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 ląstelės kvėpuoja o vėliau rūgsta. Vien tik rūgimo mielės naudojamos alaus gamyboje.

Pasteras apibūdino rūgimą kaip “gyvenimą be oro” ir mielių augimui alaus rūgimo procese yra geras apibūdinimas.

Rūgimas iš vis negali būti atskiriamas nuo mielių augimo proceso kuris padidina ląstelių kiekį ir jų dydį (dėl mielių pumpuravimosi). Augimui sukelti reikia maistinės terpės. Maistinių medžiagų trūkumas paskatina neužbaigtą ir nepakankamą rūgimą

Mielių maistinės medžiagos

Alaus mielėms nuolat reikia anglies šaltinio, azoto, kai kurių vitaminų, mikroelementų ir prie normalių sąlygų nedidelio kiekio molekulinio deguonies. 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 daryklose naudojamas mielių ekstraktas(vitaminams), amonio vandeniliniam fosfatui ir cinko 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 paverčiant galią (nikotinamido adenin dinukleotid fosfatas, NADPH ) naujų mielių kiekio sintezėje. Maistas taip pat tiesiogiai įsisavinamas į naujų ląstelių sudedamąją dalį arba naudojamas gaminant tarpinius šio proceso junginius.

Energijos gaminimasis ir energijos panaudojimas yra glaudžiai susiję. Be to šie procesai paskatina sintezę ir didelį kiekį šalutinių medžiagų apykaitos produktų išsiskyrimą į misą, daugelis jų gamina charakteringas skonines ir aromatines medžiagas.

Medžiagų apykaitos procesas pagrindinė charakteristika

Teisingiausia apibūdinti metabolizmą kaip grandinę (grupę) biocheminių reakcijų kurios užsibaigia pačios savaime. Kaip bebūtų (ryšių) be reakcijų taip pat nebus. Kai kurios reakcijos vyksta atskirai nuo kitų.

Biocheminės reakcijos atpažįstamos kaip grandinė reakcijų kurios veikiant fermentams vienas reakcijos produktas pereina į kitos reakcijos substratą.

Šios reakcijos kurių pagrindinė paskirtis yra gaminti energiją vykstant oksidacijai substrate. Oksidacija paprastai pasiekiama (užbaigiama)

persikeliant hidrido jonui fermento kofaktorių (nikotinamid adenin nukleotidą NAD+). Taigi NAD+, oksiduota kofaktorio forma paverčiama į NADH

redukuotą formą. Šios oksidacijos- redukcijos reakcijos yra veikiamos dehidrinančių fermentų. Oksidacijos išlaisvina (išskiria) energiją (dažniausiai stebimi ne fermentiniai pavyzdžiai yra šilumą išskiriantys iš degančio suakmenėjusio kuro (anglis). Metabolizmo procese oksidacija yra atsargiai kontroliuojama, taigi kai kuri energija išsiskiria ir yra išsaugoma ląstelėse adenozin trifosfato ATP forma reakcia

ADP+ neorganinis fosfatas(Fn) ATP

Suvartojama energija ir atsiranda didesnis jos kiekis dėl metabolizmo.

Atvirkštinėje reakcijoje (ATP hidrolizėje) išsiskiria energija kuri gali būti panaudojama susintetinant naujus produktus.

Energijos pernešimo reakcijos nėra 100% veiksmingos, rūgimo energija (

šilumos forma) dažniausiai išsisklaido. Tai šilumos išsiskyrimo šaltinis dėl rūgimo misoje. Tipinėje misoje, pakanka rūgimo šilumos gaminamos keliant temperatūrą pakankamai įšildomas ir indas kartais iki 17(. Alaus virino fermentacijoje nėra gerai izoliuota šiluma; dėl to rūgimo metu metabolitinė šiluma turi(privalo) būti pakeičiama atšaldant,jei rūgimas kontroliuojamas. Didesni indai mažesnis paviršius palyginus su tūriu tai padeda sumažinti šilumą.

Taigi didesniems indams reikia daugiau veiksmingos šaldymo sistemos nei mažesniems. Katabolitiniai procesai naudojami energijos gamybai ir tarpinių produktų gamyboje biosintezėj. Anabolitiniai procesai sunaudoja redukuotą jėgą ir energiją,tarpinius junginius susiejus šie procesai dar vadinami anaplerotinėmis reakcijomis,kurie papildomi biosintezės tarpiniais junginiais. Kai kurie procesai(glikolizė žiūrėti žemiau) turi centrinę (pagrindinę) padėtį ir sukelia abi funkcijas vadinami amfiboliniais.

Sekantis skyrius ir apibūdina metabolitinį procesą naudojant alaus rauginimo mieles alaus gamyboje. Kai kurie skyriai bus skirti paaiškinimui pagrindinių procesų. Ši daugiau detalizuota informacija apie pagrindinius medžiagų apykaitos(metabolizmo) procesus turėtų būti kiekvienoje modernioje biochemijos 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. Trisacharidas maltotriozė ir disacharidas maltozė transportuojami į ląstelę ir hidrolizinami įgliukozę. Sacharozė hidrolizinama ląstelės išorėje į jos sudedamąsias dalis gliukozę ir fruktozę. Gliukozė ir fruktozė transportuojamos į ląstelės vidų (pav 2). Fermentas invertazė atsakingas už sacharozės hidrolizę,yra išoriniame ląstelės sienelės sluoksnyje. Kartais fermentai patenka į alų. Kaip ir kiti fermentai, taip ir šis yra inaktyvuojamas šilumos.

Verdant tiriame ar veiksmingas buvo paterizavimas, bet koks invertazės aktyvumas % po pasterizacijos parodo kad nepakankamas šilumos kiekis buvo duotas. Testas kuris parodo fermento aktyvumą užima tik kelias minutes.

Ląstelių vidaus gliukozė fosforilinama naudojant ATP ir fermentą heksokinazę į gliukozės-6-fosfatą. Ši fosforilizacija labai svarbi,nes vien fosforilinti mišiniai gali būti veikiami vėlesnių fermentų. Gliukozės metabolizmas tęsiasi glikolizės keitimosi proceso metu (embdeno-majerhofo-

parnaso arba EMP proceso metu). Yra 10 fermentų kurie dalyvauja šio proceso metu,kurie oksiduoja 6anglies cukrus I 2 piruvato molekules. Proceso pabaigoje gaunama nauda- 2 molekulės ATP ir 2 NADH molekulės.

Procesas pavaizduotas žemiau. Gliukozės-6-fosfatas, pagamintas heksokinazės iš misos gliukozės, fermento fosfogliukoizomerazės veikiamas paverčiamas į jos izomerą fruktozės-6-fosfatą.

Fruktozės-6-fosfatas( susiformavęs dėl heksokinazės iš misos fruktozės)

fosforilinamas kad gautume fruktozės 1,6-difosfatą. Hidrolizinama fermentu aldolaze ir gauname trikarbon fosfatus (gliceraldehid-3-fosfatą ir 3-

fosfogliceroną dar žinomą kaip dihidroaceton fosfatas). Reakcijos privalumai-vėlesnė produkcija ,bet tai yra izomerizuojamas dėl triozėfosfat izomerazės.

[pic]

glicerolio aldehido 3- fosfatas oksiduojamas reakcijoje tarpininkaujant dehidrogenazei su NAD+-kofaktorius ir sukelia fosfato prisijungimą substrate. 1,3 difosfogliceratas (3-fosfogliceroilfosfatas)yra šios reakcijos produktas.fosfoesterio jungčių hidrolizė C-1 atomo,sudaroma dėl fosfogliceratkinazės kad gautume 3-fosfogliceratą išskiriantį didelį kiekį energijos. Ši energija naudojama ATP sintezėje. Dabar jau 2 gliceraldehid 3-

fosfato molekulės gautos iš kiekvienos gliukozės molekulės metabolizmo metu, 2 ATP sunaudotos pačioje proceso pradžioje dabar efektyviai susigrąžinama. Fermentas fosfogliceromutazė pakeičia 3-fosfogliceratą į 2-

fosfogliceratą ir išskiriamas vanduo dėl fermento enolazės, gauname fosfoenolpiruvatą. Anglies į fosforą (A-F) hidrolizė atliekama piruvatkinazės, išsiskiria pakankamas kiekis energijos ATP sintezei. Viso proceso metu gauname papildomas 2 ATP molekules. Tai ir yra glikolizės proceso pabaiga. Kaip bebūtų ląstelė išeikvoja(suvartoja) NAD+ tačiau pagamino NADH. Kofaktoriauis oksiduotos formos tiekimas yra ribotas ir turi būti regeneruojamas iš redukuotų formų.

Jei tai nepadaroma tada energijos gavimo reakcijos baigiasi. Alaus mielėse NADH oksidacija pasiekiama kai kuriais kitais piruvato metabolizmo procesais. Naudojami 2 fermentai piruvatdekarboksilazė ir alkoholdehidrogenazė. Pirmasis iš substrato atskiria CO2 ir duoda etanalį (acetaldehidą) ;antrasis naudodamas etanalio substratą, NADH kaip kofaktorių padaro etanolį (alkoholį) regeneruojantis

NAD+. šie svarbūs katabolizmo produktai taip pat yra svarbiausios alaus sudėtinės dalys. Etanolis pagamintas bedeguonėje terpėje duoda mielėms apsaugą ir tuo skiriasi mielės iš natūralios aplinkos, nes alkoholis yra daugelio mikrobų inhibitorius.

Glikolitinis procesas aptinkamas daugelyje gyvųjų organizmų. Kai kurios pieno rūgšties bakterijos naudoja šį proces regeneruojsi NAD+ redukuojant piruvatą į pieno rūgštį. Fermentas naudojamas šiame procese –

laktatdehidragenazė taip pat yra aktyvus dalyvaujant žmonių griaučių raumenyse.

APSIRŪPINIMAS BIOSINTETINIAIS TARPINIAIS JUNGINIAIS IR NADPH

Glikolitinis procesas yra amfibolinis ir aprūpina svarbiausiais biosintetinių reakcijų tarpiniais produktais (ypač heksozėmis, triozių fosfatais ir piruvatu). alaus mielės taip pat sintetina pentozes ( ypač ribozes, nukleino rūgščių sintezei) iš gliukozės. Šie procesai gali vykti kaip parodyta paveikslėlyje.

Pentozės fosfatas gali būti naudojamas gaminant fruktozės-6-fosfatą ir gliceraldehid-3-fosfatą kuris gali pradėti glikolitinį procesą. Svarbiausi fermentai šiame procese yra transaldolazė ir transketolazė.

Yra galimybių, kad trūkstant svarbios gliukozės-6- fosfat dehidrogenazės aktyvumo, fruktozės-6-fosfatas ir gliceraldehid-3-fosfatas gaunami iš glikolizės yra pentozės fosfato pirmtakai visiško pasikeitimo reakcijų metu. Redukuota jėga NADPH formoje gali būti aprūpinta iš gliukozės-6-fosfato oksidacijos į 6 fosfogliukoninę rūgštį, nors dar nėra aiški ši reakcija alaus mielėse augančiose anaerobiškai. Kita produktai gaunami 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 amino rūgščių sintezė vyksta iki kondensavimosi (tarpininkaujant kondensuojamiems fermentams), dėl acetil kofermento A su oksalacetatu ir veikiant akonitazei ir izoctitrin dehidrogenazei. Šie fermentai vėliau generuoja

NADPH. Oksalacetatas gamina obuolių rūgštį (malat dehidrogenazė); obuolių r duoda gintaro r (fumarasė) ir sukcinatą (sukcinikdehidrogenazę). Šios karboksilinės rūgštys yra svarbūs produktai biosintezės reakcijoms, pagrindinėms aminų ir nukleotidų sintezėms. Gintaro ir sukcinato dehidrogenazės naudoja NAD kaip kofaktorių ir generuoja į NADH. Biochemijos studentai turėtų atsiminti šį procesą kaip trikarboninių rūgščių ciklą(krebso ciklą arba citrinos rūgšties ciklą) fermentas 2-oksoglutarat dehidrogenazė (kuri pakeičia 2-oksoglutaratą į sukcinatą) dingsta.

Neabejotina, kai piruvatas naudojamas gaminti biosintetinius tarpinius produktus gaunamas NADH, glikolizėje ir krebso ciklo metu negali būti oksiduojamas naudojant acetaldehidą kaip vandenilio akceptorių. Todėl mielės naudoja vandenilio akceptorius pasiekti procesų pabaigai. Kai kurios reakcijos turi svarbią reikšmę alaus skoniui. Pridedant kai kurių piruvato,

2-oksalgintaro ir sukcinato (ir mažesniais kiekiais kitų rūgščių) yra paslepiama ir prisideda prie alaus rūgštingumo.

Anaplerotinės reakcijos

Oksalacetatas naudojamas gaminant daug biosintetinių tarpinių produktų reikalingų mielių augimui yra gaminamas anaplerotinėse reakcijose. Tai atliekama veikiant fermentui piruvat karboksilazei ir pridedant ATP kuris padidina piruvato karboksilaciją.

Amino rūgščių metabolizmas

Misos amino rūgščių metabolizmas vyksta 2 keliais. Pirmiausia jie turi būti paimami į ląstelę ir susijungti į baltymus. Antra amino grupė gali būti pernešami į fermentą(transaminazę) ir likęs anglies atomas gali būti išsaugomas arba naudojamas regeneruojant NAD+. Vėliau okso rūgštys gaminamos dėl transaminacijos yra dekarboksilinamos ir gauname CO2 ir aldehidą. Tada aldehidas yra redukuojamas į alkoholį. Pagamintas alkoholis taip pat vadinamas aukštesniuoju alkoholiu (daugiau anglies atomų nei etanolio) arba fuzeliu. Šie alkoholiai labai svarbūs skoniui. Aldehidai susiformavę okso rūgščių dekarboksilinimosi metu taip pat gali išsiskirti dėl mielių ir įtakoto skonį.

Molekulinio deguonies vaidmuo ir lipidų (riebalų) metabolizmas

Naujų mielių ląstelių biosintezė dėl fermentacijos reikalinga lipidų sintezė. Šios makromolekulės yra dažniausiai aptinkamos kaip sudėtinė ląstelių membranos dalis. Čia naudojami ir sotieji ir nesotieji riebalai.

Taip pat visų eukariotų ląstelių membranas sudaro steroliai. Mielių ergosteroliai. Riebalų ir sterolių sintezė iš tikro prasideda su acetil kofermentu a, gaminant sočiojo ir nesočiojo acil kofermento a molekules ir sterolius.

Nesočiųjų molekulių ir sterolių biosintezė reikalinga oksidaciniame etape. Ši oksidacija pasiekiama mažėjant molekulinio deguonies, formuojantis vandens molekulėms.deguonis misoje tam ir naudojamas.

Skirtingos mielės išskiria skirtingus deguonies kiekius ir poreikiai išskiriami fermentacijos laboratorijose išskiriant sočiąsias riebiasias rūgštis ir sterolius iki vidurkio. Deguonies trūkumo rezultatai prastas rūgimas ir dažnas rezultatas-acetil kofermento A padaugėjimas ląstelėse. Ši permaina gali sukelti aukštesniųjų esterių kiekių gamybą aluje, tai ryškai įtakoja skonio savybes. Reikiamo deguonies kiekio tiekimas laiduoja pastovų rūgimą.

ESTERIŲ SUSIDARYMAS

Reakcija tarp alkoholio ir acil kofermento A molekulės padaro esterius.

Acil kofermento a molekulių šaltinis yra acetil kofermentas A( kuris gamina acto esterį) ir dalyvauja riebalų sintezėje. Be pagrindinių alkoholių mielėse yra etanolis svarbiausias esteris yra etil acetatas. Acetatas (etanoatas) esteris iš aukštesniųjų alkoholių yra paplitęs kaip ir etilo esteris su iš riebiųjų rūgščių ilgo grandinėlės.(kaproinės ir kaprilinės).

Riebiosios rūgštys iš lipidų metabolizmo gali išsiskirti į alų ir įtakoti skonį.

Daug kitų produktų ar mielių metabolizmo produktų įtakoja alaus skonį.

Viena svarbi grupė įeinanti į alaus sudėtį –diketonai. Diacetilas (butan

2,3 dionas)ir giminingi jam 2,3 dion (- ketobutiratas yra gaminami iš mielių metabolizmo produktų kurie yra likę aluje. Pirminis diacetilo šaltinis yra (-acetolactatas,o pentan 2,3 diono (-ketobutiratas. Šios rūgštys gaunamos kaip šalutiniai amino rūgščių valino ir izoleucino metabolizmo produktai. Kartais aluje rūgštys spontaniškai pereina oksidacinę karboksilaciją ir gauname diketonus. Abu diketonai turi daug aromatinių savybių ir yra nepageidaujami silpno kvapo aluje.

Kiti svarbūs skonio komponentai sudaryti iš sieros kaip hidrogen sulfidas(supuvusių kiaušinių kvapas). Šių medžiagų susidarymas susijęs su sieros 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 naudoja pasirinktas rūšis fermentacijai ir labai jas prižiūri. Tačiau tos pačios mielės skirtingoje misoje arba toje pačioje misoje po skirtingų fermentacijos sąlygų gali gaminti skirtingus produktus. Todėl aludariai siekia išsaugoti rauginamųjų medžiagų kokybę ir proceso kokybę.

Faktoriai turintys didelę reikšmę mažesniųjų metabolizmo produktų gamybai iš duotų mielių yra misos sudėtis (ypač amino rūgščių kiekio ir sandaros), molekulinio deguonies buvimas, rūgimo temperatūra (aukšta temperatūra duoda daugiau šių produktų, nuo greičio per kurį mielės nusėda iš alaus.

Atitinkamos kokybės alus gaunamas jei šie faktoriai atsargiai kontroliuojami.

KrebsoCiklas

Piruvato molekulės pagamintos glikolizės metu sudaro daug energijos grandinių tarp jų molekulių. Šiai energijai naudoti ląstelės turi pakeisti energiją į ATP formą. Kad tai atlikti ,piruvato molekulės perdirbamos krebso ciklo metu ,dar žinomo kaip citrinos rūgšties cikle.

1. pirmiausia prasidedant krebso ciklui , piruvatas turi būti pakeičiamas į acetil kofermentą A. tai pasiekiama pašalinant CO2 molekulę iš piruvato ir tada perkeliant elektroną NAD+ redukavimui į NADH. Fermentas pavadintas kofermentu A sujungtas su likusiu acetilu ir gauname acetil KoA kuris tiekiamas krebso cikle. Krebso ciklo dalys yra:

2. citrinos rūgštis gaunam kai acetilo grupė iš acetil KoA susijungia su oksalacetato rūgštimi iš praėjusio krebso ciklo

3. citrinos rūgštis paverčiama į jos izomerą izocitrinos rūgštį

4. izocitrinos rūgštis oksiduojam kad gautume 5 –karbon (-ketoglutarato rūgštį. Šiuo metu išsiskiria viena CO2 molekulė ir redukuojasi NAD+ į

NADH2+.

5. (-ketoglutarato rūgštis oksiduojama į sukcinil KoA, gauname CO2 ir

NADH2+.

6. sukcinil kofermentas A atpalaiduoja kofermentą Ą ir fosforilina ADP į

ATP.

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+ to

NADH2+.

Mes ir vėl sugrįžome prie proceso pradžios. Nes glikolizė gamina 2 piruvato molekules iš vienos gliukozės molekulės taigi gliukozės krebso ciklo metu dalyvauja dukart.kiekviena gliukozės molekulė duoda 6 NADH2+, 2FADH2, ir2

ATP.

Glikolizė

Prieš 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 daugelio organizmų pirminis energijos šaltinis. Šiam procesui vykstant suvartojama 2

ATP molekulės ir pasigamina 4 ATP molekulės ir 2 NADH2+ molekulės.

Glikolizė apibūdinama sekančiai :

1. Gliukozės 6-fosfatas formuojasi kai 6šios gliukozės anglies molekulės fosforilinamos 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 2

gliceraldehid 3-fosfato molekulės.

5. 2 gliceraldehid 3-fosfate molekulės oksiduojamos, prarandami hidrogeno atomai 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 2

molekules 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 didelės enrgijos fosfoenolpiruvato molekulės.

9. 2 fosfoenolpiruvato molekulės fosforilina 2 ADP ir pagamina dar 2 ATP

ir 2 molekules piruvato.

Kai gliukozės molekulės perkeičiamos į 2 piruvato molekules, jos siunčiamos į 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 |

|2 |Gliukozės 6- fosfatas fruktozės 6- fosfatas|Fosfogliukoz |c |

|3 |Fruktozės 6 fosfatas+ATP fruktozės 1,6 |fosfofruktokinazė|a |

|4 |fruktozės 1,6 difosfatas |Aldolazė |e |

| |dihidroksiacetonfosfatas+ gliceraldehid 3 | | |

|5 |Dihidroksiacetonfosfatas |Triozfosfat |c |

|6 |Gliceraldehid 3 fosfatas +PI+NAD+ 1,3 |Gliceraldehi |f |

|7 |1,3 difosfogliceratas +ADP |Fosfoglicerat |a |

|8 |3-fosfogliceratas 2-fosfogliceratas |Fosfoglicerat |b |

|9 |2-fosfogliceratas |Enolazė |d |

|10 |Fosfoenolpiruvatas +ADP+H+ |Piruvat kinazė |a |

Reakcijos tipas : (a) fosforilo pernešimo(perkėlimo), (b) fosforilo pakeitimo (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, kuris katalizuoja aldoheksozių ir ketoheksozių fosforilinimą (pvz gliukozę, monozę, fruktozę) naudodama Mg ir ATP kaip fosforilo davėją (donorą)

stuburiniuose yra keturi svarbiausi izofermentai, dažniausiai suskirstyti į

4 tipus I, II, III ir IV. IV tipo heksokinazė, dažnai vadinama neteisingai gliukokinaze, ji vienintelė išskiriama iš kepenų ir kasos liaukos beta ląstelių ir vaidina svarbų vaidmenį insulino išsiskyrimo moduliacijoje: tai baltymas kurio molekulinė masė apie 50 Kd. Heksokinazės tipo I ir III

kurios turi mažesnį reikšmę(energiją)Km gliukozei, turi molekulinę masę apie 100 Kd. Struktūriškai jos sudarytos iš labai mažo N-terminalo hidrofobinė membrana-rišančioji zona, palydima 2 labai panašių zonų iš 450

likučių. Pirmoji zona praranda savo katalitines savybes ir pasikeičia į reguliuojančiąją zoną. Mielėse yra trys skirtingi izozimai: heksokinazė PI(

geno NXK1) PII(geno HXKB) ir gliukokinazė (gen GLK1). Visi trys baltymai turi molekulinę masę apie 50Kd.

Fosfogliukoz izomerazė (EC 5.3.1.9) (PGI) (Fosfoheksoz izomerazė.

Fosfoheksomutazė. Oksoizomerazė. Heksozfosfat izomerazė. Heksoz monofosfat izomerazė. 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: žinduoliuose ji dalyvauja gliuokgenezėje : augaluose angliavandenių biosintezėje: kai kuriose bakterijose atveria vartus fruktozei entnerio-doudouroffo procese.

PGI pasirodė panaši į neuroleukiną, neurotrofinį faktorių, kuris palaiko įvairių neuronų tipų išlikimą.

Fosfofruktokinazė (EC 2.7.1.11) (PFK) – pagrindinis reguliavimo fermentas glikolitiniame procese. Jis katalizuoja fruktozės 6-fosfato fosforilinimą į fruktozės 1,6 difosfatą naudojant ATP. Bakterijose PFK yra tetrameras tolygus 36 Kd(subvienetų). Žinduoliuose jis yra tertameras 80

Kd(subvienetų). Kiekvienas 80 Kd(subvienetų) susideda iš 2

atitinkamų(tapačių) domenų kurie labai susiję su bakterijų 36

Kd(subvienetais). Žmoguje yra trys, specifinių audinių, izozimų tipai :

PFKM( raumenų), PFKL( kepenų) ir PFKP (trombocitų). Mielėse PFK yra oktameras sudarytas iš 100 Kd alfa grandinėlių (geno PFK 1) ir keturių 100

Kd 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, kuris katalizuoja grįžtamąją aldol skaldymąsi arba fruktozės-1,6-difosfat kondensavimąsi į dihidroksiaceton-fosfatą ir gliceraldehid-3-fosfatą. Yra dvi fruktozės – difosfat aldolazės klasės su skirtingais katalitiniais mechanizmais. 1 aldolazių klasė dažniausiai randama aukštesniuosiuose eukariotuose, yra homotetramerinis fermentas kuris formuoja Schiff-bazės tarpinius junginius tarp C-2 karbonilo grupės iš substrato (dihidroksi aceton fosfato) ir epsilon amino grupę iš lizino likučių. Stuburiniuose yra randamos trys formos šio fermento: aldolazė A raumenyse, aldolazė B

kepenyse, 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 kai kuriuose metabolitiniuose procesuose ir yra būtinas našiam energijos gaminimui. Tai dimeras iš identiškų subvienetų , kiekvienas iš jų yra sudarytas iš apie 250 amino-rūgščių likučių. Gliutaminė rūgšties likutis susijęs su katalitiniu mechanizmu.

Gliceraldehid 3- fosfat dehidrogenazė (EC 1.2.1.12) (GAPDH) (priklausantis nuo NAD gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenazė. Triozėfosfat dehidrogenazė.)

–tetramerinis NAD-rišamasis fermentas bendras abiem ir glikolitiniams ir gliukogenezės procesuose. Cisteinas vidinėje molekulėje naudojamas formuojant kovalentiniuo fosfoglicerol thioesterio šalutinius produktus.

Šis cisteinas taip pat konservuojamas eukariotinių bakterijų ir eukariotų

GAPDH 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 GAPDH

Fosfoglicerat kinаzė (EC 2.7.2.3) (PGK) katalizuoja antrą glikolizės antros stadijos žingsnį. Grįžtamąjį 1,3-difosfo- glicerato virtimą į 3-

fosfogliceratą išsiskiriant 1 ATP molekulei. PGK randama visuose gyvuosiuose organizmuose. Tai baltymas sudarytas iš 2 sričių, kiekviena sritis sudaryta iš 6 pasikartojimų alfa/beta stuktūrinių motyvų.

Fosfoglicerat mutazė (EC 5.4.2.1) (PGAM) ir difosfoglicerat mutazė (EC

5.4.2.4) (BPGM) – yra struktūriškai giminingi fermentai kurie katalizuoja reakcijas apimančias fosfo grupių persikeitimą iš fosfoglicerato trijų anglies 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 pradinį šaltinį 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 yra tetramerinis baltymas. BPGAM yra dimerinis baltymas ir dažniausiai randamas eritrocituose kur jis atlieka pagrindinį vaidmenį reguliuojant hemoglobino deguonies panašaus padarinio kaip kontroliuojant 2,3-DPG

koncentracijai. Katalitinis mechanizmas ir PGAM ir BPGM sukelia fosfohistidino šalutinių produktų formavimąsi. Difunkcinis fermentas 6-

fosfofrukto-2-kinazė/fruktozės-2,6-difosfatazė(EC(EC 2.7.1.105 ir EC

3.1.3.46) (PF2K) katalizina fructozės-2,6-disfosfato degradaciją ir sintezę. PF2K-svarbus fementas reguliuojantis kepenų angliavandenių metabolizmą. Panašiai kaip ir PGAM/BPGM fruktozės- 2,6- difosfato reakcijos padaro fosfohistidino šalutinius produktus ir PF2K fosfatazės zoną kuri struktūriškai susijusi su PGAM/BPGM. Bakterinis fermentas alfa-ribazol-5′-

fosfat fosfatazė (genų cobC), kuris naudojamas kobalamino sintezėje taip pat priklauso šiai grupei.

Enolazė (EC 4.2.1.11) – glikolitinis fermentas, kuris katalizuoja 2-fosfo-D-

glicerato dehidrataciją į fosfoenolpiruvatą. Tai dimerinis fermentas kuriam reikia magnio ir katalizei ir dimerų stabilizavimui. Enolazė dažniausiai randama organizmuose kurie skaido cukrus. Stuburiniuose yra trys skirtingi audinių-specifiniai izozimai: alfa randama daugiausia audiniuose, beta raumeniniame, 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 glikolizės žingsnį, fosfoenolpiruvato pasikeitimą į piruvatą ir iš ADP pereina į ATP.

PK naudoja magnio ir kalio jonus savo aktyvacijai . PK randamas visuose gyvuosiuose organizmuose. Stuburiniuose yra keturi specifiniai-audinių izozimai L(kepenų), R(raudonųjų kraujo kūnelių), M1(širdies, smegenų, raumenų), M2(ankstyvojo embrioninio audino). Escherichia coli turi 2

izozimus: PK-I(geno pykF)ir PKII(geno pykA). Visi PK izozimai atrodo panašūs į tetramerus su identišku subvienetų apie 500 amino rūgščių likučių.

Naudotasi tinklapiais

http://www.ksu.edu/bchem/courses/BIOCH521/f99/hortchap12.htm http://tooldoc.wncc.edu/metablsm.htm http://www.people.virginia.edu/~rjh9u/glycol.html http://www.biocarta.com/pathfiles/glycolysisPathway.asp http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/glycolysis.htm http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/8-glycolysis.ppt http://www.library.csi.cuny.edu/~davis/Biochem_3521/lect17/lect15.html http://info.bio.cmu.edu/Courses/03231/LecF02/Lec29/lec29.html http://www.ksu.edu/bchem/courses/BIOCH521/f99/hortchap12.htm http://www.sbuniv.edu/~ggray.wh.bol/CHE3364/b1c19out.html http://boyles.sdsmt.edu/Syllabi2001/BioLectures/BiotechnologyPresentation.pp t http://bioresearch.ac.uk/browse/mesh/detail/C0017952L0017952.html http://www.biocourse.com/mhhe/bcc/domains/quad/topic.xsp?id=000077

http://www.mansfield.ohio-state.edu/~sabedon/campbl09.htm http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html http://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 ………….Tomui

Orlauskui…………………………..…………………………………

1. Projekto tema: ………RŪGIMO

BIOCHEMIJA…………………………………………………………

2. Užbaigto projekto atidavimo terminas:

2004m. ………..balandžio 25……………………………… d.

3. Projektui duomenys…………………………………………………………..

4. Skaičiuojamo-paaiškinamojo rašto turinys (išvardijant nagrinėtus klausimus) ……………………………………………….…….

……………Misos cukrų metabolizmas…………………..………………………………………………..

………..Apsirūpinimas biosintetiniais tarpiniais junginiais ir

NADPH………………………………………..

…………….. Amino rūgščių metabolizmas……………………………………………………

………..…..Esterių…susidarymas…………………………………………………………………

…………Medžiagų apykaitos įvairovė mielėse……………………………………………………….

………………. Fermentai dalyvaujantys glikolizės proceso metu…………………………………………………………..……

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

Panašūs darbai

Maisto priedai

biochemija

Alkoholis

FERMENTŲ PANAUDOJIMAS MAISTO PRAMONĖJE

Fermentai

Valgomųjų ledų gamyba