Сделай Сам Свою Работу на 5

Причины нарушения биологического окисления





Биологическое окисление

 

Основной источних энергии в клетке окисление субстратов. В качестве субстратов с целью получения энергии используются

углеводы и жиры. В клетке окисление протекает в виде отщепления водорода или с поререй электрона.

 

Биологическое окисление - процесс в ходе которого окисляющиеся субстраты теряют электроны и протоны, т.е. являются донаторами водорода, промежуточные переносчики - акцепторами - донаторами, а кислород - конечным акцептором.

 

Клетка, ткань или орган, в которых протекает окисление субстратов, потребляют кислород. Потребление кислорода тканями обозначают термином тканевое дыхание.

Понятие биологическое окисление и тканевое дыхание однозначны.

Процессы окисления протекают также и вне организма.

Сходство между биологическим окислением и окислением вне организма

В результате образуются одинаковые конечные продукты

Выделяется одинаковое количество энергии

Отличия биологического окисления от окисления вне организма

 

Вне организма энергия выделяется за счет окисления атомов угдерода, в организме энергия выделяется за счет окисления водорода. Вне организма кислород соединяется с окисляемым субстратом. В организме кислород не соединяется с субстратом.



Вне организма энергия выделдяется выделяется сразу, одномоментно и неаккумулируется. В организме энергия выделяется постепенно ("каскадно") и запасается впрок. Выделение энергии порциями позволяет ее запасать и предохраняет клетку от перегрева.

Основной реакцией биологического окисления является реакциядегидрирования, т.е. отщепление водорода (протонов).

Вспомогательными реакциями ( процессами являются реакции дегидриротации и декарбоксилирования ).

5. Окисление в организме требует ферментов.

 

В процессе биологического окисления участвуют ферменты, образующие дыхательную цепь.

 

Дыхательная цепь - это группа окислительно-восстановительных ферментов, участвующих в переносе протонов и электронов от субстрата к конечному акцептору кислороду.

 

Дыхательная цепь локализована в митохондриях клетки.

 



Движущей силой, обеспечивающей перенос протонов и электронов от субстрата к кислороду является разность редокс потенциалов. В дыхательной цепи происходит нарастание редокс-потенциала (от -0,32В до +0, 81В кислорода).

Строение дыхательной цепи

Включает 4 группы ферментов:

пиридинзависимые дегидрогеназы- коферментом является НАД;

Флавинзависимые дегидрогеназы - коферментом является ФАД;

КоQ или урбихинон;

цитохромы b, c, a, a3.

 

Цитохромы являются геминовыми белками, в качестве небелковой части содержат гем. В составе гема содержится атом железа, который может изменять степень окисления с +2 до +3, присоединяя гем или отдавая электрон.

 

В составе дыхательной цепи выделяют два участка:

Участок включающий пиридинзависимые дегидрогеназы - коэнзим Q обеспечивают перенос электронов и протонов.На уровне коэнзима Q протоны уходят в среду митохондрий.

Участок цитохромов, обеспечивающий перенос только электронов.

 

Основное значение цитохромной системы сводится к переносу электронов, отщепляемых от окисляемого субстрата на молекулярном уровне

Схемма процесса окисления ???

 

В процессе биологического окисления происходит изменение свободной энергии и она используется для синтеза АТФ.

Одним из основных источников энергии является АТФ, которая относится к макроэргическим соединениям.

АТФ образуется в процессе окислительного фосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование - это синтез АТФ из АДФ и Фнсопряженный с тканевым дыханием.

 

Между тканевым дыханием и окислительным фосфорилированием существуют три точки сопряжения.



 

НАД/ФАД

ЦВ/ЦС

ЦА/ А3 кислород

 

На этих участках выделяется энергия которая затрачивается на синтез АТФ. Длна дыхательной цепи (количество ферментов) может быть различна и зависить от природы окисляемого субстрата.

Субстраты могут быть НАД, ФАД, КоQ или цитохромзависимые. Пункты (точки сопряжения) постоянны, но их количество может быть различно 3,2,1, в зависимости от природы окисляемого субстрата.

Энергетически более выгодно окисление НАД- зависимых субстратов, так как это дает 3 АТФ, ФАД - 2АТФ

При недостатке кислорода в тканях и клетках затруднен процесс тканевого дыхания, но организм нуждается в энергии, при недостатке кислорода происходит процесс субстратного окисления.

Субстратное окисление это процесс окисления при конечном акцептором электронов и протонов является какой-то субстрат, но не кислород.

Субстратное окисление это аварийный источник получения энергии при недостатке кислорода.

Недостаток кислорода в организме возникает при физической работе, при подъеме в горы, при погружении под воду, при заболеваниях органов дыхания, сердечно-сосудистой системы и кровеносной системы.

 

Субстратное окисление энергетически менее выгодно, так как редокс-потенциалы субстратов отличаются незначительно. Процесс биологического окисления может не сопровождаться образованием АТФ.

Биологическое окисление не сопровождающееся образованием АТФ называется свободным окислением. В этом случае процесс окисления субстратов , сопровождается выделением энергии в виде тепла. Это наблюдается при действии токсинов и сопровождается повышением температуры тела.

Причины нарушения биологического окисления

Недостаток субстратов окисления (углеводов, липидов, т.е. пищи)

Нарушение работы ферментов дыхательной цепи:

* дефект апофермента

* дефект кофермента ( нарушение синтеза кофермента, недостаток витаминов В2,В5, К).

* недостаток кислорода

* действие ингибиторов

 

Аминобарбитал ингибирует перенос протонов и электронов на участки НАД/ФАД.

Антимицин - на участке цитохров в / ЦС

Цианиды - на участке цитохром А/ А3 / в кислород.

 

Другим процессом дающим организму энергию является субстратное фосфорилирование.

Субстратное фосфорилирование - это процесс образования макроэнергетических соединений за счет макроэргических связей субстрата.

При большинстве физиологических состояний перенос электронов тесно сопряжен с окислительным фосфорилированием.

Ряд соединений может вызвать разобщение биологического окисления и окислительного фосфорилирования.

 

Разобщителями являются следующие соединения:

* 2,4 - динитрофенол, гормон щитовидной железы - тироксин,

* дикумарин и его производные,

* жирные кислоты.

 

Действие разобщителей приводит к нарушению синтеза АТФ.

 

Разобщение окислительного фосфорилирования может быть биологически полезным. Оно представляет собой генерирование тепла для поддержания температуры тела у зимнеспящих животных и млекопитающих, адаптированных к холоду. В качестве разобщителя выступают жирные кислоты, которые накапливаются в бурой жировой ткани. Такой бурый жир есть и у новорожденных детей, что позволяет поддерживать температуру тела при еще не сформированной системе терморегуляции.

 

У больных гиперфункцией щитовидной железы повышается температура тела, что обусловлено разобщением пролцессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, вызванное тироксином

 

Когда же окисляется субстрат под действием флавинзависимой егидрогеназы, на каждую пару электронов, переносимых на кислород бразуется только две молекулы АТФ. Обьясняется это тем, что пара лектронов, отщепляемая от субстрата поступает в дыхательную цепь, минуя участок.

В результате образования трех молекул АТФ запасаектся большая асть свободной энергии выделяющаяся при переносе электронов.

 

Дыхательная цепь состоит из большого числа переносчиков ипредставляет собой как бы каскад, при помощи которого клетка олучает свободную энергию, извлекаемую из клеточного топлива, в расфасованном" и, следовательно, удобном для использовании виде.

Каскадное образование энергии в клетке предохраняет ее от перегрева.

 

Одним из важнейших вопросов биохимии является вопрос о том: каким же образом цепь переноса электронов взаимодействует сокислительный фосфорилированием.

 

Окислительное фосфорилирование - это процесс ресинтеза АТФ из АДФ и Фн.

Постулированно при возможных механизмах передачи энергии от процесса переноса электронов процессу синтеза АТФ.

 

Гипотеза химического сопряжения предполагает, что перенос электронов сопряжен с синтезом АТФ, через определенную последовательность реакций. В ходе этих реакций некий высокоэнергетический ковалентный промежуточный продукт, образовавшийся в результате переноса электронов, расщепляется и отдает содержащеюся в нем энергию на образование АТФ.

Гипотеза конфармационного сопряжения предполагает, что перенос электронов по дыхательной цепи вызывает конформационные изменения в белковых компонентах внутренней митохондриальной мембраны и тем самым переводит их высокоэнергитическую форму. Конфармационные изменения передаются АТФ-азе и возвращение АТФ-азы к обычной конформации, высвобождает запасенную в ней энергию, которая используется для синтеза АТФ.

В настоящее время наиболее признанной гипотезой, объясняющей синтез АТФ, является хемиосмотическая гипотеза.

Хемиосмотическая гипотеза сформулированна английским биохимиком Питером Митчеллом.

Согласно этой гипотезе, цепь переноса электронов можно представить себе как насос, перекачивающий ионы Н+. Энергия, высвобождаемая при переносе электронов, используется для перемещения ионов Н+ из митохондриального матрикса наружу, что приводит к возникновению электрохимического Н+ градиента с более высокой концентрацией ионов Н+ в наружной водной фазе. Этот же процесс ведет к появлению трансмембранного электрического потенциала - наружная сторона мембраны оказывается электроположительной. Ионы Н+ из окружающей Среды вновь устремляются внутрь, т.е. в митохондриальный матрикс, на этот раз по электрохимическому градиенту. Этот переход ионов Н+ из зоны с более высокой в зону с более низкой их концентрацией сопровождается выделением свободной энергии, за счет которой синтезируется АТФ.

 
 


внутренняя мембрана

окружающая

среда Матрикс

субстрат

+ -

+ цепь переноса электронов

-

Н+ Н+

+ -

-

+ О2 АДФ +ф

Н+ Н+

+ - АТФ

+ -

 

АТФ-аза

 

 

Электрохимический Н+ градиет с более высокой концентрацией Н+ на наружной мембране.

Трансмембранный электрический потенциал - наружная мембрана заряжена положительно, а внутренняя - отрицательно.

Ионы Н+ из окружающей среды по электрохимическому градиенту идут внутрь митохондрии и этот процесс сопровождается выделением свободной энергии, которая идет на синтез АТФ.

При большинстве физиологических состояний процесс переноса электронов тесно сопряжен с фосфорилированием.

Это сопряжение между переносом электронов и окислительным фосфорилированием нарушается под действием разобщающих агентов:

* 2,4 - динитрофенол, гормон щитовидной железы - тироксин,

* дикумарин и его производные,

* жирные кислоты.

 

Одно время пытались использовать некоторые разобщающие агенты для борь бы с ожирением за счет понижения эффективности синтеза АТФ. Оказалось , однако, что эти вещества крайне токсичны и от их применения пришлось отказаться.

Существуют еще соединения, получившие название ионофоров, т.е. переносчиков ионов, которые способны связывать определенные ионы и переносить их через мембрану. К ионофорам относятся: токсичный антибиотик валиномицин и грамицидин, которые подавляют окислительное фосфорилирование, увеличивая проницаемость мембраны для ионов Н+, К+ или Na+.

Разобщение окислительного фосфорилирования может быть биологически полезным. Оно представляет собой генерирование тепла для поддержания температуры тела у зимнеспящих животных и млекопитающих, адаптированных к холоду. В качестве разобщителя выступают жирные кислоты, которые накапливаются в бурой жировой ткани. Такой бурый жир есть и у новорожденных детей, что позволяет поддерживать температуру тела при еще не сформированной системе терморегуляции.

 

На основании рассмотренного материала попробуем ответить на 2 вопроса:

Может ли тканевое дыхание не сопровождаться окислительным фосфорилированием ?

Может ли окислительное фосфорилирование протекать без тканевого дыхания ?

 

Тканевое дыхание может протекать без окислительного фосфорилирования и тогда энергия, выделяемая в процессе переноса протонов и электронов, переходит в тепло.

Окислительное фосфорилирование не может протекать без переноса протонов и электронов.

Если дыхание не сопряжено с фосфорилированием, то тогда идет свободное окисление.

Наряду с окислительным фосфорилированием существует субстратное фосфорилирование. Образование нуклеозидтрифосфата происходит за счет высокоэнергетической связи субстрата.

 

Дыхательный коэффициент - соотношение Р/О. При переносе пары электронов от субстрата на кислород поглощается не один атом неорганического фосфата, а примерно 3, т.е. коэфициент Р/О = 3

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.