Современные представления о биологическом окислении. Строение митохондрий, цепь переноса электронов и протонов.

В переносе электронов от субстратов к молекулярному кислороду принимают участие: 1) пиридинзависимые дегидрогеназы, для которых коферментами служат либо НАД, либо НАДФ; 2) флавинзависимые дегидрогеназы (флавиновые ферменты), у которых роль простетической группы играют ФАД или ФМН; 3) цитохромы, содержащие в качестве простетической группы железопорфириновую кольцевую систему. Среди компонентов дыхательной цепи обнаружены также убихинон (коэнзим Q) и белки, содержащие негемовое, или негеминовое, железо.
Проницаемость митохондриальных мембран весьма различна. Наружная мембрана легко проницаема для электролитов, воды, сахарозы и некоторых полисахаридов, тогда как внутренняя мембрана обычно непроницаема для ионов Н, ОН, С1, К, Mg и сахарозы. Для прохождения АТФ, АДФ и промежуточных веществ цикла трикарбоновых кислот требуется участие активированного переноса. Это значит, что должны существовать специфические белки-переносчики (убихинон, цитохром С) и система поступления энергии для активации процесса. Системы белков-переносчиков локализуются на месте плотных контактов между наружной и внутренней мембранами митохондрий.

26. Дегидрирование субстратов и окисление водорода. Первичные акцепторы водорода.Над- и ФАД- зависимые дегидрогеназы. Энергия освобождается в процессе ферментативного окисления метаболитов специфическими дегидрогеназами. В реакциях дегидрирования электроны и протоны переходят от органических субстратов на коферменты NAD- и FAD-зависимых дегидрогеназ. Электроны, обладающие высоким энергетическим потенциалом, передаются от восстановленных коферментов NADH и FADH2 к кислороду через цепь переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Восстановление молекулы О2 происходит в результате переноса 4 электронов. При каждом присоединении к кислороду 2 электронов, поступающих к нему по цепи переносчиков, из матрикса поглощаются 2 протона, в результате чего образуется молекула Н2О. Окисление органических веществ в клетках, сопровождающееся потреблением кислорода и синтезом воды, называют тканевым дыханием, а цепь переноса электронов (ЦПЭ) - дыхательной цепью.
Окисление органических веществ в клетках, сопровождающееся потреблением кислорода и синтезом воды, называют тканевым дыханием, а цепь переноса электронов (ЦПЭ) - дыхательной цепью.
Первичные акцепторы водорода .Первичные акцепторы водорода окислительно-восстановительных реакций относят к 2 типам дегидрогеназ: никотинамвдзависимым, содержащим в качестве коферментов производные никотиновой кислоты, и флавинзависимым, содержащим производные рибофлавина . Никотинамидзависимые дегидрогеназы содержат в качестве коферментов NAD+ или NADP+ .NAD+ и NADP+ - производные витамина PP. Эти коферменты входят в состав активных центров дегидрогеназ, но могут обратимо диссоциировать из комплекса с апоферментами и включаются в состав фермента в ходе реакции. Субстраты NAD- и NADФ-зависимых дегидрогеназ находятся в матриксе митохондрий и в цитозоле. Субстрат – витамин PP – никотинамид). Рабочей частью никотинамидных коферментов служит никотинамид. Большинство дегидрогеназ, поставляющих электроны в ЦПЭ, содержат NAD+. Флавиновые дегидрогеназы содержат в качестве коферментов FAD или FMN. Эти коферменты образуются в организме человека из витамина В2. Субстрат – изоалоксазин. Большинство FAD-зависимых дегидрогеназ - растворимые белки, локализованные в матриксе митохондрий. Исключение составляет сукцинат-дегидрогеназа, находящаяся во внутренней мембране митохондрий. К FMN-содержащим ферментам принадлежит NADH-дегидрогеназа, которая также локализована во внутренней мембране митохондрий; она окисляет NADH, образующийся в митохондриальном матриксе.
27. Терминальное окисление: убихинон, цитохромы.Цепь переноса электронов. Окислит. фосфорилир. Коэффициент Р/О. Окислительное фосфорилирование (терминальное окисление)– это многоэтапный процесс, происходящий во внутренней мембране митохондрий и заключающийся в окислении восстановленных эквива-лентов(НАДН и ФАДН2) и сопровождающийся синтезом АТФ. Согласно этой гипотезе перенос электронов, происходящий на внутренней митохондриальной мембране, вызывает выкачивание ионов Н из матрикса митохондрий в межмембран-ное пространство. Это создает градиент концентрации ионов Н между цитозолем и замкнутым внутримитохондриальным пространством. Ионы водорода в норме способны возвращаться в матрикс митохондрий только одним способом– через специальный фермент, образующий АТФ– АТФ-синтазу. Внутренняя митохондриальная мембрана содержит ряд мультиферментных комплексов, включающих множество ферментов. Эти ферменты на-зывают дыхательными ферментами, а последовательность их расположения в мембране–

дыхательной цепью. Коэффициент Р/О– это отношение количества неорганического фосфата, включенно-го в молекулу АТФ АТФ-синтазой к количеству атомов кислорода, включенного в молеку-лу Н2О, при переносе одной пары электронов по дыхательной цепи.

При окислении веществ с участием НАД-зависимых дегидрогеназ, соотношение количества включенного в АТФ фосфата относится к количеству использованных атомов кислорода как3 к1, т.е. коэффициентP/O равен трем. Для ФАД-зависимых дегидрогеназ коэффициентP/O равен 2.
Убихинон(КоQ) есть во всех клетках – играет роль промежуточного переносчика водорода. Цитохромы – белки хромопротеиды, способные присоединять электрон, благодаря наличию в своем составе простетической геминовой группы, близкой к гему гемоглобина. (b,c1,c,aa3) Цитохромы b?c1?c выполняют функцию промежуточных переносчиков а цитохромоксидаза (aa3) является терминальным дыхательным ферментом взаимодействующим с кислородом. Биологическое окисление- это процесс окисления биологических веществ с выделением энергии. Тканевое дыхание – процесс поглощения кислорода (О2) тканями при окислении органического субстрата с выделением углекислого газа (СО2) и воды (Н2О). Окислительное фосфорилирование это синтез АТФ сопряженный с тканевым дыханием. Гипоксические состояния

28. Сопряжение окисления с фосфорилированием в дых. цепи. Н-градиент и АТФ-синтетаза. Перенос ионов водорода через мембрану(выкачивание) происходит не случайно, а в

строго определенных участках мембраны. Эти участки называются участки сопряжения

(или, не совсем точно, пункты фосфорилирования). Они представленыI, III, IV комплексами

дыхательных ферментов. В результате работы этих комплексов формируется градиент ионов

водорода между внутренней и наружной поверхностями внутренней митохондриальной

мембраны. Такой градиент обладает потенциальной энергией. Работа дыхательных ферментов регулируется с помощью эффекта, который получил название дыхательный контроль.

Дыхательный контроль– это прямое влияние электрохимического градиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи(величину дыхания). В свою очередь, величина градиента напрямую зависит от соотношения АТФ и АДФ. Возрастание протонного градиента возникает при исчерпании запасов АДФ и накоплении АТФ, т.е. когда АТФ-синтаза лишена своего субстрата и ионы Н не проникают в матрикс митохондрии. Снижение протонного градиента возникает при активной работе АТФ-синтазы(т.е. прохождении ионов Н в матрикс). АТФ-синтаза (Н⁺-АТФ-аза) - интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи. АТФ-синтаза состоит из 2 белковых комплексов, обозначаемых как F₀ и F_1. Разобщители– это вещества, которые снижают величину электрохимического гради-ента, что приводит к увеличению скорости движения электронов по ферментам дыхательной

цепи. В результате этого уменьшается синтез АТФ и возрастает катаболизм. К разобщителям в первую очередь относят"протонофоры" – вещества переносящие ионы водорода. При этом умень-шаются оба компонента электрохимического градиента. Классическим протонофором является динитрофенол, жирораствори-мое соединение, присоединяющие ионы водорода на внешней

поверхности внутренней митохондриальной мембраны и отдающие их на внутренней поверхности.
29.Пути образования и окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты.
Пировиноградная кислота(ПВК, пируват) является продуктом окисления глюкозы и некоторых аминокислот. Ее судьба различна в зависимости от доступности кислорода в клетке. В анаэробных условиях она восстанавливается до молочной кислоты. В аэробных условиях происходит ее окислительное декарбоксилирование до уксусной кислоты, переносчиком которой служит коэнзим А. Суммарное уравнение реакции отражает декарбоксилирование пирувата,восстановление НАД до НАДН и образование ацетил-S-KoA.
Превращение состоит из пяти последовательных реакций, осуществляется мультифер-ментным комплексом, прикрепленным к внутренней митохондриальной мембране со сторо-ны матрикса. В составе комплекса насчитывают 3 фермента и 5 коферментов:

Пируватдегидрогеназа(Е1, ПВК-дегидрогеназа), ее коферментом является тиамин-дифосфат, катализирует1-ю реакцию. Дигидролипоат-ацетилтрансфераза(Е2), ее коферментом является липоевая кисло-та, катализирует2-ю и3-ю реакции. Дигидролипоат-дегидрогеназа(Е3), кофермент– ФАД, катализирует4-ю и5-ю реак-ции. Помимо указанных коферментов, которые прочно связаны с соответствующими фер-ментами, в работе комплекса принимают участие коэнзим А и НАД. Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата(катализируется пируватдегидрогеназой, Е1), окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на коэн-зим А(катализируется дигидролипоамид-ацетилтрансферазой, Е2)

30. Ацетил-КоА как узловой пункт катаболизма основных пищевых веществ и взаимопревращения углеводов, белков, липидов. Образовавшийся в гликолизе пируват в аэробных условиях превращается вПВК-дегидрогеназном комплексе в ацетил-SКоА, при этом образуется1 молекула НАДН. Ацетил-SКоА вовлекается в ЦТК и, окисляясь, дает3 молекулы НАДН, 1 молекулуФАДН2, 1 молекулу ГТФ. Молекулы НАДН и ФАДН2 движутся в дыхательную цепь, где при их окислении в сумме образуется11 молекул АТФ. В целом при сгорании одной ацето-группы в ЦТК образуется12 молекул АТФ. Суммируя результаты окисления"гликолитического" и"пируватдегидрогеназного" НАДН, "гликолитический" АТФ, энергетический выход ЦТК и умножая все на2, получаем 38 молекул АТФ.

31) ЦИКЛ КРЕБСА

В ЦТК образуются:1)Конечный продукт -СО2, который содержит атом кислорода, ранее входивший в состав органических молекул.2)НАДН2 и ФАДН2 являются промежуточными переносчиками водорода в дыхательную цепь, где образуется второй конечный продукт – Н2О и синтезируется АТФ путем окислительного фосфорилирования.3)Одна молекула ГТФпутем субстратного фосфорилирования.

Расчет энергетического баланса одного цикла ЦТК:Окисление одной молекулы НАДН2 в полной дыхательной цепи приводит к образованию 3-х молекул АТФ, окисление одной молекулы ФАДН2 в укороченной дыхательной цепи приводит к образованию 2-х молекул АТФ, одна молекула ГТФ эквивалентна образованию 1 мол-лы АТФ:3 молекулы НАДН = 3х3 = 9 молекул АТФ; 1 молекула ФАДН2, которая дает 2 молекулы АТФ;1 молекула ГТФ =1АТФ.ИТОГО: 9АТФ + 2АТФ + 1АТФ = 12АТФ.

Биологическая роль ЦТК:I. Донор атомов водорода для дыхательной цепи.II. Энергетическая. Окисление одной молекулы ацетил-КоА в ЦТК приводит к образованию 12 молекул АТФ.III. Амфиболическая – выполняет двойную ф-ю, поскольку яв-ся общим этапом катаболизма, поставляющим небольшие молекулы-предшественники для р-ий биосинтеза АК, жирных кислот и углеводов.

Общий путь катаболизма выполняет и анаболические функции. Это проявляется в том, что некоторые промежуточные продукты используются для синтеза структурно-функциональных компонентов клетки. Пируват, а-кетоглутарат и оксалоацетат являются кетоаналогами соответственно аланина, глутаминовой кислоты и аспарагиновой кислоты и путем трансаминирования могут превращаться в эти аминокислоты.

Ацетил-КоА служит предшественником жирных кислот. Сукцинил-КоА используется для синтеза гема.
В результате каждого оборота цитратного цикла регенерируется щавелевоук-сусная кислота, необходимая для начала следующего оборота цикла. Поэтому удаление ЩУК привело бы к прерыванию цикла. Это предотвращается тем, что отток метаболитов цитратного цикла компенсируется их образованием в других реакциях. Такие реакции называют анаплеротическими (пополняющими). Основная анаплеротическая реакция — превращение пировиноградной кислоты в ЩУК, главным образом в реакции, катализируемой пиру-ваткарбоксилазой:Пируваткарбоксилаза содержится только в митохондриях. Фермент построен из четырех субъединиц, каждая из которых содержит прочно связанный ион Мп2+ и витамин биотин, выполняющий коферментную функцию. Биотин соединен с ферментом амидной связью через е-аминогруппу остатка лизина.В ходе реакции С02 вначале присоединяется к биотину (получается карбоксибиотин), затем переносится на пируват.

32. Основные углеводы пищи: Гликоген,крахмал,целлюлоза.
Пути поступления Глю:1)Экзогенные-пища(крахмал,гликоген,моносахариды)2)Эндогенные-Распад Гли/Гликогенолиз.3)Глюконеогенез4) Взаимопревращение гексоз.
Утилизация: 1)Синтез Гли 2)Гликолиз 3)Дихотомический путь 4)Апотомический путь/Синтез ДНК,РНК, коферментов/НАДФН2 5)Синтез Липидов 6)синтез Заменимых АК 7) УДФ-Глюкуроновая к-та/обезвреживание индола,крезола,скатола,билирубина,продуктов распада стероидных гормонов.
1).Альфа амилаза в рот полости расщипл 1-4гликозидн связи.. Она активируется ионами Сl. Образуются декстрины 2).Желуд сок имеет резко кисл среду(рН 1,5-2,5). Действие амилазы прекращается. Но в пищ комке действует. 3) В 12-и перстн кишке рН почти нейтрал. Действие амилазы максимально. Завершается превращение Гликогена в мальтозу 4) в кишечн гидролизуются альфа 1-6 гликозидн связи ферментом амило-1,6,глюкозидазой. Образующаяся мальтоза оказывается временным продуктом, тк она быстро гидролизуется под влиянием мальтазы на 2 молекулы Глю. Кишечный сок содержит активную сахаразу, которая превращ Сахарозу в Глю и Фруктозу. Лактоза под действием Лактазы киш сока расщепляется на Глю и Галактозу.

АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ

Этот процесс включает несколько стадий:1)Аэробный гликолиз - процесс окисления глюкозы с образованием двух молекул пирувата;2)Общий путь катаболизма, включающий превращение пирувата в ацетил-КоА и его дальнейшее окисление в цитратом цикле;3)ЦПЭ на кислород, сопряжённая с реакциями дегидрирования, происходящими в процессе распада глюкозы.

Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции этого процесса, локализованы в цитозоле клетки.

Этапы аэробного гликолиза1)Подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.2)Этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой реакции фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ.

Дихотомический распад молекулы глюкозы на 2 триозы. Происходит в нервной ткани, почках, печени, сердце. Поставляет энергию в клетку. Требуется кислород.

В процессе аэробного распада глюкозы выделяют три этапа:

I. Гликолитическая фаза.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: