ЛЕКЦИЯ 4 ТЕМА Молекулярные основы биоэнергетики Биологическое окисление

ЛЕКЦИЯ№ 4 ТЕМА: Молекулярные основы биоэнергетики. Биологическое окисление. Окислительное фосфорипирование и его регуляция

• Метаболизм – химические реакции, которые проходят в организме • Метаболиты – маленькие промежуточные молекулы, которые образуются в процессе деградации и синтеза полимеров

Последовательность реакций, которые имеют цель (например, расщепление глюкозы, синтез жирных кислот) називается метаболичным путем Метаболические пути могут быть: (a) Линейными (b) Циклическими (c) Спиральными (синтез жирных кислот)

Транспорт пирувата в митохондрию

Превращение пирувата к ацетил Со. А • Пируватдегидрогеназный комплекс - полиферментный комплкс, который состоит с • 3 ферментов, 5 коферментов Пируватдегидрогеназный молекулярная масса от 4 до 10 млн дальтон комплекс Электронная микрофотография пируватдегидрогеназного комплекса E. coli.

Ферменты: E 1 = пируватдегидрогеназа E 2 = дигидролипоил ацетилтрансфераза E 3 = дигидролипоил дегидрогеназа Коферменты: ТПФ (тиамин пирофосфат), липоамид, HS-Кo. A, ФАД, НАД+. ТПФ является производным витамина B 1 (тиамин); НАД – РР (никотинамид); ФАД –B 2 (рибофлавин), HS-Co. A –(пантотеновая кислота), липоамид – липоевая кислота

Общая реакция пируватдегидрогеназного комплекса

Этапы энергетического обмена 3 этап- кислородный (Цикл трикарбоновых кислот)

ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ – потребление кислорода в дыхательной цепи митохондрий с энергетической целью. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ – синтез АТФ на внутренней мембране митохондрий в присутствии кислорода. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТД – главный потребитель кислорода, ОФ – главнй поставщик АТФ. 2. Обеспечивают конечный этап окисления БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ: органических веществ до неорганических – образуется метаболическая вода. 3. Поддержание постоянной температуры (несократительный термогенез). 1.

ЦЕПЬ ТКАНЕВОГО ДЫХАНИЯ

Никотинамидные дегидрогеназы - это сложные ферменты, коферментом которых является никотинамид-адениндинуклеотид (НАД) или (НАДФ). Белковый компонент дегидрогеназ придает им субстратную специфичность, а кофермент служит акцептором водорода. НАД и НАДФ - это коферментные формы витаміна РР-никотинамида. Флавиновые дегидрогеназы. По структуре эта группа ферментов являются сложными белками, флавопротеинами. В качестве простетическая группы они содержат одну из двух производных витамина В 2 (рибофлавина): ФМН (флавинмононуклеотид) или ФАД (флавинадениндинуклеотид). ФМН служит простетической группой фермента НАДН-дегидрогеназы. Флавиновые ферменты с простетической группой ФАД катализируют отрыв атомов водорода от молекул субстратов, то есть первичными дегидрогеназы:

Убихинон. После дегидрирования субстратов флавиновыми дегидрогеназы восстановленые простетические группы (ФМНН 2 и ФАДН 2) передают водород на следующий компонент дыхательной цепи - убихинон. Убихинон растворим в липидах и локализованный во внутренней мембране митохондрий. Пока неизвестно, необходимое для его активности связывания с каким-либо мембранным белком. С восстановленного убихинона дальше по дыхательной цепи переносятся только электроны, а протоны переходят в среду. Цитохромы. Перенос электронов от убихинона на молекулярный кислород осуществляют цитохромы - сложные белки, содержащие белок и гемового группу, подобную гема гемоглобина. Дыхательная цепь митохондрий содержит цитохромы b, с1, с и а, а 3, размещенные именно в такой последовательности. Уникальная особенность цитохрома Аа 3 заключается в том, что этот комплекс непосредственно реагирует с молекулярным кислородом. Поэтому его также называют цитохромоксидазы. Молекула О 2 связывается с атомом железа цитохрома а 3, после чего оба атома кислорода принимают по два электрона и, взаимодействуя с протонами, поступающих из среды, образуют две молекули води. Таким чином, цитохромоксидаза каталізує чотирьох електронне відновлення молекули О 2 до води.

ХЕМИОСМОТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ 1. Питер Митчелл (Нобелевская премия 1978 г. ) Владимир Скулачев Движение электронов по дыхательной цепи служит источником энергии для переноса протонов через мембрану. 2. Трансмембранный электрохимический потенциал служит сопрягающим звеном между тканевым дыханием и окислительным фосфорилированием.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ Межмембранное пространство Н+ Н+ Н+ Матрикс Химический потенциал 60 м. В + + + Электрический потенциал 160 м. В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ 220 м. В

МЕХАНИЗМ РАБОТЫ АТФ-синтазы Энергия электрохимического потенциала затрачивается на вращение субъединиц фермента, что способствует сближению АДФ и фосфата в процессе фосфорилирования По А. Н. Тихонову http: //nature. web. ru: 8002/db/msg. html? mid=1159126&s=110300020

Окисленая форма Восстановленная форма Е 0 , В НАД+ НАДН 0, 32 ФМН(НАДН дегидрогеназа) ФМН Н 2 0, 12 Ко. Q Ko. Q H 2 +0, 04 Цитохром b (Fe 3+ ) Цитохром b (Fe 2+ ) +0, 07 Цитохром с1 (Fe 3+ ) Цитохром с1 (Fe 2+ ) +0, 23 Цитохром с (Fe 3+ ) Цитохром c (Fe 2+ ) +0, 25 Цитохром a (Fe 2+ ) +0, 29 Цитохром а 3 (Fe 2+ ) +0, 55 H 2 O +0, 82 Цитохром а (Fe 3+ ) Цитохром а 3 (Fe 3+ ) 1/2 O 2

Нобелевская премия по химии за работы по биоэнергетике живой клетки 1997 год. Пол Бойер (США), Джон Уокер (Великобритания) и Йенс Скоу (Дания)

Ингибиторы электронного транспорта Ингибиторы окислительного фосфорилирования Ингибитор окислительного фосфорилирования: олигомицин – антибиотик, ингибирует функцию АТФ синтетазы (не действует на тканевое дыхание).

ОСНОВОНОЙ ПРИНЦИП РЕГУЛЯЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА: продукция АТФ регулируется потребностью клетки в энергии 1. Аллостерическая регуляция ферментов ЦТК: а) активаторы: НАД+, АМФ, АДФ. б) ингибиторы: НАДН 2, АТФ. 2. Гормональная регуляция: Инсулин стимулирует окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата за счет дефосфорилирования полиферментного комплекса. Тиреоидные гормоны стимулируют перенос АДФ в митохондрию и синтез АТФ.

• • • Выводы Электрохимический потенциал, создающийся в тканевом дыхании используется протонзависимой АТФ синтетазой для синтеза АТФ. При окислении 1 молекулы НАДН 2 образуется 3 АТФ, а при окислении ФАДН 2 2 молекулы АТФ. Основная энергия катаболизма выделяется на 4 этапе и аккумулируется в АТФ. В мышечной клетке митохондрии связаны в единую цепь в виде гигантской разветвленной митохондрии. Цианиды и угарный газ связываются с 4 комплексом цитохромов и подавляют синтез АТФ

Дякую за увагу!