Военно-Медицинская Академия Лекция биохимии Тема Биоэнергетика Современное представление

Военно-Медицинская Академия Лекция биохимии Тема: Биоэнергетика. Современное представление о биологическом окислении Д. м. н. Глушков С. И.

Детоксикация ксенобиотиков Синтез Важных Метаболитов Устранение Шлаковых (Вредных вещ-в из клетки – - продуктов метаболизма) Функции биологического окисления Регуляция Обмена веществ Энергетическое обеспечение Химический Синтез Осмотическая Поддержание Работа Электрические to. C тела процессы Механическая работа

XVIII век - открытие 1. Ломоносов М. В. - Ме 2 Ме + О 2 2 Ме. О (окисл) 2. Лавуазье (1775 г. ) S + О 2 СО 2 + Н 2 О (Субстраты продукты питания) (горение) О 2

Бах А. Н. (Россия): 1897 Процесс биологического окисления - ферментативный процесс (оксигеназа, пероксидаза) O R C +O=O H R O C + H O O пероксидаза O R C O O оксигеназа H В процессе биол. Окисления образуется H 2 O 2 и Перекись Баха S-H 2 + H 2 O 2 Перекись Баха S + 2 H 2 O ох Пероксидаза

Палладин В. Н. (1912 г. ) { Многстадийные процессы А. SH 2 + A S + AH 2 (восст. ) анаэробная фаза акцептор протонов Н+ Б. AH 2 + аэробная фаза Е-цитохромоксидаза 1/ (Fe+2) 2 O 2 оксидаза 1/ 2 Н+ + 2 O 2 A Окисл. + H 2 O Е - цитохромоксидаза (Fe+3) + H 2 O ( ) Кейлин -1925 г. - цитохромы (гем - Е) О. Варбург - 1928 г. - цитохромоксидазу

Открытие оксигеназ (введение О 2 в молекулу) А. Андре, Хоу (1932) Б. Хайанши (1955) 1 CH=CH } ОКСИГЕНАЗЫ C 17 H 31 COOH Линолевая к-та А О 2 CH 3(CH 2)4 -CH - CH……. . R 1 ОН Б ОН О С - ОН ОН + О 2 ОН С - ОН пирокатехин О Муконовая к-та

I Оксидазный: в митохондриях H S…………………. . + 1/2 O 2 H Многоступенчатый путь - коферменты CO 2 +H 2 O + АТФ 80 - 90% по потреблению О 2 II Пероксидазный : в макрофагах, фагоцитах, лейкоцитах, гистиоцитах - флавопротеиды (ФМН, ФАД) H S + ФМН H SOX + ФМН-Н 2 +О 2 ФМН + Н 2 О 2 2 Н 2 О 2 МПО 2 Н 2 О + О 2 *МПО - миэлопероксидаза

III Оксигеназный : в ЭПР а) Монооксигеназный АН 2 + S + O 2 донор протонов (микросомальное A + SO + H 2 O окисление) б) диоксигеназный S + O 2 SO 2 Пример : b -каротин 2 вит. А каротиназа ретиналь

IV Бесферментный : за счет аномальных форм кислорода: . -; ОН+; НО ; Н О ( свободные радикалы*) О 2 2 О 2 + е О 2 - (супероксид) . О 2 + Н. 2 О 2 - + 2 Н Н 2 О 2 НО 2 (пероксидный радикал) О 2 + Н 2 О 2 *СОД - супероксиддисмутаза ОН+ + ОН- ПОЛ мембран R R CH НО 2 CH CHOOH R 1 Окисление белков мембран (перекись жирной кислоты) Изменение функций клеток

НАД+ (Никотиндинулеотид) NH 2 N CONH 2 N N N+ P CH 2 O O P O +2 e- +2 H+ CONH 2 +H+ N CH 2 O P P R НАД - H 2 CH 2

ФМН+ (флавинмононуклеотид) P CH 2 -(CHOH)3 -CH 2 -O H 3 C N N O NH H 3 C N O +2 e + 2 H+ Рибофлавин Вит. B 2 CH 2 -(CHOH)3 -CH 2 -O H 3 C N NH NH H 3 C N ФМН-Н 2 O H O P

Убихинон - Ко. Q O CH 3 O R-C 10 (Q 10) R O +2 H+ OH CH 3 O 2 e- R CH 3 Убигидрохинон - Ко. Q - H 2 OH

Гис Апофермент Цитохром С М. М. 13. 000 S S CH 3 H 3 C CH CH 3 H 3 C N N CH CH Fe N N CH 3 H 3 C CH СН 2 Fe+3 Fe+2 СН 2 СООН Кофермент

Железо - серные белки (негеминовые) Fe. S 4 -Цис - Три - Вал - Цис S S Fe+3 S S - Цис - Лей - Про - Цис -

МИТОХОНДРИЯ ВНУТРЕННЯЯ МЕМБРАНА МАТРИКС НАРУЖНАЯ МЕМБРАНА МЕЖМЕМБРАННОЕ ПРОСТРАНСТВО

Оксидазный путь Дыхательная цепь переносчиков Н+ и е. СУБСТРАТ ИНГИБИТОРЫ АМИНО БАРБИТАЛ РОТЕНОН (S H ) H НАД - Е АТФ ФМН (ФАД) - Е Ко. Q АТФ АНТИМИЦИН А ЦИТОХРОМЫ b C 1 РАЗОБЩИТЕЛИ - ДНФ - ДИКУМАРИН - Т 3 - Т 4 c { CNCO H 2 S aa 3 - (Cu 2+) 1/2 O 2 АТФ H 2 O Примечание: НАД-Е, кофермент - никотинамиддинуклеотид - Е; ФМН - Е - флавинмононуклеотид - Е; Ко. Q - коэнзим Q или убихинон Q

Коллекторная функция НАД и ФП (ФМН, ФАД) Дыхательная цепь НАДФН 2 b -гидроксибутират a - кетоглутарат Изоцитрат ПВК (пируват) глюкозо-6 -фос-т Ацил. Ко. А (жирные кислоты) Глицерофосфат Цитохромы b - гидроксиацил. Ко. А НАД Н малат Р/О=3 + е- АТФ Е - ФМН (ФАД) Сукцинат Р/О=2 Ко. Q { в АТФ с1 с АТФ аа 3 О 2 2 Н . Н 2 О

СУБСТРАТНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ СН 3 СН 2 С O~ Р СООН ФЕП (ФОСФОЕНОЛПИРУВАТ) ПВК-КИНАЗА АДФ АТФ С O СООН (ПИРУВАТ ИЛИ ПИРОВИНОГРАДНАЯ КИСЛОТА)

W + АДФ + Фнеорг Энергия АТФ + Н 2 О 1936 г. проф. Энгельгардт В. Н. Р/О = 3 1940 - 41 г. проф. Белицер (Киев) АТФ АДФ + 7, 6 ккал + Фн

Теория Митчела. Окислительное фосфорилирование Теория Митчела (1964 г. ) 1978 - Нобелевская премия Внутреняя мембрана МАТРИКС e- - - Избыток [OH-][H+] { Н 2 О АДФ + Н 3 РО 4 - + + + 2 H+ Биологическое окисление -за ряжает мембрану Окислитеоьное фосфорилирование-раз ряжает 2 H+ + АТФ - синтаза АТФ H+ OH- Избыток [H+]+[OH-] Н 2 О

Разность Е 0 стандартных потенциалов от НАДН 2/НАД к паре Н 2 О/1/2 О 2 равна [0, 82 V - ( - 0, 32 V)] = 1, 14 V Величина DU = 52, 6 ккал или 220 к. Дж (по Ленинджеру А. ) 1949 - 60 гг. DU 0 =-n*F*DE 0 V Е 0 1 Су S ккал 50 0 40 +0, 2 30 +0, 4 20 +0, 6 Q - коэнзим 10 +0, 8 H НАД (НАД. Н) -0, 2 Е-ФМН n - число е F - число Фарадея (ккал/v*m) . -0, 32 Фп H Фп 0, 27 V АТФ 12, 2 ккал Q b C 0, 22 V АТФ 9, 9 ккал a 0, 53 V 23, 8 ккал АТФ 1/2 O 2(H 2 O) Изменение стандартной свободной энергии (DU 0) , обусловленное перемещением пары электронов по дыхательной цепи к кислороду. На 3 х участках выделяется достаточная энергия, необходимая для 3 АДФ + W 3 АТФ (по Ленинджеру ~7, 3 ккал ~ 10 ккал АДФ + Фн АТФ + Н 2 О W - 7, 3 ккал

(Акад. Скулачев) (Dm. H) Тканевое дыхание (ox - red цепи) Транспорт Фн Теплота Механическая работа Транспорт Са 2+ Dm. H Na+/K+ - градиенты Трансгидрогеназа (восстановление НАДФ+ Электрическая работа Осмотическая работа АТФ Теплота Механическая работа Субстратное фосфорилирование Химическая работа Активный транспорт

(белки a 3 b 3 g de) АТФ - синтаза каталитический центр ускоряет синтез АДФ из АТФ и Фн- на -субъединице a - прикрывает b субъединицу от воздействия градиентов Mt матрикса . e - регулирует деятельность Н - АТФ-азу, ингибируя её способность гидролизовать АТФ. H 2 O F 1 АДФ OH- H. + Фн + Mg OH F 1 - фактор - киназа Субстрат киназы F - транслокация H. OH . H Фн Mg+2 - АДФ 0 активирует субстрат и киназу АТФ OH-

Схема оксидазного пути биологического окисления и сопряженного с ним - окислительного фосфорилирования Фрагмент митохондрии 2 Н . ФМН + + Ko. Q b C 1 . е- aa 3 C F 0 Dm. H Dj + Dp. H S - НАДН 2 - 2 Н 2 О - 2 Н О 2 - Fe. S + + 2 Н Матрикс Внутренняя мембрана Межмембранное пространство Н (Р. Митчела - Скулачева) . F 1 H + НАД+ H 2 ОН. 2 Н S(ox) 2 ОН. 2 Н 1/2 О 2 + НОН АДФ + Фн +Mg АТФ +Н 2 О 2 ОН-

субстрат H HO S продукт реакции 1 6 исходное состояние Fe 3+ электронпереносящий флавопротеин A p N S Fe 3+ H H N 5 A e- p 2 активированный атом кислорода O 2 e- S H Fe 4+ H 3 4 S Fe 3+ H H 2 O H+ H+ S Fe 2+ H