Биологическое окисление

Биологическое окисление
– это совокупность реакций окисления, протекающих в живых системах.
Первые

Варбург
Активирование кислорода – ключевой процесс в тканевом дыхании
1912г – цитохромоксидаза
Бателли, Штерн

Теория активирования водорода
(акад. В.И. Палладин, 1912)

А*Н2 (субстрат) ½ О2 Н2О

ДГ

Кейлин, 1933 –

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОЛОГИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ
Биологическое окисление - процесс переноса электронов.
Если

Биологическое окисление
многоступенчатый процесс транспорта электронов (на начальных этапах и протонов)

ФЕРМЕНТЫ И КОФЕРМЕНТЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
Биологическое окисление начинается с ДЕГИДРИРОВАНИЯ

Этап осуществляется с помощью:
НАД – зависимые дегидрогеназы
ФАД – зависимые дегидрогеназы
Это первичные

В НАД и НАДФ рабочей частью является витамин РР - НИКОТИНАМИД.

НАД

В ФАД и ФМН рабочей частью является ФЛАВИН (изоаллоксазин) –

Компоненты дыхательной цепи:

В основном сложные белки, локализованные во внутренней мембране

Комплекс ферментов переноса электронов и протонов от субстрата к

Компоненты дыхательной цепи:

В основном сложные белки, локализованные во внутренней мембране митохондрий

КОМПОНЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ:
Комплекс I (НАДН-дегидрогеназа)
Комплекс II (СДГ)
Убихинон (кофермент Q)
Комплекс

Комплекс I (НАДН-дегидрогеназа)

Флавинзависимый фермент (кофермент ФМН)
Единственный Субстрат – кофермент НАДН2
Содержит железо-серные

Комплекс II (СДГ)

Флавинзависимый фермент (кофермент ФАД)
Донор протонов и электронов для убихинона

Схема строения сукцинатдегидрогеназы

Кольман Я., Рём К. Г. Наглядная биохимия.
 — 4-е изд.. — М.: БИНОМ.

Убихинон (кофермент Q)

Quinone – хинон
Ubiquitos – вездесущий
У млекопитающих 10 звеньев изопрена

Структура убихинона (кофермента Q). 

Убихинон может принимать один электрон и превращаться в

Цитохромы – сложные белки, небелковая часть – гем
Каждый цитохром транспортирует только

Комплекс III (коэнзим Q – дегидрогеназа)

В составе цитохромы b, с1
Акцептор электронов

Цитохром с

Не объединяется в комплекс
Акцептор электронов от комплекса III
Донор электронов

Комплекс IV (цитохромоксидаза)
Содержит цитохромы а, а3, ионы меди
Акцептор электронов от цитохрома

Окислительно-восстановительный потенциал

*Выражается в вольтах;
*Чем отрицательнее E0´, тем меньше сродство к электронам;
*Связан

Изменение редокс-потенциала и свободной энергии при транспорте электронов по дыхательной цепи

G‘0

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ.
Процесс образования АТФ из АДФ и Н3РО4 за счёт энергии

МЕХАНИЗМ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
Теория ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
Питер МИТЧЕЛЛ, 1961

Основные положения теории:
1.Мембрана МИТОХОНДРИЙ непроницаема для протонов.
2.Образуется электрохимический потенциал в процессе

Процесс транспорта электронов происходит во внутренней мембране.
Первые реакции окисления происходят

Электрический и концентрационный потенциал составляют ПРОТОНДВИЖУЩУЮ силу, которая перемещает протоны обратно

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АТФ:
1. Целостность мембраны - непроницаемость её для протонов.
2. Наличие

Разобщение ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
(свободное окисление)
окисление идёт, а ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

Пути использования кислорода в организме

Оксидазный
90% О2
О2 +4ē+4Н+ → 2Н2О
в митохондриях
сопровождается синезом

Оксигеназный путь
монооксигеназный диоксигеназный

S-Н +O2 S-OH + H2O

S-Н +O2

Свободнорадикальное окисление

Свободный радикал – молекула или её часть, имеющая неспаренный электрон на

Источники свободных радикалов

микросомальное окисление,
окисление аминокислот, нуклеотидов оксидазами,
неполное восстановление кислорода в

Свойства свободных радикалов

Являются нестабильными, короткоживущими молекулами
Обладают очень высокой реакционной способностью
Взаимодействуют

Виды природных радикалов

Значение процессов свободно-радикального окисления

В НОРМЕ
изменение свойств мембран;
Фагоцитоз;
окисление чужеродных соединений

ПРИ ПАТОЛОГИИ
разрушение

Перекисное окисление липидов

сложный многостадийный цепной процесс окисления кислородом липидных субстратов, главным

Основные стадии перекисного окисления липидов (ПОЛ)

инициирование цепной реакции;
развитие и разветвление цепи;
разрушение

Инициирование цепной реакции

L*

LOO*

OO

LH

L*

LOOH

HOH

LH

OH*

Развитие цепи

Цепное развитие ПОЛ (разветвление)

Разрушение структуры липидов

Малоновый диальдегид

Окислительная модификация белков

Обрыв цепей ПОЛ

LOO* + Fe2+ + H+ LOOH

Механизмы защиты от свободных радикалов

Предусматривают наличие в клетках антиоксидантной системы – системы,

Ферментативная антиоксидантная система

Супероксиддисмутаза
Каталаза
Глутатионзависимые ферменты:
Глутатионпероксидаза
Глутатионредуктаза
Глутатион-S-трансфераза

Неферментативная антиоксидантная система

Витамины:
Е (токоферол), С (аскорбат),биофлавоноиды
Пептиды и белки: глутатион, церулоплазмин
SH –

К активации свободнорадикальных процессов в организме приводят:
НЕДОСТАТОК БИОАНТИОКСИДАНТОВ
ИНТОКСИКАЦИИ (КУРЕНИЕ, АЛКОГОЛЬ И