Окислительное фосфорилирование.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ

 

ОКИСЛЕНИЕ

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

 

1. Развитие представлений о биологическом окислении;

2. Ферменты и коферменты окислительно-восстановительных реакций;

3. Электронтранспортная (дыхательная) цепь, характеристика компонентов;

Окислительное фосфорилирование.

Биологическое окисление

 

– это совокупность реакций окисления, протекающих в живых системах.

 

 

Первые представления о биологическом окислении

 

– А. Лавуазье(XVIII)

 

 

Биологическое окисление – это медленное горение.

 

 

С химической точки зрения, горение - это взаимодействие углерода

с кислородом с образованием углекислого газа.

 

 

В организме механизм образования СО2 -

Декарбоксилирование

 

 

Биологическое окисление протекает:

 

• при низкой температуре;

 

• в присутствии воды;

 

• без образования пламени.

Теория «активации» кислорода

 

ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРОКСИДОВ (акад. А.Н. Бах, Энглер, 1897)

Варбург

 

Активирование кислорода – ключевой процесс в тканевом дыхании

 

1912г – цитохромоксидаза

 

 

Бателли, Штерн – дегидрогеназы (1912г)

Теория активирования водорода

 

(акад. В.И. Палладин, 1912)

 

 

ДГ

А*Н2 (субстрат) ½ О2 Н2О

 

 

Кейлин, 1933 – цитохромы –

 

промежуточные переносчики электронов

 

от водорода к кислороду

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОЛОГИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ

 

Биологическое окисление - процесс переноса электронов.

 

Если акцептором электронов является кислород, то такой процесс называется

ТКАНЕВЫМ ДЫХАНИЕМ.

 

Если акцептором электронов является другое вещество, кроме кислорода, то такой процесс называется

 

Анаэробным окислением

Биологическое окисление

 

• Процесс транспорта электронов

 

• Процесс многоступенчатый

 

• Процесс полиферментативный

 

• Конечный продукт тканевого дыхания – Н2О

 

• Энергия выделяется постепенно

Биологическое окисление

 

Многоступенчатый процесс транспорта электронов (на

 

начальных этапах и протонов)

 

осуществляемый комплексом ферментов, сопряженный с образованием энергии.

ФЕРМЕНТЫ И КОФЕРМЕНТЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ

 

Биологическое окисление начинается с

 

ДЕГИДРИРОВАНИЯ

Этап осуществляется с помощью:

 

 

НАД – зависимые дегидрогеназы ФАД – зависимые дегидрогеназы

 

Это первичные акцепторы водорода

В НАД рабочей частью является витамин

РР - НИКОТИНАМИД.

 

+2ē +2Н⁺

 

 

-2ē -2Н⁺

 

 

НАД⁺ (НАДФ⁺)

Окисленная форма

 

 

НАД + + 2Н + + 2ē

 

НАДН (НАДФН) + Н⁺

 

Восстановленная форма

 

+

НАДН+Н

В ФАД и ФМН рабочей частью является ФЛАВИН (изоаллоксазин) – компонент В2

 

+2ē +2Н⁺

 

 

-2ē -2Н⁺

 

 

Окисленная форма		Восстановленная форма
+

 

ФАД + 2Н + 2ē ФАДН2

Компоненты дыхательной цепи:

 

В основном сложные белки, локализованные во внутренней мембране митохондрий и объединенные в комплексы

 

Наружная

 

мембрана

 

 

Внутренняя

 

ЦТК

 

 

Межмембранное пространство

Комплекс ферментов переноса электронов и протонов от субстрата к кислороду называется

 

 

ЭЛЕКТРОНТРАНСПОРТНАЯ ЦЕПЬ (ЭТЦ),

 

Или ЦЕПЬ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ (ЦПЭ)

 

Или ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ (ДЦ)

Компоненты дыхательной цепи:

 

 

• В основном сложные белки, локализованные во внутренней мембране митохондрий и объединенные в комплексы

КОМПОНЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ:

 

 

• Комплекс I (НАДН-дегидрогеназа)

 

• Комплекс II (СДГ)

 

• Убихинон (кофермент Q)

 

• Комплекс III (цитохромы b, с1)

 

• Цитохром с

 

• Комплекс IV (цитохромы а, а3 – цитохромоксидаза)

Комплекс I (НАДН-дегидрогеназа)

 

 

• Флавинзависимый фермент (кофермент ФМН)

 

• Субстрат – кофермент НАДН2

 

• Содержит железо-серные белки

 

• Донор протонов и электронов для убихинона

Комплекс II (СДГ)

 

• Флавинзависимый фермент (кофермент ФАД)

 

• Донор протонов и электронов для убихинона

 

Убихинон (кофермент Q)

 

• Quinone – хинон

 

• Ubiquitos – вездесущий

 

• Производное бензохинона с боковой цепью из 10

 

звеньев изопрена (коэнзим Q10)

 

• Небелковый компонент ДЦ

 

• Подвижный компонент

 

• Акцептор протонов и электронов от флавинзависимых дегидрогеназ

 

• Донор электронов для комплекса III

 

• Переносит протоны в межмембранное пространство митохондрий

 

• Цитохромы – сложные белки, небелковая часть – гем

 

• Каждый цитохром транспортирует только 1 электрон

 

• Главную роль в транспорте играет

 

железо,способное обратимо менять

валентность + e

 

Fe 3+ Fe2+

 

- e

Комплекс III

 

(коэнзим Q – дегидрогеназа)

 

 

• В составе цитохромы b, с1

 

• Акцептор электронов от коэнзима Q

 

• Донор электронов для цитохрома с

Цитохром с

 

• Не объединяется в комплекс

 

• Акцептор электронов от комплекса III

 

• Донор электронов для комплекса IV

Комплекс IV

 

(цитохромоксидаза)

 

 

• Содержит цитохромы а, а3,способные взаимодействовать с кислородом, ионы меди

 

• Акцептор электронов от комплекса III

 

• Донор электронов для кислорода

Окислительно-

 

Восстановительный потенциал

 

*Выражается в вольтах;

 

*Чем отрицательнее E₀´, тем меньше сродство к электронам;

 

*Связан с изменением свободной энергии системы *E₀´ - табличная величина

 

*В дыхательной цепи E₀´ изменяется от -0,32В до +0,81В

 

• -0,32 характерно для НАД⁺ + 2H⁺+ 2ē → НАДН₂ (НАД⁺/НАДН₂)

 

• +0,81 характерно для ½ О₂ + 2H⁺+ 2ē → H₂О (О₂/О^2-)

Дыхательной цепи

 

G^‘₀

Питер МИТЧЕЛЛ, 1961

 

Образуется АТФ.

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АТФ:

 

Оксидазный

 

90% О₂

 

О₂ +4ē+4Н⁺ → 2Н₂О

 

в митохондриях

 

сопровождается

 

синезом АТФ

 

 

		Свободно-радикальный
			1% О2
	Оксигеназный
		Неферментативно
	9% О2		Не сопровождается
Не сопровождается		синтезом АТФ
	синтезом АТФ

Оксигеназный путь

 

 

Активные формы кислорода

Окисление

Чужеродных

Соединений

 

 

ПРИ ПАТОЛОГИИ

 

Разрушение

цитоплазматических мембран;

Липидов.

Свободные радикалы

 

Обрыв цепей.

HOH

 

 

 

Развитие цепи

Цепное развитие ПОЛ

 

(разветвление)

 

L R₁ R_n

 

L R₁ R_n L R₁ R_n

 

 

L	R	L	Rn	L	RnR1L	Rn
R1	n

Малоновый диальдегид

 

 

Обрыв цепей ПОЛ

 

LOO^* + Fe²⁺ + H⁺ LOOH

 

 

LOO^* + InH In^* + LOOH

 

_LOO* _{+ LOO}* ^{Молекулярные продукты}

Радикалов

 

Ферментативная

Неферментативная

 

ХРОНИЧЕСКИЙ СТРЕСС

 

ГИПОДИНАМИЯ

 

ИЗБЫТОК ЖИРНОЙ ПИЩИ

 

ИНФЕКЦИОННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

• Выдвигается теория Q-цикла транспорта протонов.

 

2Н + 2е + KOQ ® KOQ*H2

 

KOQ*H2 ® KOQ + 2Н + 2е - на наружной

 

БИОЛОГИЧЕСКОЕ

 

ОКИСЛЕНИЕ

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

 

1. Развитие представлений о биологическом окислении;

2. Ферменты и коферменты окислительно-восстановительных реакций;

3. Электронтранспортная (дыхательная) цепь, характеристика компонентов;

Окислительное фосфорилирование.

Биологическое окисление

 

– это совокупность реакций окисления, протекающих в живых системах.