Онкотическое давление

Новосибирский государственный аграрный университет

Институт ветеринарной медицины

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по биохимии

Выполнил: Гурзо Д.Н.

Шифр: УВ 1116

Группа: 6131

Проверил:

Новосибирск 2012

Задание 1

Какое давление называют онкотическим? 1 грамм белка растворили в 100 граммах воды при температуре 25°С. Чему равно осмотическое давление раствора, если молекулярная масса белка составляет 1000?

Онкотическое давление (от др.-греч. ὄγκος — объем, масса) — коллоидно-осмотическое давление, доля осмотического давления, создаваемая высокомолекулярными компонентами раствора. В плазме крови человека составляет лишь около 0,5 % осмотического давления (3—4 кн/м², или 0,03—0,04 ат). Тем не менее, онкотическое давление играет важнейшую роль в образовании межклеточной жидкости, первичной мочи и др. Стенка капилляров свободно проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не для белков. Скорость фильтрации жидкости через стенку капилляра определяется разницей между онкотическим давлением белков плазмы и гидростатическим давлением крови, создаваемым работой сердца. На артериальном конце капилляра солевой раствор вместе с питательными веществами переходит в межклеточное пространство. На венозном конце капилляра процесс идёт в противоположном направлении, поскольку венозное давление ниже онкотического давления. В результате в кровь переходят вещества, отдаваемые клетками. При заболеваниях, сопровождающихся уменьшением концентрации в крови белков (особенно альбуминов), онкотическое давление снижается, и это может явиться одной из причин накопления жидкости в межклеточном пространстве, в результате чего развиваются отёки.

Осмотическое давление рассчитывается по формуле Ван-Гоффа:

Р_осм= *RT, где m масса растворенного вещества, М – молекулярная масса вещества, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

Р_{осм==0,24 атм.}

Задание 2

Объясните механизм образования электрического заряда на поверхности белковой молекулы. Как заряжены частицы белка  при  рН=9,0, если изоэлектрическая точка  этого белка равна 8,5?

Как известно, белки построены  из остатков аминокислот, являющихся электролитами. При синтезе полипептидных цепей  и соединении их между собой в  молекуле белка остается часть свободных  функциональных групп аминокислот, в частности таких, как – NH₂  и –COOH, могущих диссоциировать в водной среде. Благодаря этим группам белки в водных растворах проявляют свойства электролитов.  При электролитической диссоциации белков на их поверхности возникает одноименный электрический заряд (положительный или отрицательный), который способствует взаимному отталкиванию частиц, что обеспечивает стойкость растворов белка как коллоидных систем. В тех случаях, когда реакция среды подавляет диссоциацию белка, то есть его электрический заряд уменьшается до нуля, белок переходит в изоэлектрическое состояние. Иначе говоря, в таком состоянии на поверхности молекулы белка положительные и отрицательные заряды уравновешиваются, а силы взаимоотталкивания ослабляются и начинают преобладать силы взаимопритяжения, что способствует агрегации частиц. Изоэлектрическое состояние белка возникает при определенном значении рН среды. Значение рН, при котором частицы белка не передвигаются в электрическом поле ни к аноду, ни к катоду, а суммарный заряд их равен нулю, называется изоэлектрической точкой. Общий заряд белка при pH ниже изоэлектрической точки является положительным. Наоборот, при pH выше изоэлектрической точки общий заряд белка — отрицательный.

Если рН=9, а изоэлектрическая точка белка равна 8,5, то частицы  белка будут заряжены отрицательно.

Задание 3

Опишите роль ферментов, относящихся к классу лиаз. Напишите уравнение реакции, происходящие с участием декарбоксилазы.

Лиа́зы — отдельный класс ферментов, катализирующих реакции негидролитического и неокислительного разрыва различных химических связей (C—C, C—O, C—N, C—S и других) субстрата, обратимые реакции образования и разрыва двойных связей, сопровождающиеся отщеплением или присоединением групп атомов по её месту, а также образованием циклических структур.

В общем виде названия ферментов  образуются по схеме «субстрат + лиаза». Однако чаще в названии учитывают подкласс фермента. Лиазы отличаются от других ферментов тем, что в катализируемых реакциях в одном направлении участвуют два субстрата, а в обратной реакции только один. В названии фермента присутствуют слова "декарбоксилаза" и "альдолаза" или "лиаза" (пируват-декарбоксилаза, оксалат-декарбоксилаза, оксалоацетат-декарбоксилаза, треонин-альдолаза, фенилсерин-альдолаза, изоцитрат-лиаза, аланин-лиаза, АТФ-цитрат-лиаза и др.), а для ферментов, катализирующих реакции отщепления воды от субстрата - "дегидратаза" (карбонат-дегидратаза, цитрат-дегидратаза, серин-дегидратаза и др.). В тех случаях, когда обнаружена только обратная реакция, или это направление в реакциях более существенно, в названии ферментов пристутствует слово "синтаза" (малат-синтаза, 2-изопропилмалат-синтаза, цитрат-синтаза, гидроксиметилглутарил-CoA-синтаза и др.).

Примеры: гистидиндекарбоксилаза, фумаратгидратаза.

Пример 1

Характеристика  фермента

Пример 2

Характеристика  фермента

Пример 3

Характеристика  фермента

Пример 4

Характеристика  фермента

Некоторые аминокислоты и  их производные могут подвергаться декарбоксилированию - отщеплению ос-карбоксильной  группы. В тканях млекопитающих декарбоксилированию  может подвергаться целый ряд  аминокислот или их производных: Три, Тир, Вал, Гис, Глу, Цис, Apr, Орнитин, SAM, ДОФА, 5-окситриптофан и др. Продуктами реакции являются СО₂ и амины, которые оказывают выраженное биологическое действие на организм (биогенные амины):

Реакции декарбоксилирования  необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами. Простетическая группа декарбоксилаз в клетках животных - пиридоксальфосфат. Некоторые декарбоксилазы микроорганизмов могут содержать  вместо ПФ остаток пирувата - гистидиндекарбоксилаза Micrococcus и Lactobacilus, SAM-декарбоксилаза Е. coli и др. Механизм реакции напоминает реакцию трансаминирования с участием пиридоксальфосфата и также осуществляется путём формирования шиффова основания ПФ и аминокислоты на первой стадии.

Амины, образовавшиеся при  декарбоксилировании аминокислот, часто являются биологически активными  веществами. Они выполняют функцию  нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК и др.), гормонов (норадреналин, адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин, спермин  и др.).

Задание 4

Структура белковой молекулы. Классификация белков.

Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды)— высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. Кроме того, аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс. Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров— полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют важную роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле. Белки— важная часть питания животных и человека (основные источники: мясо, птица, рыба, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени: овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организмах не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть из них поступает с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются при биосинтезе белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

Структура белка

Схематическое изображение  образования пептидной связи (справа).

Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот (которые являются мономерами) и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот (правда, модификации происходят уже после синтеза белка на рибосоме). Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки всего из 5 аминокислот оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислот (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10¹³⁰ вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации — белками. При образовании белка в результате взаимодействия α-аминогруппы (-NH₂) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (-COOH) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют C- и N-концом (в зависимости от того, какая из групп концевой аминокислоты свободна: -COOH или -NH₂, соответственно). При синтезе белка на рибосоме новые аминокислоты присоединяются к C-концу, поэтому название пептида или белка даётся путём перечисления аминокислотных остатков начиная с N-конца.

Последовательность аминокислот  в белке соответствует информации, содержащейся в гене данного белка. Эта информация представлена в виде последовательности нуклеотидов, причём одной аминокислоте соответствует в ДНК последовательность из трёх нуклеотидов— так называемый триплет или кодон. То, какая аминокислота соответствует данному кодону в мРНК, определяется генетическим кодом, который может несколько различаться у разных организмов. Синтез белков на рибосомах происходит, как правило, из 20 аминокислот, называемых стандартными. Триплетов, которыми закодированы аминокислоты в ДНК, у разных организмов от 61 до 63 (то есть из числа возможных триплетов (4³ = 64) вычтено число стоп-кодонов (1—3)). Поэтому появляется возможность, что большинство аминокислот может быть закодировано разными триплетами. То есть, генетический код может являться избыточным или, иначе, вырожденным. Это было окончательно доказано в эксперименте при анализе мутаций. Генетический код, кодирующий различные аминокислоты, имеет разную степень вырожденности (кодируются от 1 до 6 кодонами), это зависит от частоты встречаемости данной аминокислоты в белках, за исключением аргинина. Часто основание в третьем положении оказывается несущественным для специфичности, то есть одна аминокислота может быть представлена четырьмя кодонами, различающимися только третьим основанием. Иногда различие состоит в предпочтении пурина пиримидину. Это называют вырожденностью третьего основания.

Уровни организации

Уровни структуры белков: 1— первичная, 2— вторичная, 3—  третичная, 4— четвертичная

Первичная структура — последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — сочетания аминокислот, играющих ключевую роль в функциях белка. Консервативные мотивы сохраняются в процессе эволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка.

Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями. Ниже приведены самые распространённые типы вторичной структуры белков:

• α-спирали — плотные витки вокруг длинной оси молекулы, один виток составляют 3,6 аминокислотных остатка, и шаг спирали составляет 0,54 нм (так что на один аминокислотный остаток приходится 0,15 нм), спираль стабилизирована водородными связями между H и O пептидных групп, отстоящих друг от друга на 4 звена. Спираль построена исключительно из одного типа стереоизомеров аминокислот (L). Хотя она может быть как левозакрученной, так и правозакрученной, в белках преобладает правозакрученная. Спираль нарушают электростатические взаимодействия глутаминовой кислоты, лизина, аргинина. Расположенные близко друг к другу остатки аспарагина, серина, треонина и лейцина могут стерически мешать образованию спирали, остатки пролина вызывают изгиб цепи и тоже нарушают α-спирали.
• β-листы (складчатые слои) — несколько зигзагообразных полипептидных цепей, в которых водородные связи образуются между относительно удалёнными друг от друга (0,347 нм на аминокислотный остаток) в первичной структуре аминокислотами или разными цепями белка, а не близко расположенными, как имеет место в α-спирали. Эти цепи обычно направлены N-концами в противоположные стороны (антипараллельная ориентация). Для образования β-листов важны небольшие размеры боковых групп аминокислот, преобладают обычно глицин и аланин.
• π-спирали;
• 3₁₀-спирали;
• неупорядоченные фрагменты.

Третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи (набор пространственных координат составляющих белок атомов). Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль. В стабилизации третичной структуры принимают участие:

• ковалентные связи (между двумя остатками цистеина — дисульфидные мостики);
• ионные связи между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков;
• водородные связи;
• гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула «стремится» свернуться так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.

Четвертичная структура (или субъединичная, доменная) — взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса. Белковые молекулы, входящие в состав белка с четвертичной структурой, образуются на рибосомах по отдельности и лишь после окончания синтеза образуют общую надмолекулярную структуру. В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки. В стабилизации четвертичной структуры принимают участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации третичной. Надмолекулярные белковые комплексы могут состоять из десятков молекул.

Классификация белков. В состав многих белков помимо пептидных цепей входят и неаминокислотные фрагменты, по этому критерию белки делят на две большие группы — простые и сложные белки (протеиды). Простые белки содержат только аминокислотные цепи, сложные белки содержат также неаминокислотные фрагменты. Эти фрагменты небелковой природы в составе сложных белков называются «простетическими группами».

Протеины, или простые  белки. Протеины делятся на несколько подгрупп, отличающихся преимущественно по растворимости. Альбумины – белки, растворимые в дистиллированной воде; не осаждаются насыщенным раствором хлористого натрия, но осаждаются при насыщении раствором сернокислым аммонием. Свертываются при нагревании. Наиболее распространенные представители – альбумины молока, яйца, сыворотки крови, простые или однокомпонентные белки – ферменты. Глобулины – белки, нерастворимые в дистиллированной вод, но растворимые в разбавленных солевых растворах, осаждаются в полунасыщенном растворе сернокислого аммония. Свертываются при нагревании. При гидролизе образуют большое количество пролина и глютаминовой кислоты. Широко распространенными представителями являются глобулины сыворотки крови, молока, яйца, мышц. Проламины – белки, растворимые в 70-80% винном спирте, нерастворимые в воде и безводном спирте. Не свертываются при кипячении. Найдены во всех без исключения злаках: глиадин – в семенах пшеницы и ржи, гордеин – в семенах ячменя, зеин – в семенах кукурузы. Глютелины -  растительные белки, нерастворимые в нейтральных солевых растворах, в этиловом спирте, 0,2% растворе щелочей. Наиболее изучен глютенин пшеницы. Гистоны – белки с выраженными основными свойсвами, содержащие от 10 до 30% диаминомонокарбоновых кислот – лизина, аргинина и гетероциклическую аминокислоту – гистидин; растворимы в воде и разбавленных кислотах, но нерастворимы в разбавленных щелочах. Входят в состав сложных белков животного происхождения – гемоглобин эритроцитов, белки зобной железы. Протамины – белки. По сравнению с гистонами у них явно выраженные основные свойства, низкая молекулярная масса, состоят на 2/3 из остатков аргинина. Хорошо растворимы в воде, разбавленных кислотах, щелочах. Не свертываются при нагревании. Протамины встречаются преимущественно в сперме и в икре рыб в составе сложных белков – нуклеопротеидов. В протаминах отсутствует тирозин, триптофан, цистеин и метионин. Протеиноиды, или склеропротеиды, объединяют коллагены и кератины. Коллагены представляют собой фибриллярные белки соединительной ткани и включают белки сухожилий, хрящей, костей, дентина, связок, фасций и других соединительнотканных образований. Кератины синтезируются в клетках эпидермиса и включают белки волос, шерсти, рогов, ногтей и других продуктов эктодермальных клеток. Многие коллагены растворяются разбавленными растворами уксусной и лимонной кислот. В коже коллаген находится в дерме, а кератин в эпидермисе. Коллаген богат глицин, пролином и является почти единственным белком, содержащим большое количество оксипролина; коллаген не содержит цистина, цистеина и триптофана, а тирозин и метионин присутствуют в нем в незначительных количествах. При продолжительном нагревании коллагена с водой он становится растворимым и превращается в желатин. Кератин отличается высоким содержанием цистеиновых остатков. Фиброин - нерастворимый структурный белок натурального шелка, состоит из четырех аминокислот – глицина, аланина, серина и лейцина. Эластин – структурный белок, входит в состав соединительной ткани связок и сухожилий. Это объясняется большим содержанием неполярных аминокислот – глицина, пролина, лейцина.

 В зависимости от химической  природы простетических групп  среди сложных белков выделяют  следующие классы. Гликопротеиды, содержащие в качестве простетической группы ковалентно связанные углеводные остатки и их подкласс — протеогликаны, с мукополисахаридными простетическими группами. В образовании связи с углеводными остатками обычно участвуют гидроксильные группы серина или треонина. Большая часть внеклеточных белков, в частности, иммуноглобулины — гликопротеиды. В протеогликанах углеводная часть составляет ~95 %, они являются основным компонентом межклеточного матрикса. Липопротеиды, содержащие в качестве простетической части нековалентно связанные липиды. Липопротеиды, образованные белками-аполипопротеинами связывающимися с ними липидами и выполняют функцию транспорта липидов. Металлопротеиды, содержащие негемовые координационно связанные ионы металлов. Среди металлопротеидов есть белки, выполняющие депонирующие и транспортные функции (например, железосодержащие ферритин и трансферрин) и ферменты (например, цинксодержащая карбоангидраза и различные супероксиддисмутазы, содержащие в качестве активных центров ионы меди, марганца, железа и других металлов). Нуклеопротеиды, содержащие нековалентно связанные ДНК или РНК, в частности, хроматин, из которого состоят хромосомы, является нуклеопротеидом. В зависимости от типа нуклеиновой кислоты различают рибонуклеопротеиды и дезоксирибонуклеопротеиды. Дезоксирибонуклеопротеиды легко выделить из тканей, богатых ядерным веществом, например, из зобной железы, селезенки, сперматозоидов, ядерных эритроцитов птиц. Рибонуклеопротеиды являются составной частью цитоплазмы клеток и принимают участие в формировании ряда важнейших биологических структур и в первую очередь структур системы биосинтеза белков. Фосфопротеиды, содержащие в качестве простетической группы ковалентно связанные остатки фосфорной кислоты. В образовании сложноэфирной связи с фосфатом участвуют гидроксильные группы серина или треонина, фосфопротеинами являются, в частности, казеин молока. Хромопротеиды — собирательное название сложных белков с окрашенными простетическими группами различной химической природы. К ним относится множество белков с металлсодержащей порфириновой простетической группой, выполняющие разнообразные функции — гемопротеины (белки, содержащие в качестве простетической группы гем — гемоглобин, цитохромы и др.), хлорофиллы; флавопротеиды с флавиновой группой, и др.

Уравнение реакции получения  дипептида из валина и серина.

+                   

валин серин

H₂N-CH-CO-NH-CH-COOH + H₂O

         CH               CH₂

H₃C      CH₃          OH

Задание 5

Цикл трикарбоновых  кислот и его биологическое значение напишите уравнение реакции образования  лимонной кислоты из щавелево-уксусной кислоты и ацетил-КоА.

Ци́кл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кре́бса, цитра́тный цикл) — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO₂. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ.

Цикл Кребса — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.

Цикл превращения лимонной кислоты в живых клетках был открыт и изучен немецким биохимиком Хансом Кребсом, за эту работу он (совместно с Ф. Липманом) был удостоен Нобелевской премии (1953 год).

У эукариот все реакции цикла Кребса протекают внутри митохондрий, причём катализирующие их ферменты, кроме одного, находятся в свободном состоянии в митохондриальном матриксе, исключение составляет сукцинатдегидрогеназа, которая локализуется на внутренней митохондриальной мембране, встраиваясь в липидный бислой. У прокариот реакции цикла протекают в цитоплазме.

Стадии цикла Кребса

Общее уравнение одного оборота  цикла Кребса:

Ацетил-КоА → 2CO₂ + КоА + 8e⁻

Регуляция цикла

Цикл Кребса регулируется «по механизму отрицательной обратной связи», при наличии большого количества субстратов (ацетил-КоА, оксалоацетат), цикл активно работает, а при избытке продуктов реакции (NADH, ATP) тормозится. Регуляция осуществляется и при помощи гормонов, основным источником ацетил-КоА является глюкоза, поэтому гормоны, способствующие аэробному распаду глюкозы, способствуют работе цикла Кребса. Такими гормонами являются: инсулин и адреналин. Глюкагон стимулирует синтез глюкозы и ингибирует реакции цикла Кребса.

Как правило работа цикла Кребса не прерывается за счёт анаплеротических реакций, которые пополняют цикл субстратами: Пируват + СО₂ + АТФ = Оксалоацетат(субстрат Цикла Кребса) + АДФ + Фн.

Функции

1. Интегративная функция — цикл является связующим звеном между реакциями анаболизма и катаболизма.
2. Катаболическая функция  — превращение различных веществ в субстраты цикла:
• Жирные кислоты, пируват,Лей,Фен — Ацетил-КоА.
• Арг, Гис, Глу — α-кетоглутарат.
• Фен, тир — фумарат.
3. Анаболическая функция  — использование субстратов цикла на синтез органических веществ:
• Оксалацетат — глюкоза, Асп, Асн.
• Сукцинил-КоА — синтез гема.
• CО₂ — реакции карбоксилирования.
4. Водорододонорная функция  — цикл Кребса поставляет на дыхательную цепь митохондрий протоны в виде трех НАДН.Н⁺ и одного ФАДН₂.
5. Энергетическая функция  — 3 НАДН.Н⁺ дает 7.5 моль АТФ, 1 ФАДН₂ дает 1.5 моль АТФ на дыхательной цепи. Кроме того в цикле путем субстратного фосфорилирования синтезируется 1 ГТФ, а затем из него синтезируется АТФ посредствам трансфосфорилирования: ГТФ + АДФ = АТФ + ГДФ.

Реакцией, лимитирующей скорость оборота цикла, является синтез лимонной кислоты, катализируемый аллостерическим  ферментом цитратсинтетазой. Источником ацетил-КоА, который идет на синтез метаболитов цикла, является продукт  цикла – лимонная кислота –  легко переходящая в цитоплазму через мембрану. Как правило, из ЦТК  на нужды биосинтеза уходит значительное количество метаболитов, и пополнения их фонда и функционирования полного  цикла в клетках существуют дополнительные возмещающие ферментативные механизмы, например глиоксилатный шунт. В последнем, в отличие от ЦТК, уксусная кислота  расходуется на синтез. Следовательно, первой реакцией ЦТК является конденсация  ацетил-КоА со щавелевоуксусной кислотой, катализируемая цитратсинтетазой. Именно активность этого фермента является контролирующим параметром, определяющим скорость метаболического потока в  цикле. Ингибирующий эффект на цитратсинтетазу  оказывает НАДН и сукцинил-КоА. Но основное влияние на скорость синтеза  лимонной кислоты оказывает поступление  субстрата (щавелевоуксусной кислоты). Так как непрерывная «работа» ЦТК требует реокисления восстановленных  эквивалентов (используются 4 пары дегидрогеназ), максимальная скорость цикла наблюдается  в условиях достаточного доступа  кислорода в клеточную систему (т.е. при хорошей аэрации). 
 
Аэрация имеет критическое значение для глубинной ферментации. Пропускание чистого О₂ увеличивает образование лимонной кислоты, но это дорого; газовая фаза может циркулировать, если при этом поглощается СО₂. Прерывание аэрации на короткое время может иметь губительное действие на продукцию лимонной кислоты, но если при этом повысить рН с 3,0 до 4,0, то ферментация может начаться снова. У грибов различают трофофазу, которая характеризуется ростом мицелия и активным дыханием с выделением СО₂, и идиофазу (продукционную фазу), когда рост завершен, дыхание подавлено, а оставшаяся глюкоза перерабатывается во вторичные метаболиты; в данном случае в лимонную или другие кислоты. 
 
Образование лимонной кислоты может быть условно разделено на три процесса: 1 – разложение гексоз до пирувата и ацетил-КоА при гликолизе, 2 – анаплеротическое образование оксалоацетата из пирувата и СО₂ и 3 – аккумуляция цитрата в ЦТК. А. niger разлагает глюкозу по гексозодифосфатному (80%) и гексозомонофосфатному пути.

При работе первого пути СО₂,образованная в результате декарбоксилирования пирувата, фиксируется при анаплеротическом образовании оксалоацетата. (При работе гексозомонофосфатного пути СО2 не фиксируется). Наряду с гликолизом у A. niger частично реализуется и другой путь окисления углеводов — пентозофосфатный, называемый также пентозным, гексозомонофосфатным, или фосфоглюконатным. Общим с гликолизом исходным продуктом является глюкозо-6-фосфат, но в дальнейшем их пути расходятся: фермент фосфофруктокиназа определяет дихотомический путь, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа — апотомический. Конечными продуктами процесса являются 3-фосфоглицериновый альдегид и рибозо-5-фосфат. Первый из них по реакциям гликолиза превращается в пировиноградную кислоту, поэтому пентозофосфатный цикл рассматривается как шунт гликолитического пути. Основное назначение цикла — снабжение клетки НАДН₂, необходимой для восстановительных реакций синтеза липидов и стероидов, и пентозами, в основном рибозой, используемой в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

Биохимическая схема синтеза лимонной кислоты. Фермент аконитаза, участвующий в расщеплении цитрата в ЦТК, снижает его продукцию. Считали, что при дефиците Fe или при добавлении Cu происходит ингибирование аконитазы и соответственно увеличение выхода цитрата. Однако аконитаза катализирует реакцию, сильно сдвинутую в сторону образования цитрата, и необходимости в ее ингибировании нет. Другой фермент – НАДФН-зависимая изоцитратдегидрогеназа, которая теоретически должна способствовать снижению аккумуляции лимонной кислоты, ингибируется цитратом. Правда, у А. niger имеется еще один аллостерически НАД-связанный фермент – изоцитратдегидрогеназа, которая активируется цитратом.

Гексозомонофосфатный путь и гликолиз имеют много общих  ферментов. Таким образом, оба пути могут реализовываться в клетке одновременно. При превращении 6 молекул  глюкозо-6-фосфата по гексозомонофосфатному  пути суммарный эффект будет тот  же, что и при окислении 1 молекулы гексозы в СО₂ по пути гликолиза и ЦТК. В процессе разложения глюкозы образуются промежуточные соединения: манит, арабит, эритрит, глицерин.Образование лимонной кислоты тесно связано со скоростью фиксации СО₂. Фиксацию СО₂ у А. niger осуществляет конститутивный фермент пируваткарбоксилаза. Существуют почти стехиометрическое отношение между фиксацией СО₂ и продукцией цитрата.

Реакция превращения щавелево-уксусной кислоты в лимонную:

 
 
 
Задание 6

Переваривание липидов  в желудочно-кишечном тракте животных. Напишите уравнение реакции гидролиза  триглицерида липазой.