Презентация "БИОЭНЕРГЕТИКА" – проект, доклад

Реакции биологического окисления Принципы структурно-функциональной организации электронтранспортной цепи митохондрий Сопряжение окисления и фосфорилирования в электронтранспортной цепи митохондрий

БИОЭНЕРГЕТИКА

Основные биоэнергетические процессы: запасание химической энергии в форме АТФ, сопряженное с экзергоническими реакциями окисления субстратов – реакциями катаболизма; утилизация энергии путем гидролиза АТФ, сопряженная с эндергоническими реакциями синтеза – реакциями анаболизма.

Синтез АТФ – фосфорилирование АДФ – основной вопрос биоэнергетики. Фосфорилирование АДФ – эндергонический процесс (∆G > 0). Источники энергии для синтеза АТФ: химическая энергия; солнечная энергия.

Фосфорилирование АДФ: Фотосинтетическое – синтез АТФ в световой стадии фотосинтеза (фототрофы); Окислительное – энергия окисления органических соединений трансформируется в макроэргические связи АТФ; Субстратное – донорами Фн являются метаболиты, акцептором АДФ.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) – термодинамически нестойкое соединение

+ + + .. .. .. ..

Конкурентный резонанс

Независимо от типа фосфорилирования синтез АТФ связан с реакциями окисления! Совокупность реакций окисления органических соединений (субстратов) – биологическое окисление.

Аэробное окисление – конечный акцептор е- О2 – дыхание. Анаэробное окисление – конечный акцептор е- органические соединения.

Передача е- от субстрата на кислород происходит с участием ряда промежуточных переносчиков (промежуточных акцепторов). Промежуточные переносчики организованы в сложную систему, локализованную во внутренней мембране митохондрий.

Совокупность последовательных окислительно-восстановительных реакций осуществляется цепью переноса (транспорта) электронов, или дыхательной цепью.

Система образована окислительно-восстановительными ферментами и кофакторами: Пиридинзависимые дегидрогеназы; КоЕ: НАД+ Флавинзависимые дегидрогеназы; КоЕ: ФАД, ФМН Убихинон (КоQ) Цитохромы с, с1, b, а, а3 FeS-белки

Компоненты электрон-транспортной цепи организованы в 4 комплекса: Комплекс I: ФМН-зависимая НАДН : КоQ-оксидоредуктаза Комплекс II: ФАД-зависимая сукцинат : КоQ-оксидоредуктаза Комплекс III: КоQН2 : cyt c-оксидоредуктаза Комплекс IV: цитохромоксидаза

Направление потока электронов в ЭТЦ определяется окислительно-восстановительными потенциалами компонентов цепи (Ео′). ∆G всей цепи = -220 кДж/моль. Образующаяся при окислении энергия используется для фосфорилирования AДФ.

В ЭТЦ есть 3 участка, на которых выделяется более 30 кДж/моль (макроэргическая связь >30 кДж/моль) – участки сопряжения окисления и синтеза АТФ. При переносе 2е- от субстрата по электрон-транспортной цепи на атом кислорода синтезируется 3 молекулы АТФ.

Среднесуточное потребление кислорода – 27 моль. Из них: 2 моль расходуется на оксигеназные и оксидазные реакции; 25 моль – на дыхание (восстанавливается в ЭТЦ митохондрий). Следовательно, синтезируется 125 моль АТФ (при P/O = 2,5 – среднее значение). М(АТФ) = 507,2 г/моль, т.е. синтезируется ~ 63 кг. Масса АТФ в организме – 20-30 г. Следовательно, каждая молекула АТФ за сутки гидролизуется и фосфорилируется ~ 2500 раз.

Каким образом транспорт электронов служит источником энергии? Как эта энергия передается в реакцию фосфорилирования АДФ: АДФ + Фн → АТФ?

Петер Митчелл (1920-1992) Лауреат Нобелевской премии по химии (1978) за вклад в понимание процессов преобразования энергии в живых организмах и формулировку хемиосмотической теории