Атомы водорода, высвобождающиеся в реакциях окисления (распада макромолекул) и обладающие

высокой энергией, идут на:

1)Анаболические реакции в составе НАДФН

То есть из НАДФ в процессе катаболизма образуется НАДФН, который нужен для анаболизма – синтеза чегото.

2) Образование АТФ в составе НАДН и ФАДН2 в дыхательной цепи митохондрий. (об этом мы будем говорить на след.занятии)

Катаболизм это очень интересно. Он состоит из трёх этапов:

I этап

Это то, что происходит у нас в кишечнике или в лизосомах при расщеплении уже ненужных макромолекул.

Белки аминокислоты

Углеводы Моносахариды (глюкоза)

Липиды Глицерин и жирные

кислоты.

На первом этапе из этих веществ мы можем выжать только 1% энергии, и вся эта энергия рассеется в виде тепла. То есть мы на этом этапе не получим ни НАДН, ни ФАДН2, ни тем более АТФ.

На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412

II этап

Вещества, получившиеся на первом этапе – аминокислоты, моносахариды, глицерин и жирные кислоты, превращаются в пировиноградную кислоту, ацетильную группу (в составе ацетил-SКоА), и в некоторые другие мелкие органические молекулы.

Эти процессы осуществляются в цитоплазме и в митохондриях.

Здесь мы можем выжать уже 30% энергии из молекулы. Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть

(13%) – запасается в виде АТФ (о котором мы оооочень подробно будем говорить на след. занятии)

III этап

ВСЁ В МИТОХОНДРИЯХ

Здесь происходят реакции Цикла Трикарбоновых Кислот (ЦТК). Оксалоацетат, находящийся в матриксе митохондрии, вступает в реакцию с Ацетил-SКоА, который образовался у нас на втором этапе катаболизма. При этом Ацетил-SКоА окисляется до CO2. А выделившиеся в процессе ЦТК атомы водорода, соединяются с НАД и ФАД и превращают их в НАДН и ФАДН2, т.е. восстанавливают их.

Далее НАДН и ФАДН2, которые содержат энергетически богатый атом водорода, вступают в дыхательную цепь на внутренней мембране митохондрий. Там происходит магия второго занятия по бх и образуется АТФ. То, ради чего всё это было придумано, да-да…

На еду моим общажным тараканам: 5469

Здесь мы выжимаем аж 70% энергии из вещества, и целых 46% запасается в виде АТФ и ГТФ (аналог АТФ)

На еду моим общажным тараканам: 5469

Таким образом, из 100% всей энергии вещества, которое поступило в наш организм, 59% мы можем запасать в виде АТФ. Ни один современный двигатель не имеет такого высокого КПД!

Есть много процессов, в результате которых мы можем получить ту самую энергию – АТФ, либо НАДН или ФАДН2

На I этапе, как говорилось раннее, энергию запасти мы не можем, она вся

рассеивается в виде тепла На II этапе:

1)Гликолиз - окисление молекулы глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом образуется 2 молекулы АТФ и НАДН. Далее пировиноградная кислота в аэробных (с кислородом) условиях превращается в ацетил-SКоА, в анаэробных условиях – в молочную кислоту (лактат). Проходит в цитоплазме.

2)β-Окисление жирных кислот – окисление жирных кислот до ацетил-SКоА, здесь образуются молекулы НАДН и ФАДН2. Молекул АТФ "в чистом виде" не образуется

На III этапе:

1)Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)– окисление ацетильной группы (в составе ацетилSКоА) или иных кетокислот до углекислого газа в митохондриях. Реакции полного цикла сопровождаются образованием 1 молекулы ГТФ (что эквивалентно одной АТФ), 3 молекул НАДН и 1 молекулы ФАДН2.

На еду моим общажным тараканам: 5469

2)Окислительное фосфорилирование – окисляются НАДН и ФАДН2, полученные в реакциях катаболизма глюкозы и жирных кислот. При этом ферменты внутренней мембраны митохондрий обеспечивают образование основного количества клеточного АТФ из АДФ (фосфорилирование)

На еду моим общажным тараканам: 5469

Как ты уже понял, вся суть катаболизма сводится к синтезу АТФ (англ. ATP) – универсальному источнику энергии, который используется всеми – от человека до кишечной палочки.

АТФ синтезируется из АДФ (ADP) в процессе окислительного фосфорилирования на внутренней мембране митохондрий. И ОПЯТЬ это тема второго занятия, но ты должен хотя бы понимать, для чего мы все тут собрались и ебемся с этим катализом.

В процессах катаболизма (гликолиз, окисление жирных кислот, ЦТК, окислительное фосфорилирование) происходит «зарядка» АДФ – оно превращается в АТФ. Его мы

уже можем пустить на процессы… да, анаболизма, который требует энергии, батарейка должна быть «заряжена». Зарядке АТФ способствуют высоко энергичные атомы водорода.

Помнишь, те самые из НАДН и ФАДН2?

Как именно это происходит, мы узнаем через неделю. А пока что просто уясни и пойми это для

На еду моим общажным тараканам: 5469

себя.

Ох, поверь, тебе это пригодится)))00

На еду моим общажным тараканам: 5469

ПЕРЕД ПИЗДЕЦОМ ПРЕДЛАГАЮ УСТРОИТЬ ТРАДИЦИОННЫЙ ПЕРЕРЫВ НА МЕМЫ

На еду моим общажным тараканам: 5469

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕПИРУВАТА

Знакомься – это пируват или пировиноградная кислота или ПВК.

Он образовался при расщеплении глюкозы пополам.

Глюкоза – шестиуглеродный сахар. В результате гликолиза она поделилась пополам –

на два пирувата, которые состоят из трёх атомов углерода.

Ты много раз будешь встречать его на курсе биохимии, поэтому пж запомни, как он выглядит, это не так сложно)

Пируват является продуктом окисления в первую очередь глюкозы и некоторых аминокислот (ала, сер, цис, тре) – на схеме.

Пируват может превратиться в два вещества в зависимости от условий:

1)В анаэробных условиях (отсутствие кислорода) ПВК восстанавливается до

На еду моим общажным тараканам: 5469

молочной кислоты – лактата. Фермент: лактатдегидрогеназа

На еду моим общажным тараканам: 5469

2)В аэробных условиях (в присутствии O2) происходит его окислительное декарбоксилирование до уксусной кислоты, переносчиком которой служит коэнзим А.

Суммарное уравнение выглядит вот так:

Здесь мы видим:

1)Декарбоксилирование пирувата – была у него COOH группа, а вот отделился CO2 и где она теперь? В пизде

2)Восстановление НАД до НАДН (держим в уме, что эта штука содержит в себе богатый энергией протон водорода)

3)Образование Ацетил-SКоА –молекулы с двумя атомами углерода (один мы отщепили в результате декарбоксилирования(

Всё это происходит в пять реакций, которые осуществляются мультиферментным комплексом, который прикреплён к внутренней мембране митохондрий.

Мультиферментный комплекс состоит из 3х ферментов и 5ти

На еду моим общажным тараканам: 5469

коферментов:

На еду моим общажным тараканам: 5469

I реакция: фермент –

ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНЕЗА (E1 - желтый)

Кофермент: тиаминдифосфат (витамин В1)

II и III реакция: фермент - ДИГИДРОЛИПОАТ-АЦЕТИЛТРАНСФЕРАЗА

(Е2 - зелёный)

Кофермент: липоевая кислота

IV и V реакции: фермент - ДИГИДРОЛИПОАТ-ДЕГИДРОГЕНАЗА (Е3 - розовый)

Кофермент: ФАД (витамин В2)

Итак, рассматриваем реакции.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Суть первых трёх реакций

1.ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА. Это осуществляет фермент E1 – пируватдегидрогеназа

2.ОКИСЛЕНИЕ ПИРУВАТА ДО АЦЕТИЛА И ПЕРЕНОС ЭТОГО АЦЕТИЛА НА КОЭНЗИМ А

(катализирует E2 - дигидролипоат-ацетилтрансфераза)

А теперь внимательно следим за мной и схемой:

1 реакция: здесь у нас E1 (пируватдегидрогеназа) реагирует с пируватом чтобы его декарбоксилировать. Делает она это через кофермент ТДФ (тиаминдифосфат). В итоге уходит CO2 и из пирувата образуется гидроксиэтил.

Получаем в итоге комплекс из пируватдегидрогеназы и декарбоксилированного пирувата.

2 реакция: этот наш комплекс переходит на E2 - дигидролипоат-ацетилтрансферазу, связанную с

липоевой кислотой(ЛК)–коферментом.

Липоевая кислота содержит два связанных атома серы.

Первый комплекс, реагируя со вторым, вызывает отщепление пируватдегидрогеназы вместе с ТДФ (E1-ТДФ). Гидроксиэтил

5469

соединяется с одним из атомов серы липоевой кислоты и образуется

ацетил.

На еду моим общажным тараканам: 5469

3 реакция: К этой елде из E2, липоевой кислоты и ацетила присоединяется НS-КоА и E2 отсоединяется от этого комплекса, только уже не с липоевой кислотой, а с дигидролипоевой кислотой(восстановленной формой). В итоге мы получаем АЦЕТИЛ-SКоА.

Всё, пируват достиг своей конечной формы – ацетил-SКоА.

Реакция 4 уже не взаимодействуют с ним, а возвращают дегидролипоевую кислоту обратно в окисленное состояние – липоевую кислоту. Комплекс E2-ЛК-2SH, образовавшийся в 3 реакции, реагирует с ферментом E3 - дигидролипоат-дегидрогеназой, связанной с коферментом – ФАД.

В итоге снова образуется комплекс E2 с восстановленной липоевой кислотой, а ФАД, находящийся на третьем комплексе, превращается в ФАДН2.

А мы помним, что этот ФАДН2 обладает высокой энергией за счёт атомов водорода. Благодаря этому ФАДН2 мы можем получить НАДН, который может пойти на синтез АТФ (а это, напомню, то, к чему мы всегда стремимся). Это и есть суть реакции 5.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Реакция 5: Комплекс E3, который связан теперь с восстановленным ФАДН2, реагирует с НАД. ФАДН2 отдает ему свой водород и превращает НАД в НАДН.

На еду моим общажным тараканам: 5469

ВАОЛЯ. Из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ПВК, а значит, 2 молекулы НАДН или 6 молекул АТФ

РЕГУЛЯЦИЯПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗНОГОКОМПЛЕКСА

Регулировать, как-то влиять на пируватдегидрогеназный комплекс мы можем двумя

вспомогательными ферментами:

КИНАЗАМИ и ФОСФОТАЗАМИ

Они регулируют самый первый фермент – Пируватдегидрогеназу (E1).

Так, где-то мы это уде проходили. Ковалентные взаимодействия, припоминаешь? Когда фермент активен либо в фосфорилированной форме, либо в дефосфорилированной (без остатка фосфорной кислоты)

Так вот, пируватдегидрогеназа относится к тем ферментам, которые активны в дефосфорилированной форме.

Если же к ней присоединить фосфат (P), то она

прекращает свою работу. Происходит это, когда образуется избыток НАДН и АТФ –

На

конечных продуктов пируватдегидрогеназного комплекса.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Присоединение фосфата к пируватдегидрогеназе катализирует КИНАЗА.

ФОСФАТАЗА же, наоборот, активируясь ионами кальция или инсулином, отщепляет фосфат от пируватдегидрогеназы и активирует её.

Таким образом, в состоянии покоя при достаточном количестве АТФ пируватдегидрогеназа неактивна, ей незачем работать, и окисление глюкозы прекращается. Она может использоваться на какие-либо синтетические процессы.

Как только клетка начинает работать, уровень АТФ и НАДН резко снижается, ведь мы тратим их на выполнение работы (сокращение мышечной клетки, например). Киназная реакция останавливается, и в результате дефосфорилирования фермент активируется – начинается окисление глюкозы.

В головном мозге доля пирувата, поступающая на ПВК-дегидрогеназу, составляет 80-90%, в отличие от печени, где эта доля соответствует 15-20%. В печени ПВК в основном используется для синтеза оксалоацетата. Этим объясняется высокая чувствительность нервной ткани к дефициту тиамина.

На еду моим общажным тараканам: 5469

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ. ОБЩАЯ СХЕМА,

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.

Пируват, прошедший через Пируватдегидрогеназный комплекс, декарбоксилировался и превратился в ацетил-SКоА. Напомню, что по пути он ещё и синтезировал НАДН.

Какова же его судьба? КУДА ОН ЧЁРТ ВОЗЬМИ ПОШЁЛ, ДЛЯ ЧЕГО Я УЧИЛА ЭТИ РЕАКЦИИ???

Не переживай, образовавшийся ацетил-SКоа далее вступает в цикл трикарбоновых кислот

(ЦТК), он же цикл лимонной кислоты, он же цикл Кребса.

ЦТК происходит в матриксе митохондрий. Начинается он с оксалоацетата и состоит из восьми последовательных реакций, в результате которых снова образуется оксалоацетат. Это же цикл, блин.

Функции ЦТК:

1.Энергетическая – заключается в синтезе одной молекулы ГТФ (эквивалентна АТФ) и в генерации атомов водорода для работы дыхательной цепи(о ней на след.неделе), а именно трех молекул НАДН и одной молекулы ФАДН2;

2.Анаболическая – в ЦТК образуется

oпредшественник гема – сукцинил-SКоА,

oкетокислоты, способные превращаться в аминокислоты – α-кетоглутарат для глутаминовой кислоты, оксалоацетат для аспарагиновой,

На еду моим общажным тараканам: 5469

o лимонная кислота, используемая для синтеза жирных кислот (при определенных условиях),

На еду моим общажным тараканам: 5469

o оксалоацетат, используемый для синтеза глюкозы (при определенных условиях).

ИТАК, смотрим на схему и читаем:

В первой реакции оксалоацетат

(щавелеуксусная кислота, ЩУК) – имеющая четыре атома углерода, реагирует с ацетилSКоА (2 атома С), который мы с тобой в предыдущей главе так упорно в пять реакций получали. В результате этой реакции образуется

цитрат – лимонная кислота, содержащая уже 6 атомов углерода (4+2=6, логично…). Одновременно в ацетил-SКоА расщепляется тиоэфирная связь (SH) и освобождается

коэнзим А.

Далее лимонная кислота изомеризуется в изоцитрат (перемещается OH-группа с одного углерода на другой)

Далее - 2 реакции дегидрирования с выделением CO2 и восстановлением НАД до НАДН

В пятой реакции образуется ГТФ – это реакция

На еду моим общажным тараканам: 5469

субстратного фосфорилирования

Последние 3 реакции это дегидрирование, гидратация и новое дегидрирование субстратов.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Настало время поэзии… вдруг, кому-то поможет.

ЩУКа съела ацетат, получается цитрат Через цисаконитат будет он изоцитрат Водороды отдав НАД, он теряет СО2 Этому безмерно рад альфа-кетоглутарат

Окисление грядет — НАД похитил водород ТДФ, КоэнзимА забирают СО2

А энергия едва в сукциниле появилась сразу АТФ родилась и остался сукцинат

вот добрался он до ФАДа — водороды тому надо фумарат воды напился, и в малат он

На еду моим общажным тараканам: 5469

превратился тут к малату НАД пришел,

водороды приобрел ЩУКа снова

объявилась и тихонько затаилась

Караулить ацетат…

На еду моим общажным тараканам: 5469

Теперь о каждой реакции:

1.Образование цитрата

Углеродный атом метильной группы ацетилКоА связывается с карбонильной группой оксалоацетата, образуется ЦИТРАТ, Одновременно в ацетил-SКоА расщепляется тиоэфирная связь (SH) и освобождается коэнзим А. Реакция осуществляется под действием цитратсинтазы.

2.Превращение цитрата в изоцитрат

Происходит под действием аконитазы, получившей своё название благодаря промежуточному продукту реакции – цисаконитовой кислоте, которая не обнаруживается в свободном виде, т.к. не отделяется от активного

На еду моим общажным тараканам: 5469

центра до завершения реакции. Видишь – H и OH

поменялись местами.

На еду моим общажным тараканам: 5469

3. Окисление изоцитрата до α-кетоглутарата

На данном этапе происходит окислительное декарбоксилирование

изоцитрата с образованием альфа-кетоглутарата. Мы теряем COOH-группу, избавляемся от одного атома углерода и получаем СО2.

Процесс осуществляется НАД-зависимой изоцитратдегидрогеназой, при этом НАД восстанавливается до НАДН.

На еду моим общажным тараканам: 5469

4. Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата до сукцинил-КоА

Фермент: α-кетоглутарат-дегидрогеназный комплекс

(похож на пируватдегидрогеназный комплекс)

Данный комплекс требует 5 кофакторов:

1.Тиамин (В1)

2.Липоевая кислота

3.КоэнзимА

4.ФАД (В2)

5.НАД (В3)

Для того, что бы их запомнить, существует мнемоника:

Тирекс Любит и Кушает Фирменные Начос (=^_^=)

На еду моим общажным тараканам: 5469

Конечные продукты реакции: сукцинил-КоА, СО2, НАДН

На еду моим общажным тараканам: 5469

5. Превращение сукцинил-КоА в сукцинат

Фермент: сукцинат тиокиназа

Сначала происходит субстратное фосфорилирование молекулы фермента, а затем остаток фосфорной кислоты присоединяется к ГДФ с образованием АТФ.

Образование ATФ (или ГТФ) за счёт энергии, запасённой при окислительном декарбоксилировании α-кетоглутарата(предыдущая реакция с образованием НАДН), является реакцией субстратного фосфорилирования.

6. Дегидрирование сукцината или окисление сукцината до фумарата

Превращение сукцината в фумарат катализирует

сукцинатдегидрогеназа.

В качестве кофермента он содержит ФАД. Сукцинатдегидрогеназа очень прочно связана с внутренней мембраной митохондрий и является комплексом II в

(следующее занятие). дыхательной цепи

На еду моим общажным тараканам: 5469

При окислении сукцината до фумарата ФАД восстанавливается и превращается в ФАДН2

На еду моим общажным тараканам: 5469

7. Гидратация фумарата до малата

Фермент: фумараза (фумаратгидратаза)

В реакцию вступает вода, исчезает двойная связь и появляется OHгруппа.

8. Окисление/дегидрирование малата до оксалоацетата (юхууу мы вернулись к истокам)

Из малата образуется оксалоацетат (ЩУК), а акцептор водорода НАД превращается в НАДН.

Фермент: НАД-зависимая мата дегидрогеназа

Реакция протекает благодаря активному расходованию оксалоацетата в цитратсинтазной реакции.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Теперь давай считать, сколько АТФ мы получили в ЦТК

Самые внимательные посчитали, сколько мы накопили

НАДН, ФАДН2 и ГТФ.

Они эквивалентны вот такому количеству АТФ: 3 молекулы НАДН=9 молекул АТФ

1молекула ФАДН2=2 молекулы АТФ

1молекула ГТФ=1 молекула АТФ

Итого: 12 молекул АТФ из одной молекулы ацетил-КоА

Вспоминаем, что из одной молекулы глюкозы у нас образовалась 2 молекулы ацетилКоА, а значит…

из одной молекулы глюкозы мы получим 24 молекулы АТФ

На еду моим общажным тараканам: 5469

(за один цикл Кребса)

На еду моим общажным тараканам: 5469

Господь бог, я отойду…

На еду моим общажным тараканам: 5469

РЕГУЛЯЦИЯЦИКЛАТРИКАРБОНОВЫХКИСЛОТ

Главным и основным регулятором ЦТК является

оксалоацетат, а точнее его доступность. Наличие оксалоацетата вовлекает в ЦТК ацетил-SКоА и

запускает процесс.

Обычно в клетке имеется баланс между образованием ацетилSКоА (из глюкозы, жирных кислот или аминокислот) и количеством оксалоацетата.

Мы уже знаем, откуда берётся Ацетил-КоА (окисление

пирувата) А откуда же берётся оксалоацетат?

Источником оксалоацетата является синтез из пирувата (анаплеротическая или пополняющая реакция),

поступление из фруктовых кислот самого ЦТК(яблочной, лимонной), образование из аспарагиновой кислоты.

Анаплеротические реакции – это реакции клеточного метаболизма, повышающие концентрацию субстратов ЦТК, образуя их в других метаболических путях.

Например:

На еду моим общажным тараканам: 5469

1. Образование α -кетоглутарата и оксалоацетата в реакциях трансаминирования аминокислот; 2.Образование α–кетоглутарата в глутаматдегидрогеназной реакции; 3.Образование оксалоацетата из пирувата в пируваткарбоксилазной реакции.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Т.е. анаплеротические реакции, это те реакции, в ходе которых образуются вещества,

входящие непосредственно в сам ЦТК, тем самым повышая их концентрацию

Понимание такого способа регуляции позволяет понять причину синтеза

кетоновых тел.

Кетоновые тела - группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетилКоА (например, ацетон).

Накопление кетоновых тел в организме приводит к кетоацидозу - варианту метаболического

ацидоза, связанного с нарушением углеводного обмена, возникшего вследствие дефицита инсулина: высокой концентрацией глюкозы и кетоновых тел в крови (значительно превышающей физиологические значения).

Кетоацидоз возникает при декомпенсации сахарного диабета I типа и при голодании.

При указанных нарушениях происходит синтез глюкозы из оксалоацетата и других метаболитов. Так как оксалоацетат расходуется на синтез глюкозы (а должно быть наоборот, смотри на схему), то количество оксалоацитата сильно снижается. А так как оксалоацетат у нас является главным регулятором ЦТК, который стимулирует начало цикла, при его

На еду моим общажным тараканам: 5469

недостатке ЦТК работает очень плохо.

На еду моим общажным тараканам: 5469

А вот ацетил-КоА накапливается в организме, что ему будет? Он прекрасно синтезируется при окислении жирных кислот. Только девать этот ацетил-КоА теперь некуда и организм запускает

резервный путь утилизации ацетильной группы – синтез кетоновых тел.

В организме при этом развивается закисление крови (кетоацидоз) с характерной клинической картиной: слабость, головная боль, сонливость, снижение мышечного тонуса, температуры тела и артериального давления

На еду моим общажным тараканам: 5469

АНАБОЛИЧЕСКИЕФУНКЦИИЦТК

Хоть мы и говорим о том, что ЦТК – это один из ключевых путей катаболизма, он выполняет и очень важные анаболические функции, поставляя промежуточные продукты для процессов биосинтеза.

Например:

Из а-кетоглутарата синтезируется 5-ти углеродная аминокислота глутамат, а затем из глутамата синтезируются глутамин, аргинин и пролин.

Из оксалоацетата (в нем 4 углеродных атома) синтезируется аспартат. Затем из аспартата синтезируется аспарагин.

Из сукцинил-КоА синтезируются порфирины

и гем. Первая реакция синтеза порфирина - реакция конденсации сукцинил-КоА и аминокислоты глицина. В этой реакции конденсации, сопряженной с декарбоксилированием, образуется важный промежуточный продукт синтеза гема - 8- аминолевуленовая кислота.

Из оксалоацетата синтезируется глюкоза (процесс глюконеогенеза). Этот путь

На еду моим общажным тараканам: 5469

активируется при недостаточности глюкозы в клетке.

На еду моим общажным тараканам: 5469

РОЛЬ КОФЕРМЕНТНЫХ ФОРМ ВИТАМИНОВ В1, В2, В3, В5В ОБЩИХ ПУТЯХ

КАТАБОЛИЗМА

ВИТАМИН В1. ТИАМИН. АНТИНЕВРИТНЫЙ.

Коферментная форма – тиаминдифосфат (ТДФ)

В виде ТДФ витамин В1 входит в состав многих ферментов, в том числе пируватдегидрогеназного и α- кетоглутаратдегидрогеназного комплексов, катализирующих окислительное декарбоксилирование пировиноградной (ПВК) и α-кетоглутаровай (α-КГК) кислот, соответственно.

ВИТАМИН В2. РИБОФЛАВИН. ВИТАМИН РОСТА

Коферментные формы – ФАД или ФДН

Витамин содержат дегидрогеназы энергетического обмена – пируватдегидрогеназа, α- кетоглутаратдегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа, ацил-КоА-дегидрогеназа, митохондриальная α- глицеролфосфатдегидрогеназа.

ВИТАМИН В3. НИАЦИН. АНТИПЕЛЛАГРИЧЕСКИЙ

Коферментные формы – НАД и НАДФ

На еду моим общажным тараканам: 5469

Окислительно-восстановительные реакции, катализируемые оксидоредуктазами, составляют важнейшую часть всех метаболических путей, однако наиболее значима их роль в процессах, связанных с выделением энергии из питательных веществ. В них такие восстановленные соединения, как глюкоза и жирные кислоты, окисляются и в связи с этим выделяют энергию.

Эта энергия запасается НАД при его восстановлении до НАДН в ряде реакций β-окисления жирных кислот, гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.

ВИТАМИН В5. ПАНТАТЕНОВАЯ КИСЛОТА

В клетках животных и растений пантотеновая кислота входит в состав кофермента A (KoA), принимающего участие в важнейших реакциях обмена веществ, основная функция - перенос остатков карбоновых кислот в биохимических процессах.

Коэнзим А не связан прочно с каким-либо ферментом, его функция – перенос ацильных (в том числе ацетильных) групп в реакциях энергетического окисления глюкозы и жирных кислот, радикалов аминокислот, например, в работе ферментов пируватдегидрогеназы, α- кетоглутаратдегидрогеназы, ацил-S- КоАдегидрогеназы, еноил-S-КоА-дегидрогеназы.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Ну вот и всё! Всем спасибо за

внимание! У вас всё обязательно

получится, а я…

Курина Таня,

2.2.15 Инст -

@tanissimoo,

На еду моим общажным тараканам: 5469

Вк - https://vk.com/tanissimooo

РНИМУ им.Пирогова

На еду моим общажным тараканам: 5469

2020 год

На еду моим общажным тараканам: 5469

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О МАКРОЭРИЧЕСКИХ СУБСТРАТАХ.

КЛАССИФИКАЦИЯМАКРОЭРГОВ.МАКРОЭРГИЧНОСТЬАТФ.АТФ

УНИВЕРСАЛЬНАЯЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯВАЛЮТАКЛЕТКИ.

Макроэргические субстраты (макроэрги)- биологические молекулы, которые способны накапливать и передавать энергию в ходе реакции. В их составе есть особые макроэргические связи – это ковалентные связи, которые содержат в себе значительное количество энергии.

При гидролизе таких субстратов высвобождается энергия - более 20кДж.

ТО ЕСТЬ макроэрги – это такие вещества, содержащие в себе особые макроэргические связи, при разрыве которых высвобождается энергия более 20кДж.

Зачем нам нужно?

Начнём с основ….

Итак, ГЛЮКОЗА – основной источник энергии в нашем организме.

Она, как ты знаешь, распадается в процессе окисления до CO2 и H2O, при этом выделяется значительное количество свободной энергии.

Свободная энергия может использоваться для выполнения какой либо работы в организме.

Если эта свободная энергия не будет каким то образом улавливаться и сохраняться,

На еду моим общажным тараканам: 5469

то она попросту перейдёт в тепло. Это конечно круто, за счёт выделения тепла поддерживается

На еду моим общажным тараканам: 5469

постоянная температура тела, но блин, как ты обычным теплом будешь сокращать мышцы, совершать биохимические превращения? А? Да никак.

Так что нам нужен кто-то, кто может как раз ловить ту самую энергию, которая выделяется при окислении энергических субстратов (глюкозы). И это…… макроэрги, да.

К ним относится давно тебе известный АТФ – аденозинтрифосфат.

АТФ состоит из:

- азотистого основания – АДЕНИНА

-сахара – D-рибозы (соединен с аденином N-гликозидной связью)

-остатков фосфорной кислоты (соединены пирофосфатными связями )

Именно пирофосфатные связи между остатками фосфорной кислоты называются МАКРОЭРГИЧЕСКИМИ. Разрываясь, высвобождается та самая энергия, необходимая для… всего.

АТФ ПРИСУТСТВУЕТ ВО ВСЕХ ЖИВЫХ КЛЕТКАХ И ОБРАЗУЕТ УНИВЕРСАЛЬНУЮ СИСТЕМУ, СЛУЖАЩУЮ ДЛЯ ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ. ЭТО УНИВЕРСАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ВАЛЮТА КЛЕТКИ.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Для чего нам нужно АТФ:

1)АТФ поставляет энергию для химической работы биосинтеза. АТФ жертвует свою фосфатную группу, активируют нужную молекулу и в таком виде используются для сборки макромолекул

2)АТФ служит источником энергии для процессов движения и сокращения

3)За счёт энергии АТФ происходит перенос питательных веществ через мембраны

против градиента концентрации.

4)Энергия АТФ используется в очень тонких механизмах, обеспечивающих передачу генетической информации при биосинтезе ДНК, РНК и белков.

АТФ можно представить как доставщика еды.

Чикенбургер – это твоя энергия, которую ты должен получить и как можно скорее. Чикенбургер – это условная энергия, которая образовалась при распаде глюкозы.

И есть доставщик, причём это не просто какой-то левый чел, а человек со специальной термосумкой, которая спокойно может донести твой чикенбургер, сохранив его тёпленьким, чтобы ты смог с огромным удовольствием съесть его. Этот доставщик еды – макроэрг – АТФ.

То есть этот доставщик деливери, благодаря своей термосумке (макроэргической связи между остатками фосфорной кислоты), не рассеивает тепло, пока несёт тебе еду, а сохраняет его, чтобы доставить тебе твой любимый чикенбургер в неизменном виде. Вот так.

.Ну кстати, энергию можно получить не только путём гликолиза, но ещё и при β-Окисление жирных кислот, в цикле трикарбоновых кислот, окислительном фосфорилировании в

На еду моим общажным тараканам: 5469

дыхательной цепи митохондрий.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Скажу по секрету, все азотистые основания могут образовывать макроэргические соединения – ЦТФ (азотистое основание в составе - цитозин), УТФ (урацил), ТТФ (тимин), но в подавляющем большинстве случаев это всё же АТФ (с аденином).

Вот все эти нуклеозидТРИфосфаты (УТФ,ТТФ,ЦТФ, ГТФ) обладают некой специализацией.

Так, УТФ участвует в обмене углеводов, в частности в синтезе гликогена. ГТФ задействован в рибосомах, участвует в образовании пептидной связи в белках. ЦТФ используется в синтезе фосфолипидов.

КЛАССИФИКАЦИЯМАКРОЭРГОВ

Так как этих макроэргов множество, а человечество всегда стремится расставить всё по полочкам, существует классификация макроэргов по типу связи, которая как раз и несёт энергию:

1.Фосфоангидридная связь. Такую связь имеют все нуклеотиды: нуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ) и нуклеозиддифосфаты (АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ, ТДФ). Та самая связь между остатками фосфорной кислоты, помнишь?

2.Тиоэфирная связь. Примером являются ацил-производные коэнзима А: ацетил-SКоА, сукцинил-SКоА, и другие соединения любой жирной кислоты c HS-КоА.

3.Гуанидинфосфатная связь – присутствует в креатинфосфате, запасном макроэрге мышечной и нервной ткани.

4.Ацилфосфатная связь. К таким макроэргам относится метаболит гликолиза 1,3- дифосфоглицериновая кислота (1,3-дифосфоглицерат). Она обеспечивает синтез АТФ в

На еду моим общажным тараканам: 5469

реакции субстратного фосфорилирования.

На еду моим общажным тараканам: 5469

5.Енолфосфатная связь. Представитель – фосфоенолпируват, метаболит гликолиза. Он также обеспечивает синтез АТФ в реакции субстратного фосфорилирования в гликолизе

ПУТИСИНТЕЗААТФ:СУБСТРАТНОЕИОКИСЛИТЕЛЬНОЕФОСФОРИЛИРОВАНИЕ.

АТФ тоже откуда-то берётся. Мне кажется, ты понял, что ничто не образуется просто так и всё имеет

гЛуБоКиЙ сМыСл.

Образуется АТФ путём фосфорилирования – присоединения к предшественнику остатка фосфорной кислоты. Как помнишь, именно связь между этими остатками и обеспечивает макроэргичность молекул. Давай-ка рассмотрим этот процесс поподробнее

Итак, сразу говорю, почерк у меня не оч)0))0

АМФ – аденозинМОНОфосфат. Исходя из названия, делаем вывод, что там ОДИН остаток фосфорной кислоты. Вопрос к тебе:

Это макроэрг? 3…2…1….

Конечно нет, ведь у макроэргов есть макроэргические связи, а

макроэргическая связь – это связь МЕЖДУ остатками фосфорной кислоты. А так как остаток тут всего один, он ни с

На еду моим общажным тараканам: 5469

чем не связан. Но тут происходит магия – присоединяется ещё один остаток

фосфорной кислоты, происходит ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Этот фосфат (остаток) присоединяется к фосфату АМФ и между ними образуется МАКРОЭРГИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ(~), которая при разрушении может выделять энергию, а это то, что нам нужно.

У нас образовалась пара образовался АДФ – аденозинДИфосфат. Он уже может накапливать и передавать энергию. Он макроэрг, который кстати всё равно потом превращается в АТФ, но смысл ты понял.

Если к АДФ присоединить ещё H3PO4, то образуются АТФ, содержащий уже ДВЕ макроэргические связи. Он может накапливать и передавать БОЛЬШЕ энергии, чем АДФ. Смотрим:

~ - макроэргическая связь

Фосфат~Фосфат-Рибоза-Аденин - АДФ (одна макроэргическая связь между двумя фосфатами)

Фосфат~Фосфат~Фосфат-Рибоза-Аденин – АТФ (две макроэргические фосфатами)

В тех случаях, когда энергия АТФ используется для работы, концевая фосфатная группа отщепляется в виде неорганического фосфата

и остаётся… да, АДФ (был ТРИфосфат, стал ДИфосфат). АДФ ещё называют «разряженной формой», но путём присоединения

На еду моим общажным тараканам: 5469

фосфата он может снова «зарядиться» и стать АТФ.

Ладно, ладно, все поняли, что вся фишка в фосфорилировании? Я вас не слышу, Олимпийский!!! Оно может быть либо окислительным, либо субстратным.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Окислительное фосфорилирование протекает в структурах мембран митохондрий, а именно на внутренней мембране в составе дыхательной цепи – комплекса ферментов. При прохождении этой цепи молекулы НАДН и ФАДН2, образовавшиеся в гликолизе и ЦТК при окислении жирных кислот и аминокислот, преобразуются в энергию связей АТФ.

Субстратное фосфорилирование - связано с передачей макроэргического фосфата или энергии макроэргической связи какого-либо вещества (субстрата) на АДФ. То есть какое-то дико альтруистическое вещество пожертвовало свою драгоценную фосфатную группу, или энергию, заключённую в его связях, чтобы фосфорилировать макроэргические или потенциально макроэргические(как АМФ) субстраты.

Вот они, слева направо: К таким веществам относятся метаболиты гликолиза (1,3- дифосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват), цикла трикарбоновых кислот (сукцинилSКоА) и резервный макроэрг 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.

Так, а теперь, я хочу, чтобы ты меня внимательно послушал.

Сейчас будет очень серьёзная и важная тема, мы с тобой рассмотрим процесс образования АТФ, как его фосфорилирование сопряжено с процессами окисления в клетке.

Сначала может показаться сложным, но если ты будешь внимательно читать и, что важно,

На еду моим общажным тараканам: 5469

смотреть на картинки с подписями, которые я прилагаю, то ты обязательно всё поймёшь.

Я не раз буду обобщать и резюмировать по ходу действия, поэтому всё у всех получится, я в вас верю! <3

На еду моим общажным тараканам: 5469

Но для начала я хочу напомнить тебе кое-то из курса гисты, чтобы мы были на одной волне

Это митохондрия. Как ты уже наверняка знаешь, это органоид с двумя мембранами – внешней и внутренней. Внутренняя мембрана митохондрии образует выросты - кристы. Между этими мембранами есть пространство, которое так и называется – межмембранное пространство. Внутри митохондрии, то есть полость под внутренней мембраной, называется матрикс. Те процессы, о которых мы сейчас с тобой будем говорить, осуществляются на границе между матриксом и межмембранным пространством, то есть на внутренней мембране, на кристах.

На еду моим общажным тараканам: 5469

ВСЁПРОДЫХАТЕЛЬНУЮ ЦЕПЬ(3-5ВОПРОСЫ)

Окислистельное фосфорилирование — метаболический путь, при котором энергия, образовавшаяся при окислении питательных веществ, запасается в митохондриях клеток в виде АТФ. Хотя различные формы жизни на Земле используют разные питательные вещества, АТФ является универсальным соединением, в котором запасается энергия, необходимая для других метаболических процессов.

Впервые механизм окислительного фосфорилирования был предложен Питером Митчеллом в 1961г.

Он же и выдвинул хемиосмотическую теорию, которая гласит, что электронпереносящие цепи митохондрий, хлоропластов и бактерий сопряжены с системой синтеза АТФ через разность электрохимических потенциалов протонов на сопрягающих мембранах.

Согласно этой гипотезе перенос электронов, происходящий на внутренней митохондриальной мембране, вызывает выкачивание ионов Н+ из матрикса митохондрий в

межмембранное пространство. Это создает градиент концентрации ионов Н+ между цитозолем и замкнутым внутримитохондриальным пространством. Ионы водорода в норме способны возвращаться в матрикс митохондрий только одним способом – через специальный фермент, образующий АТФ – АТФ-синтазу.

Как ты уже знаешь, вся эта магия происходит в МИТОХОНДРИЯХ, а точнее – на их внутренней мембране, которая содержит в себе оч интересную и важную дыхательную цепь или электроннотранспортную цепь

Электронно-транспортная цепь (ЭТЦ) - система трансмембранных белков и переносчиков

На еду моим общажным тараканам: 5469

электронов, необходимых для поддержания энергетического баланса.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Мы с тобой ещё рассмотрим её строение, а пока собственно разберёмся, чё она делает, каков ПРИНЦИП её работы. Садись поудобнее, ща будет сказка.

1)В матриксе митохондрий происходит очень много реакций, в основном

–окислительных. Это цикл трикарбоновых кислот, окисление

пирувата, бета-окисление жирных кислот и другие очень важные процессы. Если ты помнишь, то в процессах окисления используются коферменты – НАД и ФАД (коферментные формы витаминов В2 и В3). Они, являясь коферментами оксидоредуктаз, помогают протеканию реакций окисления, а

сами при этом, естественно, восстанавливаются. Поэтому в матриксе митохондрий в процессе катаболизма накапливаются восстановленные формы – НАДН и ФАДН2. Они то и передают свои атомы водорода (протоны водорода+электроны) на ферменты дыхательной цепи. Так «сопряжены» процессы окисления и фосфорилирования.

2)Электроны, поступившие из матрикса на внутреннюю мембрану митохондрий, как по цепочке, двигаются по белковым комплексам, встроенным в эту самую внутреннюю мембрану – по электронно-транспортной цепи. Электроны, двигаясь по этой цепочке, теряют свою энергию, так как за счёт их энергии происходит выкачивание протонов водорода из матрикса в межмембранное пространство белками транспортной цепи (об этом далее).

На еду моим общажным тараканам: 5469

3) Дойдя до конца этой самой цепи, электроны попадают на кислород и восстанавливают его до воды (метаболическая вода, которая, кстати, образуется из жира в горбах верблюдов и позволяет им долго не пить. У нас она тоже образуется, но не в таком количестве, конечно)

На еду моим общажным тараканам: 5469

4)А протоны стремятся обратно в матрикс. Для этого им надо пройти через особый трансмембранный белок – АТФ-синтазу. Протоны тоже теряют свою энергию, которая используется для… СИНТЕЗА АТФ! (наконец-то…)

Наша дыхательная цепь состоит из 3х белковых комплексов - НАДН-дегидрогеназы, Цитохрома В-С1 и Цитохрома аа3 (цитохромоксидаза). Это трансмембранные белкиферменты. Завершается наша ЭТЦ трансмембранным белком – АТФ-синтазой.

Вся суть дыхательной цепи, как ты уже понял, заключается в переносе через неё электронов и выкачиванию атомов водорода.

Представим, что ты – это электрон, который образовался при окислении НАДН до НАД. Этот электрон, прямо как ты, едет в метро (электроннотранспортная цепь) по следующим станциям:

НАДН-дегидрогеназный комплекс (I) - здесь и произошло окисление НАДН до НАД и образовался ты - электрон

следующая станция УБИХИНОН или КОФЕРМЕНТ Q(белок

переносчик) Цитохром B-C1(III) Цитохром С (cyt C) -тоже

белок переносчик Цитохром С-оксидаза или Цитохром аа3 (

IV)

На еду моим общажным тараканам: 5469

АТФ-синтаза (V) – конечная, просыпайся(на схеме не указана).

На еду моим общажным тараканам: 5469

А ТЕПЕРЬ ОЧЕНЬ ВАЖНО, НАПРЯГИ ИЗВИЛИНЫ:

По сути, все эти 3 белковых комплекса – НАДН-дегидрогеназа, Убихинон В-С1, Цитохромоксидаза – это трансмембранные белки, которые выкачивают протоны из матрикса в межмембранное пространство. Они делают это очень активно и постоянно, нагнетая все протоны из матрикса через мембрану, закисляя межмембранное пространство.

Таким образом, создаётся сильный градиент концентрации протонов водорода между матриксом митохондрии и её межмембранным пространством.

В межмембранном пространстве протонов намного больше, чем в матриксе, потому что эти самые белковые комплексы

дыхательной цепи постоянно их выкачивают. Получается в межмембранном пространстве заряд «+», а в матриксе заряд «-». Это и есть протонный градиент концентрации(он же электрохимический градиент). Он возникает, когда внутри митохондрии протонов намного меньше, чем за мембраной.

Самый последний белковый комплекс дыхательной цепи – это АТФ-синтаза, которая как раз и отвечает за превращение АДФ в АТФ (то, ради чего мы тут все собрались).

НО ВОПРОС: ЗА СЧЁТ ЧЕГО ОНА ЭТО ДЕЛАЕТ ТО? А она использует тот самый градиент концентрации протонов для производства молекул АТФ. То есть она наоборот закачивает,

На еду моим общажным тараканам: 5469

вращаясь, протоны из межмембранного пространства в матрикс, используя энергию протонов. АТФ-синтаза транспортирует протоны, находящиеся в избытке снаружи мембраны, внутрь – в матрикс (в отличии от

На еду моим общажным тараканам: 5469

остальных белков ЭТЦ, которые закачивают протоны наружу). Энергия этих протонов идёт на

фосфорилирование АДФ, в результате которого мы получаем АТФ.

Чувак, если ты это понял – то ты огромный молодец. Это КЛЮЧЕВАЯ вещь данного занятия.

Теперь подробнее о каждом комплексе подробнее, из чего от состоит и главное, сколько протонов он перекачивает из матрикса в межмембранное пространство.

Настоятельно рекомендую тебе параллельно читать и смотреть на картинку.

I комплекс - НАДН-дегидрогеназа.

Содержит ФМН, белковые молекулы, из них 6 железосерных белков.

НАДН-дегидрогеназа, связываясь на НАДН и окисляя его, превращает его в НАД. НАД снова используется в катаболических процессах в матриксе.

Функции: -Принимает электроны от НАДН и передает их на коэнзим Q (убихинон)

-Переносит 4 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны

На еду моим общажным тараканам: 5469

II комплекс – Сукцинатдегидрогеназа, аналогичен первому комплексу, только он осуществляет окисление ФАДН2 до ФАД и не закачивает протоны из матрикса в межмембранное пространство.

Далее Убихинон или коэнзим Q – транспортный белок, просто переносит электроны с I и II , не перекачивая протоны H, а лишь выполняя функции переносчика.

III комплекс – комплекс цитохромов b-c1. Кроме цитохромов в нем имеются 2 железосерных белка.

Функции:

- Принимает электроны от коэнзима Q и передает их на цитохром с.

-Переносит 2 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.

Далее Цитохром С (cyt c)– тоже просто переносчик электронов без переноса протонов

IV комплекс – цитохромы аа3 или цитохромоксидаза, содержит 2 иона меди.

Функции: - Принимает электроны от цитохрома с и передает их на кислород с образованием воды.

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

На еду моим общажным тараканам: 5469

V комплекс – АТФ-синтаза. (она похожа на цветочек…)

Она состоит из двух субъединиц:

F0 (не «ноль», а «о», т.к. олигомицин-чувствительная) - каналообразующая, по ней выкачанные наружу протоны водорода устремляются в матрикс. F0 встроенна непосредственно в мембрану. В состав комплекса FO входит одна белковая субъединица типа а, две копии субъединицы b, а также от 9 до 12 копий мелкой субъединицы c.

F1 - каталитическая, именно она, используя энергию протонов, синтезирует АТФ. Находится уже в полости матрикса и состоит из 6 субъединиц – 3 альфа и 3 бета (получается гексамер). В центре «цветочка» находится субъединица γ и минорная субъединица ε. На внешней стороне F1 – последняя, девятая, субъединица – δ

Часть компонента F0 (кольцо из c-субъединиц) вращается, когда протоны

проходят через мембрану. Это c-кольцо жёстко связано с асимметричной центральной ножкой - γ- субъединицой, которая в свою очередь вращается внутри α и β субъединиц компонента F1.

Это приводит к тому, что три участка катализа, связывающиеся с нуклеотидами, претерпевают изменения в конфигурации, приводящие к синтезу АТФ.

При каждом обороте γ-субъединицы на 3600 синтезируются три молекулы АТФ.

1 молекула АТФ = 3 протона H+, то есть через АТФ синтазу должны «прокачаться» в матрикс три протона. Ещё один протон, четвёртый, потребуется для переноса через

На еду моим общажным тараканам: 5469

внутреннюю мембрану неорганического фосфата, АТФ и АДФ.

ТАКИМ ОБРАЗОМ для получения АТФ из АДФ в целом требуется 4 иона H+ .

На еду моим общажным тараканам: 5469

Давай резюмировать:

В матриксе митохондрии происходят

процессы окисления (ЦТК, β-окисление жирных кислот, пирувата), требующие НАД и ФАД. Они, выполнив свою коферментную функцию, восстанавливаются, превращаясь в НАДН и ФАДН2. НАДН и ФАДН2 вступают в дыхательную цепь – систему белковых комплексов, расположенную на внутренней мембране митохондрий. Они отдают свои электроны на I (НАДН) и на II (ФАДН2)

белковые комплексы. Эти электроны обладают высокой энергией. Двигаясь по дыхательной цепи, электроны теряют свою энергию – благодаря энергии этих электронов происходит закачка протонов из матрикса в межмембранное пространство. Перенос электронов через мембрану осуществляют как раз белковые комплексы I, III, IV. Поступая на IV комплекс, электрон связывается с кислородом и протонов

водорода, при этом образуется метаболическая вода.

Из-за того, что протонов снаружи мембраны оказывается намного больше, чем внутри, создаётся

протонный градиент концентрации или электрохимический градиент.

На еду моим общажным тараканам: 5469

АТФ-синтаза, используя этот протонный градиент концентрации, закачивает протоны из мембранного пространства обратно в матрикс и за счёт энергии протонного градиента осуществляет фосфорилирование – превращение АДФ в АТФ – универсальный источник энергии живых организмов.

На еду моим общажным тараканам: 5469

ИТОГО…

Практически вся энергия, выделяемая при окислении углеводов, жиров и белков трансформируется в другой, доступный для митохондрии вид энергии – восстанавливающие эквиваленты (протоны водорода и электроны). Эти, воспринимаемые митохондрией, формы энергии поступают в электроннотранспортную цепь, где они передаются в процессе окислительно-восстановительных реакций до их конечной станции

– кислорода, с образованием метаболической воды.

Окислительно-восстановительные реакции осуществляются белками, сгруппированными в комплексы на внутренней митохондриальной мембране. Три из четырёх комплексов способны использовать энергию, выделяемую в окислительно-восстановительных реакциях для перекачки протонов за пределы мембраны – в межмембранное пространство. Таким образом, создаётся электрохимический градиент между матриксом и межмембранным пространством.

АТФ-синтаза пронизывает внутреннюю мембрану митохондрий и действует как роторный двигатель, используя энергию протонного градиента для синтеза АТФ из АДФ и фосфата. Таким образом, окисление тесно связано с фосфорилированием. Эта связь необходима для того, что снабдить клетку энергией.

Множество известных ядов, таких как цианид, блокируют клеточное дыхание, ингибируя электроннотранспортную цепь.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Прочитал больше половины методы? Какой ты молодец. Устроим перерыв.

Извините, но это любимый мем Кости Бабичева

5469 3900 1275 3412

РЕГУЛЯЦИЯОКИСЛИТЕЛЬНОГОФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

Электронно-транспортная цепь – КАТАСТРОФИЧЕСКИ важный для организма механизм. Если её заблокировать – клетка очень быстро погибнет.

Естественно, наш организм не мог так кидануть нас на произвол судьбы и изобрёл…

Дыхательный контроль - это прямое влияние электрохимического градиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи (величину дыхания)

Величина градиента напрямую зависит от соотношения АТФ и АДФ, количественная сумма которых в клетке постоянна(const)

При исчерпании запасов АДФ и накоплении АТФ, АТФ-синтаза лишается своего субстрата – АДФ, которые она типа должна превращать в АТФ. Протоны водорода, конечно, не закачиваются обратно в матрикс. А зачем? АДФ то нет! Делать АТФсинтазе нечего.

Из-за того, что протоны не закачиваются в матрикс, происходит возрастание протонного градиента, при этом ингибирующее влияние градиента усиливается и

продвижение электронов по цепи замедляется. Белковые (ферментные) комплексы остаются в восстановленном состоянии, в итоге уменьшается окисление НАДН и ФАДН2 на комплексах I и II замедление катаболизма клеток.

Т.е. если АТФ слишком активно синтезируется и появляется дефицит АДФ, АТФ-синтаза

На еду моим общажным тараканам: 5469

прекращает так активно работать, следовательно, протоны из межмембранного пространства не закачиваются обратно в матрикс возрастание протонного градиента. Электронно-

транспортная цепь немного усмиряет свой темп,

На еду моим общажным тараканам: 5469

чтобы успеть накопить АДФ, а из-за того, что НАДН и ФАДН2 не окисляются на I и II комплексах ЭТЦ и не превращаются в НАД и ФАД, катаболические процессы, которые в них нуждаются, замедляются.

Если же происходит активная работа, например, интенсивная работа мышц, расходуется много энергии, а значит, расходуется много АТФ и его количество в клетке уменьшается.

АТФ-синтаза не дура, начинает активно работать, закачивать протоны водорода из межмембранного пространства в матрикс и, конечно, величина протонного градиента снижается.

Белковые комплексы дыхательной цепи тоже как бы не дураки, видят, что АТФ-синтаза чёт больно активно закачивает протоны обратно в матрикс, и тоже начинают более активно выкачивать протоны в межмембранное пространство, стараясь выровнять сниженный электрохимический градиент.

Ферментные комплексы I и II усиливают окисление НАДН и ФАДН2 (как источников электронов) и снимается ингибирующее влияние НАДН на цикл лимонной кислоты и пируватдегидрогеназный комплекс – активируются реакции катаболизма углеводов и жиров

Как видишь, чем больше АТФ – тем ниже скорость дыхательной цепи

Чем меньше АТФ (при работе) – тем выше

На

скорость дыхательной цепи

На еду моим общажным тараканам: 5469

РАЗОБЩЕНИЕОКИСЛЕНИЯИ ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ.UCP-белки

Разобщители – это вещества, которые снижают величину электрохимического градиента, что приводит к увеличению скорости движения электронов по ферментам дыхательной цепи. В результате этого уменьшается синтез АТФ и возрастает катаболизм.

Так как электрохимический градиент состоит из двух компонентов (электрического и химического), то у разобщителей есть два варианта, как его уменьшить:

-нивелировать разность зарядов

-или разность концентрации ионов водорода (внутри и снаружи внутренней мембраны митохондрий)

Протонофоры – разобщители, переносящие ионы водорода. При их действии уменьшаются оба компонента электрохимического градиента – и электрический, и химический (pH и заряд).

Классический протонофор – динитрофенол - жирорастворимое соединение, присоединяющие ионы водорода на внешней поверхности внутренней митохондриальной мембраны и отдающие их на внутренней поверхности. Протонофоры одновременно снижают электрическую и химическую составляющую протонного градиента, энергия которого рассеивается в виде тепла.

Физиологическим протонофором является белок термогенин или uncoupling protein или UCP1, в изобилии имеющийся в клетках бурой жировой ткани (до 15% от всех белков митохондрий). Существенным отличием бурой жировой ткани от белой является большое количество митохондрий, которые придают клеткам буро-красный цвет. При охлаждении

На еду моим общажным тараканам: 5469

организма эти клетки получают сигналы по симпатическим нервам, и в них активируется расщепление жира – липолиз.

На еду моим общажным тараканам: 5469

Окисление жиров даёт нам НАДН и ФАДН2, это, конечно, активирует дыхательную цепь, возрастает электрохимический градиент, всё идёт как надо. Но в клетках бурой жировой ткани очень мало АТФсинтазы, а мы помним, что она использует электрохимический градиент для преобразования энергии в АТФ. Вместо АТФ-синтазы на внутренней митохондриальной мембране много трансмембранного белка термогенина. Из-за него большая часть энергии рассеивается в виде тепла, а не используется для синтеза АТФ. Из-за того, что энергия рассеивается в виде тепла, в организме поддерживается температура тела при охлаждении.

Бурая жировая ткань широко представлена в верхней части спины у животных, впадающих в зимний сон (медведи), у детенышей животных и человеческих младенцев. Отдельные скопления бурых жировых клеток есть и у взрослого человека, они расположены в верхней части спины, между лопаток, под мышками, по ходу крупных кровеносных сосудов

Кроме динитрофенола и термогенина протонофорами, к примеру, являются салицилаты, жирные кислоты и трийодтиронин, непрямой билирубин

Кроме протонофоров на величину электрохимического градиента влияют вещества, называемые ионофорами. Они встраиваются в

мембрану и либо сами переносят катионы Na+ или

K+ внутрь, либо образуют для этих ионов канал. В результате исчезает электрическая составляющая

На еду моим общажным тараканам: 5469

градиента и уменьшается синтез АТФ. Примером ионофоров являются антибиотики валиномицин и нигерицин, переносящие калий, и грамицидин, образующий в мембране канал по которому перемещаются калий, натрий и другие одновалентне катионы.

На еду моим общажным тараканам: 5469

UCP (uncoupling proteins, разобщающие белки) это семейство белков:

UCP1 (термогенин) находится в бурой жировой ткани

UCP2 находится в большинстве клеток

UCP3 находится в основном в скелетных мышцах

UCP4 и UCP5 обнаруживаются в нервной системе

Это строго регулируемые белки, которые при активации увеличивают количество энергии при

окислительном фосфорилировании и выделяют эту энергию в виде тепла.

Что я хочу этим сказать – не только в клетках бурой жировой ткани, но и во многих других, не вся энергия электрохимического градиента поступает на АТФ-синтазу для синтеза АТФ. Она, в том числе, выделяется в виде тепла, которое так же необходимо нашему организму для поддержания температуры и для ответа на холод.

На еду моим общажным тараканам: 5469

ИНГИБИТОРЫДЫХАТЕЛЬНОЙЦЕПИ

Как мы можем подавить действия дыхательной цепи? Самый эффективный способ – блокировка движения электронов от НАДН и ФАДН2 на кислород.

Разные вещества действуют на разные комплексы дыхательной цепи:

НА ПЕРВЫЙ КОМПЛЕКС:

Амитал (успокаивающее и снотворное средство) - производное барбитуровой кислоты из серии средств, которые ранее широко использовались в качестве успокоительных и снотворных, но из-за ряда причин, в том числе узкого терапевтического диапазона, развития привыкания и зависимости, были заменены на более безопасные средства.

Ротенон (пестицид широкого спектра) - растительный пестицид из семян и стеблей некоторых растений. Он малоопасен для человека, поскольку плохо всасывается в желудочно-кишечном тракте, и быстро разлагается на солнечном свете. Но умышленное поглощение ротенона может быть смертельным.

НА ВТОРОЙ КОМПЛЕКС: Малонат (конкурентный ингибитор сукцината)

НА ТРЕТИЙ КОМПЛЕКС: Антимицин А (антигрибковый пестицид) - группа вторичных метаболитов, синтезируемых бактериями рода Streptomyces, обладающих антигрибковой активностью. Как активный компонент используется в рыбоводстве.

На еду моим общажным тараканам: 5469

НА ЧЕТВЁРТНЫЙ КОМПЛЕКС: сероводород (H2S), угарный газ (СО), цианиды (-CN)

На еду моим общажным тараканам: 5469

ещё чуть-чуть, держись…

На еду моим общажным тараканам: 5469

МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФУНКЦИИ И

ДИСФУНКЦИИМИТОХОНДРИЙ.ПОНЯТИЕО

МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ БОЛЕЗНЯХ. ГИПОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

СОСТОЯНИЯ.

Митохондриальные болезни – группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций в клетках.

Митохондриальные заболевания обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов, так как сперматозоиды передают зиготе половину ядерного генома, а яйцеклетка поставляет и вторую половину генома, и митохондрии.

Патологические нарушения клеточного энергетического обмена могут проявляться в виде дефектов различных звеньев в цикле Кребса, в дыхательной цепи, процессах бета-окисления и т. д.

Митохондриальные заболевания обычно подразумевают серьёзные нарушения (уменьшение или отсутсвие)

большинства оксидоредуктаз дыхательной цепи (белковых комплексов то

бишь). Можно выделить две группы митохондриальных заболеваний:

На еду моим общажным тараканам: 5469

1)Ярко выраженные наследственные синдромы, обусловленные мутациями генов, ответственных за митохондриальные белки (Синдром Барта - кардиомиопатия, скелетная миопатия, задержка роста, Синдром Кернса-Сейра, Синдром Пирсона, синдром MELAS, синдром MERRF и другие).

2)Вторичные митохондриальные заболевания, включающие нарушение клеточного энергообмена как важное звено формирования патогенеза (болезни соединительной ткани, синдром хронической

На еду моим общажным тараканам: 5469

усталости, гликогеноз, кардиомиопатия, мигрень, печёночная недостаточность, панцитопения, а также гипопаратиреоз, диабет, рахит и другие).

Синдром MELAS (mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, and stroke/митохондриальная энцефалопатия, лактоацидоз и инсульт) – то, что со мной походу уже скоро случится - является наследственным заболеванием из-за дефицита НАДН-Q оксидоредуктазы (Комплекс I) или цитохромоксидазы (Комплекс IV). Это вызвано мутацией в митохондриальной ДНК и может вызвать синдром Альцгеймера и диабет.

Гипоэнергетические состояния - это разнообразные по этиологии состояния, при которых

снижается синтез АТФ.

Причиной гипоэнергетических состояний может быть следующее:

гиповитаминозы экзогенные и/или эндогенные – снижается скорость и эффективность окислительных реакций. Возникает обычно при нехватке витаминов – В1, В2, никотиновой кислоты, В6, пантотеновой кислоты и аскорбиновой кислоты,

дефицит белка в пище – снижается синтез всех ферментов и ферментов катаболизма в частности,

снижение потребления углеводов и липидов как основных источников энергии,

дефицит кислорода – отсутствие акцептора для электронов вызывает "переполнение" дыхательных ферментов, накопление НАДН и ФАДН2 в клетке и прекращение катаболизма,

На еду моим общажным тараканам: 5469

дефицит железа – компонента цитохромов, миоглобина и гемоглобина, и меди – компонента цитохромоксидазы.

На еду моим общажным тараканам: 5469