биоэнергентика. 3. биоэнергетика метаболизм
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
3. БИОЭНЕРГЕТИКА Метаболизм - это совокупность процессов биосинтеза и распада веществ, протекающих в тканях организма Анаболизм – это составная часть общего процесса обмена веществ, в ходе которой осущесвляется синтез сложных веществ из более простых Катаболизм – это составная часть общего процесса обмена веществ, в ходе которой осущесвляется распад сложных веществ на более простые Метаболический путь– последовательность хим. реакций в клетке, катализируемых ферментами Видыметаболических путей: 1. Линейный пример гликолиз 2. Разветвленный пример синтез нуклеотидов 3. Циклический пример ЦТК, синтез мочевины 4.Спиральный пример б-окисление жирных кислот Метаболит –это продукты обмена веществ. Этапы катаболизма веществ  Узловой метаболит это общие химические соединения, образованные при процессе слияния метаболических путей Свободная энергия – это часть внутренней энергии системы может использоваться для выполнения полезной работы Эндергонические реакции – это реакции протекающие только при поступлении свободной енергии (анаболизм) Экзергонические реакции- это реакции, протекающие самопроизвольно; происходит уменьшение свободной енергии (катаболизм) Источником энергии для эндергонических реакций является- энергия, выделяемая при окислении орг.соединений (углеводов) АТФ- нуклеотид, содержащийся в митохондриях. Является источником энергии и основой жизни. Строение АТФ  Макроэргическая связь – это химические соединения, содержащие хим.связи, при расщеплении которых выделяется энергия Субстратное фосфорилирование – синтез АТФ путем фосфорилирования АДФ за счет энергии макроэргического субстрата Окислительное фосфорилирование – путь образования АТФ из АДФ и неорганического фосфата, сопряженный с переносом электронов по дыхательной цепи на кислород АТФ необходим организму для: 1. Единый и универсальный источник энергии 4.Участвует в биосинтезе 2. Транспорт веществ через мембрану 5.Обеспечивает сокращение мышц 3. Регулирует множество биохимических реакций 6.Является медиатором в синапсах  Состав пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК):
Регуляция ПДК:
Значение окисления пирувата: Связывает гликолиз с циклом трикарбоновых кислот Цикл Кребса (Цикл трикарбоновых кислот - ЦТК) Клеточная локализация: Матрикс митохондрий Реакции: написать и подписать всех участников: субстраты, продукты, ферменты, кофактор, витамин  Продукты ЦТК: 1. CO2 2. NADH2 3. FADH2 4. ГТФ Регуляция ЦТК:
Значение ЦТК: Анаболическая роль ЦТК 1 метаболит ЦТК Продукты . Главный источник АТФ 2 Цитрат Синтез жирных кислот . Универсальный этап катаболизма 3. Промежуточные продукты играют важную р Альфа-кетоглуторат Синтез а/к оль в процессах анаболизма 4. Объединяет все виды обмена веществ в клетке 5 ЩУК Синтез углеводов . Источник субстратов для биосинтеза сукцинил-KoА Синтез гема гемоглобина ЦТК тормозится в условиях гипоксии потому что в аэробных условиях продукты бескислородного окисления- субстраты ЦТК. Без О2 накапливается H2,образуется NADH2,FADH2, который тормозит ЦТК. В конечном итоге в ЦТК не будет поставлятся ПВК. Биологическое окисление – это совокупность окислительных процессов в живых организмах Тканевое дыхание – это разновидность биологического окисления, в котором окисление органических веществ сопровождается потреблением кислорода и образованием метаболической воды. При этом окислении выделяется свободная энергия, которая идет 1) образование АТФ 2)расходуется в виде тепла Редокс пара – это окисленная и восстановленная форма одного и того же вещества Редокс потенциал (окислительно-восстановительный потенциал) – это мера сродства редокс-пары к электронам. Чем выше сродство, тем сильнее притягивает пара к себе элетроны Дыхательная (электрон-транспортная) цепь - это совокупность последовательных окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых происходит многоступенчатый перенос электронов от восстановленных форм кофакторов (систем НАД, ФАД) через цепь промежуточных переносчиков в конечном итоге на молекулярный кислород Схема строения дыхательной цепи:  1 комплекс – название NADH-дегидрогеназа субстрат(донор) NADH2 Кофактор FMN, Fe-S белки производное витамина B2 передает электроны и протоны на (акцептор) Коэнзим Q 2 комплекс – название Сукцинатдегидрогеназа субстрат(донор) Сукцинат-фумарат Кофактор FAD, Fe-S белки производное витаминаB2 передает электроны и протоны на (акцептор) Коэнзим Q Убихинон (коэнзим Q) - это жирорастворимое витаминоподобное вещество принимает электроны и протоны от 1 и 2 комплекса и передает только электроны на 3 комплекс, а протоны транспортируются в матрикс 3 комплекс – название цитохром- С-редуктаза субстрат(донор)-Убихинол Кофакторы- цитохромы(B1,B2,C1) Fe-S белки ; передает электроны на(акцептор) Цитохром-С Цитохмом С - это белки,содержащие гемм, расположенный в межмембранном пространстве передает электроны на кислород 4 комплекс – название цитохромоксидаза субстрат(донор) Цитохмом С кофакторы цитохромы(А1,А3),Cu2+; передает электроны на(акцептор) r АТФ-синтаза состоит из 2 субъединиц:F0 и F1; Субъединица F0 выполняет роль протонного канала для ионов водорода; субъединица F1 катализирует саму реакцию синтеза АТФ за счет Энергии транспорта электронов по дыхательной цепи, которую генерируют 3 комплекса дыхательной цепи: NADH-дегидрогеназа, цитохром- С-редуктаза, цитохромоксидаза Совместная работа ферментов дыхательной цепи и АТФ-синтазы называется сопряжением тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, а сами ферменты точками сопряжения Реакция, которую катализирует АТФ-синтаза: катализирует реакцию фосфорилирования АДФ неорганическим фосфатомза счет энергии, которая аккамулирована в электрохимическом потенциале она называется окислительное фосфорилирование; Сопряжение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования - теория Митчела: Условия для синтеза АТФ: - Наличие субстратов для дыхательной цепи и кислорода - Непроницаемость мембраны митохондрий для протонов водорода - Расположение компонентов дыхательной цепи в порядке нарастания редокс потенциала - Отсутствие ингибиторов дыхательной цепи Механизм сопряжения: 1. НАДН2 окисляется на 1 комплексе - его электроны (ē) и протоны (Н+) передаются на убихинон. 2. При переносе ē и Н+ возникает большая разница редокс-потенциала, в результате чего выделяется свободная энергия 3. Выделившаяся свободная энергия тратится на перенос протонов (Н+) из матрикса митохондрий в межмембранное пространство через 1 комплекс дыхательной цепи. 4. Тоже самое происходит на 3 и 4 комплексах (ē проходят через эти комплексы - выделяется свободная энергия - тратится на перекачку Н+ из матрикса митохондрий в межмембранное пространство через эти комплексы) 5. Накопившиеся Н+ в межмембранном пространстве создают электрохимический потенциал (∆µН+) - это величина, численно равная свободной энергии Гибса 6. Электрохимический потенциал открывает протонный канал АТФ-синтазы и протоны по градиенту концентраций возвращаются из межмембранного пространства в матрикс митохондрии. 7. Протоны, проходя через АТФ-синтазу активируют ее активный центр и запускается реакция окислительного фосфорилирования. Коэффициент окислительного фосфорилирования (р/о) - это отношение количества неорганического фосфата, включенного в молекулу АТФ АТФ-синтазой к количеству атомов кислорода, включенного в молекулу Н2О, при переносе одной пары электронов по дыхательной цепи НАДН2 окисляясь, дает 3 АТФ ФАДН2 окисляясь, дает 2 АТФ Регуляция работы Дыхательной цепи: 1. Дыхательный контроль- это прямое ингибирующее влияние электрохимического градиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи 2. Наличие кислорода- 3. Наличие субстратов, которые поступают из ________________________________________________ 4. Отсутствие ингибиторов комплексов дых.цепи. Ингибиторы дыхательной цепи: 1 комплекс (название NADH-дегидрогеназа) ингибиторы (перечислить) барбитураты, ротенон, пиерицидин 2 комплекс (название Сукцинатдегидрогеназа) ингибиторы (перечислить) малонат 3 комплекс (название цитохром- С-редуктаза) ингибиторы (перечислить) Антимицин А, миксотиазол,стигматтелин 4 комплекс (название цитохромоксидаза)ингибиторы (перечислить) сероводород, цианиды, угарный газ, оксид азота Разобщение – это такое состояние дыхательной цепи, когда окисление идет, а фосфорилирования не происходит.В таком случае вся и часть энергии преобразуется в тепло Все разобщители снижают электрохимический потенциал, тем самым снижая синтез АТФ путем окислительного фосфорилирования. Разобщители: 1.Протонофоры - способствует переносу через мембраны протоны водороды,выравнивая их концентрацию Примеры протонофоров: свободные жирные кислоты, гормоны щитовидной железы, салицилаты, дикумарол, 2,4-динитрофенол 2. Ионофоры – увеличивают проницаемость мембран для катиона (Na и K) Примеры ионофоров: валиномицин, грамицидин А 3. Детергенты - Вещества, вызывающие разрушения мембранных структур (образование пор) Примеры детергентов: желчные кислоты При разобщении свободная энергия, выделяющаяся при движении электронов по дыхательной цепи, расходуется в виде тепла, что важно для поддержания терморегуляции Бурый жир - это теплогенерирующий тип жира, который вместо того, чтобы накапливать энергию, наоборот, сжигает ее. Он необходим для :помогает избежать гипетермии. Разобщитель в буром жире специальные белки – термогенины |