Биологическое окисление - реферат

УРАЛЬСКАЯ Муниципальная Мед АКАДЕМИЯ

Кафедра биоорганической и био химии

КУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

Био окисление.

Исполнители: студентки

педиатрического

факультета 223 группы

Заруба Н.С., Чащина Е.Е.

Управляющий: доцент,

к.м.н. Трубачев С.Д.

Рецензент:

Екатеринбург 2002.

Содержание.

I. Введение………………………………………………………………...3

II. Общие представления о био окислении.

Окислительно-восстановительные системы и потенциалы……..3

III. Пути использования Биологическое окисление - реферат кислорода в клеточке……………………………...5

- Оксидазный путь использования кислорода. Митохондрии.

Ферменты, их локализация и значение в процессах окисления…….5

IV. Этапы утилизации энергии питательных веществ…………………...6

V. Окислительное фосфорилирование……………………………………9

- Хемиосмотическая теория Митчелла……..……….………………..9

- Редокс – цепь окислительного фосфорилирования………………10

VI. Цикл Кребса…………………………………………………………21

- Открытие ЦТК……………………………………………………..22

- Реакции, ферменты. Регуляция…………………………………...23

VII. Макроэргические соединения и связи……………………………...29

VIII. Витамин РР. Роль в Биологическое окисление - реферат процессах окисления…………………….30

IX. Микросомальное окисление…………………………………………31

- Монооксигеназные реакции………………………………………31

- Диоксигеназные реакции………………………………………….32

- Цитохромы…………………………………………………………32

X. Пероксидазный путь использования кислорода…………………..33

XI. Ферментативная антиоксидантная защита…………………………34

- Супероксиддисмутаза, каталазы, пероксидазы………………….34

XII. Неферментативная антиоксидантная защита………………………35

- Витамины С, Е и Р…………………………………………….…...35

XIII. Заключение…………………………………………………………..38

XIV. Перечень литературы…………………………………………………..39

Введение.

В химии окисление определяется как удаление электронов, а восстановление - как присоединение электронов Биологическое окисление - реферат; это можно проиллюстрировать на примере окисления ферро-иона в ферри-ион:

Fe2+ -e → Fe3+

Отсюда следует, что окисление всегда сопровождается восстановлением акцептора электронов. Этот принцип окислительно-восстановительных процессов в равной мере применим к биохимическим системам и охарактеризовывает природу процессов био окисления.

Хотя некие бактерии (анаэробы) живут в отсутствие Биологическое окисление - реферат кислорода, жизнь высших животных стопроцентно находится в зависимости от снабжения кислородом. Кислород, приемущественно, употребляется в процессе дыхания – последнее можно найти как процесс улавливания клеточной энергии в виде АТФ при протекании контролируемого присоединения кислорода с водородом с образованием воды. Не считая того, молекулярный кислород врубается в разные субстраты при участии ферментов Биологическое окисление - реферат, именуемых оксигеназами. Многие лекарства, посторонние для организма вещества, канцерогены (ксенобиотики) атакуются ферментами этого класса, которые в совокупы получили заглавие цитохрома Р450 .

Гипоксические нарушения метаболизма клеточки занимают ведущее место в патогенезе критичных состояний. Главную роль в формировании необратимости патологических процессов приписывают последним проявлениям расстройства клеточного метаболизма. Адекватное обеспечение клеточки кислородом является Биологическое окисление - реферат главным условием сохранения ее жизнеспособности.[12,1992]

Введением кислорода можно спасти жизнь нездоровых, у каких нарушено дыхание либо кровообращение. В ряде всевозможных случаев удачно применяется терапия кислородом под высочайшим давлением; следует но отметить, что насыщенная либо длительная терапия кислородом под высочайшим давлением может вызвать кислородное отравление.[2,1994]

При написании данной Биологическое окисление - реферат работы пред нами стояла цель: изучить био окисление и его значение в жизнедеятельности клеточки и организма в целом. Для этого мы разглядели:

- внедрение кислорода клеточкой;

- источники энергии клеточки – цикл лимоновой кислоты (цикл Кребса), окислительное фосфорилирование;

- микросомальное окисление;

- антиоксидантную защиту

Общие представления о био окислении.

Окислительно-восстановительные системы и потенциалы.

Источник энергии, применяемый для Биологическое окисление - реферат выполнения всех видов работ (хим, механической, электронной и осмотической) – это энергия хим связи. Высвобождение энергии углеводов, жиров, белков и других органических соединений происходит при их окислительно-восстановительном распаде. Высвобожденная энергия затрачивается на синтез АТФ.

Изменение свободной энергии, характеризующее реакции окисления и восстановления, пропорционально возможности реактантов отдавать либо принимать Биологическое окисление - реферат электроны. Как следует, изменение свободной энергии окислительно-восстановительного процесса можно охарактеризовывать не только лишь величиной DG0 ' , да и величиной окислительно-восстановительного потенциала системы (Ео). Обычно окислительно-восстановительный потенциал системы ассоциируют с потенциалом водородного электрода, принимая последний за ноль, 0В при рН=0. Но для био систем удобнее использовать окислительно-восстановительный потенциал Биологическое окисление - реферат при рН=7,0 (Ео'); при таком рН потенциал водородного электрода равен -0,42В.[10,1993]

Пользуясь таблицей 1, можно предсказать, в каком направлении пойдет поток электронов при сопряжении одной окислительно-восстановительной системы.

Таблица 1. Стандартные потенциалы неких окислительно-восстановительных систем.[10,1993]

Система

Ео¢/ Вольт

Кислород/вода

+0,82

Цитохром a: Fe3+ /Fe2+

+0,29

Цитохром с: Fe3+ /Fe2+

+0,22

Убихинон: окисл./восстан.

+0,10

Цитохром Биологическое окисление - реферат b:Fe3+ /Fe2+

+0,03

Фумарат/сукцинат

+0,03

Флавопротеин: окисл./восстан.

-0,12

Оксалоацетат/малат

-0,17

Пируват/лактат

-0,19

Ацетоацетат/гидрооксибутират

-0,27

Липоат: окисл./восстан.

-0,29

НАД+ /НАДН

-0,32

H+ /H2

-0,42

Сукцинат/альфакетоглутарат

-0,67

Пути использования кислорода в клеточке.

Существует три пути использования кислорода в клеточке, которые характеризуются последующими реакциями:

1) оксидазный путь (90% поступившего кислорода восстанавливается до Н2 О при участии фермента цитохромоксидазы)

02 +4е+4Н Биологическое окисление - реферат+ → 2Н2 О

2) оксигеназный путь (включение в субстрат 1-го атома кислорода - монооксигеназный путь, 2-ух атомов кислорода -диоксигеназный путь) -монооксигеназный путь

-диоксигеназный путь

3) свободно-радикальный путь (идет без роли ферментов и АТФ не появляется).

Оксидазный путь использования кислорода. Митохондрии. Ферменты, их локализация и значение в процессе окисления.

Митохондрии справедливо именуют "энергетическими станциями" клеточки, так как Биологическое окисление - реферат конкретно в этих органеллах в главном происходит улавливание энергии, поставляемой окислительными процессами. Митохондриальную систему сопряжения окислительных процессов с генерацией высокоэнергетического интермедиатора АТФ именуют окислительным фосфорилированием.

Митохондрии имеют внешную мембрану, проницаемую для большинства метаболитов, и избирательно проницаемую внутреннюю мембрану с обилием складок (крист), выступающих в сторону матрикса (внутреннего места митохондрий). Внешняя Биологическое окисление - реферат мембрана может быть удалена методом обработки дигитонином; она характеризуется наличием моноаминоксидазы и неких других ферментов (к примеру, ацил-КоА-синтетазы, глицерофосфат-ацилтрансферазы, моноацилглицерофосфат-ацилтрансферазы, фосфолипазы А2). В межмембранном пространстве находятся аденилаткиназа и креатинкиназа. Во внутренней мембране локализован фосфолипид кардиолипин.

В матриксе находятся растворимые ферменты цикла лимоновой кислоты Биологическое окисление - реферат и ферменты b-окисления жирных кислот, в связи с этим появляется необходимость в механизмах транспорта метаболитов и нуклеотидов через внутреннюю мембрану. Сукцинатдегидрогеназа локализована на внутренней поверхности внутренней митохондриальной мембраны, где она передает восстановительные эквиваленты дыхательной цепи на уровне убихинона (минуя первую окислительно-восстановительную петлю). 3-гидроксибутиратдегид рогеназа локализована на матриксной стороне внутренней Биологическое окисление - реферат митохондриальной мембраны. Глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа находится на внешней поверхности внутренней мембраны, где она участвует в функционировании глицерофосфатного челночного механизма.[10,1993]

Этапы утилизации энергии питательных веществ.

Утилизация энергии питательных веществ - непростой процесс, который протекает в три стадии, согласно последующей схеме:

Схема 1. Стадии катаболизма питательных веществ.[1,1994]

На стадии 1 большие молекулы Биологическое окисление - реферат полимеров распадаются на мономерные субъединицы: белки на аминокислоты, полисахариды на сахара, а жиры на жирные кислоты и холестеоролы. Этот подготовительный процесс, именуемый пищеварением, осуществляется приемущественно вне клеток под действием ферментов, секретируемых в полость пищеварительного тракта. На стадии 2 образовавшиеся маленькие молекулы поступают в клеточки и подвергаются предстоящему расщеплению в цитоплазме. Большая часть Биологическое окисление - реферат углеродных и водородных атомов сахаров преобразуется в пируват, который, проникнув в митохондрии, образует там ацетильную группу химически активного соединения ацетилкофермента А (ацетил-СоА). Огромное количество ацетил-СоА появляется также при окислении жирных кислот. На стадии 3 происходит полное расщепление ацетильной группы ацетил-СоА до СО2 и Н2 О Биологическое окисление - реферат. Конкретно на этой заключительной стадии появляется большая часть АТФ. В серии сопряженных хим реакций более половины той энергии, которую, согласно теоретическим расчетам, можно извлечь из углеводов и жиров при окислении их до Н2 О и СО2 , употребляется для воплощения энергетически нерентабельной реакции Фн + АДФ ® АТФ. Так как остальная часть Биологическое окисление - реферат энергии, высвобождающейся при окислении, выделяется клеточкой в виде тепла, результатом образования АТФ является общее возрастание неупорядоченности Вселенной, что на сто процентов соответствует второму закону термодинамики.

Благодаря образованию АТФ энергия, сначало извлеченная методом окисления из углеводов и жиров, преобразуется в более комфортную концентрированную форму хим энергии. В растворе, находящемся во внутриклеточном пространстве Биологическое окисление - реферат обычной клеточки, имеется приблизительно 1 миллиардов. молекул АТФ, гидролиз которых до АДФ и фосфата обеспечивает нужной энергией огромное количество энергетически нерентабельных реакций.

Важнейшим шагом стадии 2 катаболизма является гликолиз – последовательность реакций, приводящих к расщеплению глюкозы. При гликолизе молекула глюкозы, содержащая 6 атомов углерода, преобразуется в 2 молекулы пирувата, содержащие по 3 атома углерода Биологическое окисление - реферат любая. Для такового перевоплощения требуется 9 поочередных ферментативных реакций, в каких происходит образование ряда промежных фосфатсодержащих соединений. (см. набросок 1.)

Логически рассуждая, последовательность реакций гликолиза можно поделить на три шага: 1) в реакциях 1-4 (см.набросок 1) глюкоза преобразуется в трехуглеродный альдегид глицеральдегид-3-фосфат (для этого перевоплощения необходимы две фосфатные группы, а нужная энергия Биологическое окисление - реферат выделяется при гидролизе АТФ); 2) в реакциях 5-6 альдегидная группа каждой молекулы глицеральдегид-3-фосфата окисляется до карбоксильной, и выделяющаяся при всем этом энергия расходуется на синтез АТФ из АДФ и Фн ; 3) в реакциях 7-9 те две молекулы фосфата, которые присоединились к сахару на первой стадии, переносятся назад на АДФ, в итоге чего Биологическое окисление - реферат появляется АТФ и компенсируются издержки АТФ на шаге 1.

Набросок 1. Промежные продукты гликолиза.[1,1994]

Суммарный выход энергии при гликолизе сводится к синтезу 2-ух молекул АТФ (на одну молекулу глюкозы), которые образовались в реакциях 5 и 6. Таким макаром, данные реакции имеют решающее значение для гликолиза. Эти две реакции – единственные во всем Биологическое окисление - реферат процессе, в каких из Фн формируется высокоэнергетическая фосфатная связь. Суммарным результатом этих 2-ух реакций является окисление сладкого альдегида в фосфоглицероловую кислоту, перенос Фн на АДФ с образованием высокоэнергетической связи АТФ и восстановления НАД+ до НАДН.

Для большинства клеток животных гликолиз предшествует стадии 3 катаболизма, т.к. образующаяся при гликолизе молочная кислота стремительно Биологическое окисление - реферат поступает в митохондрии, где окисляется до СО2 и Н2 О. Все же у анаэробных организмов и тканей, способных работать в анаэробных критериях, гликолиз может стать главным источником клеточного АТФ. В этих случаях молекулы пирувата остаются в цитозоле и преобразуются в лактат, который потом выводится из клеточки. Дельнейшее перевоплощение пирувата в Биологическое окисление - реферат этих энергодающих реакциях, именуемых брожением, требуется для того, чтоб вполне использовать восстановительный потенциал, приобретенный в реакции 5 гликолиза, и таким методом регенерировать НАД+ , нужный для предстоящего воплощения гликолиза.[1,1994]

Окислительное фосфорилирование.

Окислительное фосфорилирование позволяет аэробным организмам улавливать значительную долю возможной свободной энергии окисления субстратов. Вероятное разъяснение механизма окислительного фосфорилирования предлагает хемиосмотическая Биологическое окисление - реферат теория. Ряд фармацевтических веществ (к примеру, амобарбитал) и ядовитых веществ (цианид, окись углерода) подавляют окислительное фосфорилирование, обычно с фатальными последствиями. Окислительное фосфорилирование является настолько актуально принципиальным процессом, что нарушение его обычного хода несовместимо с жизнью. Этим можно разъяснить, почему найдено только маленькое количество генетических нарушений, затрагивающих эту систему.

Хотя Биологическое окисление - реферат цикл лимоновой кислоты составляет часть аэробного метаболизма, ни в какой из реакций этого цикла, приводящих к образованию НАДН и ФАДH2 , молекулярный кислород не воспринимает прямого роли; это происходит исключительно в оканчивающей серии катаболических реакций, протекающих на внутренней мембране. Практически вся энергия, получаемая на ранешних шагах окисления от Биологическое окисление - реферат сжигания углеводов, жиров и других питательных веществ, сначала запасается в форме высокоэнергетических электронов, переносимых НАДН и ФАДН. Потом эти электроны ведут взаимодействие с молекулярным кислородом в дыхательной цепи. Taк как огромное количество высвобождаемой энергии употребляется фер­ментами внутренней мембраны для синтеза АТФ из AДФ и Фн , эти последние реакции Биологическое окисление - реферат именуют окислительным фосфорилированием.

Синтез АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования, протекающих в дыхательной цепи, находится в зависимости от хемиосмотического процесса . Механизм этого процесса, в первый раз предложенный в 1961 году, позволил разрешить делему, издавна ставшую перед биологией клеточки.

Ранее задумывались, что энергию для синтеза АТФ в дыхательной цепи обеспечивает таковой же Биологическое окисление - реферат механизм, как и при субстратном фосфорилировании: предполагалось, что энергия окисления употребляется для образования высокоэнергетической связи меж фосфатной группой и каким-то промежным соединением и, что перевоплощение AДФ в АТФ осуществляется за счет энергии, выделяемой при разрыве этой связи. Но, невзирая на насыщенные поиски, предполагаемый интермедиат не был найден.

Согласно хемиосмотической догадке Биологическое окисление - реферат, заместо богатых энергией промежных товаров существует ровная связь меж процессами хим («хеми...») и транспортными (осмотическими, от греческого osmos - толчок, давление) - хемиосмотическое сопряжение.

Хемиосмотическая догадка, предложенная сначала 60-х годов, включала четыре независящих постулата, касавшиеся функции митохондрий:

1. Митохондриальная дыхательная цепь, находящаяся во внутренней мембране, способна перемещать протоны; при прохождении Биологическое окисление - реферат электронов по дыхательной цепи происходит «откачивание» Н+ из матрикса.

2. Митохондриальный АТФ-синтетазный комплекс тоже перемещает протоны через внутреннюю мембрану. Так как этот процесс обратим, фермент может не только лишь использовать энергию гидролиза АТФ для переноса Н + через мембрану, но при довольно большенном протонном градиенте протоны начи­нают «течь» через Биологическое окисление - реферат АТФ-синтетазу в оборотном направлении, что сопровож­дается синтезом АТФ.

3. Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для Н + , ОН- и вообщем всех анионов и катионов.

4. Внутренняя митохондриальная мембрана содержит ряд белков-переносчиков, осуществляющих транспорт нужных метаболитов и неорганических ионов.

При прохождении высокоэнергетических электронов, доставляемых НАДН и ФАДH2 , по дыхательной цепи Биологическое окисление - реферат внутренней митохондриальной мембраны от 1-го переносчика к последующему высвобождается энергия, которая употребляется для перекачивания протонов (Н+ ) через внутреннюю мембрану из матрикса в межмембранное место. (см.набросок 2)

Набросок 2. Перенос протонов при участии АТФ-синтазной системы (модель Митчелла).[10,1993]

В итоге на внутренней мембране создается химический протонный градиент; энергию о6ратного тока протонов Биологическое окисление - реферат «вниз» по этому градиенту употребляется связанный с мембраной фермент АТФ-синтетаза, катализирующий образование ATФ из АДФ и Фн , т.е. оканчивающий шаг окислительного фосфорилирования.

Редокс-цепь окислительного фосфорилирования.

Электроны переносятся с НАДН на кислород при помощи 3-х огромных ферментных комплексов дыхательной цепи. Хотя механизмы извлечения энергии в дыхательной Биологическое окисление - реферат цепи и в других катаболических реакциях различны, в их базе лежат общие принципы. Реакция Н2 + 1/2 О2 ® Н2 О разбита на много маленьких «шагов», так что высвобождаемая энергия может перебегать в связан­ные формы, а не рассеивается в виде тепла. Как и в случае образования АТФ и НАДH при гликолизе Биологическое окисление - реферат либо в цикле лимоновой кислоты, это связано с внедрением непрямого пути. Но уникальность дыхательной цепи состоит в том, что тут сначала атомы водорода расщепляются на электроны и протоны. Электроны передаются через серию переносчиков, интегрированных во внутреннюю митохондриальную мембрану. Когда электроны добиваются конца этой электронтранспортной цепи, протоны оказываются там же для нейтрализации отрицательного Биологическое окисление - реферат заряда, возникающего при переходе электронов на молекулу кислорода.

Проследим процесс окисления, начиная с образования НАДH - головного акцептора реактивных электронов, извлекаемых при окислении молекул питательных веществ. Каждый атом водорода состоит из 1-го электрона и 1-го протона. Любая молекула НАДH несет гидрид-ион (водо­родный атом + дополнительный электрон, Н Биологическое окисление - реферат:- ), а не просто атом водорода. Но из-за присутствия в окружающем аква растворе свободных протонов перенос гидрид-иона в составе НАДH эквива­лентен переносу 2-ух атомов водорода либо молекулы водорода (Н:- + Н+ ® Н2 ).

Перенос электронов по дыхательной цепи начинается с отнятия гидрид-иона (Н:- ) от НАДH; при всем Биологическое окисление - реферат этом регенерируется НАД+ , a гидрид-ион преобразуется в протон и два электрона (Н:- ® Н+ + 2е- ). Эти электроны перебегают на 1-ый из более чем 15 разных переносчиков электронов в дыхательной цепи. В этот момент электроны владеют очень большой энергией, припас которой равномерно миниатюризируется по мере прохождения их по цепи. В большинстве случаев электроны Биологическое окисление - реферат перебегают от 1-го атома металла к другому, при этом любой из этих атомов крепко связан с белковой молекулой, которая оказывает влияние на его сродство к электрону. Принципиально отметить, что все белки – переносчики электронов – группируются в три огромных комплекса дыхательных ферментов, любой из которых содержит трансмембранные белки, крепко Биологическое окисление - реферат закрепляющие комплекс во внутренней мембране митохондрии. Каждый следующий комплекс обладает огромным сродством к электронам, чем предшествующий. Электроны поочередно перебегают с 1-го комплекса на другой, пока в конце концов не перейдут на кислород, имеющий наибольшее сродство к электрону.

Энергия, высвобождаемая в процессе переноса электронов по дыхательной цепи, запасается в форме Биологическое окисление - реферат химического протонного градиента на внутренней мембране митохондрий.

Окислительное фосфорилирование может быть благодаря тесноватой ассоциации переносчиков электронов с белковыми молекулами. Белки направляют электроны по дыхательной цепи так, что они последо­вательно перебегают от 1-го ферментного комплекса к другому, не «перескакивая» через промежные звенья. В особенности принципиально то, что перенос электронов связан Биологическое окисление - реферат с аллостерическими переменами определенных белков молекул, в pезультате чего энергетически прибыльный поток электронов вызывает перекачивание протонов (Н+ ) через внутреннюю мем6рану из матрикса в межмембранное место и дальше за границы митохондрии. Передвижение протонов приводит к двум принципиальным следствиям: 1) меж 2-мя сторонами внутренней мембраны создается градиент рН - в матриксе рН Биологическое окисление - реферат выше, чём в цитозоле, где значение рН обычно близко к 7,0 (потому что малые молекулы свободно проходят через внешную мембрану митохондрии, рН в межмембранном пространстве будет таким же как в цитозоле); 2) на внутренней мембране создается градиент напряжения (мембранный потенциал), при этом внутренняя сторона мембраны заряжается негативно, а внешняя - положительно. Градиент Биологическое окисление - реферат рН (DрН) принуждает ионы Н+ перебегать назад в матрикс, а ионы ОН- из матрикса, что увеличивает эффект мембранного потенциала, под действием которого хоть какой положительный заряд притягивается в матрикс, а хоть какой отрицательный выталкивается из него. Совместное действие этих 2-ух сил приводит к появлению химического протонного градиента. Электорохимический протонный Биологическое окисление - реферат градиент делает протонодвижущую силу, измеряемую в милливольтах (мВ).

Энергия химического протонного градиента употребляется для синтеза АТФ и транспорта метаболитов и неорганических ионов в матрикс.

Внутренняя мембрана митохондрий отличается особенно высочайшим содержанием белка - в ней по весу приблизительно 70% белка и 30%фосфолипидов. Многие из этих белков входят в состав электронтранспортной цепи, поддерживающей протонный Биологическое окисление - реферат градиент на мембране. Другой принципиальный компонент - фермент АТФ-синтетаза, катализирующий синтез АТФ. Это большой белковый комплекс, через который протоны перетекают назад в матрикс по химическому градиенту. Подобно турбине, АТФ-синтетаза конвертирует одну форму энергии в другую, синтезируя АТФ из AДФ и Фн в митохондриальном матриксе в Биологическое окисление - реферат процессе реакции, сопряжённой с током протонов в матрикс (см. набросок 3).

Набросок 3. Общий механизм окислительного фосфорилирования.[1,1994]

Но синтез АТФ - это не единственный процесс, идущий за счет энергии химического градиента. В матриксе, где находятся ферменты, участвующие в цикле лимоновой кислоты и других мета­болических реакциях, нужно поддерживать высочайшие концентрации разных субстратов; а Биологическое окисление - реферат именно, для АТФ-синтетазы требуются AДФ и фосфат. Потому через внутреннюю мембрану должны транспортироваться различные несущие заряд субстраты. Это достигается при помощи разных белков-переносчиков, интегрированных в мембрану, многие из которых интенсивно перекачивают определенные молекулы против их химических градиентов, т.е. производят процесс, требующий энергозатраты. Для большей части метаболитов Биологическое окисление - реферат источником этой энергии, служит сопряжение с перемещением каких-либо других молекул «вниз» по их химическому градиенту. К примеру, в транспорте АДФ участвует система антипорта АДФ-АТФ: при переходе каждой молекулы AДФ в матрикс из него выходит по собственному химическому градиенту одна молекула АТФ. В то же время система Биологическое окисление - реферат симпорта сопрягает переход фосфата вовнутрь митохондрии с направленным туда же потоком Н+ : протоны входят в матрикс по собственному градиенту и при всем этом “тащат” за собой фосфат. Подобны образом переносится в матрикс и пируват. Энергия химического протонного градиента употребляется также для переноса в матрикс ионов Са2+ , которые, по-видимому, играют важную Биологическое окисление - реферат роль в регуляции активности неких митохондриальных ферментов.

Чем больше энергии химического градиента затрачивается на перенос молекул и ионов в митохондрию, тем меньше остается для синтеза АТФ. К примеру, если изолированные митохондрии поместить в среду с высочайшим содержанием Са2 + , то они стопроцентно закончат синтез АТФ; вся энергия градиента будет Биологическое окисление - реферат расходоваться на транспорт Ca2+ в матьрикс. В неких специализированных клеточках химический протонный градиент «шунтируется» таким макаром, что митохондрии заместо синтеза АТФ образуют тепло. Разумеется, клеточки способны регулировать внедрение энергии химического протонного градиента и направлять ее на те процессы, которые более важны на этот момент.

Резвое перевоплощение АДФ в АТФ в митохондриях Биологическое окисление - реферат позволяет поддерживать высочайшее отношение концентраций ATФ/AДФ в клеточках. При помощи особенного белка, встроенного во внутреннюю мембрану, AДФ транспортируется в матрикс в обмен на АТФ по принципу антипорта. В итоге молекулы AДФ, высвобождаемые при гидролизе АТФ в цитозоле, стремительно поступают в митохондрию для «перезарядки», в то время как молекулы Биологическое окисление - реферат АТФ, образующиеся в матриксе в процессе окислительного фосфорилирования, тоже стремительно выходят в цитозоль, где они необходимы. В человеческом организме молекулы АТФ за день, что позволяет поддерживать в клеточке концентрацию АТФ, более чем в 10 раз превосходящую концентрацию АДФ.

В процессе окислительного фосфорилирования любая пара электронов НАДH обеспечивает энергией образование Биологическое окисление - реферат приблизительно 3-х молекул АТФ. Пара электронов ФАДH2 , владеющая наименьшей энергией, дает энергию для синтеза только 2-ух молекул АТФ. В среднем любая молекула ацетил-СоА поступающая в цикл лимоновой кислоты, дает около 12 молекул АТФ. Это значит, что при окислении одной молекулы глюкозы образуются 24 молекулы АТФ, а при окислении одной молекулы Биологическое окисление - реферат пальмитата - жирной кислоты с 16 углеродными атомами - 96 молекул АТФ. Если учитывать также экзотермические реакции, предшест­вующие образованию ацетил-СоА, окажется, что полное окисление одной молекулы глюкозы дает около 36 молекул АТФ, тогда как при полном окислении пальмитата появляется приблизительно 129 молекул АТФ. Это наибольшие величины, потому что практически количество синтезируемого в Биологическое окисление - реферат митохондриях АТФ находится в зависимости от того, какая толика энергии протонного градиента идет на синтез АТФ, а не на другие процессы. Если сравнитъ изменение свободной энергии при сгорании жиров и углеводов вплоть до СО2 и Н2 О с полным количеством энергии, запасаемой в фосфатных связях АТРФ в процессах био окисления, окажется Биологическое окисление - реферат, что эффективность преобразования, энергии окисления в энергию АТФ нередко превосходит 50%. Так как вся неиспользованная энергия высвобождается в виде тепла, большие организмы нуждались бы в более действенных методах отвода тепла в окружающую среду.

Неограниченное количество свободной энергии, высвобождаемое при окислении, может отлично употребляться только маленькими порциями. В Биологическое окисление - реферат сложном процессе окисления участвует много промежных товаров, любой из которых только незна­чительно отличается от предшествующего. Благодаря этому высвобождаемая энергия дробится на наименьшие количества, которые можно отлично преобразовывать при помощи сопряженных реакций в высо­коэнергетические связи молекул АТФ и НАДH .

В 1960 г. было в первый раз показано, что разные Биологическое окисление - реферат мембранные белки, участвующие в окислительном фосфорилировании, могут быть вы­делены без утраты активности. От поверхности субмитохондриальных частиц удалось отделить и перевести в растворимую форму усеивающие их крохотные белковые структуры. Хотя субмитохондриальные частички без этих сферических структур продолжали окислять НАДH в присутствии кислорода, синтеза АТФ при эт ом не происходило Биологическое окисление - реферат. С другой стороны, выделенные структуры действовали как АТФазы, гидролизуя АТФ до АДФ и Фн . Когда сферические структуры (нареченные F1 -АТФазами) добавляли к лишенным их субмитохондриальным частичкам, реконструированные частички вновь синтезировали АТФ из AДФ и Фн .

F1 - АТФаза - это часть огромного, пронизывающего всю толщу мембраны комплекса, который состоит само мало из 9 разных полипептидных Биологическое окисление - реферат цепей. Этот комплекс получил заглавие АТФ-синтетаза; он составляет около 15% всего белка внутренне митохондриальнои мембраны. Очень схожие АТФ-синтетазы имеются в мембранах хлоропластов и микробов. Таковой белковый комплекс содержит трансмембранные каналы для протонов, и происходит только тогда, когда через эти каналы проходят протоны вниз по собственному химическому градиенту.

АТФ Биологическое окисление - реферат-синтетаза может действовать в оборотном направлении - расщеплять АТФ и перекачивать протоны. Действие АТФ-синтетазы обратимо: онa способна использовать как энергию гидролиза АТФ для перекачивания протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану, так и энергию потока протонов по химическому градиенту для синтеза АТФ. Таким макаром, АТФ-синтетаза - это обратимая сопрягающая система Биологическое окисление - реферат, которая производит взаимопревращение энергии химического протонного градиента и хим связей. Направление ее работы находится в зависимости от соотношения меж крутизной протонного градиента и локальной величиной DG для гидролиза АТФ.

АТФ-синтетаза получила свое заглавие в связи с тем, что в обыденных критериях npoтоннoro градиента, поддерживаемого дыхательной цепью, синтезирует огромную Биологическое окисление - реферат часть всего АТФ клеточки. Число протонов, нужное для синтеза одной молекулы АТФ, в точности не понятно. При прохождении через АТФ-синтетазу протонов синтезируется одна молекула АТФ.

Как будет работать на этот момент АТФ-синтетаза - в направлении синтеза либо гидролиза АТФ, - находится в зависимости от четкого баланса меж переменами Биологическое окисление - реферат свободной энергии для прохождения 3-х протонов через мембрану в матрикc и для синтеза АТФ в матриксе. Как уже говорилось, величина DGсинт.АТФ определяется концентрациями 3-х веществ в матриксе митохондрии - АТФ, AДФ и Фн . При неизменной протонодвижущей силе АТФ-синтетаза будет синтезировать ATФ того времени, пока отношение АТФ к AДФ Биологическое окисление - реферат и Фн не достигнет такового значения, при котором величина DGсинт.АТФ станет в точности равна +15,2ккaл/мoль. При таких критериях синтез АТФ будет точно уравновешиваться его гидролизом.

Представим, что в связи с реакциями, требующими энергозатраты, в цитозоле в один момент гидролизовалось огромное количество АТФ, и это привело к падению дела Биологическое окисление - реферат АТФ:AДФ в матриксе митохондрии. В данном случае DGсинт. понизится и АТФ-синтетаза вновь переключится на синтез АТФ, пока не восста­новится начальное отношение АТФ:AДФ. Если же протонодвижущая сила в один момент снизится и будет поддерживаться на неизменном уровне, то АТФ-синтетаза начнет расщеплять АТФ, и эта реакция будет Биологическое окисление - реферат длиться до того времени, пока соотношение меж концентрациями ATФ и AДФ не достигнет какого-то нового значения (при котором DGсинт.АТФ = +13,8 ккал/моль), и т.д..

Если АТФ-синтетаза в норме не транспортирует Н+ из матрикса, то дыхательная цепь, находящаяся во внутренней митохондриальной мембране, при обычных критериях переносит Биологическое окисление - реферат через эту мембрану протоны, создавая таким макаром химический протонный гра­диент, доставляющий энергию, для синтеза AТФ.

Большая часть переносчиков электронов, входящих в состав дыхательной цепи, поглощают свет, и их окисление либо восстановление сопровождается конфигурацией цвета. Обычно диапазон поглощения и реакционноспособность каждого переносчика довольно свойственны, что позволяет даже Биологическое окисление - реферат в неочищенном экстракте прослеживать конфигурации его состояний при помощи спектроскопии. Это отдало возможность выделить такие переносчики за длительное время до того, как стала понятна их настоящая функция. К примеру, цитохромы были открыты в 1925 г. как соединения, которые стремительно окисляются и восстанавливаются у таких разных организмов, как дрожжи, бактерии и Биологическое окисление - реферат насекомые. Следя клеточки и ткани при помощи спектроскопа, удалось идентифицировать три типа цитохромов, которые различались по диапазонам поглощения и названы цитохромами а, b и c. Клеточки содержат некоторое количество видов цитохромов каждого типа, и систематизация по типам не отражает их функцию.

Самый обычный переносчик электронов представляет собой неболь­шую гидрофобную Биологическое окисление - реферат молекулу, растворенную в липидном бислое и именуемую убихиноном либо коферментом Q. Он способен принять либо дать как один, так и два электрона и временно захватывает из среды протон при переносе каждого электрона.

Набросок 4. Структура убихинона.[10,1993]

Дыхательная цепь содержит три огромных ферментных комплекса, интегрированных во внутреннюю мембрану

Мембранные белки тяжело Биологическое окисление - реферат выделить в виде интактных комплексов,потому что они нерастворимы в большинстве аква смесей, а такие вещества, как детергенты и мочевина, нужные для их солюбилизации, могут нарушать обычное белок-белковое взаимодействие. Но сначала 1960-х гг. было найдено, что при помощи относительно мягеньких ионных детергентов, таких как дезоксихолат, можно солюбилизировать некие составляющие Биологическое окисление - реферат митохондриальной внутренней мембраны в нативной форме. Это позволило идентифицировать и выделить три основных связанных с мембраной комплекса дыхательных ферментов на пути от НАДH до кислорода.

Набросок 5. Дыхательные ферментные комплексы.[1,1994]

1. НАДН- дегидрогеназный комплекс - наибольший из дыхательных ферментных комплексов - имеет молекулярную массу выше 800000 и содержит более 22 полипептидных цепей. Он воспринимает Биологическое окисление - реферат электроны от НАДH и передает их через флавин и само мало 5 железо-серных центров на_ убихинон - маленькую жирорастворимую молекулу, передаюшую электроны на 2-ой комплекс дыхательных ферментов-комплекс b-c1 .

2. Комплекс b-с1 состоит само мало из 8 различных полипептидных цепей и, возможно, существует в виде димера с молекулярной массой 500000. Каждый Биологическое окисление - реферат мономер содержит три тема, связанных с цитохромами, и железо-серный белок. Комплекс воспринимает электроны от убихинона и передает цитохрому с, маленькому периферическому мембранному белку, который потом переносит их на цитохром-оксидазный комплекс.

3.Цитохромоксидазный комплекс (цитохром аа3 ) - более изучен­ный из 3-х комплексов. Он состоит более чем из восьми разных полипептидных цепей и Биологическое окисление - реферат выделен как димерс молекулярной массой 300000; каждый мономер содержит два цитохрома и два атома меди.этот комплекс воспринимает электроны от цитохрома с и передает их на кислород.

Цитохромы, железо-серные центры и атомы меди способны переносит сразу только один электрон. Меж тем, любая молекула НАДН дает два электрона Биологическое окисление - реферат и любая молекула О2 должна принять 4 электрона при образовании молекулы воды. В электронтранспортной цепи есть некоторое количество электронсобирающих и электронраспределяющих участков, где согласовывается разница в числе электронов. Так, к примеру, цитохромоксидазный комплекс воспринимает от молекул цитохрома с по отдельности 4 электрона и в итоге передает их на одну связанную Биологическое окисление - реферат молекулу О2 , что ведет к образованию 2-ух молекул воды. На промежных ступенях этого процесса два электрона, до того как перейти к участку, связывающему кислород, поступают в гем цитохрома а, и связанный с белком атом меди, Cua . В свою очередь участок связывания кислорода содержит очередной атом меди и гем цитохрома а Биологическое окисление - реферат3 . Но механизм образования 2-ух молекул воды в итоге взаимодействия связанной молекулы О2 с 4-мя протонами в точности не известен.

В большинстве клеток с цитохромоксидазой ведет взаимодействие около 90% всего поглощаемого кислорода. Токсичность таких ядовитых веществ, как цианид и азид, связаны с их способностью крепко присоединяться к цитохромоксидазному комплексу и перекрыть тем Биологическое окисление - реферат весь транспорт электронов.

Два компонента, переносящие электроны меж 3-мя главными ферментными комплексами дыхательной цепи, - убихинон и цитохром с – стремительно передвигаются методом диффузии в плоскости мембран.

Столкновения меж этими подвижными переносчиками и ферментными комплексами полностью позволяют разъяснить наблюдаемую ско­рость переноса электронов (каждый комплекс дает и воспринимает один электрон каждые 5-10 миллисекунд Биологическое окисление - реферат). Потому нет необходимости полагать структурную упорядоченность цепи белков-переносчиков в липидном бислое; по правде, ферментные комплексы, видимо есть в мембране как независящие составляющие и упорядоченный перенос электронов обеспечивается только спецификой многофункциональных взаимодействий меж компонентами цепи.

В пользу этого гласит и тот факт, что разные составляющие дыхательной цепи находятся Биологическое окисление - реферат в совсем различных количествах. К примеру, в митохондриях сердца на каждую молекулу НАДН-дегидрогеназного комплекса приходятся З молекулы | комплекса b-c1 комплекса, 7 молекул цитохромоксидазного комплекса, 9 молекул цитохрома с и 50 молекул убихинона; очень разные соотношения этих белков обнаружены и в неких других клеточках.

Значимый перепад окислительно-восстановительного потенциала на Биологическое окисление - реферат каждом из 3-х комплексов дыхательной цепи доставляет энергию, нужную для перекачивания протонов.

Такую пару, как Н2 О и ½О2 (либо НАДH и НАД+ ), именуют сопряженной окислительно-восстановительной парой, потому что один из ее членов преобразуется в другой, если добавить один либо несколько электронов и один либо несколько протонов (последних Биологическое окисление - реферат всегда доста­точно в любом аква растворе). Так, к примеру, ½О2 + 2е + 2Н+ ® Н2 О

Отлично понятно, что смесь соединений, образующих сопряженную кислотно-щелочную пару, в соотношении 50:50 действует как буфер, поддерживающий определенное «давление протонов» (рН), величина которого определяется константой диссоциации кислоты. Точно таким же образом смесь компонент Биологическое окисление - реферат пары в соотношении 50:50 поддерживает определенное «давление электронов», либо окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал) Е, служащий мерой сродства молекулы-переносчика к электронам.

Помещая электроды в раствор с надлежащими окислительно-восстановительными парами, можно измерить редокс-потенциал каж-дого переносчика электронов, участвующего в био окислительно-восстановительных реакциях. Пары соединений с более отрицательными значениями редокс-потенциала Биологическое окисление - реферат владеют минимальным сродством к электронам, т.е. coдepжaт перенocчики с меньшей тенденцией принимать электроны и большей тенденцией их отдавать. К примеру, смесь НАДH и НАД+ (50:50) имеет редокс-потенциал -320 мВ, что показывает на очень выраженную способность НАДH отдавать электроны, тогда как редокс-потенциал консистенции равных ко­личеств Н2 О и Биологическое окисление - реферат ½О2 составляет +820 мВ, что значит сильную тенденцию 02 к принятию электронов.

Резкий перепад имеет место в границах каждого из 3-х основных дыхательных комлексов. Разность потенциалов меж любыми_двумя переносчиками электронов прямо пропорциональна энергии, высвобождаемой при переходе электрона от 1-го переносчика к другому. Каждый комплекс действует как энергопреобразующее устройство, направляя Биологическое окисление - реферат эту свободную энергию на перемещение протонов через мембрану, что приводит к созданию химического протонного градиента по мере прохождения электронов по цепи.

Для работы энергопреобразующего механизма, лежащего в базе окислительного фосфорилирования, необходимо, чтоб каждый ферментный комплекс дыхательной цепи был нацелен во внутренней митохондриальной мембране спецефическим образом – так, чтоб все протоны Биологическое окисление - реферат передвигались в одном направлении, т. е. из матрикса наружу. Такая векторная организация мембранных белков была продемонстрирована при помощи особых зондов, не проходящих через мембрану, которыми метили комплекс только с какой-либо одной стороны мембраны. Специфичная ориентация в бислоe характерна всем мембранным белкам и очень принципиальна для их функции Биологическое окисление - реферат.

Механизмы перекачивания протонов компонентами дыхательной цепи.

В процессе окислительного фосфорилирования при окислении одной молекулы НАДН (т.е. при прохождений 2-ух электронов через все три ферментных комплекса) появляется менее 3-х молекул АТФ. Если представить, что оборотное прохождение 3-х протонов через АТФ-синтетазу обеспечивает синтез одной молекулы АТФ, можно будет Биологическое окисление - реферат заключить, что в среднем перенос 1-го электрона каждым комплексом сопровождается перемещением полутора протонов (другими словами, при транспорте 1-го электрона некие комплексы перекачивают один протон, а другие - два протона). Возможно, у различных компонент дыхательной цепи есть различные механизмы сопряжения транспорта электронов с перемещением протонов. Аллостерические конфигурации конформации белковой молекулы, связанные с транспортом Биологическое окисление - реферат электронов, могут в принципе сопровождаться «перекачиванием» протонов, подобно тому как передвигаются протоны при воззвании деяния АТФ-синтетазы. При переносе каждого электрона хинон захватывает из аква среды протон, который потом дает при высвобождении электрона. Так как убихинон свободно передвигается в липидном бислое, он может принимать электроны поблизости внутренней Биологическое окисление - реферат поверхности мембраны и передавать их на комплекс b-с1 около ее внешней поверхности, перемещая при всем этом через бислой по одному протону на каждый перенесенный электрон. При помощи более сложных моделей можно разъяснить и перемещение комплексом b-c1 2-ух протонов на каждый электрон, предположив, что убихинон повторно проходит Биологическое окисление - реферат через комплекс b-c1 в определенном направлении.

В отличие от этого молекулы, передающие электроны цитохромоксидазному комплексу, по-видимому, не переносят протонов, и в данном случае транспорт электронов, возможно, связан с определенным аллостерическим конфигурацией конформации белковых молекул, в итоге которого какая-то часть белкового комплекса сама переносит протоны.

Действие разобщителей.

С Биологическое окисление - реферат 40-х годов известен ряд липофильных слабеньких кислот, способных действовать как разобщающие агенты, т.е. нарушать сопряжение транспорта электронов с синтезом АТФ. При добавлении к клеточкам этих низкомолекулярных органических соединений митохондрии прекраща­ют синтез АТФ, продолжая при всем этом всасывать кислород. В присутствии разобщающего агента, скорость транспорта электронов остается Биологическое окисление - реферат высочайшей, но протонный градиент не создается. Это обычное разъяснение этого эффекта: разобщающие агенты (к примеру, динитрофенол, тироксин) действуют как переносчики Н+ (Н+ -ионофоры) и открывают дополнительный путь - уже не через АТФ-синтетазу – для потока Н+ через внутреннюю митохондриальную мембрану.[13, 2000]

Дыхательный контроль.

Когда к клеточкам добавляют разобщающий агент, к примеру динитрофенол Биологическое окисление - реферат, поглощение кислорода митохондриями существенно растет, потому что скорость переноса электронов возрастает. Такое ускорение связано с существованием дыхательного контроля. Считают, что этот контроль основан на прямом инги6ирующем воздействии химического протонного градиента на транспорт электронов. Когда в присутствии разобщителя химический градиент исчезает, не контролируемый более транспорт электронов добивается наибольшей скорости. Возрастание Биологическое окисление - реферат градиента притормаживает дыхательную цепь, и транспорт электронов замедляется. Более того, если в опыте искусственно сделать на внутренней мембране особенно высочайший химический градиент, то обычный транспорт электронов закончится совершенно, а на неких участках дыхательной цепи можно будет найти оборотный поток электронов. Это позволяет пред­полагать, что дыхательный контроль отражает Биологическое окисление - реферат обычной баланс меж конфигурацией свободной энергии при перемещении протонов, сопряжен­ного с транспортом электронов, и конфигурацией свободной энергии при самом транспорте электронов.Величина химического градиента оказывает влияние как на скорость, так и на направление переноса электронов, так же как и на направление деяния АТФ-синтетазы.

Дыхательный контроль - это только Биологическое окисление - реферат часть сложной системы взаимосвязанных регуляторных устройств с оборотными связями, координи­рующей скорости гликолиза, расщепления жирных кислот, реакций цикла лимоновой кислоты и транспорта электронов. Скорости всех этих процессов зависят от дела АТФ:AДФ - они растут, когда это отношением миниатюризируется в итоге усиленного использования АТФ. К примеру, АТФ-синтетаза внутренней Биологическое окисление - реферат митохондриальной мембраны работает резвее, когда концентрации ее субстратов, т. е. .AДФ и Фн , растут. Чем выше скорость этой реакции, тем больше протонов перетекает в матрикс, резвее рассеивая тем химический градиент; а уменьшение градиента в свою очередь приводит к ускорению транспорта электронов.[1,1994]

Митохондрии бурой жировой ткани – генераторы тепла.

Всем позвоночным Биологическое окисление - реферат в юном возрасте для образования тепла, в дополнение к механизму мышечного тремора, нужно термогенное устройство. Такового рода устройство в особенности принципиально для животных, впадающих в зимнюю спячку. Мускулы в состоянии тремора сокращаются и при отсутствии нагрузки, используя сократительные белки для гидролиза АТФ обыденным для мышечных клеток образом и освобождая в виде тепла Биологическое окисление - реферат всю энергию, потенциально доступную при гидролизе АТФ. Необходимость особенного термогенного устройства определяется крепко сопряженным окислительным фосфорилированием обычных митохондрий. Если б этот процесс мог быть разобщен, как это бывает в присутствии динитрофенола, он мог бы служить в качестве адекватного приспособления, производящего тепло; конкретно так это происходит в митохондриях бурого Биологическое окисление - реферат жира. Хотя эти митохондрий владеют обыкновенной обратимой АТФазой, в их имеется также трансмембранная протонная транслоказа, средством которой протоны могут ворачиваться в матрикс и электрически шунтировать работу АТФазы. Если этот процесс достаточен для того, чтоб поддерживать окислительно-восстановительный потенциал водорода существенно ниже 200 мВ, синтез АТФ становится неосуществимым и окислительный процесс протекает Биологическое окисление - реферат свободно, в итоге чего вся энергия освобождается в виде тепла.[2, 1994]

Цикл лимоновой кислоты (цикл трикарбоновых кислот, цикл Кребса).

Цикл лимоновой кислоты представляет собой серию реакций, протекающих в митохондриях, в процессе которых осуществляется катаболизм ацетильных групп и высвобождение водородных эквивалентов; при окислении последних поставляется свободная энергия топливных Биологическое окисление - реферат ресурсов тканей. Ацетильные группы находятся в составе ацетил-КоА (активного ацетата), тиоэфира кофермента А.

Основная функция цикла лимоновой кислоты заключается в том, что он является общим конечным методом окисления углеводов, белков и жиров, так как в процессе метаболизма глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты преобразуются или в ацетил-СоА, или Биологическое окисление - реферат в промежные соединения цикла. Цикл лимоновой кислоты играет также главную роль в процессах глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования и липогенеза, Хотя ряд этих процессов протекает в почти всех тканях, печень - единственный орган, в каком идут все перечисленные процессы. Потому суровые последствия вызывает повреждение огромного числа клеток печени либо замещение их соединительной тканью Биологическое окисление - реферат. О актуально принципиальной роли цикла лимоновой кислоты свидетельствует и тот факт, что у человека практически не известны генетические конфигурации ферментов, катализирующих реакции цикла, потому что наличие таких нарушений несовместимо с обычным развитием.[10,1993]

Открытие ЦТК.

В первый раз предположение о существовании такового цикла для окисления пирувата в животных тканях было высказано Биологическое окисление - реферат в 1937 году Гансом Кребсом. Эта мысль родилась у него, когда он изучил воздействие анионов разных органических кислот на скорость поглощения кислорода суспензиями размельченных грудных мускул голубя, в каких происходило окисление пирувата. Грудные мускулы отличаются очень высочайшей интенсивностью дыхания, что делает их в особенности комфортным объектом для исследования окислительной активности Биологическое окисление - реферат. Кребс также подтвердил, что обнаруженные ранее в животных тканях другие органические кислоты (янтарная, яблоковая, фумаровая и щавелевоуксусная) стимулируют окисление пирувата. Не считая того, он отыскал, что окисление пирувата мышечной тканью стимулируется шестиуглеродными трикарбоновыми кислотами - лимоновой, цис-аконитовой и изолимонной, также пятиуглеродной a-кетоглутаровой кислотой. Испытаны были и некие другие встречающиеся Биологическое окисление - реферат в природе органические кислоты, но ни одна из их не нашла схожей активности. Направлял на себя внимание сам нрав стимулирующего деяния активных кислот: даже малого количества хоть какой из их было довольно для того, чтоб вызвать окисление во много раз большего количества пирувата.[9, 1991]

Обыкновенные опыты, также логические рассуждения Биологическое окисление - реферат позволили Кребсу высказать предположение, что цикл, который он именовал циклом лимоновой кислоты, является основным методом окисления углеводов в мышце. После, цикл лимоновой кислоты был найден фактически во всех тканях высших животных и растений и у многих аэробных микробов. За это принципиальное открытие Кребс был удостоен в 1953 году Биологическое окисление - реферат Нобелевской премии. Юджин Кеннеди и Альберт Ленинджер проявили позже, что все реакции цикла лимоновой кислоты протекают в митохондриях животных клеток. В изолированных митохондриях печени крысы были обнаружены не только лишь все ферменты и коферменты цикла лимоновой кислоты; тут же, как выяснилось, локализованы все ферменты и белки, которые требуются для Биологическое окисление - реферат последней стадии дыхания, т.е. для переноса электронов и окислительного фосфорилирования. Потому митохондрии с полным правом именуют «силовыми станциями» клеточки.

Катаболическая роль цикла лимоновой кислоты

Цикл начинается со взаимодействия молекулы ацетил-СоА с щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетатом), в итоге которого появляется шестиуглеродная трикарбоновая кислота, именуемая лимоновой. Дальше следует серия реакций, в процессе Биологическое окисление - реферат которых происходит высвобождение 2-ух молекул С02 и регенерация оксалоацетата. Так как количество оксалоацетата, нужное для перевоплощения огромного числа ацетильных единиц в С02 , очень невелико, можно считать, что оксалоацетат делает каталитическую роль.

Цикл лимоновой кислоты является механизмом, обеспечивающим улавливание большей части свободной энергии, освобождаемой в процессе окисления углеводов, липидов и белков Биологическое окисление - реферат. В процессе окисления ацетил-СоА благодаря активности ряда специфичных дегидрогеназ происходит образование восстановительных эквивалентов в форме водорода либо электронов. Последние поступают в дыхательную цепь; при функционировании этой цепи происходит окислительное фосфорилирование, другими словами синтезируется АТФ.

Ферменты цикла лимоновой кислоты локализованы в митохондриальном матриксе, где они находятся или в свободном Биологическое окисление - реферат состоянии, или на внутренней поверхности внутренней митохондриальной мембраны; в последнем случае облегчается перенос восстановительных эквивалентов на ферменты дыхательной цепи, локализованные во внутренней митохондриальной мембране.[11, 1989]

Реакции ЦТК.

Исходная реакция - конденсация ацетил-СоА и оксалоацетата, катализируется конденсирующим ферментом, цитратсинтетазой, при всем этом происходит образование связи углерод-углерод меж Биологическое окисление - реферат метальным углеродом ацетил-СоА и карбонильным углеродом оксалоацетата. За реакцией конденсации, приводящей к образованию цитрил-СоА, следует гидролиз тиоэфирной связи, сопровождающийся потерей огромного количества свободной энергии в форме теплоты; это определяет протекание реакции слева на право до ее окончания:

Ацетил-СоА + Оксалоацетат + Н2 О → Цитрат + CoA-SH

Перевоплощение цитрата в изоцитрат Биологическое окисление - реферат катализируется аконитазой, содержащей железо в двухвалентном состоянии. Эта реакция осуществляется в две стадии: поначалу происходит дегидратация с образованием цис-аконитата (часть его остается в комплексе с ферментом), а потом - гидратация и образование изоцитрата:

Цитрат ↔ цис -Аконитат ↔ Изоцитрат – Н2 О

Реакция ингибируется фторацетатом, который поначалу преобразуется во фторацетил-СоА; последний конденсируется Биологическое окисление - реферат с оксалоацетатом, образуя фторцитрат. Конкретным ингибитором аконитазы является фторцитрат, при ингибировании скапливается цитрат.

Опыты с внедрением промежных соединений демонстрируют, что аконитаза ведет взаимодействие с цитратом ассиметрично: она всегда действует на ту часть молекулы цитрата, которая образовалась из оксалоацетата. Может быть, что цис-аконитат не является неотклонимым интермедиатом меж цитратом и изоцитратом Биологическое окисление - реферат и появляется на боковой ветки основного пути.

Дальше изоцитратдегидрогеназа катализирует дегидрогенирование с образованием оксалосукцината. Описаны три разных формы изоцитратдегидрогеназы. Одна из их, НАД-зависимая, найдена исключительно в митохондриях. Две другие формы являются НАДФ-зависимыми, при этом одна из их также находится в митохондриях, а другая в цитозоле. Окисление изоцитрата Биологическое окисление - реферат, связанное с работой дыхательной цепи, осуществляется практически только НАД-зависимым ферментом:

Изоцитрат + НАД+ ↔ Оксалосукцинат (в комплексе с ферментом) ↔ альфакетоглутарат + СО2 + НАДН2

Набросок 5. Реакции цикла Кребса.[10,1993]

Дальше следует декарбоксилирование с образованием альфакетоглутарата, которое также катализируется изоцитратдегидрогеназой. Принципиальным компонентом реакции декарбоксилирования являются ионы Mg2+ (либо Мn2+ ). Судя по имеющимся данным Биологическое окисление - реферат, оксалосукцинат, образующийся на промежной стадии реакции, остается в комплексе с ферментом.

Альфакетоглутарат, в свою очередь, подвергается окислительному декарбоксилированию, схожему с окислительным декарбоксилированием пирувата: в обоих случаях субстратом является альфакетокислота. Реакция катализируется альфакетоглутаратдегидрогеназным комплексом и просит роли такого же набора кофакторов - тиаминдифосфата, липоата, НАД+ , ФАД и СоА; в итоге Биологическое окисление - реферат появляется сукцинил-СоА - тиоэфир, содержащий высокоэнергетическую связь.

α-кетоглуторат + НАД+ + CoA-SH → Сукцинил-СоА + СО2 + НАДН+Н+

Равновесие реакции так очень сдвинуто в сторону образования сукцинил-СоА, что ее можно считать физиологически однонаправленной. Как и при окислении пирувата, реакция ингибируется арсенатом, что приводит к скоплению субстрата (альфакетоглутарат).

Продолжением цикла является перевоплощение Биологическое окисление - реферат сукцинил-СоА в сукцинат, катализируемое сукцинаттиокиназой (сукцинил-СоА-синтетазой):

Сукцинил-СоА + ФН + ГДФ↔ Сукцинат + ГТФ + CoA-SH

Одним из субстратов реакций является ГДФ (либо ИДФ), из которого в присутствии неорганического фосфата появляется ГТФ (ИТФ). Это - единственная стадия цикла лимоновой кислоты, в процессе которой генерируется высокоэнергетическая фосфатная связь на Биологическое окисление - реферат субстратном уровне; при окислительном декарбоксилировании α-кетоглутарата возможное количество свободной энергии довольно для образования НАДН и высокоэнергетической фосфатной связи. В реакции, катализируемой фосфокиназой, АТФ может создаваться как из ГТФ, так и из ИТФ. К примеру:

ГТФ+АДФ «ГДФ+АТФ.

В другой реакции, протекающей во внепеченочных тканях и катализируемой сукцинил-СоА-ацетоацетат-СоА Биологическое окисление - реферат-трансферазой, сукцинил-СоА преобразуется в сукцинат сопряженно с перевоплощением ацетоацетата в ацетоацетил-СоА. Впечени имеется диацилазная активность, обеспечивающая гидролиз части сукцинил-СоА с образованием сукцината и СоА.

Дальше сукцинат дегидрогенируется, потом присоединяется молекула воды, и следует еще одна стадия дегидрогенирования, приводящая к регенерации оксалоацетата:

Сукцинат + ФАД « Фумарат + ФАДН2

1-ое дегидрогенирование Биологическое окисление - реферат катализируется сукцинатдегидрогеназой, связанной с внутренней поверхностью внутренней митохондриальной мембраны. Это единственная дегидрогеназная реакция ЦТК, в процессе которой осуществляется прямой перенос с субстрата на флавопротеин без роли НАД+ . Фермент содержит ФАД и железо-серный белок. В итоге дегидрогенирования появляется фумарат. Как проявили опыты с внедрением изотопов, фермент стереоспецифичен Биологическое окисление - реферат к транс-атомам водорода метиленовых групп сукцината. Добавление малоната либо оксалоацетата ингибирует сукцинатдегидрогеназу, что приводит к скоплению сукцината.

Фумараза (фумаратгидротаза) катализирует присоединение воды к фумарату с образованием малата:

Фумарат + Н2 О « L-малат

Фумараза специфична к L-изомеру малата, она катализирует присоединение компонент молекулы воды по двойной связи фумарата Биологическое окисление - реферат в транс-конфигурации. Малатдегидрогеназа катализирует перевоплощение малата в оксалоацетат, реакция идет с ролью НАД+ :

L-малат + НАД+ « 0ксалоацетат + НАДН2

Хотя равновесие этой реакции очень сдвинуто в направлении малата, реально она протекает в направлении оксалоацетата, так как он вкупе с НАДН повсевременно потребляется в других реакциях.

Ферменты цикла лимоновой кислоты, кроме альфакетоглутарат- и Биологическое окисление - реферат сукцинатдегидрогеназы, обнаруживаются и вне митохондрий. Но некие из этих ферментов (к примеру, малатдегидрогеназа) отличаются от соответственных митохондриальных ферментов.

Энергетика цикла лимоновой кислоты.

В итоге окисления, катализируемого дегидрогеназами ЦТК, на каждую катаболизируемую за период 1-го цикла молекулу ацетил-СоА образуются три молекулы НАДН и одна молекула ФАДН2 . Эти восстановительные Биологическое окисление - реферат эквиваленты передаются в дыхательную цепь, локализованную в митохондриальной мембране. При прохождении по цепи восстановительные эквиваленты НАДН генерируют три высокоэнергетические фосфатные связи средством образования АТФ из АДФ в процессе окислительного фосфорилирования. За счет ФАДН2 генерируется только две высокоэнергетические фосфатные связи, так как ФАДН2 переносит восстановительные эквиваленты на кофермент Биологическое окисление - реферат Q и, как следует, в обход первого участка цепи окислительного фосфорилирования в дыхательной цепи. Очередной высокоэнергетический фосфат генерируется на одном из участков цикла лимоновой кислоты, другими словами на субстратном уровне, при превращении сукцинил-СоА в сукцинат. Таким макаром, за период каждого цикла появляется 12 новых высокоэнергетических фосфатных связей.

Регуляция цикла лимоновой кислоты Биологическое окисление - реферат.

Главные процессы, которые поставляют и припасают энергию в клеточках, могут быть в общей форме изображены последующим образом:

глюкоза пируват ® ацетил-СоА жирные кислоты

AДФ

АТФ

С02

Регуляция этой системы inter alia должна гарантировать неизменное поступление АТФ соразмерно с существующими на этот момент энергетическими потребностями, обеспечивать перевоплощение излишка углеводов в жирные Биологическое окисление - реферат кислоты через пируват и ацетил-СоА и вместе с этим держать под контролем экономичное расходование жирных кислот через ацетил-СоА как главный продукт для входа в цикл лимоновой кислоты.

Цикл лимоновой кислоты поставляет электроны в электронпереносящую систему, в какой поток электронов связан с синтезом АТФ и в Биологическое окисление - реферат наименьшей степени снабжает восстановительными эквивалентами системы биосинтеза промежных товаров. В принципе цикл не может протекать резвее, чем это позволяет внедрение образуемой АТФ. Если б весь AДФ клеточки перевоплотился в АТФ , не могло бы быть никакого предстоящего потока электронов от НАДH, который скапливается, к 02 . Ввиду отсутствия НAД+ , нужного участника процессов дегидрирования цикла Биологическое окисление - реферат, последний не стал бы работать. Есть более тонкие регуляторные приспособления, которые модулируют действие ферментов в самом цикле лимоновой кислоты.

Сукцинатдегидрогеназа находится во внутренней митохондриальной мембране. Все другие ферменты растворены в матриксе, заполняющем внутреннее место митохондрии. Измерения относительных количеств этих ферментов и концентраций их субстратов в митохондриях указывают, что Биологическое окисление - реферат любая реакция протекает с схожей скоростью. Как пируват (либо другой возможный источник ацетил-СоА) поступает вовнутрь матрикса митохондрии, весь цикл протекает снутри этого отсека.

В неких участках стимуляция либо ингибирование определяется относительными концентрациями НAДH/НAД, ATФ/AДФ либо АМФ, ацетил-СоА/СоА либо сукцинил-СоА/СоА. Когда эти Биологическое окисление - реферат дела высоки, клеточка довольно обеспечена энергией и поток через цикл замедлен; когда же они низки, клеточка испытывает потребность в энергии, и поток через цикл ускоряется.

Как необратимая реакция, соединяющая метаболизм углеводов с циклом лимоновой кислоты, пируватдегидрогеназная реакция должна отлично контролироваться. Это достигается 2-мя методами. Во-1-х, фермент, который активизируется несколькими Биологическое окисление - реферат интермедиаторами гликолиза, конкурентно ингибируется своими своими продуктами - НAДH и ацетил-СоА. При иных равных критериях повышение соотношения НAДH/НAД+ от 1 до 3 вызывает 90%-е понижение быстроты реакции, а повышение дела ацетил-СоА/СоА приводит к количественно схожему эффекту. Эффект проявляется одномоментно. Медлительнее появляются, но подольше действуют эффекты другого регуляторного устройства. С сердцевиной Биологическое окисление - реферат каждой молекулы дигидролипоилтрансацетилазы связано около 5 молекул киназы пируватдегидрогеназы, которая за счет АТФ катализирует фосфорилирование серинового остатка в a-цепи пируватдегидрогеназного компонента. Будучи фосфорилирован, фермент не способен декарбоксилировать пируват.

Когда происходит окисление жирных кислот, пируватдегидрогеназа приметно ингибируется. По-видимому, это явление разъясняется сопутствующими процессу окисления высочайшими концентрациями Биологическое окисление - реферат АТФ, ацетил-СоА и НAДH. Большая часть тканей содержат излишек пируватдегидрогеназы, так что после приема корма в печени, также в мышце и в жировой ткани у животных в состоянии покоя только 40, 15 и 10% пируватдегидрогеназы соответственно находится в активной, нефосфорилированной форме. Когда увеличивается потребность в АТФ, концентрации НAД+ , СоА и AДФ растут Биологическое окисление - реферат за счет использования НAДH, ацетил-СоА и АТФ, а киназа инактивируется. Но фосфатаза продолжает работать вновь активируя дегидрогеназу. Увеличение Са2+ может активировать митохондриальную фосфатазу.

Синтез цитрата - стадия, лимитирующая скорость цикла лимоновой кислоты. Регуляция этой стадии совершается благодаря маленькому, но довольно важному ингибированию цитрат-синтетазы средством НAДH и сукцинил-СоА Биологическое окисление - реферат. Основное же воздействие на скорость синтеза цитрата оказывает поступление субстрата.

Активность изоцитратдегидрогеназы регулируется зависимо от концентраций Mg2+ , изоцитрата, НAД+ , НAДH и АМФ. Не считая субстратсвязывающих центров для НAД+ , изоцитрата и Mg2+ фермент имеет к тому же положительные, и отрицательные эффекторные участки. Изоцитрат - положительный эффектор; его связывание кооперативно, т. е. связывание на Биологическое окисление - реферат каком-либо одном участке упрощает связывание на других. Оба участка связывания для АМР стимулируют активность фермента.

Таким макаром, ферментная активность определяется отношениями НAД+ /НAДH и АМФ/АТФ.

АМФ - положительный эффектор комплекса a-кетоглутаратде-гидрогеназы, который тут припоминает изоцитратдегидрогеназу. В области физиологических концентраций и сукцинил-СоА, и Биологическое окисление - реферат НAДH владеют ингибирующим действием, при этом концентрация сукцинил-СоА, по-видимому, главный фактор, управляющий скоростью процесса. Сукцинатдегидрогеназа припоминает изоцитратдегидрогеназу в том отношении, что субстрат (сукцинат) делает функцию положительного аллостерического эффектора. Оксалоацетат - мощнейший ингибитор, но непонятно, действует ли этот контроль в обычных критериях.[5,2000]

В цикле лимоновой кислоты делают специальные функции четыре водорастворимых витамина Биологическое окисление - реферат группы В. Рибофлавин заходит в состав ФАД, который является кофактором альфакетоглутаратдегидрогеназного комплекса и сукцинатдегидрогеназы. Ниацин заходит в состав НАД, который является коферментом 3-х дегидрогеназ цикла: изоцитратдегидрогеназы, альфакетоглуторатдегидрогеназы и малатдегидрогеназы. Тиамин (витамин В1 ) заходит в состав тиаминдифосфата, который является коферментом альфакетоглутаратдегидрогеназы. Пантотеновая кислота заходит в состав кофермента Биологическое окисление - реферат А, который является кофактором, связывающим активные ацильные остатки.

Макроэргические соединения и макроэргические связи.

В клеточках, освобождающаяся в итоге катаболических процессов распада питательных веществ, свободная энергия может быть применена для воплощения многих хим реакций, протекающих с энергозатратой. Запасание энергии происходит в виде богатых энергией хим связей особенного класса соединений, большая Биологическое окисление - реферат часть из которых являются ангидридами фосфорной кислоты (нуклеозидтрифосфаты).

Есть высокоэнергетические и низкоэнергетические фосфаты. Условной границей для этих 2-ух групп соединений является величина свободной энергии гидролиза фосфатной связи. Как следует, высокоэнергетические фосфаты имеют богатую энергией высокоэргическую (макроэргическую) связь.

Энергию связи определяют как разницу свободных энергий соединений, содержащего эту связь, и соединений, получающихся Биологическое окисление - реферат после ее разрыва. Макроэргическими (обеспеченными энергией) принято считать те связи, при гидролизе которых конфигурации свободной энергии системы составляют более 21 кДж/моль.

Центральную роль в энергообмене клеток всех типов производит система адениновых нуклеотидов, которая содержит в себе АТФ, АДФ и АМФ, также неорганический фосфат и ионы магния. АТФ является термодинамически Биологическое окисление - реферат неуравновешенной молекулой и гидролизуется с образованием АДФ и АМФ. Эта самая неустойчивость позволяет АТФ делать функцию переносчика хим энергии, нужной для ублажения большей части энергетических потребностей клеток. К соединениям, владеющим богатой энергией связью, кроме АТФ, относится также УТФ, ЦТФ, ГТФ, ТТФ, креатинфосфат, пирофосфат, некие тиоэфиры (к примеру, ацетил Биологическое окисление - реферат-КоА), фосфоенолпируват, 1,3-бифосфоглицерат и ряд других соединений.

При гидролизе АТФ в стандартных критериях изменение свободной энергии составляет -30,4 кДж/моль. В физиологических критериях настоящая свободная энергия гидролиза концевой фосфатной связи АТФ будет другая и приближается к -50,0 кДж/моль.

Может быть несколько вариантов освобождения энергии фосфатных связей АТФ. Основной вариант - это отщепление концевого Биологическое окисление - реферат фосфата АТФ (АТФ+Н2 О ®АДФ+Н3 РО4 ). Другой вариант - пирофосфатное расщепление АТФ (АТФ+Н20 ®АМФ+Н4 Р2 О7 ). Этот тип реакции существенно пореже употребляется в биохимических процессах.

Скопление энергии в специфичных фосфатных связях АТФ лежит в базе механизма переноса энергии в живой клеточке. Есть основания считать, что Биологическое окисление - реферат в клеточке есть три главных типа перехода энергии АТФ:

в энергию хим связей, в термическую энергию и энергию, затрачиваемую на совершение работы (осмотической, электронной, механической и др.).[15,1997]

Витамин PP .

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин) именуют антипеллагрическим витамином (от итал. Preventive pellagra – «предотвращающий пеллагру»), так как его Биологическое окисление - реферат отсутствие является предпосылкой заболевания, именуемого пеллагрой.

Никотиновая кислота известна издавна, но исключительно в 1937 году она была выделена К. Эльвегеймом из экстракта печени и было показано, что введение никотиновой кислоты (либо ее амида - никотинамида) либо препаратов печени защищает от развития либо излечивает от пеллагры.

Никотиновая кислота представляет собой соединение пиридинового ряда Биологическое окисление - реферат, содержащее карбоксильную группу (никотинамид отличается наличием амидной группы).

Витамин РР не достаточно растворим в воде (порядка 1%), но отлично растворим в аква смесях щелочей. Никотиновая кислота кристаллизуется в виде белоснежных игл.

Более соответствующими признаками пеллагры (от итал. pelle agra -шершавая кожа), являются поражения кожи (дерматиты), желудочно-кишечного тракта (диарея Биологическое окисление - реферат) и нарушения нервной деятельности (деменция).

Дерматиты в большинстве случаев симметричны и поражают те участки кожи, которые подвержены воздействию прямых солнечных лучей: тыльную поверхность кистей рук, шейку, лицо; кожа становится красноватой, потом коричневой и шершавой. Поражения кишечного тракта выражаются в развитии анарексии, тошноты и болей в области животика, поноса. Диарея Биологическое окисление - реферат приводит к обезвоживанию организма. Слизистая толстого кишечного тракта поначалу воспаляется, потом изъязвляется. Специфическими для пеллагры являются стоматиты, гингивиты, поражения языка со вздутием и трещинками. Поражения мозга выражаются в головных болях, головокружениях, завышенной раздражимости, депрессии и других симптомах, включая психозы, психоневрозы, галлюцинации и другие. Симптомы пеллагры в особенности резко выражены у Биологическое окисление - реферат нездоровых с недостающим белковым питанием. Установлено, что это разъясняется недочетом триптофана, который является предшественником никотинамида, отчасти синтезируемого в тканях человека и животных, также недочетом ряда других витаминов.

Витамин РР играет роль кофермента в НАД-зависимых дегидрогеназах (участниках тканевого дыхания), метаболизме углеводов и аминокислот, НАДФ-зависимых ферментах (пентозного шунта и синтеза Биологическое окисление - реферат липидов), НМН-зависимых энзимах (алкогольдегидрогеназа и маликфермент). Более принципиальна роль его, как субстрата поли-АДФ-рибозилирования. Данный процесс участвует в сшивке хромосомных разрывов и в работе репаразной системы, также имеет (при нехватке НАД) ключевое значение в механизме некробиоза и апоптоза клеток, в особенности – высокоаэробных.[6,2000]

Показано, что ряд Биологическое окисление - реферат дегидрогеназ употребляют только НАД либо НАДФ, другие могут катализировать окислительно-восстановительные реакции в присутствии хоть какого из их. В процессе био окисления НАД и НАДФ делают роль промежных переносчиков электронов и протонов меж окисляемым субстратом и флавиновыми ферментами.

Основными источниками никотиновой кислоты и ее амида являются рис, хлеб, картофель, мясо, печень, почки Биологическое окисление - реферат, морковь и другие продукты.[18,1989]

Микросомальное окисление.

Монооксигеназные реакции.

Живы организмы содержат группу бессчетных и различных ферментов, получивших заглавие монооксигеназ. В обычном случае один атом кислородной молекулы находится в новейшей гидроксидной группе субстрата, другой – восстанавливается до воды в процессе реакции. В согласовании с этим реакция должна протекать при участии Биологическое окисление - реферат фермента, субстрата, кислородаи какого-нибудь восстанавливающего агента.

Допамин-b-монооксигеназа, присутствующая в мозге и в хромаффинной ткани, катализирует гидроксилирование 3,4-диоксифенилэтиламина до норадреналина.

Фенолмонооксигеназы имеются у микробов, растений, насекомых, также в печени и коже млекопитающих. Полимеризация о-хинона, образовавшегося в итоге цепочки реакции, катализируемых этими ферментами, лежит в базе образования Биологическое окисление - реферат меланина.[7,2000]

Диоксигеназные реакции.

Ферменты, катализирующие реакции, в каких оба атома молекулярного кислорода встраиваются в продукты реакции, именуются диоксигеназами. Известные в текущее время ферменты этой группы могут содержать в качестве активной группы гем либо негемовое железо, а для деяния неких нужен a-кетоглутарат.

Железо-a-кетоглутаратдиоксигеназы – железозависимые ферменты, катализирующие гидроксилирование субстрата Биологическое окисление - реферат в процессе процесса, в каком a-кетоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию до сукцината: М + О2 + a-кетоглутарат М-ОН + сукцинат + СО2 [5,2000]

Цитохромы – ферменты редокс-цепи.

Предстоящий перенос электронов от КоQН2 на О2 производит система цитохромов. Данная система состоит из ряда гемсодержащих белков (гемпротеинов), открытых в 1886 году К. Мак Биологическое окисление - реферат-Мунном. Они все имеют простетическую геминовую группу, близкую к гему гемоглобина. Цитохромы отличаются друг от друга не только лишь простетической группой, да и белковыми компонентами. Все цитохромы, в особенности в восстановленной форме, имеют соответствующие диапазоны поглощения, величины окислительно-восстановительных потенциалов также неодинаковы.

В имеющем обширное распространение механизме гидроксилирования методом введения Биологическое окисление - реферат 1-го атома кислорода многофункциональный атом железа находится в гемовой группе цитохрома – цитохрома Р450. Эти цитохромы обнаруживаются в мембранах печеночной ЭПС, в митохондриях коры надпочечников, в почечной щеточной каемке и в плазматических мембранах разных микробов. Катализируемая реакция такая же, как у всех других монооксигеназ.

МН + О2 + 2е + 2Н+ ®МОН Биологическое окисление - реферат + Н2О

Цитохромы Р450 из печени относятся к числу индуцируемых ферментов; это значит, что количество присутствующего фермента может возрастать в 25 раз при внедрении 1-го из бессчетных чужеродных соединений, к примеру фенобарбитала либо метилхолантрена. Цитохромы обезвреживают ксенобиотики, также лимитируют время, в течение которого могут сохранять свою активность некие наркотики. Исцеление неких Биологическое окисление - реферат форм острой интоксикации может быть облегчено введением индуктора, который в данном случае вообщем безобиден.

Цитохромы Р450 коры надпочечников находятся в митохондриальной мембране, где два отдельных фермента катализируют соответственно расщепление боковых цепей холестерина до прегненолона и реакции гидроксилирования разных стероидов.[2,1994]

Цитохром Р450 катализирует образование гидроксильных групп при синтезе желчных кислот, стероидных гормонов Биологическое окисление - реферат, при катаболизме ряда веществ и обмене чужеродных соединений.

1-ая, обнаруженная в микросомах электронпереносящая система – это система восстановления цитохрома b5 за счет NADH; цитохром b5 восстанавливается NADH-цитохром b5-редуктазой, содержащей на молекуле один FAD, который совершает циклические переходы меж вполне восстановленной и окисленной формами. Цитохром b5 крепко связан с Биологическое окисление - реферат ЭПС собственной широкой гидрофобной областью. Хотя внешняя поверхность области цитохрома, где находится гем, гидрофильна, она лежит в глубочайшей гидрофобной щели, при этом карбоксильные группы пропионовой кислоты нацелены наружу. Восстановленный цитохром b5 медлительно самоокисляется с образованием супероксидного аниона. Этот механизм может быть главным генератором супероксида в клеточках печени.[11,1989]

Пероксидазный путь Биологическое окисление - реферат использования кислорода.

Молекулярный кислород является парамагнитным, так как он содержит два неспаренных электрона с параллельно нацеленными спинами. Эти электроны находятся на различных орбиталях , так как два электрона не могут занимать одну и ту же орбиталь, если только их спины не обратны. Соответственно восстановление кислорода методом прямого Биологическое окисление - реферат введения пары электронов в его отчасти заполненные орбитали нереально без «обращения» спина 1-го из 2-ух электронов. Спиновой запрет восстановления может быть преодолен поочередным добавлением одиночных электронов. Полное восстановление О2 до 2Н2О просит 4 электрона; при одноэлектронном восстановлении в качестве промежных товаров появляются супероксид, пероксид водорода и гидроксидный радикал. Эти продукты очень Биологическое окисление - реферат реакционноспособны, и их присутствие может представлять опасность для целостности живых систем. По сути ОН – более мутагенный продукт ионизирующей радиации – представляет собой очень мощнейший окислитель, который может штурмовать все органические соединения. Одноэлектронное восстановление кислорода инициирует цепь реакций, которые ведут к образованию ОН:

О2 + е ® О2 (1)

О2 + Н ®НО2 (2)

О2 + НО Биологическое окисление - реферат2 + Н ® Н2О2+О2 (3) [14,1996]

Супероксид-анион, образуемый в реакции (1), может протонироваться до гидропероксидного радикала (2). Реакция (3) представляет собой спонтанную дисмутацию, приводящую к образованию Н2О2+О2. Совокупа этих реакций дает основание полагать, что неважно какая система, продуцирующая О2 , будет также скоро содержать Н2О2.

Ксантиноксидаза, альдегидоксидаза и бессчетные флавопротеиды образуют О Биологическое окисление - реферат2 и Н2О2, что происходит и при самопроизвольном окислении гемоглобина, ферредоксинов, восстановленных цитохромом b5 гидрохинонов, тетрагидроптеридинов и адреналина. Угроза для клеток, возникающая из-за реакционноспособности О2 и Н2О2, устраняется действием ферментов, отлично обезвреживающих эти соединения.[14,1996]

Ферментативная антиоксидантная защита.

Супероксиддисмутазы катализируют реакцию

О2 + О2 + 2Н ® Н2О2 + О Биологическое окисление - реферат2

Эти ферменты найдены во всех дышащих клеточках, также в разных факультативно анаэробных микробах. Супероксиддисмутазы – металлоферменты. Их каталитический цикл включает восстановление и окисление иона металла, к примеру Cu, Mn либо Fe, на активном центре.

Каталазная активность наблюдается практически во всех животных клеточках и органах. Печень, эритроциты и почки – богатые источники Биологическое окисление - реферат каталаз . Эта активность также находится во всех растительных материалах и в большинстве микробов, не считая облигатных анаэробов. В каждом случае каталаза, возможно, предутверждает аккумуляцию вредного Н2О2, образуемого при аэробном окислении восстановленных флавопротеидов и из О2 . Одна молекула каталазы может разложить 44000 молекулы Н2О2 за секунду. Практически фермент практически Биологическое окисление - реферат не просит энергии активации, и быстроту реакции стопроцентно определяется диффузией. Каталаза реагирует с Н2О2 с образованием относительно размеренного фермент-субстратного комплекса.

Хотя пероксидазы встречаются относительно изредка в животных тканях, в печени и почках найдена слабенькая пероксидазная активность. Лейкоциты содержат вердопероксидазу, которая несет ответственность за пероксидазную активность гноя. Клеточки фагоцитов Биологическое окисление - реферат содержат миелопероксидазу, которая окисляет ионы галогенов, к примеру I , до свободного галогена – действенного антибактериального агента.

Каталазную и пероксидазную реакции можно записать последующим образом:

НО ОН О

+ 2Н2О +

НО ОН О

НО ОН О

+ R 2Н2О + R

НО ОН О [5,2000]

Неферментативная антиоксидантная защита.

Аскорбиновая кислота (витамин С).

Витамин С Биологическое окисление - реферат просто окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, которая нестабильна в щелочной среде, в какой происходит гидролиз лактонного кольца с образованием дикетогулоновой кислоты.

Аскорбиновая кислота нужна для разных био окислительных процессов. Витамин активирует окисление n-оксифенилпирови-ноградной кислоты гомогенатами печени. В присутствии кислорода смеси, содержащие ферро-ионы и аскорбат, катализируют гидроксилирование ряда соединений. Витамин является Биологическое окисление - реферат антиоксидантом, участвует в метаболизме фенилаланина, тирозина, пептидных гормонов, в синтезе жиров и белков, нужен для образования коллагена, содействует сохранению целостности соединительной и остеоидной тканей, обладает антиканцерогенным действием, предотвращая образование канцерогенных нитрозаминов, участвует в рассредотачивании и накоплении железа.[17,1995]

Витамин Е.

Витамин был выделен из масла эмбрионов пшеничных зернышек в 1936 году Биологическое окисление - реферат и получил заглавие токоферол. Семь токоферолов, производных начального соединения токола, найдены в природных источниках; посреди их наибольшее распространение и самую большую биологическую активность имеет a-токоферол. Токоферолы обозначаются греческими знаками: альфа, бета, палитра и дельта.[18,1989]

Витамин защищает клеточные структуры от разрушения свободными радикалами, участвует в биосинтезе гема, препятствует Биологическое окисление - реферат тромбообразованию, участвует в синтезе гормонов, поддерживает иммунитет, обладает антиканцерогенным эффектом, обеспечивает обычное функционирование мускул.

Набросок 6. Механизм деяния витамина.[8,2000]

Ткани животных с дефицитностью витамина Е, в особенности сердечная и скелетные мускулы, более стремительно потребляют кислород, чем ткани обычных животных. a-Токоферол нелегко подвергается обратимому окислению. Увеличенное потребление кислорода Биологическое окисление - реферат мускулами при дефицитности витамина связаны, по-видимому, с пероксидным окислением ненасыщенных жирных кислот. В других тканях, к примеру в печени, это приводит к нарушению структуры митохондрий и понижению дыхания. Имеются данные о том, что пероксидное окисление ненасыщенных жирных кислот в эндоплазматическом ретикулуме мышечных клеток приводит к освобождению лизосомальных гидролаз Биологическое окисление - реферат, в итоге развивается мышечная дистрофия. Все проявления дефицитности витамина представляет собой вторичные явления, обусловленные отсутствием торможения пероксидного окисления полиненасыщенных жирных кислот.

Традиционным проявлением дефицитности витамина Е у лабораторных животных является бесплодие. У самцов более ранешным наблюдаемым признаком дефицитности является неподвижность сперматозоидов. Наблюдается также ряд других конфигураций: дегенерация эпителия почечных канальцев, депигментация Биологическое окисление - реферат фронтальных зубов. Другим проявлением дефицитности витамина Е является гемолиз эритроцитов in vitro в присутствии пероксидов либо производных аллоксана. У крыс с длительной дефицитностью витамина развивается мышечная дистрофия с явлениями прогрессирующего паралича задних конечностей, снижается содержание креатина в мышцах, появляется креатинурия и несколько понижается экскреция креатинина. Могут также развиваться явления дефицитности Биологическое окисление - реферат витамина А вследствие окислительной деструкции последнего из-за отсутствия в рационе витамина, владеющего антиоксидантными качествами. Проявлениями гипервитаминоза являются тошнота, головокружение и тахикардия.[6,2000]

Витамин Р.

Витамин Р (рутин, цитрин) был выделен в 1936 году А. Сент-Дьёрдьи из кожицы лимона. Под термином «витамин Р» соединяется воединыжды группа веществ со Биологическое окисление - реферат схожей био активностью: катехины, халконы, флавины и др. Они все владеют Р-витаминной активностью и в базе их структуры лежит дифенилпропановый углеродный «скелет» хромона либо флавона (общее заглавие «биофлавоноиды»).

Биофлавоноиды стабилизируют основное вещество соединительной ткани методом ингибирования гиалуронидазы, что подтверждается данными о положительном воздействии Р-витаминных препаратов, как и аскорбиновой кислоты Биологическое окисление - реферат, на профилактику и исцеление цинги, ревматизма, ожогов и др. Эти данные указывают на тесноватую многофункциональную связь витаминов С иР в окислительно-восстановительных процессов организма.

При дефицитности биофлавоноидов либо отсутствии их в еде увеличивается проницаемость кровеносных сосудов, сопровождающаяся кровоизлияниями и кровотечениями, отмечается также общая слабость, стремительная утомляемость и боли в Биологическое окисление - реферат конечностях.

Основными источниками витамина являются растительные продукты питания (а именно, овощи и фрукты), в каких содержится много витамина С. Витаминная индустрия выпускает ряд препаратов с Р-витаминной активностью: чайные катехины, рутин, гесперидин, нарингин и другие.[18,1989]

Заключение.

Неувязка, освещенная в данной работе, на сегодня является очень принципиальным Биологическое окисление - реферат разделом в биохимии, где, невзирая на достигнутые успехи, остается огромное количество вопросов и пробелов.

Познание вопросов биоорганической химии является необходимым и принципиальным в практике каждого доктора, потому что активное развитие фармакологии и возникновение огромного количества новых препаратов позволяет, зная биохимию процессов, протекающих в организме, повлиять на их и вылечивать многие Биологическое окисление - реферат заболевания на клеточном уровне, стимулируя энерго процессы на уровне митохондрий.

Неважно какая неожиданная погибель связана с гипоксией, которая сопровождается скоплением в организме огромного количества молочной кислоты за счет угнетения функции челночных устройств, и как следствие - появляется ацидоз. При гипоксии неограниченно образуются свободные радикалы и активно протекает перикисное окисление Биологическое окисление - реферат липидов с следующим необратимым повреждением клеток. Исследование нарушений устройств био окисления и методов корректировки является принципиальным при лечении патологий сердечно-сосудистой и дыхательной систем, возрастных патологиях, воспалениях. Особо принципиальное значение имеют эти познания в реанимации, при наркозах, потому что уровень молочной кислоты существенно увеличивается во время операций под наркозом Биологическое окисление - реферат, к примеру кетамином либо этраном, под воздействием наркотических веществ происходит разобщение процессов окисления и фосфорилирования. Вот почему так принципиально иметь в распоряжении более полные познания и информативные данные, оценка которых может обеспечить наибольшие способности прогноза течения заболевания.

Перечень литературы:

1. Альбертс Б., Обривай Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Биологическое окисление - реферат Дж. Молекулярная биология клеточки: В 3-х т.,2-е изд., пер.и доп. Т.1. Пер. с англ. – М.: Мир, 1994 – 517 с., ил.

2. Бышевский А.Ш., Терсенов О.А. Биохимия для доктора. Екатеринбург: Издательско-полиграфическое предприятие «Уральский рабочий». - 1994 – 384 с.

3. Виноградов А.Д. Митохондриальная АТФ-синтезирующая машина: пятнадцать лет спустя.//Биохимия. – 1999 – Т Биологическое окисление - реферат.64. Вып.11 – с.1443-1456

4. Галкин М.А., Сыроешкин А.В. Кинетический механизм реакции синтеза АТФ, катализируемый митохондриальной F0 -F1 -АТФазой.//Биохимия. – 1999 – Т.64.Вып 10 – с.1393-1403

5. Гринстейн Б., Гринстейн А. Приятная биохимия. – М.: «Медицина» 2000 – с.68-69, 84-85

6. Кролик А.Ш., Чурилов Л.П. Базы общей патологии. Часть 2. Базы патохимии. – СПб. – 2000 – 384 с.

7. Козинец Г.И. Физиологические системы человека. – М Биологическое окисление - реферат.: «Триада-Х» - 2000 – с.156-164

8. Коровина Н.А., Захарова И.Н., Заплатников А.Л. Профилактика недостатка витаминов и микроэлементов у деток (справочное пособие для докторов). – Москва, 2000

9. Ленинджер А. Базы биохимии. – М.: Мир – 1991 – 384 с.

10. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека: В2-х т. Т.1.Пер с англ Биологическое окисление - реферат.: - М.: Мир – 1993 – 384 с.

11. Николаев А.Я. Био химия. Учеб. для мед. спец. Вузов – М.: Высшая школа. – 1989 – 495с.

12. Рябов Г.А. Гипоксия критичных состояний. – М.: Медицина. – 1992 – 288 с.

13. Самарцев В.Н. Жирные кислоты как разобщители окислительного фосфорилирования.// Биохимия. – 2000 – Т.65.Вып.9 – с.1173-1189

14. Скулачев В.П. Кислород в живой клеточке: добро и зло.// Соросовский Биологическое окисление - реферат образовательный журнальчик. – 1996 - №3 – с.4-10

15. Скулачев В.П. Эволюция био устройств запасания энергии.// Соросовский образовательный журнальчик. – 1997 - №5 – с.11-19

16. Скулачев В.П. Стратегии эволюции и кислород.// Природа. – 1998 - №12 – с.11-20

17. Тутельян В.А., Алексеева И.А. Витамины антиоксидантного ряда: обеспеченность населения и значение в профилактике приобретенных болезней.// Клиническая фармакология и терапия. – 1995 - №4 (1) – с Биологическое окисление - реферат.90-95

18. Шилов П.И., Яковлев Т.Н. Базы медицинской витаминологии. – Л.: Медицина – 1989 – 343 с.



biomedicinskaya-etika-ob-osnovnih-pravah-i-obyazannostyah-farmacevta-i-pacienta-v-processe-okazaniya-farmacevticheskoj-pomoshi.html
biomehanicheskij-analiz-atakuyushih-udarov-kak-predposilka-formirovaniya-tehniko-takticheskih-dejstvij-v-nastolnom-tennise-referat.html
biomehanika-invalidov-sportsmenov.html