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 jjų 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 ffosfatui 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 įįsisavinamas 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 ffermentų. 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 ppakankamai 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 pparodo 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 lląstelė 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 rrūgštys 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 iir 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 mmetabolizmas

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 iir 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 ppastovų

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 ttoje 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. ssukcinatas 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) ffosforilo

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 ssvarbiausi 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 ffruktozės-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 yyra 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 eeukariotinių 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 ffosfohistidino 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

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. ………………

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