Лекция Биологическое окисление Окислительное фосфорилирование ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ

Лекция: Биологическое окисление. Окислительное фосфорилирование.

ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ

Биологическое окисление l - Это совокупность окислительновосстановительных реакций, сопровождающихся передачей протонов и электронов.

ОСНОВНАЯ РОЛЬ: l Обеспечить организм энергией в доступной для использования форме (АТФ).

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

Тканевое дыхание l Вдыхаемый О 2 используется для синтеза Н 2 О за счет Н 2 окисляемых S: SH 2 + ½ O 2 ==> S + H 2 O

l Переносчики электронов и протонов образуют цепь переноса электронов (ЦПЭ) или дыхательную цепь (ДЦ).

Окислительное фосфорилирование l Синтез АТФ из АДФ и Н 3 РО 4 за счет энергии окисления веществ, связанный с переносом электронов по ЦПЭ наз. ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕМ.

ЦПЭ и МИТОХОНДРИИ l Все ферменты ЦПЭ связаны с МХ. l 1 гепатоцит содержит около 1000 МХ.

Структура митохондрий

ФЕРМЕНТЫ НАРУЖНОЙ МЕМБРАНЫ l Моноаминооксидаза l Система удлинения цепи жирных кислот l Холинфосфотрансфераза l Фосфолипаза А

ФЕРМЕНТЫ ВНУТР. МЕМБРАНЫ l НАДН-дегидрогеназа l Сукцинатдегидрогеназа l Цитохромы в, с1, с, а, а 3 l Н+-АТФ-синтаза l АДФ-АТФ-транслоказа

ФЕРМЕНТЫ МАТРИКСА l Ферменты ЦТК (кроме сукцинатдегидрогеназы) l Ферменты бета-окисления ЖК l Фосфоенолпируваткарбоксилаза

ЦПЭ * НАД-зависимых ДЕГИДРОГЕНАЗ, l ФАД-зависимых ДЕГИДРОГЕНАЗ, l УБИХИНОНА, l ЦИТОХРОМОВ. l Последовательность расположения определяется их редокс-потенциалами.

Комплексы цепи переноса электронов l ЦПЭ и ОФ состоит из комплексов, каждый из них осуществляет определенную стадию ЦПЭ.

Комплексы Обозначают комплексы I, III и IV. l I - НАДН-дегидрогеназа l II - Сукцинатдегидрогеназа l III - Убихинол-цитохром средуктаза l IV - Цитохромоксидаза l

Комплексы ДЦ построены из белков и окислительно-восстановительных коферментов ( ФМН и ФАД, в комплексах I и II), железо-серные центры (в I, II и III) и группы гема (в II, III и IV).

Электроны поступают в ДЦ различными путями. При окислении НАДН + Н+ комплекс I переносит электроны через ФМН и Fe/S-центры на убихинон.

Образующиеся при окислении сукцината, ацил-Ко. А электроны переносятся на убихинон комплексом II через ФАДН 2. При этом окисленная форма кофермента Q восстанавливается в QH 2.

Дыхательная цепь

Восстановленный коэнзим Q l QH 2 переносит электроны в комплекс III, который поставляет на цитохром с. Последний переносит электроны к комплексу IV, цитохромоксидазе.

Комплекс I l Комплекс I катализирует окисление NADH переносчиком электронов — убихиноном (коферментом Q).

+ НАД

+ НАДН. Н

Комплекс I: НАДН-дегидрогеназа

Убихинон l существует в окисленной и восстановленной формах Co. Q и Co. QH 2:

Строение убихинона (коэнзима Q)

Комплекс II • Суммарный процесс, катализ. комплексом I • Комплекс II катализирует окисление сукцината в фумарат по реакции:

Комплекс II

ФАД

Комплекс III l l Комплекс III катализирует окисление QН 2 цитохромом с. Уравнение реакции:

Комплекс III

Комплекс IV l Комплекс IV - цитохромоксидаза, катализирует перенос электронов от цитохрома с непосредственно на кислород по реакции:

При восстановлении О 2 образуется сильный основной анион О 2 -, который связывает два протона и переходит в воду.

АТФсинтаза l Главная функция этой АТФазы заключается в осуществлении обратной реакции — фосфорилировании AДФ ортофосфатом с образованием АТФ. Ее называют АТФсинтазой.

Дыхательная цепь

Окислительное фосфорилирование

Поток электронов сопряжен с образованием комплексами I, III и IV протонного градиента.

Большая часть выделяющейся энергии используется для создания градиента протонов и, наконец, для образования АТФ с помощью АТФ-синтазы.

Сопряженное фосфорилирование l Общепринятой гипотезой, объясняющей механизм сопряжения, является хемиосмотическая гипотеза Митчелла.

Гипотеза Митчелла l Реакции, сопровождающиеся образованием протонов, протекают на вн. МХ мембране таким образом, что протоны переносятся с внутренней стороны мембраны на внешнюю.

l Энергия переноса электронов и протонов вдоль ДЦ сосредотачивается в виде протонного потенциала или электрохимического градиента Н+.

l Трансмембранная разность электрических потенциалов (протонный потенциал). l Трансмембранная разность концентраций ионов Н+

l Диффузия протонов обратно через мембрану сопряжена с фосфорилированием, которое осуществляет АТФсинтаза.

Дыхательная цепь

ЦПЭ, ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ

Н+- АТФ-синтаза состоит из: протонного канала (F 0) и каталитической субъединицы (F 1), образованной тремя α- и тремя β-субъединицами, между которыми расположены γ-, δ- и εсубъединицы.

АТФ-синтаза

Коэффициент Р/О l При окислении каждой молекулы НАДН образуется 3 молекулы АТФ (по одной в комплексе I, III и IV), а при окислении одной молекулы ФАДН 2 — 2 молекулы АТФ (в комплексе III и IV).

Точки сопряжения

Дыхательный контроль Механизм регуляции образования и потребления АТФ наз. дыхательным контролем. Скорость О. Ф. зависит от содержания АДФ.

Разобщающие агенты Вещества, которые функционально разделяют между собой окисление и фосфорилирование, наз. разобщающими агентами. Они содействуют переносу протонов из ММП в матрикс без участия АТФсинтазы.

Разобщение в результате - механического повреждения внутренней мембраны; - действия протонофоров – (2, 4 -динитрофенол, тироксин).

Динитрофенол как разобщитель

Гипертермия Если создание протонного градиента подавлено, процессы окисления субстрата и переноса электронов протекают значительно быстрее, однако вместо синтеза АТФ выделяется тепло (гипертермия).

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!