fermentacijos biochemija

KAUNO KOLEGIJA

TECHNOLOGIJŲ FAKULTETAS MAISTO PRAMONĖS TECHNOLOGIJŲ IR ĮRENGINIŲ KATEDRA

Technologinių procesų chemijos kursinis darbas RŪGIMO BIOCHEMIJA

Darbą atliko: 2TF gr studentas T.Orlauskas

Priėmė: A.Sugintienė

KAUNAS 2004

Fermentacijos biochemija

Medžiagų apykaitos įvairovė mielėse

Mielės gali augti aerobiškai arba anaerobiškai. Pradinėje padėtyje ląstelėskvėpuoja o vėliau rūgsta. Vien tik rūgimo mielės naudojamos alaus gamyboje.Pasteras apibūdino rūgimą kaip “gyvenimą be oro” ir mielių augimui alausrūgimo procese yra geras apibūdinimas. Rūgimas iš vis negali būti atskiriamas nuo mielių augimo proceso kurispadidina ląstelių kiekį ir jų dydį (dėl mielių pumpuravimosi). Augimuisukelti reikia maistinės terpės. Maistinių medžiagų trūkumas paskatinaneužbaigtą ir nepakankamą rūgimą

Mielių maistinės medžiagos

Alaus mielėms nuolat reikia anglies šaltinio, azoto, kai kurių vitaminų,mikroelementų ir prie normalių sąlygų nedidelio kiekio molekuliniodeguonies. Tai yra tiekiama iš rūgstančio cukraus (dažniausiai maltozė),amino rūgščių, B vitaminų iš salyklo, mikroelementai iš salyklo ir vandens(dažniausiai tai yra kalcio, magnio, cinko, fosfatų ir sulfatų jonai).Molekulinis deguonis aprūpinamas tiesiogiai aludario baigiantis rūgimui.Mielėm maistą naudojant papildomai rauginama misa kai kuriose daryklosenaudojamas mielių ekstraktas(vitaminams), amonio vandeniliniam fosfatui ircinko sulfatui. Paveiksliukas parodo supaprastintą rauginimo vaizdą.Sudėtos į misą mielės naudoja maisto medžiagas kad suteiktų energijos (ATP)ir darytų alkoholį ir anglies dvideginį (CO2). Tai gaminama paverčiantgalią (nikotinamido adenin dinukleotid fosfatas, NADPH ) naujų mieliųkiekio sintezėje. Maistas taip pat tiesiogiai įsisavinamas į naujų ląsteliųsudedamąją dalį arba naudojamas gaminant tarpinius šio proceso junginius.Energijos gaminimasis ir energijos panaudojimas yra glaudžiai susiję. Be tošie procesai paskatina sintezę ir didelį kiekį šalutinių medžiagų apykaitos

produktų išsiskyrimą į misą, daugelis jų gamina charakteringas skonines iraromatines medžiagas.

Medžiagų apykaitos procesas pagrindinė charakteristika

Teisingiausia apibūdinti metabolizmą kaip grandinę (grupę) biocheminiųreakcijų kurios užsibaigia pačios savaime. Kaip bebūtų (ryšių) be reakcijųtaip pat nebus. Kai kurios reakcijos vyksta atskirai nuo kitų. Biocheminės reakcijos atpažįstamos kaip grandinė reakcijų kurios veikiantfermentams vienas reakcijos produktas pereina į kitos reakcijos substratą.Šios reakcijos kurių pagrindinė paskirtis yra gaminti energiją vykstantoksidacijai substrate. Oksidacija paprastai pasiekiama (užbaigiama)persikeliant hidrido jonui fermento kofaktorių (nikotinamid adeninnukleotidą NAD+). Taigi NAD+, oksiduota kofaktorio forma paverčiama į NADHredukuotą formą. Šios oksidacijos- redukcijos reakcijos yra veikiamosdehidrinančių fermentų. Oksidacijos išlaisvina (išskiria) energiją(dažniausiai stebimi ne fermentiniai pavyzdžiai yra šilumą išskiriantys išdegančio suakmenėjusio kuro (anglis). Metabolizmo procese oksidacija yraatsargiai kontroliuojama, taigi kai kuri energija išsiskiria ir yraišsaugoma ląstelėse adenozin trifosfato ATP forma reakciaADP+ neorganinis fosfatas(Fn) ATPSuvartojama energija ir atsiranda didesnis jos kiekis dėl metabolizmo.Atvirkštinėje reakcijoje (ATP hidrolizėje) išsiskiria energija kuri galibūti panaudojama susintetinant naujus produktus.Energijos pernešimo reakcijos nėra 100% veiksmingos, rūgimo energija (šilumos forma) dažniausiai išsisklaido. Tai šilumos išsiskyrimo šaltinisdėl rūgimo misoje. Tipinėje misoje, pakanka rūgimo šilumos gaminamoskeliant temperatūrą pakankamai įšildomas ir indas kartais iki 17(. Alausvirino fermentacijoje nėra gerai izoliuota šiluma; dėl to rūgimo metumetabolitinė šiluma turi(privalo) būti pakeičiama atšaldant,jei rūgimaskontroliuojamas. Didesni indai mažesnis paviršius palyginus su tūriu taipadeda sumažinti šilumą. Taigi didesniems indams reikia daugiau veiksmingosšaldymo sistemos nei mažesniems. Katabolitiniai procesai naudojamienergijos gamybai ir tarpinių produktų gamyboje biosintezėj. Anabolitiniai

procesai sunaudoja redukuotą jėgą ir energiją,tarpinius junginius susiejusšie procesai dar vadinami anaplerotinėmis reakcijomis,kurie papildomibiosintezės tarpiniais junginiais. Kai kurie procesai(glikolizė žiūrėtižemiau) turi centrinę (pagrindinę) padėtį ir sukelia abi funkcijas vadinamiamfiboliniais.Sekantis skyrius ir apibūdina metabolitinį procesą naudojant alausrauginimo mieles alaus gamyboje. Kai kurie skyriai bus skirti paaiškinimuipagrindinių procesų. Ši daugiau detalizuota informacija apie pagrindiniusmedžiagų apykaitos(metabolizmo) procesus turėtų būti kiekvienoje moderniojebiochemijos knygoje.

MISOS CUKRŲ METABOLIZMAS

ATP gamyba ir alkoholio bei CO2 formavimasis

Fermentuojami cukrųs alaus misoje yra maltozė(salyklo cukrus), maltotriozė,mažesni kiekiai sacharozės, gliukozės ir fruktozės. Trisacharidasmaltotriozė ir disacharidas maltozė transportuojami į ląstelę irhidrolizinami įgliukozę. Sacharozė hidrolizinama ląstelės išorėje į jossudedamąsias dalis gliukozę ir fruktozę. Gliukozė ir fruktozėtransportuojamos į ląstelės vidų (pav 2). Fermentas invertazė atsakingas užsacharozės hidrolizę,yra išoriniame ląstelės sienelės sluoksnyje. Kartaisfermentai patenka į alų. Kaip ir kiti fermentai, taip ir šis yrainaktyvuojamas šilumos.Verdant tiriame ar veiksmingas buvo paterizavimas, bet koks invertazėsaktyvumas % po pasterizacijos parodo kad nepakankamas šilumos kiekis buvoduotas. Testas kuris parodo fermento aktyvumą užima tik kelias minutes.Ląstelių vidaus gliukozė fosforilinama naudojant ATP ir fermentąheksokinazę į gliukozės-6-fosfatą. Ši fosforilizacija labai svarbi,nes vienfosforilinti mišiniai gali būti veikiami vėlesnių fermentų. Gliukozėsmetabolizmas tęsiasi glikolizės keitimosi proceso metu (embdeno-majerhofo-parnaso arba EMP proceso metu). Yra 10 fermentų kurie dalyvauja šio procesometu,kurie oksiduoja 6anglies cukrus I 2 piruvato molekules. Procesopabaigoje gaunama nauda- 2 molekulės ATP ir 2 NADH molekulės.Procesas pavaizduotas žemiau. Gliukozės-6-fosfatas, pagamintas heksokinazėsiš misos gliukozės, fermento fosfogliukoizomerazės veikiamas paverčiamas įjos izomerą fruktozės-6-fosfatą.

Fruktozės-6-fosfatas( susiformavęs dėl heksokinazės iš misos fruktozės)fosforilinamas kad gautume fruktozės 1,6-difosfatą. Hidrolizinama fermentualdolaze ir gauname trikarbon fosfatus (gliceraldehid-3-fosfatą ir 3-fosfogliceroną dar žinomą kaip dihidroaceton fosfatas). Reakcijosprivalumai-vėlesnė produkcija ,bet tai yra izomerizuojamas dėl triozėfosfatizomerazės.

[pic]

[pic][pic]glicerolio aldehido 3- fosfatas oksiduojamas reakcijoje tarpininkaujantdehidrogenazei su NAD+-kofaktorius ir sukelia fosfato prisijungimąsubstrate. 1,3 difosfogliceratas (3-fosfogliceroilfosfatas)yra šiosreakcijos produktas.fosfoesterio jungčių hidrolizė C-1 atomo,sudaroma dėlfosfogliceratkinazės kad gautume 3-fosfogliceratą išskiriantį didelį kiekįenergijos. Ši energija naudojama ATP sintezėje. Dabar jau 2 gliceraldehid 3-fosfato molekulės gautos iš kiekvienos gliukozės molekulės metabolizmometu, 2 ATP sunaudotos pačioje proceso pradžioje dabar efektyviaisusigrąžinama. Fermentas fosfogliceromutazė pakeičia 3-fosfogliceratą į 2-fosfogliceratą ir išskiriamas vanduo dėl fermento enolazės, gaunamefosfoenolpiruvatą. Anglies į fosforą (A-F) hidrolizė atliekamapiruvatkinazės, išsiskiria pakankamas kiekis energijos ATP sintezei. Visoproceso metu gauname papildomas 2 ATP molekules. Tai ir yra glikolizėsproceso pabaiga. Kaip bebūtų ląstelė išeikvoja(suvartoja) NAD+ tačiaupagamino NADH. Kofaktoriauis oksiduotos formos tiekimas yra ribotas ir turibūti regeneruojamas iš redukuotų formų. Jei tai nepadaroma tada energijosgavimo reakcijos baigiasi. Alaus mielėse NADH oksidacija pasiekiama kaikuriais kitais piruvato metabolizmo procesais. Naudojami 2 fermentaipiruvatdekarboksilazė ir alkoholdehidrogenazė. Pirmasis iš substratoatskiria CO2 ir duoda etanalį (acetaldehidą) ;antrasis naudodamas etanaliosubstratą, NADH kaip kofaktorių padaro etanolį (alkoholį) regeneruojantisNAD+. šie svarbūs katabolizmo produktai taip pat yra svarbiausios alaussudėtinės dalys. Etanolis pagamintas bedeguonėje terpėje duoda mielėmsapsaugą ir tuo skiriasi mielės iš natūralios aplinkos, nes alkoholis yradaugelio mikrobų inhibitorius.Glikolitinis procesas aptinkamas daugelyje gyvųjų organizmų. Kai kuriospieno rūgšties bakterijos naudoja šį proces regeneruojsi NAD+ redukuojant

piruvatą į pieno rūgštį. Fermentas naudojamas šiame procese –laktatdehidragenazė taip pat yra aktyvus dalyvaujant žmonių griaučiųraumenyse.

APSIRŪPINIMAS BIOSINTETINIAIS TARPINIAIS JUNGINIAIS IR NADPH

Glikolitinis procesas yra amfibolinis ir aprūpina svarbiausiaisbiosintetinių reakcijų tarpiniais produktais (ypač heksozėmis, trioziųfosfatais ir piruvatu). alaus mielės taip pat sintetina pentozes ( ypačribozes, nukleino rūgščių sintezei) iš gliukozės. Šie procesai gali vyktikaip parodyta paveikslėlyje. Pentozės fosfatas gali būti naudojamasgaminant fruktozės-6-fosfatą ir gliceraldehid-3-fosfatą kuris gali pradėtiglikolitinį procesą. Svarbiausi fermentai šiame procese yra transaldolazėir transketolazė. Yra galimybių, kad trūkstant svarbios gliukozės-6- fosfatdehidrogenazės aktyvumo, fruktozės-6-fosfatas ir gliceraldehid-3-fosfatasgaunami iš glikolizės yra pentozės fosfato pirmtakai visiško pasikeitimoreakcijų metu. Redukuota jėga NADPH formoje gali būti aprūpinta išgliukozės-6-fosfato oksidacijos į 6 fosfogliukoninę rūgštį, nors dar nėraaiški ši reakcija alaus mielėse augančiose anaerobiškai. Kita produktaigaunami iš piruvato. Acetil kofermentas A reikalingas lipidų(riebalų)sintezėje gaminamas piruvat dehidrogenazės metu ir taip pat gaminasi NADH.Citrinos r, izocitrinos r ir 2 oksalacetato sintezėje nukleo ir aminorūgščių sintezė vyksta iki kondensavimosi (tarpininkaujant kondensuojamiemsfermentams), dėl acetil kofermento A su oksalacetatu ir veikiantakonitazei ir izoctitrin dehidrogenazei. Šie fermentai vėliau generuojaNADPH. Oksalacetatas gamina obuolių rūgštį (malat dehidrogenazė); obuolių rduoda gintaro r (fumarasė) ir sukcinatą (sukcinikdehidrogenazę). Šioskarboksilinės rūgštys yra svarbūs produktai biosintezės reakcijoms,pagrindinėms aminų ir nukleotidų sintezėms. Gintaro ir sukcinatodehidrogenazės naudoja NAD kaip kofaktorių ir generuoja į NADH. Biochemijosstudentai turėtų atsiminti šį procesą kaip trikarboninių rūgščiųciklą(krebso ciklą arba citrinos rūgšties ciklą) fermentas 2-oksoglutaratdehidrogenazė (kuri pakeičia 2-oksoglutaratą į sukcinatą) dingsta.

Neabejotina, kai piruvatas naudojamas gaminti biosintetinius tarpiniusproduktus gaunamas NADH, glikolizėje ir krebso ciklo metu negali būtioksiduojamas naudojant acetaldehidą kaip vandenilio akceptorių. Todėlmielės naudoja vandenilio akceptorius pasiekti procesų pabaigai. Kai kuriosreakcijos turi svarbią reikšmę alaus skoniui. Pridedant kai kurių piruvato,2-oksalgintaro ir sukcinato (ir mažesniais kiekiais kitų rūgščių) yrapaslepiama ir prisideda prie alaus rūgštingumo. Anaplerotinės reakcijosOksalacetatas naudojamas gaminant daug biosintetinių tarpinių produktųreikalingų mielių augimui yra gaminamas anaplerotinėse reakcijose. Taiatliekama veikiant fermentui piruvat karboksilazei ir pridedant ATP kurispadidina piruvato karboksilaciją. Amino rūgščių metabolizmasMisos amino rūgščių metabolizmas vyksta 2 keliais. Pirmiausia jie turi būtipaimami į ląstelę ir susijungti į baltymus. Antra amino grupė gali būtipernešami į fermentą(transaminazę) ir likęs anglies atomas gali būtiišsaugomas arba naudojamas regeneruojant NAD+. Vėliau okso rūgštysgaminamos dėl transaminacijos yra dekarboksilinamos ir gauname CO2 iraldehidą. Tada aldehidas yra redukuojamas į alkoholį. Pagamintas alkoholistaip pat vadinamas aukštesniuoju alkoholiu (daugiau anglies atomų neietanolio) arba fuzeliu. Šie alkoholiai labai svarbūs skoniui. Aldehidaisusiformavę okso rūgščių dekarboksilinimosi metu taip pat gali išsiskirtidėl mielių ir įtakoto skonį. Molekulinio deguonies vaidmuo ir lipidų (riebalų) metabolizmasNaujų mielių ląstelių biosintezė dėl fermentacijos reikalinga lipidųsintezė. Šios makromolekulės yra dažniausiai aptinkamos kaip sudėtinėląstelių membranos dalis. Čia naudojami ir sotieji ir nesotieji riebalai.Taip pat visų eukariotų ląstelių membranas sudaro steroliai. Mieliųergosteroliai. Riebalų ir sterolių sintezė iš tikro prasideda su acetilkofermentu a, gaminant sočiojo ir nesočiojo acil kofermento a molekules irsterolius.Nesočiųjų molekulių ir sterolių biosintezė reikalinga oksidaciniameetape. Ši oksidacija pasiekiama mažėjant molekulinio deguonies,formuojantis vandens molekulėms.deguonis misoje tam ir naudojamas.

Skirtingos mielės išskiria skirtingus deguonies kiekius ir poreikiaiišskiriami fermentacijos laboratorijose išskiriant sočiąsias riebiasiasrūgštis ir sterolius iki vidurkio. Deguonies trūkumo rezultatai prastasrūgimas ir dažnas rezultatas-acetil kofermento A padaugėjimas ląstelėse. Šipermaina gali sukelti aukštesniųjų esterių kiekių gamybą aluje, tai ryškaiįtakoja skonio savybes. Reikiamo deguonies kiekio tiekimas laiduoja pastovųrūgimą.

ESTERIŲ SUSIDARYMAS

Reakcija tarp alkoholio ir acil kofermento A molekulės padaro esterius.Acil kofermento a molekulių šaltinis yra acetil kofermentas A( kuris gaminaacto esterį) ir dalyvauja riebalų sintezėje. Be pagrindinių alkoholiųmielėse yra etanolis svarbiausias esteris yra etil acetatas. Acetatas(etanoatas) esteris iš aukštesniųjų alkoholių yra paplitęs kaip ir etiloesteris su iš riebiųjų rūgščių ilgo grandinėlės.(kaproinės ir kaprilinės).Riebiosios rūgštys iš lipidų metabolizmo gali išsiskirti į alų ir įtakotiskonį.Daug kitų produktų ar mielių metabolizmo produktų įtakoja alaus skonį.Viena svarbi grupė įeinanti į alaus sudėtį –diketonai. Diacetilas (butan2,3 dionas)ir giminingi jam 2,3 dion (- ketobutiratas yra gaminami išmielių metabolizmo produktų kurie yra likę aluje. Pirminis diacetilošaltinis yra (-acetolactatas,o pentan 2,3 diono (-ketobutiratas. Šiosrūgštys gaunamos kaip šalutiniai amino rūgščių valino ir izoleucinometabolizmo produktai. Kartais aluje rūgštys spontaniškai pereinaoksidacinę karboksilaciją ir gauname diketonus. Abu diketonai turi daugaromatinių savybių ir yra nepageidaujami silpno kvapo aluje.Kiti svarbūs skonio komponentai sudaryti iš sieros kaip hidrogensulfidas(supuvusių kiaušinių kvapas). Šių medžiagų susidarymas susijęs susieros turinčių amino rūgščių ir sulfato jonų misoje metabolizmu. Kai kurie(kaip dimetil sulfidas) yra gaunami iš salyklo sudėties.Įvairių mažesnių metabolizmo produktų kiekis ir sudėtis gaminami mielių ir

tai priklauso nuo mielių genties. Tai svarbiausia todėl aludariai naudojapasirinktas rūšis fermentacijai ir labai jas prižiūri. Tačiau tos pačiosmielės skirtingoje misoje arba toje pačioje misoje po skirtingųfermentacijos sąlygų gali gaminti skirtingus produktus. Todėl aludariaisiekia išsaugoti rauginamųjų medžiagų kokybę ir proceso kokybę.Faktoriai turintys didelę reikšmę mažesniųjų metabolizmo produktų gamybaiiš duotų mielių yra misos sudėtis (ypač amino rūgščių kiekio ir sandaros),molekulinio deguonies buvimas, rūgimo temperatūra (aukšta temperatūra duodadaugiau šių produktų, nuo greičio per kurį mielės nusėda iš alaus.Atitinkamos kokybės alus gaunamas jei šie faktoriai atsargiaikontroliuojami.KrebsoCiklas Piruvato molekulės pagamintos glikolizės metu sudaro daug energijosgrandinių tarp jų molekulių. Šiai energijai naudoti ląstelės turi pakeistienergiją į ATP formą. Kad tai atlikti ,piruvato molekulės perdirbamoskrebso ciklo metu ,dar žinomo kaip citrinos rūgšties cikle.

1. pirmiausia prasidedant krebso ciklui , piruvatas turi būti pakeičiamas įacetil kofermentą A. tai pasiekiama pašalinant CO2 molekulę iš piruvato irtada perkeliant elektroną NAD+ redukavimui į NADH. Fermentas pavadintaskofermentu A sujungtas su likusiu acetilu ir gauname acetil KoA kuristiekiamas krebso cikle. Krebso ciklo dalys yra:2. citrinos rūgštis gaunam kai acetilo grupė iš acetil KoA susijungia suoksalacetato rūgštimi iš praėjusio krebso ciklo3. citrinos rūgštis paverčiama į jos izomerą izocitrinos rūgštį4. izocitrinos rūgštis oksiduojam kad gautume 5 –karbon (-ketoglutaratorūgštį. Šiuo metu išsiskiria viena CO2 molekulė ir redukuojasi NAD+ įNADH2+.5. (-ketoglutarato rūgštis oksiduojama į sukcinil KoA, gauname CO2 irNADH2+.6. sukcinil kofermentas A atpalaiduoja kofermentą Ą ir fosforilina ADP įATP.7. sukcinatas yra oksiduojamas į gintaro rūgštį, paverčiant FAD į FADH2.8. gintaro rūgštis hidrolizinama į obuolių rūgštį.

9. obuolių rūgštis oksidinam į oksal acetato rūgštį redukuojant NAD+ toNADH2+.Mes ir vėl sugrįžome prie proceso pradžios. Nes glikolizė gamina 2 piruvatomolekules iš vienos gliukozės molekulės taigi gliukozės krebso ciklo metudalyvauja dukart.kiekviena gliukozės molekulė duoda 6 NADH2+, 2FADH2, ir2ATP.GlikolizėPrieš gliukozę paverčiant ATP,ji suskaldoma į 2 piruvato molekules(jonizuota piruvo rūgšties forma) šis procesas žinomas kaip glikolizė.Glikolizė vyksta citoplazmoje ir vyksta esant deguoniui ir yra daugelioorganizmų pirminis energijos šaltinis. Šiam procesui vykstant suvartojama 2ATP molekulės ir pasigamina 4 ATP molekulės ir 2 NADH2+ molekulės.Glikolizė apibūdinama sekančiai :1. Gliukozės 6-fosfatas formuojasi kai 6šios gliukozės anglies molekulėsfosforilinamos ATP molekulių.2. Gliukozės 6-fosfatas paverčiamas į 5-anglies žiedo izomerą fruktozės 6-fosfatą.3. Fruktozės 6-fosfatas fosforilinamas kitos ATP formuoja fruktozės 1, 6-difosfatą.4. Fruktozės 1, 6-difosfatas veikiamas fermentų ir pasigamina 2gliceraldehid 3-fosfato molekulės.5. 2 gliceraldehid 3-fosfate molekulės oksiduojamos, prarandami hidrogenoatomai įgyjama fosfato grupė susiformuoja 1, 3-difosfogliceratas. 2 NAD+molekulės proceso metu pakeičiamos į NADH2+ .6. 2 1,3-difosfoglicerato molekulės fosforilina ADP ir gauname 2molekules 3-fosfoglicerato ir 2 ATP molekules.7. Fosfato grupės 3-fosfoglicerate pereina į antrinę anglį ir suformuoja 2-fosfogliceratą.8. 2 2-fosfoglicerato molekulės dehidratuojamos ir susidaro 2 didelėsenrgijos fosfoenolpiruvato molekulės.9. 2 fosfoenolpiruvato molekulės fosforilina 2 ADP ir pagamina dar 2 ATPir 2 molekules piruvato.Kai gliukozės molekulės perkeičiamos į 2 piruvato molekules, jos siunčiamosį krebso ciklą ,kad gauti dar daugiau energijos. Reakcijos vykstančios glikolizės metu|Rea|REAKCIJA |FERMENTAS |RŪŠ||kci| | |IS ||jos| | | ||nr | | | ||1 |Gliukozė+ATP gliukozės 6 |Heksokinazė |a || |fosfatas+ADP+H+ | | ||2 |Gliukozės 6- fosfatas fruktozės 6- fosfatas|Fosfogliukoz |c || | |izomerazė | ||3 |Fruktozės 6 fosfatas+ATP fruktozės 1,6 |fosfofruktokinazė|a || |difosfatas+ADP+H+ | | ||4 |fruktozės 1,6 difosfatas |Aldolazė |e || |dihidroksiacetonfosfatas+ gliceraldehid 3 | | || |fosfatas | | ||5 |Dihidroksiacetonfosfatas |Triozfosfat |c || |gliceraldehid 3 fosfatas |izomerazė | ||6 |Gliceraldehid 3 fosfatas +PI+NAD+ 1,3 |Gliceraldehi |f |

| |difosfogliceratas +NADH+ H+ |3-fosfat | || | |dehidrogenazė | ||7 |1,3 difosfogliceratas +ADP |Fosfoglicerat |a || |3-fosfogliceratas +ATP |kinazė | ||8 |3-fosfogliceratas 2-fosfogliceratas |Fosfoglicerat |b || | |mutazė | ||9 |2-fosfogliceratas |Enolazė |d || |fosfoenolpiruvatas +H2O | | ||10 |Fosfoenolpiruvatas +ADP+H+ |Piruvat kinazė |a || |Piruvatas+ATP | | |

Reakcijos tipas : (a) fosforilo pernešimo(perkėlimo), (b) fosforilopakeitimo (c) izomerizacijos (d) dehidratacijos (e)aldolazės skilimo (f)fosforilinimas kartu su oksidacija

FERMENTAI DALYVAUJANTYS GLIKOLIZĖS PROCESO METU

Heksokinazė (EC 2.7.1.1) – svarbus glikolitinis fermentas, kuriskatalizuoja aldoheksozių ir ketoheksozių fosforilinimą (pvz gliukozę,monozę, fruktozę) naudodama Mg ir ATP kaip fosforilo davėją (donorą)stuburiniuose yra keturi svarbiausi izofermentai, dažniausiai suskirstyti į4 tipus I, II, III ir IV. IV tipo heksokinazė, dažnai vadinama neteisingaigliukokinaze, ji vienintelė išskiriama iš kepenų ir kasos liaukos betaląstelių ir vaidina svarbų vaidmenį insulino išsiskyrimo moduliacijoje: taibaltymas kurio molekulinė masė apie 50 Kd. Heksokinazės tipo I ir IIIkurios turi mažesnį reikšmę(energiją)Km gliukozei, turi molekulinę masęapie 100 Kd. Struktūriškai jos sudarytos iš labai mažo N-terminalohidrofobinė membrana-rišančioji zona, palydima 2 labai panašių zonų iš 450likučių. Pirmoji zona praranda savo katalitines savybes ir pasikeičia įreguliuojančiąją zoną. Mielėse yra trys skirtingi izozimai: heksokinazė PI(geno NXK1) PII(geno HXKB) ir gliukokinazė (gen GLK1). Visi trys baltymaituri molekulinę masę apie 50Kd.Fosfogliukoz izomerazė (EC 5.3.1.9) (PGI) (Fosfoheksoz izomerazė.Fosfoheksomutazė. Oksoizomerazė. Heksozfosfat izomerazė. Heksoz monofosfatizomerazė. fosfsacharomutazė. Fosfogliukoizomerazė. fosfoheksoizomerazė.)-dimerinis fermentas, kuris katalizuoja gliukozės-6-fosfato ir fruktozės-6-fosfato grįžtamąją izomerizaciją. PGI dalyvauja skirtinguose procesuose:daugumoje aukšteniųjų organizmų dalyvauja glikolizės procese: žinduoliuoseji dalyvauja gliuokgenezėje : augaluose angliavandenių biosintezėje: kaikuriose bakterijose atveria vartus fruktozei entnerio-doudouroffo procese.PGI pasirodė panaši į neuroleukiną, neurotrofinį faktorių, kuris palaikoįvairių neuronų tipų išlikimą.Fosfofruktokinazė (EC 2.7.1.11) (PFK) – pagrindinis reguliavimo fermentasglikolitiniame procese. Jis katalizuoja fruktozės 6-fosfato fosforilinimą į

fruktozės 1,6 difosfatą naudojant ATP. Bakterijose PFK yra tetramerastolygus 36 Kd(subvienetų). Žinduoliuose jis yra tertameras 80Kd(subvienetų). Kiekvienas 80 Kd(subvienetų) susideda iš 2atitinkamų(tapačių) domenų kurie labai susiję su bakterijų 36Kd(subvienetais). Žmoguje yra trys, specifinių audinių, izozimų tipai :PFKM( raumenų), PFKL( kepenų) ir PFKP (trombocitų). Mielėse PFK yraoktameras sudarytas iš 100 Kd alfa grandinėlių (geno PFK 1) ir keturių 100Kd beta grandinėlių (geno PFK 2); kaip ir žinduolių 80 Kd (subvienetų),mielių 100 Kd (subvienetas) yra sudarytas iš 2 atitinkamų (tapačių) domenų.Fruktozės – difosfat aldolazė (EC 4.1.2.13) – glikolitinis fermentas, kuriskatalizuoja grįžtamąją aldol skaldymąsi arba fruktozės-1,6-difosfatkondensavimąsi į dihidroksiaceton-fosfatą ir gliceraldehid-3-fosfatą. Yradvi fruktozės – difosfat aldolazės klasės su skirtingais katalitiniaismechanizmais. 1 aldolazių klasė dažniausiai randama aukštesniuosiuoseeukariotuose, yra homotetramerinis fermentas kuris formuoja Schiff-bazėstarpinius junginius tarp C-2 karbonilo grupės iš substrato (dihidroksiaceton fosfato) ir epsilon amino grupę iš lizino likučių. Stuburiniuose yrarandamos trys formos šio fermento: aldolazė A raumenyse, aldolazė Bkepenyse, aldolazė C smegenyse.Fosfotriozizomerazė(EC 5.3.1.1) (TIM)(Triozėfosfat mutazė. Triozė fosfoizomerazė. Triozėfosfat izmerazė)–glikolitinis fermentas kuris katalizuoja grįžtamąją gliceraldehid-3-fosfato konversiją į dihidroksiaceton fosfatą. TIM turi svarbią reikšmę kaikuriuose metabolitiniuose procesuose ir yra būtinas našiam energijosgaminimui. Tai dimeras iš identiškų subvienetų , kiekvienas iš jų yrasudarytas iš apie 250 amino-rūgščių likučių. Gliutaminė rūgšties likutissusijęs su katalitiniu mechanizmu.Gliceraldehid 3- fosfat dehidrogenazė (EC 1.2.1.12) (GAPDH) (priklausantisnuo NAD gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenazė. Triozėfosfat dehidrogenazė.)–tetramerinis NAD-rišamasis fermentas bendras abiem ir glikolitiniams irgliukogenezės procesuose. Cisteinas vidinėje molekulėje naudojamasformuojant kovalentiniuo fosfoglicerol thioesterio šalutinius produktus.Šis cisteinas taip pat konservuojamas eukariotinių bakterijų ir eukariotųGAPDH ir taip pat yra aptinkamas, tik kitokia forma archaebakterijų GAPDH.. Escherichia coli D-eritroz 4-fosfat dehidrogenazė (E4PDH) (geno epd arba

gapB) fermentas glaudžiai susijęs su GAPDHFosfoglicerat kinаzė (EC 2.7.2.3) (PGK) katalizuoja antrą glikolizėsantros stadijos žingsnį. Grįžtamąjį 1,3-difosfo- glicerato virtimą į 3-fosfogliceratą išsiskiriant 1 ATP molekulei. PGK randama visuosegyvuosiuose organizmuose. Tai baltymas sudarytas iš 2 sričių, kiekvienasritis sudaryta iš 6 pasikartojimų alfa/beta stuktūrinių motyvų.Fosfoglicerat mutazė (EC 5.4.2.1) (PGAM) ir difosfoglicerat mutazė (EC5.4.2.4) (BPGM) – yra struktūriškai giminingi fermentai kurie katalizuojareakcijas apimančias fosfo grupių persikeitimą iš fosfoglicerato trijųanglies atomų. Abu fermentai gali katalizuoti tris skirtingas reakcijas,taip pat skirtingais kiekiais : 2-fosfoglicerato (2-PGA) izomerizaciją į 3-fosfogliceratą (3-PGA) su 2,3-difosfogliceratu (2,3-DPG) kaip pradinįšaltinį prasidedančioms reakcijoms. – 2,3-DPG sintezėje iš 1,3-DPG su 3-PGA kaip pradinį šaltinį prasidedančioms reakcijoms. 2,3-DPG degradacijoje į 3-PGA (fosfatazė EC 3.1.3.13 veikla). Žinduoliuose PGAM- dimerinis baltymas.Yra dvi jo izoformos: M(Raumenų) ir B(smegenų). Mielėse, PGAM yratetramerinis baltymas. BPGAM yra dimerinis baltymas ir dažniausiairandamas eritrocituose kur jis atlieka pagrindinį vaidmenį reguliuojanthemoglobino deguonies panašaus padarinio kaip kontroliuojant 2,3-DPGkoncentracijai. Katalitinis mechanizmas ir PGAM ir BPGM sukeliafosfohistidino šalutinių produktų formavimąsi. Difunkcinis fermentas 6-fosfofrukto-2-kinazė/fruktozės-2,6-difosfatazė(EC(EC 2.7.1.105 ir EC3.1.3.46) (PF2K) katalizina fructozės-2,6-disfosfato degradaciją irsintezę. PF2K-svarbus fementas reguliuojantis kepenų angliavandeniųmetabolizmą. Panašiai kaip ir PGAM/BPGM fruktozės- 2,6- difosfato reakcijospadaro fosfohistidino šalutinius produktus ir PF2K fosfatazės zoną kuristruktūriškai susijusi su PGAM/BPGM. Bakterinis fermentas alfa-ribazol-5′-fosfat fosfatazė (genų cobC), kuris naudojamas kobalamino sintezėje taippat priklauso šiai grupei.Enolazė (EC 4.2.1.11) – glikolitinis fermentas, kuris katalizuoja 2-fosfo-D-glicerato dehidrataciją į fosfoenolpiruvatą. Tai dimerinis fermentas kuriamreikia magnio ir katalizei ir dimerų stabilizavimui. Enolazė dažniausiairandama organizmuose kurie skaido cukrus. Stuburiniuose yra trys skirtingiaudinių-specifiniai izozimai: alfa randama daugiausia audiniuose, betaraumeniniame, gama tik nerviniame audinyje. Tau-cristalinas, vienas iš

pagrindinių lęšinių (linzės) baltymų randamas kai kuriose žuvyse,paukščiuose, ropliuose evoliucijos eigoje pasikeitė į enolazę.Piruvat kinazė (EC 2.7.1.40) (PK) katalizuoja baigiamąjį glikolizėsžingsnį, fosfoenolpiruvato pasikeitimą į piruvatą ir iš ADP pereina į ATP.PK naudoja magnio ir kalio jonus savo aktyvacijai . PK randamas visuosegyvuosiuose organizmuose. Stuburiniuose yra keturi specifiniai-audiniųizozimai L(kepenų), R(raudonųjų kraujo kūnelių), M1(širdies, smegenų,raumenų), M2(ankstyvojo embrioninio audino). Escherichia coli turi 2izozimus: PK-I(geno pykF)ir PKII(geno pykA). Visi PK izozimai atrodopanašūs į tetramerus su identišku subvienetų apie 500 amino rūgščiųlikučių.

Naudotasi tinklapiais

http://www.ksu.edu/bchem/courses/BIOCH521/f99/hortchap12.htmhttp://tooldoc.wncc.edu/metablsm.htmhttp://www.people.virginia.edu/~rjh9u/glycol.htmlhttp://www.biocarta.com/pathfiles/glycolysisPathway.asphttp://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/glycolysis.htmhttp://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/8-glycolysis.ppthttp://www.library.csi.cuny.edu/~davis/Biochem_3521/lect17/lect15.htmlhttp://info.bio.cmu.edu/Courses/03231/LecF02/Lec29/lec29.htmlhttp://www.ksu.edu/bchem/courses/BIOCH521/f99/hortchap12.htmhttp://www.sbuniv.edu/~ggray.wh.bol/CHE3364/b1c19out.htmlhttp://boyles.sdsmt.edu/Syllabi2001/BioLectures/BiotechnologyPresentation.ppthttp://bioresearch.ac.uk/browse/mesh/detail/C0017952L0017952.htmlhttp://www.biocourse.com/mhhe/bcc/domains/quad/topic.xsp?id=000077http://www.mansfield.ohio-state.edu/~sabedon/campbl09.htmhttp://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.htmlhttp://au.expasy.org/enzyme/http://www.mansfield.ohio-state.edu/~sabedon/biol1095.htm#fermentation_the_word

[pic]

TVIRTINU:

…. ….. …….. ….. katedros vedėja 2004 m.……………………………………………… d.

KURSINIO PROJEKTO UŽDUOTIS

…2TF…….gr. studentui ………….TomuiOrlauskui…………………………..…………………………………………………………….1. Projekto tema: ………RŪGIMOBIOCHEMIJA…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………….………………………………………………………………….………………………………………………………………….…………………………………………………………………...2. Užbaigto projekto atidavimo terminas:2004m. ………..balandžio 25……………………………… d.3. Projektuiduomenys…………………………………………………………..………………………………………………………………….………..………………………………………………………………….………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………….…………………………………4. Skaičiuojamo-paaiškinamojo rašto turinys (išvardijant nagrinėtus

klausimus) ……………………………………………….…….

……………Misos cukrųmetabolizmas…………………..………………………………………………..………..Apsirūpinimas biosintetiniais tarpiniais junginiais irNADPH………………………………………..…………….. Amino rūgščių metabolizmas……………………………………………………………..…..Esterių…susidarymas……………………………………………………………………………Medžiagų apykaitos įvairovė mielėse……………………………………………………….………………. Fermentai dalyvaujantys glikolizės procesometu…………………………………………………………..……

………………………………………………………………….………………………………………………………………….……………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5. Grafinės medžiagos išvardinimas………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………….…………………………………200.. m. ……………………………………………… d.

Vadovas ……A.Sugintienė……………………….……………………………………………………

Užduotį gavau: 2004 m vasario 06. …………………………… d.

———————–

ATP

PIRUVATAS

2 FOSFOENOL PIRUVATAS

2 -FOSFO GLICERATAS

2ATP

2 NADH

2 P

3 FOSFO GLICERATAS

1,3 -DIFOSFOGLICERATAS

GLICERALDEHID 3 -FOSFATAS

FRUKTOZĖS 1,6-DIFOSFATAS

FRUKTOZĖS 6- FOSFATAS

GLIUKOZĖS 6- FOSFATAS

ATP

GLIUKOZĖ