🗊Презентация Биологическое окисление-1.Лекция № 4

ЛЕКЦИЯ № 4 Биологическое окисление-1

Обмен энергии

Катаболизм – реакции, в которых сложные вещества распадаются на более простые. Сопровождаются выделением энергии. Катаболизм – реакции, в которых сложные вещества распадаются на более простые. Сопровождаются выделением энергии. Анаболизм – реакции, в которых из простых веществ синтезируются сложные вещества. Сопровождаются потреблением энергии.

АТФ

Синтез АТФ

Митохондрии

Митохондрии

История развития учения о биологическом окислении Антуан Лоран Лавуазье (1743 – 1794) – французский химик – в 1777г. впервые правильно истолковал явление горения как процесс соединения веществ с О2. Т.к. горение и дыхание сопровождаются потреблением О2 и выделение СО2, он предположил что, в их основе лежит один процесс. Но у дыхания были существенные отличия от горения, идёт: при низкой температуре; без пламени; в присутствии воды.

В конце XIX века русские исследователи А.Н. Бах и В.И. Палладин, работая независимо друг от друга, предложили 2 основные теории для объяснения процессов, протекающих в ходе биологического окисления. Алексей Николаевич Бах (1857 – 1946). В 1897г сформулировал «ПЕРЕКИСНУЮ ТЕОРИЮ МЕДЛЕННОГО ОКИСЛЕНИЯ», согласно которой молекула О2 сначала активируется в результате разрыва одной его связи (-О-О-) и присоединения к органическим веществам – оксидазам. Активированный О2 при взаимодействии с окисляемым веществом образует перекись.

Отто Генрих Варбург открыл фермент(E) – цитохромоксидазу, работающую на заключительном этапе БО. Процесс БО представляет не только процессы дегидрирования, но и активирования О2 железосодержащими E. Отто Генрих Варбург открыл фермент(E) – цитохромоксидазу, работающую на заключительном этапе БО. Процесс БО представляет не только процессы дегидрирования, но и активирования О2 железосодержащими E.

Генрих Отто Виланд установил, что процесс окисления может реализоваться в анаэробных условиях с использованием элементов воды. Генрих Отто Виланд установил, что процесс окисления может реализоваться в анаэробных условиях с использованием элементов воды.

Современные представления о биологическом окислении Согласно современной теории БО: окисление происходит как в аэробных, так и в анаэробных условиях; в аэробных организмах существует несколько путей использования О2; реакции БО необходимы для: получения энергии; синтеза новых веществ; разрушения чужеродных веществ; БО является сложным, многостадийным процессом, в котором ведущую роль играют ферменты -оксидоредуктазы.

Биологическое окисление (БО) - совокупность окислительно-восстановительных реакций в живых клетках. Биологическое окисление (БО) - совокупность окислительно-восстановительных реакций в живых клетках. Особенности реакций БО: протекают в аэробных и анаэробных условия; катализируются оксидоредуктазами; являются многостадийным процессом; Существует несколько путей их использования: основной - синтез АТФ (90%), а также синтез новых веществ, разрушения ксенобиотиков и продуктов метаболизма.

Дыхательная цепь – цепь переноса электронов. Дыхательная цепь – цепь переноса электронов. В переносе электронов от субстратов БО к О2 принимают участие: НАД– и НАДФ– зависимые ДГ; ФАД– и ФМН– зависимые ДГ; Цитохромы; Коэнзим Q; Белки, содержащие негеминовое железо.

Пути использования О2 в клетке В настоящее время выделено 4 основные пути использования О2 в организме: Оксидазный путь Функция: 90% О2 используется для синтеза АТФ; Монооксигеназный путь (Обеспечивает включение 1 атома кислорода в молекулу субстрата) Функции: синтез новых веществ (стероидные гормоны), обезвреживание ксенобиотиков и токсических продуктов обмена в митохондриях и ЭПР;

Диоксигеназный путь (Обеспечивает включение молекулы кислорода в молекулу субстрата) Диоксигеназный путь (Обеспечивает включение молекулы кислорода в молекулу субстрата) Функция: деградация АК; синтез новых веществ; Свободно-радикальный путь Функции: внутриклеточное пищеварение; разрушение бактерий, вирусов, онко- и стареющих клеток; образование БАВ.

Этапы унифицирования энергии пищевых веществ и образования субстратов тканевого дыхания

ЦТК является процессом окисления Ацетил–КоА - универсального продукта катаболизма углеводов, белков и омыляемых липидов; ЦТК является процессом окисления Ацетил–КоА - универсального продукта катаболизма углеводов, белков и омыляемых липидов; ЦТК протекает в митохондриях с участием 8 ферментов, которые локализованы в матриксе в свободном состоянии, или на внутренней поверхности внутренней мембраны; В ЦТК участвуют 5 витаминов В1, В2, РР, пантотеновая кислота и липоевая кислота в виде коферментов тиаминпирофосфата, ФАД, НАД+, КоА и липоата.

1. Цитратсинтазная реакция Активаторы: ЩУК, НАД+, АМФ, АДФ; Ингибиторы: АТФ, НАДН2, Сукцинил-КоА, цитрат.

2. Аконитазная реакция

4.α-Кетоглутаратдегидрогиназная реакция Активаторы: ионы Са; Ингибиторы: АТФ, сукцинил-КоА, НАДH2; α-КГДГ комплекс состоит из 3 ферментов и содержит 5 коферментов: тиаминдифосфат, кофермент А, липоевая кислота, НАД+, ФАД.

5. Сукцинил-КоА-синтетазная реакция Это - единственная стадия ЦТК, в ходе которой генерируется высокоэнергетическая фосфатная связь на субстратном уровне; Это реакция субстратного фосфорилирования.

6. Сукцинатдегидрогиназная реакция СДГ является флавопротеином, состоящим из 2 субъединиц: Fe2S2 и Fe4S4, одна из которых связана с ФАД; Ингибитор: ЩУК и Сукцинил–КоА.

7. Фумаразная реакция Фумараза специфична к L-изомеру малата; Она катализирует присоединение компонентов молекулы воды по двойной связи фумарата в транс-конфигурации;

8. Малатдегидрогиназная реакция Ингибитор: НАДН2 Активатор: НАД+

Энергетический баланс одного оборота ЦТК В 4 ОВР ЦТК образуются 3 НАДН2 и 1 ФАДН2, которые направляются далее в дыхательную цепь окислительного фосфорилирования. В процессе окислительного фосфорилирования из 1 НАДН2 образуется 3 АТФ, из 1 ФАДН2 – 2 АТФ. Из ГТФ, образующейся в ЦТК, синтезируется 1 АТФ: ГТФ + АДФ ГДФ + АТФ Таким образом, за 1 цикл ЦТК из 3 НАДН2, 1 ФАДН2 и 1 ГТФ получается 12 АТФ.

Регуляция ЦТК Регуляторные (ключевые, лимитирующие) ферменты: Цитратсинтаза изоцитрат ДГ α-КГ ДГ СДГ Ингибирует – НАДН2 и АТФ, которые являются продуктами ЦТК и дыхательной цепи Активируют – НАД+ и АДФ Первая - пусковая реакция ЦТК зависит от концентрации ЩУК, Ацетил-КоА

Биологическое значение ЦТК 1. образование водородных эквивалентов, которые в цепи ОФ обеспечивают синтез АТФ; 2. выполняет ведущую роль в: глюконеогенезе; переаминировании и дезаминировании АК; синтезе жирный кислот и липогенезе; синтезе гема.

IV этап. Окислительное фосфорилирование

цепь реакций, осуществляющихся в процессе дыхания, представляет собой последовательность сменяющих друг друга протонов и электронов. цепь реакций, осуществляющихся в процессе дыхания, представляет собой последовательность сменяющих друг друга протонов и электронов. Белковые носители таким образом организованы во внутренней митохондриальной мембране, что переносят протоны через мембрану. Поскольку митохондриальная мембрана не допускает пассивного тока протонов, в процессе дыхания генерируется электрохимическая разность потенциалов – мембранный потенциал. Под ее действием протоны с внешней поверхности стремятся назад во внутриклеточное пространство. Именно этот поток протонов, который можно сравнить с электрическим током в батарее, и выполняет всю работу.

Окислительное фосфорилирование

Модель F1 и F0 компонентов АТФ-синтазы – молекулярной машины

Разобщители дыхания и фосфорилирования

2,4-Динитрофенол 2,4-динитрофенол является классическим разобщителем окислительного фосфорилирования. При действии на митохондрии стимулирует их дыхание, но ингибирует сопряженное с ним фосфорилирование, т.е. синтез АТФ из АДФ и фосфата. 

Дыхательный контроль - Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ. В результате дыхательного контроля скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии. Общее содержание АТФ в организме 30—50 г Молекула АТФ «живёт» меньше минуты. В сутки у человека синтезируется 40—60 кг АТФ и столько же распадается.

Спасибо за внимание!