Компоненты цепи окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование: общие сведения Процесс окислительного фосфорилирования происходит

На основании строения и функций компонентов дыхательной цепи предложен механизм окислительного фосфорилирования:

1. Ферменты дыхательной цепи расположены в строго определенной последовательности : каждый последующий белок обладает большим сродством к электронам, чем предыдущий (он более электроположителен, т.е. обладает более положительным окислительно-восстановительным потенциалом). Это обеспечивает однонаправленное движение электронов.

2. Все атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами от субстратов в аэробных условиях, достигают внутренней мембраны митохондрий в составе НАДН или ФАДН 2 .

Строение дыхательной цепи и механизм окислительного фосфорилирования

3. Здесь атомы водорода (от НАДН и ФАДН 2) передают свои электроны в дыхательную ферментативную цепь, по которой электроны движутся (50-200 шт/сек) к своему конечному акцептору – кислороду. В результате образуется вода .

4. Поступающие в дыхательную цепь электроны богаты свободной энергией . По мере их продвижения по цепи они теряют энергию.

Энергетические соотношения в дыхательной цепи митохондрий и участки переноса ионов Н + через мембрану

Часть энергии электронов используется I, III, IV комплексами дыхательных ферментов для перемещения ионов водорода через мембрану в межмембранное пространство. Другая часть рассеивается в виде тепла. Упрощенно сказанное представить в виде равенства:

5. Перенос ионов водорода через мембрану (выкачивание) происходит не случайно, а в строго определенных участках мембраны. Эти участки называются участки сопряжения (или, не совсем точно, пункты фосфорилирования). Они представлены I, III, IV комплексами дыхательных ферментов. В результате работы этих комплексов формируется градиент ионов водорода между внутренней и наружной поверхностями внутренней митохондриальной мембраны. Такой градиент обладает потенциальной энергией .

Градиент (Δμ, "дельта мю") получил название электрохимический градиент или протонный градиент. Он имеет две составляющие – электрическую (ΔΨ, "дельта пси") и концентрационную (ΔрН):

Δμ = ΔΨ + ΔрН

Название "участки сопряжения " возникло из-за того, что появление протонного градиента в результате окислительных процессов обеспечивает в дальнейшем фосфорилирование АДФ до АТФ. Именно благодаря этим трем ферментным комплексам энергия реакций окисления может передаваться на фосфорилирование , т.е. существует сопряжение (связывание) двух процессов.

6. Как завершение всех предыдущих событий и необходимый их результат происходит наработка АТФ: ионы H + теряют свою энергию, проходя через АТФ-синтазу (Н + -транспортирующая АТФ-аза, КФ 3.6.3.14.). Часть этой энергии тратится на синтез АТФ . Другая часть рассеивается в виде тепла:

Структурная организация цепи переноса электронов

Электроны, мигрирующие по дыхательной цепи, движутся по сложным траекто­риям. Особенность их движения состоит в петлеобразных движениях в пределах каждого из ферментативных комплексов дыхательной цепи. В каждый комплекс поступают 4 протона на одну пару электронов.

Комплекс I (F -цикл). Суммарно можно представить, что молекула НАДН вносит 2 электрона в митохондриальную мембрану, еще 2 электрона поступают от FeS-

белков и вместе с 4 протонами из матрикса совместно с 2 молекулами ФМН обра­зуют комплекс ФМН-Н 2 , который перемещается к внешней поверхности мембра­ны.

Вблизи от поверхности мембраны комплекс распадается на 2 пары электронов, 4 протона и 2 ФМН.

Следует учитывать, что в комплексе I присутствует одна молекула ФМН, которая успевает 2 раза переместиться поперек мембраны, чтобы перенести 4Н + . Две пары электронов связываются двумя FeS-белками, имеющими более высокий электрохимический потенциал и переносятся к внутренней стороне мембраны к ФМН (одна пара электронов) и коэнзиму Q (вторая пара электронов). ФМН воз­вращается обратно, а протоны не имеют центров связывания и поэтому покидают мембрану. Участки выброса протонов из мембраны представляют собой 10-14 па­раллельных а-спиральных участков полипептидный цепей, поднимающихся от ферментативных комплексов перпендикулярно внешней стороне мембраны. Про­тоны передаются в межмембранное пространство по системе водородных связей, стабилизирующих а-спиральные участки.

Комплекс III (Q -цикл). Через систему FeS-белков 2е" (от комплекса I) перено­сятся к внутренней поверхности мембраны и с 2 протонами из матрикса взаимо­действуют с коэнзимом Q (убихиноном), формируя комплекс QH 2; , который пред­ставляет собой восстановленный убихинон. Еще одна молекула QH2 формируется в результате взаимодействия 2е" (их переносят в комплекс III цитохромы bj и Ь 2), с 2 протонами из матрикса и коэнзимом Q. Убихинон, являясь подвижным пере­носчиком электронов и протонов, переносит их к внешней митохондриальной мембране, где происходит распад этой молекулы. В области внешней стороны мембраны 2 молекулы QH2, распадаются на 2е", 4 протона и 2 молекулы Q*~ (се-михинона). Электроны перехватывают FeS-белки (они содержат 2 Fe 2 S2 центра). Протоны покидают мембрану, а 2 молекулы Q" ~ передают 2 электрона цитохро-мам Ь] и Ь 2 которые, в свою очередь, переносят их к коэнзиму Q. 2 Молекулы се-михинона (Q""), передав свои неспаренные электроны цитохромам Ъ\ и Ь 2 , пре­вращаются в форму коэнзима Q и возвращаются к внутренней стороне мембраны. Два электрона через FeS-белки мигрируют к цитохрому С\. Цитохром Q, в свою очередь, передает электроны цитохрому С, который перемещается по внешней поверхности мембраны и является подвижным переносчиком электронов между III и IV комплексами.

Комплекс IV (О-цикл). В IV комплекс электроны вносит цитохром С. Через ци­тохромы а и а 3 электроны поступают к внутренней поверхности мембраны, где совместно с протонами и молекулой кислорода превращаются в пероксид водоро­да (Н 2 О 2). Он мигрирует к внешней поверхности мембраны и вновь распадается на кислород, электроны и протоны. Протоны выталкиваются из мембраны, а элек­троны с помощью цитохромов а и а 3 вновь доставляются к внутренней поверхно­сти мембраны где, уже утратив свою высокую энергию, взаимодействуют с ки­слородом и протонами из матрикса и образуют эндогенную воду. Особенность функционирования IV комплекса состоит в переносе через мембрану только 2-х протонов из матрикса. Это объясняется тем, что два другие протона из 4-х посту­пающих в IV комплекс расходуются на образование воды.

Протонный цикл - замкнутый процесс перемещения Н + в митохондриях. Функцией протонного канала является первичное запасание энергии электронов в виде мембранного потенциала с последующим использованием ее для синтеза АТФ, а также для переноса веществ через митохондриальную мембрану (каналы транспортных систем).

Строение АТФ-синтазы и синтез АТФ

АТФ-синтаза (Н + -АТФ-аза) - интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи. АТФ-синтаза состоит из 2 белковых комплексов, обозначаемых как F 0 и F 1 .

Гидрофобный комплекс F 0 погружён в мембрану. Он служит основанием, которое фиксирует АТФ-синтазу в мембране. Комплекс F0 состоит из нескольких субъединиц, образующих канал, по которому протоны переносятся в матрикс.

Строение и механизм действия АТФ-синтазы. А - F 0 и F 1 - комплексы АТФ-синтазы, В состав F 0 входят полипептидные цепи, которые образуют канал, пронизывающий мембрану насквозь. По этому каналу протоны возвращаются в матрикс из межмембранного пространства; белок F 1 выступает в матрикс с внутренней стороны мембраны и содержит 9 субъединиц, 6 из которых образуют 3 пары α и β ("головка"), прикрывающие стержневую часть, которая состоит из 3 субъединиц γ, δ и ε. γ и ε подвижны и образуют стержень, вращающийся внутри неподвижной головки и связанный с комплексом F0. В активных центрах, образованных парами субъединиц α и β, происходит связывание АДФ, неорганического фосфата (Р i) и АТФ. Б - Каталитический цикл синтеза АТФ включает 3 фазы, каждая из которых проходит поочерёдно в 3 активных центрах: 1 - связывание АДФ и Н 3 РО 4 ; 2 - образование фосфоангидридной связи АТФ; 3 - освобождение конечного продукта. При каждом переносе протонов через канал F 0 в матрикс все 3 активных центра катализируют очередную фазу цикла. Энергия электрохимического потенциала расходуется на поворот стержня, в результате которого циклически изменяется конформация α- и β-субъединиц и происходит синтез АТФ.

Дыхательный контроль

Работа дыхательных ферментов регулируется с помощью эффекта, который получил название дыхательный контроль .

Дыхательный контроль – это прямое влияние электрохимического градиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи (т.е. на величину дыхания). В свою очередь, величина градиента напрямую зависит от соотношения АТФ и АДФ , количественная сумма которых в клетке практически постоянна ([АТФ] + [АДФ] = const). Реакции катаболизма направлены на поддержание постоянно высокого уровня АТФ и низкого АДФ.

Возрастание протонного градиента возникает при снижении количества АДФ и накоплении АТФ (состояние покоя ), т.е. когда АТФ-синтаза лишена своего субстрата и ионы Н + не проникают в матрикс митохондрии. При этом ингибирующее влияние градиента усиливается и продвижение электронов по цепи замедляется . Ферментные комплексы остаются в восстановленном состоянии. Следствием является уменьшение окисления НАДН и ФАДН 2 на I и II комплексах и замедление катаболизма в клетке.

Снижение протонного градиента возникает при исчерпании резервов АТФ и избытке АДФ, т.е. при работе клетки . В этом случае активно работает АТФ-синтаза и через канал F о проходят в матрикс ионы Н + . При этом градиент, естественно, снижается, поток электронов возрастает, в результате повышается выкачивание ионов Н + в межмембранное пространство и снова их быстрое "проваливание" через АТФ-синтазу внутрь митохондрий с синтезом АТФ. Ферментные комплексы I и II усиливают окисление НАДН и ФАДН 2 (как источников электронов) и снимается ингибирующее влияние НАДН на цикл лимонной кислоты и пируватдегидрогеназный комплекс. Как итог – активируются реакции катаболизма углеводов и жиров.

Коэффициент Р/О (коэффициент окислительного фосфорилирования) являет­ся мерой эффективности дыхания как поставщика энергии для синтеза АТФ. Ко­эффициент Р/О (или Р/2е) численно равен отношению количества синтезирован­ного АТФ к количеству атомов потребленного кислорода. Чем выше коэффици­ент, тем больше синтезируется АТФ в расчете на каждую пару перенесенных электронов. В случае полной дыхательной цепи Р/О близок к 3, в случае укоро­ченной к 2.

Микросомальное окисление

Окисление может происходить не только в митохондриях, но и в микросомах и пероксисомах. В этих структурах тоже имеются цепи транспорта электронов (т.е. процесс окисления), но не ведущие к синтезу АТФ. Эти цепи включают НАДФ, ФМН, ФАД, FeS-белки, аскорбиновую кислоту, цитохромы другие : b 5 , P 450 . Цель этих цепей окисления: окисление циклических веществ, чтобы сделать их более растворимыми для выведения через почки, гидроксилирование - для тех же целей стероидных гормонов, обезвреживание токсинов, лекарственных веществ, чужеродных молекул (ксенобиотиков).

Оксидазный путь использования кислорода в клетке

Причины и последствия повреждений митохондрий

Метаболические и гомеостатические функции митохондрий

Локализации ферментов митохондрий

1). Наружная мембрана содержит: а). элонгазы, ферменты удлиняющие молекулы насыщенных жирных кислот; б). кинуренингидроксилазу; в). моноаминооксидазу (маркер) и др.

2). Межмембранное пространство содержит: а). аденилатциклазу; б). нуклеозиддифосфаткиназы.

3). Внутренняя мембрана содержит: а). ферменты цепи окислительного фосфорилирования, из них цитохромоксидаза - маркер; б). СДГ в). β-оксибутират ДГ; г). карнитинацилтрансферазу.

4). Матрикс содержит: а). ферменты ЦТК; б). ферменты β-окисления жирных кислот; в). аминотрансферазы АСТ, АЛТ; г). глутамат ДГ д). фосфоенолпируваткарбоксилазу е). пируват ДГ.

В клетке содержится от сотни до тысячи митохондрий, их размер 2-3 мкм в длину и 1 мкм в ширину.

В митохондриях происходит: синтез АТФ и теплопродукция в реакция окислительного фосфорилирования; β-окисления жирных кислот; реакции ЦТК, через ЦТК протекают некоторые реакции глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования, липогенеза и синтеза гема, осуществляется интеграция белкового, липидного и углеводного обмена.

Повреждение внутренней мембраны митохондрий химическими и физическими факторами приводит к нарушению процесса синтеза АТФ, торможению анаболических реакций, межмембранного транспорта и всех видов обмена веществ.

- окислительное фосфорилирование

Оксидазный путь использования кислорода состоит из процессов окисления и фосфорилирования, которые между собой сопряжены. В нем участвует около 40 различных белков. Оксидазный путь потребляет 90% О 2 , является основным источником АТФ в аэробных клетках.

Окислительным фосфорилированием называют синтез АТФ из АДФ и Н 3 РО 4 за счет энергии переноса электронов по ЦПЭ. При окислении выделяется 220 кДж/моль свободной энергии. На синтез 3 АТФ расходуется: 30,5*3=91,5 кДж/моль. В виде тепла выделяется: 220-91,5=128,5 кДж/моль. КПД = 40%.НАДН 2 + ½О 2 → НАД + + Н 2 О + 220 кДж/мольАДФ + Н 3 РО 4 + 30,5 кДж/моль = АТФ + Н 2 О1). Цепь окисления (дыхательная цепь) состоит из 4 белковых комплексов, которые определенным образом встроены во внутреннюю мембрану митохондрий и небольших подвижных молекул убихинона и цитохрома С, которые циркулируют в липидном слое мембраны между белковыми комплексами.Комплекс I – НАДН 2 дегидрогеназный комплекс – самый большой из дыхательных ферментных комплексов – имеет молекулярную массу свыше 800КДа, состоит из более 22 полипептидных цепей, в качестве коферментов содержит ФМН и 5 железо-серных (Fe 2 S 2 и Fe 4 S 4) белков. Комплекс II – СДГ . В качестве коферментов содержит ФАД и железо-серный белок.Комплекс III – Комплекс b-c 1 (фермент QH 2 ДГ) , имеет молекулярную массу 500КДа, состоит из 8 полипептидных цепей, и вероятно существует в виде димера. Каждый мономер содержит 3 гема, связанных с цитохромами b 562 , b 566 , с 1 , и железо-серный белок.Комплекс IV – Цитохромоксидазный комплекс имеет молекулярную массу 300КДа, состоит из 8 полипептидных цепей, существует в виде димера. Каждый мономер содержит 2 цитохрома (а и а 3) и 2 атома меди.Коэнзим Q (убихинон). Липид, радикал которого у млекопитающих образован 10 изопреноидными единицами (Q 10). Убихинон переносит по 2Н + и 2е - . убихинон ↔ семихинон ↔ гидрохинонЦитохром с . Периферический водорастворимый мембранный белок с массой 12,5КДа, содержит 1 полипептидную цепь из 100 АК, и молекулу гема.Молекулярные соотношения между компонентами дыхательной цепи отличаются в разных тканях. Например, в миокарде, на 1 молекулу НАДН 2 дегидрогеназного комплекса приходиться 3 молекулы комплекса b-c 1 , 7 молекул цитохромоксидазного комплекса, 9 молекул цитохрома С и 50 молекул убихинона.2). Фосфорилирование осуществляется АТФ-синтетазой (Н + -АТФ-аза) - интегральным белком внутренней мембраны митохондрий. АТФ-синтаза состоит из 2 белковых комплексов, обозначаемых как F 0 и F 1 . Гидрофобный комплекс F 0 погружён в мембрану.

Характеристика компонентов дыхательной цепи (ферментативных комплексов):

1)НАДН-дегидрогеназа (НАДН-КоQ-оксидоредуктаза) – встроена во внутреннюю мембрану митохондрий. Это флавин-зависимый фермент, в состав которого входит витамин В2. , имеет 2 простетические группы: ФМН и Железосерные белки. Функция: а)Принимает электроны от НАДН и передает их на коэнзим Q (убихинон).

б) Переносит 4 иона Н + на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.

2) КоQ (убихинон ) – небелковый переносчик, является жирорастворимым не заряжен. Поэтому он принимает электроны и протоны с ФАДН2, т.е. ч/з 2й вход в дыхательную цепь.

3) Цитохромы (b, c 1 , c, а, а 3 ) – сложные белки (гемпротеины), небелковой частью которых является гем, содержащийFе 3+ (окисленная форма). Fе гема может обратимо принимать и отдавать электроны.

4) УбихинолДГ (КоQ-цитохром с-оксидоредуктаза) – это ферментный комплекс, состоящий из цитохромов b и с1, включающий также FеS-центры. Функция:

а) Принимает электроны от ко-Q и передает их на цитохром; б)Переносит 2 иона Н + на наружну

5) Цитохром с-кислород-оксидоредуктаза - В этом комплексе находятся цитохромы а и а3, В комплексе также имеется 2 иона меди. Функция: а) Принимает электроны от цитохрома с и передает их на кислород с образованием воды. б)Переносит 4 иона Н + на наружну

6) АТФ-синтаза – комплекс, две большие группы: одна группа формирует субъединицу Fо –по ней выкачанные наружу протоны водорода устремляются в матрикс. Другая группа образует субъединицу F1 –используя энергию протонов, синтезирует АТФ.

Сопряжение в дыхательной цепи - это такое состояние, когда окисление (перенос электронов) сопровождается фосфорилированием, то есть синтезом АТФ.

Разобщение - это состояние дыхательной цепи, когда окисление идет, а фосфорилирование не происходит, то есть пункты фосфорилирования выключены.Е в виде тепла. Разобщение вызывают липофиль-ные вещества, которые способны переносить протоны водорода с внешней стороны внутренней мембраны митохондрий на внутреннюю, минуя АТФ-синтетазу. 2,4-ДНФ (динитрофенол), яды промышленных производств, бактериальные токсины, набухание митохондрий, жирные кислоты, ионофоры (вещества, переносящие ионы через мембрану). Разобщители повышают скорость переноса электронов по дыхательной цепи и выводят ее из под контроля АТФ.

Выделяют три основных группы ингибиторов:

1. действующие на I комплекс, например, амитал (производное барбитуровой кислоты), ротенон, прогестерон,

2. действующие на III комплекс, например, экспериментальный антибиотик антимицин А,

3. действующие на IV комплекс, например, сероводород (H2S), угарный газ (СО), цианиды (-CN).

Окисление молекулы NADH в ЦПЭ сопровождается образованием 3 молекул АТФ; электроны от FAD-зависимых дегидрогеназ поступают в ЦПЭ на KoQ, минуя первый пункт сопряжения. Поэтому образуются только 2 молекулы АТФ.

Отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование AДФ, к атому кислорода (О), поглощённого в процессе дыхания, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О. Следовательно, для NADH Р/О = 3, для сукцината Р/О = 2.

Дыхательный контроль –Если АТФ не используется и его концентрация в клетках возрастает, то прекращается и поток электронов к кислороду.

субстратное фосфорилирование - процесс образования АТФ, не связанный с мембранами. В этом случае АТФ образуется За счет того, что фосфатная группа перемещается от (субстрата) к АДФ (например, образование АТФ при гликолизе).

Этот способ связан с передачей макроэргического фосфата субстрата на АДФ. К таким веществам относятся метаболиты гликолиза (1,3-дифосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват), цикла трикарбоновых кислот (сукцинил-SКоА) и креатинфосфат. Энергия гидролиза их макроэргической связи выше, чем 7,3 ккал/моль в АТФ, и роль указанных веществ сводится к использованию этой энергии для фосфорилирования молекулы АДФ до АТФ.

Отличия : разные источники энергии, для окислительного необходимы движение электронов в дых цепи, для субстратного необ-ма энергия макроэргической связи.оксилительное на мембране митохондрий, субстратное в цитозоле,

Существует три основных способа использования АТФ: 1. биосинтез веществ, 2. транспорт веществ через мембраны,

3. изменение формы клетки и ее движение. Эти процессы вкупе с процессом образования АТФ получили название АТФ-цикл :

Использование АТФ как источника Е возможно только при условии непрерывного синтеза АТФ из АДФ за счёт Е окисления орг-их соединений. Цикл АТФ-АДФ - основной механизм обмена энергии в биологических системах.

свободное окисление , не сопряженное с синтезом АТФ: микросомальное (в гладком эндоплазматическом ретикулуме) и пероксисомалъное. Основная роль свободного окисления - пластическая и антитоксическая: гидроксилирование углеводородных компонентов, в том числе ароматических; синтез стероидных гормонов и желчных кислот; обезвреживание токсинов и т.д. В свободном окислении участвуют особые флавиновые ферменты и цитохромы Ь; и Р450. Процессы свободного окисления сосредоточены в цитозоле, в мембране эндоплазматической сети клетки, в мембранах лизосом, пероксисом и аппарата Гольджи, на внешних мембранах митохондрий и хлоропластов. Они идут также в ядерном аппарате клетки.

Тканевые и возрастные особенности окислительных процессов. Анаэробные ткани могут получать энергию без кислорода. Такими тканями являются: скелетные мышцы, эритроциты, периферические нервы, мозговое вещество почек, кость, хрящ, соединительная ткань. Аэробные ткани получают энергию с использованием кислорода и полностью зависят от кровотока. К таким тканям относятся: головной мозг, сетчатка глаза, сердце, кора почек, печень, слизистая тонкого кишечника. Потребление кислорода, а значит, и интенсивность окислительных процессов с возрастом падают.

Углеводы - это оксопроизводные многоатомных спиртов и продукты их конденсации.

Функции углеводов:

1. Углеводы служат источником энергии 17,18 кДж).

2. Углеводы входят в состав структурно функциональных компонентов клеток. К ним относятся пентозы нуклеотидов и нуклеиновых кислот, углеводы гликолипидов и гликопротеинов

3. Из углеводов могут синтезироваться соединения других классов (липиды и аминокислоты).

4. Выполняют структурообразовательную функцию, то есть входят в состав клеточных и межклеточных структур

5 специфическиеф функции (как оплодотворение, узнавание клеток при тканевой дифференциации, отторжение чужеродных тканей и т. д.).

Потребность в углеводах взрослого организма составляет 350-400 г в сутки, при этом целлюлозы и других пищевых волокон должно быть не менее 30-40 г.

Ферменты участвующие в переваривании углеводов:

А-амилаза слюны и А-амилаза поджелудочной железы. Эти ферменты расщепляют А-1-4-гликозидные связи в крахмале и гликогене, действуют в слабощелочной среде,активируются ионами хлора

Амило-1,6-гликозидаза вырабатывается в кишечнике и расщепляет 1,6 гликоидные связи в крахмале и глиикогене

Сахараза образуется в кишечнике и расщепляет сахарозу с образованием глюкозы и фруктозы

Мальтаза образуется в кишечнике и расщепляет мальтозу на 2 молекулы глюкозы

Лактаза образуется там же, расщепляет лактозу с образованием галактозы и глюкозы.

углеводы в жкт расщепляются до моносахаридов- глюкозы.фруктозы и галактозы, которые всасываются путем активного транспорта или диффузно и попадают в кровь, а затем в печень 1.фруктоза через спец. белки переносчики фруктозы 2.глюкоза лиюо через переносчики глюкозы, либо чеое натрий-зависимые белок-переносчики,3.галактоза через натриевые переносчики

Нарушение этого процесса может возникать: 1) при поражении поджелудочной железы и слизистой кишечника; 3) отравлениях ферментными ядами

4) Недостаточной выработке дисахаридаз кишечника: лактазы, сахаразы, мальтазы и изомальтазы

. Приобретенная недостаточность . заболевания стенок ЖКТ: энтериты, колиты, когда нарушается образование ферментов. ухудшается всасывание моносахаров. Наследственная недостаточность. При наследственной (первичной) патологии лактазы симптомы проявляются после первых кормлений. Патология сахаразы обнаруживается при введении в рацион сладкого. Недостаточность лактазы может проявляться не только у младенцев, но и в подростковом и взрослом возрасте, что является физиологическим возрастным изменением.

Роль печени в обмене углеводов

1 унификация моносахаридов

2 гликогенная функция при избытке глюкозы в крови, в печенипроисходит синтез гликогена

3 синтез углеводов из метаболитов неуглеводного характера(глюконеогенез0

4 синтез гликопротеинов крови

5 образование глюкуроновой кислоты которая участвует в обезвреживании токсинов(билирубина)

синтез1 - глюкокиназа или гексокиназа; 2 - фосфоглюкомутаза; 3 - УДФ-глюкопирофосфорилаза; 4 - гликогенсинтаза 5 - фермент «ветвления» (амило-1,4→ 1,6-глюкозилтрансфераза), светлые и заштрихованные кружки - глюкозные остатки, закрашенные кружки - глюкозные остатки в точке ветвления.

распад гликогена гликогенолиз двумя путями:гидролитический путь в лизосомах поддействием гамма амилазы при участии воды без образования промежуточных метаболитов и фосфоролитический путь(фосфоролиз):

Закрашенный кружок - глюкозный остаток, связанный α-1,6-гликозидной связью; светлые и заштрихованные кружки - глю-козные остатки в линейных участках и боковых ветвях, связанные а-1,4-гликозидной связью. 1 - гликоген-фосфорилаза; 2 - олигосахаридтрансфераза; 3 - α-1,6-глюкозидаза.

Печень запасает глюкозу в виде гликогена для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови, и, следовательно, обеспечивает поступление глюкозы в другие ткани

функция мышечного гликогена заключается в освобождении глюкозо-6-фосфата, потребляемого в самой мышце для окисления и использования энергии;

*синтез гликогена - процесс эндергонический. Так на включение одного остатка глюкозы в полисахаридную цепь используется 1 моль АТФ и 1 моль УТФ;

синтез усиливается инсулином а распад катехоламинами глюкагоном глюкокортикостероидами цАМФ и Са.

Гликогенозы. нарушен распад гликогена. Гликоген накапли­вается в клетках в больших количествах, что может привести к их разруше­нию. симптомы: увеличение размеров печени, мышечная сла­бость, гипогликемия натощак. Известно несколько типов гликогенозов. Они могут быть вызваны недостаточностью глюкозо-6-фосфатазы, фосфорилазы или-ами-лазы.

Агликогенозы вызываются недостаточностью ферментов, участвующих в синтезе гликогена. В результате нарушается синтез гликогена и снижается его содержание в клетках. Симптомы: резкая гипогликемия натощак, особенно после ночного перерыва в кормлении. Гипогликемия приводит к отставанию в умственном развитии. Больные погибают в детском возрасте.

Гликолиз - это расщепление глюкозы до молочной кислоты в анаэробных условиях.

Гликолиз состоит из двух стадий: подготовительной и главной.

В подготовительной стадии глюкоза расщепляется с образованием диоксиацентонфосфата (ДОАФ) и 3-фосфоглицеринового альдегида, при этом рас-ходу­ются 2 молекулы АТФ;

В главной стадии фосфотриозы превращаются в лактат (молочную кислоту), при этом образуются 4 молекулы АТФ. Синтез АТФ в гликолизе происходит путем субстратного фосфорилирования.

Таким образом, анаэробное окисление глюкозы приводит к образованию 2 молекул лактата и 2 молекул АТФ.

Ключевыми ферментами гликолиза являются: гексокиназа (начальный фермент), фосфофруктокиназа (лимитирующий фермент), пируваткиназа. АТФ и цитрат ингибируют фосфофрукто­киназу, АДФ - активирует.

Преимущества гликолиза:

Быстрый процесс;

Анаэробный.

Недостатки гликолиза:

Малоэффективный процесс;

Продуктом гликолиза является лактат, накопление которого в клет­ках и в крови вызывает метаболический ацидоз

С 6 Н 12 0 6 + 2 Н 3 РО 4 + 2 АДФ = 2 С 3 Н 6 О 3 + 2 АТФ + 2 Н 2 О.

значение:

Анаэробный гликолиз, несмотря на небольшой энергетический эффект, является основным источником энергии для скелетных мышц в начальном периоде в условиях, когда снабжение кислородом ограничено. Кроме того, зрелые эритроциты извлекают энергию за счет анаэробного окисления глюкозы, потому что не имеют митохондрий

Под действием лактатдегидрогеназы молочная кислота окисляется снова, образуя пируват, который и участвует в дальнейших превращениях. . Это вещество выводится в кровь и утилизируется, превращаясь в печени в глюкозу, или при доступности кислорода превращается в пируват, который вступает в общий путь катаболизма, окисляясь до СО 2 и Н 2 О

Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, при О2. Все ферменты локализованы в цитозоле клетки.В аэробном гликолизе можно выделить 2 этапа.

1. Подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.

2. Этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ.

Таким образом, выход АТФ при окислении 1 моль глюкозы до СО 2 и Н 2 О составляет

38 моль АТФ.

клетки мозга расходуют до 100 г глюкозы в сутки, окисляя её аэробным путём. Поэтому недостаточное снабжение мозга глюкозой или гипоксия проявляются симптомами, свидетельствующими о нарушении функций мозга (головокружения, судороги, потеря сознания). Аэробный гликолиз способствует метаболизму клеток опухолей. При высоких нагрузках резко возрастает скорость анаэробного гликогенолиза, конечным продуктом которого является молочная кислота. Энергетически этот процесс примерно в 15 раз менее эффективен, чем аэробный окислительный распад гликогена до Н2О и СО2. Такой путь энергообеспечения мышц играет основную роль при кратковременной работе большей мощности, например при финишных рывках.

читать снизу вверх! Ферменты обратимых реакций гликолиза и глюконеогенеза: 2 - фосфоглюкоизомераза; 4 - альдолаза; 5 - три-озофосфатизомераза; 6 - глицеральдегидфосфатде-гидрогеназа; 7 - фосфоглицераткиназа; 8 - фосфог-лицератмутаза; 9 - енолаза. Ферменты необратимых реакций глюконеогенеза: 11 - пируваткарбоксилаза; 12 - фосфоенолпируваткарбоксикиназа; 13 - фрук-тозо-1,6-бисфосфатаза; 14 - глюкозо-6-фосфатаза. I-III - субстратные циклы.

2 пируват + 4 ATФ + 2 GTP + 2(NADH) + 4 Н2О Глюкоза + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD+ + 6 Н3РО4.

предшественниками глюкозы в глюконеогенезе может быть пируват или любое соединение, или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот. Цикл Кори - совокупность биохимических ферментативных процессов транспорта лактата из мышц в печень, и дальнейшего синтеза глюкозы из лактата, катализируемое ферментами глюконеогенеза.

глюкоза вступает на путь анаэробного гликолиза с образованием лактата. Лактат не может далее окисляться, он накапливается. С током крови лактат поступает впечень. Печень является основным местом скопления ферментов глюконеогенеза, и лактат идет на синтез глюкозы.

Реакция превращения лактата в пируват катализируется лактатдегидрогеназой, далее пируват подвергается окислительному декарбоксилированию

(глюкозо-аланиновый цикл) : глюкоза в мышцах → пируват в мышцах → аланин в мышцах → аланин в печени → глюкоза в печени → глюкоза в мышцах Весь цикл не приводит к увеличению количества глюкозы в мышцах, но он решает проблемы транспорта аминного азота из мышц в печень и предотвращает лактоацидоз.

Пентозофосфатный путь, служит альтернативным путём окисления глюкозо-6-фосфата. пфп состоит из 2 фаз - окислительной и неокислительной.

В окислительной фазе глюкозо-6-фосфат необратимо окисляется в пентозу - рибуло-зо-5-фосфат, и образуется восстановленный NADPH.

В неокислительной фазе рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза.

Пентозофосфатный путь обеспечивает клетки рибозой для синтеза пуриновых и пи-римидиновых нуклеотидов и гидрированным коферментом NADPH, который используется в восстановительных процессах.

Ферменты пентозофосфатного пути, так же, как и ферменты гликолиза, локализованы в цитозоле.

Наиболее активно пентозофосфатный путь протекает в жировой ткани, печени, коре надпочечников, эритроцитах, молочной железе в период лактации, семенниках.

Роль: Реакции окислительного этапа служат основным источником NADPH в клетках.

энергетическое - метаболиты окислитель­ной части исп.в гликолизе; 2) синтетическое - связано с использованием рибозо-5-фосфата и НАДФН. Рибозо-5-фосфат использу­ется на синтез нуклеотидов, которые необходимы для образования кофер­ментов, макроэргов, нуклеиновых кислот. НАДФН необходим для восстано­вительных биосинтезов ;для работы гидроксилаз, участ­вующих в синтезе катехоламинов,;

Регуляция ПФП: ключевыми ферментами - глюкозо-6-фосфатде­гидрогеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа, транскетолаза. Активность ПФП увеличивается при повышении отношения НАДФ + / НАДФН, а также под влиянием инсулина и йодтиронинов. ПФП ингибируют глюко­кортикостероиды.

ПФП мало акти­вен в нервной, мышечной и соединительной тканях. ПФП способствует про­зрачности хрусталика глаза; предупреждает гемолиз эритроцитов; входит в систему защиты от свободных радикалов и активных форм кислорода.

Концентрация глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне 3,3 - 5,5 ммоль/л. Он обеспечивается двумя противоположно направленными процес­сами:

1. поставляющими глюкозу в кровь (переваривание угле­водов в ЖКТ, ГНГ, распад гликогена печени) и

2. использующими глюкозу в тканях (гликолиз, синтез гликогена, ПФП, синтез жира).

При очень высокой концентрации глюкозы в крови (> 9 – 10 ммоль/л), она может быть снижена за счет выведения ее с мочой. Такое явление называют глюкозурией. В норме концентрация глюкозы в моче составляет 0,2 - 1,2 ммоль/л.

Регуляция: Нервная регуляция концентрации глюкозы в крови выражается в положительном влиянии n.vagus на секрецию инсулина и тормозящем влиянии на этот процесс симпатической иннервации. Кроме этого, выделение адреналина в кровь подвержено симпатическим влияниям.

Основными факторами гормональной регуляции являются глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, соматотропный гормон с одной стороны, и инсулин с другой.

Многие ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.

Глюкагон повышает содержание глюкозы крови:

Увеличивая мобилизацию гликогена через активацию гликогенфосфорилазы,

Стимулируя глюконеогенез

Адреналинвызывает гипергликемию:

Активируя мобилизацию гликогена

Глюкокортикоиды повышают глюкозу

За счет подавления перехода глюкозы в клетку,

Стимулируя глюконеогенез

При­чины гипергликемии:1) алиментарная (пищевая); 2) сахарный диабет (возникает при недостатке инсулина); 3) патология ЦНС (менингит, энцефа­лит); 4) стресс; 5) избыток гипергликемических гормонов; 6) повреждение поджелудочной железы. Длительная гипергликемия приводит к истощению запасов инсулина, потере воды тканями, поступлению ее в кровь, увеличению кровяного давления, увеличе­нию диуреза. Гипергликемия в 50-60 ммоль/л может привести к гиперосмо­лярной коме.

Длительная гипергликемия приводит к неферментативному гликозили­рованию белков плазмы крови, почеч­ных канальцев, нейронов, изме­няет их свойства, что является причиной тяжелых осложнений: тканевых гипоксий, катаракты, почечной недостаточности,

Гипогликемия - это снижение концентрации глюкозы в крови.

Причины гипогликемии: 1) пищевая; 2) при тяжелой мышечной ра­боте; 3) воспалительные процессы жкт); 4) патология печени; 5) пато­логия ЦНС; Гипогликемияприводит к гипогликемической коме.

Сахарные нагрузки и сахарные кривыеиспользуют для диагностики сахарного диабета. Обследуемому даётся р-р глюкозы из расчета 1гм на 1кг массы тела. Концентрацию глюкозы измеряют сначала на тощак, а потом в течении 2-3х часов с интервалом в 1ч. По результатам строятся сахарные кривые.

Пределы конц жиров в крови:Норма-4-8г/л, если больше-гиперлипемия(при сах диабете, ожирении). В норме концентрация жиров в кровиколеблется в довольно широких пределах - 10-200 мг/дл, в среднем около 0,1 %.

Липиды – органические вещества, характерные для живых организмов, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях и друг в друге.

Функции:

1. Резервно-энергетическая функция. 9,3 кКал Е. Является резервом эндогенной воды 1,7г воды

2. Структурная функция. Мембраны клеток состоят из фосфолипидов, обязательным компонентом являются гликолипиды и холестерол.

3. Сигнальная функция. Гликолипиды выполняют рецепторные функции и задачи взаимодействия с другими клетками.

4. Защитная функция . жир

5. Необходимы для растворения и всасывая жирорастворимых витаминов (А, Е, D,K,Q)

6. Являются предшественниками других соединений: глицерин испол-ся на синтез глюкозы, жирные к-ты окисляются до ацетилКоА и могут быть использованы на образование ацетилхолина)

7. Специфические функции: обеспечивают устойчивость эритроцитов, ганглиозиды связывают различные токсины и яды.

80-100 г в сутки жира должно быть

Переваривание жиров происходит в тонком кишечнике, однако уже в желудке небольшая часть жиров гидролизуется под действием «липазы языка» .

1. Эмульгирование жиров пищи – необходимо для того, чтобы ферменты ЖКТ смогли начать работу. используется процесс эмульгирования, когда гидрофобные молекулы (ТАГ, эфиры ХС) погружаются внутрь мицеллы, а гидрофильные остаются на поверхности, обращенной к воде

2. Гидролиз триацилглицеролов, фосфолипидов и эфиров ХС под влиянием ферментов ЖКТ. Переваривание жиров - гидролиз жиров панкреатической липазой и колипазой.

3. Образование мицелл В результате воздействия на эмульгированные жиры ферментов панкреатического и кишечного соков образуются 2-моноацилглицеролы, жирные кислоты и свободный холестерол, формирующие мицеллы. Свободный глицерол всасывается прямо в кровь.

4. Всасывание мицелл.. всасываются . 1. Короткие жирные кислоты (не более 10 атомов углерода) всасываются и переходят в кровь просто.Глицерол тоже всасывается напрямую.

2. Другие продукты переваривания (жирные кислоты, холестерол, моноацилглицеролы) образуют с желчными кислотами мицеллы с гидрофильной поверхностью и гидрофобным ядром. Через водную фазу мицеллы мигрируют к каемке слизистой оболочки. Здесь мицеллы распадаются и липидные компоненты проникают внутрь клетки, после чего транспортируются в эндоплазматический ретикулум.

Желчные кислоты остается в химусе и достигает подвздошной кишки, где всасывается при помощи активного транспорта.

5. Ресинтез триацилглицеролов, фосфолипидов и эфиров ХС в энтероцитах.

Жирные кислоты вступают в реакцию этерификации только в активной форме в виде производных коэнзима А, поэтому первая стадия ресинтеза жиров - реакция активации жирных кислот: HS КоА + RCOOH + АТФ → R-CO ~ KoA +АМФ + Н 4 Р 2 О 7 . Реакция катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой (тиокиназой).

ацилтрансфе-раза

2. В клетках слизистой оболочки тонкой кишки всосавшиеся молекулы холестерола также превращаются в эфиры путём взаимодействия с ацил-КоА (рис. 8-17). Эту реакцию катализирует ацил-холестерол-ацил-трансфераза (АХАТ)

В клетках эпителия тонкой кишки из жиров, формируются липопротеиновые комплексы - хиломикроны ХМ далее доставляют жиры в периферические ткани.

Гидрофильный слой образован белками, которые называют апопротеинами, и амфифильными молекулами липидов - фосфолипидами и холестеролом.

ХМ транспортируют экзогенные (пищевые жиры) из кишечника в ткани,.

хм большие поэтому идут в лимфу, затем через грудной проток в кровь.

В крови триацилглицеролы, входящие в состав зрелых ХМ, гидролизуются ферментом липопротеин-липазой находящимся на поверхности эндотелиаль-ных клеток, В результате действия ЛП-липа-зы на жиры ХМ образуются жирные кислоты и глицерол.

жирные кислоты в ткани

глицерол в печень

остаточные хиломикроны попадают в гепатоциты посредством эндоцитоза и разрушаются.

Этапы окисления жирных кислот: 1. активироваться в цитозоле.

RCOOH + HSKoA + АТФ → RCO ~ КоА + АМФ + PPi.

2. Ацил-S-КоА не способен проходить через митохондриальную мембрану,и он заходит в комплексе с карнитином. На наружной мембране митохондрий имеется фермент карнитин-ацилтрансфераза I.

3. После св-ия с карнитином ж к-та переносится ч/з мембрану транслоказой. Здесь на внутренней стороне мембраны фермент карнитин-ацилтрансфераза II вновь обр-ет ацил-S-КоА вступает на путь β-окисления.

4. Процесс собственно β-окисления состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически.

образовавшийся фадН2 передаёт атомы водорода в ЦПЭ на кофермент Q. В результате синтезируются 2 молекулы АТФ

Восстановленный NADH,окисляясь в ЦПЭ, обеспечивает энергией синтез 3 молекул АТФ

Суммарное уравнение β-окисления, например пальмитоил-КоА может быть представлено таким образом:

С 15 Н 31 СО-КоА + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA →

8 CH 3 -CO-KoA + 7 FADH 2 + 7 (NADH + H +).131-2 на активацию жк=129атф

Глицерин – трехатомный спирт, водорастворим и легко всасывается из кишечника и по воротной вене поступает в печень.Окисление глицерина

Фосфоглицериновый альдегид далее может окисляться до пировиноградной и молочной кислоты.

Е значение в-окисление имеет для скелетных мышц (50% Е), для сердечной мышцы (70%), головной мозг и другие нервные ткани, а также эритроциты не используют жирные к-ты для окисления; они не поступают в головной мозг, т.к. не проходят ч/з гематоэнцефалический барьер.

Физиоло­гическое значение окисления жирных кислот в зависимости от ритма пита­ния и мышечной активности.

Липолиз - это расщепление жира до глицерина и ЖК. Катализируется триглицеридлипазой, диглицеридлипазой и моноглицеридлипазой. Триглицеридлипаза является лимитирующим ферментом липолиза. Она имеет две формы: фосфорилированIную (активную) и нефосфорилированную (неактивную).

Превращение неактивной формы в активную происходит под влиянием протеинкиназы. Протеинкиназа, в свою очередь, активируется в результате присоединения к ее аллостерическим цен­трам цАМФ.Регуляция липолиза происходит под действием гормонов.Активируют липолиз: катехоламины, глюкагон, СТГ, АКТГ, ти­роксин, липотропин гипофиза, цАМФ.Ингибирует липолиз инсулин.Липогенез - это синтез жира. Для синтеза жира необходи­мы глицерин и ЖК в активных формах. Активной формой глицерина является 3-фосфоглицерол (α-глицерофосфат), ЖК - ацил-КоА.

В жировой ткани 3-фосфоглицерол образуется из ДОАФ (ме­таболит гликолиза) путем гидрирования под действием глицерофосфатдегидрогеназы с затратой НАДН. В печени и поч­ках 3-фосфоглицерол образуется путем фосфорилирования гли­церина под действием глицеролкиназы с затратой АТФ.Ацил-КоА образуется при взаимодействии ЖК НSКоА с затратой АТФ под влиянием ацил-КоА-синтетазы. Сборка триглицерида происходит из 3-фосфоглицерола и ацилов-КоА под действием ацилтрансферазы.Ингибируют липогенез КА, СТГ, ЙТ, АКТГ, АДФ.Активируют - инсулин, эстрогены и АДФ.

1. Образование ацетил-КоА и его транспорт в цитозоль(на схеме начинать с оксолацетата справа!!! заканчивать оксолацетатом слева)

1 - цитрат-синтаза; 2 - транслоказа; 3 - цитратлиаза; 4 - малатдегидрогеназа; 5 - малик-фермент.

2. Образование малонил-КоА из ацетил-КоА (ацетил-КоА-кар-боксилаза)

После образования малонил-КоА синтез жирных кислот продолжается на мультифер-ментном комплексе - синтазе жирных кислот (пальмитоилсинтетазе)он последовательно удлиняет радикал жирной кислоты на 2 углеродных атома, донором которых служит малонил-КоА. Конечный продукт работы этого комплекса - пальмитиновая кислота

Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА и малонил-КоА имеет следующий вид:(7 циклов)

CH 3 -CO-SKoA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKoA + 14 (NADPH + H +) → C 15 H 31 COOH + 7 CO 2 + 6 H 2 O + 8 HSKoA + 14 NADP + .

Регуляторный фермент синтеза жирных кислот - ацетил-КоА-карбоксилаза. Этот фермент регулируется несколькими способами.

Основной продукт элонгации в печени - стеариновая кислота (С18:0),

Включение двойных связей в радикалы жирных кислот называется деса-турацией. Основные жирные кислоты, образующиеся в организме человека в результате десатурации - пальмитоолеино-вая (С16:19) и олеиновая (С18:1Δ9).

Для образования двойной связи в радикале жирной кислоты требуется молекулярный кислород, NADH, цитохром b 5 и FAD-зави-симая редуктаза цитохрома b 5 . Атомы водорода, отщепляемые от насыщенной кислоты, выделяются в виде воды. Один атом молекулярного кислорода включается в молекулу воды, а другой также восстанавливается до воды с участием электронов NADH, которые передаются через FADH 2 и цитохром b 5 .

Регул:Ассоциация/диссоциация комплексов субъединиц фермента. В неактивной форме ацетил-КоА-карбоксилаза представляет собой отдельные комплексы, каждый из которых состоит из 4 субъединиц. Активатор фермента - цитрат; он стимулирует объединение комплексов, в результате чего активность фермента увеличивается. Ингибитор - пальмитоил-КоА; он вызывает диссоциацию комплекса и снижение активности фермента

АцетилКоА - это центральный метаболит липидного обмена.

Источники: 1)Глюкоза 2)глицерин 3)АК (при кратковременной напряженной мышечной работе) 4)Жирные к-ты (в-окисление при длительной мышечной работе, голодании, на холоде, при беременности и сахарном диабете).

Пути использования образовавшегося ацетилКоА зависят от функционального состояния клетки и ее специфики. Если в кл достаточно АТФ, то он используется на синтез ж к-т,т.к. АТФ активирует ключевой фермент ситеза ж к-т, а их накопление стимулирует синтез жира. Распад жира тормозится и в-окисление при этом тоже тормозится. Напряженная мышечная работа, стресс, увел-ие секреции катехоламинов активирует липолиз, в-окисление ж к-т; в этом случае актив-ся синтез кетоновых тел и ЦТК.

Пути использования: 1. окисляется в цикле Кребса(90%); 2.используется в синтезе ЖК (9%) 3. Образование В-гидрокси-в-метилглутарилКоА (а из него либо холестерин, либо кетоновые тела -1%)

К кетоновым телам относят три соединения близкой структуры – ацетоацетат, 3-гидроксибутират и ацетон.

Ацетил-КоА накапливается в митохондриях печени и используется для синтеза кетоновых тел. Синтез кетоновых тел происходит только в митохондриях печени.

Ацетоацетат может выделяться в кровь или превращаться в печени в другое кетоновое тело - β-гидроксибутират путём восстановления.

В клетках печени при активном β-окислении создаётся высокая концентрация NADH. Это способствует превращению большей части ацетоацетата в β-гидроксибутират, поэтому основное кетоновое тело в крови - именно β-гид-роксибутират.

Диктовать реакциями!

ГМГ-КоА-синтаза - индуцируемый фермент; его синтез увеличивается при повышении концентрации жирных кислот в крови

ГМГ-КоА-синтаза ингибируется высокими концентрациями свободного кофермента А.

Если поступление жирных кислот в клетки печени уменьшается, то увеличивается концентрация свободного КоА,ингибирующего фермент.

В норме в крови кол-во КТ 1-3 мг, в моче 40мг. При сахарном диабете 10-50 мг в моче. Накопление кетоновых тел в организме называется кетозом.Он сопровождается кетонемией и кетонурией. Физиологиеский кетоз – при голодании, тяжелой мышечной работе, у новорожденных. Патологический – при сахарном диабете.

При тяжелых формах сахарного диабета до 20 ммоль/л.. накопление кт приводит к сдвигу pH в кислую сторону. Кетоацидоз

холестерин (Холестерол) представляет собой одноатомный спирт

.Биосинтез холестерола происходит в эндоплазматическом ретикулуме. Источником всех атомов углерода в молекуле является ацетил-SКоА, поступающий из митохондрий в составе цитрата. При биосинтезе холестерола затрачивается 18 молекул АТФ и 13 молекул НАДФН

3. После объединения трех молекул изопентенилдифосфата синтезируется фарнезилдифосфат.

4. Синтез сквалена происходит при связывания двух остатков фарнезилдифосфата.

6. Удаление лишних метильных групп , восстановление и изомеризация молекулы приводит к появлению холестерола.

Диктовать реакциями!!

Регуляция синтеза. Регуляторным ферментом является гидроксиметилглутарил-SКоА-редуктаза,

1. Метаболическая регуляция – по принципу обратной отрицательной связи фермент ингибируется конечным продуктом реакции – холестеролом.

2. Ковалентная модификация при гормональной регуляции: инсулин, активируя протеин-фосфатазу, способствует переходу фермента в активное состояние.

Биологическая роль:

1)В печени из него синт-ся желчные к-ты, необходимые для эмульгирования жира, активации липазы и всасывания переваренных продуктов;

2)Под действием УФ-лучей в подкожной жировой клетчатке обр-ся витамин Д;

3) В эндокринных железах из холестерина образуются в коре надпочечников ГКС, минералокортикоиды, слабые эстрогены и андрогены

4)Холестерин входит в состав всех плазматических мембран

Атеросклероз – это отложение холестерина и его эфиров в соединительной ткани стенок артерий, в которых выражена механическая нагрузка

1обрат стадия – повреждение эндотелия На этой стадии в эндотелии создаются зоны повышенной проницаемости и клейкости

2обрат стадия – стадия начальных изменений. модификация липопротеинов в зоне воспаления,

3необрат стадия – стадия поздних изменений. проявл-ся как выступание поверхности в просвет сосуда.

4необрат стадия – стадия осложнений. и возможно разрыв сосуда.

К факторам риска относят: высокое содержание холестерина в крови; наличие сахарного диабета, гипертонии, ожирения; курение, наследственность, пожилой возраст, мужской пол.

липиды являются гидрофобными молекулами и они транспортируются в крови в составе– липопротеинов.

Поверхность липопротеиновой частицы гидрофильна и сформирована белками, фосфолипидами и свободным холестеролом. Триацилглицеролы и эфиры холестерола составляют гидрофобное ядро. Белки в липопротеинах обычно называются апобелками

Липопротеины очень низкой плотности:

Синтезируются в печени из эндогенных и экзогенных липидов,

8% белка, 60% ТАГ, 6% ХС, 12% эфиров ХС, 14% фосфолипидов

В норме концентрация 1,3-2,0 г/л,

Функция: Транспорт ТАГ от печени в ткани, запасающие и использующие жиры

Метаболизм:

3. Аналогично хиломикронам, на эндотелии капилляров ЛПОНП подвергаются воздействию липопротеинлипазы,с образованием свободных жирных кислот и глицерина. Жирные кислоты перемещаются в клетки органов, либо остаются в плазме крови и в комплексе с альбумином разносятся с кровью в другие ткани.

4. Остаточные ЛПОНП либо эвакуируются в гепатоциты посредством эндоцитоза, либо после воздействия на них печеночной ТАГ-липазы превращаются в следующий класс липопротеинов – липопротеины низкой плотности (ЛПНП).

Липопротеины низкой плотности:

Образуются в крови. Состоят из 25% белка и 75% липидов. является холестерин примерно50%. На клеточных мембранах имеются рецепторы для ЛПНППосле узнавания проникают в клетки путем эндоцитоза, там распадаются под действием ферментов гидролаз в лизосомах. холистерин идёт на построение мембран и метаболические нужды клеток. Функция: транспорт холестерина в ткани, в том числе в печени.

Липопротеины высокой плотности (ЛПВП или а-липопротеины):

Состав: 50% белков, 25% фосфолипидов, 20% эфиров холестерина и очень мало триацилглицеринов. Образуются главным образом в печени. В поверхностном слое ЛПВПобразуют комплексы с ферментом лецитинхолестеролацилтрансферазой (ЛХАТ)Далее он транспортируется в печень, где холестерин исп-ся на синтез желчных к-т. ЛПВП, благодаря ЛХАТ, забирают холестерин от других липопротеидов и транспортируют его в печень, предотвращая накопление его в клетках.

ЛПОНП и ЛПНП считают атерогенными, то есть вызыва¬ющими атеросклероз. ЛПВП - антитиатерогенными.

Повышение липопротеидов называется гиперлипопротеидемией.

Атеросклероз -это патология, которая характеризуется отложением, холестерина в стенке крупных сосудов с образованием вначале пятен, полосок. Затем на их месте образуются утолщения. вокруг него развивается соединительная ткань, затем наступает кальцификация пораженного участка сосуда. Сосуды становятся неэластичными, плотными, ухудшается кровоснабжение ткани, а на месте бляшек могут возникать тромбы.

Болезнь Вольмана – аутосомно-рецессивное заболевание из-за дефекта кислой эстеразы лизосом, что обусловливает накопление эфиров холестерола в лизосомах печени, селезенки, надпочечников, костного мозга и тонкого кишечника. Больные умирают в возрасте до 6 мес

.Болезнь Шюллера-Кристиана аутосомно-рецессивное заболевание характеризуется отложением в плоских костях, твердой мозговой оболочке и коже холестерола и его эфиров. Течение заболевания прогрессирующее. Дефектный фермент неизвестен.

1.Структурная.

2.Ферментативная.

3.Гормональная. инсулин и глюкагон.

4.Рецепторная.

5.Транспортная

7.Сократительная. (тубулин, актин, миозин).

8.Защитная. иммуноглобулины крови, белки свертывающей системы

100-120 г белков в сутки.

Пепсин образуется главными клетками желудка в виде препепсина. расщепляет(фенилаланина, тирозина и триптофана). Пепсин действует в сильно кислой среде при рН 1,5 - 2,5.

Гастриксин образуется в желудке, (глутамата и аспартата), действует при рН 3,5.

Трипсин образуется в поджелудочной железе в виде претрипсина. Активируется энтеропептидазой кишечника.действует на связи аргинина или лизина.

Химотрипсин образуется в поджелудочной железе в виде прехимотрипсина. Активируется под действием трипсина. Расщепляет связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокислот.

Эластаза образуется в поджелудочной железе, расщепляет связи образованные пролином.

Коллагеназа образуется в поджелудочной железе, расщепляет коллаген.

Карбоксипептидаза образуется в поджелудочной железе, активируется трипсином, отщепляет аминокислоты с С-конца,.

Аминопептидаза образуется в кишечнике, отщепляет аминокислоты с N-конца.

Дипептидазы образуются в кишечнике и расщепляют дипептиды.

В результате действия вышеперечисленных пептидаз белки расщепляются до аминокислот, которые всасываются стенкой кишечника путем активного транспорта с использованием специфических переносчиков, витамина В 6 и АТФ. Через воротную вену аминокислоты попадают в печень.

Необходима для превращения препепсина в пепсин;

Создает оптимум рН для работы пепсина;

Способствует денатурации и набуханию пищевых белков;

Различают

первичные (при различных формах патологии желудка и кишечника - хронических гастритах, язвенной болезни, раке) и вторич¬ные или функциональные расстройства секреторной и всасывательной функции эпителия в результате отека слизистой оболочки желудка и ки¬шечника, нарушения. причины недостаточного расщепления белков -уменьшение секреции соляной кислоты и ферментов, снижение активности протеолитических ферментов и связанное с этим недостаточное образование аминокислот, ускорение перистальтики. если мало НСЛ то низкое пн и белки набухшие послабление. белки переходят из желудка в двенадцатиперстную кишку в неизменном состоянии, что затрудняет действие трип¬сина, химотрипсина и других протеолитических ферментов кишечника.

Источники аминокислот

Переваривание пищевых белков в ЖКТ.

Расщепление клеточных белков лизосомальными пептидазами (катепсинами).

Синтез из других аминокислот.

Образование из безазотистых соединений (прежде всего из кетокислот).

Пути использования аминокислот

Синтез белков (это основной путь использования аминокислот).

Синтез биологически важных соединений (пуринов, пиримидинов, гормонов, порфиринов и других).

Дезаминирование аминокислот с образованием кетокислот, которые могут:

Окисляться в цикле Кребса,

Использоваться в ГНГ на синтез глюкозы,

Превращаться в кетоновые тела.

незаменимыми. К ним относят фенилаланин, метионин, треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин.

заменимыми. К ним относят глицин, аспарагиновую кислоту, аспа-рагин, глутаминовую кислоту, глутамин, серин, пролин, аланин. аргинин и гистидин тирозин и цистеин

К глюкогенным относятся аминокислоты (их большинство), при распаде которых образуются пируват и метаболиты ЦТК, например, оксалоацетат или α-кетоглутарат.

Из гликогенных амиокислот синтезируется глюкоза

аминокислоты с разветвленными боковыми цепочками, частично преобразутся в аминокислотный аланин, В цикле преобразования глюкозы аминокислоты с разветвленной цепочкой являются донорами химических групп для пируватов с последующим образованием аланина. Преобразуясь в глюкозу, аминокислоты участвуют в работе цикла трикарбоновых кислот, вырабатывающего энергию в мышцах.

регуляция:пируват карбоксилаза

В отсутствие ацетил-КоА ферментпочти полностью лишен активности.

Регуляция: Гормональная активация глюконеогенеза осуществляется глюкокортикоидами, которые увеличивают синтез пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы. Глюкагон стимулирует те же самые ферменты через аденилатциклазный механизм путем фосфорилирования.

Процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде СО2 получил название декарбоксилирования

образующиеся продукты реакции – биогенные амины – функцию нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК и др.), гормонов (норадреналин, адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин, спермин и др.).катализируются– декарбоксилазами аминокислот. Декарбоксилазы аминокислот состоят из белковой части, обеспечивающей специфичность действия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом (ПФ).

декарбоксилирование гистидина

гистамин стимулирует секрецию желудочного сока, слюны (т.е. играет роль пищеварительного гормона);

повышает проницаемость капилляров, вызывает отёки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль);

сокращает гладкую мускулатуру лёгких, вызывает удушье;

2.Этаноламин образуется при декарбоксилировании серина. Используется для синтеза холина, ацетилхолина, фосфолипидов (фосфатидилэтаноламина, фосфатидилхолина).

NH2-CH(CH2OH)-COOH NH2-CH2(CH2OH)

декарбоксилирование цистеина меркаптоэтиламин который входит в состав КоА.

В тканях организма путресцин - исходное соединение для синтеза двух физиологически активных полиаминов - спермидина и спермина. Спермин ассоциируется с нуклеиновыми кислотами и предположительно участвует в стабилизации их спиральной структуры, в частности, у вирусов

Значение реакции переаминирования

1. Коллекторная функция, то есть аминогруппы от многих аминокислот собираются в одной форме в виде глутамата;

2. Является источником заменимых аминокислот;

3. В ходе этой реакции аминокислоты превращаются в кетокислоты, которые могут окисляться в цикле Кребса, использоваться в ГНГ или превращаться в кетоновые тела.

4. Аминотрансферазы – фермент, который содержится только в клетках при появлении его в крови можно говорить о некрозах. Аспартатаминотрансфераза-сердце, аланин…-печень

Трансаминирование - реакция переноса а-аминогруппы с аминокислоты на α-кетокисло-ту, в результате чего образуются новая кетокисло-та и новая аминокислота.(меняются местами радикалы)

Реакции катализируют ферменты аминотранс-феразы, коферментом которых служит пиридок-сальфосфат (ПФ) - производное витамина В 6

Чаще всего в реакциях трансаминирования участвуют аминокислоты, содержание которых в тканях значительно выше остальных - глу-тамат, аланин, аспартат и соответствующие им кетокислоты - α-кетоглутарат, пируват и оксалоацетат

Сначала должен образоваться глутамат и потом уже новая аминокислота

СООН-СО-СН2-СН2-СО-СООН- кетоглутарат.

СООН-СН(NH2)-CH2-CH2-CO-COOH глутамат

СН3-СН(NH2)-СООН аланин

COOH-CH2-CH(NH2)-COOH аспартат

СН 3 СОСООН, пируват

(HO2C-C(O)-CH2-CO2H) оксолацетат

Непрямое дезаминирование, необходимо потому что Большинство аминокислот не способно де-заминироваться в одну стадию, подобно Глу. Аминогруппы таких аминокислот в результате трансаминирования переносятся на α-кетоглу-тарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию.

Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: амино-трансферазы (кофермент ПФ) и глутаматдегид-рогеназы (кофермент NAD +).

Можно выделить 4 стадии процесса:

Трансаминирование с α-кетоглутаратом, образование глутамата;

Трансаминирование глутамата с оксалоаце-татом (фермент АСТ), образование аспар-тата;

Реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ (инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата;

Гидролитическое дезаминирование АМФ. Перенос аминогруппы от аспартата и синтез

Источники аммиака и пути его обезвреживания

Основные источники аммиака:

1.неокислительное дезаминирование некоторых аминокислот (серина, треонина, гистидина) – в печени,

2.окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты во всех тканях (кроме мышечной), особенно в печени и почках,

3.дезаминирование амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот – в печени и почках,

4.катаболизм биогенных аминов – во всех тканях, в наибольшей степени в нервной ткани,

5.жизнедеятельность бактерий толстого кишечника,

6.распад пуриновых и пиримидиновых оснований – во всех тканях.

Используется на восстановительное аминирование (имеет небольшоезначение);

Используется на образование амидов (аспарагина и глутамина), которые поступают в кровь и переносятся в печень и почки, где под действием глутаминазы и аспарагиназы соответственно расщепляются до глутамата или аспартата и аммиака. В печени аммиак используется на образование карбамоилфосфата, из почек аммиак выводится в виде аммонийных солей с мочой.

В мышцах аммиак используется на образование аланина, который в печени превращается в пируват, используемый в ГНГ для синтеза глюкозы. Образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и переносится в мышцы, где превращается в пируват в ходе гликолиза. существуют несколько реакций связывания (обезвреживания) аммиака – синтез глутаминовой кислоты и глутамина, синтез аспарагина, синтез карбамоилфосфата: синтез глутаминовой кислоты (восстановительное аминирование) – взаимодействие α-кетоглутарата с аммиаком.

ОРНИТИНОВЫЙ цикл

Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуются орнитин и мочевина.

Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.

Первые две реакции процесса происходят в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин, являющийся продуктом этих реакций, транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращении

СО 2 + NH 3 + Аспартат + 3 АТФ + 2 Н 2 О → Мочевина + Фумарат + 2 (АДФ + Н 3 РО 4) + АМФ + Н 4 Р 2 О 7

Регуляторными реакциями являются синтез карбамоилфосфата, цитруллина и заключительная реакция, катализируемая аргиназой.

Причинами гипераммониемии могут выступать как генетический дефект ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита и других заболеваний. Снижение активности какого-либо фермента синтеза мочевины приводит к накоплению в крови субстрата данного фермента и его предшественников.

Гипераммониемия сопровождается появлением следующих симптомов:

Тошнота, повторяющаяся рвота;

Головокружение, судороги;

Потеря сознания, отёк мозга (в тяжёлых случаях);

Отставание умственного развития (при хронической врождённой форме).

Лечение больных с различными дефектами орнитинового цикла в основном направлено на снижение концентрации аммиака в крови за счёт малобелковой диеты, введения кетоаналогов аминокислот в рацион

Фенилаланин - незаменимая аминокислота, так как в клетках животных не синтезируется её бензольное кольцо. Тирозин - условно заменимая аминокислота, поскольку образуется из фенилаланина.

Окислительное фосфорилирование - один из важнейших компонентов клеточного дыхания, приводящего к получению энергии в виде АТФ Субстратами окислительного фосфорилирования служат продукты расщепления органических соединений - белки жиры и углеводы. Процесс окислительного фосфорилирования проходит на кристах митохондрий.

Однако чаще всего в качестве субстрата используются углеводы Так, клетки головного мозга не способны использовать для питания никакой другой субстрат, кроме углеводов.

Предварительно сложные углеводы расщепляются до простых, вплоть до образования глюкозы. Глюкоза является универсальным субстратом в процессе клеточного дыхания. Окисление глюкозы подразделяется на 3 этапа:

Гликолиза

Окислительное декарбоксилирование и цикл Кребса

Окислительное фосфорилирование.

При этом гликолиз является общей фазой для аэробного и анаэробного дыхания.

Для синтеза 1 молекулы АТФ необходимо 3 протона

У животных, растений и грибов окислительное фосфорилирование протекает в специализированных субклеточных структурах-митохондриях

46. Биохимические механизмы разобщения окисления и фосфорилирования факторы их вызывающие
Разобщение дыхания и фосфорилирования

Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны или другие ионы (ионофоры) из межмембранного пространства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это явление называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается. В этом случае скорость окисления NADH и FADH2возрастает, возрастает и количество поглощённого кислорода, но энергия выделяется в виде теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается. Как правило, разобщители - липофильные вещества, легко проходящие через липидный слой мембраны. Одно из таких веществ - 2,4-динитрофенол (рис. 6-17), легко переходящий из ионизированной формы в неионизированную, присоединяя протон в межмембранном пространстве и перенося его в матрикс.

Примерами разобщителей могут быть также некоторые лекарства, например дикумарол - антикоагулянт (см. раздел 14) или метаболиты, которые образуются в организме, билирубин - продукт катаболизма тема (см. раздел 13), тироксин - гормон щитовидной железы (см. раздел 11). Все эти вещества проявляют разобщающее действие только при их высокой концентрации.

Выключение фосфорилирования по исчерпании АДФ либо неорганического фосфата сопровождается торможением дыхания (эффект дыхательного контроля). Большое число повреждающих митохондриальную мембрану воздействий нарушает сопряжение между окислением и фосфорилированием, разрешая идти переносу электронов и в отсутствие синтеза АТФ (эффект разобщения)

1. Суммарный выход:

Для синтеза 1 молекулы АТФ необходимо 3 протона.

2. Ингибиторы окислительного фосфорилирования:

Ингибиторы блокируют V комплекс:

Олигомицин - блокируют протонные каналы АТФ-синтазы.

Атрактилозид, циклофиллин - блокируют транслоказы.

3. Разобщители окислительного фосфорилирования:

Разобщители - липофильные вещества, которые способны принимать протоны и переносить их через внутреннюю мембрану митохондрий минуя V комплекс(его протонный канал). Разобщители:

Естественные - продукты перекисного окисления липидов, жирных кислот с длинной цепью; большие дозы тиреоидных гормонов.

Искусственные - динитрофенол, эфир, производные витамина К, анестетики.

47. Механизмы образования свободных радикалов. Антиоксидантные системы в клетках

Свободные радикалы в химии - частицы (как правило, неустойчивые), содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке. По другому определению свободный радикал - вид молекулы или атома, способный к независимому существованию (то есть обладающий относительной стабильностью) и имеющий один или два неспаренных электрона. Неспаренный электрон занимает атомную или молекулярную орбиталь в одиночку. Как правило, радикалы обладают парамагнитными свойствами, так как наличие неспаренных электронов вызывает взаимодействие с магнитным полем. Кроме этого наличие неспаренного электрона способно значительно усилить реакционную способность, хотя это свойство радикалов широко варьируется.

Образование

Радикал может образоваться в результате потери

или при получении одного электрона нерадикальной молекулой:

Большинство радикалов образуются в ходе химических реакций при гомолитической диссоциации связей. Они сразу же претерпевают дальнейшие превращения в более устойчивые частицы:

Зарождение радикальной цепи можно инициировать действием на вещество жестких условий (высокие температуры, электромагнитное излучение, радиация). Многие перекисные соединения - также хорошие радикалообразующие частицы.

Антиоксиданты (антиокислители, консерванты) - ингибиторы окисления, природные или синтетические вещества, способные замедлять окисление (рассматриваются преимущественно в контексте окисления органических соединений).

Основной внутренний источник опасности для клеточного гомеостаза анаэробных огранизмов - это интермидиаты, участвующие в передаче кислорода, и продукты, образованные в результате метаболизма кислорода. Анаэробные организмы в процессе эволюции выработали хорошо отрегулированные механизмы для нейтрализации окислительных эффектов кислорода и его активных метаболитов. Эти самоподдерживающиеся защитные компоненты называют "антиокислительными системами защиты" .

Механизмы действия

Окисление углеводородов, спиртов, кислот, жиров и других веществ свободным кислородом представляет собой цепной процесс. Цепные реакции превращений осуществляются с участием активных свободных радикалов - перекисных (RO 2 *), алкоксильных (RO *), алкильных (R *), а также активных форм кислорода (супероксид анион, синглетный кислород). Для цепных разветвлённых реакций окисления характерно увеличение скорости в ходе превращения (автокатализ). Это связано с образованием свободных радикалов при распаде промежуточных продуктов - гидроперекисей и др.

Механизм действия наиболее распространённых антиоксидантов (ароматические амины, фенолы, нафтолы и др.) состоит в обрыве реакционных цепей: молекулы антиоксиданта взаимодействуют с активными радикалами с образованием малоактивных радикалов. Окисление замедляется также в присутствии веществ, разрушающих гидроперекиси (диалкилсульфиды и др.). В этом случае падает скорость образования свободных радикалов. Даже в небольшом количестве (0,01-0,001 %) антиоксиданты уменьшают скорость окисления, поэтому в течение некоторого периода времени (период торможения, индукции) продукты окисления не обнаруживаются. В практике торможения окислительных процессов большое значение имеет явление синергизма - взаимного усиления эффективности антиоксидантов в смеси, либо в присутствии других веществ.

Окислительное фосфорилирование происходит в дыхательной цепи переноса электронов, функционирующей на внутренней мембране митохондрий. Приводит к синтезу АТФ и является конечным этапом клеточного дыхания.

При гликолизе и в цикле Кребса происходит отщепление атомов водорода от промежуточных продуктов реакций. Водород соединяется с НАД и ФАД, в результате образуются НАД · H 2 и ФАД · H 2 , которые поступают в дыхательную цепь. Здесь водород в конечном итоге окисляется молекулярным кислородом до воды. Одновременно с этим происходит фосфорилирование большого количества молекул АДФ до АТФ.

Окислительное фосфорилирование есть процесс многоступенчатый. Водород отделяется от НАД · H 2 и ФАД · H 2 , после чего передается по цепи переносчиков: флавопротеин, кофермент Q (убихинон), цитохромы. И только в конце своего пути он соединяется с кислородом. При этом переносчики претерпевают ряд окислительно-восстановительных реакций.

В нескольких местах дыхательной цепи при переходе атомов водорода и электронов от одного переносчика к другому выделяется энергия в количестве достаточном для синтеза АТФ.

На первых участках цепи переносится водород на наружную сторону мембраны, на последних - электроны с помощью цитохромов.

Пара цитохромов представляет собой белковые пигменты с железосодержащей группой - гемом. При окислительно-восстановительных реакциях железо оказывается попеременно в окисленной (Fe 3+) или восстановленной (Fe 2+) форме.

Последний цитохром в цепи содержит медь, он катализирует восстановление молекулярного кислорода до воды.

Перенос водорода и электронов по дыхательной цепи

НАД (никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) - коферменты, производные никотиновой кислоты. Первый отличается от второго отсутствием остатка фосфорной кислоты при молекуле рибозы. Эти молекулы электроположительны, так как у них отсутствует один электрон. Поэтому могут переносить как электроны, так и атомы водорода. Акцептируется пара атомов водорода, при этом один диссоциирует на протон и электрон. Хотя часто пишут НАД(Ф) · H 2 , но свободный протон оказывается не связанным с молекулой, а находится в среде: НАД · H + Н + .

При переносе водорода от НАД к флавопротеину происходит первый синтез АТФ в дыхательной цепи.

Водород переносится флавопротеином в виде целых атомов. Кофермент Q принимает водород от флавопротеина и передает его первому цитохрому (b). Цитохромы переносят только электроны с помощью входящего в их состав атома железа, который восстанавливается из Fe 3+ в Fe 2+ . Поэтому водород распадается на ион H + и e - . Ионы водорода оказываются в окружающей среде с внешней стороны внутренней митохондриальной мембраны.

При передаче электронов по цепи цитохромов происходит синтез АТФ. Последний цитохром передает электроны молекулярному кислороду, который превращается в отрицательно заряженный анион.

Между наружной поверхностью внутренней мембраны, где накапливаются катионы водорода (H +), и внутренней поверхностью мембраны, где накапливаются анионы кислорода (O 2 -), возникает разность потенциалов. В мембрану встроен фермент АТФ-синтетаза, благодаря которому образуется АТФ. Когда разность потенциалов достигает критической величины, H + перемещаются через канал фермента. За счет энергии этого перемещения происходит синтез АТФ, а кислород присоединяет ионы водорода с образованием воды.