Биологическое окисление 2

Содержание:
1.Пути утилизации килорода в организме.
2. Структура и функции дыхательной цепи (ДЦ)

Пути утилизации кислорода в организме

В организме существуют три пути потребления и

В процессе окисления СН3-СО-SКоА в ЦТК, восстановленные формы NADH2 и

Принципы функционирования ДЦ основаны на I и II законах термодинамики.

ДЦ- это совокупность дегидрогеназ (ДГ), которые транспортируют электроны и Н+ с

I -вход- NAD- зависимый, когда
электроны и Н+ поступают со

Электроны, передаваемые НАДН (NADH), не переносятся прямо на кислород.
Они

Изменение свободной энергии ΔG в реакциях восстановления зависит только от

В дыхательной цепи электроны переносятся от НАДН или убихинона (QH2)

H+ + 2e-

Ribose

Adenine

Nicotinamide

Ribose

Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)

NAD+ + RH2

NADH + H+

Окисление НАДН (NADH) комплексом I происходит на внутренней стороне

В матриксе митохондрий протекают, кроме того, восстановление O2 и образование

Второй вход FAD –зависимый, кроме указанных на схеме, это еще и

Кофермент Q или убихинон гидрофобное соединение, является компонентом клеточных мембран. Содержится

2H+ + 2e-

Flavin adenine dinucleotide

Oxidised

Reduced

FAD

FADH2

Flavin
ring

His
FAD is covalently
Linked to enzymes

FAD + RH2

FADH2

В интактных митохондриях по существу только АТФ-синтаза позволяет осуществить обратное

На схеме представлены основные окислительно-восстановительные системы митохондриального электронного транспорта и

Т.о. работа ДЦ состоит в том, что молекулы NAD.H и

е соединятся с О2, диффундирующим через мембрану МХ.
Связываясь с

Основная масса Е, образующаяся в организме, формируется в реакциях О/Ф.

В 1939г введен коэффициент Р/О как мера количественной оценки работы

Так при окислении NAD- зависимых субстратов-( альфа-кетоглутарата,) е, в этом

При окислении Vit C и адреналина, е поставляется прямо

Работа всей ДЦ состоит из 2х составляющих:
1.Образование АТФ( 50% энергии

Основная масса Е, образующаяся в организме, формируется в реакциях О/Ф.

Теория П.Митчелла

В 1961г. П.Митчелл предположил, что митохондрия работает как протонная помпа,

Дельта- ^µН+ имеет две составляющие:1.электрическую ^φ( создается за счет движения

В живых системах ▲µН+ = 180 мВольт.В пересчете на

В возбудимых тканях( миокард, нервная) ▲µН+ представлена в виде

Процесс фосфорилирования мембранного потенциала осуществляется с помощью протонной АТФ-азы, т.е.

Матрикс NAD*H+H из 2Н2О 2Н+ 2Н+ из 2Н2О 4Н+ (из 4НОН)

½О2

Н2О

2е

2е

Таким образом , мы видим три цикла:
флавиновый
убихиноновый
Кислородный
За пределы внутренней мембраны выбрасывается

Фн__________ Фн
Н+___________ Н+
Н+___________________
АДФ3-____________
АТФ4-_________________АТФ

1

3

H+

2

матрикс

+

--

Внутр. поверхн.

Наружная пов.

Протонная АТФ-аза видна как морфологическое образование в виде грибовидных выростов на

Другая часть ^µН+ расходуется на синтез АТФ в реакции:
АДФ

Всякая работа сопровождается гидролизом АТФ, что ведет к образованию Н+

АТФ_синтетаза

Н+-транслоцирующая АТФ-синтаза состоит из двух частей: встроенного в мембрану протонного канала

Дельта- ^µН+ имеет две составляющие:1.электрическую ^φ( создается за счет движения

Если клетка не расходует АТФ, едва ли в митохондриях

Каталитический цикл подразделяется на три фазы, каждая из которых проходит

Пути утилизации
ΔμН+ и АТФ.

Энергия хим. cвязей, потребляемая нашим организмом

▲μΗ+

Электрическая энергия

Основной фактор сопряжения

Пути превращения ▲μΗ+

АТФ

▲μΉ+

Химическая энергия (биосинтезы)

механическая

тепловая

Для создания энергетического буфера в форме

Дыхательный контроль

Простой механизм регуляции образования и потребления АТФ

Это в свою очередь тормозит электронный перенос в ДЦ (2),

Эффект разобщения О/Ф связан с тем, что, Разобщители, являясь слабыми

ДЦ активно реагирует на чрезмерные нагрузки, яды. Так например

В результате снижается синтез АТФ, и в тканях активируется

Такие яды как цианиды, СО, Н2S,-SNC блокируют 4-комплекс ДЦ. Если

Аналогичным эффектом обладает алкоголь, который является NAD- зависимым субстратом. Этанол

Регуляция энергетического обмена

Биохимический процесс усвоения пищи и образования

Калорийность суточного рациона человека составляет примерно 12000 кДж .При

Однако в организме человека содержится всего 3-4 г свободных адениновых

Это в свою очередь тормозит электронный перенос вдыхательной цепи (2),

В ряде случаев некоторые пункты фосфорилирования могут « выключаться»

В «разобщенных» митохондриях, согласно I закону термодинамики, увеличивается теплообразование. Это происходит

Процесс разобщения О/Ф лежит в основе лихорадки, вызванной бактериями, вирусами и

ДЦ имеет механизм шунтирования: сброс е и Н+ с NAD на

Эффект разобщения О/Ф связан с тем, что, Разобщители, являясь слабыми

Итак -типы клеточного дыхания

1.Энергетически сопряженное дыхание, имеющее мак. Р/О, поскольку

В процессе разобщения О/Ф возрастает протонная проницаемость внутренней мембраны митохондрий

Разобщение О/Ф наряду с регуляторной функцией играет важную адаптивную

В этом случае происходит снижение локальной концентрации кислорода в клетке

Разобщенное и несопряженное дыхания, отличаются по механизмам, являются энергодиссипирующими

Значение тканевого дыхания

Энергетический обмен играет ведущую роль в жизнедеятельности организмов, т.

Одним из механизмов поддержания постоянного уровня АТФ в клетке, является наличие

Микросомальное окисление

Микросомы (микрочастицы) - это замкнутые мембранные пузырьки (везикулы), образуемые из

Наиболее интенсивно микросомальное окисление протекает в печени и надпочечниках,

ЭПС - 2-й слой мембран, ассоциированных с 3-мя основными классами ферментов:
1) оксидоредуктазы;
2) трансферазы;
3) гидролазы.

Главная функция этих ферментов - реакции детоксикации.
Микросомальное окисление осуществляется

Существует 2 варианта микросомальной ДЦ:
1) НАДФ ----> ФП ---> b5

Цитохром b5 одной цепи может передавать свои электроны на цитохром

FP - флавопротеид, включающий ФАД и Fe-белок, содержащий негеминовое железо.

Задачей организма является перевод этих гидрофобных соединений в гидрофильные, которые легче

RH+NAD(NADF).H2+O2-----?
ROH+ NAD(NADF) + HOH

RH

NADFH2

FP

Fe-белок

Р450

+

Н

Н+

Н+

НАДН2

НАД

НОН*

ROH*

.O2 *

АК

ДГА

Таким образом, основная роль микросомальной ДЦ заключается в осуществлении реакций синтеза

Для связывания второго атома кислорода необходим косубстрат, каковым является аскорбат (Vit

Реакции детоксикации протекают по механизму гидроксилирования гетероциклических и алифатических соединений (ксенобиотики),

Роль микросомального окисления состоит в биосинтезе Vit D, кортикостероидов, коллагена,

- реакции разрыва кольца
ароматических соединений;
- реакции восстановления, когда

Микросомальная и митохондриальная дыхательные цепи взаимодействуют друг с другом через

Несмотря на то, что окисление НАД.Н2 не происходит, он не

Таким образом цитохром. b5 - фермент, компонент микросомальной ДЦ, который обеспечивает

Различиямитохондриальной и микросомальной ДЦ:
а) по локализации;
б) микросомальная ДЦ короче

в) будучи активным кислород способен внедряться в структуру многих молекул,

г) в процессе переноса электронов в Мтх. ДЦ их энергия

д) Микросомальное окисление – это современная интерпретация теории Баха

Перекисное окисление

1.Механизм образования активных форм кислорода.
2.Роль перекисных процессов в норме

Еще Мечников, изучая фагацитоз утверждал, что фагоцитарное действие лейкоцитов осуществляется за

Кислород сам по себе является парамагнитным элементом (это было установлено методом

_.
--------- O2 - супероксидный ион-радикал, более активная форма кислорода.
Возможна

_. _.
O2 + Н+----?НО2 - гидропероксидный
_. _.

В процессе взаимодействия этих радикалов с веществом поражаются наиболее уязвимые места

В нормальных условиях перекисное окисление регулирует агрегатное состояние мембран, и лежит

В мембране образуются мощные ионные каналы через которые входят ионы Na+,

Клетки имеют мощную антиоксидантную систему защиты клеток (АОЗ), состоящую из

а) супероксиддисмутаза – сложный фермент. При этом встречаются Mg,

Этот фермент ( СОД) выделяется в чистом виде и эффективно

б) каталаза (её субстратом является Н2О2) особенно активна в эритроцитах,

в) пероксидаза – наиболее активна глутатионпероксидаза
г) глутатионредуктаза – является непосредственным защитником

2. Неферментативная система: сюда относится ряд легко окисляющихся веществ, обладающих меньшей

Между этими тремя витаминами существует взаимосвязь: витамин С обеспечивает восстановительную форму

Витамин А довольно токсичен, поэтому в качестве замены используется В –

Первый комплекс ДЦ