Метаболизм. Взаимосвязь различных путей обмена веществ

Июль 27, 2022

Главная
Биология
Метаболизм. Взаимосвязь различных путей обмена веществ

Содержание

4. Основные характеристики метаболизма клеток млекопитающих Гетеротрофы Аэробы (факультативные или облигатные). Акцептором электронов являются органические вещества и
5. Функции метаболизма Аккумулирование энергии в макроэргических связях АТФ. Использование энергии АТФ для биосинтеза de novo молекул
6. Все механизмы регуляции направлены на поддержание гомеостаза и адаптацию к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды
7. Взаимосвязь обменов: Углеводы – липиды: «Лишние» углеводы обеспечивают синтез липидов (образование глицерол-3- фосфата, ацетил-КоА, НАДФН) глицерин
8. Взаимосвязь обменов: Белки – липиды: Запас нейтральных липидов предотвращает использование белков на энергетические нужды. Аминокислоты ?
9. Взаимосвязь обменов Белки – углеводы: Гликогенные аминокислоты (кроме лиз и лей) Основной путь синтеза заменимых аминокислот
10. Роль нуклеотидов в обмене веществ Адениловые нуклеотиды обеспечивают энергетический потенциал клеток УТФ участвует в обмене углеводов
11. Этапы энергетического обмена 1. Крупные «пищевые» молекулы гидролизуются до мономеров: аминокислот, жирных кислот, моносахаров. 2. Специфические
12. Унификация клеточного «топлива» В процессе основных путей катаболизма - гликолиза, окислительного дезаминирования, β – окисления, ЦТК
13. Основные этапы адаптации организма к голоданию Суточная потребность в энергетических ресурсах в зависимости от физической нагрузки
14. Адаптация к голоданию Голодание (равно как любой стресс или диабет) приводит к повышению уровня катехоламинов, глюкагона,
15. 1- ая фаза голодания (1сутки) На начальном этапе уровень глюкозы крови (особенно важный для нейронов и
16. 2- ая фаза голодания (1 –ая неделя) Гормональная ситуация приводит к адаптивному переключению энергетического обмена с
17. 3 – я фаза голодания (1 – 3 месяца) Усиление кетогенеза предотвращает использование аминокислот (Но! метаболический
18. Биоэнергетика изучает процессы превращения энергии в живом организме. Биологическое окисление (тканевое дыхание) – процессы, протекающие с
19. История учения о биоокислении 18 век, А.Лавуазье: « Дыхание – медленное горение» 1920 - е г.,
20. История учения о биоокислении Биологическое окисление – отнятие водорода от субстратов и передача его через серию
21. Аккумулирование энергии в клетке: НАДН, ФАДН2, НАДФН АТФ (реже другие нуклеозидтрифосфаты) Внутренняя мембрана митохондрий, функционирующая как
22. НАДН, НАДФН, ФАДН2 Восстановленные эквиваленты образуются при окислении органических субстратов; НАДН и ФАДН2 реокисляются в дыхательной
23. Роль НАДФН в метаболизме 1. Восстановительные синтезы аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот, холестерола, стероидов, желчных кислот. 2.
24. Челночные механизмы транспорта Восстановленные эквиваленты, образующиеся в цитозоле, например при окислении глицеральдегид- 3 фосфата попадают в
28. Почему именно адениловые нуклеотиды составляют энергетический потенциал клеток? Адениловые нуклеотиды более устойчивы к химическим и физическим
29. Содержание адениловых нуклеотидов к клетке АДФ + Ф? [АТФ]?АДФ + Фн (АМФ +ФФ) Синтез АТФ: субстратное
36. Гипотезы сопряжения окисления и фосфорилирования Липман, 1946г., Слэйтер, 1953г. Гипотеза химического сопряжения Перенос ē сопряжен с
37. Гипотеза химического сопряжения АН2 + В + Х ? А + ВН2 ∞Х ВН2 ∞ Х
38. Гипотеза конформационного сопряжения Бойер, 1964: Ленинджер, 1966; Грин, 1970г. Транспорт ē по внутренней мембране МХ вызывает
39. Хемиоосмотическая гипотеза Митчелл,1961 Перенос ē вдоль внутренней мембраны сопровождается выкачиванием Н+ из матрикса МХ в наружную
40. Доказательства хемиоосмотической гипотезы 1. В МХ нет высокоэнергетических посредников. связывающих перенос ē с биосинтезом АТФ. 2.
42. Дыхательная цепь ферментов осуществляет окислительно- восстановительные реакции, перенося ē от одной молекулы к другой и в
43. Структура дыхательной цепи МХ I комплекс: НАДН –КоQ дегидрогеназа: кофакторы FMN и Fe-S белки II комплекс:
44. Никотинамидные дегидрогеназы Более сотни субстратов окисляются через НАД. Основное количество НАДН образуется при окислении изоцитрата, малата,
45. Флавинзависимые дегидрогеназы Коферментную функцию выполняют ФМН или ФАД (производные рибофлавина) Прочно связаны с белковой частью ферментов.
46. Убихинон (КоQ) Повсеместно распространенное производное бензохинона. Гидрофобное, низкомолекулярное вещество, не связанное с белком (кофермент), способное мигрировать
47. Цитохромы Гемсодержащие белки (15-45 кДа), простетические группы - гем b или a, отличающиеся строением боковых радикалов
48. Железосерные белки Низкомолекулярные белки, содержащие негемовое железо и неорганическую серу (2Fe -2S; 4Fe- 4S). Атом железа
49. Создание градиента ионов на внутренней мембране МХ Перенос ē по дыхательной цепи сопровождается закислением наружной среды
50. Дыхательная цепь ферментов Полная цепь системы МХ окисления: SH2 (изоцитрат, малат, гидроксиацилКоА, гидроксибутират, глутамат) ? никотинамидные
51. Транслоказы Кроме оксидоредуктаз дыхательной цепи во внутреннюю мембрану МХ встроена система переноса «клеточного топлива»: кетокислот, аминокислот.
57. Строение АТФ – синтазы Н+ - АТФ –синтаза (АТФ-АЗА) V – комплекс дыхательной цепи Сложный белковый
59. Протонный градиент и пункты фосфорилирования Атомы водорода от окисляемых субстратов отдают ē в дыхательную цепь и
61. Соотношение дыхания и фосфорилирования 4ē + 4Н+ + О2 ? 2Н2О АДФ +Фн ? АТФ Эффективность
62. Дыхательный контроль ДК (дыхательный контроль) отражает зависимость интенсивности дыхания от концентрации АДФ. Измеряется полярографически по поглощению
63. Энергетический заряд клеток АТФ: АДФ:АМФ Энергетический заряд изменяется от 1 (если все адениловые нуклеотиды максимально фосфорилированы
64. Ингибиторы дыхания На различных участках цепи передача ē блокируется специфическими веществами: барбитуратами, некоторыми гликозидами, антибиотиками, цианидами.
66. Ингибирование фосфорилирования Олигомицин блокирует Fo – субъединицу АТФ – синтетазы. Электрохимический градиент при этом не снижается,
67. Разобщители дыхания и фосфорилирования Липофильные вещества, способные переносить протоны (протонофоры) и катионы (ионофоры) через внутреннюю мембрану,
69. Митохондриальная цепь окисления – источник активных форм кислорода 4Н+ + 4ē + О2 ? 2 Н2О
71. Скачать презентацию

Слайд 2

Слайд 3

Слайд 4

Основные характеристики метаболизма клеток млекопитающих
Гетеротрофы
Аэробы (факультативные или облигатные). Акцептором электронов являются

органические вещества и (или) в конечном итоге – О2.
Источник углерода – глюкоза, источник азота – аминокислоты.

Слайд 5

Функции метаболизма
Аккумулирование энергии в макроэргических связях АТФ.
Использование энергии АТФ для биосинтеза

de novo молекул (химическая работа), а также осмотической, электрической, механической работы.
Распад и синтез обновляемых структурных компонентов клеток.
Синтез и распад молекул «специального» назначения (гормонов, медиаторов, кофакторов).

Слайд 6

Все механизмы регуляции направлены на поддержание гомеостаза и адаптацию к изменяющимся

условиям внешней и внутренней среды

Способы регуляции скорости ферментативных реакций:
Изменение каталитической активности ферментов (аллостерическая или ковалентная модификация ключевых ферментов метаболизма)
Изменение количества ферментных молекул (конститутивные и адаптивные ферменты)
Компартментализация метаболических процессов.

Слайд 7

Взаимосвязь обменов:
Углеводы – липиды:
«Лишние» углеводы обеспечивают синтез липидов (образование глицерол-3-

фосфата, ацетил-КоА, НАДФН)
глицерин – субстрат для глюконеогенеза.
«жиры сгорают в пламени углеводов»: основным источником оксалоацетата является пируват.

Слайд 8

Взаимосвязь обменов:
Белки – липиды:
Запас нейтральных липидов предотвращает использование белков на энергетические

нужды.
Аминокислоты ? ацетил-КоА ?биосинтез жирных кислот
Глицерин ? ГАФ ? ПВК ? Аминокислоты
Серин, метионин - участвуют в биосинтезе фосфолипидов
Глицин. таурин – участвуют в синтезе желчных кислот (переваривание липидов).

Слайд 9

Взаимосвязь обменов
Белки – углеводы:
Гликогенные аминокислоты (кроме лиз и лей)
Основной путь синтеза

заменимых аминокислот – реакции переаминирования или восстановительного аминирования кетокислот (т.е. источник углерода для биосинтеза – глюкоза!)
ПФП превращения глюкозы – источник рибозы и НАДФН для биосинтеза нуклеотидов, а значит нуклеиновых кислот и белков.
ЦТК ? сукцинил-КоА ? биосинтез порфиринов для гемо- миоглобина, цитохромов, каталазы) .

Слайд 10

Роль нуклеотидов в обмене веществ
Адениловые нуклеотиды обеспечивают энергетический потенциал клеток
УТФ участвует

в обмене углеводов
ЦТФ участвует в биосинтезе фосфолипидов
ГТФ участвует в трансляции
АМФ является структурным компонентом НАД, ФАД, Ко-А
Циклические нуклеотиды – вторичные мессенджеры гормонов
ФАФS и УДФ-глюкуронат образуют парные соединения , обезвреживая токсины

Слайд 11

Этапы энергетического обмена
1. Крупные «пищевые» молекулы гидролизуются до мономеров: аминокислот, жирных

кислот, моносахаров.
2. Специфические дегидрогеназы окисляют эти вещества до пирувата, ацетил-КоА, кетоглутарата, сукцината, оксалоацетата.
3. Эти универсальные «субстраты дыхания» окисляются до СО2 в ЦТК.
4. НАДН и ФАДН2 поставляют протоны и электроны во внутреннюю мембрану МХ, восстанавливают кислород до Н2О и создают условия для фосфорилирования АДФ до АТФ.

Слайд 12

Унификация клеточного «топлива»
В процессе основных путей катаболизма - гликолиза, окислительного дезаминирования,

β – окисления, ЦТК образуется ограниченное количество универсальных «топливных» молекул: ацетил-КоА, метаболитов ЦТК.

Слайд 13

Основные этапы адаптации организма к голоданию
Суточная потребность в энергетических ресурсах в

зависимости от физической нагрузки составляет 1600 – 6000 ккал.
Метаболические запасы составляют: 40 ккал – глюкоза; 1600 ккал – гликоген; 135 000 ккал – нейтральный жир; 24 000 ккал – белок.

Слайд 14

Адаптация к голоданию
Голодание (равно как любой стресс или диабет) приводит к

повышению
уровня катехоламинов, глюкагона, глюкокортикоидов, тиреоидов при одновременном снижении инсулина.
Этот гормональный статус обеспечивает поддержание концентрации глюкозы в крови не < 2 -2,5 ммоль/л и сохранение азотистого баланса.
Метаболическая ситуация при этом характеризуется усилением глюконеогенеза в печени, липолиза в адипоцитах, протеолиза в мышцах.

Слайд 15

1- ая фаза голодания (1сутки)
На начальном этапе уровень глюкозы крови (особенно

важный для нейронов и эритроцитов) поддерживается запасами гликогена печени.
Далее предшественниками для глюконеогенеза становятся глицерин (продукт липолиза) и аминокислоты, как продукт протеолиза мышечных белков (глюкозо-аланиновый цикл).
Проблема сохранения мышечной массы и азотистого баланса!!!

Слайд 16

2- ая фаза голодания (1 –ая неделя)
Гормональная ситуация приводит к адаптивному

переключению энергетического обмена с преимущественно углеводного типа на липидный. Основными источниками энергии становятся жирные кислоты.
Концентрация СЖК в крови увеличивается в 3 -4 раза, кетоновых тел – в 10 – 15 раз.
Низкое содержание глюкозы (ПВК и ОА) приводит к накоплению ацетил-КоА и цитрата, торможению гликолиза (сохранение глюкозы!) и усилению кетогенеза!!!. Мозг и сердце на 1/3 удовлетворяют свои потребности в энергии за счет кетоновых тел.

Слайд 17

3 – я фаза голодания (1 – 3 месяца)
Усиление кетогенеза предотвращает

использование аминокислот (Но! метаболический ацидоз!).
Продолжительность голодания определяется запасом ТАГ. Затем следует утилизация аминокислот для глюконеогенеза.
Терминальная стадия голодания характеризуется отрицательным азотистым балансом (распадается > 20 г белка и выделяется 3 г мочевины в сутки). Атрофия тканей.

Слайд 18

Биоэнергетика изучает процессы превращения энергии в живом организме.
Биологическое окисление (тканевое дыхание)

– процессы, протекающие с участием кислорода ???
Главный вопрос биоэнергетики: как энергия окисления органических веществ трансформируется в энергию связей АТФ?

Слайд 19

История учения о биоокислении
18 век, А.Лавуазье: « Дыхание – медленное горение»
1920

- е г., А.Н.Бах. Перекисная теория активации кислорода. Открытие оксигеназ и пероксидаз.
1930 - е г., О.Варбург, Д.Кейлин. Открытие цитохромов (гемсодержащих ферментов), взаимодействующих с кислородом.
В.И.Палладин : «окисление – м.б. отнятие водорода!» Открытие флавинсодержащих ферментов.
Г.Вилланд, О.Варбург. В. Христиан. Открытие никотинсодержащих дегидрогеназ.

Слайд 20

История учения о биоокислении
Биологическое окисление – отнятие водорода от субстратов и

передача его через серию посредников на кислород с образованием воды.
90% О2 утилизируется МХ цепью ферментов (фосфорилирующее окисление)
10% О2 – микросомальное окисление (нефосфорилирующее), О2 внедряется в окисляемую молекулу.

Слайд 21

Аккумулирование энергии в клетке:
НАДН, ФАДН2, НАДФН
АТФ (реже другие нуклеозидтрифосфаты)
Внутренняя мембрана митохондрий,

функционирующая как конденсатор, где разделяются заряженные атомы и молекулы.

Слайд 22

НАДН, НАДФН, ФАДН2
Восстановленные эквиваленты образуются при окислении органических субстратов; НАДН и

ФАДН2 реокисляются в дыхательной цепи МХ, НАДФН использует восстановительный потенциал в реакциях биосинтеза, обезвреживания, антиперекисной защиты.
Подавляющее большинство восстановленных эквивалентов образуется в матриксе МХ (окисление ПВК, аминокислот, жирных кислот, ЦТК).
Доставка цитоплазматических восстановленных эквивалентов требует специального транспорта (челночные механизмы), т.к. пулы цитоплазматические и митохондриальные разделены!

Слайд 23

Роль НАДФН в метаболизме
1. Восстановительные синтезы аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот, холестерола,

стероидов, желчных кислот.
2. Десатурация жирных кислот
3.Кофактор Met – Hb редуктазы
4. Кофактор глутатион-редуктазы
5. Участие в микросомальном окислении

Слайд 24

Челночные механизмы транспорта
Восстановленные эквиваленты, образующиеся в цитозоле, например при окислении глицеральдегид-

3 фосфата попадают в МХ компартмент непрямым путем: с помощью НАДН в цитозоле образуются вещества проникающие в МХ.
Наиболее активна малат-аспартатная челночная система (печень, почки, миокард).
В скелетных мышцах и мозге – глицерофосфатный челнок. При этом глицерофосфат окисляется в МХ с помощью ФАД.

Слайд 25

Слайд 26

Слайд 27

Слайд 28

Почему именно адениловые нуклеотиды составляют энергетический потенциал клеток?
Адениловые нуклеотиды более устойчивы

к химическим и физическим факторам среды (УФ), обладают наибольшей скоростью обмена концевых остатков фосфорной кислоты.
При калорийности суточного рациона 2- 3 тыс. ккал и 50% КПД, этой энергии достаточно для образования 120 молей АТФ (М.м. 540 г).; таким образом ежесуточно в организме синтезируется и распадается около 50 -60 кг АТФ.
Содержание свободных адениловых нуклеотидов в организме не более 3 - 4 г, т.е. происходит постоянное фосфорилирование и гидролиз.
Запаса АТФ практически нет, его хватает на секунды активной мышечной работы.
Интенсивность распада АТФ стимулирует скорость его синтеза.
АТФ – не форма депонирования химической энергии, только временное ее аккумулирование.

Слайд 29

Содержание адениловых нуклеотидов к клетке
АДФ + Ф? [АТФ]?АДФ + Фн (АМФ

+ФФ)
Синтез АТФ: субстратное или окислительное фосфорилирование.
Оба механизма – по сути окислительные.
Субстратное сопряжено с реакциями гликолиза или ЦТК и образованием промежуточных макроэргов: дифосфоглицерата, фосфоэнолпирувата, сукцинил-КоА.
Окислительное сопряжено с дыханием и работой внутренней мембраны МХ, промежуточных посредников нет.

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

Слайд 33

Слайд 34

Слайд 35

Слайд 36

Гипотезы сопряжения окисления и фосфорилирования
Липман, 1946г., Слэйтер, 1953г.
Гипотеза химического сопряжения
Перенос ē

сопряжен с адениловой системой через образование промежуточных макроэргических соединений (подобно субстратному фосфорилированию)

Слайд 37

Гипотеза химического сопряжения
АН2 + В + Х ? А + ВН2

∞Х
ВН2 ∞ Х + V ? ВН2 + Х∞ V
Х ∞ V + Рн ? Х + V∞ РH
V ∞ Рн + АДФ ? АТФ + V
Х м.б. О2, Na, Ca; V м.б. P,C
Однако, в МХ не обнаружено никаких макроэргов кроме адениловых нуклеотидов.

Слайд 38

Гипотеза конформационного сопряжения
Бойер, 1964: Ленинджер, 1966; Грин, 1970г.
Транспорт ē по внутренней

мембране МХ вызывает ее конформационные изменения, она приобретает «напряженную» структуру (энергизованная мембрана). «Релаксация» мембраны передает энергию конформационного напряжения АТФ-синтетазе, встроенной в эту мембрану.
Электронно-микроскопические исследования подтверждают «уплотнения» крист МХ при добавлении субстратов дыхания, АДФ и Рн .
Старение МХ, действие детергентов, снижение скорости дыхания вызывает «набухание» МХ.

Слайд 39

Хемиоосмотическая гипотеза
Митчелл,1961
Перенос ē вдоль внутренней мембраны сопровождается выкачиванием Н+ из матрикса

МХ в наружную среду. Энергия этого трансмембранного протонного градиента используется на синтез АТФ.

Слайд 40

Доказательства хемиоосмотической гипотезы
1. В МХ нет высокоэнергетических посредников. связывающих перенос ē

с биосинтезом АТФ.
2. Для окислительного фосфорилирования необходима пространственная замкнутость внутренней мембраны МХ.
3.Большое значение имеет разница в ионной силе и концентрации ионов с наружной и внутренней стороны мембраны.
4.Заряд внутренней мембраны имеет электрохимическую и концентрационную (осмотическую) составляющую.
5. Окислительное фосфорилирование предотвращается «разобщителями»

Слайд 41

Слайд 42

Дыхательная цепь ферментов осуществляет окислительно- восстановительные реакции, перенося ē от одной

молекулы к другой и в конечном итоге – на О2восстанавливая его до Н2О.

НАДН – поставляет ē в виде гидрид –иона (:Н-);
ФАДН2 и КоQ - 2ē и 2 Н+ (2 атома водорода);
цитохромы и Fe – S центры – только ē.

Слайд 43

Структура дыхательной цепи МХ
I комплекс: НАДН –КоQ дегидрогеназа: кофакторы FMN и

Fe-S белки
II комплекс: FADH2 – КоQ дегидрогеназа:
III комплекс: КоQ – цитохром С дегидрогеназа: (через цитохромы в и с1.и Fe – S)
IV - комплекс: цитохром аа3 – оксидаза (через Cu2+ )

Слайд 44

Никотинамидные дегидрогеназы
Более сотни субстратов окисляются через НАД. Основное количество НАДН образуется

при окислении изоцитрата, малата, гидроксиацил-КоА, гидроксибутирата, глутамата.
НАД-ДГ слабо связаны с апоферментом
SН2 + НАД+ ? S + НАДН + Н+
Фиксирует в никотинамиде гидрид-ион
НАДФН поставляет протоны и ē в дыхательную цепь также через НАДН:
НАДФН + НАД+ ? НАДФ+ + НАДН

Слайд 45

Флавинзависимые дегидрогеназы
Коферментную функцию выполняют ФМН или ФАД (производные рибофлавина)
Прочно связаны с

белковой частью ферментов.
SH2 + FAD+ ? S + FADH2
Фиксируют в изоаллоксазиновом центре 2 Н+ и 2 ē.
ФАДН2 образуется при окислении глицеролфосфата, сукцината, жирных кислот.

Слайд 46

Убихинон (КоQ)
Повсеместно распространенное производное бензохинона.
Гидрофобное, низкомолекулярное вещество, не

связанное с белком (кофермент), способное мигрировать в пределах мембраны.
Принимает восстановленные эквиваленты от флавопротеинов I и II комплексов и передает на цитохромы в дыхательной цепи, превращаясь в гидрохинон.

Слайд 47

Цитохромы
Гемсодержащие белки (15-45 кДа), простетические группы - гем b или

a, отличающиеся строением боковых радикалов порфириновой группировки.
Цитохромы аa3 содержат еще атомы Cu+(2+) .
Функциональноактивный центр цитохромов железо гема с переменной валентностью ( в отличие от железа Hb).
Функция цитохромов в дыхательной цепи -перенос ē (КоQH2 ? цит.b ? цит.с1 ? цит. c ? цит. aa3 ? O2.).

Слайд 48

Железосерные белки
Низкомолекулярные белки, содержащие негемовое железо и неорганическую серу (2Fe -2S;

4Fe- 4S). Атом железа связан с атомом серы и группами белковой части.
Как и цитохромы осуществляют одноэлектронный транспорт. Входят в состав разных комплексов вместе с флавопротеинами и цитохромами.

Слайд 49

Создание градиента ионов на внутренней мембране МХ
Перенос ē по дыхательной

цепи сопровождается закислением наружной среды (рН=7) и защелачиванием матрикса (рН=8). т.е. ē – движущая сила выкачивает протоны в межмембранное пространство.
Прохождение пары ē на уровне I комплекса в матрикс попадает 2 пары Н+, III комплекса – 1 пара и IV – 2 пары.
Таким образом создается электрохимический Н+ градиент, имеющий электрический и осмотический компонент.
ΔµH = Δψ + ΔpH

Слайд 50

Дыхательная цепь ферментов
Полная цепь системы МХ окисления:
SH2 (изоцитрат, малат, гидроксиацилКоА, гидроксибутират,

глутамат) ? никотинамидные ДГ? комплексI,III, IV ? O2 .
Укороченная цепь: (без комплекса I)
SH2(сукцинат, ацилКоА, глицеролфосфат) ? КоQ ?комплекс III, IV ? O2
Удлиненная цепь окисления:
SH2 (пируват, кетоглутарат) ? комплексы I,III,IV ? O2. (окислительно-декарбоксилирующие комплексы кетокислот примыкают к внутренней мембране МХ).

Слайд 51

Транслоказы
Кроме оксидоредуктаз дыхательной цепи во внутреннюю мембрану МХ встроена система переноса

«клеточного топлива»: кетокислот, аминокислот. дикарбоновых кислот, жирных кислот (транслоказы).
Адениннуклеотидтранслоказа, фосфаттранслоказа.
АТФ – синтаза.

Слайд 52

Слайд 53

Слайд 54

Слайд 55

Слайд 56

Слайд 57

Строение АТФ – синтазы
Н+ - АТФ –синтаза (АТФ-АЗА)
V – комплекс дыхательной

цепи
Сложный белковый комплекс (500 кДа) из Fo и F1 субъединиц.
Фактор сопряжения дыхания (протонного градиента) и фосфорилирования.
Fo – трансмембранный канал для протонов во внутренней мембране МХ.
F1 - каталитическая субъединица, состоящая из трех гетеродимеров (α и β), связывающие АДФ и Фн, образование АТФ с выделением Н2О и освобождением АТФ.
Активация АТФ-азы происходит за счет ротации комплекса вызванного потоком протонов из внешней среды в матрикс.
При накоплении АТФ в матриксе АТФ – аза начинает гидролизовать АТФ и работать как протонная помпа, градиент протонов не уменьшается, а нарастает.

Слайд 58

Слайд 59

Протонный градиент и пункты фосфорилирования
Атомы водорода от окисляемых субстратов отдают ē

в дыхательную цепь и превращаются в Н+ ,которые поступают в межмембранное пространство.
ē передаются по дыхательной цепи и оказываются на все более низких энергетических уровнях, пока не достигнут О2
В дыхательной цепи трижды происходит значительное снижение стандартной свободной энергии, достаточное для обеспечения синтеза АТФ. (три пункта фосфорилирования: на уровне I, III и IV комплексов).

Слайд 60

Слайд 61

Соотношение дыхания и фосфорилирования
4ē + 4Н+ + О2 ? 2Н2О
АДФ +Фн

? АТФ
Эффективность фосфорилирования Р/О (количество Фн включенного в состав АТФ на каждый атом О).
Теоретически для НАДН – коэффициент =3; для ФАДН2 = 2; для aa3 = 1.
Практически, этот коэффициент ниже, не все протоны проходят через протонные каналы АТФ-синтетазы, энергия Δ µН+ частично используется на другие нужды и Р/О = 2,5; 1,5 для I и II комплексов. соответственно.
Каковы взаимоотношения дыхания и фосфорилирования?

Слайд 62

Дыхательный контроль
ДК (дыхательный контроль) отражает зависимость интенсивности дыхания от концентрации АДФ.
Измеряется

полярографически по поглощению О2 и отношению фосфорилирующего дыхания к нефосфорилирующему (т.е. в присутствии или отсутствии АДФ).
Дыхательный контроль ведет к соответствию скорости синтеза АТФ потребностям клетки в данный момент: чем больше расход АТФ, тем быстрее поток ē к О2 (дыхание!) и интенсивнее окисление субстратов и поглощение О2.

Слайд 63

Энергетический заряд клеток
АТФ: АДФ:АМФ
Энергетический заряд изменяется от 1 (если все адениловые

нуклеотиды максимально фосфорилированы и находятся в виде АТФ) ; до 0 (если все
нуклеотиды находятся в виде АМФ.

Слайд 64

Ингибиторы дыхания
На различных участках цепи передача ē блокируется специфическими веществами:

барбитуратами, некоторыми гликозидами, антибиотиками, цианидами.
На 90% дыхание подавляется ингибиторами передачи ē на уровне цитохромоксидазы дыхательными ядами: цианидами, СО,H2S, NH3.

Слайд 65

Слайд 66

Ингибирование фосфорилирования
Олигомицин блокирует Fo – субъединицу АТФ – синтетазы.
Электрохимический градиент

при этом не снижается, но потока протонов в матрикс через протонный канал не происходит и АТФ –синтетаза не активна.

Слайд 67

Разобщители дыхания и фосфорилирования
Липофильные вещества, способные переносить протоны (протонофоры) и катионы

(ионофоры) через внутреннюю мембрану, минуя канал Fo:
градиент Н+ снижается;
содержание АДФ увеличивается, скорость окисления растет, поглощение О2 (дыхание) растет, но энергия рассеивается в виде тепла, коэффициент Р/О снижается.
2,4 – динитрофенол, валиномицин, грамицидин, дикумарол, билирубин, мочевая кислота, тироксин, длинноцепочечные жирные кислоты.
Разобщение окисления и фосфорилирования увеличивает теплопродукцию (специализированная ткань – бурый жир, где в МХ много белка термогенина, переносящего жирные кислоты в матрикс).

Слайд 68

Слайд 69

Митохондриальная цепь окисления – источник активных форм кислорода
4Н+ + 4ē +

О2 ? 2 Н2О
Неполное восстановление кислорода ведет к образованию АФК:
4Н+ + 3ē + О2 ? НО*
4Н+ + 2ē + О2 ? 2 Н2О2
4Н+ +ē + О2 ? :О2-

Метаболизм. Взаимосвязь различных путей обмена веществ

Содержание

Основные характеристики метаболизма клеток млекопитающихГетеротрофыАэробы (факультативные или облигатные). Акцептором электронов являются

Функции метаболизмаАккумулирование энергии в макроэргических связях АТФ.Использование энергии АТФ для биосинтеза

Все механизмы регуляции направлены на поддержание гомеостаза и адаптацию к изменяющимся

Взаимосвязь обменов: Углеводы – липиды:«Лишние» углеводы обеспечивают синтез липидов (образование глицерол-3-

Взаимосвязь обменов:Белки – липиды:Запас нейтральных липидов предотвращает использование белков на энергетические

Взаимосвязь обменовБелки – углеводы:Гликогенные аминокислоты (кроме лиз и лей)Основной путь синтеза

Роль нуклеотидов в обмене веществАдениловые нуклеотиды обеспечивают энергетический потенциал клетокУТФ участвует

Этапы энергетического обмена1. Крупные «пищевые» молекулы гидролизуются до мономеров: аминокислот, жирных

Унификация клеточного «топлива»В процессе основных путей катаболизма - гликолиза, окислительного дезаминирования,

Основные этапы адаптации организма к голоданиюСуточная потребность в энергетических ресурсах в

Адаптация к голоданиюГолодание (равно как любой стресс или диабет) приводит к

1- ая фаза голодания (1сутки)На начальном этапе уровень глюкозы крови (особенно

2- ая фаза голодания (1 –ая неделя)Гормональная ситуация приводит к адаптивному

3 – я фаза голодания (1 – 3 месяца)Усиление кетогенеза предотвращает

Биоэнергетика изучает процессы превращения энергии в живом организме.Биологическое окисление (тканевое дыхание)

История учения о биоокислении18 век, А.Лавуазье: « Дыхание – медленное горение»1920

История учения о биоокисленииБиологическое окисление – отнятие водорода от субстратов и

Аккумулирование энергии в клетке:НАДН, ФАДН2, НАДФНАТФ (реже другие нуклеозидтрифосфаты)Внутренняя мембрана митохондрий,

НАДН, НАДФН, ФАДН2Восстановленные эквиваленты образуются при окислении органических субстратов; НАДН и

Роль НАДФН в метаболизме1. Восстановительные синтезы аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот, холестерола,

Челночные механизмы транспортаВосстановленные эквиваленты, образующиеся в цитозоле, например при окислении глицеральдегид-

Почему именно адениловые нуклеотиды составляют энергетический потенциал клеток?Адениловые нуклеотиды более устойчивы

Содержание адениловых нуклеотидов к клеткеАДФ + Ф? [АТФ]?АДФ + Фн (АМФ

Гипотезы сопряжения окисления и фосфорилированияЛипман, 1946г., Слэйтер, 1953г.Гипотеза химического сопряженияПеренос ē

Гипотеза химического сопряженияАН2 + В + Х ? А + ВН2

Гипотеза конформационного сопряженияБойер, 1964: Ленинджер, 1966; Грин, 1970г.Транспорт ē по внутренней

Хемиоосмотическая гипотезаМитчелл,1961Перенос ē вдоль внутренней мембраны сопровождается выкачиванием Н+ из матрикса

Доказательства хемиоосмотической гипотезы1. В МХ нет высокоэнергетических посредников. связывающих перенос ē