Военно- Медицинская Академия Тема : Биоэнергетика.

Военно- Медицинская Академия Тема : Биоэнергетика. Современное представление о биологическом окислении.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Убихинон — Ко. Q O OO O RCH 3 R-C 10 (Q 10 ) OH OHO O RCH 3 Убигидрохинон — Ко Q — H 22 e — +2 H +

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

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

МАТРИКС МЕЖМЕМБРАННОЕ ПРОСТРАНСТВОВНУТРЕННЯЯ МЕМБРАНА НАРУЖНАЯ МЕМБРАНАМИТОХОНДРИЯ

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

Коллекторная функция НАД и ФП (ФМН, ФАД) О 2 Н 2 ОДыхательная цепь НАДФН 2 НАД Н + е- Е — ФМН (ФАД) Сукцинат Р/О=2 Ацил. Ко. А (жирные кислоты) Глицерофосфат Цитохромы — кетоглутарат Изоцитрат ПВК (пируват) глюкозо-6 -фос-т Ко. Q в с 1 с аа 3{ 2 Н. гидроксибутират гидроксиацил. Ко. А малат Р/О=3 АТФ АТФ

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

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

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

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 (по Ленинджеру А. ) 1949 — 60 гг. Величина = 52, 6 ккал или 220 к. Дж Изменение стандартной свободной энергии ( , обусловленное перемещением пары электронов по дыхательной цепи к кислороду. На 3 х участках выделя- ется достаточная энергия, необходимая для 3 АДФ + W 3 АТФ ~ 10 ккал (по Ленинджеру ~7, 3 ккал АДФ + Фн АТФ + Н 2 О W — 7, 3 ккал. H H SСу = n*F* E 0 n — число е F — число Фарадея (ккал/v*m) НАД . (НАД. Н) Q a. C b 1/2 O 2 (H 2 O)0, 53 V 23, 8 ккал АТФ 0, 22 V 9, 9 ккал АТФФп 0, 27 V 12, 2 ккал АТФЕ 0 1 V +0, 8+0, 6 +0, 4 +0, 2 0 -0, 2 -0, 32 10 2030 4050 ккал Фп Е-ФМН Q — коэнзим

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

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

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

HFe 3+ S HFe 2+ S O 2 HFe 3+ S H H+HFe 4+ S HFe 3+ SH O e- e- H+H 2 O H 1 2 3 45 6 субстрат продукт реакции активированный атом кислорода исходное состояние электрон- переносящий флавопротеин p. N