Презентация "БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ" – проект, доклад

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ

ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ Кафедра биологической химии

ПЛАН:

Исторические представления о биологическом окислении; 2. Современные представления о биологическом окислении; Первичные акцепторы протонов и электронов; Цепь переноса электронов.

-1- Исторические представления о биологическом окислении

Биологическое окисление – это совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых клетках.

1) XVIII век – начало изучения процессов окисления в живом организме.

Антуа́н Лора́н Лавуазье́ 1743-1794

Имя Лавуазье внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни

1) XVIII век – начало изучения процессов окисления в живом организме (Лавуазье). Биологическое окисление – медленное горение. Отличия биологического окисления от горения: протекает при низкой температуре; без появления пламени; в присутствии воды.

С химической точки зрения, горение - это взаимодействие углерода с кислородом, приводящее к образованию углекислого газа. В организме механизм образования СО2 - декарбоксилирование

2) Теория активации кислорода (автор - А.Н. Бах)

Александр Николаевич Бах

1857-1946

биохимик и физиолог растений

Институт биохимии имени А.Н.Баха РАН, 1945 год (Москва)

2) Теория активации кислорода = теория перекисного окисления

перекись

3) Теория активации водорода (автор – В.И. Палладин)

Владимир Иванович Палладин 1859-1922

ботаник и биохимик

-2- Современные представления о биологическом окислении

Биологическое окисление - процесс переноса электронов от субстрата-донора на субстрат-акцептор. Если акцептором электронов является кислород, то такой процесс называется ТКАНЕВЫМ ДЫХАНИЕМ Если акцептором электронов является другое вещество, кроме кислорода, то такой процесс называется АНАЭРОБНЫМ ОКИСЛЕНИЕМ

Е↑ Синтез АТФ Теплота

Особенности биологического окисления:

1). Процесс транспорта электронов является многоступенчатым процессом, который сопровождается постепенным выделением энергии.

2). Полиферментативный процесс. 3) Конечный продукт – вода.

Биологическое окисление многоступенчатый процесс транспорта электронов (на начальных этапах и протонов) осуществляемый комплексом ферментов, сопряженный с образованием энергии

Цепь переносчиков протонов и электронов локализована во внутренней мембране митохондрий и называется ЭТЦ = ЦПЭ = дыхательная цепь .

Строение митохондрии

-3- Первичные акцепторы протонов и электронов

Первичными акцепторами протонов и электронов являются НАД-зависимые дегидрогеназы и ФАД-зависимые дегидрогеназы.

малатдегидрогеназа

Яблочная кислота (малат)

СООН | СН2 | НО−СН | СООН

НАД+ (РР) →НАДН2

Дыхательная цепь + 1/2О2

3 АТФ + Н2О

СООН | СН2 | С=О | СООН

ЩУК (оксалоацетат)

■ НАД-зависимые дегидрогеназы

НИКОТИНАМИДАДЕНИНДИНУКЛЕОТИД

рабочей частью НАД является витамин РР - НИКОТИНАМИД

C N+ │ R CONH2 H │ НАД+ +2H+, 2е- -2H+, 2е- N │ R НАДН+Н+ H +H+

НАД+ +2H+ + 2е- → HАДН+Н+

Дегидрирование сукцината

сукцинатдегидрогеназа

СООН | СН2 | СН2 | СООН

ФАД (В2) → ФАДН2

СООН | СН | | СН | СООН

Янтарная кислота (сукцинат)

Фумаровая кислота (фумарат)

2 АТФ + Н2О

■ ФАД-зависимые дегидрогеназы

ФЛАВИНАДЕНИНДИНУКЛЕОТИД

рабочей частью ФАД и ФМН является ФЛАВИН

ФАД СН3 ФАДН2 ФАД +2H+ + 2е- → ФАДН2

Далее НАДН2 и ФАДН2 отдают протоны и электроны в митохондриальную ЦПЭ.

-4- Цепь переноса электронов

Компоненты ЭТЦ

- Это сложные образования, состоящие из нескольких ферментов, локализованных во внутренней мембране митохондрий и объединенных в комплексы

КОМПОНЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ: Комплекс I (ФМН-зависимая НАДН-дегидрогеназа) Убихинон (коэнзим Q) Комплекс III (цитохромы b, с1) Цитохром с Комплекс IV (цитохромы а, а3 – цитохромоксидаза) Комплекс II (СДГ)

Комплекс I (НАДН-дегидрогеназа)

Флавинзависимый фермент (кофермент ФМН) Субстрат – кофермент НАДН2 Содержит железосерные белки Донор протонов и электронов для убихинона

HАДН+Н+

НАДН-дегидрогеназа

ФМН (В2) → ФМНН2 HАД+

Убихинон (кофермент Q)

Quinone – хинон Ubiquitos – вездесущий У млекопитающих содержит 10 звеньев изопрена (коэнзим Q10)

Небелковый компонент ДЦ Подвижный компонент Акцептор протонов и электронов от флавинзависимых дегидрогеназ Донор электронов для комплекса III Переносит протоны в межмембранное пространство митохондрий

Цитохромы – сложные белки, небелковая часть – гем Отличаются между собой строением полипептидных цепей В зависимости от светопоглощающей способности в определенной части спектра делятся на группы а, b и с. Каждый цитохром транспортирует только 1 электрон Главную роль в транспорте играет железо

СИСТЕМА ЦИТОХРОМОВ

Комплекс III (QН2 – дегидрогеназа)

В составе цитохромы b, с1 Транспортирует только электроны от убихинона на цитохром с.

Не объединяется в комплекс Транспортирует электроны от III комплекса к IV комплексу.

Цитохром с

Комплекс IV (цитохромоксидаза)

Содержит цитохромы а, а3 Кроме железа содержит в своем составе медь Взаимодействует с кислородом.

Комплекс II (СДГ)

Флавинзависимый фермент (кофермент ФАД) Донор протонов и электронов для убихинона

Все компоненты ЭТЦ расположены в порядке возрастания редокс-потенциала. Самый высокий редокс-потенциал у кислорода, что обеспечивает последовательную передачу электронов от субстрата на кислород.

Порядок компонентов дыхательной цепи обусловлен величиной их red-ox потенциалов. Он изменяется от -0,32В до +0,81В -0,32 характерно для НАДН2 +0,81 характерно для О2.

Полная ЭТЦ - взаимодействие субстрата с НАД.

СХЕМА ПОЛНОЙ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

Укороченная ЭТЦ - взаимодействие субстрата с ФАД

СХЕМА Укороченной ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

АТФ – основной донор энергии в живых клетках

Процесс образования АТФ из АДФ и Н3РО4 за счёт энергии переноса электронов в дыхательной цепи называется ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕМ. СУБСТРАТНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ - это процесс образования АТФ из АДФ и Н3РО4 за счёт энергии макроэргической связи субстрата

Окисление и фосфорилирование не всегда сопрягаются. Если процесс окисления сопровождается синтезов АТФ – это явление наз. СОПРЯЖЕНИЕМ ДЫХАНИЯ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ.

В дыхательной цепи выделяются 3 пункта сопряжения (где может образоваться АТФ): 1. НАД KоQ 2.цитохром b  цитохром с 3. цитохром а  цитохром а3 НАДН2 — 3 АТФ (~2,5) ФАДН2 — 2 АТФ (~1,5)

КОЭФФИЦИЕНТ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ – количество молекул АТФ, образованных при восстановлении 1 атома кислорода до воды.

Р О

=3 (для полной дыхательной цепи)

=2 (для укороченной дыхательной цепи)