Биологическое окисление 2. Оксигеназные, пероксидазные и радикальные пути использования кислорода. (Лекция 5)

Август 1, 2022

Главная
Биология
Биологическое окисление 2. Оксигеназные, пероксидазные и радикальные пути использования кислорода. (Лекция 5)

Содержание

2. план Оксигеназные реакции Монооксигеназные реакции Диоксигеназные реакции. Радикальные и пероксидазные реакции
3. Пути использования кислорода Синтез АТФ Синтез новых веществ Инактивация органических соединений Разрушение клеток, вирусов Клеточное пищеварение
4. 1.Оксигеназный путь использования О2 Синтез новых веществ (митохондрии) Обезвреживание ксенобиотиков и токсичных метаболитов (гладкий ЭПР) RCH3
5. Ксенобиотики – чужеродные для организма вещества, которые он не может использовать для собственных нужд. Полезные –
6. химические элементы (ртуть, свинец, кадмий, др.); радионуклиды; Пестициды; нитраты, нитриты и нитрозосоединения; вещества, применяемые в животноводстве;
7. Биотрансформация Биотрансформация (Bios - жизнь, transformatio - превращение, видоизменение) - совокупность химических превращений ксенобиотиков (xenos -
8. Локализация биотрансформации 90-95% всех чужеродных липофильных веществ подвергается биотрансформации в гладком эндоплазматическом ретикулуме клеток печени. 5-10%
9. Виды биотрансформации Метаболическая трансформация Реакции - окисления - восстановления - гидролиза образуются функциональные группы -ОН, -СООН,
10. Пути биотрансформации в организме Метаболическая трансформация ксенобиотики Конъюгация Выведение
11. Монооксигеназные реакции: включение в молекулу одного атома кислорода
12. А. Цепь НАДФН2-Р450 редуктаза–Цитохром Р450 Катализируются микросомальными монооксигеназами печени с участием О2 Субстратами являются гидрофобные вещества
13. Пример реакции гидроксилирования Фенобарбитал Н2О НАДФН+Н НАДФ Открыто 150 генов, кодирующих различные изоформы цитохрома Р450 у
14. Б. Цепь НАДН2-цитохром b5 редуктаза – Цитохром b5 – стеароил-КоА-десатураза Цитохром b5 может передавать свои электроны
15. Биологическая роль микросомального окисления: Инактивация ксенобиотиков, т.е. уменьшение их фармакологической активности и токсичности. Повышение активности ксенобиотиков
16. 2. Митохондриальные монооксигеназные системы локализованы на внутренней поверхности внутренней мембране митохондрий и катализируют высокоспецифичные реакции Митохондриальные
17. Факторы, влияющие на активность ферментов биотрансформации Есть соединения, которые индуцируют скорость синтеза микросомальных ферментов – барбитураты,
18. Диоксигеназные реакции Диоксигеназы это ферменты, которые включают в субстрат оба атома молекулы кислорода: Таким путем окисляются
19. L-триптофандиоксигеназа печени, содержит гем, участвует в катаболизме триптофана:
20. ПЕРОКСИДАЗНЫЙ И РАДИКАЛЬНЫЙ ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИСЛОРОДА Химические соединения, в составе которых кислород имеет промежуточную степень окисления,
21. Образование АФК Соединения О + высокая энергия АФК Рентген УФИ Температура Гомолитический разрыв связей под действием
22. Основная часть АФК образуются в неферментативных и ферментативных реакциях в результате последовательного присоединения е- к кислороду
23. Неферментативные реакции образования АФК Электроны, необходимые для образования АФК могут давать: 1). Металлы переменной валентности. Hb(Fe2+)
24. Ферментативные реакции образования АФК В ЦОФ: Q + 1е- → НQ∙ (семихинон), при реоксигенации ишемических тканей
25. Первичные радикалы
26. Вторичные радикалы
27. Использование АФК в организме 1. Иммунная система. АФК используются фагоцитами - тканевыми макрофагами, моноцитами и гранулоцитами
28. Повреждающее действие АФК в организме Радикалы гидроксила химически исключительно активны и вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот
29. Субстраты ПОЛ – полиненасыщенные ЖК Линоленовая кислота — CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH. Арахидоновая кислота, витамин F, CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH и др.
32. Антиоксидантная защита В нормальных условиях процесс СРО находится под строгим контролем ферментативных и неферментативных систем клетки,
33. АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ Супероксиддисмутаза (СОД) О*2 + О*-2 + 2Н+ → Н2О2 + О2 Каталаза 2Н2О2 →
34. пероксидазы Пероксидаза Н2О2 + НО-S-ОН → 2Н2О + О= S=О Глутатионпероксидаза (Se ) 2GSH + ROOH
35. Фосфолипаза в мембране отщепляет от фосфолипидов окисленные жирные кислоты, содержащие гидроперекисную группу (ROOH), тем самым разрушаются
36. Неферментативная антиоксидантная система
37. Токоферол (верх) и синтетический АО ионол (низ)
38. Антирадикальный механизм действия витамина Е
39. Антиоксиданты крови и цитоплазмы Церулоплазмин (плазма крови) -окисляет Fe2+ до Fe3+ молекулярным кислородом Апо-белок трансферрина (плазма
40. Глутатион- восстановает пероксиды Аскорбиновая кислота - регенерирует окисленные токоферол и убихинон Глутатионредуктаза - восстанавливает окисленный глутатион
42. Скачать презентацию

Слайд 2

план
Оксигеназные реакции
Монооксигеназные реакции
Диоксигеназные реакции.
Радикальные и пероксидазные реакции

Слайд 3

Пути использования кислорода
Синтез
АТФ
Синтез новых веществ
Инактивация органических соединений
Разрушение клеток, вирусов
Клеточное пищеварение
Регуляция

метаболизма

Слайд 4

1.Оксигеназный путь использования О2
Синтез новых веществ (митохондрии)
Обезвреживание ксенобиотиков и токсичных метаболитов

(гладкий ЭПР)

RCH3

RCH2-OH

RCHO

RCOOH

CHO

Диоксигеназы

Монооксигеназы

Слайд 5

Ксенобиотики – чужеродные для организма вещества, которые он не может использовать

для собственных нужд.

Полезные – лекарства-антибиотики;
Безвредные – некоторые газы (азот, гелий и т.д);
Вредные – неорганические и органические вещества

Токсичные метаболиты – вещества, участвующие в метаболизме и токсичные в высоких концентрациях.

Некоторые карбоновые кислоты (фенилаланин, тирозин, гомогентизиновая кислота, 5-АЛК)
Альдегиды (муравьиный, уксусный и т.д)
Кетоны (кетоновые тела)
Билирубин
и т.д.

Слайд 6

химические элементы (ртуть, свинец, кадмий, др.);
радионуклиды;
Пестициды;
нитраты, нитриты и нитрозосоединения;
вещества, применяемые в

животноводстве;
полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды;
диоксины и диоксинподобные вещества;
метаболиты микроорганизмов.

Классификация загрязнителей продовольственного сырья и продуктов питания:

Слайд 7

Биотрансформация
Биотрансформация (Bios - жизнь, transformatio - превращение, видоизменение) - совокупность химических

превращений ксенобиотиков (xenos - чужой, bios - жизнь), и токсичных метаболитов в организме, подготавливающих их выведение.
Значение биотрансформации:
перевод ксенобиотиков в полярные водорастворимые соединения, которые выводятся из организма. Как правило, происходит снижение токсичности.

Слайд 8

Локализация биотрансформации
90-95% всех чужеродных липофильных веществ подвергается биотрансформации в гладком эндоплазматическом

ретикулуме клеток печени.
5-10% инактивируется в кишечнике, почках, легких, коже, плазме.

Слайд 9

Виды биотрансформации
Метаболическая трансформация
Реакции - окисления
- восстановления
- гидролиза
образуются

функциональные группы -ОН, -СООН, -NH2, -SH и др.
Окисление идет с участием
монооксигеназной системы
ЭПР.
Увеличивается растворимость в воде и как правило снижается токсичность

Конъюгация
Реакции присоединения к ксенобиотикам химических групп: - метилирование
- ацетилирование
- сульфатирование
- глюкуронирование и др.
Образуются гидрофильные малотоксичные конъюгаты,
которые легко выводятся.

Слайд 10

Пути биотрансформации в организме
Метаболическая
трансформация
ксенобиотики
Конъюгация
Выведение

Слайд 11

Монооксигеназные реакции: включение в молекулу одного атома кислорода

Слайд 12

А. Цепь НАДФН2-Р450 редуктаза–Цитохром Р450
Катализируются микросомальными монооксигеназами печени с участием

О2
Субстратами являются гидрофобные вещества экзогенного (лекарства, яды и т.д) и эндогенного (стероиды, желчные кислоты, жирные кислоты, простагландины, лейкотриены, биогенные амины и т.д.) происхождения

1. Микросомальные монооксигеназные системы

Слайд 13

Пример реакции гидроксилирования
Фенобарбитал
Н2О
НАДФН+Н
НАДФ
Открыто 150 генов, кодирующих различные изоформы цитохрома Р450 у

животных, растений, грибов и бактерий.
Каждая из изоформ Р450 имеет много субстратов и отличается от других изоформ Р450 только белковой частью

Слайд 14

Б. Цепь НАДН2-цитохром b5 редуктаза – Цитохром b5 – стеароил-КоА-десатураза
Цитохром b5

может передавать свои электроны на различные ферменты (цитохром Р450, Стеароил-КоА-десатуразу и т.д.), образуя различные ЦПЭ, при этом он участвует в десатурации и элонгации жирных кислот, в синтезе холестерина, плазминогенов и церамида.

Слайд 15

Биологическая роль микросомального окисления:
Инактивация ксенобиотиков, т.е. уменьшение их фармакологической активности и

токсичности.
Повышение активности ксенобиотиков (пролекарства).
Образование токсичных метаболитов – «летальный синтез».
Пример: метиловый спирт окисляется в формальдегид и муравьиную кислоту. Хлороформ, средство для общего наркоза, превращается в боевое отравляющее вещество – фосген (CHCl3 Cl2C=O).

Слайд 16

2. Митохондриальные монооксигеназные системы
локализованы на внутренней поверхности внутренней мембране митохондрий

и катализируют высокоспецифичные реакции

Митохондриальные монооксигеназные системы:
в коре надпочечников, семенниках, яичниках и плаценте участвуют в синтезе стероидных гормонов из холестерина;
в почках участвуют в синтезе 1,25-диоксихолекальциферола (Витамин Д3) из 25-гидроксихолекальциферола;
в печени участвуют в синтезе желчных кислот из холестерина;

НАДФН2- редуктаза

Слайд 17

Факторы, влияющие на активность ферментов биотрансформации
Есть соединения, которые индуцируют скорость синтеза

микросомальных ферментов – барбитураты, спирты, кетоны, стероиды, ароматические углеводороды.
Некоторые вещества угнетают активность цитохрома Р450 и замедляют метаболизм ксенобиотиков – фторотан, тетрациклин, эритромицин, эстрогены, левомицетин, биофлаваноиды сока грейпфрута.

Слайд 18

Диоксигеназные реакции
Диоксигеназы это ферменты, которые включают в субстрат оба атома молекулы

кислорода:

Таким путем окисляются циклические трудноокисляемые структуры, реакции идут с разрывом цикла.
Диоксигеназные реакции протекают на цитоплазматической поверхности гладкого ЭПР.
Гомогентизатдиоксигеназа печени, содержит Fe2+, участвует в катаболизме тирозина:

Слайд 19

L-триптофандиоксигеназа печени, содержит гем, участвует в катаболизме триптофана:

Слайд 20

ПЕРОКСИДАЗНЫЙ И РАДИКАЛЬНЫЙ ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИСЛОРОДА
Химические соединения, в составе которых

кислород имеет промежуточную степень окисления, имеют высокую реакционную способность и называются активными формами кислорода (АФК).
К активным формам кислорода относятся свободные радикалы кислорода и перекиси, синглетный кислород.
Свободный радикал - свободный атом или частица с неспаренным электроном.

Слайд 21

Образование АФК
Соединения О + высокая энергия АФК
Рентген
УФИ
Температура
Гомолитический разрыв связей под

действием высокой энергии (УФ-излучения, рентген и др.). Пример, радиолиз воды с образованием Н2; Н2О2 и свободных радикалов: Н·, НО∙, О·. На солнце фотостарение кожи.

Слайд 22

Основная часть АФК образуются в неферментативных и ферментативных реакциях в результате

последовательного присоединения е- к кислороду

О2 + 1е- → О∙2 супероксидный анион-радикал (˙О::О:).
О∙2 +1е- → О2-2 пероксидный анион (:О::О:), он быстро протонируется О2-2 + 2Н+ → Н2О2 (Н:О::О:Н)
Н2О2 + 1е- → НО∙ + ОН- гидроксильный радикал, ОН- протонируется с образованием воды ОН- + Н+ → Н2О
ОН∙ + 1е- → Н2О (Н:О:Н)

Соединения О + е- АФК

Слайд 23

Неферментативные реакции образования АФК
Электроны, необходимые для образования АФК могут давать:
1). Металлы

переменной валентности.
Hb(Fe2+) + O2 → MetHb(Fe3+) + О∙2
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + HO- + HO· (реакция Фентона)
HOCl + Fe2+ → Fe3+ + Cl- + HO· (реакция Осипова)
2). Радикалы. АФК, обмениваясь е-, легко переходят друг в друга: О∙2 + Н2О2 → О2 + НО∙ + ОН-

Слайд 24

Ферментативные реакции образования АФК
В ЦОФ: Q + 1е- → НQ∙ (семихинон),

при реоксигенации ишемических тканей он может взаимодействовать с О2, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O2 → Q + О∙2 + H+;
в реакциях МСО е- с Р450 переходит на О2 с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра.
Аэробные дегидрогеназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е- и Н+ с субстрата на О2 → Н2О2. Примеры: оксидазы аминокислот, супероксиддисмутаза, оксидазы пероксисом.

Слайд 25

Первичные радикалы

Слайд 26

Вторичные радикалы

Слайд 27

Использование АФК в организме
1. Иммунная система. АФК используются фагоцитами - тканевыми

макрофагами, моноцитами и гранулоцитами крови для разрушения бактерий, вирусов и онкоклеток.
Фагоциты с участием НАДФН2-оксидазы выделяют супероксидный анион-радикал: НАДФН2 + 2O2 → НАДФ+ + 2О∙2 + 2Н+
Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидный радикал в перекись водорода: 2О∙2 + 2H+ → H2O2+ O2
Под действием миелопероксидазы H2O2, превращается в гипохлорит – соединение, разрушающее стенки бактериальных клеток: H2O2 + Cl- → H2O + ClO-.
2. Поддержание гомеостаза.
Эйказаноиды – медиаторы воспаления
3. Внутриклеточное пищеварение. В пероксисомах образуются АФК. Когда пероксисомы сливаются с фагосомами, АФК обеспечивают внутриклеточное пищеварение.

Слайд 28

Повреждающее действие АФК в организме
Радикалы гидроксила химически исключительно активны и вызывают

повреждение
белков,
нуклеиновых кислот
и липидов биологических мембран.

Слайд 29

Субстраты ПОЛ – полиненасыщенные ЖК
Линоленовая кислота — CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH.
Арахидоновая кислота, витамин F,

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH
и др.

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

Антиоксидантная защита
В нормальных условиях процесс СРО находится под строгим контролем ферментативных

и неферментативных систем клетки, от чего скорость его невелика.
Химические соединения и физические воздействия, влияющие на скорость СРО, делят на прооксиданты и антиоксиданты
Прооксиданты усиливают процессы СРО. Это высокие концентрации кислорода (например, при длительной гипербарической оксигенации больного), ферментные системы, генерирующие супероксидные радикалы (например, ксантиноксидаза, ферменты плазматической мембраны фагоцитов и др.), ионы двухвалентного железа.
Антиоксиданты тормозят СРО. Антиоксиданты, находящиеся в организме, образуют его ферментативную и неферментативную антиоксидантную систему

Слайд 33

АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
Супероксиддисмутаза (СОД)
О2 + О-2 + 2Н+ → Н2О2

+ О2
Каталаза
2Н2О2 → 2Н2О + О2

Слайд 34

пероксидазы
Пероксидаза
Н2О2 + НО-S-ОН → 2Н2О + О= S=О
Глутатионпероксидаза

(Se )
2GSH + ROOH → GSSG + ROH+ Н2О
(Удаляет пероксид водорода, гидроперекиси липидов)
Глутатионредуктаза
GSSG + НАДФН + Н+ →2GSH + НАДФ+
(Восстанавливает окисленный глутатион)

Слайд 35

Фосфолипаза в мембране отщепляет от фосфолипидов окисленные жирные кислоты, содержащие гидроперекисную

группу (ROOH), тем самым разрушаются гидроперекиси липидов, предотвращается разветвление цепей окисления липидов в мембранах.

Слайд 36

Неферментативная антиоксидантная система

Слайд 37

Токоферол (верх) и синтетический АО ионол (низ)

Слайд 38

Антирадикальный механизм действия витамина Е

Слайд 39

Антиоксиданты крови и цитоплазмы
Церулоплазмин (плазма крови) -окисляет Fe2+ до Fe3+ молекулярным

кислородом
Апо-белок трансферрина (плазма крови) - связывает Fe3+
Ферритин (цитоплазма)- окисляет Fe2+ и депонирует Fe3+
Карнозин - связывает Fe2+

Слайд 40

Глутатион- восстановает пероксиды
Аскорбиновая кислота - регенерирует окисленные токоферол и убихинон
Глутатионредуктаза -

восстанавливает окисленный глутатион

Биологическое окисление 2. Оксигеназные, пероксидазные и радикальные пути использования кислорода. (Лекция 5)

Содержание

планОксигеназные реакцииМонооксигеназные реакцииДиоксигеназные реакции.Радикальные и пероксидазные реакции

Пути использования кислородаСинтез АТФСинтез новых веществИнактивация органических соединенийРазрушение клеток, вирусовКлеточное пищеварениеРегуляция

1.Оксигеназный путь использования О2Синтез новых веществ (митохондрии)Обезвреживание ксенобиотиков и токсичных метаболитов

Ксенобиотики – чужеродные для организма вещества, которые он не может использовать

химические элементы (ртуть, свинец, кадмий, др.);радионуклиды;Пестициды;нитраты, нитриты и нитрозосоединения;вещества, применяемые в

БиотрансформацияБиотрансформация (Bios - жизнь, transformatio - превращение, видоизменение) - совокупность химических

Локализация биотрансформации90-95% всех чужеродных липофильных веществ подвергается биотрансформации в гладком эндоплазматическом

Виды биотрансформации Метаболическая трансформация Реакции - окисления - восстановления - гидролиза образуются

Пути биотрансформации в организме МетаболическаятрансформацияксенобиотикиКонъюгацияВыведение

Монооксигеназные реакции: включение в молекулу одного атома кислорода

А. Цепь НАДФН2-Р450 редуктаза–Цитохром Р450 Катализируются микросомальными монооксигеназами печени с участием

Пример реакции гидроксилированияФенобарбиталН2ОНАДФН+ННАДФОткрыто 150 генов, кодирующих различные изоформы цитохрома Р450 у

Б. Цепь НАДН2-цитохром b5 редуктаза – Цитохром b5 – стеароил-КоА-десатуразаЦитохром b5

Биологическая роль микросомального окисления:Инактивация ксенобиотиков, т.е. уменьшение их фармакологической активности и

2. Митохондриальные монооксигеназные системы локализованы на внутренней поверхности внутренней мембране митохондрий

Факторы, влияющие на активность ферментов биотрансформацииЕсть соединения, которые индуцируют скорость синтеза

Диоксигеназные реакцииДиоксигеназы это ферменты, которые включают в субстрат оба атома молекулы