Организация дыхательной цепи митохондрий, синтез АТФ. Внемитохондриальное окисление. Микросомальное окисление. Свободно-радикальное окисление, токсические формы кислорода. Антиоксидантная защита.
Лекция для специальности 31.05.01 Лечебное дело подготовлена доцентом кафедры общей и биологической химии ТГМУ О.А. Артюковой
2017–2018 учебный год
Основные вопросы лекции:
Организация дыхательной цепи митохондрий: мультиферментные комплексы, переносчики электронов.
Хемиосмотическая теория синтеза АТФ. Образование и использование электрохимического потенциала ( Н+).
Протонная АТФ-аза и транспортные системы митохондрий.
Окислительное фосфорилирование, коэффициент Р/О. Дыхательный контроль.
Ингибиторы дыхательной цепи и разобщители с окислительным фосфорилированием. Энергетический обмен и теплопродукция.
Внемитохондриальные виды окисления. Микросомальное окисление, особенности, физиологическое значение. Бактерицидное действие фагоцитирующих лейкоцитов.
Активные формы кислорода: образование, токсическое действие. Перекисное окисление мембранных липидов.
Механизмы защиты от токсического действия кислорода. Прооксиданты и антиоксиданты.
Современные представления о биологическом окислении.
Биологическое окисление – |
|
|
|
|
|
это совокупность окислительных |
|
Биологическое |
|||
процессов в живой клетке. |
|
|
|||
|
|
|
окисление |
||
Окисление одного вещества |
|
|
в клетке |
||
невозможно без восстановления |
|
|
|
|
|
другого вещества. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В клетке окисление происходит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
как в аэробных, так и в |
|
|
|
|
|
анаэробных условиях. |
|
|
|
|
|
Митохондриальное |
Вне- |
||||
|
митхондриальное |
||||
В аэробных организмах |
|
окисление |
|||
|
окисление |
||||
существует несколько |
|
осуществляется |
|||
|
осуществляется |
||||
путей использования |
|
путем отнятия Н2 |
|||
|
путем |
||||
кислорода в процессах |
|
от окисляемого S |
присоединения О2 |
||
|
и переноса его |
||||
биологического окисления: |
|
к окисляемому S |
|||
|
на O2 |
||||
Митохондриальное окисление. Дыхательная цепь митохондрий,
тканевое дыхание, цепь переноса электронов (ЦПЭ)
Мультиферментная система, встроена в кристы митохондрий
(участвует около 40 различных белков и ферментов).
Комплекс ферментов отнимает водород от субстратов и через систему переносчиков последовательно передает на кислород
собразованием воды:
SH2 + ½ O2 
S + H2O
Окисление и фосфорилирование (синтез АТФ) между собой сопряжены. В митохондриях потребляется
80 - 90% всего О2.
Окислительное фосфорилирование в ЦПЭ – основной источник образования АТФ в клетках.
Существует строгая последовательность работы каждого звена в ЦПЭ, которая определяется величиной
редокс-потенциала (окислительно - восстановительного потенциала)
Редокс - потенциал – это химическая характеристика способности вещества принимать и
удерживать электроны (e). Величины выражаются в вольтах (V).
В каждой окислительно-восстановительной системе участвует окисленная и
восстановленная формы одного соединения, |
которые образуют сопряженную |
редокс - пару. |
|
Разные редокс-пары обладают различным сродством к e.
Вещества с положительным редокс-потенциалом окисляют водород (отнимают у него e).
Вещества с отрицательным редокс-потенциалом сами окисляются водородом.
|
Самое низкое сродство к e у водорода (- 0,42 V) . |
|
Самое высокое сродство к e у кислорода (+ 0,82 V). |
Компоненты дыхательной цепи имеют редокс - потенциалы, занимающие промежуточное
положение между - 0,42 V и + 0,82 V.
|
В ЦПЭ вещества, переносящие e, располагаются в порядке увеличения их |
|
|
редокс –потенциала. e перемещается по ЦПЭ от веществ с низким сродством к |
|
|
e к веществам с более высоким сродством к e , |
при этом |
|
происходит высвобождение свободной энергии, |
часть |
|
которой фиксируется в виде макроэргических связей. |
|
|
Электроны в ЦПЭ поставляют субстраты тканевого дыхания |
|
|
(реакции цикла Кребса и др.) |
|
Структурная организация дыхательной цепи ( ЦПЭ )
Выделяется 4 комплекса переносчиков электронов (комплексы I, II, III, IV).
Комплексы расположены по своему окислительно-восстановительному потенциалу.
Транспорт электронов в цепи протекает самопроизвольно.
Комплекс I: НАДН-дегидрогеназа.
Состоит из 26 полипептидных цепей. Содержит ФМН (вит. В2), 5 FeS – белков (кластеров)
Функции:
-Принимает водород от НАДН-Н
-Разделяет поток протонов и e
Используя энергию транспорта e, работает как протонный генератор - перебрасывает из матрикса 4 Н+ в межмембранное пространство. Восстанавливает промежуточный переносчик –
кофермент Q (убихинон) до QН2 (убихинол).
КоQ – убихинон (греч. «вездесущий») -
промежуточный переносчик протонов и электронов.
.
Q10 восстанавливается на внутренней стороны мембраны и окисляется на другой, при этом
происходит перенос Н+ через мембрану.
Q10 - липид, радикал которого у млекопитающих образован 10 изопреноидными единицами. Витаминоподобное вещество.
Клеточный энергетик.
Синтез в организме снижается с возрастом.
Комплекс III: КоQ - Н2-дегидрогеназа
Содержит цитохромы ( b, c1, c)
Цитохромы - сложные белки, содержащие ГЕМ. Принцип действия цитохромов:
Fe изменяет свою степень окисления, передавая e
QH2 + 2 цитохром С (окисл.) + 2H+ (матрикс) → Q + 2 цитохром С (восст.) + 4H+
Комплекс транспортирует 2е-, работает как протонный генератор - осуществляет выброс еще 4Н+ из матрикса в межмембранное пространство.