3 - био-энергетический обмен

Перекисное окисление липидов

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) — окислительная деградация липидов, происходящая, в основном, под действием свободных радикалов. Одно из главных последствий радиоактивного облучения.

Реакции биологического окисления сопровождаются образованием свободных радикалов. Это обусловливает высокую химическую активность этих радикалов. Например, они вступают в реакцию с ненасыщенными жирными кислотами мембран, нарушая их структуру.

Через стадию перекисных производных ненасыщенных жирных кислот осуществляется:

• биосинтез простагландинов и лейкотриенов

• тромбоксаны, оказывающие мощное влияние на адгезивно-агрегационные свойства форменных элементов крови и микроциркуляцию, сами являются гидроперекисями.

• Образование гидроперекисей холестерина — одно из звеньев в синтезе прогестерона

Цитохромы – структура, биологическая роль, локализация в дыхательной цепи.

ЦИТОХРОМЫ - сложные белки (гемопротеиды), содержащие в качестве простетической группы гем.

Служат переносчиками электронов в процессах внутриклеточного дыхания, окислительного фосфорилирования, фотосинтеза, ферментативного гидроксилирования и в других биологических ОВР.

В зависимости от природы гема цитохромы делят на 4 группы: а, b, с и d.

Атом Fe, входящий в состав гемов цитохромов и подвергающийся окислению и восстановлению, координирован 4 связями с атомами N порфириновых колец и 2 - с лигандами, принадлежащими полипептидным цепям (остатки гистидина, цистеина).

Все цитохромы ярко окрашены и имеют характерные спектры поглощения света в видимой области, меняющиеся при их окислении или восстановлении.

Некоторые цитохромы (цитохромоксидаза, цитохром Р-450) прочно связаны с мембранами митохондрий, микросом (липопротеидные комплексы) и не растворимы в воде, другие (напр., цитохром с) растворимы в ней.

Цитохромы реагируют с лигандами, конкурирующими с естественным координационным окружением атома Fe гемов (СО, анионы азида, цианида и др.). Связывание этих лигандов приводит к инактивации цитохромов.

Микросомальное окисление

Микросомальное окисление – один из путей использования кислорода в клетке.

O₂ – окончательный акцептор, внедряется в молекулы окисляемых веществ – ксенобиотиков, выполняя пластическую функцию.

Микросомальное окисление осуществляется при участии групп ферментов – микросомальных монооксигеназ.

RH + HAДФН₂ + O₂ => (моноксигеназы, Р450) => ROH + НАДФ +Н₂О + R∙

RH – плохо растворимые гидрофобные соединения

RОH – гидроксилированные производные

Цитохром Р-450 – фермент, связывающий и метаболизирующий в организме множество неполярных химических соединений и во многих случаях являющийся первым барьером, определяющим характер и степень воздействия химических веществ на клетку.

Ксенобиотики – вещества, не являющиеся участниками нормально протекающих биохимических реакций в клетках: лекарства, антибиотики, инсектициды, пестициды… Некоторые из них не имеют фармакологические, токсикологические, канцерогенные, мутагенные свойства.

Роль микросомального окисления:

1. Повышение гидрофильности токсического вещества, улучшение его выведения, снижение токсичности

2. Химическая модификация структуры ксенобиотика, в результате – частичная или полная потеря его токсичности

Особенности действия:

1. Обезвреживание ксенобиотиков в норме зависит от их структуры, некоторые вещества не способны обезвреживаться и концентрируются в организме.

2. В результате окисления ряда ксенобиотиков изменяется их метаболическая активность, повышается токсичность

3. Каждый ксенобиотик имеет предельно допустимую концентрацию, превысив которую, он не может быть нейтрализован

Микросомальные монооксигеназы – комплекс ферментов, катализирующих восстановление одного атома молекулы О₂ с образованием воды и включение другого атома кислорода в окисляемое вещество.

Все ферменты микросомальной системы – мембранные белки, активные центры которых локализованы на цитоплазматической поверхности ЭР.

Основной ее компонент – гемопротеин цитохром Р-450

АТФ - синтетаза, структура и функция.

АТФ-синтаза (Н+-АТФ-аза) - интегральный белок внутренней мембраны митохондрий.

Расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи.

АТФ-синтаза состоит из 2 белковых комплексов:

Повышение концентрации протонов в межмембранном пространстве активирует АТФ-синтазу. Электрохимический потенциал ΔμH+ заставляет протоны двигаться по каналу АТФ-синтазы в матрикс. Параллельно под действием ΔμH+ происходят конформационные изменения в парах α, β-субъединиц белка F1, в результате чего из АДФ и неорганического фосфата образуется АТФ. Электрохимический потенциал, генерируемый в каждом из 3 пунктов сопряжения в ЦПЭ, используют для синтеза одной молекулы АТФ.

Энергетический баланс цикла Кребса.

В ЦТК образуется:

• 2 молекулы СО₂ (в изоцитрат-дегидрогеназной и α-кетоглутарат-дегидрогеназной реакциях)

• 3 молекулы НАДН₂

• 1 молекула ФАДН2

Окисление НАДН2 в дыхательной цепи митохондрий дает:

• 3 молекулы АТФ на каждую молекулу НАДН2

• 2 молекулы АТФ на каждую молекулу ФАДН2

За счет субстратного фосфорилирования:

• 1 молекула АТФ

ИТОГ: при полном окислении 1 молекулы ацетилКоА => СО₂ + Н₂О + 12 молекул АТФ

Дыхательный контроль – основной механизм регуляции окислительного фосфорилирования

Сопряжение окисления с фосфорилированием в митохондриях отличается прочностью: если невозможен синтез АТФ, то прекращается и перенос электронов в дыхательной цепи.

Внесение АДФ => начинается дыхание + синтез АТФ

Дыхания прекращается, когда вся АДФ превратится в АТФ

Дыхательный контроль - зависимость дыхания митохондрий от концентрации АДФ

Некоторые вещества разобщают окисление и фосфорилирование. Тогда потребление кислорода и окисление субстратов продолжаются, но синтез АТФ невозможен. Энергия окисления при разобщении рассеивается в форме теплоты.

KoQ, его структура, место и роль в дыхательной цепи, связь с витаминами

KoQ играет важную роль в механизме транспорта протонов через митохондриальную мембрану в пунктах сопряжения.

KoQ обязательный компонент дыхательной цепи:

осуществляет в митохондриях перенос электронов от мембранных дегидрогеназ (в частности, НАДН-дегидрогеназы дыхательной цепи, СДГ и т.д.) на цитохромы.