ЛЕКЦИЯ № 5 Биологическое окисление-2: Оксигеназные, пероксидазные и

Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ № 5 Биологическое окисление-2: Оксигеназные, пероксидазные и Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ № 5 Биологическое окисление-2: Оксигеназные, пероксидазные и

biohimiya._lekciya_5._biologicheskoe_okislenie_2._2016.ppt

  • Размер: 510.0 Кб
  • Автор:
  • Количество слайдов: 42

Описание презентации ЛЕКЦИЯ № 5 Биологическое окисление-2: Оксигеназные, пероксидазные и по слайдам

  ЛЕКЦИЯ № 5 Биологическое окисление-2: Оксигеназные, пероксидазные и радикальные пути использования кислорода ЛЕКЦИЯ № 5 Биологическое окисление-2: Оксигеназные, пероксидазные и радикальные пути использования кислорода Екатеринбург, 2016 г. Дисциплина: Биохимия Лектор: Гаврилов И. В. Факультет: лечебно-профилактический, Курс: 2 ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России Кафедра биохимии

  план 1. Оксигеназные реакции • Монооксигеназные реакции • Диоксигеназные реакции. 2. Радикальные план 1. Оксигеназные реакции • Монооксигеназные реакции • Диоксигеназные реакции. 2. Радикальные и пероксидазные реакции

  Пути использования кислорода. Синтез  АТФ Синтез новых веществ Инактивация органических соединений Пути использования кислорода. Синтез АТФ Синтез новых веществ Инактивация органических соединений Разрушение клеток, вирусов. Клеточное пищеварение. Регуляция метаболизма

  1. Оксигеназный путь использования О 2 • Синтез новых веществ (митохондрии) • 1. Оксигеназный путь использования О 2 • Синтез новых веществ (митохондрии) • Обезвреживание ксенобиотиков и токсичных метаболитов (гладкий ЭПР) RCH 3 RCH 2 -OH RCHO RCOOHO O CH CH CHOO O+ Диоксигеназы. Монооксигеназы CH CH

  Ксенобиотики – чужеродные для организма вещества,  которые он не может использовать Ксенобиотики – чужеродные для организма вещества, которые он не может использовать для собственных нужд. 1. Полезные – лекарства-антибиотики; 2. Безвредные – некоторые газы (азот, гелий и т. д); 3. Вредные – неорганические и органические вещества. Токсичные метаболиты – вещества, участвующие в метаболизме и токсичные в высоких концентрациях. • Некоторые карбоновые кислоты (фенилаланин, тирозин, гомогентизиновая кислота, 5 -АЛК) • Альдегиды (муравьиный, уксусный и т. д) • Кетоны (кетоновые тела) • Билирубин • и т. д.

  1. химические элементы (ртуть, свинец, кадмий, др. ); 2. радионуклиды; 3. Пестициды; 1. химические элементы (ртуть, свинец, кадмий, др. ); 2. радионуклиды; 3. Пестициды; 4. нитраты, нитриты и нитрозосоединения; 5. вещества, применяемые в животноводстве; 6. полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды; 7. диоксины и диоксинподобные вещества; 8. метаболиты микроорганизмов. Классификация загрязнителей продовольственного сырья и продуктов питания:

  Биотрансформация ( Bios  - жизнь,  transformatio  - превращение, видоизменение) Биотрансформация ( Bios — жизнь, transformatio — превращение, видоизменение) — совокупность химических превращений ксенобиотиков ( xenos — чужой, bios — жизнь), и токсичных метаболитов в организме, подготавливающих их выведение. Значение биотрансформации : перевод ксенобиотиков в полярные водорастворимые соединения, которые выводятся из организма. Как правило, происходит снижение токсичности.

  Локализация биотрансформации 90 -95 всех чужеродных липофильных веществ подвергается биотрансформации в гладком Локализация биотрансформации 90 -95% всех чужеродных липофильных веществ подвергается биотрансформации в гладком эндоплазматическом ретикулуме клеток печени. 5 -10% инактивируется в кишечнике, почках, легких, коже, плазме.

  Виды биотрансформации  Метаболическая трансформация Реакции - окисления  - восстановления Виды биотрансформации Метаболическая трансформация Реакции — окисления — восстановления — гидролиза образуются функциональные группы -ОН, -СООН, -NH 2 , -SH и др. Окисление идет с участием монооксигеназной системы ЭПР. Увеличивается растворимость в воде и как правило снижается токсичность Конъюгация Реакции присоединения к ксенобиотикам химических групп: — метилирование — ацетилирование — сульфатирование — глюкуронирование и др. Образуются гидрофильные малотоксичные конъюгаты, которые легко выводятся.

  Пути биотрансформации в организме  Метаболическая трансформация ксенобиотики Конъюгация Выведение Пути биотрансформации в организме Метаболическая трансформация ксенобиотики Конъюгация Выведение

  Монооксигеназные реакции: включение в молекулу одного атома кислорода Реакция Схема реакции Пример Монооксигеназные реакции: включение в молекулу одного атома кислорода Реакция Схема реакции Пример Гидроксилирование RH ROH Лидокаин, барбитураты Сульфоокисление R-S-R` R-SO-R` Аминазин Окислительное дезаминирование RNH 2 R=O + NH 3 Гистамин Окислительное дезалкилирование по азоту, кислороду, сере RNHCH 3 RNH 2 + H 2 C=O ROCH 3 ROH + H 2 C=O RSCH 3 RSH + H 2 C=O Морфин, кодеин, атропин Эпоксидирование R-CH=CH-R` R-CH-CH-R` O Алкены

  А. Цепь НАДФН 2 -Р 450 редуктаза–Цитохром Р 450 ÍÀÄÔÍ2  ÍÀÄÔ+ А. Цепь НАДФН 2 -Р 450 редуктаза–Цитохром Р 450 ÍÀÄÔÍ2 ÍÀÄÔ+ ÔÀÄ ÔÌÍ Fe 2+/3+ ÍÀÄÔÍ2 -ðåäóêòàçàöèòîõðîì Ð 450 2Í+ + Î2 — Î2 Í2Î RHROH e- öèòîïëàçìà ãëàäêèé ÝÏÐ • Катализируются микросомальными монооксигеназами печени с участием О 2 • Субстратами являются гидрофобные вещества экзогенного (лекарства, яды и т. д) и эндогенного (стероиды, желчные кислоты, жирные кислоты, простагландины, лейкотриены, биогенные амины и т. д. ) происхождения 1. Микросомальные монооксигеназные системы.

  Пример реакции гидроксилирования Фенобарбитал. NH N C 2 H 5 HH O Пример реакции гидроксилирования Фенобарбитал. NH N C 2 H 5 HH O O O OH O 2 Н 2 ОНАДФН+Н НАДФ • Открыто 150 генов, кодирующих различные изоформы цитохрома Р 450 у животных, растений, грибов и бактерий. • Каждая из изоформ Р 450 имеет много субстратов и отличается от других изоформ Р 450 только белковой частью

  Б. Цепь НАДН 2 -цитохром b 5 редуктаза – Цитохром b 5 Б. Цепь НАДН 2 -цитохром b 5 редуктаза – Цитохром b 5 – стеароил-Ко. А-десатуразаÍÀÄÍ2 ÍÀÄ+ ÔÀÄ ÍÀÄÍ2 -ðåäóêòàçàÄåñàòóðàçà 2Í+ + Î2 -Î2 Í2Î R—CH 2 —CO-SKo. A e- öèòîïëàçìà ãëàäêèé ÝÏÐ R—CHOH-CH 2 —CO-SKo. A R—CH=CH—CO-SKo. A Í2Î Fe 2+/3+ öèòîõðîì b 5 e- Î2 — Fe. S ñòåàðîèë-ÊîÀ Àëåíîèë-ÊîÀ Цитохром b 5 может передавать свои электроны на различные ферменты (цитохром Р 450, Стеароил-Ко. А-десатуразу и т. д. ), образуя различные ЦПЭ, при этом он участвует в десатурации и элонгации жирных кислот, в синтезе холестерина, плазминогенов и церамида.

  Биологическая роль микросомального окисления:  • Инактивация ксенобиотиков,  т. е. Биологическая роль микросомального окисления: • Инактивация ксенобиотиков, т. е. уменьшение их фармакологической активности и токсичности. • Повышение активности ксенобиотиков (пролекарства). • Образование токсичных метаболитов – «летальный синтез» . Пример: метиловый спирт окисляется в формальдегид и муравьиную кислоту. Хлороформ, средство для общего наркоза, превращается в боевое отравляющее вещество – фосген ( CHCl 3 Cl 2 C=O).

  2. Митохондриальные монооксигеназные системы ÍÀÄÍ2  ÍÀÄ+ ÔÀÄ Fe 2+/3+ ÍÀÄÍ2 -ðåäóêòàçàÀäðåíîäîêñèí 2. Митохондриальные монооксигеназные системы ÍÀÄÍ2 ÍÀÄ+ ÔÀÄ Fe 2+/3+ ÍÀÄÍ2 -ðåäóêòàçàÀäðåíîäîêñèí 2Í+ + Î2 -Î2 Í2Î RH e- Ìàòðèêñ íóòðåííÿÿ ìåìáðàíà ROH Fe 2 S 2 öèòîõðîì P 450 e- Î2 — локализованы на внутренней поверхности внутренней мембране митохондрий и катализируют высокоспецифичные реакции • Митохондриальные монооксигеназные системы: • в коре надпочечников, семенниках, яичниках и плаценте участвуют в синтезе стероидных гормонов из холестерина; • в почках участвуют в синтезе 1, 25 -диоксихолекальциферола (Витамин Д 3) из 25 -гидроксихолекальциферола; • в печени участвуют в синтезе желчных кислот из холестерина; НАДФН 2 — редуктаза

  Факторы, влияющие на активность ферментов биотрансформации Есть соединения,  которые индуцируют скорость Факторы, влияющие на активность ферментов биотрансформации Есть соединения, которые индуцируют скорость синтеза микросомальных ферментов – барбитураты, спирты, кетоны, стероиды, ароматические углеводороды. Некоторые вещества угнетают активность цитохрома Р 450 и замедляют метаболизм ксенобиотиков – фторотан, тетрациклин, эритромицин, эстрогены, левомицетин, биофлаваноиды сока грейпфрута.

  Диоксигеназные реакции Диоксигеназы это ферменты, которые включают в субстрат оба атома молекулы Диоксигеназные реакции Диоксигеназы это ферменты, которые включают в субстрат оба атома молекулы кислорода: • Таким путем окисляются циклические трудноокисляемые структуры, реакции идут с разрывом цикла. • Диоксигеназные реакции протекают на цитоплазматической поверхности гладкого ЭПР. • Гомогентизатдиоксигеназа печени, содержит Fe 2+, участвует в катаболизме тирозина: OH OH C H 2 COOHO OH C H 2 COOHHOOC + O 2 Ãîìîãåíòèçèíîâàÿ êèñëîòàÔóìàðèëàöåòîàöåòàò ãîìîãåíòèçèíäèîêñèãåíàçà Ôóìàðàò Àöåòîàöåòàò òèð

  L-триптофандиоксигеназа печени, содержит гем, участвует в катаболизме триптофана: N H H 2 L-триптофандиоксигеназа печени, содержит гем, участвует в катаболизме триптофана: N H H 2 C H C C O O H N H 2 N H O H 2 C H C C O O H N H 2 O H+ O 2 ÒðèïòîôàíÔîðìèëêèíóðåíèí ÐÐÍÀÄ òðèïòîôàíäèîêñèãåíàçà

  ПЕРОКСИДАЗНЫЙ И РАДИКАЛЬНЫЙ ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИСЛОРОДА  • Химические соединения, в составе ПЕРОКСИДАЗНЫЙ И РАДИКАЛЬНЫЙ ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИСЛОРОДА • Химические соединения, в составе которых кислород имеет промежуточную степень окисления, имеют высокую реакционную способность и называются активными формами кислорода (АФК). • К активным формам кислорода относятся свободные радикалы кислорода и перекиси, синглетный кислород. • Свободный радикал — свободный атом или частица с неспаренным электроном.

  Образование АФК  Соединения О + высокая энергия  АФК Рентген УФИ Образование АФК Соединения О + высокая энергия АФК Рентген УФИ Температура Г омолитический разрыв связей под действием высокой энергии (УФ-излучения, рентген и др. ). Пример, радиолиз воды с образованием Н 2; Н 2 О 2 и свободных радикалов: Н·, НО ∙ , О·. На солнце фотостарение кожи.

  Основная часть АФК образуются в не ферментативных и ферментативных  реакциях в Основная часть АФК образуются в не ферментативных и ферментативных реакциях в результате последовательного присоединения е — к кислороду 1. О 2 + 1 е — → О ∙ 2 супероксидный анион-радикал (˙О: : О: ). 2. О ∙ 2 +1 е — → О 2 — 2 пероксидный анион (: О: ), он быстро протонируется О 2 — 2 + 2 Н + → Н 2 О 2 (Н: О: Н) 3. Н 2 О 2 + 1 е — → НО ∙ + ОН — гидроксильный радикал, ОН — протонируется с образованием воды ОН — + Н + → Н 2 О 4. ОН ∙ + 1 е — → Н 2 О (Н: О: Н)Соединения О + е- АФК

  О=О О=О

  Неферментативные реакции образования АФК • Электроны, необходимые для образования АФК могут давать: Неферментативные реакции образования АФК • Электроны, необходимые для образования АФК могут давать: • 1). Металлы переменной валентности. • Hb ( Fe 2+ ) + O 2 → Met. Hb ( Fe 3+ ) + О ∙ 2 • H 2 O 2 + Fe 2+ → Fe 3+ + HO — + HO · (реакция Фентона) • HOCl + Fe 2+ → Fe 3+ + Cl — + HO · (реакция Осипова) • 2). Радикалы. АФК, обмениваясь е- , легко переходят друг в друга: О ∙ 2 + Н 2 О 2 → О 2 + НО ∙ + ОН —

  Ферментативные реакции образования АФК 1. В ЦОФ:  Q + 1 е Ферментативные реакции образования АФК 1. В ЦОФ: Q + 1 е — → НQ∙ ( семихинон), при реоксигенации ишемических тканей он может взаимодействовать с О 2 , образуя супероксидный анион-радикал: HQ ∙ + O 2 → Q + О ∙ 2 + H + ; 2. в реакциях МСО е — с Р 450 переходит на О 2 с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра. 3. Аэробные дегидрогеназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е — и Н + с субстрата на О 2 → Н 2 О 2. Примеры: оксидазы аминокислот, супероксиддисмутаза, оксидазы пероксисом.

  Первичные радикалы Название радикала Структура радикала Образова ние радикала Биологическая роль радикала Первичные радикалы Название радикала Структура радикала Образова ние радикала Биологическая роль радикала Супероксид ·OO — НАДФН оксидаза Антимикробная защита Нитроксид ·NO NO- синтаза Фактор расслабления сосудов Убихинол ·Q Дыхатель ная цепь МХ Переносчик электронов

  Вторичные радикалы Название радикала Структура радикала Образуется в реакции Радикал гидроксила ·OH Вторичные радикалы Название радикала Структура радикала Образуется в реакции Радикал гидроксила ·OH Fe 2+ + HOOH → Fe 3+ + HO — +·OH Fe 2+ + Cl. O — + H + → Fe 3+ +Cl — + ·OH Липидные радикалы LO· L· LOO· Fe 2+ + LOOH → Fe 3+ + HO — + LO· + LH → LOH + L· L· + O 2 → LOO·

  Использование АФК в организме 1.  Иммунная система.  АФК используются фагоцитами Использование АФК в организме 1. Иммунная система. АФК используются фагоцитами — тканевыми макрофагами, моноцитами и гранулоцитами крови для разрушения бактерий, вирусов и онкоклеток. Фагоциты с участием НАДФН 2 -оксидазы выделяют супероксидный анион-радикал: НАДФН 2 + 2 O 2 → НАДФ + + 2 О∙ 2 + 2 Н+ Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидный радикал в перекись водорода: 2 О ∙ 2 + 2 H+ → H 2 O 2 + O 2 Под действием миелопероксидазы H 2 O 2 , превращается в гипохлорит – соединение, разрушающее стенки бактериальных клеток: H 2 O 2 + Cl- → H 2 O + Cl. O-. 2. Поддержание гомеостаза. Эйказаноиды – медиаторы воспаления 3. Внутриклеточное пищеварение. В пероксисомах образуются АФК. Когда пероксисомы сливаются с фагосомами, АФК обеспечивают внутриклеточное пищеварение.

  Повреждающее действие АФК в организме Радикалы гидроксила химически исключительно активны и вызывают Повреждающее действие АФК в организме Радикалы гидроксила химически исключительно активны и вызывают повреждение 1. белков, 2. нуклеиновых кислот 3. и липидов биологических мембран.

  ПОНЯТИЕ СРО ПОЛ Субстраты ПОЛ – полиненасыщенные ЖК • Линоленовая кислота — ПОНЯТИЕ СРО ПОЛ Субстраты ПОЛ – полиненасыщенные ЖК • Линоленовая кислота — CH 3 (CH 2 CH=CH)3 (CH 2 )7 COOH. • Арахидоновая кислота , витамин F, CH 3 (CH 2 )4 (CH=CHCH 2 )4 (CH 2 )2 COOH и др.

  C H 2 Ñ Î Î Í H 2 O H * C H 2 Ñ Î Î Í H 2 O H * C C O O HC H 2 C H * Ñ Î Î ÍH Î * Ï î ë è í å í à ñ û ù å í í à ÿ æ è ð í à ÿ ê è ñ ë î ò à Ð à ä è ê à ë ï î ë è í å í à ñ û ù å í í î é æ è ð í î é ê è ñ ë î ò û Ä è å í î â û å ê î í ü þ ã à ò û æ è ð í û õ ê è ñ ë î òC H 2 H C Ñ Î Î Í O O * à è ä ð î ï å ð å ê è ñ ü æ è ð í î é ê è ñ ë î ò û Î2è í è ö è è ð î â à í è å 1 0 -6 ñ å ê ï å ð î ê ñ è ä í û é ð à ä è ê à ë æ è ð í î é ê è ñ ë î ò û C H 2 H C Ñ Î Î Í O O H R — C O O H R * — C O O HÎ ê è ñ ë å í è å í î â î é Æ Ê è ç î ì å ð è ç à ö è ÿ C H 2 H C Ñ Î Î Í O *H O * ñ ï î í ò à í í û é ð à ñ ï à ä F e 2+È í ä ó ö è ð î â à í í û é ð à ñ ï à ä F e 3+ O H — à è ä ð î ê ñ è ë ü í û é ð à ä è ê à ë æ è ð í î é ê è ñ ë î ò û C H 2 H C Ñ Î Î Í O H R — C O O H R* — C O O HÎ ê è ñ ë å í è å í î â î é Æ Ê ã è ä ð î ê ñ è æ è ð í à ÿ ê è ñ ë î ò àÐ Å À Ê Ö È È Ï Î Ë

  Антиоксидантная защита • В нормальных условиях процесс СРО находится под строгим контролем Антиоксидантная защита • В нормальных условиях процесс СРО находится под строгим контролем ферментативных и неферментативных систем клетки, от чего скорость его невелика. • Химические соединения и физические воздействия, влияющие на скорость СРО, делят на прооксиданты и антиоксиданты • Прооксиданты усиливают процессы СРО. Это высокие концентрации кислорода (например, при длительной гипербарической оксигенации больного), ферментные системы, генерирующие супероксидные радикалы (например, ксантиноксидаза, ферменты плазматической мембраны фагоцитов и др. ), ионы двухвалентного железа. • Антиоксиданты тормозят СРО. Антиоксиданты, находящиеся в организме, образуют его ферментативную и неферментативную антиоксидантную систему

  АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ    Супероксиддисмутаза (СОД)  О* 2  + АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ Супероксиддисмутаза (СОД) О* 2 + О *- 2 + 2 Н + → Н 2 О 2 + О 2 Каталаза 2 Н 2 О 2 → 2 Н 2 О + О

  пероксидазы       Пероксидаза    пероксидазы Пероксидаза Н 2 О 2 + НО- S -ОН → 2 Н 2 О + О= S =О Глутатионпероксидаза ( Se ) 2 GSH + ROOH → GSSG + ROH + Н 2 О (Удаляет пероксид водорода, гидроперекиси липидов) Глутатионредуктаза GSSG + НАДФН + Н+ → 2 GSH + НАДФ+ (Восстанавливает окисленный глутатион)

  • Фосфолипаза  в  мембране отщепляет от фосфолипидов окисленные жирные кислоты, • Фосфолипаза в мембране отщепляет от фосфолипидов окисленные жирные кислоты, содержащие гидроперекисную группу ( R OOH), тем самым разрушаются гидроперекиси липидов, предотвращается разветвление цепей окисления липидов в мембранах.

  Неферментативная антиоксидантная система  À ñ ê î ð á è í Неферментативная антиоксидантная система À ñ ê î ð á è í î â à ÿ ê — ò àH CHOH O O CH 2 OH H CHOH OO O O CH 2 OH — 2 H + 2 H Ä å ã è ä ð î à ñ ê î ð á è í î â à ÿ ê — ò à

  Токоферол (верх) и синтетический АО ионол (низ) Токоферол (верх) и синтетический АО ионол (низ)

  Антирадикальный механизм действия витамина ЕO CH 3 Ôèòèë HO H 3 C Антирадикальный механизм действия витамина ЕO CH 3 Ôèòèë HO H 3 C ROOROOH Òîêîôåðîë O CH 3 Ôèòèë O H 3 C Òîêîôåðèëðàäèêàë ÍÎ-àñêîðáàò-ÎÍÍÎ-àñêîðáàò-Î R O O H O CH 3 Ôèòèë O H 3 C Ò î ê î ô å ð è ë ð à ä è ê à ëO CH 3 Ôèòèë O H 3 C Ò î ê î ô å ð î ë õ è í î íH 2 OOH

  Антиоксиданты крови и цитоплазмы • Церулоплазмин (плазма крови) -окисляет Fe 2+ до Антиоксиданты крови и цитоплазмы • Церулоплазмин (плазма крови) -окисляет Fe 2+ до Fe 3+ молекулярным кислородом • Апо-белок трансферрина (плазма крови) — связывает Fe 3+ • Ферритин (цитоплазма)- окисляет Fe 2+ и депонирует Fe 3+ • Карнозин — связывает Fe 2+

  • Глутатион-  восстановает пероксиды • Аскорбиновая кислота - регенерирует окисленные токоферол • Глутатион- восстановает пероксиды • Аскорбиновая кислота — регенерирует окисленные токоферол и убихинон • Глутатионредуктаза — восстанавливает окисленный глутатион

  Спасибо за внимание! Спасибо за внимание!

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!
РЕГИСТРАЦИЯ