2 курс / Биохимия / Биохимия Лекции

~ 40-50% энергии окисляющихся веществ используется клетками для синтеза АТФ из АДФ и

H3PO4:

АДФ + H3PO4 → АТФ + H2O

! Реакция идет с затратой большого кол-ва энергии.

Для синтеза АТФ используется 2 источника энергии: окислительное и субстратное фосфорилирование.

1)Окислительное фосфорилирование происходит за счет энергии переноса электронов от органических веществ к O2.

! Может происходить только в аэробных условиях.

Этим способом образуется ~ 95% всего АТФ в организме.

2)Субстратное фосфорилирование происходит за счет энергии макроэргических связей некоторых соединений.

Например: 1,3-бифосфоглицерат, фосфоенолпируват, сукцинил-KoA, креатинфосфат и др.

Фермент (киназа)

S – O ~ PO3H2 S – OH

АДФ АТФ

Может происходить как в матриксе митохондрий, так и в цитоплазме клеток независимо от присутствия O2.

! Это вспомогательный путь синтеза АТФ в организме. (образуется ~ 5 % от всего АТФ организма)

Содержание АТФ в организме человека составляет всего ~ 50 г.

Т.к. клетки не способны накапливать АТФ, а расход энергии происходит постоянно, в организме также постоянно идет синтез АТФ из АДФ и Н3РO4.

За сутки в организме человека может синтезироваться до 60 кг АТФ (столько же и расходуется).

Фосфорилирование АДФ и последующее использование АТФ в качестве источника энергии образуют циклический процесс (цикл АДФ-АТФ):

Цикл АТФ-АДФ:

Катаболизм

веществ

Энергия

АДФ + H3PO4 АТФ + H2O

Сокращение

мышц

Цикл АДФ-АТФ работает постоянно.

В ходе него образуется то кол-во АТФ, которое было израсходовано клеткой.

Образующийся нуклеотид АТФ имеет две макроэргические связи (~) и используется в клетках как универсальный источник энергии для синтеза веществ и других видов работы (активный транспорт веществ через мембраны, мышечное сокращение и т.д.).

Цепь переноса электронов (ЦПЭ).

Цепь переноса электронов (дыхательная цепь) – это сложная система переносчиков, при участии которой происходит процесс последовательного переноса электронов от NADH и FADH2 на O2.

Дыхательной цепи предшествует отнятие атомов водорода от окисляемых субстратов (реакции дегидрирования).

Эти реакции относятся к окислительновосстановительным.

Их катализируют ферменты оксидоредуктазы (подкласс: дегидрогеназы).

Бóльшая часть окислительно-восстановительных реакций в клетке происходит в матриксе митохондрий.

Реакции дегидрирования происходят в ходе специфических и общего пути катаболизма.

Выделяют 2 типа дегидрогеназ, катализирующие реакции дегидрирования, предшествующие ЦПЭ:

1.NAD+ – зависимые дегидрогеназы (предшественник: витамин PP);

! Субстратов NAD+ – зависимых дегидрогеназ большинство.

Примеры: малат, изоцитрат, α-кетоглутарат,

глутаминовая кислота и др.

Кофермент NAD+ не образует прочной постоянной связи с ферментом.

Он соединяется с АЦ фермента уже в ходе реакции и после её завершения уже в восстановленной форме отсоединяется.

2.FAD – зависимые дегидрогеназы (предшественник: витамин B2)

Кофермент FAD прочно связан с активным центром фермента как в окисленной, так и в восстановленной форме.

Включаясь в реакцию, он принимает 2H+ и 2 - и e

переходит в восстановленную форму.

Субстраты FAD-зависимых дегидрогеназ: сукцинат, ацил-KoA, глицерол-3-фосфат (α-глицерофосфат).

Структурная организация цепи переноса электронов (ЦПЭ).

Воснове функционирования ЦПЭ лежит работа 5 основных компонентов, обеспечивающих перенос электронов от NADH и FADH2 на O2.

Вих число входит 3 сложных ферментных комплексов, а также 2 низкомолекулярных переносчика.

Компоненты ЦПЭ:

1)NADH-дегидрогеназа (комплекс I);

2)сукцинатдегидрогеназа (комплекс II);

3)низкомолекулярный переносчик: убихинон (кофермент Q);

4)Убихинолдегидрогеназа (QН2-дегидрогеназа) (комплекс III);

5)низкомолекулярный переносчик (цитохром с);

6)цитохромоксидаза (комплекс IV)

Все компоненты ЦПЭ располагаются во внутренней мембране митохондрий в порядке возрастания окислительно-восстановительных потенциалов (редокс-потенциалов).

Самый низкий редокс-потенциал у NADH (-0,32В), а самый высокий редокс-потенциал у кислорода

(+0,82В).

Это обеспечивает последовательное перемещение электронов от NADH (или FADH2) на O2, при котором происходит выделение энергии на каждом этапе ЦПЭ.

ЦПЭ обеспечивает взаимосвязь (сопряжение) процессов окисления и фосфорилирования АДФ.

Основная роль в переносе электронов принадлежит 3 важнейшим ферментным комплексам (I, III, IV).

Это сложные олигомерные белки, расположенные во внутренней мембране митохондрий.

Они являются интегральными белками.

Этапы ЦПЭ:

1 этап: I ферментный комплекс: NADH-дегидрогеназа.

Это крупный интегральный белок внутренней мембраны митохондрий, состоящий из большого числа протомеров.

Коферментом NADH-дегидрогеназы служит FMN. Рабочая часть: рибофлавин (витамин B2).

NADH-дегидрогеназа катализирует перенос 2 атомов H с кофермента (NADH + H+) на FMN, который переходит в форму FMNH2:

NADH + H+ + E-FMN → NAD+ + E-FMNH2

Восстановление кофермента FMN повышает сродство NADH-дегидрогеназы к убихинону.

Убихинон (кофермент Q10) – жирорастворимое витаминоподобное вещество.

Убихинон (Q) способен восстанавливаться и

межмембранное пространство.

Необходимые для образования QH2 протоны при этом поступают из матрикса.

(На этом этапе ЦПЭ происходит разделение- и H+). e

! При этом происходит перенос нескольких протонов из матрикса в межмембранное пространство митохондрии.

2 этап: III Ферментный комплекс QH2-дегидрогеназа (убихинолдегидрогеназа) – сложный олигомерный белок, включающий 2 протомера: цитохром b и цитохром с1.

Цитохромы различаются по структуре полипептидных цепей.

содержащий ион Fe , который может принимать e и превращаться в Fe2+:

Fe3+ + e- → Fe2+.

QH2-дегидрогеназа окисляет убихинол, электроны при этом последовательно поступают сначала на цитохром b, затем – на цитохром с1.

Далее происходит последовательный перенос 2 электронов на небольшой белок-гемопротеин цитохром c.

Сумм. у-е 2 этапа:

QH2 + 2 цит. с (Fe3+) → Q + 2 цит. c (Fe2+) + 2Н+