Лекция №8 «Тканевое дыхание. Синтез атф».

Лектор: проф.Дадали В.А.

Речь идёт о Е, которая продуцируется к митохондриях организма и является основой жизнедеятельности человека.

Основная часть Е организма – энергия АТФ, значит носителем Е является эта уникальная молекула.

АТФ работает только при наличии магния!! Комплекс – АТФ-Mg.

АТФ – молекула, характерная всем живым организмам.

Как образуется АТФ?

Основной источник Е АТФ – тканевое дыхание.

Основные этапы клеточного дыхания:

1. углеводы (сахара)

жиры (пищ.жиры) – ВЖК ---- ацетилКоА

белки (после распада до АК)

2. ацетилКоА---(включение в общий Е-путь – ЦТК Крэбса)

3. Электроны и протоны, которые генерируются в ЦТК, передаются в цепь переносчиков электронов (дыхательная цепь), по которой электроны передаются на молекулярный кислород (из ЦТК в дых.цепь поступают по 8 электронов и 8 протонов)

За счёт части Е этого электронного переноса из 3 молекул ADF синтезируются 3 молекулы АТФ.

Как же синтезируется АТФ? Схема: ADF + Фн = АТФ + Н2О

С точки зрения термодинамики:

График: дельтаG (свободная энергия) по ординатам

Координата р-ции по абсциссам.

График сначала идёт вверх, потом резко вниз

Конечная энергия ниже энергии исходных! дельтаG<0. – р-ция возможна.

График: дельтаG (свободная энергия) по ординатам

Координата р-ции по абсциссам.

График сначала идёт резко вверх, потом вниз

Конечная энергия выше энергии исходных! дельтаG>0. – р-ция невоможна

Стандартные условия: [c]=1 моль\л, Т=298К, рН=7.0

Для синтеза АТФ - дельтаG(0’)=+30,5 кДж\моль – синтез АТФ не может протекать самопроизвольно!

Если для прямого процесса дельтаG(0’)=+30,5 кДж\моль, то для обратной – дельтаG(0’)=-30,5 кДж\моль.

Макроерг – соединения, стандартной свободной энергией гидролиза которых равняются -30,5 кДж\моль или более отрицательным.

При гликолизе: 1,3ДФГ –(ADF)—АТФ ----субстратное фосфорилирование

ФосфоЕнолПируват –(ADF)—АТФ

Гл-6-фосфат – (АДФ) -- АТФ

дельтаG(0’) ДФГ=-41,2 кДж\моль

дельтаG(0’) ФЕП=-61,2 кДж\моль

дельтаG(0’) гл-6-ф=-14,5 кДж\моль

дельтаG(0’) АТФ=-30,5 кДж\моль

Субстратное фосфорилирование – это синтез АТФ за счёт свободной Е субстратов, стандатрная свободная энергия гидролиза которых более отрицательна, чем -30,5 кДж\моль.

дельтаG(0’) = -218 кДж\моль

Сумма дельтаG(0’) =+91,5 кДж\моль

Суммарный потенциал отрицательный, значит их сопряжённый процесс возможен.

Если эти процессы отсечь один от другого, будет лишь выделяться тепло.

Дыхательная цепь – эти процессы локализованы на внутренней митохондриальной мембране – это каскад ок-вос.ферментов (в основном), по которым идёт перенос электронов молекул.кислороду, за счёт Е которого осуществляется синтез АТФ в процессе окислительного фосфорилирования.

Цепь переносчиков электронов (дыхательная цепь).

Ферменты:

1. НАД+-зависимаяДГГ – коЕ- НАД+;

НАД+ ---(гидридное восстановление с помощью гидрид-ион) НАДН*Н+

2. НАДН-ДГГ-ы – содержит ФМН (пол-ФАД) и железосерные кластеры– 8 стадий через свободные радикалы

ФМН + 2Н = ФМН*Н2

[Fe+++-S]n + e- = [Fe++-S]n – негемовое железо.

3. коферментQ – убихинон (коQ10)

Базовая структура – хинон + 2 метоксильные группы в 5 и 6 положениях, метильная – во 2-ом положении и изопрен (С5)10 раз в 3 положении

Убихинон = (2е- + 2Н+)= Дигидроубихинон (убихинол) – в 1 и 4 положениях не оксо-, а гидрокси-группы.

4. Митохондриальные цитохромы.

С убихинола электроны передаются на цепь МХЦХ (цитохром-в --- цитохром-с --- цитохром-аа3(цитохромоксидаза; содержит ионы меди – Cu++ + e- = Cu+)) и передаются на О2.

Протоны с убихинола уходят в митохондриальное пространство

ВСЯ ЦЕПЬ ВМЕСТЕ:

пируват---}

ЦТК --------} НАД+ --- Е-ФМН-[Fe-S]

Бета-окисл.ВЖК-- } ---

Сукцинат (сукцинатДГГ-ФАД)----КоQ --- цитохром-В

Бета-окисление ВЖК (ФАД)------- ---с1---с---аа3

---О2

В тех местах, где происходит изменение потенциала и происходит образование АТФ из АДФ

Анализ с точки зрения ингибиторов:

1. Самый опасный ингибитор –ингибитор цитохром-аа3 - цианид-ион, оксид углерода(II)

2. Ингибитор первого фермента – ротенон (природное в-во из долматской ромашкой – инсекцитид)

3. Ингибитор первого фермента – ацетальдегид (метаболит этилового спирта)

4. Ингибитор второго фермента – барбитураты (снотворные – люминал(фенобарбитурал), амитал)

5. Целый ряд токсикантов – также являются ингибиторами этой цепи.

В соответствии с действием ингибиторов эта цепь делится на 4 молекулярно-дыхательных комплексов:

1. НАДН+-коQ-оксидоредуктаза

2. Сукцинат-коQ-оксидоредуктаза

3. КоQ-цитохром-с-оксидоредуктаза

4. Аа3

Активация дыхательной цепи:

1. Цитохром-с (препарат) – белок(крайне неудобный для ввода препарат)

2. Самый удобный – коQ

3. L-корнитин (только с КоQ)

Механизм сопряжения окисления и фосфорилирования. Хемиосмотическая теория Митчела (Нобелевская премия). 4 положения:

1. Сопряжение окисления и фосфорилирования происходит во внутренней митохондриальной мембране, причём мембрана является непосредственным участником процесса

2. Мембрана должна быть интактной (неповреждённой)

3. Мембрана самопроизвольно не пропускает протоны и другие катионы.

Упрощённая схема:

Митохондриальная мембрана

Внешняя среда Матрикс

+е-

Н+ -----================================ ОН-

Н+ -----================================ ОН- -О2

Протоны тянутся назад, но мембрана для них непроходима. Но в мембрану встроен фермент, активируемый протонами, который, перенося протоны, активирует синтез АТФ из АДФ. Перенос зависит от трансмембранного потенциала (потенциал на внутр.мембране).

Имеются в-ва, которые способны р-ряться в мембране (2,4-динитрофенол) и переносит назад протоны – это приводит к снижению потенциала – разобщение окисления и фосфорилирования.

Гормоны щит.железы – регуляторы дых.цепи