• 
  Слайд 57
  

  Глюкоза глюкозо- 6-фосфат фруктозо-6-фосфат фруктозо- 1,6-фосфат Алимова Фарида Кашифовна 57

• 
  Слайд 58

  Этапы гликолиза

  Алимова Фарида Кашифовна 58

• 
  Слайд 59
  

  Молочнокислое брожение отличается от гликолиза тем, что при этом в качестве конечного продукта распада образуется две молекулы молочной кислоты. Обычно брожением называют микробиологическое, а гликолизомтканевое окисление глюкозы без доступа кислорода. Алимова Фарида Кашифовна 59

• 
  Слайд 60
  

  Аэробный путь распада глюкозы является основной формой ее катаболизма. Десять ферментов, катализирующих распад глюкозы до пировиноградной кислоты, локализованы в цитозоле, все остальные – в митохондриях. Пировиноградная кислота, образованная в цитозоле, проходит через мембраны митохондрий с помощью малатного челночного механизма и подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием активированной уксусной кислоты (ацетил-КоА). Алимова Фарида Кашифовна 60

• 
  Слайд 61
  

  Окислительное декарбоксилирование с образованием активированной уксусной кислоты (ацетил-КоА)

  ПВК ацетил~SКоА Алимова Фарида Кашифовна 61

• 
  Слайд 62

  ацетил~SКоА --промежуточный метаболит углеводов, белков и липидов

  Алимова Фарида Кашифовна 62

• 
  Слайд 63

  Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

  окисление активированной уксусной кислоты (ацетил~SКоА) до конечных продуктов – углекислоты, воды и энергии. Реакции цикла трикарбоновых кислот происходят во внутренних отсеках митохондрий, то есть на внутренней мембране. Алимова Фарида Кашифовна 63

• 
  Слайд 64

  Цикл Кребса

  Дегидрирование ди- и трикарбоновых кислот тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование в этих реакциях участвуют ферменты дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования. Алимова Фарида Кашифовна 64

• 
  Слайд 65
  

  Алимова Фарида Кашифовна 65

• 
  Слайд 66
  

  1.Образование лимонной кислоты происходит с участием щавелевоуксусной кислоты и ацетил-SKoA. В результате образуется лимонная кислота под действием цитратсинтетазы, a HS-KoA освобождается.

  Алимова Фарида Кашифовна 66

• 
  Слайд 67

  Превращение лимонной кислоты в изолимонную происходит (аконитаза)

  Цитрат цис – Аконитат Изоцитрат Алимова Фарида Кашифовна 67