Biohemija. Biološka oksidacija

URALSKA DRŽAVNA MEDICINSKA AKADEMIJA

Zavod za bioorganske i biološka hemija

KURSNI RAD NA TEMU:

Biološka oksidacija.

Izvođači: studenti Pedijatrijskog fakulteta, grupa 223

Zaruba N.S., Čaščina E.E.

Rukovodilac: vanredni profesor, dr. Trubačev S.D.

Recenzent:

Ekaterinburg 2002.

I. Uvod………………………………………………………………………….3

II. Opšti pogledi o biološkoj oksidaciji.

Redox sistemi i potencijali……..3

III. Načini korištenja kiseonika u ćeliji…………………………………5

Oksidazni put za iskorištavanje kisika. Mitohondrije.

Enzimi, njihova lokalizacija i značaj u oksidacionim procesima…….5

IV. Faze iskorišćenja energije nutrijenata…………………...6

V. Oksidativna fosforilacija………………………………………………9

Mitchell-ova hemiosmotička teorija……..……….……..9

Redox – lanac oksidativne fosforilacije………………10

VI. Krebsov ciklus…………………………………………………………21

Otvaranje CTK………………………………………………………..22

Reakcije, enzimi. Uredba……………………………………………...23

VII. Makroergijski spojevi i veze……………………………………………29

VIII. Vitamin RR. Učešće u procesima oksidacije……………………………….30

IX. Mikrosomalna oksidacija…………………………………………………………………31

Reakcije monooksigenaze………………………………………………31

Reakcije dioksigenaze……………………………………………………….32

Citohromi…………………………………………………………………32

X. Peroksidazni put za iskorištavanje kisika…………………..33

XI. Enzimska antioksidativna zaštita…………………………34

Superoksid dismutaza, katalaze, peroksidaze……….34

XII. Neenzimska antioksidativna zaštita…………………………………35

Vitamini C, E i P……………………………………………35

XIII. Zaključak…………………………………………………………………..38

XIV. Reference…………………………………………………………………………………..39

Uvod.

U hemiji, oksidacija se definira kao uklanjanje elektrona i redukcija kao dobivanje elektrona; ovo se može ilustrirati na primjeru oksidacije fero jona u feriion:

Iz toga slijedi da je oksidacija uvijek praćena redukcijom akceptora elektrona. Ovaj princip redoks procesa je podjednako primjenjiv na biohemijske sisteme i karakterizira prirodu bioloških oksidacijskih procesa.

Iako neke bakterije (anaerobi) žive u nedostatku kisika, život viših životinja u potpunosti ovisi o opskrbi kisikom. Kiseonik se uglavnom koristi u procesu disanja - potonje se može definirati kao proces hvatanja ćelijska energija u obliku ATP-a tokom kontrolisanog dodavanja kiseonika sa vodonikom da bi se formirala voda. Osim toga, molekularni kisik se ugrađuje u različite supstrate uz sudjelovanje enzima zvanih oksigenaze. Mnoge lijekove, tvari strane organizmu, karcinogene (ksenobiotike) napadaju enzimi ove klase, koji se zajednički nazivaju citokrom
P450.

Vodeće mjesto u patogenezi zauzimaju hipoksični poremećaji staničnog metabolizma kritičnim uslovima. Glavna uloga u formiranju ireverzibilnosti patoloških procesa pripisuje se ekstremnim manifestacijama staničnih metaboličkih poremećaja. Adekvatna opskrba ćelije kisikom glavni je uvjet za održavanje njene vitalnosti.

Davanje kiseonika može spasiti živote pacijenata čije je disanje ili cirkulacija poremećena. Terapija kiseonikom se uspešno koristi u nekim slučajevima. visokog pritiska; Međutim, treba napomenuti da intenzivna ili produžena terapija kisikom pod visokim pritiskom može uzrokovati toksičnost kisika.

Prilikom pisanja ovog rada, imali smo cilj: proučiti biološku oksidaciju i njen značaj u životu ćelije i organizma u cjelini.

Da bismo to uradili pogledali smo:

Upotreba kiseonika od strane ćelije;

Izvori ćelijske energije - ciklus limunska kiselina(Krebsov ciklus), oksidativna fosforilacija;

Mikrosomalna oksidacija;

Antioksidativna zaštita

Opće ideje o biološkoj oksidaciji.

Redox sistemi i potencijali.

Izvor energije koji se koristi za obavljanje svih vrsta radova
(hemijska, mehanička, električna i osmotska) je energija hemijske veze. Oslobađanje energije iz ugljikohidrata, masti, bjelančevina i drugih organskih spojeva događa se tokom njihovog redoks razlaganja. Oslobođena energija se troši na sintezu ATP-a.

Promjena slobodne energije koja karakterizira reakcije oksidacije i redukcije proporcionalna je sposobnosti reaktanata da doniraju ili prihvate elektrone. Posljedično, promjena slobodne energije redoks procesa može se okarakterisati ne samo vrijednošću (G0", već i vrijednošću redoks potencijala sistema (Eo). Obično se poredi redoks potencijal sistema sa potencijalom vodikove elektrode, uzimajući potonje kao nulu,
0V pri pH=0. Međutim za biološki sistemi zgodnije je koristiti redoks potencijal pri pH = 7,0 (Eo"); pri ovom pH potencijal vodonične elektrode je -0,42V.

Koristeći tabelu 1, možemo predvidjeti u kojem smjeru će ići tok elektrona kada se upari jedan redoks sistem.

Tabela 1. Standardni potencijali nekih redoks sistema.
|Sistem |Eo(/Volt |
|Kisik/voda |+0,82 |
|Citokrom a: Fe3+/Fe2+ |+0,29 |
|Citokrom c: Fe3+/Fe2+ |+0,22 |
|Ubikinon: oksidacija/redukcija. |+0,10 |
|Citokrom b:Fe3+/Fe2+ |+0,03 |
|Fumarat/sukcinat |+0,03 |
|Flavoprotein: oksidacija/redukcija. |-0,12 |
|Oksaloacetat/malat |-0,17 |
|Piruvat/laktat |-0,19 |
|Acetoacetat/hidroksibutirat |-0,27 |
|Lipoat: oksidacija/redukcija. |-0,29 |
|NAD+/NADH |-0,32 |
|H+/H2 |-0,42 |
|Sukcinat/alfaketoglutarat |-0,67 |

Načini korištenja kisika u ćeliji.

Postoje tri načina korištenja kisika u ćeliji, koje karakteriziraju sljedeće reakcije:
1) oksidazni put (90% ulaznog kiseonika redukuje se u H2O uz učešće enzima citokrom oksidaze)

02+4e+4N+ > 2N2O

2) oksigenazni put (uključivanje jednog atoma kiseonika u supstrat - monooksigenazni put, dva atoma kiseonika - put dioksigenaze)

Monooksigenazni put

Dioksigenazni put

3) put slobodnih radikala (nastaje bez učešća enzima i ATP se ne formira).

Oksidazni put za iskorištavanje kisika. Mitohondrije. Enzimi, njihova lokalizacija i značaj u procesu oksidacije.

Mitohondrije se s pravom nazivaju “energetskim stanicama” ćelije, jer se upravo u tim organelama uglavnom hvata energija opskrbljena oksidativnim procesima. Mitohondrijski sistem spajanja oksidativnih procesa sa stvaranjem visokoenergetskog intermedijera ATP-a naziva se oksidativna fosforilacija.

Mitohondrije imaju vanjsku membranu, propusnu za većinu metabolita, i selektivno propusnu unutrašnju membranu s mnogo nabora (krista) koji strše prema matriksu (unutrašnjem prostoru mitohondrija). Vanjska membrana se može ukloniti tretmanom digitoninom; karakterizira ga prisustvo monoamin oksidaze i nekoliko drugih enzima (npr. acil-CoA sintetaza, glicerofosfat aciltransferaza, monoacilglicerofosfat aciltransferaza, fosfolipaza A2).
Adenilat kinaza i kreatin kinaza nalaze se u intermembranskom prostoru. Fosfolipidni kardiolipin je lokaliziran u unutrašnjoj membrani.

Matriks sadrži rastvorljive enzime ciklusa limunske kiseline i enzime (-oksidacija masnih kiselina, s tim u vezi postoji potreba za mehanizmima za transport metabolita i nukleotida kroz unutrašnju membranu. Sukcinat dehidrogenaza je lokalizovana na unutrašnjoj površini unutrašnju mitohondrijalnu membranu, gde prenosi redukcione ekvivalente respiratornog lanca na nivou ubikinona (zaobilazeći prvu redoks petlju).3-hidroksibutiratedehidrogenaza je lokalizovana na matriksnoj strani unutrašnje mitohondrijalne membrane.Lociran glicerol-3-hidrogenaza na vanjskoj površini unutrašnje membrane, gdje sudjeluje u funkcionisanju glicerofosfatnog šatl mehanizma.

Faze korištenja energije nutrijenata.

Iskorištavanje energije nutrijenata je složen proces koji se odvija u tri faze, prema sljedećoj shemi:

Shema 1. Faze katabolizma nutrijenata.

U fazi 1, velike molekule polimera se razlažu na monomerne podjedinice: proteini u aminokiseline, polisaharidi u šećere, a masti u masna kiselina i holesterolola. Ovaj preliminarni proces, nazvan probava, odvija se uglavnom izvan ćelija pod dejstvom enzima koji se izlučuju u šupljinu probavni trakt. U fazi 2, rezultirajući mali molekuli ulaze u ćelije i prolaze dalje degradacije u citoplazmi. Većina atoma ugljika i vodika šećera pretvara se u piruvat, koji, prodirući u mitohondrije, formira acetilnu grupu kemijski aktivnog spoja acetil koenzima A (acetil-CoA). Velika količina acetil-CoA nastaje i tokom oksidacije masnih kiselina. U fazi 3, acetilna grupa acetil-CoA se potpuno cijepa na CO2 i H2O. U ovoj završnoj fazi se proizvodi najviše ATP-a. U nizu konjugata hemijske reakcije više od polovine energije koja se, prema teoretskim proračunima, može izdvojiti iz ugljikohidrata i masti prilikom njihove oksidacije do H2O i CO2, koristi se za izvođenje energetski nepovoljne reakcije Fn + ADP (ATP. Budući da se ostatak energije oslobađa tokom oksidacije koju ćelija oslobađa u obliku toplote, rezultat formiranja ATP-a je opšte povećanje poremećaja u Univerzumu, što je u potpunosti u skladu sa drugim zakonom termodinamike.

Najvažniji korak u fazi 2 katabolizma je glikoliza – slijed reakcija koje dovode do razgradnje glukoze. Tokom glikolize, molekul glukoze koji sadrži 6 atoma ugljika pretvara se u 2 molekula piruvata koji sadrže po 3 atoma ugljika. Za ovu transformaciju potrebno je 9 uzastopnih enzimskih reakcija, u kojima se formira niz intermedijarnih spojeva koji sadrže fosfate. (vidi sliku
1.)
Logično gledano, slijed reakcija glikolize može se podijeliti u tri faze: 1) u reakcijama 1-4 (vidi sliku 1) glukoza se pretvara u trougljični aldehid gliceraldehid-3-fosfat (za ovu transformaciju su potrebne dvije fosfatne grupe, i potrebna energija se oslobađa tokom hidrolize
ATP); 2) u reakcijama 5-6 aldehidna grupa svake molekule gliceraldehid-3-fosfata oksidira se u karboksilnu grupu, a energija oslobođena u ovom slučaju se troši na sintezu ATP-a iz ADP-a i Fn; 3) u reakcijama 7-9, ona dva molekula fosfata koja su se pridružila šećeru u prvoj fazi se vraćaju u ADP, što rezultira stvaranjem ATP-a i nadoknadom troškova
ATP u fazi 1.

Slika 1. Intermedijeri glikolize.

Ukupna izlazna energija tokom glikolize svodi se na sintezu dva molekula
ATP (po molekulu glukoze) koji je nastao u reakcijama 5 i 6.
Stoga su ove reakcije kritične za glikolizu. Ove dvije reakcije su jedine u cijelom procesu u kojima se iz Fn formira visokoenergetska fosfatna veza. Neto rezultat ove dvije reakcije je oksidacija aldehida šećera u fosfoglicerolnu kiselinu, prijenos Pn u ADP sa stvaranjem visokoenergetske ATP veze i redukcija NAD+ u NADH.

Za većinu životinjskih ćelija, glikoliza prethodi katabolizmu trećeg stupnja, jer Mliječna kiselina nastala tokom glikolize brzo ulazi u mitohondrije, gdje se oksidira u CO2 i H2O. Međutim, u anaerobnim organizmima i tkivima sposobnim za funkcioniranje u anaerobnim uvjetima, glikoliza može postati glavni izvor ćelijskog ATP-a. U tim slučajevima, molekule piruvata ostaju u citosolu i pretvaraju se u laktat, koji se zatim izlučuje iz ćelije. Potrebna je daljnja konverzija piruvata u ovim reakcijama koje proizvode energiju, zvanom fermentacija, kako bi se u potpunosti iskoristio redukcijski potencijal dobiven u reakciji 5 glikolize i time regenerirao NAD+ neophodan za dalju glikolizu.

Oksidativna fosforilacija.

Oksidativna fosforilacija dozvoljava aerobni organizmi hvataju značajan dio potencijalne slobodne energije oksidacije supstrata.
Moguće objašnjenje za mehanizam oksidativne fosforilacije nudi hemiosmotska teorija. Red lekovite supstance(npr. amobarbital) i otrovi (cijanid, ugljični monoksid) inhibiraju oksidativnu fosforilaciju, obično sa fatalnim posljedicama. Oksidativna fosforilacija je toliko vitalan proces da je poremećaj njegovog normalnog toka nespojiv sa životom. Ovo može objasniti zašto je otkriven samo mali broj genetskih poremećaja koji utiču na ovaj sistem.

Iako je ciklus limunske kiseline dio aerobnog metabolizma, molekularni kisik nije direktno uključen ni u jednu od reakcija u ovom ciklusu koje dovode do stvaranja NADH i FADH2; ovo se dešava samo u završnoj seriji kataboličkih reakcija koje se dešavaju na unutrašnjoj membrani. Gotovo sva energija primljena od ranim fazama oksidacija iz sagorijevanja ugljikohidrata, masti i drugih hranjivih tvari, u početku se pohranjuje u obliku visokoenergetskih elektrona koje nose NADH i FADH.
Ovi elektroni zatim stupaju u interakciju s molekularnim kisikom u respiratornom lancu. Pošto veliku količinu oslobođene energije koriste enzimi u unutrašnjoj membrani za sintezu ATP-a iz ADP-a i Pn-a, ove potonje reakcije se nazivaju oksidativna fosforilacija.

Sinteza ATP-a u reakcijama oksidativne fosforilacije koje se odvijaju u respiratornom lancu ovisi o hemiosmotskom procesu. Mehanizam ovog procesa, prvi put predložen 1961. godine, omogućio je rješavanje problema s kojim se dugo suočavala biologija ćelije.

Ranije se smatralo da se energija za sintezu ATP-a u respiratornom lancu osigurava istim mehanizmom kao i prilikom fosforilacije supstrata: pretpostavljalo se da se energija oksidacije koristi za formiranje visokoenergetske veze između fosfatne grupe i neki međuspojni spoj i da se konverzija ADP-a u ATP vrši brojanjem energije koja se oslobađa kada se ta veza prekine. Međutim, uprkos intenzivnoj potrazi, navodni intermedijer nije pronađen.

Prema hemiosmotskoj hipotezi, umjesto energetski bogatih međuproizvoda, postoji direktna veza između hemijskih procesa („hemi...“) i transportnih procesa (osmotski, od grčkog osmos
- pritisak, pritisak) - hemiosmotska sprega.

Hemiosmotska hipoteza, predložena ranih 60-ih, uključivala je četiri nezavisna postulata u vezi sa funkcijom mitohondrija:

1. Mitohondrijski respiratorni lanac, koji se nalazi u unutrašnjoj membrani, sposoban je da pokreće protone; Kada elektroni prođu kroz respiratorni lanac, H+ se „ispumpava“ iz matrice.

2. Kompleks mitohondrijalnog ATP sintetaze takođe pokreće protone kroz unutrašnju membranu. Budući da je ovaj proces reverzibilan, enzim ne samo da može koristiti energiju hidrolize ATP-a za transport H+ kroz membranu, već ako je protonski gradijent dovoljno velik, protoni počinju da "teku" kroz
ATP sintetaza u obrnutom smjeru, što je praćeno sintezom ATP-a.

3. Unutrašnja membrana mitohondrija je nepropusna za H+, OH- i, općenito, sve anjone i katjone.

4. Unutrašnja mitohondrijalna membrana sadrži niz proteina nosača koji transportuju esencijalne metabolite i neorganske jone.

Prolaskom elektrona visoke energije koje isporučuje NADH i
FADH2, duž respiratornog lanca unutrašnje mitohondrijalne membrane, energija se oslobađa od jednog transportera do drugog, koji se koristi za pumpanje protona (H+) preko unutrašnje membrane iz matriksa u intermembranski prostor. (vidi sliku 2)

Slika 2. Transfer protona uz učešće sistema ATP sintaze (model
Mitchell).

Kao rezultat, stvara se elektrohemijski protonski gradijent preko unutrašnje membrane; Energiju obrnute struje protona “dolje” duž ovog gradijenta koristi membranski vezan enzim ATP sintetaza, koji katalizira stvaranje ATP-a iz ADP-a i Fn, tj. završna faza oksidativne fosforilacije.

Redox lanac oksidativne fosforilacije.

Elektroni se prenose sa NADH na kiseonik pomoću tri velika enzimska kompleksa u respiratornom lancu. Iako su mehanizmi za izdvajanje energije u respiratornom lancu i druge kataboličke reakcije različiti, oni se zasnivaju na opšti principi. Reakcija H2 + 1/2 O2 (H2O se razbija na mnogo malih
"koracima" tako da se oslobođena energija može pretvoriti u vezane oblike umjesto da se rasprši kao toplina. Kao i kod proizvodnje ATP i NADH tokom glikolize ili ciklusa limunske kiseline, ovo uključuje upotrebu indirektnog puta. Ali jedinstvenost respiratornog lanca leži u činjenici da se ovdje prije svega atomi vodika dijele na elektrone i protone.
Elektroni se prenose kroz niz nosača ugrađenih u unutrašnju mitohondrijalnu membranu. Kada elektroni dođu do kraja ovog lanca transporta elektrona, protoni su tu da neutraliziraju negativni naboj koji nastaje kada se elektroni prebace na molekul kisika.

Pratimo proces oksidacije, počevši od formiranja NADH, glavnog akceptora reaktivnih elektrona ekstrahovanih tokom oksidacije molekula nutrijenata. Svaki atom vodika sastoji se od jednog elektrona i jednog protona. Svaki NADH molekul nosi hidridni ion (atom vodonika + dodatni elektron, H:-), a ne samo atom vodika. Međutim, zbog prisustva slobodnih protona u okolnom vodenom rastvoru, prenos hidridnog jona u NADH je ekvivalentan prenosu dva atoma vodika ili molekule vodonika (H:- + H+ (H2).

Prijenos elektrona kroz respiratorni lanac počinje uklanjanjem hidridnog jona
(H:-) iz NADH; u ovom slučaju, NAD+ se regeneriše, a hidridni ion se pretvara u proton i dva elektrona (H:- (H+ + 2e-). Ovi elektroni idu do prvog od više od 15 različitih nosača elektrona u respiratornom lancu. Na u ovoj tački elektroni imaju vrlo visoku energiju, čija se opskrba postepeno smanjuje kako prolaze kroz lanac.Najčešće se elektroni kreću od jednog metalnog atoma do drugog, a svaki od ovih atoma je čvrsto vezan za proteinski molekul koji utječe na njegov afinitet prema elektronima.Važno je napomenuti da su svi proteini – transporteri elektrona – grupisani u tri velika kompleksa respiratornih enzima, od kojih svaki sadrži transmembranske proteine ​​koji čvrsto sidre kompleks u unutrašnjoj membrani mitohondrija.Svaki sljedeći kompleks ima veći afinitet za elektrone od prethodnog.Elektroni se uzastopno prenose iz jednog kompleksa u drugi, sve dok konačno ne pređu na kiseonik koji ima najveći afinitet prema elektronima.

Energija oslobođena tokom transporta elektrona duž respiratornog lanca pohranjuje se u obliku elektrohemijskog gradijenta protona na unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani.

Oksidativna fosforilacija je moguća zbog bliske povezanosti nosača elektrona s proteinskim molekulima. Proteini usmjeravaju elektrone duž respiratornog lanca tako da se uzastopno kreću od jednog enzimskog kompleksa do drugog bez "skakanja" kroz međukarike. Od posebne važnosti je da prijenos elektrona uključuje alosterične promjene u određenim proteinskim molekulima, što rezultira energetski povoljnim protokom elektrona koji uzrokuje pumpanje protona.
(H+) kroz unutrašnju membranu iz matriksa u intermembranski prostor i dalje izvan mitohondrija. Kretanje protona dovodi do dvije važne posljedice: 1) stvara se pH gradijent između dvije strane unutrašnje membrane – u matriksu je pH veći nego u citosolu, gdje je pH vrijednost obično blizu 7,0 (od malih molekuli slobodno prolaze kroz vanjsku membranu mitohondrija, pH u intermembranskom prostoru će biti isti kao u citosolu); 2) na unutrašnjoj membrani se stvara gradijent napona
(membranski potencijal), i unutrašnja strana membrana je nabijena negativno, a vanjska membrana pozitivno. pH gradijent ((pH) uzrokuje jone
H+ se vraća nazad u matriks, a OH- joni iz matrice, čime se pojačava dejstvo membranskog potencijala, pod čijim se uticajem svaki pozitivan naboj privlači u matriks, a svaki negativan naboj iz nje se istiskuje.
Kombinirano djelovanje ove dvije sile rezultira formiranjem elektrohemijskog protonskog gradijenta. Elektrohemijski protonski gradijent proizvodi protonsku pokretačku silu mjerenu u milivoltima (mV).

Energija elektrohemijskog gradijenta protona koristi se za sintezu ATP-a i transport metabolita i neorganskih jona u matriks.

Unutrašnju membranu mitohondrija karakteriše neobično visok sadržaj proteina - sadrži približno 70% proteina po težini i
30% fosfolipida. Mnogi od ovih proteina su dio lanca transporta elektrona koji održava gradijent protona kroz membranu. Druga važna komponenta je enzim ATP sintetaza, koji katalizuje sintezu ATP-a. Ovo je veliki proteinski kompleks kroz koji se protoni vraćaju u matriks duž elektrohemijskog gradijenta. Poput turbine, ATP sintetaza pretvara jedan oblik energije u drugi, sintetizirajući ATP iz ADP i Fn u mitohondrijskom matriksu u reakciji spojenoj sa protokom protona u matriks (vidi sliku 3).

Slika 3. Opšti mehanizam oksidativna fosforilacija.

Ali sinteza ATP-a nije jedini proces koji pokreće energija elektrohemijskog gradijenta. U matriksu, gdje se nalaze enzimi uključeni u ciklus limunske kiseline i druge metaboličke reakcije, potrebno je održavati visoke koncentracije različitih supstrata; posebno, ATP sintetaza zahtijeva ADP i fosfat. Zbog toga se kroz unutrašnju membranu moraju transportovati različiti supstrati koji nose naboj. To se postiže različitim proteinima nosačima ugrađenim u membranu, od kojih mnogi aktivno pumpaju određene molekule protiv njihovih elektrohemijskih gradijenta, tj. izvršiti proces koji zahtijeva energiju. Za većinu metabolita, izvor ove energije je konjugacija sa kretanjem nekih drugih molekula „dole“ duž njihovog elektrohemijskog gradijenta. Na primjer, ADP-ATP antiport sistem je uključen u transport ADP: kada svaki ADP molekul prođe u matriks, jedan ATP molekul ga napusti duž njegovog elektrohemijskog gradijenta. Istovremeno, symport sistem spaja prolazak fosfata u mitohondrije sa protokom H+ koji je tamo usmjeren: protoni ulaze u matriks duž svog gradijenta i istovremeno sa sobom „vuku“ fosfat. Piruvat se na sličan način prenosi u matriks. Energija elektrohemijskog protonskog gradijenta se takođe koristi za transport Ca2+ jona u matriks, koji očigledno igraju važnu ulogu u regulaciji aktivnosti nekih mitohondrijalnih enzima.

Što se više energije elektrohemijskog gradijenta troši na prijenos molekula i iona u mitohondrije, to manje ostaje za sintezu ATP-a.
Na primjer, ako se izolirane mitohondrije stave u okruženje s visokim sadržajem Ca2+, one će potpuno zaustaviti sintezu ATP-a; sva energija gradijenta će se potrošiti na transport Ca2+ u matricu. U nekim specijalizovanim ćelijama, elektrohemijski protonski gradijent
“zaobilaze” na takav način da mitohondrije proizvode toplinu umjesto da sintetiziraju ATP. Očigledno, ćelije su sposobne regulirati korištenje energije iz elektrohemijskog gradijenta protona i usmjeriti je na one procese koji su najvažniji u ovog trenutka.

Brza konverzija ADP-a u ATP u mitohondrijima omogućava održavanje visokog omjera koncentracije ATP/ADP u stanicama. Uz pomoć specijalnog proteina ugrađenog u unutrašnju membranu, ADP se transportuje u matriks u zamjenu za ATP prema principu antiporta. Kao rezultat toga, molekuli ADP-a koji se oslobađaju tokom hidrolize ATP-a u citosolu brzo ulaze u mitohondrije radi “ponovnog punjenja”, dok molekuli ATP-a formirani u matriksu tokom oksidativne fosforilacije također brzo ulaze u citosol gdje su potrebni. U ljudskom tijelu dnevno se proizvode ATP molekuli, što omogućava održavanje koncentracije ATP-a u ćeliji koja je više od 10 puta veća od koncentracije ADP-a.

Tokom oksidativne fosforilacije, svaki par elektrona u NADH daje energiju za formiranje približno tri ATP molekula. Niži energetski par FADH2 elektrona daje energiju za sintezu samo dva ATP molekula. U prosjeku, svaki molekul acetil-CoA koji ulazi u ciklus limunske kiseline proizvodi oko 12 molekula ATP-a. To znači da oksidacijom jednog molekula glukoze nastaje 24 molekula ATP-a, a oksidacijom jednog molekula palmitata, masne kiseline sa 16 atoma ugljika, 96 molekula ATP-a. Ako se uzmu u obzir i egzotermne reakcije koje prethode stvaranju acetil-CoA, ispada da kompletnom oksidacijom jednog molekula glukoze nastaje oko 36 molekula ATP-a, dok potpunom oksidacijom palmitata nastaje približno 129 molekula ATP-a. Ovo su maksimalne vrijednosti, jer zapravo količina ATP-a sintetiziranog u mitohondrijima ovisi o tome koji dio energije protonskog gradijenta odlazi na sintezu ATP-a, a ne na druge procese. Ako uporedimo promjenu slobodne energije pri sagorijevanju masti i ugljikohidrata direktno na CO2 i H2O sa ukupnom količinom energije pohranjene u fosfatnim vezama ATRP-a u procesima biološke oksidacije, ispada da je efikasnost konverzije oksidacije energije u ATP energijačesto prelazi 50%.
Pošto se sva neiskorištena energija oslobađa kao toplota, većim organizmima bi trebalo više efikasne načine odvođenje toplote u okolinu.

Ogromna količina slobodne energije koja se oslobađa tokom oksidacije može se efikasno iskoristiti samo u malim porcijama. Složeni proces oksidacije uključuje mnoge međuproizvode, od kojih se svaki tek neznatno razlikuje od prethodnog. Zbog toga se oslobođena energija razlaže na manje količine, koje se mogu efikasno konvertovati kroz spregnute reakcije u visokoenergetske veze molekula ATP i NADH.

Godine 1960. prvi put je pokazano da se različiti membranski proteini uključeni u oksidativnu fosforilaciju mogu izolirati bez gubitka aktivnosti. Sićušne proteinske strukture koje ih okružuju odvojene su od površine podnesenih mitohondrijskih čestica i pretvorene u rastvorljivi oblik. Iako su submitohondrijske čestice bez ovih sfernih struktura nastavile da oksidiraju NADH u prisustvu kiseonika, do sinteze ATP-a nije došlo. S druge strane, namenske strukture su delovale kao
ATPaza, hidrolizirajući ATP u ADP i Fn. Kada su sferne strukture
(nazvane F1-ATPaze) su dodane submitohondrijskim česticama koje su im bile lišene, a rekonstruisane čestice su ponovo sintetizovale ATP iz ADP i Fn.
F1-ATPaza je dio velikog kompleksa koji proteže membranu i koji se sastoji od najmanje devet različitih polipeptidnih lanaca. Ovaj kompleks se naziva ATP sintetaza; čini oko 15% ukupnog proteina unutrašnje mitohondrijalne membrane.
Vrlo slične ATP sintetaze nalaze se u membranama hloroplasta i bakterija.
Takav proteinski kompleks sadrži transmembranske kanale za protone i javlja se samo kada protoni prolaze kroz te kanale niz njihov elektrohemijski gradijent.

ATP sintetaza može djelovati u suprotnom smjeru – razgraditi
ATP i protoni pumpe. Djelovanje ATP sintetaze je reverzibilno: ona je u stanju da koristi i energiju hidrolize ATP-a za pumpanje protona kroz unutrašnju mitohondrijsku membranu, i energiju protoka protona duž elektrohemijskog gradijenta za sintezu ATP-a. Dakle, ATP sintetaza
je reverzibilni sistem spajanja koji vrši međukonverziju energije elektrohemijskog gradijenta protona i hemijskih veza.
Smjer njegovog djelovanja ovisi o odnosu između strmine gradijenta protona i lokalne vrijednosti (G za hidrolizu ATP-a.

ATP sintetaza je dobila ime zbog činjenice da, u normalnim uslovima, gradijent koji održava respiratorni lanac sintetiše većinu ukupnog ATP ćelije. Nije tačno poznat broj protona potrebnih za sintezu jednog ATP molekula. Kada protoni prođu kroz ATP sintetazu, sintetiše se jedan ATP molekul.

Da li ATP sintetaza djeluje u datom trenutku – bilo da sintetiše ili hidrolizira ATP – ovisi o preciznoj ravnoteži između promjena slobodne energije za prolaz tri protona kroz membranu u matriks i za sintezu ATP-a u matriksu. Kao što je već spomenuto, vrijednost (Gsynthet.ATP je određena koncentracijama tri supstance u mitohondrijskom matriksu - ATP, ADP i Fn. Pri konstantnoj protonskoj pokretačkoj sili, ATP sintetaza će sintetizirati
ATP sve dok odnos ATP-a prema ADP-u i Fn ne dostigne vrednost pri kojoj vrednost (Gsyn.ATP postane tačno jednaka +15,2 kcal/mol. U takvim uslovima, sinteza ATP-a će biti tačno izbalansirana njegovom hidrolizom.

Pretpostavimo da je, zbog reakcija koje zahtijevaju utrošak energije, velika količina ATP-a iznenada hidrolizirana u citosolu, što je dovelo do pada omjera ATP:ADP u mitohondrijskom matriksu. U ovom slučaju, G sintetaza će se smanjiti i ATP sintetaza će se ponovo prebaciti na ATP sintezu sve dok se ne obnovi prvobitni odnos ATP:ADP. Ako se protonska pokretačka sila naglo smanji i održava na konstantnom nivou, tada će ATP sintetaza početi da se razgrađuje ATP, a ova reakcija će se nastaviti sve dok odnos koncentracija ATP-a i ADP-a ne dostigne neku novu vrijednost (pri kojoj (Gsyn.ATP = +13,8 kcal/mol) i tako dalje.

Ako ATP sintetaza normalno ne transportuje H+ iz matriksa, tada respiratorni lanac, koji se nalazi u unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani, u normalnim uslovima prenosi protone preko ove membrane, stvarajući tako elektrohemijski protonski gradijent koji snabdeva energijom za sintezu ATP-a.

Većina nosača elektrona koji čine respiratorni lanac apsorbiraju svjetlost, a njihova oksidacija ili redukcija je praćena promjenom boje. Obično su apsorpcijski spektar i reaktivnost svakog nosača prilično karakteristični, što omogućava praćenje promjena u njegovim stanjima pomoću spektroskopije, čak i u nepročišćenom ekstraktu. To je omogućilo da se takvi transporteri izoluju mnogo prije nego što je njihova prava funkcija postala jasna. Na primjer, citokromi su otkriveni 1925. godine kao spojevi koji se brzo oksidiraju i redukuju u organizmima raznolikim poput kvasca, bakterija i insekata. Posmatranjem ćelija i tkiva pomoću spektroskopa, bilo je moguće identifikovati tri tipa citohroma, koji su se razlikovali po spektru apsorpcije i nazvani su citohromi a, b i c. Ćelije sadrže nekoliko tipova svake vrste citokroma, a klasifikacija po tipu ne odražava njihovu funkciju.

Najjednostavniji nosač elektrona je mali hidrofobni molekul rastvoren u lipidnom dvosloju koji se zove ubikinon ili koenzim Q. On je sposoban da prihvati ili donira jedan ili dva elektrona i privremeno pokupi proton iz medijuma dok se svaki elektron prenosi.

Slika 4. Struktura ubikinona.

Dišni lanac sadrži tri velika enzimska kompleksa ugrađena u unutrašnju membranu

Membranske proteine ​​je teško izolovati kao intaktne komplekse jer su u većini netopivi vodeni rastvori, a supstance kao što su deterdženti i urea neophodne za njihovu solubilizaciju mogu poremetiti normalne interakcije proteina i proteina. Međutim, početkom 1960-ih. Utvrđeno je da je korištenjem relativno blagih jonskih deterdženata, kao što je deoksiholat, moguće otopiti neke komponente unutrašnje membrane mitohondrija u njihovom prirodnom obliku. Ovo nam je omogućilo da identifikujemo i izolujemo tri glavna kompleksa respiratornih enzima vezanih za membranu duž puta od NADH do kiseonika.

Slika 5. Kompleksi respiratornih enzima.

1. Kompleks NADH dehidrogenaze, najveći od kompleksa respiratornih enzima, ima molekulsku težinu od preko 800.000 i sadrži više od 22 polipeptidna lanca. On prihvata elektrone iz NADH i prenosi ih kroz flavin i najmanje pet gvožđe-sumpornih centara do ubikinona, male molekule rastvorljive u mastima koja prenosi elektrone do drugog kompleksa respiratornih enzima, b-c1 kompleksa.

2. B-c1 kompleks se sastoji od najmanje 8 različitih polipeptidnih lanaca i vjerovatno postoji kao dimer sa molekulskom težinom od 500.000.
Svaki monomer sadrži tri teme povezane s citokromom i protein željezo-sumpor. Kompleks prihvata elektrone iz ubikinona i prenosi ih na citokrom c, mali protein periferne membrane, koji ih zatim prenosi u kompleks citokrom oksidaze.
3. Kompleks citokrom oksidaze (citokrom aa3) je najviše proučavan od tri kompleksa. Sastoji se od najmanje osam različitih polipeptidnih lanaca i izolovan je kao dimeri sa molekulskom težinom od 300.000; Svaki monomer sadrži dva citokroma i dva atoma bakra.Ovaj kompleks prihvata elektrone iz citokroma c i prenosi ih na kiseonik.

Citokromi, gvožđe-sumporni centri i atomi bakra su sposobni da prenesu samo jedan elektron u isto vreme. U međuvremenu, svaki NADH molekul daje dva elektrona i svaki molekul O2 mora prihvatiti 4 elektrona kada formira molekul vode. U lancu transporta elektrona postoji nekoliko mjesta za prikupljanje i distribuciju elektrona gdje se usklađuje razlika u broju elektrona. Na primjer, kompleks citokrom oksidaze prima 4 elektrona iz molekula citokroma c pojedinačno i na kraju ih prenosi na jednu vezanu molekulu O2, što dovodi do stvaranja dvije molekule vode. U srednjim fazama ovog procesa, dva elektrona odlaze do hema citokroma a i atoma bakra vezanog za proteine, Cua, prije nego što se presele na mjesto vezanja kisika. Zauzvrat, mjesto vezivanja kisika sadrži još jedan atom bakra i hem citokroma a3. Međutim, mehanizam za formiranje dva molekula vode kao rezultat interakcije vezane molekule O2 sa četiri protona nije tačno poznat.

U većini stanica, oko 90% cjelokupnog apsorbiranog kisika stupa u interakciju s citokrom oksidazom. Toksičnost otrova kao što su cijanid i azid povezana je s njihovom sposobnošću da se čvrsto vežu za kompleks citokrom oksidaze i na taj način blokiraju sav transport elektrona.

Dvije komponente koje prenose elektrone između tri glavna enzimska kompleksa respiratornog lanca - ubikinona i citokroma c - brzo se kreću difuzijom u ravnini membrana.

Sudari između ovih mobilnih nosača i enzimskih kompleksa mogu dobro objasniti uočenu brzinu prijenosa elektrona (svaki kompleks donira i prihvata jedan elektron svakih 5-10 milisekundi). Stoga, nema potrebe pretpostaviti strukturni poredak lanca transportnih proteina u lipidnom dvosloju; u stvari, enzimski kompleksi očigledno postoje u membrani kao nezavisne komponente i uređeni prenos elektrona je obezbeđen samo specifičnošću funkcionalnih interakcija između komponenti lanca.

Tome u prilog govori i činjenica da su različite komponente respiratornog lanca prisutne u potpunosti različite količine. Na primjer, u mitohondrijama srca, za svaki molekul kompleksa NADH dehidrogenaze postoje 3 molekula | kompleks b-c1 kompleksa, 7 molekula kompleksa citokrom oksidaze, 9 molekula citokroma c i 50 molekula ubikinona; vrlo različiti omjeri ovih proteina također se nalaze u nekim drugim stanicama.

Značajan pad redoks potencijala u svakom od tri kompleksa respiratornog lanca osigurava energiju potrebnu za pumpanje protona.

Par kao što su H2O i SO2 (ili NADH i NAD+) naziva se konjugirani redoks par, jer se jedan od njegovih članova pretvara u drugi ako se dodaju jedan ili više elektrona i jedan ili više protona (ovi posljednji su uvijek dovoljni u bilo kojoj vodenoj rješenje). Tako, na primjer, SO2 + 2e + 2H+ (H2O

Dobro je poznato da mješavina spojeva u omjeru 50:50 koja formira konjugirani kiselinsko-bazni par djeluje kao pufer koji održava određeni “pritisak protona” (pH), čija je vrijednost određena konstantom disocijacije kiseline. Na potpuno isti način, 50:50 mješavina komponenata para održava određeni "pritisak elektrona", ili redoks potencijal, E, koji služi kao mjera afiniteta molekula nosača za elektrone.

Postavljanjem elektroda u otopinu s odgovarajućim redoks parovima moguće je izmjeriti redoks potencijal svakog nosača elektrona uključenog u biološke redoks reakcije. Parovi spojeva s najnegativnijim vrijednostima redoks potencijala imaju najmanji afinitet prema elektronu, tj. sadrže nosioce sa najmanjom tendencijom da prihvate elektrone i najvećom tendencijom da ih doniraju. Na primjer, mješavina NADH i NAD+ (50:50) ima redoks potencijal od -320 mV, što ukazuje na snažnu sposobnost NADH da donira elektrone, dok je redoks potencijal mješavine jednakih količina H2O i SO2 + 820 mV, što ukazuje na jaku tendenciju 02 da prihvati elektrone.

Oštra promjena se događa unutar svakog od tri glavna respiratorna kompleksa. Razlika potencijala između bilo koja dva nosača elektrona direktno je proporcionalna energiji koja se oslobađa kada elektron prijeđe s jednog nosača na drugi. Svaki kompleks djeluje kao uređaj za pretvaranje energije, usmjeravajući ovu slobodnu energiju da pomiče protone kroz membranu, što rezultira stvaranjem elektrokemijskog protonskog gradijenta dok elektroni prolaze kroz kolo.

Da bi mehanizam transformacije energije koji je u osnovi oksidativne fosforilacije funkcionisao, neophodno je da svaki enzimski kompleks respiratornog lanca bude na određeni način orijentisan u unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani – tako da se svi protoni kreću u istom pravcu, tj. iz matriksa. spolja. Ova vektorska organizacija membranskih proteina je demonstrirana korištenjem posebnih sondi koje ne prodiru u membranu, a koje su korištene za obilježavanje kompleksa samo na jednoj strani membrane. Specifična orijentacija u dvosloju karakteristična je za sve membranske proteine ​​i veoma je važna za njihovu funkciju.
Mehanizmi pumpanja protona komponentama respiratornog lanca.

U procesu oksidativne fosforilacije tokom oksidacije jedne molekule
NADH (tj. kada dva elektrona prođu kroz sva tri enzimska kompleksa) ne nastaju više od tri molekula ATP-a. Ako pretpostavimo da povratni prolaz tri protona kroz ATP sintetazu osigurava sintezu jednog ATP molekula, možemo zaključiti da je u prosjeku prijenos jednog elektrona svakim kompleksom praćen kretanjem jednog i po protona.
(drugim riječima, kada transportuju jedan elektron, neki kompleksi pumpaju jedan proton, dok drugi pumpaju dva protona). Vjerovatno je da različite komponente respiratornog lanca imaju različite mehanizme za povezivanje transporta elektrona s kretanjem protona. Alosterične promjene u konformaciji proteinske molekule povezane s transportom elektrona mogu, u principu, biti praćene „pumpanjem“ protona, baš kao što se protoni pomiču kada preokrenu djelovanje ATP sintetaze. Sa svakim prijenosom elektrona, kinon hvata proton iz vodenog medija, koji zatim donira oslobađanjem elektrona. Budući da se ubikinon slobodno kreće u lipidnom dvosloju, može prihvatiti elektrone blizu unutrašnje površine membrane i prenijeti ih na b-c1 kompleks blizu njegove vanjske površine, pomičući jedan proton kroz dvosloj za svaki preneseni elektron. Složeniji modeli također mogu objasniti kretanje dva protona po elektronu od strane b-c1 kompleksa, pod pretpostavkom da ubikinon više puta prolazi kroz b-c1 kompleks u određenom smjeru.

Nasuprot tome, čini se da molekuli koji prenose elektrone u kompleks citokrom oksidaze ne prenose protone, u kom slučaju je transport elektrona vjerovatno povezan s nekom alosteričnom promjenom u konformaciji proteinskih molekula, kao rezultat toga neki dio proteinskog kompleksa sama prenosi protone.
Djelovanje rastavljača.

Od 40-ih godina prošlog vijeka poznat je niz lipofilnih slabih kiselina koje mogu djelovati kao sredstva za razdvajanje, tj. ometaju spregu transporta elektrona sa sintezom ATP-a. Kada se ova organska jedinjenja male molekularne težine dodaju ćelijama, mitohondrije prestaju da proizvode ATP dok nastavljaju da apsorbuju kiseonik. U prisustvu agensa za odvajanje, brzina transporta elektrona ostaje visoka, ali se ne stvara protonski gradijent.
Ovo je jednostavno objašnjenje za ovaj efekat: agensi za odvajanje (npr. dinitrofenol, tiroksin) djeluju kao H+ nosači (H+ jonofori) i otvaraju dodatni put - više ne kroz ATP sintetazu - za protok H+ kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu. ( 13, 2000(
Kontrola disanja.

Kada se ćelijama doda agens za razdvajanje kao što je dinitrofenol, unos kiseonika u mitohondrije značajno se povećava kako se povećava brzina prenosa elektrona. Ovo ubrzanje je zbog postojanja kontrole disanja. Vjeruje se da se ova kontrola zasniva na direktnom inhibitornom efektu elektrohemijskog gradijenta protona na transport elektrona. Kada elektrohemijski gradijent nestane u prisustvu rastavljača, više nekontrolisani transport elektrona dostiže svoju maksimalnu brzinu. Sve veći gradijent usporava respiratorni lanac, a transport elektrona usporava. Štoviše, ako se u eksperimentu umjetno stvori neobično visok elektrokemijski gradijent na unutrašnjoj membrani, tada će se normalan transport elektrona potpuno zaustaviti, a u nekim dijelovima respiratornog lanca može se otkriti obrnuti tok elektrona. Ovo sugerira da respiratorna kontrola odražava jednostavnu ravnotežu između promjene slobodne energije u kretanju protona povezane s transportom elektrona i promjene slobodne energije u samom transportu elektrona.Veličina elektrohemijskog gradijenta utječe i na brzinu i smjer transporta elektrona, kao i na i na smjer djelovanja ATP sintetaze.

Kontrola disanja je samo dio složenog sistema međusobno povezanih regulatornih mehanizama povratnih informacija koji koordiniraju stope glikolize, razgradnje masnih kiselina, reakcija ciklusa limunske kiseline i transporta elektrona. Brzina svih ovih procesa zavisi od omjera
ATP:ADP - povećavaju se kada se ovaj odnos smanji kao rezultat povećane upotrebe ATP-a. Na primjer, ATP sintetaza unutrašnje mitohondrijalne membrane radi brže kada se povećaju koncentracije njenih supstrata, odnosno ADP i Fn. Što je veća brzina ove reakcije, više protona teče u matricu, čime se elektrohemijski gradijent brže rasipa; a smanjenje gradijenta, zauzvrat, dovodi do ubrzanja transporta elektrona.

Mitohondrije u smeđem masnom tkivu su generatori toplote.
Svi kičmenjaci u u mladosti Za stvaranje topline, pored mehanizma mišićnog tremora, potreban je termogeni uređaj. Ova vrsta uređaja je posebno važna za životinje koje hiberniraju. Mišići u stanju tremora se kontrahuju čak i u odsustvu opterećenja, koristeći kontraktilne proteine ​​za hidrolizu ATP-a na uobičajen način za mišićne ćelije i oslobađajući kao toplotu svu energiju potencijalno dostupnu tokom hidrolize
ATP. Potreba za posebnim termogenim uređajem određena je čvrsto povezanom oksidativnom fosforilacijom normalnih mitohondrija. Kada bi se ovaj proces mogao razdvojiti, kao što je to u prisustvu dinitrofenola, mogao bi poslužiti kao adekvatan uređaj za proizvodnju topline; upravo to se dešava u mitohondrijama smeđe masti. Iako ovi mitohondriji imaju konvencionalnu reverzibilnu ATPazu, oni također imaju transmembransku protonsku translokazu, kroz koju se protoni mogu vratiti u matriks i električnim putem zaobići ATPazu. Ako je ovaj proces dovoljan da održi redoks potencijal vodonika znatno ispod 200 mV, sinteza ATP-a postaje nemoguća i proces oksidacije se odvija slobodno, što rezultira oslobađanjem cjelokupne energije u obliku topline.

Ciklus limunske kiseline (ciklus trikarboksilne kiseline, Krebsov ciklus).

Ciklus limunske kiseline je niz reakcija koje se odvijaju u mitohondrijima koje kataboliziraju acetilne grupe i oslobađaju ekvivalente vodika; kada se potonji oksidiraju, slobodna energija se opskrbljuje iz resursa tkiva tkiva. Acetilne grupe nalaze se u acetil-CoA (aktivnom acetatu), tioesteru koenzima A.

Glavna funkcija ciklusa limunske kiseline je da je to uobičajeni konačni put za oksidaciju ugljikohidrata, proteina i masti, jer se glukoza, masne kiseline i aminokiseline metaboliziraju u acetil-CoA ili u intermedijere ciklusa. Ciklus limunske kiseline također igra ulogu glavna uloga u procesima glukoneogeneze, transaminacije, deaminacije i lipogeneze.Iako se veliki broj ovih procesa odvija u mnogim tkivima, jetra je jedini organ u kojem se odvijaju svi ovi procesi. Zbog toga ozbiljne posledice uzrokuje štetu veliki brojćelije jetre ili njihova zamjena vezivno tkivo. O vitalnoj ulozi ciklusa limunske kiseline svjedoči i činjenica da su genetske promjene u enzimima koji katalizuju reakcije ciklusa kod ljudi gotovo nepoznate, jer je prisustvo takvih poremećaja nespojivo sa normalnim razvojem.

Otvaranje CTK-a.

Postojanje takvog ciklusa za oksidaciju piruvata u životinjskim tkivima prvi je predložio Hans Krebs 1937. godine. Na ovu ideju došao je kada je proučavao uticaj anjona različitih organskih kiselina na brzinu apsorpcije kiseonika suspenzijama drobljenog prsnih mišića goluba, u kojem je došlo do oksidacije piruvata.

Prsne mišiće karakteriše izuzetno visoka brzina disanja, što ih čini posebno pogodnim objektom za proučavanje oksidativne aktivnosti. Krebs je također potvrdio da druge organske kiseline ranije otkrivene u životinjskim tkivima (jantarna, jabučna, fumarna i oksaloacetatna) stimuliraju oksidaciju piruvata. Osim toga, otkrio je da oksidacija piruvata mišićno tkivo stimulisana šestougljičnim trikarboksilnim kiselinama - limunskom, cis-akonitnom i izocitričnom, kao i petougljičnom (-ketoglutarnom kiselinom. Testirane su još neke prirodne organske kiseline, ali nijedna nije pokazala sličnu aktivnost. Sama priroda stimulativnog efekt privukao je pažnju aktivnih kiselina: čak i mala količina bilo koje od njih bila je dovoljna da izazove oksidaciju višestruko veće količine piruvata.

Jednostavni eksperimenti, kao i logično zaključivanje, omogućili su Krebsu da predloži da je ciklus, koji je nazvao ciklus limunske kiseline, glavni put za oksidaciju ugljikohidrata u mišićima. Nakon toga, ciklus limunske kiseline pronađen je u gotovo svim tkivima viših životinja i biljaka i u mnogim aerobnim mikroorganizmima. Za to važno otkriće Krebs je nagrađen 1953 nobelova nagrada. Eugene Kennedy i Albert
Leninger je kasnije pokazao da se sve reakcije ciklusa limunske kiseline dešavaju u mitohondrijima životinjskih ćelija. Ne samo da su svi enzimi i koenzimi ciklusa limunske kiseline pronađeni u izolovanim mitohondrijama jetre štakora; ovdje, kako se ispostavilo, svi enzimi i proteini koji su potrebni za posljednja faza disanje, tj. za prijenos elektrona i oksidativnu fosforilaciju. Stoga se mitohondrije s pravom nazivaju „elektranama“ ćelije.

Ciklus počinje interakcijom molekula acetil-CoA s oksaloacetatom (oksaloacetatom), što rezultira stvaranjem trikarboksilne kiseline sa šest ugljika koja se zove limunska kiselina.
Nakon toga slijedi niz reakcija tokom kojih se oslobađaju dva CO2 molekula i regeneriše oksaloacetat. Budući da je količina oksaloacetata potrebna za pretvaranje velikog broja acetilnih jedinica u CO2 vrlo mala, može se smatrati da oksaloacetat ima katalitičku ulogu.

Ciklus limunske kiseline je mehanizam koji hvata većinu slobodne energije oslobođene tokom oksidacije ugljikohidrata, lipida i proteina. Prilikom oksidacije acetil-CoA, zbog aktivnosti niza specifičnih dehidrogenaza, nastaju redukcijski ekvivalenti u obliku vodonika ili elektrona. Potonji ulaze u respiratorni lanac; Kada ovaj lanac funkcionira, dolazi do oksidativne fosforilacije, odnosno sintetizira se ATP.

Enzimi ciklusa limunske kiseline su lokalizovani u mitohondrijskom matriksu, gde su ili u slobodnom stanju ili na unutrašnjoj površini unutrašnje mitohondrijalne membrane; u potonjem slučaju olakšava se prijenos redukcijskih ekvivalenata na enzime respiratornog lanca lokalizirane u unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani.

TCA reakcije.

Inicijalnu reakciju, kondenzaciju acetil-CoA i oksaloacetata, katalizira kondenzacijski enzim, citrat sintetaza, formirajući ugljik-ugljik vezu između metilnog ugljika acetil-CoA i karbonilnog ugljika oksaloacetata. Reakcija kondenzacije koja dovodi do stvaranja citril-CoA praćena je hidrolizom tioetarske veze, praćena gubitkom velika količina slobodna energija u obliku toplote; ovo određuje tijek reakcije s lijeva na desno dok se ne završi:

Acetil-CoA + Oksaloacetat + H2O > Citrat + CoA-SH

Pretvorbu citrata u izocitrat katalizira akonitaza, koja sadrži željezo. Ova reakcija se odvija u dvije faze: prvo dolazi do dehidracije sa stvaranjem cis-akonitata (njegov dio ostaje u kompleksu sa enzimom), a zatim do hidratacije i stvaranja izocitrata:

Citrat? cis -Aconitate? Izocitrat – H2O

Reakcija je inhibirana fluoroacetatom, koji se prvo pretvara u fluoroacetil-CoA; potonji se kondenzira sa oksaloacetatom u fluorocitrat. Direktni inhibitor akonitaze je fluorocitrat; nakon inhibicije, citrat se akumulira.

Eksperimenti sa intermedijerima pokazuju da akonitaza asimetrično stupa u interakciju s citratom: uvijek djeluje na dio molekula citrata koji je nastao iz oksaloacetata.
Moguće je da cis-akonitat nije obavezni intermedijer između citrata i izocitrata i da se formira na sporednoj grani glavnog puta.

Izocitrat dehidrogenaza zatim katalizira dehidrogenaciju da nastane oksalosukcinat. Opisana su tri različita oblika izocitrat dehidrogenaze. Jedan od njih, NAD zavisan, nalazi se samo u mitohondrijima. Druga dva oblika su zavisna od NADP-a, od kojih se jedan također nalazi u mitohondrijima, a drugi u citosolu. Oksidacija izocitrata povezana s respiratornim lancem događa se gotovo isključivo
NAD-ovisni enzim:
Izocitrat + NAD+ ? Oksalosukcinat (u kombinaciji sa enzimom) ? alfa-ketoglutarat + CO2+ NADH2

Slika 5. Reakcije Krebsovog ciklusa.

Nakon toga slijedi dekarboksilacija kako bi se formirao alfa-ketoglutarat, koji je također kataliziran izocitrat dehidrogenazom. Važna komponenta reakcije dekarboksilacije su joni Mg2+ (ili Mn2+). Na osnovu dostupnih podataka, oksalosukcinat nastao u međufazi reakcije ostaje u kompleksu sa enzimom.

Alfa-ketoglutarat se, zauzvrat, podvrgava oksidativnoj dekarboksilaciji sličnoj oksidativnoj dekarboksilaciji piruvata: u oba slučaja supstrat je alfa-keto kiselina. Reakcija je katalizirana kompleksom alfa-ketoglutarat dehidrogenaze i zahtijeva učešće istog skupa kofaktora - tiamin difosfata, lipoata, NAD+, FAD i
CoA; Kao rezultat, formira se sukcinil-CoA, tioester koji sadrži vezu visoke energije.

Ketoglutorat + NAD+ + CoA-SH > Sukcinil-CoA + CO2 + NADH+H+

Ravnoteža reakcije je toliko snažno pomaknuta prema stvaranju sukcinil-CoA da se može smatrati fiziološki jednosmjernom. Kao i kod oksidacije piruvata, reakciju inhibira arsenat, što dovodi do akumulacije supstrata (alfaketoglutarat).

Nastavak ciklusa je konverzija sukcinil-CoA u sukcinat, katalizirana sukcinat tiokinazom (sukcinil-CoA sintetaza):

Sukcinil-CoA + FN + HDF? Sukcinat + GTP + CoA-SH

Jedan od supstrata reakcije je HDP (ili IDP), iz kojeg nastaje GTP (ITP) u prisustvu neorganskog fosfata. Ovo je jedina faza ciklusa limunske kiseline tokom koje se stvara visokoenergetska fosfatna veza na nivou supstrata; Tokom oksidativne dekarboksilacije β-ketoglutarata, potencijalna količina slobodne energije dovoljna je za stvaranje NADH i visokoenergetske fosfatne veze. U reakciji koju katalizira fosfokinaza, ATP se može formirati iz GTP ili ITP. Na primjer:

GTP+ADP (GDP+ATP.

U alternativnoj reakciji koja se javlja u ekstrahepatičnim tkivima i katalizirana sukcinil-CoA acetoacetat-CoA transferazom, sukcinil-CoA se pretvara u sukcinat zajedno s konverzijom acetoacetata u acetoacetil-CoA. Jetra ima aktivnost diacilaze, koja osigurava hidrolizu dijela sukcinil-CoA da nastane sukcinat i CoA.

Sukcinat + FAD (fumarat + FADH2

Prvu dehidrogenaciju katalizira sukcinat dehidrogenaza vezana za unutrašnju površinu unutrašnje mitohondrijalne membrane.
Ovo je jedina reakcija dehidrogenaze TCA ciklusa, tokom koje dolazi do direktnog transfera sa supstrata na flavoprotein bez učešća NAD+. Enzim sadrži FAD i protein željezo-sumpor. Kao rezultat dehidrogenacije nastaje fumarat. Kao što su pokazali eksperimenti koji koriste izotope, enzim je stereospecifičan za trans vodikove atome metilenskih grupa sukcinata. Dodatak malonata ili oksaloacetata inhibira sukcinat dehidrogenazu, što dovodi do akumulacije sukcinata.

Fumaraza (fumarat hidrotaza) katalizira dodavanje vode fumaratu kako bi se formirao malat:

Fumarat +H2O (L-malat

Fumaraza je specifična za L-izomer malata; katalizira dodavanje komponenti molekule vode na dvostrukoj vezi fumarata u trans konfiguraciji.
Malat dehidrogenaza katalizira konverziju malata u oksaloacetat, reakciju koja uključuje NAD+:

L-malat + NAD+ (0ksaloacetat + NADH2

Iako je ravnoteža ove reakcije snažno pomjerena u smjeru malata, ona se zapravo odvija u smjeru oksaloacetata, budući da on, zajedno sa
NADH se stalno troši u drugim reakcijama.

Enzimi ciklusa limunske kiseline, sa izuzetkom alfa-ketoglutarat i sukcinat dehidrogenaze, također se nalaze izvan mitohondrija. Međutim, neki od ovih enzima (npr. malat dehidrogenaza) se razlikuju od odgovarajućih mitohondrijalnih enzima.

Energetika ciklusa limunske kiseline.

Kao rezultat oksidacije katalizirane dehidrogenazama TCA ciklusa, za svaki molekul acetil-CoA koji se katabolizira tokom jednog ciklusa, formiraju se tri molekula NADH i jedan molekul FADH2. Ovi redukcijski ekvivalenti se prenose u respiratorni lanac koji se nalazi u mitohondrijalnoj membrani.
Kako redukcijski ekvivalenti NADH putuju duž lanca, oni stvaraju tri visokoenergetske fosfatne veze kroz formiranje ATP-a iz ADP-a kroz proces oksidativne fosforilacije. Zahvaljujući
FADH2 stvara samo dvije visokoenergetske fosfatne veze jer FADH2 prenosi reducirajuće ekvivalente na koenzim Q i stoga zaobilazi prvi dio lanca oksidativne fosforilacije u respiratornom lancu. Još jedan visokoenergetski fosfat se stvara na jednom od mjesta ciklusa limunske kiseline, odnosno na nivou supstrata, tokom konverzije sukcinil-CoA u sukcinat. Tako se tokom svakog ciklusa formira 12 novih visokoenergetskih fosfatnih veza.

Regulacija ciklusa limunske kiseline.

Osnovni procesi koji opskrbljuju i pohranjuju energiju u ćelijama mogu se opisati u opštem obliku na sledeći način: glukoza piruvat (acetil-CoA masne kiseline

Regulacija ovog sistema, između ostalog, mora garantovati konstantno snabdevanje ATP-om srazmerno trenutno postojećim energetskim potrebama, obezbediti pretvaranje viška ugljenih hidrata u masne kiseline putem piruvata i acetil-CoA, i istovremeno kontrolisati ekonomičnu potrošnju masne kiseline kroz acetil-CoA kao ključni ulazni proizvod u ciklus limunske kiseline.

Ciklus limunske kiseline opskrbljuje elektronima sistem za transport elektrona, u kojem je tok elektrona povezan sa sintezom ATP-a i, u manjoj mjeri, dovodi reducirajuće ekvivalente u sisteme za biosintezu intermedijarnih proizvoda. U principu, ciklus ne može teći brže nego što to dozvoljava korištenje proizvedenog ATP-a. Kada bi se sav ćelijski ADP pretvorio u ATP, ne bi moglo biti daljeg protoka elektrona iz NADH, koji se akumulira, do 02. Zbog odsustva NAD+, neophodnog učesnika u procesima dehidrogenacije ciklusa, potonji bi prestati funkcionisati. Postoje suptilniji regulatorni uređaji koji moduliraju djelovanje enzima u samom ciklusu limunske kiseline.

Sukcinat dehidrogenaza se nalazi u unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani. Svi ostali enzimi su otopljeni u matriksu koji ispunjava unutrašnji prostor mitohondrija. Mjerenja relativnih količina ovih enzima i koncentracije njihovih supstrata u mitohondrijima pokazuju da se svaka reakcija odvija istom brzinom. Jednom kada piruvat (ili drugi potencijalni izvor acetil-CoA) uđe u mitohondrijski matriks, cijeli ciklus se odvija unutar ovog odjeljka.

Na nekim mjestima, stimulacija ili inhibicija je određena relativnim koncentracijama NADH/NAD, ATP/ADP ili AMP, acetil-CoA/CoA ili sukcinil-CoA/CoA. Kada su ovi omjeri visoki, ćelija je dovoljno opskrbljena energijom i protok kroz ciklus je usporen; kada su oni niski, ćelija doživljava potrebu za energijom i protok kroz ciklus se ubrzava.

Kako nepovratna reakcija, povezujući metabolizam ugljikohidrata s ciklusom limunske kiseline, reakcija piruvat dehidrogenaze mora biti dobro kontrolirana. To se postiže na dva načina. Prvo, enzim, koji je aktiviran s nekoliko glikolitičkih intermedijera, kompetitivno je inhibiran vlastitim proizvodima - NADH i acetil-
SoA. Uz sve ostale stvari jednake, povećanje NADH/NAD+ omjera sa 1 na 3 uzrokuje smanjenje brzine reakcije za 90% i povećanje acetil-
CoA/CoA dovodi do kvantitativno sličnog efekta. Efekat se pojavljuje odmah. Efekti drugog regulatornog uređaja nastaju sporije, ali traju duže. Uz jezgro svakog molekula dihidrolipoiltransacetilaze je oko pet molekula piruvat dehidrogenaze kinaze, koja na račun ATP-a katalizira fosforilaciju serinskog ostatka u β-lancu komponente piruvat dehidrogenaze.
Jednom fosforiliran, enzim nije u stanju da dekarboksilira piruvat.

Kada dođe do oksidacije masnih kiselina, piruvat dehidrogenaza je značajno inhibirana. Očigledno, ovaj fenomen se objašnjava pratećim procesom oksidacije visoke koncentracije ATP, acetil-CoA i NADH.
Većina tkiva sadrži višak piruvat dehidrogenaze, tako da se nakon hranjenja u jetri, kao iu mišićnom i masnom tkivu životinja u mirovanju, samo 40, 15 odnosno 10% piruvat dehidrogenaze nalazi u aktivnom, nefosforiliranom formu. Kada se poveća potražnja za ATP, povećavaju se koncentracije NAD+, CoA i ADP zbog upotrebe NADH, acetil-CoA i ATP, a kinaza se inaktivira. Međutim, fosfataza nastavlja da funkcioniše, reaktivirajući dehidrogenazu.
Povećanje Ca2+ može aktivirati mitohondrijalnu fosfatazu.

Sinteza citrata je korak koji ograničava brzinu ciklusa limunske kiseline.
Regulacija ove faze dolazi zbog male, ali prilično značajne inhibicije citrat sintetaze NADH i sukcinil-CoA.
Glavni uticaj na brzinu sinteze citrata ima zaliha supstrata.

Aktivnost izocitrat dehidrogenaze se reguliše u zavisnosti od koncentracija Mg2+, izocitrata, NAD+, NADH i AMP. Pored centara za vezivanje supstrata za NAD+, izocitrat i Mg2+, enzim takođe ima pozitivna i negativna efektorska mesta. Izocitrat je pozitivan efektor; njegovo vezivanje je kooperativno, tj. vezivanje na bilo kojem mjestu olakšava vezivanje na drugim. Oba mjesta vezivanja za AMP stimuliraju aktivnost enzima.

Dakle, aktivnost enzima je određena omjerima NAD+/NADH i AMP/ATP.

AMP je pozitivan efektor kompleksa (-ketoglutarat dehidrogenaze), koji u tom pogledu liči na izocitrat dehidrogenazu.U fiziološkim koncentracijama i sukcinil-CoA i NADH imaju inhibitorni učinak, a čini se da je koncentracija sukcinil-CoA glavni faktor kontrolišu brzinu procesa.
Sukcinat dehidrogenaza podsjeća na izocitrat dehidrogenazu po tome što supstrat (sukcinat) funkcionira kao pozitivan alosterički efektor. Oksaloacetat je snažan inhibitor, ali nije jasno da li je ova kontrola efikasna u normalnim uslovima.

U ciklusu limunske kiseline, četiri u vodi rastvorljiva vitamina B obavljaju specifične funkcije. Riboflavin je dio FAD-a, koji je kofaktor kompleksa alfa-ketoglutarat dehidrogenaze i sukcinat dehidrogenaze. Niacin je dio NAD, koji je koenzim tri dehidrogenaze u ciklusu: izocitrat dehidrogenaze, alfa-ketoglutorat dehidrogenaze i malat dehidrogenaze. Tiamin
(vitamin B1) je dio tiamin difosfata, koji je koenzim alfa-ketoglutarat dehidrogenaze. Pantotenska kiselina dio je koenzima A, koji je kofaktor koji veže aktivne acilne ostatke.

Makroergijska jedinjenja i makroergijske veze.

U stanicama, slobodna energija koja se oslobađa kao rezultat kataboličkog razgradnje hranjivih tvari može se koristiti za izvođenje mnogih kemijskih reakcija koje zahtijevaju energiju.
Energija se skladišti u obliku energetski bogatih hemijskih veza posebne klase spojeva, od kojih su većina anhidridi fosforne kiseline (nukleozid trifosfati).

Postoje visokoenergetski i niskoenergetski fosfati. Konvencionalna granica za ove dvije grupe spojeva je vrijednost slobodne energije hidrolize fosfatne veze. Stoga, visokoenergetski fosfati imaju energetski bogat, visokoenergetski
(makroergijska) veza.

Energija veze se definira kao razlika u slobodnim energijama spojeva koji sadrže ovu vezu i jedinjenja koja nastaju nakon njenog pucanja.
Makroergijskim (energetski bogatim) vezama smatraju se one čija hidroliza mijenja slobodnu energiju sistema na više od 21 kJ/mol.
Centralnu ulogu u energetskoj razmjeni ćelija svih tipova ima adenin nukleotidni sistem, koji uključuje ATP, ADP i AMP, kao i neorganske jone fosfata i magnezijuma. ATP je termodinamički nestabilna molekula i hidrolizira se u ADP i AMP. Upravo ta nestabilnost omogućava ATP-u da služi kao nosilac hemijske energije neophodne za zadovoljenje većine energetskih potreba ćelija. Osim ATP-a, spojevi s energetski bogatim vezama također uključuju UTP, CTP, GTP, TTP, kreatin fosfat, pirofosfat, neke tioestre (na primjer, acetil-CoA), fosfoenolpiruvat, 1,3-bisfosfoglicerat i niz drugih jedinjenja .

Kada se ATP hidrolizira u standardnim uslovima, promjena slobodne energije je -30,4 kJ/mol. IN fiziološka stanja stvarna slobodna energija hidrolize terminalne fosfatne veze ATP-a će biti različita i pristupačna
-50,0 kJ/mol.

Moguće je nekoliko opcija za oslobađanje energije fosfatnih veza
ATP. Glavna opcija je cijepanje terminalnog fosfata ATP-a (ATP+H2O
(ADP+H3PO4). Druga opcija je pirofosfatno cijepanje ATP-a (ATP+H20
(AMP+H4P2O7). Ova vrsta reakcije se mnogo rjeđe koristi u biohemijskim procesima.

Akumulacija energije u specifičnim fosfatnim vezama ATP-a je u osnovi mehanizma prijenosa energije u živoj ćeliji. Postoji razlog za vjerovanje da u ćeliji postoje tri glavna tipa prijelaza energije ATP-a: u energiju kemijskih veza, u toplinsku energiju i energiju koja se troši na rad (osmotska, električna, mehanička itd.).

Vitamin PP.

vitamin PP ( nikotinska kiselina, nikotinamid, niacin) se naziva antipelagrimični vitamin (od italijanskog: Preventivna pelagra -
"prevencija pelagre"), budući da je njeno odsustvo uzrok bolesti koja se zove pelagra.

Nikotinska kiselina je poznata od davnina, ali ju je tek 1937. godine izolovao K. Elweheim iz ekstrakta jetre i pokazalo se da davanje nikotinske kiseline (ili njenog amida – nikotinamida) ili preparata jetre onemogućava razvoj ili liječi pelagra.

Nikotinska kiselina je piridinsko jedinjenje koje sadrži karboksilnu grupu (nikotinamid se razlikuje po prisustvu amidne grupe).

Vitamin PP je slabo rastvorljiv u vodi (oko 1%), ali je veoma rastvorljiv u vodenim rastvorima alkalija. Nikotinska kiselina kristalizira u obliku bijelih iglica.

Većina karakteristične karakteristike pelagra (od italijanskog pelle agra
- gruba koža), su lezije kože (dermatitis), gastrointestinalnog trakta (proljev) i poremećaji nervna aktivnost(demencija).

Dermatitis je najčešće simetričan i zahvaća ona područja kože koja su izložena direktnoj sunčevoj svjetlosti: stražnja površina ruke, vrat, lice; koža postaje crvena, zatim smeđa i hrapava. Intestinalne lezije se izražavaju u razvoju anoreksije, mučnine i bolova u abdomenu, te dijareje. Proljev dovodi do dehidracije. Sluzokoža debelog crijeva prvo se upali, a zatim ulcerira.
Specifični za pelagru su stomatitis, gingivitis, lezije jezika sa otokom i pukotinama. Oštećenje mozga se izražava u glavoboljama, vrtoglavicama, pojačanoj razdražljivosti, depresiji i drugim simptomima, uključujući psihoze, psihoneuroze, halucinacije i druge. Simptomi pelagre posebno su izraženi kod pacijenata sa nedovoljnom proteinskom ishranom.
Utvrđeno je da je to zbog nedostatka triptofana, koji je prekursor nikotinamida, djelimično sintetiziranog u tkivima ljudi i životinja, kao i nedostatka niza drugih vitamina.

Vitamin PP igra ulogu koenzima u dehidrogenazama zavisnim od NAD
(učesnici u tkivnom disanju), metabolizam ugljikohidrata i aminokiselina, NADP-ovisni enzimi (pentozni šant i sinteza lipida), NMN zavisni enzimi (alkohol dehidrogenaza i jabučni enzim). Njegova uloga kao supstrata poli-ADP-ribozilacije nije ništa manje važna. Ovaj proces učestvuje u šivanju hromozomskih prekida i u radu reparaznog sistema, a takođe ima (sa nedostatkom NAD) ključna vrijednost u mehanizmu nekrobioze i apoptoze ćelija, posebno visoko aerobnih.

Pokazalo se da brojne dehidrogenaze koriste samo NAD ili NADP, dok druge mogu katalizirati redoks reakcije u prisustvu bilo kojeg od njih. U procesu biološke oksidacije, NAD i NADP djeluju kao međuprenosnici elektrona i protona između oksidiranog supstrata i flavin enzima.

Glavni izvori nikotinske kiseline i njenog amida su pirinač, hleb, krompir, meso, jetra, bubrezi, šargarepa i druga hrana.

Mikrosomalna oksidacija.

Monooksigenazne reakcije.

Živi organizmi sadrže grupu brojnih i raznolikih enzima zvanih monooksigenaze. U tipičnom slučaju, jedan atom molekule kiseonika nalazi se u novoj hidroksidnoj grupi supstrata, drugi se redukuje u vodu tokom reakcije. U skladu s tim, reakcija se mora odvijati uz učešće enzima, supstrata, kiseonika i nekog redukcionog sredstva.

Dopamin-(-monooksigenaza), prisutna u mozgu i hromafinskom tkivu, katalizuje hidroksilaciju 3,4-dioksifeniletilamina u norepinefrin.

Fenol monooksigenaze se nalaze u bakterijama, biljkama, insektima, kao iu jetri i koži sisara. Polimerizacija o-kinona, nastala kao rezultat lanca reakcija kataliziranih ovim enzimima, leži u osnovi stvaranja melanina.

Enzimi koji kataliziraju reakcije u kojima su oba molekularna atoma kisika ugrađena u produkte reakcije nazivaju se diooksigenaze.
Trenutno poznati enzimi ove grupe mogu sadržavati hem ili ne-hem željezo kao aktivnu grupu, a neki zahtijevaju (-ketoglutarat) za svoje djelovanje.

Gvožđe-(-ketoglutarat dioksigenaze) su enzimi ovisni o gvožđu koji kataliziraju hidroksilaciju supstrata u procesu u kojem (- ketoglutarat podliježe oksidativnoj dekarboksilaciji u sukcinat:
M + O2 + (-ketoglutarat M-OH + sukcinat + CO2

Citohromi su redoks enzimi.

Dalji prenos elektrona sa CoQH2 na O2 vrši se citokromskim sistemom. Ovaj sistem sastoji se od niza proteina koji sadrže hem
(hemeproteini), koje je 1886. otkrio K. McMunn. Svi oni imaju protetsku hemsku grupu, blisku hemu hemoglobina. Citohromi se međusobno razlikuju ne samo po svojoj prostetičkoj grupi, već i po proteinskim komponentama. Svi citokromi, posebno u reduciranom obliku, imaju karakteristične apsorpcione spektre; vrijednosti redoks potencijala su također različite.

U raširenom mehanizmu hidroksilacije uvođenjem jednog atoma kisika, funkcionalni atom željeza nalazi se u hem grupi citokroma, citokromu P450. Ovi citohromi se nalaze u membranama jetrenog ER, u mitohondrijama korteksa nadbubrežne žlijezde, u bubrežnom rubu četkice i u plazma membrane razne bakterije.
Katalizirana reakcija je ista kao i za sve druge monooksigenaze.

MH + O2 + 2e + 2H+ (MOH + H2O

Citokromi P450 iz jetre spadaju među inducibilne enzime; to znači da se količina prisutnog enzima može povećati 25 puta uvođenjem jednog od brojnih stranih spojeva, kao što su fenobarbital ili metilholantren. Citokromi neutraliziraju ksenobiotike i također ograničavaju vrijeme tokom kojeg neki lijekovi mogu ostati aktivni. Liječenje nekih oblika akutna intoksikacija može biti olakšano uvođenjem induktora, koji je u ovom slučaju općenito bezopasan.

Citohromi P450 korteksa nadbubrežne žlijezde nalaze se u mitohondrijalnoj membrani, gdje dva odvojena enzima kataliziraju, respektivno, cijepanje bočnih lanaca kolesterola do pregnenolona i reakcije hidroksilacije različitih steroida.

Citohrom P450 katalizira stvaranje hidroksilnih grupa tokom sinteze žučnih kiselina, steroidni hormoni, tokom katabolizma niza supstanci i razmjene stranih spojeva.

Prvi sistem prenosa elektrona pronađen u mikrosomima je sistem za redukciju citokroma b5 zbog NADH; citokrom b5 reducira NADH-citokrom b5 reduktaza, koja sadrži jednu
FAD, koji kruži između potpuno redukovanih i oksidiranih oblika. Citokrom b5 je čvrsto vezan za EPS svojom ekstenzivnom hidrofobnom regijom. Iako je vanjska površina citokroma regije gdje se nalazi hem hidrofilna, ona leži u dubokom hidrofobnom pukotinu, sa karboksilnim grupama propionske kiseline orijentiranim prema van.
Redukovani citokrom b5 polako se autooksidira i formira superoksid anion. Ovaj mehanizam može biti glavni generator superoksida u ćelijama jetre.

Peroksidazni put za iskorištavanje kisika.

Molekularni kiseonik je paramagnetičan jer sadrži dva nesparena elektrona sa paralelnim spinovima. Ovi elektroni su na različitim orbitalama jer dva elektrona ne mogu zauzeti istu orbitalu osim ako su njihovi spinovi suprotni.
U skladu s tim, redukcija kisika direktnim uvođenjem para elektrona u njegove djelomično popunjene orbitale je nemoguća bez "obrnuća" spina jednog od dva elektrona. Spin inhibicija redukcije može se prevladati uzastopnim dodavanjem pojedinačnih elektrona. Potpuna redukcija O2 u 2H2O zahtijeva 4 elektrona; Tokom redukcije jednog elektrona, superoksid, vodikov peroksid i hidroksidni radikal se pojavljuju kao međuproizvodi. Ovi proizvodi su vrlo reaktivni i njihovo prisustvo može predstavljati prijetnju integritetu živih sistema. Zapravo, OH, najmutageniji proizvod jonizujućeg zračenja, izuzetno je moćno oksidaciono sredstvo koje može napasti sve. organska jedinjenja. Redukcija kisika jednim elektronom pokreće lanac reakcija koje dovode do stvaranja OH:

O2 + e (O2 (1)

O2 + H (HO2 (2)

O2+ HO2 + H (H2O2+O2 (3)

Superoksidni anion nastao u reakciji (1) može se protonirati u hidroperoksidni radikal (2). Reakcija (3) je spontana dismutacija koja dovodi do stvaranja H2O2+O2. Kombinacija ovih reakcija sugerira da će svaki sistem koji proizvodi O2 uskoro sadržavati i H2O2.

Ksantin oksidaza, aldehid oksidaza i brojni flavoproteini formiraju O2 i H2O2, što se javlja i prilikom spontane oksidacije hemoglobina, feredoksina, hidrokinona redukovanih citokromom b5, tetrahidropteridina i adrenalina. Prijetnja stanicama koja proizlazi iz reaktivnosti O2 i H2O2 eliminiše se djelovanjem enzima koji efikasno neutraliziraju ova jedinjenja.

Enzimska antioksidativna zaštita.

Superoksid dismutaze kataliziraju reakciju

O2 + O2+ 2H(H2O2 + O2
Ovi enzimi se nalaze u svim ćelijama koje dišu, kao iu raznim fakultativnim anaerobne bakterije. Superoksid dismutaze su metaloenzimi.
Njihov katalitički ciklus uključuje redukciju i oksidaciju iona metala, kao što su Cu, Mn ili Fe, na aktivnom mjestu.

Aktivnost katalaze uočena je u gotovo svim životinjskim stanicama i organima. Jetra, crvena krvna zrnca i bubrezi su bogati izvori katalaza. Ova aktivnost se također nalazi u svim biljnim materijalima i u većini mikroorganizama osim obveznih anaerobnih. U svakom slučaju, katalaza vjerovatno sprečava nakupljanje štetnog H2O2 koji nastaje tokom aerobne oksidacije redukovanih flavoproteina i iz O2. Jedan molekul katalaze može razgraditi 44.000 molekula H2O2 u sekundi. U stvari, enzim ne zahtijeva gotovo nikakvu aktivacijsku energiju, a brzina reakcije je u potpunosti određena difuzijom. Katalaza reaguje sa H2O2 i formira relativno stabilan kompleks enzim-supstrat.

Iako su peroksidaze relativno rijetke u životinjskim tkivima, slaba aktivnost peroksidaze je otkrivena u jetri i bubrezima. Leukociti sadrže verdoperoksidazu, koja je odgovorna za peroksidazno djelovanje gnoja. Ćelije fagocita sadrže mijeloperoksidazu, koja oksidira ione halogena, kao što je I, u slobodni halogen, efikasno baktericidno sredstvo.

Reakcije katalaze i peroksidaze mogu se zapisati na sljedeći način:

+ 2H2O +

R 2H2O + R

ALI ON JE O

Neenzimska antioksidativna zaštita.

Askorbinska kiselina (vitamin C).

Vitamin C se lako oksidira u dehidroaskorbinsku kiselinu, koja je nestabilna u alkalnoj sredini, u kojoj dolazi do hidrolize laktonskog prstena da nastane diketogulonska kiselina.

Askorbinska kiselina je neophodna za različite biološke oksidativne procese. Vitamin aktivira oksidaciju n-hidroksifenilpirogrožđane kiseline homogenatima jetre. U prisustvu kiseonika, rastvori koji sadrže fero-ione i askorbat katalizuju hidroksilaciju brojnih jedinjenja. Vitamin je antioksidans, učestvuje u metabolizmu fenilalanina, tirozina, peptidnih hormona, u sintezi masti i proteina, neophodan je za stvaranje kolagena, pomaže u održavanju integriteta vezivnog i osteoidnog tkiva, ima antikancerogeno dejstvo, sprečava stvaranje kancerogenih nitrozamina, te je uključen u distribuciju i akumulaciju željeza.

vitamin E.

Vitamin je izolovan iz ulja pšeničnih klica 1936. godine i nazvan je tokoferol. U njemu se nalazi sedam tokoferola, derivata matičnog jedinjenja tokola prirodni izvori; Među njima, (-tokoferol) ima najveću rasprostranjenost i najveću biološku aktivnost.
Tokoferoli su označeni grčkim slovima: alfa, beta, gama i delta.

Vitamin štiti ćelijske strukture od uništavanja slobodnim radikalima, učestvuje u biosintezi hema, sprečava stvaranje krvnih ugrušaka, učestvuje u sintezi hormona, podržava imunitet, ima antikancerogeno dejstvo, obezbeđuje normalno funkcionisanje mišiće.

Slika 6. Mehanizam djelovanja vitamina.

Tkivo životinja s nedostatkom vitamina E, posebno srčani i skeletni mišići, brže troše kisik od tkiva normalnih životinja. (-Tokoferol nije lako podložan reverzibilnoj oksidaciji.
Povećana potrošnja kisika u mišićima s nedostatkom vitamina očito je povezana s peroksidacijom nezasićenih masnih kiselina.
U drugim tkivima, kao što je jetra, to dovodi do poremećaja mitohondrijalne strukture i smanjenog disanja. Postoje dokazi da peroksidacija nezasićenih masnih kiselina u endoplazmatskom retikulumu mišićnih stanica dovodi do oslobađanja lizozomalnih hidrolaza, što rezultira razvojem mišićne distrofije. Sve manifestacije nedostatka vitamina su sekundarni fenomeni uzrokovani nedostatkom inhibicije peroksidne oksidacije polinezasićenih masnih kiselina.

Klasična manifestacija nedostatka vitamina E kod laboratorijskih životinja je neplodnost. Kod muškaraca, najraniji uočljivi znak nedostatka je nepokretnost spermatozoida. Uočava se i niz drugih promjena: degeneracija epitela bubrežnih tubula, depigmentacija prednjih zuba. Druga manifestacija nedostatka vitamina E je in vitro hemoliza crvenih krvnih zrnaca u prisustvu peroksida ili derivata aloksana. Kod štakora s produženim nedostatkom vitamina razvija se mišićna distrofija sa simptomima progresivne paralize stražnjih udova, smanjuje se sadržaj kreatina u mišićima, javlja se kreatinurija, a izlučivanje kreatinina blago se smanjuje. Nedostatak vitamina A može se razviti i zbog oksidativnog razaranja potonjeg zbog nedostatka vitamina s antioksidativnim svojstvima u ishrani. Manifestacije hipervitaminoze su mučnina, vrtoglavica i tahikardija.

Vitamin R.

Vitamin P (rutin, citrin) izolovao je 1936. A. Szent-Györgyi iz limunove kore. Pojam “vitamin P” kombinuje grupu supstanci sa sličnom biološkom aktivnošću: katehini, halkoni, flavini, itd. Svi oni imaju aktivnost P-vitamina i njihova struktura se zasniva na difenilpropanskom ugljeničnom “kosturu” hromona ili flavona (uobičajeni ime
"bioflavonoidi").

Bioflavonoidi stabiliziraju temeljnu tvar vezivnog tkiva inhibirajući hijaluronidazu, što potvrđuju podaci o pozitivnom djelovanju P-vitaminski preparati, poput askorbinske kiseline, za prevenciju i liječenje skorbuta, reume, opekotina itd. Ovi podaci ukazuju na blisku funkcionalnu povezanost vitamina C i P u redoks procesima organizma.

S nedostatkom bioflavonoida ili njihovim nedostatkom u hrani, propusnost se povećava krvni sudovi, praćeno krvarenjima i krvarenjem, također se primjećuje opšta slabost, brza zamornost i bol u udovima.

Glavni izvori vitamina su biljnih proizvoda ishrana
(posebno povrće i voće), koji sadrže mnogo vitamina C.
Industrija vitamina proizvodi niz lijekova sa aktivnošću P-vitamina: katehini čaja, rutin, hesperidin, naringin i drugi.

Zaključak.

Problem koji je istaknut u ovom radu danas je veoma važan dio biohemije, gdje, uprkos postignutom napretku, ostaju mnoga pitanja i praznine.

Poznavanje problema bioorganske hemije neophodno je i važno u praksi svakog lekara, jer aktivni razvoj farmakologije i pojava mnogih novih lekova omogućava, poznavajući biohemiju procesa koji se odvijaju u telu, da utiče na njih i leči mnoge bolesti. na ćelijskom nivou, stimulišući energetske procese na nivou mitohondrija.

Bilo koji iznenadna smrt povezana s hipoksijom, koja je praćena nakupljanjem velikih količina mliječne kiseline u tijelu zbog supresije funkcije šatl mehanizama, a kao rezultat toga nastaje acidoza. Tokom hipoksije, formiraju se neograničeno slobodni radikali a lipidna peroksidacija se događa intenzivno, praćena nepovratnim oštećenjem stanica. Proučavanje kršenja mehanizama biološke oksidacije i metoda korekcije važno je u liječenju patologija kardiovaskularnih i respiratorni sistemi, starosne patologije, upala. Ovo znanje je od posebnog značaja u intenzivnoj njezi, tokom anestezije, jer se nivo mliječne kiseline značajno povećava tokom operacija pod anestezijom, na primjer, ketamina ili etrana; pod utjecajem narkotičnih supstanci, procesi oksidacije i fosforilacije se prekidaju. Zbog toga je toliko važno imati najviše kompletno znanje i informativne podatke, čija procjena može pružiti maksimalne mogućnosti za predviđanje toka bolesti.

Bibliografija:

1. Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J.

Molekularna biologija ćelija: U 3 toma, 2. izdanje, trans i dop. T.1.

Per. sa engleskog – M.: Mir, 1994 – 517 str., ilustr.

2. Byshevsky A.Sh., Tersenov O.A. Biohemija za doktora. Ekaterinburg:

Izdavačko-štamparsko preduzeće "Ural Worker". -

1994. – 384 str.

3. Vinogradov A.D. Mitohondrijska mašina za sintezu ATP-a: petnaest godina kasnije.//Biohemija. – 1999. – T.64. Broj 11 – str.1443-

4. Galkin M.A., Syroeshkin A.V. Kinetički mehanizam reakcije sinteze

ATP kataliziran mitohondrijskom F0-F1-ATPazom.//Biochemistry. –

1999 – T.64. Broj 10 – str.1393-1403

5. Grinstein B., Grinstein A. Visual biochemistry. – M.: “Medicina”

2000. – str.68-69, 84-85

6. Zaichik A.Sh., Churilov L.P. Osnove opšta patologija. Dio 2. Osnove patohemije. - St. Petersburg. – 2000. – 384 str.

7. Kozinec G.I. Fiziološki sistemi osoba. – M.: “Triada-X”

2000 – str.156-164

8. Korovina N.A., Zakharova I.N., Zaplatnikov A.L. Prevencija nedostatka vitamina i mikroelemenata kod djece (referentni vodič za ljekare). – Moskva, 2000

9. Leninger A. Osnove biohemije. – M.: Mir – 1991 – 384 str.

10. Murray R., Grenner D., Mayes P., Rodwell W. Ljudska biohemija: B2-x vol. T.1 Prevod s engleskog: - M.: Mir - 1993 - 384 str.

11. Nikolaev A.Ya. Biološka hemija. Udžbenik za med specijalista. univerziteti –

M.: postdiplomske škole. – 1989. – 495 str.

13. Samartsev V.N. Masne kiseline kao razdvojioci oksidativne fosforilacije // Biokemija. – 2000. – T.65.Br.9 – str.1173-1189

14. Skulachev V.P. Kiseonik u živoj ćeliji: dobro i zlo // Soros obrazovni časopis. – 1996. – br. 3 – str.4-10

15. Skulachev V.P. Evolucija bioloških mehanizama skladištenje energije.// Soros obrazovni časopis. – 1997. – br. 5 – str.11-

16. Skulachev V.P. Strategije evolucije i kisik // Priroda. – 1998. -

br. 12 – str. 11-20

17. Tuteljan V.A., Alekseeva I.A. Antioksidativni vitamini: opskrba stanovništva i značaj u prevenciji hronične bolesti.// Klinička farmakologija i terapiju. – 1995. - br. 4

Biološka oksidacija - je skup redoks transformacija razne supstance u živim organizmima. Redox reakcije su reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskog stanja atoma zbog preraspodjele elektrona između njih.

Vrste bioloških oksidacionih procesa:

1)aerobna (mitohondrijska) oksidacija dizajniran za ekstrakciju energije nutrijenata uz učešće kiseonika i akumulaciju je u obliku ATP-a. Aerobna oksidacija se još naziva tkivno disanje, od kada se pojavi, tkiva aktivno troše kiseonik.

2) anaerobna oksidacija- Ovo je pomoćna metoda izvlačenja energije iz supstanci bez učešća kiseonika. Anaerobna oksidacija je od velike važnosti kada postoji nedostatak kiseonika, kao i pri intenzivnom mišićnom radu.

3) mikrozomalna oksidacija Namenjen za neutralizaciju lekova i otrova, kao i za sintezu raznih supstanci: adrenalina, norepinefrina, melanina u koži, kolagena, masnih kiselina, žučnih kiselina, steroidnih hormona.

4) oksidacija slobodnih radikala neophodan za regulaciju obnavljanja i propusnosti ćelijskih membrana.

Glavni put biološke oksidacije je mitohondrijski, povezano sa opskrbom tijela energijom u obliku dostupnom za upotrebu. Izvori energije za ljude su različita organska jedinjenja: ugljeni hidrati, masti, proteini. Kao rezultat oksidacije, hranjive tvari se razlažu u finalne proizvode, uglavnom CO 2 i H 2 O (razgradnjom proteina također nastaje NH 3). Oslobođena energija u ovom slučaju akumulira se u obliku energije hemijskih veza visokoenergetskih jedinjenja, uglavnom ATP-a.

Makroergijski nazivaju se organska jedinjenja živih ćelija koja sadrže veze bogate energijom. Hidroliza visokoenergetskih veza (označena vijugavom linijom ~) oslobađa više od 4 kcal/mol (20 kJ/mol). Makroergijske veze nastaju kao rezultat preraspodjele energije kemijskih veza tokom metaboličkog procesa. Većina visokoenergetskih spojeva su anhidridi fosforne kiseline, na primjer, ATP, GTP, UTP, itd. Adenozin trifosfat (ATP) zauzima centralno mjesto među supstancama s visokoenergetskim vezama.

adenin – riboza – P ~ P ~ P, gdje je P ostatak fosforne kiseline

ATP se nalazi u svakoj ćeliji u citoplazmi, mitohondrijima i jezgrama. Reakcije biološke oksidacije praćene su prijenosom fosfatne grupe na ADP uz stvaranje ATP-a (ovaj proces se naziva fosforilacija). Dakle, energija se pohranjuje u obliku molekula ATP-a i, ako je potrebno, koristi se za obavljanje različitih vrsta poslova (mehaničkih, električnih, osmotskih) i za izvođenje procesa sinteze.

Sistem za objedinjavanje oksidacionih supstrata u ljudskom tijelu

Direktna upotreba hemijske energije sadržane u molekulima hrane je nemoguća, jer kada se intramolekularne veze pokidaju, oslobađa se ogromna količina energije, što može dovesti do oštećenja ćelija. To hranljive materije, ulazeći u tijelo, mora proći niz specifičnih transformacija, tokom kojih dolazi do višestepene razgradnje složenih organskih molekula na jednostavnije. To omogućava postupno oslobađanje energije i skladištenje u obliku ATP-a.

Proces transformacije raznih složene supstance u jedan energetski supstrat tzv ujedinjenje. Postoje tri faze ujedinjenja:

1. Pripremna faza javlja se u probavnom traktu, kao iu citoplazmi tjelesnih ćelija . Velike molekule se razlažu na svoje sastavne strukturne blokove: polisaharide (škrob, glikogen) - do monosaharida; proteini – do aminokiselina; masti – do glicerola i masnih kiselina. Ovo oslobađa malu količinu energije (oko 1%), koja se rasipa kao toplota.

2. Transformacije tkiva počinju u citoplazmi stanica i završavaju u mitohondrijima. Nastaju još jednostavniji molekuli, a broj njihovih tipova je značajno smanjen. Nastali proizvodi su zajednički za metaboličke puteve različite supstance: piruvat, acetil-koenzim A (acetil-CoA), α-ketoglutarat, oksaloacetat, itd. Najvažniji od ovih jedinjenja je acetil-CoA - ostatak sirćetna kiselina, za koji je koenzim A, aktivni oblik vitamina B 3 (pantotenska kiselina), vezan makroergijskom vezom preko sumpora S. Procesi razgradnje proteina, masti i ugljikohidrata konvergiraju u fazi formiranja acetil-CoA, nakon čega se formira jedan metabolički ciklus. Ovu fazu karakterizira djelomično (do 20%) oslobađanje energije, čiji se dio akumulira u obliku ATP-a, a dio se raspršuje u obliku topline.

3. Mitohondrijski stadijum. Proizvodi nastali u drugoj fazi ulaze u ciklički oksidativni sistem - ciklus trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus) i povezani mitohondrijski respiratorni lanac. U Krebsovom ciklusu, acetil-CoA se oksidira u CO 2 i vodik se vezuje za nosače - NAD + H 2 i FAD H 2. Vodik ulazi u respiratorni lanac mitohondrija, gdje se kisikom oksidira do H 2 O. Ovaj proces prati oslobađanje približno 80% energije hemijskih veza tvari, od kojih se dio koristi za stvaranje ATP-a, a dio se oslobađa u obliku topline.

		Ugljikohidrati (polisaharidi)
I pripremni; Oslobađa se 1% hranljive energije (u obliku toplote);	amino kiseline		glicerol, masna kiselina
II transformacije tkiva; 20% energije kao toplota i ATP	acetil-CoA (CH 3 -CO~SKOA)
III mitohondrijski stadijum; 80% energije (oko polovina je u obliku ATP-a, ostatak je u obliku toplote).	Ciklus trikarboksilne kiseline Respiratorni lanac mitohondrija O 2

Klasifikacija i karakteristike glavnih oksidoreduktaza u tkivima

Važna karakteristika biološke oksidacije je da se odvija pod dejstvom određenih enzima (oksidoreduktaza). Svi potrebni enzimi za svaku fazu se kombinuju u ansamble, koji su, po pravilu, fiksirani na različitim ćelijskim membranama. Kao rezultat koordiniranog djelovanja svih enzima, kemijske transformacije se provode postupno, kao na pokretnoj traci. U ovom slučaju, produkt reakcije jedne faze je polazno jedinjenje za sljedeću fazu.

Klasifikacija oksidoreduktaza:

1. Dehidrogenaze izvršiti uklanjanje vodika iz oksidiranog supstrata:

SH 2 + A → S +AH 2

U procesima koji uključuju obnavljanje energije, najčešći tip reakcije biološke oksidacije je dehidrogenacija, odnosno odvajanje dva atoma vodika od oksidiranog supstrata i njihov prijenos u oksidant. Zapravo, vodonik se u živim sistemima ne nalazi u obliku atoma, već je zbir protona i elektrona (H+ i ē), čiji su putevi kretanja različiti.

Dehidrogenaze su kompleksnih proteina, njihovi koenzimi (neproteinski dio kompleksnog enzima) mogu biti i oksidacijski i redukcijski agens. Uzimanjem vodika iz supstrata, koenzimi se pretvaraju u reducirani oblik. Reducirani oblici koenzima mogu donirati protone i elektrone vodika drugom koenzimu koji ima veći redoks potencijal.

1) PREKO + - i NADP + -zavisne dehidrogenaze(koenzimi - NAD+ i NADP+ - aktivni oblici vitamina PP ). Dodaju se dva atoma vodika iz oksidiranog supstrata SH2, što rezultira stvaranjem reducirane forme - NAD + H2:

SH 2 + NAD + ↔ S + NAD + H 2

2) FAD zavisne dehidrogenaze(koenzimi FAD i FMN su aktivni oblici vitamina B2). Oksidacijske sposobnosti ovih enzima omogućavaju im da prihvate vodonik i direktno iz oksidirajuće supstrate i iz redukovanog NADH 2. U tom slučaju nastaju reducirani oblici FAD·H 2 i FMN·H 2.

SH 2 + FAD ↔ S + FAD N 2

NAD + H 2 + FMN ↔ NAD + + FMN H 2

3) koenzimQili ubikinon, koji može dehidrogenirati FAD H 2 i FMN H 2 i dodati dva atoma vodika, pretvarajući se u CoQ H 2 ( hidrokinon):

FMN H 2 + KoQ ↔ FMN + KoQ H 2

2. Nosioci heminskih elektrona koji sadrže željezo – citohromib, c 1 , c, a, a 3 . Citohromi su enzimi koji pripadaju klasi hromoproteina (obojeni proteini). Predstavljen je neproteinski dio citokroma heme, koji sadrži gvožđe i po strukturi je blizak hemu hemoglobina.Jedan molekul citokroma je sposoban da reverzibilno prihvati jedan elektron, a oksidaciono stanje gvožđa se menja:

citokrom(Fe 3+) + ē ↔ citokrom(Fe 2+)

Citohromi aa 3 formiraju kompleks tzv citokrom oksidaza. Za razliku od drugih citohroma, citokrom oksidaza je u stanju da stupi u interakciju sa kiseonikom, konačnim akceptorom elektrona.

Biološka oksidacija, skup oksidacijskih reakcija koje se javljaju u svim živim stanicama. Glavna funkcija O. b. - obezbjeđivanje tijela energijom u obliku dostupnom za upotrebu. Reakcije O. b. u stanicama ih kataliziraju enzimi grupirani u klasu oksidoreduktaza. O. u ćelijama je povezan sa prenošenjem tzv. redukcijski ekvivalenti (RE) - atomi vodika ili elektroni - od jednog jedinjenja - donora, do drugog - akceptora. U aerobima - većini životinja, biljaka i mnogih mikroorganizama - konačni akceptor VE je kisik. Dobavljači RE mogu biti i organske i neorganske supstance (vidi tabelu). Glavni način korištenja energije oslobođene tijekom O. je njeno nakupljanje u molekulima adenozin trifosforne kiseline (ATP) i drugim visokoenergetskim jedinjenjima. b., praćen sintezom ATP-a iz adenozin difosforne kiseline (ADP) i anorganskog fosfata, javlja se tokom glikolize, oksidacije a-ketoglutarne kiseline i tokom prijenosa VE u lanac oksidativnih (respiratornih) enzima, koji se obično nazivaju oksidativni fosfosfat (vidi dijagram). Tokom disanja, ugljikohidrati, masti i proteini prolaze kroz višestepenu oksidaciju, što dovodi do smanjenja glavnih dobavljača VE za respiratorne flavine, nikotinamid adenin dinukleotida (NAD), nikotinamid adenin dinukleotid fosfata (NADP) i lipoične kiseline. Redukcija ovih spojeva se najvećim dijelom odvija u ciklusu trikarboksilne kiseline, čime se završavaju glavni putevi oksidativne razgradnje ugljikohidrata (počinje glikolizom), masti i aminokiselina. Pored ciklusa trikarboksilne kiseline, tokom oksidacije masnih kiselina, kao i tokom oksidativne deaminacije glutaminske kiseline (NAD) i pentozofosfatnog ciklusa nastaju i neki redukovani koenzimi - FAD (flavin adenin dinukleotid) i NAD ( smanjen NADP). Istovremeno se razvijao pravac u kojem se klasifikacija enzima zasnivala na vrsti reakcije koja prolazi kroz katalitičko djelovanje. Uz enzime koji ubrzavaju reakcije hidrolize (hidrolaze), proučavani su enzimi koji učestvuju u reakcijama prijenosa atoma i atomskih grupa (feraze), izomerizaciji (izomeraza), cijepanju (lyase), raznim sintezama (sintetazama) itd. Ovaj pravac u klasifikacija enzima se pokazala najplodonosnijom, jer je ujedinila enzime u grupe ne prema namišljenim, formalnim karakteristikama, već prema vrsti najvažnijih biohemijskih procesa koji su u osnovi životne aktivnosti bilo kojeg organizma. Po ovom principu svi enzimi se dijele u 6 klasa.1. Oksidoreduktaze - ubrzavaju oksidaciono-redukcione reakcije. 2. Transferaze - ubrzavaju reakcije transfera funkcionalnih grupa i molekularnih ostataka. 3. Hidrolaze - ubrzavaju reakcije hidrolitičke razgradnje. 4. Liaze - ubrzavaju nehidrolitičko cijepanje sa supstrata određene grupe atoma da formiraju dvostruku vezu (ili se grupe atoma dodaju duž dvostruke veze). 5. Izomeraze - ubrzavaju prostorna ili strukturna preuređivanja unutar jednog molekula. 6. Ligaze - ubrzavaju reakcije sinteze povezane s raspadom energetski bogatih veza.

• 
  Oksidacija biološki. Oksidacija biološki,skup reakcija oksidacija


• 
  Biološki oksidacija protiče kroz složeni mehanizmi uz učešće velikog broja enzima. U mitohondrijama oksidacija dešava se u...


• 
  Prve etape ovog puta poklapaju se sa anaerobnim oksidacija glukoze.
  Biološki Značaj procesa glikolize je prvenstveno u stvaranju energetski bogatih...


• 
  Oksidacija biološki,skup reakcija oksidacija


• 
  Oksidacija biološki,skup reakcija oksidacija, koji se javlja u svim živim ćelijama.


• 
  Oksidacija biološki,skup reakcija oksidacija, koji se javlja u svim živim ćelijama. Glavni... više ».

BIOLOŠKA OKSIDACIJA , skup reakcija oksidacije koje se javljaju u svim živim stanicama. Glavna funkcija je opskrbiti tijelo energijom. Biološka oksidacija je povezana s prijenosom takozvanih redukcijskih ekvivalenata - atoma vodika ili elektrona - sa donora na akceptor. U aerobima - većini životinja, biljaka i mnogih mikroorganizama - konačni akceptor redukcijskih ekvivalenata je kisik. Dobavljači redukcijskih ekvivalenata mogu biti i organske i neorganske tvari. Reakcije biološke oksidacije kataliziraju enzimi klase oksidoreduktaze. Tokom disanja, ugljikohidrati, masti i proteini prolaze kroz višestepenu oksidaciju, što dovodi do smanjenja glavnih dobavljača redukcijskih ekvivalenata za respiratorni lanac: flavina, NAD, NADP i lipoične kiseline. Redukcija ovih spojeva se najvećim dijelom odvija u ciklusu trikarboksilne kiseline, čime se završavaju glavni putevi oksidativne razgradnje ugljikohidrata (počinje glikolizom), masti i aminokiselina. Određena količina reduciranih koenzima - FAD i NAD - nastaje tokom oksidacije masnih kiselina, kao i tokom oksidativne deaminacije glutaminske kiseline (NAD) i u ciklusu pentoza fosfata (redukovani NADP). Glavni način korištenja energije koja se oslobađa tijekom biološke oksidacije je njena akumulacija u molekulima ATP-a i drugih visokoenergetskih spojeva. Biološka oksidacija, praćena sintezom ATP-a iz ADP-a i anorganskog fosfata, nastaje tokom glikolize, oksidacije α-ketoglutarne kiseline - fosforilacije supstrata, kao i pri transferu redukcijskih ekvivalenata u lanac oksidativnih (respiratornih) oksidativnih enzima - oksidativnih enzima. . Glikoliza, ciklus trikarboksilne kiseline i respiratorni lanac zajednički su većini eukariota. Po 1 molekulu glukoze, glikoliza proizvodi 2 molekula ATP-a, a kombinacija glikolitičke i oksidativne transformacije molekule glukoze do konačnih proizvoda - CO 2 i H 2 O - dovodi do stvaranja 36 energetski bogatih fosfatnih veza ATP-a. . Glikolitički enzimi su otopljeni u tečnoj fazi citoplazme. Unutrašnje membrane mitohondrija, tilakoidi hloroplasta i membrane bakterija sadrže fosforilirajuće lance za transport elektrona. Oksidacija masnih kiselina, enzimi ciklusa trikarboksilne kiseline i glutamat dehidrogenaza lokalizirani su u mitohondrijskom matriksu. Unutarnja membrana mitohondrija sadrži enzime koji oksidiraju jantarnu i beta-hidroksimaslačnu kiselinu, a vanjska membrana sadrži enzime uključene u metabolizam aminokiselina: monoamin oksidazu i kinurenin hidroksilazu. Peroksizomi, odnosno mikrotijela, čiji doprinos ukupnoj apsorpciji O 2 u jetri može dostići 20%, sadrže flavin oksidazu, koja oksidira aminokiseline, glikolnu kiselinu i druge supstrate u vodikov peroksid, koji se zatim razgrađuje katalazom ili koriste peroksidaze u reakcijama biološke oksidacije. U membranama endoplazmatskog retikuluma ćelije lokalizovane su hidroksilaze i oksigenaze, organizovane u kratke nefosforilirajuće lance za transport elektrona. Oksidativne reakcije nisu uvijek praćene akumulacijom energije (efikasnost procesa biološke oksidacije je oko 50%); u nekim slučajevima su neophodna karika u biosintezi različitih supstanci (na primjer, oksidacija tijekom formiranja žučne kiseline, steroidni hormoni, na putevima konverzije aminokiselina itd.). Tokom biološke oksidacije neutraliziraju se tvari koje su strane i toksične za tijelo (aromatična jedinjenja, nedovoljno oksidovani produkti daha, itd.).

Biološka oksidacija koja nije povezana sa skladištenjem energije naziva se slobodna oksidacija. Njegov energetski efekat je stvaranje toplote. Očigledno je da je sistem transporta elektrona, koji vrši oksidativnu fosforilaciju, sposoban da se prebaci na slobodnu oksidaciju kada se poveća potreba tijela za toplinom (kod homeotermnih životinja). Vjeruje se da su najraniji organizmi postojali u primordijalnoj Zemljinoj atmosferi bez kisika i da su bili anaerobni i heterotrofni organizmi. Ćelije su dobile energiju kroz procese kao što je glikoliza. Možda je postojao mehanizam oksidacije poznat u nekim modernim mikroorganizmima: redukcijski ekvivalenti se prenose kroz respiratorni lanac do nitrata (NO 3) ili sulfata (SO 4). Temeljno važna faza bila je pojava fotosinteze kod drevnih jednoćelijskih organizama, koja je povezana s pojavom kisika u atmosferi. Kao rezultat, to je postalo moguća upotreba O 2, koji ima visok redoks potencijal, kao konačni akceptor elektrona u respiratornom lancu. Do realizacije ove mogućnosti došlo je pojavom posebnog enzima - citokrom oksidaze, koja redukuje O 2, i dovela je do pojave modernog tipa biohemijskog respiratornog aparata. Na takvom disanju zasniva se opskrba energijom u aerobima. U isto vrijeme, ćelije su zadržale enzimski aparat glikolize. Pirogrožđana kiselina koja nastaje tokom potonjeg dalje se oksidira u ciklusu trikarboksilne kiseline, koja, zauzvrat, opskrbljuje respiratorni lanac elektronima. Dakle, evolucija energetski metabolizam očigledno slijedio put korištenja i dodavanja ranije postojećih mehanizama snabdijevanja energijom. Smatra se prisustvo u ćelijama postojećih organizama biohemijskih sistema glikolize (u citoplazmi), disanja (u mitohondrijima), fotosinteze (u hloroplastima), kao i sličnost mehanizama konverzije energije u ovim organelama i u mikroorganizmima. dokaz mogućeg porijekla hloroplasta i mitohondrija od drevnih mikroorganizama - simbionta. Ukupna biološka oksidacija koja se javlja u određenoj populaciji organizama je važan ekološki parametar za procjenu uloge date populacije u zajednici (ekosistemu). Odnos ukupnog disanja zajednice (odnosno ukupnih oksidativnih procesa) prema njenoj ukupnoj biomasi smatra se omjerom potrošnje energije za održavanje života zajednice i energije sadržane u njenoj strukturi. Prilikom proučavanja pojedinačnih populacija često se utvrđuje tzv. stopa asimilacije (zbir dva procesa – porasta biomase i disanja), koja se izražava u kcal/m2 dan. Mjerenja ukupnog disanja u pojedinačnim zajednicama vršena su za mnoge tipove ekosistema. Na primjer, ukupno disanje biljaka obično se kreće od n 100 kcal/m 2 godine (pašnjak) do n 1000 kcal/m 2 godine (šuma). Broj karika u trofičkim lancima zajednica obično ne prelazi 4-5 zbog činjenice da se u svakoj karici ovog lanca 80-90% potencijalne energije troši u toplinu tokom biološke oksidacije.

Tokom biološke oksidacije, dva atoma vodika se uklanjaju iz organske molekule pod dejstvom odgovarajućeg enzima. U nekim slučajevima, između enzima i oksidiranog molekula nastaje nestabilna, energetski bogata (makroenergetska) veza. Koristi se za formiranje ATP-a, “krajnjeg cilja” većine bioloških oksidacijskih procesa. A dva uklonjena atoma vodika su, kao rezultat reakcije, vezana za koenzim NAD (nikotinamid adenin dinukleotid) ili NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat).

Dalja sudbina vodonika može biti drugačija. Tokom anaerobne oksidacije, prenosi se na određene organske molekule. U aerobnoj oksidaciji, vodik se prenosi na kisik i formira vodu. Glavni dio transportnog lanca vodika nalazi se u mitohondrijskim membranama. U ovom slučaju, ATP se formira iz ADP-a i neorganskog fosfata.

Treba napomenuti da je aerobna oksidacija mnogo efikasnija od anaerobne oksidacije. U prvom slučaju od 1 molekule glukoze nastaju 2 molekula ATP-a, a u drugom - 36, gdje se glukoza "sagorijeva" na CO 2 i vodu. Ovo objašnjava široku rasprostranjenost i brzu evoluciju aerobnih organizama.

Glavni izvor energije u ćeliji je oksidacija supstrata atmosferskim kisikom. Ovaj proces se odvija na tri načina: dodavanje kisika atomu ugljika, apstrakcija vodika ili gubitak elektrona. U ćelijama se oksidacija događa u obliku sekvencijalnog prijenosa vodika i elektrona sa supstrata na kisik. U ovom slučaju kisik igra ulogu redukcijskog spoja (oksidacijskog sredstva). Oksidativne reakcije se javljaju uz oslobađanje energije. Za biološke reakcije karakteriziraju relativno male promjene u energiji. Ovo se postiže cijepanjem procesa oksidacije u niz međufaza, što omogućava skladištenje u malim porcijama u obliku visokoenergetskih spojeva (ATP). Redukcija atoma kisika pri interakciji s parom protona i elektrona dovodi do stvaranja molekule vode.

Tkivno disanje. To je proces potrošnje kisika stanicama tjelesnih tkiva, koji je uključen u biološku oksidaciju. Ova vrsta oksidacije se naziva aerobna oksidacija. Ako konačni akceptor u lancu prijenosa vodika nije kisik, već druge tvari (na primjer, pirogrožđana kiselina), tada se ova vrsta oksidacije naziva anaerobni.

To. biološka oksidacija je dehidrogenacija supstrata uz pomoć srednjih nosača vodika i njegovog konačnog akceptora.

Respiratorni lanac(enzimi tkivnog disanja) su prenosioci protona i elektrona iz oksidiranog supstrata u kisik. Oksidacijsko sredstvo je spoj koji može prihvatiti elektrone. Ova sposobnost je kvantitativno okarakterisana redoks potencijal u odnosu na standardnu ​​vodoničnu elektrodu čiji je pH 7,0. Što je manji potencijal jedinjenja, to su njegova redukciona svojstva snažnija i obrnuto.

To. bilo koje jedinjenje može samo donirati elektrone spoju s većim redoks potencijalom. U respiratornom lancu svaka sljedeća karika ima veći potencijal od prethodne.

Lanac disanja se sastoji od:

1. NAD-zavisna dehidrogenaza;

2. FAD-zavisna dehidrogenaza;

3. Ubikinon (CoQ);

4. Citokrom b, c, a+a 3.

NAD zavisne dehidrogenaze. Sadrže NAD i NADP kao koenzime. Piridinski prsten nikotinamida je sposoban da prihvati elektrone i protone vodonika.

FAD i FMN zavisne dehidrogenaze sadrže fosforni estar vitamina B2 (FAD) kao koenzim.

ubikinon (CoQ) oduzima vodonik iz flavoproteina i pretvara se u hidrokinon.

Citohromi- hromoproteinski proteini sposobni da prihvate elektrone zbog prisustva željeznih porfirina kao prostetičkih grupa u njihovom sastavu. Oni prihvataju elektron iz supstance koja je nešto jači redukcioni agens i prenose ga na jače oksidaciono sredstvo. Atom željeza je vezan za atom dušika imidazolnog prstena histidinske aminokiseline s jedne strane ravnine porfirinskog prstena, a s druge strane za atom sumpora metionina. Stoga je potencijalna sposobnost atoma gvožđa u citohromima da veže kiseonik je potisnuta.

IN citokrom c porfirinska ravan je kovalentno povezana sa proteinom preko dva cisteinska ostatka, a u citokrom b I A, nije kovalentno vezan sa proteinima.

IN citokrom a+a 3 (citokrom oksidaza) umjesto protoporfirina sadrži porfirin A, koji se razlikuje na više načina strukturne karakteristike. Petu koordinacionu poziciju gvožđa zauzima amino grupa koja pripada ostatku amino šećera koji je deo samog proteina.

Za razliku od heme hemolgobina, atom željeza u citohromima može reverzibilno transformirati iz dvovalentnog u trovalentno stanje, što osigurava transport elektrona.

Mehanizam rada lanca transporta elektrona. Vanjska membrana mitohondrija je propusna za većinu malih molekula i jona, unutrašnja je propusna za gotovo sve ione (osim H protona) i većinu nenabijenih molekula.

Procesi oksidacije i stvaranja ATP-a iz ADP-a i fosforne kiseline, tj. Fosforilacija se događa u mitohondrijima na unutrašnjoj membrani - kristama. Takav molekul sadrži tri visokoenergetske veze. Makroergijski ili bogat energijom se zove hemijska veza, kada se pukne, oslobađa se više od 4 kcal/mol. At hidrolitičko cepanje ATP u ADP i fosforna kiselina se oslobađa pri 7,3 kcal/mol. Tačno ista količina se troši na stvaranje ATP-a iz ADP-a i ostataka fosforne kiseline, a to je jedan od glavnih načina skladištenja energije u tijelu.

Prilikom transporta elektrona duž respiratornog lanca oslobađa se energija koja se troši na dodavanje ostatka fosforne kiseline u ADP kako bi se formirao jedan molekul ATP-a i jedan molekul vode. Prilikom prijenosa jednog para elektrona duž respiratornog lanca oslobađa se 21,3 kcal/mol koji se pohranjuje u obliku tri ATP molekula. Ovo čini oko 40% energije oslobođene tokom transporta elektrona.

Ova metoda skladištenja energije u ćeliji se zove oksidativna fosforilacija ili spregnuta fosforilacija.

Brzina oksidativne fosforilacije ovisi prvenstveno o sadržaju ATP-a; što se brže troši, to se više ADP akumulira, to je veća potreba za energijom i samim tim je proces oksidativne fosforilacije aktivniji. Regulacija brzine oksidativne fosforilacije ćelijskom koncentracijom ADP naziva se respiratorna kontrola.

Kraj rada -

Ova tema pripada sekciji:

BIOHEMIJU

FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE... Humanitarno-tehnološki institut Buzuluk... filijala državne obrazovne ustanove...

Ako vam je potreban dodatni materijal na ovu temu, ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučujemo da koristite pretragu u našoj bazi radova:

Šta ćemo sa primljenim materijalom:

Ako vam je ovaj materijal bio koristan, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:

Tweet

Sve teme u ovoj sekciji:

Predmet biohemija
Biološka hemija je nauka koja proučava hemijski sastav organa i tkiva organizama i hemijski procesi i transformacije koje su u osnovi njihove životne aktivnosti. Moderni biohi

Istorija razvoja biohemije.
Možemo izdvojiti glavne faze u razvoju biohemijske nauke. 1. “Protobiohemija”. Koncepti životnih procesa i njihove prirode, razvijeni u antici, antici i srednjem vijeku

Metode proučavanja
Glavni predmet biohemije je proučavanje metabolizma i energije. Skup procesa neraskidivo povezanih sa životom naziva se metabolizam. Razmjena stvari

Značaj biohemije kao nauke.
Sada je nemoguće zamisliti jednu nauku koja ne bi prošla bez dostignuća biohemije. Važnost biološke hemije ne može se zanemariti. Ima i naučni i praktični značaj

Elementarni sastav proteina.
Sada je utvrđeno da ne-proteinski organizmi ne postoje u živoj prirodi. Proteini su najvažniji dio tvari koje čine tijelo. Prvo su otkriveni proteini

Aminokiselinski sastav proteina
Aminokiseline (aminokarboksilne kiseline) su organska jedinjenja čija molekula istovremeno sadrži karboksilne i aminske grupe. Aminokiseline bi mogle

Opća hemijska svojstva
Aminokiseline se mogu manifestovati kao kiselinska svojstva, zbog prisustva karboksilne grupe -COOH u njihovim molekulima, a osnovna svojstva zbog amino grupe -NH2

Elektrofilno-nukleofilna svojstva.
1) Reakcija acilacije - interakcija sa alkoholima: NaOH NH3+ – CRH – COO- + CH3OH + HC1 ͛

Intramolekularna deaminacija.
Ok-l NH3+– 0CH – COO- aspartat amonijak liaza -OOS –-1C – H | || N – S-2H – COO-

Biološke funkcije proteina
Funkcije proteina su izuzetno raznolike. Svaki dati protein, kao supstanca sa specifičnom hemijskom strukturom, obavlja jednu visokospecijalizovanu funkciju i to samo u nekoliko u nekim slučajevima– n

Proteinske strukture
Dobiveni su dokazi o K. Linderström-Langovoj pretpostavci o postojanju 4 nivoa strukturne organizacije proteinskog molekula: primarne, sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture.

Određivanje C-terminalne aminokiseline sa natrijum borohidridom
Može se vidjeti da će se pod ovim uvjetima samo jedna, naime C-terminalna, aminokiselina pretvoriti u α-amino alkohol, koji se lako identificira hromatografijom. Dakle, koristeći naznačeno

Fizičko-hemijska svojstva proteina
Najkarakterističniji fizička i hemijska svojstva proteini su visoka viskoznost rastvora, neznatna difuzija, sposobnost bubrenja u velikim granicama, optički aktivna

Hemija nukleinskih kiselina
Danas je teško imenovati oblast prirodne nauke koju ne bi zanimao problem strukture i funkcije nukleinske kiseline. Uprkos ogromnom napretku postignutom poslednjih decenija,

Metode za izolaciju nukleinskih kiselina.
Prilikom studiranja hemijski sastav i strukture nukleinskih kiselina, istraživač se uvijek suočava sa zadatkom da ih izoluje od bioloških objekata. Nukleinske kiseline su sastavni dio kompleks

Hemijski sastav nukleinskih kiselina
Nukleinske kiseline (DNK i RNA) spadaju u složena visokomolekularna jedinjenja, koja se sastoje od malog broja pojedinačnih hemijske komponente jednostavnija struktura. Da, str

Struktura nukleinske kiseline
Za razumijevanje niza karakteristika strukture DNK, obrasci sastava i kvantitativnog sadržaja azotnih baza, koje je prvi ustanovio E. Chargaff, bili su od posebne važnosti. Ispostavilo se da je dušik

Primarna struktura nukleinskih kiselina
Primarna struktura nukleinskih kiselina odnosi se na redosled i redosled rasporeda mononukleotida u polinukleotidnom lancu DNK i RNK. Takav lanac je stabilizovan sa 3,5"-fos

Sekundarna struktura nukleinskih kiselina
U skladu sa modelom J. Watsona i F. Cricka, predloženim 1953. godine. Na osnovu brojnih analitičkih podataka, kao i analize difrakcije rendgenskih zraka, molekula DNK se sastoji od dva lanca, koji formiraju desni

Tercijarna struktura nukleinskih kiselina
Izuzetno je teško izolovati nativnu DNK molekulu iz većine izvora, posebno hromozoma, zbog visoke osjetljivosti molekule DNK na nukleaze tkiva i hidrodinamičkog razaranja.

Transfer RNA
tRNA čini oko 10-15%. ukupan brojćelijska RNA. Do danas je otkriveno više od 60 različitih tRNA. Za svaku aminokiselinu u ćeliji postoji jedna najmanje, jedan specifičan

Messenger RNA
U nizu laboratorija (posebno u laboratoriji S. Brennera) dobijeni su podaci o mogućnosti postojanja u ćelijama u vezi sa ribosomima kratkovječne RNK, tzv.

Karakteristike enzima i njihova svojstva
Svi životni procesi zasnovani su na hiljadama hemijskih reakcija. Prolaze kroz tijelo bez upotrebe. visoke temperature i pritisak, tj. V blagi uslovi. Supstance koje se oksidiraju u ćelijama

Osobine enzimske i hemijske katalize.
U principu, ćelija koristi iste hemijske reakcije koje hemičar koristi u svom laboratoriju. Međutim, postavljaju se stroga ograničenja na uslove za reakcije u ćeliji. U laboratoriju za usko

Prostorna struktura
Razlog za sve ovo jedinstvena svojstva enzima je njihova prostorna struktura. Svi enzimi su globularni proteini, po veličini mnogo veći od supstrata. To je upravo takva situacija

Funkcije koenzima i prostetičkih grupa
5.4.1 Koenzimi i vitamini. Koenzimi su organske supstance čiji su prekursori vitamini. Neki od njih su slabo vezani za proteine ​​(NAD, NSCoA, itd.). postoji enzim

Mehanizam djelovanja enzima
Struktura i funkcije enzima, kao i njihov mehanizam djelovanja, detaljno se raspravljaju gotovo svake godine na mnogim međunarodnim simpozijumima i kongresima. Važno mjesto je dato razmatranju strukture cjeline

Michaelis-Menten i Lineweaver-Burk jednadžbe
Jedna od karakterističnih manifestacija života je nevjerovatna sposobnost živih organizama da kinetički reguliraju kemijske reakcije, potiskujući želju za postizanjem termodinamičke ravnoteže.

Faktori koji određuju aktivnost enzima. Zavisnost brzine reakcije od vremena
U ovom odeljku se ukratko govori zajednički faktori, posebno ovisnost o brzini enzimska reakcija na vrijeme, utjecaj koncentracije supstrata i enzima na brzinu reakcija koje kataliziraju enzimi

Utjecaj koncentracije supstrata i enzima na brzinu enzimske reakcije
Važan zaključak slijedi iz materijala koji je ranije predstavljen: jedan od najznačajnijih faktora koji određuju brzinu enzimske reakcije je koncentracija supstrata (i

Aktivacija i inhibicija enzima
Brzina enzimske reakcije, kao i aktivnost enzima, također je u velikoj mjeri određena prisustvom aktivatora i inhibitora u mediju: prvi povećavaju brzinu reakcije, a drugi inhibiraju

Molekularni mehanizam djelovanja metala u enzimskoj katalizi, ili uloga metala u aktivaciji enzimima.
U nekim slučajevima ioni metala (Co2+, Mg2+, Zn2+, Fe2+) obavljaju funkciju prostetičkih grupa enzima, ili služe kao akceptori i doniraju

Primena enzima
Possessing visok stepen selektivnosti, enzime koriste živi organizmi za obavljanje velika brzina veliki izbor hemijskih reakcija; oni čuvaju svoje

Hemija lipida
Lipidi su velika grupa jedinjenja koja se značajno razlikuju po svojoj hemijskoj strukturi i funkcijama. Stoga je teško dati jednu definiciju koja bi bila prikladna za sve veze.

Masna kiselina
Masne kiseline - alifatične karboksilne kiseline - mogu se naći u tijelu u slobodnom stanju (u tragovima u stanicama i tkivima) ili djeluju kao gradivni blokovi za većinu

Gliceridi (acilgliceroli)
Gliceridi (acilgliceroli ili acilgliceroli) su estri trihidričnog alkohola glicerola i viših masnih kiselina. Ako su masne kiseline esterifikovane

Fosfolipidi
Fosfolipidi su estri polihidričnih alkohola glicerola ili sfingozina sa višim masnim kiselinama i fosfornom kiselinom. Fosfolipidi takođe sadrže azot

sfingolipidi (sfingofosfolipidi)
Sfingomijelini: Ovo su najčešći sfingolipidi. Uglavnom se nalaze u membranama životinja i biljne ćelije. Posebno bogata njima nervnog tkiva. Sf

Steroidi
Svi razmatrani lipidi obično se nazivaju saponificirani, jer njihova alkalna hidroliza proizvodi sapune. Međutim, postoje lipidi koji se ne hidroliziraju da bi oslobodili masne kiseline

Hemija ugljenih hidrata
Termin "ugljikohidrati" prvi je predložio profesor Univerziteta Dorpat (sada Tartu) K.G. Schmidt 1844. Tada se pretpostavljalo da svi ugljikohidrati imaju opšta formula C

Biološka uloga ugljikohidrata
Ugljikohidrati, zajedno s proteinima i lipidima, najvažniji su kemijski spojevi koji čine žive organizme. Kod ljudi i životinja ugljikohidrati obavljaju važne funkcije: energiju

Monosaharidi
Monosaharidi se mogu smatrati derivatima polihidričnih alkohola koji sadrže karbonilnu (aldehidnu ili ketonsku) grupu. Ako je karbonilna grupa na kraju lanca, onda

Osnovne reakcije monosaharida, produkti reakcije i njihova svojstva.
Reakcije hemiacetal hidroksila Već je napomenuto da monosaharidi, kako u kristalnom stanju tako iu rastvoru, uglavnom postoje u hemiacetalnim oblicima.

Oligosaharidi
Oligosaharidi su ugljikohidrati čije molekule sadrže od 2 do 10 monosaharidnih ostataka povezanih glikozidnim vezama. U skladu s tim razlikuju se disaharidi,

Polisaharidi
Polisaharidi su proizvodi polikondenzacije monosaharida visoke molekularne težine koji su međusobno povezani glikozidnim vezama i formiraju linearne ili razgranate lance. Najčešći pon

Heteropolisaharidi
Polisaharidi, čiju strukturu karakteriše prisustvo dve ili više vrsta monomernih jedinica, nazivaju se heteropolisaharidi. Općenito je prihvaćeno da, od heteropola

Vitamini grupe A
Vitamin A (retinol; antikseroftalmički vitamin) je dobro proučavan. Poznata su tri vitamina grupe A: A1, A2 i cis oblik vitamina A1, tzv

Vitamini grupe D
Vitamin D (kalciferol; antirahitični vitamin) postoji u obliku nekoliko jedinjenja koja se razlikuju i po hemijskoj strukturi i po biološkoj aktivnosti. Za muskarca

Vitamini K
Vitamini grupe K, prema nomenklaturi biološke hemije, uključuju 2 vrste kinona sa bočnim lancima predstavljenim izoprenoidnim jedinicama (lancima): vitamini K1

Vitamini grupe E
Početkom 20-ih G. Evans je pokazao da miješana hrana sadrži supstancu koja je apsolutno neophodna za normalnu reprodukciju životinja. Dakle, kod pacova držanih na sintetici

Vitamini rastvorljivi u vodi
Uobičajeno, to možemo pretpostaviti karakteristična karakteristika Vitamini rastvorljivi u vodi je učešće većine njih u izgradnji molekula koenzima (videti tabelu 12), koji su niski.

Vitamin PP
Vitamin PP (nikotinska kiselina, nikotinamid, niacin) nazivan je i antipelagritičnim vitaminom (od italijanskog preventivna pelagra - sprečavanje pelagre), budući da je iz

Biotin (vitamin H)
Godine 1916. eksperimenti na životinjama pokazali su toksični učinak sirovog bjelance; konzumiranje jetre ili kvasca eliminiralo je ovaj efekat. Faktor koji sprečava razvoj toksikoze

Folna kiselina
Folna (pteroilglutaminska) kiselina (folacin), u zavisnosti od vrste životinje ili soja bakterija potrebnih za normalan rast u prisustvu ovog nutritivnog faktora, nazivala se

vitamin C
vitamin C ( askorbinska kiselina; antiscorbutic vitamin) naziva se antiskorbutičnim, antiskorbutičnim faktorom koji štiti od razvoja skorbuta - bolesti koja je zahvatila

Vitamin P
Vitamin P (rutin, citrin; vitamin permeabilnosti) izolovao je 1936. A. Szent-Gyorgyi iz limunove kore. Pod pojmom "vitamin P", koji povećava kapilarnu otpornost (od latinskog permeabi

Opšti koncept hormona
Proučavanje hormona je izdvojeno u samostalnu nauku - endokrinologiju. Moderna endokrinologija proučava hemijsku strukturu hormona koji se proizvode u žlijezdama unutrašnja sekrecija, s

Hormoni hipotalamusa
Hipotalamus služi kao mjesto direktne interakcije između viših dijelova centralnog nervnog sistema i endokrinog sistema. Priroda veza koje postoje između centralnog nervnog sistema i endokrini sistem, postalo je jasnije posljednjih decenija

Hormoni hipofize
Hipofiza sintetizira niz biološki aktivnih hormona proteinske i peptidne prirode, koji stimulativno djeluju na različite fiziološke i biohemijske procese u ciljnim tkivima (npr.

Vasopresin i oksitocin
Hormoni vazopresin i oksitocin sintetiziraju se ribosomskim putem. Hemijska struktura oba hormona su dešifrovana klasičnim radovima V. du Vigneaulta i dr., koji su prvi izolovali

Hormoni koji stimulišu melanocite (MSH, melanotropini)
Melanotropini se sintetiziraju i izlučuju u krv od strane srednjeg režnja hipofize. Izolirano i dešifrirano primarne strukture dvije vrste hormona - stimulans α- i β-melanocita

Adrenokortikotropni hormon (ACTH, kortikotropin)
Davne 1926. godine otkriveno je da hipofiza djeluje stimulativno na nadbubrežne žlijezde, povećavajući lučenje kortikalnih hormona. ACTH, pored svog glavnog djelovanja - stimulativnog

Somatotropni hormon (GH, hormon rasta, somatotropin)
Hormon rasta otkriven je u ekstraktima prednje hipofize još 1921. godine, ali u čista forma primljena tek 1956–1957. GH se sintetiše u acidofilnim ćelijama

Laktotropni hormon (prolaktin, luteotropni hormon)
Prolaktin se smatra jednim od najdrevnijih hormona hipofize, jer se može naći u hipofizi nižih kopnenih životinja koje nemaju mliječne žlijezde, kao i

Tireostimulirajući hormon (TSH, tireotropin)
Za razliku od razmatranih peptidnih hormona hipofize, koji su predstavljeni uglavnom jednim polipeptidnim lancem, tirotropin je kompleksni glikoprotein i pored toga sadrži dva

Gonadotropni hormoni (gonadotropini)
Gonadotropini uključuju folikulostimulirajući hormon (FSH, folitropin) i luteinizirajući hormon (LH, lutropin) ili hormon koji stimulira intersticijske stanice. Oba hormona sa

Lipotropni hormoni (LTH, lipotropini)
Među hormonima prednje hipofize, čija je struktura i funkcija razjašnjena u posljednjoj deceniji, treba istaći lipotropine, posebno β- i γ-LTH. Najdetaljnije

Paratiroidni hormoni (paratiroidni hormoni)
Hormoni proteinske prirode uključuju i paratiroidni hormon (paratiroidni hormon), tačnije, grupu paratiroidnih hormona koji se razlikuju po redoslijedu aminokiselina. Sintetiziraju ih paratireoidne žlijezde

Tiroidni hormoni
Štitna žlijezda igra izuzetno važnu ulogu u metabolizmu. O tome svjedoči iznenadna promena bazalni metabolizam uočen tokom poremećaja aktivnosti štitne žlijezde, kao i

Hormoni pankreasa
Gušterača je jedna od žlijezda sa mešoviti sekret. Njegova egzokrina funkcija se sastoji u sintezi niza ključnih probavnih enzima, posebno amilaze, lipaze, tripsina, kemijskih

Hormoni nadbubrežne žlijezde
Nadbubrežne žlijezde se sastoje od dva pojedinačna morfološka i funkcionalna dijela - medule i korteksa. Moždana materija pripada hromafinskom ili nadbubrežnom sistemu

Spolni hormoni
Spolni hormoni se sintetiziraju uglavnom u spolnim žlijezdama žena (jajnici) i muškaraca (testisi); određena količina polnih hormona također se proizvodi u placenti i korteksu nadbubrežne žlijezde

Molekularni mehanizmi prijenosa hormonskih signala
Unatoč ogromnoj raznolikosti hormona i supstanci sličnih hormonima, osnova biološko djelovanje većina hormona leži iznenađujuće slično, gotovo identično u osnovi

Koncept metabolizma.
Vitalna aktivnost tijela je osigurana bliskom vezom sa spoljašnje okruženje koja opskrbljuje kiseonikom i hranljive materije i stalna transformacija ovih supstanci u ćelijama tela. Ra proizvodi

Varenje i apsorpcija
Varenje ugljikohidrata počinje već u usnoj šupljini pod utjecajem pljuvačke koja sadrži enzime amilazu i maltazu, koji osiguravaju razgradnju ugljikohidrata u glukozu. U stomaku

Indirektno direktno
glukoza (6 ugljenika) ↓ glukoza-6-fosfat (6 ugljenika)

Anaerobni slom
Anaerobna razgradnja počinje razgradnjom glukoze – glikolizom ili razgradnjom glikogena – glikogenolizom. Ovaj put razgradnje javlja se prvenstveno u mišićima. Suština ovog procesa

Izomerizacija 3-fosfoglicerata
fosfoizomeraza 2 O = C – CH – CH2OP2O = C – CH – CH2OH | | | | O-OH O-OF

Aerobni slom
Piruvat, nastao tokom anaerobne razgradnje ugljikohidrata, dekarboksiliran je pod djelovanjem piruvat dehidrogenaze (NAD+ i koenzima HSCoA) da bi se formirao acetil koenzim A. &nb

Struktura i sinteza glikogena
Glikogen je razgranati polisaharid, čiji je monomer glukoza. Ostaci glukoze su povezani u linearne preseke sa 1-4 glikozidne veze, a na mestima grananja

Regulacija sinteze i njeni poremećaji
Razgradnja glikogena se dešava uglavnom između obroka i ubrzava se tokom fizički rad. Ovaj proces se odvija kroz sekvencijalnu eliminaciju ostataka glukoze u obliku gluko

Glukoneogeneza
Glukoneogeneza je proces sinteze glukoze iz neugljikohidratnih supstanci. Glavni supstrati glukoneogeneze su piruvat, laktat, glicerol i aminokiseline. Najvažnija funkcija glukoneogeneza

Metabolizam lipida
Lipidi su strukturno raznolika grupa organskih supstanci u kojoj opšta imovina– hidrofobnost. Masti - trigliceridi - su najkompaktniji i energetski najintenzivniji oblik skladištenja energije.

Konverzija triglicerida i oksidacija glicerola.
Varenje masti je hidroliza masti enzima pankreasne lipaze. Neutralna mast koja ulazi u ćelije hidrolizira se u glicerol i masne kiseline pod djelovanjem tkivnih lipaza.

Oksidacija masnih kiselina
Masne kiseline su i zasićene i nezasićene više karboksilne kiseline, čiji ugljikovodični lanac sadrži više od 12 atoma ugljika. U tijelu se oksidacija masnih kiselina odvija putem

Biosinteza masnih kiselina
Uz razgradnju masnih kiselina u organizmu dolazi i do njihovog stvaranja. Biosinteza masnih kiselina je višestepeni, ciklični proces. Faza I. 1) CO2 kondenzacija.

Transformacije glicerofosfatida
U ćelijama, pod dejstvom specifičnih enzima fosfolipaze, glicerofosfatidi se hidroliziraju u sastavne komponente: Glicerofosfatidi se hidroliziraju fosfolipazama u glicerol, masne kiseline

Značaj proteina u organizmu
Proteini su enzimi, hormoni itd. koji se sintetiziraju iz neorganske supstance moguće je samo u tijelu biljaka. U životinjskim organizmima protein se sintetizira iz aminokiselina, od kojih se neke formiraju

Varenje i apsorpcija proteina
U usnoj šupljini, proteini se ne razgrađuju, jer nema proteolitičkih enzima. U želucu se proteini razgrađuju želudačni sok, od čega se dnevno oslobađa 2,5 litara. IN

Biosinteza proteina
Biosinteza proteina je od ključne naučne i kliničke važnosti. Razlika između jednog pojedinačnog proteina i drugog određena je prirodom i slijedom izmjenjivanja aminokiselina uključenih u njegov sastav.

Deaminacija aminokiselina
Deaminacija je razgradnja aminokiselina pod djelovanjem deaminaza (oksidaza) uz oslobađanje dušika u obliku amonijaka. 1. Direktna deaminacija je tipična za α-amino kiseline (

Transaminacija (transaminacija) aminokiselina
Transaminacija je reakcija prenošenja amino grupe sa amino kiseline na α-keto kiselinu. Samo Liz i Tre ne podliježu pre-raminaciji. R R" R R"

Dekarboksilacija aminokiselina
Dekarboksilacija se događa pod djelovanjem dekarboksilaza uz eliminaciju ugljičnog dioksida iz aminokiseline i stvaranje amina.

Metabolizam kompleksnih proteina
16.1 Metabolizam nukleoproteina Nukleoproteini i njihovi derivati ​​obavljaju različite funkcije u tijelu, učestvujući u: - sintezi nukleinskih kiselina

Razmjena hemoglobina
Od raznih hromoproteina najveća vrijednost ima hemoglobin. Dijetetski hemoglobin je gastrointestinalnog trakta razlaže se na sastavne dijelove - globin i hem. Globin kao protein, hidroliti

Krajnji proizvodi razgradnje aminokiselina
U ljudskom tijelu dnevno se razgradi oko 70 g aminokiselina, a kao rezultat reakcija deaminacije i oksidacije biogenih amina oslobađa se velika količina

Sinteza uree, ornitinski ciklus
Glavni mehanizam za neutralizaciju amonijaka u tijelu je biosinteza uree. Potonji se izlučuje urinom kao glavni krajnji produkt metabolizma proteina, odnosno aminokiselina

Metabolizam pojedinačnih aminokiselina
glavni dio aminokiseline se koriste za sintezu proteina, ostatak prolazi kroz transformacije i sudjeluje u stvaranju mnogih tvari koje su od velike važnosti za tijelo. Karbon

Odnos između metabolizma proteina, masti i ugljikohidrata. Izmjena vode i mineralnih soli.
Živi organizam i njegovo funkcioniranje stalno ovise o tome okruženje. Intenzitet razmene sa spoljnim okruženjem i brzina intracelularnih metaboličkih procesa

Odnos između metabolizma ugljikohidrata i masti.
Finalni proizvodi metabolizam su CO2, H2O i urea. Ugljen-dioksid, nastao dekarboksilacijom ugljenih hidrata, masti, proteina, nukleinskih kiselina, ulazi

Odnos između metabolizma ugljikohidrata i proteina.
Razgradnjom proteina nastaju aminokiseline, od kojih se većina naziva glikogenim i služe kao izvor tvari potrebnih za sintezu ugljikohidrata. Prvo, aminokiseline se podvrgavaju

Odnos između metabolizma proteina i masti.
Malo se zna o odnosu između ove vrste metabolizma. Moguće je da se pretvorba aminokiselina u masne kiseline prvo događa stvaranjem ugljikohidrata, iako se neke aminokiseline nazivaju

Koncept homeostaze.
Tijelo je termodinamičko otvoreni sistem, dakle, to mu omogućava da održi stabilnost, nivo performansi, kao i relativnu konstantnost unutrašnje okruženje, što se zove ići

Metabolizam vode i njegova regulacija.
Voda je sastavni dio tijela. Sve metaboličke reakcije odvijaju se u vodenoj sredini u kojoj ćelije postoje, a komunikacija između njih se održava kroz tečnost. Glavni dio biološkog života

Mineralni metabolizam
Minerali- To su esencijalne supstance za organizam, iako ih nema nutritivnu vrijednost i nisu izvor energije. Njihov značaj je određen činjenicom da su dio svega