Biochemia. Utlenianie biologiczne

PAŃSTWOWA AKADEMIA MEDYCZNA URALU

Katedra Bioorganicznej i chemia biologiczna

PRACA KURSOWA NA TEMAT:

Utlenianie biologiczne.

Wykonawcy: studenci Wydziału Pediatrii, grupa 223

Zaruba N.S., Chashchina E.E.

Kierownik: profesor nadzwyczajny, dr hab. Trubaczow S.D.

Recenzent:

Jekaterynburg 2002.

I. Wprowadzenie……………………………………………………………...3

II. Ogólne widoki o utlenianiu biologicznym.

Systemy i potencjały redoks…..3

III. Sposoby wykorzystania tlenu w komórce……………………………...5

Szlak oksydazy wykorzystania tlenu. Mitochondria.

Enzymy, ich lokalizacja i znaczenie w procesach utleniania….5

IV. Etapy wykorzystania energii składników pokarmowych…………………...6

V. Fosforylacja oksydacyjna…………………………………9

Teoria chemiosmotyczna Mitchella…..……….………………..9

Redox – łańcuch fosforylacji oksydacyjnej……………10

VI. Cykl Krebsa………………………………………………………21

Otwarcie CTK…………………………………………………..22

Reakcje, enzymy. Rozporządzenie…………………………………...23

VII. Związki i połączenia makroergiczne……………………………...29

VIII. Witamina R. Udział w procesach utleniania………………….30

IX. Utlenianie mikrosomalne…………………………………………………31

Reakcje monooksygenazy…………………………………31

Reakcje dioksygenazy………………………………………………….32

Cytochromy………………………………………………………32

X. Szlak peroksydazy wykorzystania tlenu…………………..33

XI. Enzymatyczna ochrona antyoksydacyjna………………………34

Dysmutaza ponadtlenkowa, katalazy, peroksydazy………………….34

XII. Nieenzymatyczna ochrona antyoksydacyjna…………………35

Witaminy C, E i P……………………………………….…...35

XIII. Zakończenie………………………………………………………..38

XIV. Referencje…………………………………………………………………..39

Wstęp.

W chemii utlenianie definiuje się jako usuwanie elektronów, a redukcję jako przyrost elektronów; można to zilustrować na przykładzie utleniania żelazojonu do żelazojonu:

Wynika z tego, że utlenianiu zawsze towarzyszy redukcja akceptora elektronów. Ta zasada procesów redoks ma również zastosowanie do układów biochemicznych i charakteryzuje naturę biologicznych procesów utleniania.

Chociaż niektóre bakterie (beztlenowce) żyją bez tlenu, życie zwierząt wyższych jest całkowicie zależne od dostaw tlenu. Tlen wykorzystywany jest głównie w procesie oddychania – ten ostatni można określić jako proces łapania w pułapki energia komórkowa w postaci ATP podczas kontrolowanego dodawania tlenu z wodorem w celu wytworzenia wody. Ponadto tlen cząsteczkowy jest włączany do różnych substratów przy udziale enzymów zwanych oksygenazami. Wiele leków, substancji obcych dla organizmu, substancji rakotwórczych (ksenobiotyków) jest atakowanych przez enzymy tej klasy, zwane łącznie cytochromami.
P450.

Wiodące miejsce w patogenezie zajmują niedotlenione zaburzenia metabolizmu komórkowego warunki krytyczne. Główną rolę w powstawaniu nieodwracalności procesów patologicznych przypisuje się ekstremalnym przejawom komórkowych zaburzeń metabolicznych. Odpowiednie zaopatrzenie komórki w tlen jest głównym warunkiem utrzymania jej żywotności.

Podanie tlenu może uratować życie pacjentom z zaburzeniami oddychania lub krążenia. W niektórych przypadkach z powodzeniem stosuje się terapię tlenową. wysokie ciśnienie; Należy jednak pamiętać, że intensywna lub długotrwała tlenoterapia wysokociśnieniowa może powodować zatrucie tlenowe.

Pisząc tę ​​pracę, przyświecał nam cel: zbadanie utleniania biologicznego i jego znaczenia w życiu komórki i organizmu jako całości.

Aby to zrobić, przyjrzeliśmy się:

Zużycie tlenu przez komórkę;

Źródła energii komórkowej - cykl kwas cytrynowy(cykl Krebsa), fosforylacja oksydacyjna;

Utlenianie mikrosomalne;

Ochrona antyoksydacyjna

Ogólne poglądy na temat utleniania biologicznego.

Układy i potencjały redoks.

Źródło energii wykorzystywane do wykonywania wszelkiego rodzaju prac
(chemiczna, mechaniczna, elektryczna i osmotyczna) to energia wiązania chemicznego. Uwolnienie energii z węglowodanów, tłuszczów, białek i innych związków organicznych następuje podczas ich rozkładu redoks. Uwolniona energia jest zużywana na syntezę ATP.

Zmiana energii swobodnej charakteryzująca reakcje utleniania i redukcji jest proporcjonalna do zdolności reagentów do oddawania lub przyjmowania elektronów. W związku z tym zmianę energii swobodnej procesu redoks można scharakteryzować nie tylko wartością (G0”, ale także wartością potencjału redoks układu (Eo). Zwykle porównuje się potencjał redoks układu z potencjałem elektrody wodorowej, przyjmując ten ostatni za zero,
0 V przy pH=0. Jednak dla systemy biologiczne wygodniej jest zastosować potencjał redoks przy pH = 7,0 (Eo”); przy tym pH potencjał elektrody wodorowej wynosi -0,42V.

Korzystając z Tabeli 1, możemy przewidzieć, w jakim kierunku będzie podążał przepływ elektronów podczas parowania jednego układu redoks.

Tabela 1. Potencjały standardowe niektórych układów redoks.
|System |Eo(/Volt |
|Tlen/woda |+0,82 |
|Cytochrom a: Fe3+/Fe2+ |+0,29 |
|Cytochrom c: Fe3+/Fe2+ |+0,22 |
|Ubichinon: utlenianie/redukcja. |+0,10 |
|Cytochrom b:Fe3+/Fe2+ |+0,03 |
|Fumaran/bursztynian |+0,03 |
|Flawoproteina: utlenianie/redukcja. |-0,12 |
|Szczawiooctan/jabłczan |-0,17 |
|Pirogronian/mleczan |-0,19 |
|Acetooctan/hydroksymaślan |-0,27 |
|Lipoat: utlenianie/redukcja. |-0,29 |
|NAD+/NADH |-0,32 |
|H+/H2 |-0,42 |
|Bursztynian/alfaketoglutaran |-0,67 |

Sposoby wykorzystania tlenu w komórce.

Istnieją trzy sposoby wykorzystania tlenu w komórce, które charakteryzują się następującymi reakcjami:
1) szlak oksydazowy (90% dostarczanego tlenu jest redukowane do H2O przy udziale enzymu oksydazy cytochromowej)

02+4е+4Н+ > 2Н2О

2) szlak oksygenazy (włączenie jednego atomu tlenu do substratu – szlak monooksygenazy, dwa atomy tlenu – szlak dioksygenazy)

Szlak monooksygenazy

Szlak dioksygenazy

3) droga wolnych rodników (zachodzi bez udziału enzymów i nie powstaje ATP).

Szlak oksydazy wykorzystania tlenu. Mitochondria. Enzymy, ich lokalizacja i znaczenie w procesie utleniania.

Mitochondria słusznie nazywane są „stacjami energetycznymi” komórki, ponieważ to w tych organellach wychwytywana jest głównie energia dostarczana w procesach oksydacyjnych. Mitochondrialny system łączenia procesów oksydacyjnych z wytwarzaniem wysokoenergetycznego półproduktu ATP nazywany jest fosforylacją oksydacyjną.

Mitochondria mają błonę zewnętrzną przepuszczalną dla większości metabolitów oraz selektywnie przepuszczalną błonę wewnętrzną z wieloma fałdami (cristae) wystającymi w stronę matrix (wewnętrzna przestrzeń mitochondriów). Zewnętrzną membranę można usunąć przez potraktowanie digoniną; charakteryzuje się obecnością monoaminooksydazy i kilku innych enzymów (np. syntetazy acylo-CoA, acylotransferazy glicerofosforanowej, acylotransferazy monoacyloglicerofosforanowej, fosfolipazy A2).
Kinaza adenylanowa i kinaza kreatynowa zlokalizowane są w przestrzeni międzybłonowej. Kardiolipina fosfolipidowa zlokalizowana jest w błonie wewnętrznej.

Matryca zawiera rozpuszczalne enzymy cyklu kwasu cytrynowego oraz enzymy (utleniające kwasy tłuszczowe, w związku z tym istnieje zapotrzebowanie na mechanizmy transportu metabolitów i nukleotydów przez błonę wewnętrzną. Dehydrogenaza bursztynianowa zlokalizowana jest na wewnętrznej powierzchni wewnętrzną błonę mitochondrialną, gdzie przenosi redukujące odpowiedniki łańcucha oddechowego na poziomie ubichinonu (z pominięciem pierwszej pętli redoks).Rogenaza 3-hydroksymaślanowa zlokalizowana jest po stronie matrix wewnętrznej błony mitochondrialnej.Dehydrogenaza gliceryno-3-fosforanowa zlokalizowana jest na zewnętrznej powierzchni błony wewnętrznej, gdzie uczestniczy w funkcjonowaniu mechanizmu wahadłowego glicerofosforanu.

Etapy wykorzystania energii składników pokarmowych.

Wykorzystanie energii składników odżywczych jest procesem złożonym, przebiegającym w trzech etapach, według następującego schematu:

Schemat 1. Etapy katabolizmu składników odżywczych.

Na etapie 1 duże cząsteczki polimeru rozkładają się na podjednostki monomeru: białka na aminokwasy, polisacharydy na cukry, a tłuszcze na kwas tłuszczowy i cholesterolole. Ten wstępny proces, zwany trawieniem, odbywa się głównie na zewnątrz komórek pod wpływem enzymów wydzielanych do jamy przewód pokarmowy. Na etapie 2 powstałe małe cząsteczki przedostają się do komórek i ulegają dalszej degradacji w cytoplazmie. Większość atomów węgla i wodoru cukrów przekształca się w pirogronian, który po przeniknięciu do mitochondriów tworzy grupę acetylową chemicznie aktywnego związku acetylokoenzymu A (acetylo-CoA). Duża ilość acetylo-CoA powstaje także podczas utleniania kwasów tłuszczowych. Na etapie 3 grupa acetylowa acetylo-CoA jest całkowicie rozszczepiana do CO2 i H2O. To właśnie na tym ostatnim etapie wytwarzana jest większość ATP. W serii koniugatu reakcje chemiczne ponad połowa energii, jaką według obliczeń teoretycznych można wydobyć z węglowodanów i tłuszczów podczas ich utleniania do H2O i CO2, wykorzystywana jest do przeprowadzenia niekorzystnej energetycznie reakcji Fn + ADP (ATP. Ponieważ reszta uwolnionej energii podczas utleniania uwalniane jest przez komórkę w postaci ciepła, efektem powstawania ATP jest ogólny wzrost nieuporządkowania Wszechświata, co jest w pełni zgodne z drugą zasadą termodynamiki.

Najważniejszym etapem katabolizmu drugiego etapu jest glikoliza – sekwencja reakcji prowadzących do rozkładu glukozy. Podczas glikolizy cząsteczka glukozy zawierająca 6 atomów węgla przekształca się w 2 cząsteczki pirogronianu zawierające po 3 atomy węgla każda. Transformacja ta wymaga 9 kolejnych reakcji enzymatycznych, w których powstaje szereg pośrednich związków zawierających fosforany. (widzieć zdjęcie
1.)
Logicznie rzecz ujmując, sekwencję reakcji glikolizy można podzielić na trzy etapy: 1) w reakcjach 1-4 (patrz ryc. 1) glukoza ulega przemianie do trójwęglowego aldehydu aldehydu glicerynowo-3-fosforanowego (przekształcenie to wymaga dwóch grup fosforanowych oraz niezbędna energia jest uwalniana podczas hydrolizy
ATP); 2) w reakcjach 5-6 grupa aldehydowa każdej cząsteczki aldehydu 3-glicerynowego jest utleniana do grupy karboksylowej, a uwolniona w tym przypadku energia jest wydawana na syntezę ATP z ADP i Fn; 3) w reakcjach 7-9 te dwie cząsteczki fosforanu, które dołączyły do ​​cukru w ​​pierwszym etapie, są przenoszone z powrotem do ADP, co powoduje powstanie ATP i kompensację kosztów
ATP na etapie 1.

Rysunek 1. Półprodukty glikolizy.

Całkowita energia wytworzona podczas glikolizy ogranicza się do syntezy dwóch cząsteczek
ATP (na cząsteczkę glukozy), który powstał w reakcjach 5 i 6.
Zatem reakcje te są krytyczne dla glikolizy. Te dwie reakcje są jedynymi w całym procesie, w których z Fn tworzy się wysokoenergetyczne wiązanie fosforanowe. Ostatecznym rezultatem tych dwóch reakcji jest utlenianie aldehydu cukrowego do kwasu fosfogliceryny, przeniesienie Pn do ADP z utworzeniem wysokoenergetycznego wiązania ATP i redukcja NAD+ do NADH.

W przypadku większości komórek zwierzęcych glikoliza poprzedza katabolizm w trzecim etapie, ponieważ Kwas mlekowy powstający podczas glikolizy szybko przedostaje się do mitochondriów, gdzie ulega utlenieniu do CO2 i H2O. Jednakże w organizmach i tkankach beztlenowych zdolnych do funkcjonowania w warunkach beztlenowych glikoliza może stać się głównym źródłem komórkowego ATP. W takich przypadkach cząsteczki pirogronianu pozostają w cytozolu i przekształcają się w mleczan, który jest następnie wydalany z komórki. Dalsza konwersja pirogronianu w tych reakcjach wytwarzających energię, zwana fermentacją, jest wymagana, aby w pełni wykorzystać potencjał redukcyjny uzyskany w reakcji 5 glikolizy i tym samym zregenerować NAD+ niezbędny do dalszej glikolizy.

Fosforylacja oksydacyjna.

Umożliwia to fosforylacja oksydacyjna organizmy tlenowe wychwytują znaczną część potencjalnej energii swobodnej utleniania substratu.
Możliwe wyjaśnienie mechanizmu fosforylacji oksydacyjnej oferuje teoria chemiosmotyczna. Wiersz substancje lecznicze(np. amobarbital) i trucizny (cyjanek, tlenek węgla) hamują fosforylację oksydacyjną, zwykle ze śmiertelnymi konsekwencjami. Fosforylacja oksydacyjna jest procesem tak istotnym, że zakłócenie jego normalnego przebiegu jest nie do pogodzenia z życiem. Może to wyjaśniać, dlaczego odkryto jedynie niewielką liczbę zaburzeń genetycznych wpływających na ten układ.

Chociaż cykl kwasu cytrynowego jest częścią metabolizmu tlenowego, tlen cząsteczkowy nie bierze bezpośrednio udziału w żadnej z reakcji w tym cyklu, które prowadzą do powstania NADH i FADH2; ma to miejsce tylko w końcowej serii reakcji katabolicznych zachodzących na błonie wewnętrznej. Prawie cała energia otrzymana z wczesne stadia utlenianie w wyniku spalania węglowodanów, tłuszczów i innych składników odżywczych jest początkowo magazynowane w postaci wysokoenergetycznych elektronów przenoszonych przez NADH i FADH.
Elektrony te następnie oddziałują z tlenem cząsteczkowym w łańcuchu oddechowym. Ponieważ duża ilość uwolnionej energii jest wykorzystywana przez enzymy w błonie wewnętrznej do syntezy ATP z ADP i Pn, te ostatnie reakcje nazywane są fosforylacją oksydacyjną.

Synteza ATP w reakcjach fosforylacji oksydacyjnej zachodzących w łańcuchu oddechowym zależy od procesu chemiosmotycznego. Mechanizm tego procesu, zaproponowany po raz pierwszy w 1961 r., umożliwił rozwiązanie problemu, z którym od dawna borykała się biologia komórki.

Wcześniej sądzono, że energia do syntezy ATP w łańcuchu oddechowym dostarczana jest przez ten sam mechanizm, co podczas fosforylacji substratu: zakładano, że energia utleniania wykorzystywana jest do tworzenia wysokoenergetycznego wiązania pomiędzy grupą fosforanową a jakiegoś związku pośredniego i że konwersję ADP do ATP przeprowadza się poprzez zliczenie energii uwolnionej w wyniku zerwania tego wiązania. Jednakże pomimo intensywnych poszukiwań nie odnaleziono domniemanego związku pośredniego.

Zgodnie z hipotezą chemiosmotyczną, zamiast bogatych w energię produktów pośrednich, istnieje bezpośrednie powiązanie pomiędzy procesami chemicznymi („chemi...”) i procesami transportowymi (osmotycznymi, z greckiego osmos
- pchnięcie, ciśnienie) - sprzężenie chemiosmotyczne.

Hipoteza chemiosmotyczna, zaproponowana na początku lat 60. XX wieku, obejmowała cztery niezależne postulaty dotyczące funkcji mitochondriów:

1. Mitochondrialny łańcuch oddechowy, znajdujący się w błonie wewnętrznej, jest w stanie przenosić protony; Kiedy elektrony przechodzą przez łańcuch oddechowy, H+ jest „wypompowywany” z matrycy.

2. Kompleks mitochondrialnej syntetazy ATP również przemieszcza protony przez błonę wewnętrzną. Ponieważ proces ten jest odwracalny, enzym może nie tylko wykorzystać energię hydrolizy ATP do transportu H+ przez błonę, ale jeśli gradient protonów jest wystarczająco duży, protony zaczynają „przepływać” przez błonę.
Syntetaza ATP w odwrotnym kierunku, czemu towarzyszy synteza ATP.

3. Wewnętrzna błona mitochondriów jest nieprzepuszczalna dla H +, OH- i ogólnie wszystkich anionów i kationów.

4. Wewnętrzna błona mitochondrialna zawiera szereg białek nośnikowych, które transportują niezbędne metabolity i jony nieorganiczne.

Wraz z przejściem wysokoenergetycznych elektronów dostarczanych przez NADH i
FADH2, wzdłuż łańcucha oddechowego wewnętrznej błony mitochondrialnej, energia jest uwalniana z jednego transportera do drugiego, który jest wykorzystywany do pompowania protonów (H+) przez błonę wewnętrzną z matrix do przestrzeni międzybłonowej. (patrz rysunek 2)

Rycina 2. Transfer protonów przy udziale układu syntazy ATP (model
Mitchella).

W rezultacie na wewnętrznej membranie powstaje elektrochemiczny gradient protonów; Energia prądu wstecznego protonów „w dół” wzdłuż tego gradientu jest wykorzystywana przez związany z błoną enzym syntetazę ATP, który katalizuje powstawanie ATP z ADP i Fn, tj. końcowy etap fosforylacji oksydacyjnej.

Łańcuch redoks fosforylacji oksydacyjnej.

Elektrony są przenoszone z NADH do tlenu przez trzy duże kompleksy enzymatyczne w łańcuchu oddechowym. Choć mechanizmy pozyskiwania energii w łańcuchu oddechowym i innych reakcjach katabolicznych są różne, to jednak na nich się opierają ogólne zasady. Reakcja H2 + 1/2 O2 (H2O rozkłada się na wiele mniejszych
„kroki”, dzięki czemu uwolniona energia może zostać przekształcona w związane formy, a nie rozproszona w postaci ciepła. Podobnie jak w przypadku produkcji ATP i NADH podczas glikolizy lub cyklu kwasu cytrynowego, wymaga to zastosowania szlaku pośredniego. Ale wyjątkowość łańcucha oddechowego polega na tym, że tutaj przede wszystkim atomy wodoru dzielą się na elektrony i protony.
Elektrony przenoszone są poprzez szereg nośników osadzonych w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Kiedy elektrony docierają do końca łańcucha transportu elektronów, protony neutralizują ładunek ujemny, który pojawia się, gdy elektrony przenoszą się na cząsteczkę tlenu.

Prześledźmy proces utleniania, zaczynając od powstania NADH, głównego akceptora reaktywnych elektronów wyodrębnionych podczas utleniania cząsteczek składników odżywczych. Każdy atom wodoru składa się z jednego elektronu i jednego protonu. Każda cząsteczka NADH zawiera jon wodorkowy (atom wodoru + dodatkowy elektron, H:-), a nie tylko atom wodoru. Jednakże, ze względu na obecność wolnych protonów w otaczającym roztworze wodnym, przeniesienie jonu wodorkowego w NADH jest równoznaczne z przeniesieniem dwóch atomów wodoru lub cząsteczki wodoru (H:- + H+ (H2).

Transfer elektronów przez łańcuch oddechowy rozpoczyna się od usunięcia jonu wodorkowego
(H:-) z NADH; w tym przypadku następuje regeneracja NAD+, a jon wodorkowy przekształca się w proton i dwa elektrony (H:- (H+ + 2e-). Elektrony te trafiają do pierwszego z ponad 15 różnych nośników elektronów w łańcuchu oddechowym. w tym momencie elektrony mają bardzo dużą energię, której podaż stopniowo maleje w miarę przechodzenia przez łańcuch. Najczęściej elektrony przemieszczają się z jednego atomu metalu na drugi, a każdy z tych atomów jest ściśle związany z cząsteczką białka, co wpływa na jego powinowactwo elektronowe. Należy pamiętać, że wszystkie białka - transportery elektronów - zgrupowane są w trzy duże kompleksy enzymów oddechowych, z których każdy zawiera białka transbłonowe, które mocno zakotwiczają kompleks w wewnętrznej błonie mitochondrium. Każdy kolejny kompleks ma większe powinowactwo do elektronów niż poprzednie.Elektrony są sekwencyjnie przenoszone z jednego kompleksu do drugiego, aż w końcu nie przejdą na tlen, który ma najwyższe powinowactwo elektronowe.

Energia uwalniana podczas transportu elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego jest magazynowana w postaci elektrochemicznego gradientu protonów na wewnętrznej błonie mitochondrialnej.

Fosforylacja oksydacyjna jest możliwa dzięki ścisłemu powiązaniu nośników elektronów z cząsteczkami białek. Białka kierują elektrony wzdłuż łańcucha oddechowego tak, aby sekwencyjnie przemieszczały się z jednego kompleksu enzymatycznego do drugiego, bez „przeskakiwania” przez ogniwa pośrednie. Szczególnie ważne jest to, że transfer elektronów obejmuje zmiany allosteryczne w niektórych cząsteczkach białek, w wyniku czego powstaje energetycznie korzystny przepływ elektronów, powodując pompowanie protonów
(H+) przez błonę wewnętrzną z matrix do przestrzeni międzybłonowej i dalej poza mitochondria. Ruch protonów prowadzi do dwóch ważnych konsekwencji: 1) pomiędzy obiema stronami błony wewnętrznej powstaje gradient pH – w matrixie pH jest wyższe niż w cytozolu, gdzie wartość pH jest zwykle bliska 7,0 (ponieważ małe cząsteczki swobodnie przechodzą przez zewnętrzną błonę mitochondrium, pH w przestrzeni międzybłonowej będzie takie samo jak w cytozolu); 2) na wewnętrznej membranie powstaje gradient napięcia
(potencjał błonowy) i wewnętrzna strona membrana jest naładowana ujemnie, a membrana zewnętrzna jest naładowana dodatnio. Gradient pH ((pH) powoduje powstawanie jonów
H+ wraca do matrycy, a jony OH- z matrycy, co wzmacnia działanie potencjału błonowego, pod wpływem którego wszelki ładunek dodatni jest przyciągany do matrycy, a wszelki ładunek ujemny jest z niej wypychany.
Połączone działanie tych dwóch sił powoduje powstanie elektrochemicznego gradientu protonów. Elektrochemiczny gradient protonów wytwarza siłę napędową protonów mierzoną w miliwoltach (mV).

Energia elektrochemicznego gradientu protonów wykorzystywana jest do syntezy ATP oraz transportu metabolitów i jonów nieorganicznych do matrycy.

Wewnętrzna błona mitochondriów charakteryzuje się niezwykle dużą zawartością białka – zawiera około 70% białka w masie
30% fosfolipidów. Wiele z tych białek stanowi część łańcucha transportu elektronów, który utrzymuje gradient protonów przez błonę. Kolejnym ważnym składnikiem jest enzym syntetaza ATP, który katalizuje syntezę ATP. Jest to duży kompleks białkowy, przez który protony przepływają z powrotem do matrycy zgodnie z gradientem elektrochemicznym. Podobnie jak turbina, syntetaza ATP przekształca jedną formę energii w inną, syntetyzując ATP z ADP i Fn w macierzy mitochondrialnej w reakcji połączonej z przepływem protonów do macierzy (patrz rysunek 3).

Rysunek 3. Ogólny mechanizm fosforylacja oksydacyjna.

Ale synteza ATP nie jest jedynym procesem napędzanym energią gradientu elektrochemicznego. W matrixie, gdzie zlokalizowane są enzymy biorące udział w cyklu kwasu cytrynowego i innych reakcjach metabolicznych, konieczne jest utrzymanie wysokich stężeń różnorodnych substratów; w szczególności syntetaza ATP wymaga ADP i fosforanu. Dlatego przez wewnętrzną membranę muszą być transportowane różnorodne podłoża niosące ładunek. Osiąga się to dzięki różnym białkom nośnikowym osadzonym w membranie, z których wiele aktywnie pompuje określone cząsteczki wbrew ich gradientom elektrochemicznym, tj. przeprowadzić proces wymagający energii. W przypadku większości metabolitów źródłem tej energii jest koniugacja z ruchem innych cząsteczek „w dół” wzdłuż ich gradientu elektrochemicznego. Na przykład system antyportowy ADP-ATP bierze udział w transporcie ADP: kiedy każda cząsteczka ADP przechodzi do matrycy, jedna cząsteczka ATP opuszcza ją zgodnie z gradientem elektrochemicznym. Jednocześnie system symportu łączy przejście fosforanów do mitochondriów z kierowanym tam przepływem H+: protony wchodzą do matrix zgodnie ze swoim gradientem i jednocześnie „wciągają” ze sobą fosforan. Pirogronian jest w podobny sposób przenoszony do matrycy. Energia elektrochemicznego gradientu protonów wykorzystywana jest także do transportu jonów Ca2+ do matrycy, które najwyraźniej odgrywają ważną rolę w regulacji aktywności niektórych enzymów mitochondrialnych.

Im więcej energii gradientu elektrochemicznego zużywa się na transfer cząsteczek i jonów do mitochondrium, tym mniej pozostaje na syntezę ATP.
Na przykład, jeśli izolowane mitochondria zostaną umieszczone w środowisku o wysokiej zawartości Ca2+, całkowicie zatrzymają syntezę ATP; cała energia gradientu zostanie zużyta na transport Ca2+ do matrycy. W niektórych wyspecjalizowanych ogniwach elektrochemiczny gradient protonów
„omijane” w taki sposób, że mitochondria wytwarzają ciepło zamiast syntetyzować ATP. Najwyraźniej komórki są w stanie regulować wykorzystanie energii z elektrochemicznego gradientu protonów i kierować ją na te procesy, które są najważniejsze w organizmie. ten moment.

Szybka konwersja ADP do ATP w mitochondriach pozwala na utrzymanie wysokiego stosunku stężenia ATP/ADP w komórkach. Za pomocą specjalnego białka wbudowanego w błonę wewnętrzną ADP jest transportowany do matrix w zamian za ATP zgodnie z zasadą antyportu. W rezultacie cząsteczki ADP uwolnione podczas hydrolizy ATP w cytozolu szybko przedostają się do mitochondrium w celu „doładowania”, podczas gdy cząsteczki ATP utworzone w matrix podczas fosforylacji oksydacyjnej również szybko przedostają się do cytozolu tam, gdzie są potrzebne. W organizmie człowieka cząsteczki ATP powstają w ciągu doby, co pozwala na utrzymanie w komórce stężenia ATP ponad 10-krotnie wyższego od stężenia ADP.

Podczas fosforylacji oksydacyjnej każda para elektronów w NADH dostarcza energii do utworzenia około trzech cząsteczek ATP. Para elektronów FADH2 o niższej energii zapewnia energię do syntezy tylko dwóch cząsteczek ATP. Średnio każda cząsteczka acetylo-CoA wchodząca do cyklu kwasu cytrynowego wytwarza około 12 cząsteczek ATP. Oznacza to, że utlenienie jednej cząsteczki glukozy daje 24 cząsteczki ATP, a utlenienie jednej cząsteczki palmitynianu, kwasu tłuszczowego o 16 atomach węgla, daje 96 cząsteczek ATP. Jeśli weźmiemy pod uwagę także reakcje egzotermiczne poprzedzające powstanie acetylo-CoA, okazuje się, że w wyniku całkowitego utlenienia jednej cząsteczki glukozy powstaje około 36 cząsteczek ATP, natomiast w wyniku całkowitego utlenienia palmitynianu powstaje około 129 cząsteczek ATP. Są to wartości maksymalne, gdyż tak naprawdę ilość ATP syntetyzowanego w mitochondriach zależy od tego, jaka część energii gradientu protonów trafia do syntezy ATP, a nie do innych procesów. Jeśli porównamy zmianę energii swobodnej podczas spalania tłuszczów i węglowodanów bezpośrednio do CO2 i H2O z całkowitą ilością energii zgromadzonej w wiązaniach fosforanowych ATRP w procesach utleniania biologicznego, okaże się, że efektywność konwersji utleniania energię w Energia ATP często przekracza 50%.
Ponieważ cała niewykorzystana energia jest uwalniana w postaci ciepła, większe organizmy potrzebowałyby jej więcej skuteczne sposoby odprowadzanie ciepła do otoczenia.

Ogromną ilość darmowej energii uwalnianej podczas utleniania można efektywnie wykorzystać jedynie w małych porcjach. W złożonym procesie utleniania bierze udział wiele produktów pośrednich, z których każdy różni się tylko nieznacznie od poprzedniego. Dzięki temu uwolniona energia rozkładana jest na mniejsze ilości, które w drodze reakcji sprzężonych można efektywnie przekształcić w wysokoenergetyczne wiązania cząsteczek ATP i NADH.

W 1960 roku po raz pierwszy wykazano, że różne białka błonowe biorące udział w fosforylacji oksydacyjnej można izolować bez utraty aktywności. Rozsiane po nich maleńkie struktury białkowe oddzielono od powierzchni przesłanych cząstek mitochondrialnych i przekształcono w formę rozpuszczalną. Chociaż cząstki przedogniskowe bez tych kulistych struktur nadal utleniały NADH w obecności tlenu, nie nastąpiła synteza ATP. Natomiast dedykowane struktury pełniły rolę
ATPaza, hydrolizująca ATP do ADP i Fn. Kiedy struktury kuliste
(zwane F1-ATPazami) dodano do pozbawionych ich cząstek przedogniskowych, zrekonstruowane cząstki ponownie syntetyzowały ATP z ADP i Fn.
F1-ATPaza jest częścią dużego, rozciągającego się przez błonę kompleksu, który składa się z co najmniej dziewięciu różnych łańcuchów polipeptydowych. Kompleks ten nazywany jest syntetazą ATP; stanowi około 15% całkowitego białka wewnętrznej błony mitochondrialnej.
Bardzo podobne syntetazy ATP występują w błonach chloroplastów i bakterii.
Taki kompleks białkowy zawiera kanały przezbłonowe dla protonów i występuje tylko wtedy, gdy protony przechodzą przez te kanały zgodnie z gradientem elektrochemicznym.

Syntetaza ATP może działać w odwrotnym kierunku – rozkładać się
ATP i protony pompy. Działanie syntetazy ATP jest odwracalne: jest ona w stanie wykorzystać zarówno energię hydrolizy ATP do pompowania protonów przez wewnętrzną błonę mitochondrialną, jak i energię przepływu protonów wzdłuż gradientu elektrochemicznego do syntezy ATP. Zatem syntetaza ATP
to odwracalny układ sprzęgający, który dokonuje wzajemnej konwersji energii elektrochemicznego gradientu protonów i wiązań chemicznych.
Kierunek jego działania zależy od zależności pomiędzy stromością gradientu protonów a wartością lokalną (G dla hydrolizy ATP.

Syntetaza ATP otrzymała swoją nazwę dlatego, że w normalnych warunkach gradient utrzymywany przez łańcuch oddechowy syntetyzuje większość całkowitego ATP komórki. Liczba protonów wymaganych do syntezy jednej cząsteczki ATP nie jest dokładnie znana. Kiedy protony przechodzą przez syntetazę ATP, syntetyzowana jest jedna cząsteczka ATP.

To, czy syntetaza ATP działa w danym momencie - syntetyzując, czy hydrolizując ATP - zależy od dokładnej równowagi pomiędzy zmianami energii swobodnej podczas przejścia trzech protonów przez błonę do matrycy i syntezy ATP w matrycy. Jak już wspomniano, wartość (Gsynthet.ATP zależy od stężeń trzech substancji w macierzy mitochondrialnej - ATP, ADP i Fn. Przy stałej sile napędowej protonu syntetaza ATP będzie syntetyzować
ATP do momentu, aż stosunek ATP do ADP i Fn osiągnie wartość, przy której wartość (Gsyn.ATP osiągnie dokładnie wartość +15,2 kcal/mol. W takich warunkach synteza ATP będzie dokładnie zrównoważona przez jego hydrolizę.

Załóżmy, że w wyniku reakcji wymagających wydatku energetycznego duża ilość ATP uległa nagłej hydrolizie w cytozolu, co doprowadziło do spadku stosunku ATP:ADP w macierzy mitochondrialnej. W tym przypadku syntetaza G zmniejszy się i syntetaza ATP ponownie przełączy się na syntezę ATP, aż do przywrócenia pierwotnego stosunku ATP:ADP.Jeśli siła napędowa protonu nagle spadnie i utrzyma się na stałym poziomie, wówczas syntetaza ATP zacznie się rozkładać ATP i ta reakcja będzie kontynuowana, aż stosunek stężeń ATP i ADP osiągnie nową wartość (przy której (Gsyn.ATP = +13,8 kcal/mol) i tak dalej.

Jeśli syntetaza ATP normalnie nie transportuje H+ z matrix, wówczas łańcuch oddechowy, zlokalizowany w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, w normalnych warunkach przenosi protony przez tę błonę, tworząc w ten sposób elektrochemiczny gradient protonów, który dostarcza energię do syntezy ATP.

Większość nośników elektronów tworzących łańcuch oddechowy pochłania światło, a ich utlenianiu lub redukcji towarzyszy zmiana koloru. Zazwyczaj widmo absorpcji i reaktywność każdego nośnika są dość charakterystyczne, co pozwala prześledzić zmiany jego stanów za pomocą spektroskopii, nawet w nieoczyszczonym ekstrakcie. Umożliwiło to wyizolowanie takich transporterów na długo przed wyjaśnieniem ich prawdziwej funkcji. Na przykład cytochromy odkryto w 1925 r. jako związki, które ulegają szybkiemu utlenieniu i redukcji w organizmach tak różnorodnych, jak drożdże, bakterie i owady. Obserwując komórki i tkanki za pomocą spektroskopu, udało się zidentyfikować trzy typy cytochromów, które różniły się widmami absorpcyjnymi i nazwano je cytochromami a, b i c. Komórki zawierają kilka typów każdego typu cytochromu, a klasyfikacja według typu nie odzwierciedla ich funkcji.

Najprostszym nośnikiem elektronów jest mała hydrofobowa cząsteczka rozpuszczona w dwuwarstwie lipidowej, zwana ubichinonem lub koenzymem Q. Jest zdolna do przyjęcia lub oddania jednego lub dwóch elektronów i tymczasowo pobiera proton z ośrodka w miarę przenoszenia każdego elektronu.

Rysunek 4. Struktura ubichinonu.

Łańcuch oddechowy zawiera trzy duże kompleksy enzymatyczne osadzone w błonie wewnętrznej

Białka błonowe są trudne do wyizolowania w postaci nienaruszonych kompleksów, ponieważ w większości są nierozpuszczalne roztwory wodne oraz substancje takie jak detergenty i mocznik niezbędne do ich solubilizacji mogą zakłócać normalne interakcje białko-białko. Jednak na początku lat 60. Stwierdzono, że stosując stosunkowo łagodne detergenty jonowe, takie jak dezoksycholan, możliwe jest rozpuszczenie niektórych składników wewnętrznej błony mitochondrialnej w ich natywnej postaci. Pozwoliło nam to zidentyfikować i wyizolować trzy główne kompleksy enzymów oddechowych związane z błoną na szlaku od NADH do tlenu.

Rycina 5. Kompleksy enzymów oddechowych.

1. Kompleks dehydrogenazy NADH, największy z kompleksów enzymów oddechowych, ma masę cząsteczkową ponad 800 000 i zawiera ponad 22 łańcuchy polipeptydowe. Przyjmuje elektrony z NADH i przepuszcza je przez flawinę i co najmniej pięć centrów żelazowo-siarkowych do ubichinonu, małej cząsteczki rozpuszczalnej w tłuszczach, która przekazuje elektrony do drugiego kompleksu enzymów oddechowych, kompleksu b-c1.

2. Kompleks b-c1 składa się z co najmniej 8 różnych łańcuchów polipeptydowych i prawdopodobnie występuje w postaci dimeru o masie cząsteczkowej 500 000.
Każdy monomer zawiera trzy motywy związane z cytochromami i białko żelazowo-siarkowe. Kompleks przyjmuje elektrony z ubichinonu i przenosi je do cytochromu c, małego białka błony obwodowej, które następnie przenosi je do kompleksu oksydazy cytochromowej.
3. Kompleks oksydazy cytochromowej (cytochrom aa3) jest najlepiej zbadanym z trzech kompleksów. Składa się z co najmniej ośmiu różnych łańcuchów polipeptydowych i jest izolowany w postaci dimerów o masie cząsteczkowej 300 000; Każdy monomer zawiera dwa cytochromy i dwa atomy miedzi, kompleks ten przyjmuje elektrony z cytochromu c i przenosi je na tlen.

Cytochromy, centra żelazowo-siarkowe i atomy miedzi są w stanie przenosić tylko jeden elektron na raz. Tymczasem każda cząsteczka NADH oddaje dwa elektrony, a każda cząsteczka O2 musi przyjąć 4 elektrony, tworząc cząsteczkę wody. W łańcuchu transportu elektronów istnieje kilka miejsc gromadzenia i dystrybucji elektronów, w których równoważy się różnica w liczbie elektronów. Przykładowo kompleks oksydazy cytochromowej przyjmuje indywidualnie 4 elektrony z cząsteczek cytochromu c i ostatecznie przenosi je do jednej związanej cząsteczki O2, co prowadzi do powstania dwóch cząsteczek wody. Na pośrednich etapach tego procesu dwa elektrony trafiają do hemu cytochromu a i związanego z białkiem atomu miedzi Cua, zanim przejdą do miejsca wiązania tlenu. Z kolei miejsce wiązania tlenu zawiera kolejny atom miedzi i hem cytochromu a3. Jednak mechanizm powstawania dwóch cząsteczek wody w wyniku oddziaływania związanej cząsteczki O2 z czterema protonami nie jest dokładnie poznany.

W większości komórek około 90% całego wchłoniętego tlenu oddziałuje z oksydazą cytochromową. Toksyczność trucizn, takich jak cyjanek i azydek, wiąże się z ich zdolnością do silnego łączenia się z kompleksem oksydazy cytochromowej i w ten sposób blokowania całego transportu elektronów.

Dwa składniki przenoszące elektrony pomiędzy trzema głównymi kompleksami enzymatycznymi łańcucha oddechowego – ubichinon i cytochrom c – szybko przemieszczają się poprzez dyfuzję w płaszczyźnie błon.

Zderzenia pomiędzy tymi mobilnymi nośnikami a kompleksami enzymatycznymi mogą dobrze wyjaśniać obserwowaną szybkość transferu elektronów (każdy kompleks oddaje i przyjmuje jeden elektron co 5–10 milisekund). Nie ma zatem potrzeby zakładania porządku strukturalnego łańcucha białek transportowych w dwuwarstwie lipidowej; w rzeczywistości kompleksy enzymatyczne najwyraźniej istnieją w błonie jako niezależne składniki, a uporządkowany transfer elektronów zapewnia jedynie specyfika oddziaływań funkcjonalnych pomiędzy składnikami łańcucha.

Potwierdza to również fakt, że różne elementy łańcucha oddechowego są obecne w całości różne ilości. Przykładowo w mitochondriach serca na każdą cząsteczkę kompleksu dehydrogenazy NADH przypadają 3 cząsteczki | kompleks kompleks b-c1, 7 cząsteczek kompleksu oksydazy cytochromowej, 9 cząsteczek cytochromu c i 50 cząsteczek ubichinonu; bardzo różne proporcje tych białek występują również w niektórych innych komórkach.

Znaczący spadek potencjału redoks w każdym z trzech kompleksów łańcucha oddechowego zapewnia energię potrzebną do pompowania protonów.

Para taka jak H2O i SO2 (lub NADH i NAD+) nazywana jest sprzężoną parą redoks, ponieważ jeden z jej członków przekształca się w inny, jeśli doda się jeden lub więcej elektronów i jeden lub więcej protonów (te ostatnie są zawsze wystarczające w każdym roztworze wodnym) rozwiązanie). Na przykład SO2 + 2e + 2H+ (H2O

Powszechnie wiadomo, że mieszanina związków tworzących sprzężoną parę kwas-zasada w proporcjach 50:50 pełni rolę buforu utrzymującego określone „ciśnienie protonowe” (pH), którego wartość zależy od stałej dysocjacji kwasu. Dokładnie w ten sam sposób mieszanina składników pary w stosunku 50:50 utrzymuje określone „ciśnienie elektronów”, czyli potencjał redoks, E, który służy jako miara powinowactwa cząsteczki nośnika do elektronów.

Umieszczając elektrody w roztworze z odpowiednimi parami redoks, można zmierzyć potencjał redoks każdego nośnika elektronów biorącego udział w biologicznych reakcjach redoks. Pary związków o najbardziej ujemnych wartościach potencjału redoks mają najniższe powinowactwo elektronowe, tj. zawierają nośniki, które mają najmniejszą tendencję do przyjmowania elektronów i największą tendencję do ich oddawania. Na przykład mieszanina NADH i NAD+ (50:50) ma potencjał redoks wynoszący -320 mV, co wskazuje na dużą zdolność NADH do oddawania elektronów, podczas gdy potencjał redoks mieszaniny równych ilości H2O i SO2 wynosi + 820 mV, co wskazuje na silną tendencję 02 do przyjmowania elektronów.

Gwałtowna zmiana zachodzi w każdym z trzech głównych kompleksów oddechowych. Różnica potencjałów pomiędzy dowolnymi dwoma nośnikami elektronów jest wprost proporcjonalna do energii uwolnionej podczas przejścia elektronu z jednego nośnika na drugi. Każdy kompleks działa jak urządzenie do konwersji energii, kierując tę ​​darmową energię w celu przemieszczania protonów przez membranę, co powoduje utworzenie elektrochemicznego gradientu protonów podczas przepływu elektronów przez obwód.

Aby mechanizm przekształcania energii leżący u podstaw fosforylacji oksydacyjnej działał, konieczne jest, aby każdy kompleks enzymatyczny łańcucha oddechowego był zorientowany w wewnętrznej błonie mitochondrialnej - tak, aby wszystkie protony poruszały się w tym samym kierunku, tj. z matrix na zewnątrz. Tę wektorową organizację białek błonowych wykazano za pomocą specjalnych, nie penetrujących błony sond, które posłużyły do ​​znakowania kompleksu tylko po jednej stronie błony. Specyficzna orientacja w dwuwarstwie jest charakterystyczna dla wszystkich białek błonowych i jest bardzo ważna dla ich funkcji.
Mechanizmy pompowania protonów przez elementy łańcucha oddechowego.

W procesie fosforylacji oksydacyjnej podczas utleniania jednej cząsteczki
NADH (tj. gdy dwa elektrony przechodzą przez wszystkie trzy kompleksy enzymatyczne) powstają nie więcej niż trzy cząsteczki ATP. Jeśli założymy, że przejście powrotne trzech protonów przez syntetazę ATP zapewnia syntezę jednej cząsteczki ATP, możemy stwierdzić, że średnio przeniesieniu jednego elektronu przez każdy kompleks towarzyszy ruch półtora protonu
(innymi słowy, podczas transportu jednego elektronu niektóre kompleksy pompują jeden proton, inne zaś dwa protony). Jest prawdopodobne, że różne elementy łańcucha oddechowego mają różne mechanizmy łączenia transportu elektronów z ruchem protonów. Allosterycznym zmianom konformacji cząsteczki białka związanym z transportem elektronów w zasadzie może towarzyszyć „pompowanie” protonów, podobnie jak protony poruszają się, gdy odwracają działanie syntetazy ATP. Przy każdym przeniesieniu elektronu chinon wychwytuje proton z ośrodka wodnego, który następnie oddaje, uwalniając elektron. Ponieważ ubichinon porusza się swobodnie w dwuwarstwie lipidowej, może przyjmować elektrony w pobliżu wewnętrznej powierzchni membrany i przenosić je do kompleksu b-c1 w pobliżu jej zewnętrznej powierzchni, przenosząc jeden proton przez dwuwarstwę na każdy przeniesiony elektron. Bardziej złożone modele mogą również wyjaśnić ruch dwóch protonów na elektron przez kompleks b-c1, zakładając, że ubichinon wielokrotnie przechodzi przez kompleks b-c1 w określonym kierunku.

W przeciwieństwie do tego, cząsteczki przenoszące elektrony do kompleksu oksydazy cytochromowej nie wydają się przenosić protonów, w którym to przypadku transport elektronów jest prawdopodobnie związany z pewną allosteryczną zmianą w konformacji cząsteczek białka, w wyniku czego część kompleksu białkowego sam przenosi protony.
Działanie odłączników.

Od lat 40. XX wieku znanych jest szereg lipofilowych słabych kwasów, które mogą pełnić funkcję czynników rozsprzęgających, tj. zakłócają sprzężenie transportu elektronów z syntezą ATP. Kiedy te związki organiczne o niskiej masie cząsteczkowej zostaną dodane do komórek, mitochondria przestają wytwarzać ATP, kontynuując absorpcję tlenu. W obecności środka rozprzęgającego szybkość transportu elektronów pozostaje wysoka, ale nie powstaje gradient protonów.
Jest to proste wyjaśnienie tego efektu: czynniki rozprzęgające (np. dinitrofenol, tyroksyna) działają jako nośniki H+ (jonofory H+) i otwierają dodatkową ścieżkę - już nie przez syntetazę ATP - dla przepływu H+ przez wewnętrzną błonę mitochondrialną.( 13, 2000(
Kontrola oddechowa.

Po dodaniu do komórek środka rozprzęgającego, takiego jak dinitrofenol, pobór tlenu przez mitochondria znacznie wzrasta wraz ze wzrostem szybkości przenoszenia elektronów. Przyspieszenie to wynika z istnienia kontroli oddechowej. Uważa się, że kontrola ta opiera się na bezpośrednim hamującym wpływie elektrochemicznego gradientu protonów na transport elektronów. Kiedy gradient elektrochemiczny zanika w obecności rozprzęgacza, niekontrolowany już transport elektronów osiąga maksymalną prędkość. Zwiększający się gradient spowalnia łańcuch oddechowy i spowalnia transport elektronów. Co więcej, jeśli w eksperymencie sztucznie wytworzy się na błonie wewnętrznej niezwykle wysoki gradient elektrochemiczny, wówczas normalny transport elektronów zostanie całkowicie zatrzymany, a w niektórych częściach łańcucha oddechowego można wykryć odwrotny przepływ elektronów. Sugeruje to, że kontrola oddechowa odzwierciedla prostą równowagę pomiędzy zmianą energii swobodnej w ruchu protonów związaną z transportem elektronów a zmianą energii swobodnej w samym transporcie elektronów.Wielkość gradientu elektrochemicznego wpływa zarówno na szybkość i kierunek transportu elektronów, jak również oraz na kierunek działania syntetazy ATP.

Kontrola oddechowa jest tylko częścią złożonego systemu wzajemnie powiązanych mechanizmów regulacyjnego sprzężenia zwrotnego, które koordynują tempo glikolizy, rozkładu kwasów tłuszczowych, reakcji cyklu kwasu cytrynowego i transportu elektronów. Szybkość wszystkich tych procesów zależy od stosunku
ATP:ADP – zwiększają się, gdy stosunek ten maleje w wyniku zwiększonego wykorzystania ATP. Przykładowo syntetaza ATP wewnętrznej błony mitochondrialnej działa szybciej, gdy wzrasta stężenie jej substratów, czyli ADP i Fn. Im większa szybkość tej reakcji, tym więcej protonów wpływa do matrycy, tym samym szybciej rozpraszając gradient elektrochemiczny; a zmniejszenie gradientu prowadzi z kolei do przyspieszenia transportu elektronów.

Mitochondria w brunatnej tkance tłuszczowej są generatorami ciepła.
Wszystkie kręgowce w w młodym wieku Do wytworzenia ciepła oprócz mechanizmu drżenia mięśni potrzebne jest urządzenie termogeniczne. Tego typu urządzenia są szczególnie istotne w przypadku zwierząt zapadających w sen zimowy. Mięśnie w stanie drżenia kurczą się nawet przy braku obciążenia, wykorzystując kurczliwe białka do hydrolizy ATP w zwykły sposób dla komórek mięśniowych i uwalniając w postaci ciepła całą energię potencjalnie dostępną podczas hydrolizy
ATP. Potrzeba specjalnego urządzenia termogenicznego wynika z ściśle powiązanej fosforylacji oksydacyjnej normalnych mitochondriów. Gdyby udało się rozdzielić ten proces, tak jak ma to miejsce w obecności dinitrofenolu, mógłby on służyć jako odpowiednie urządzenie wytwarzające ciepło; dokładnie tak dzieje się w mitochondriach brązowego tłuszczu. Chociaż te mitochondria mają konwencjonalną odwracalną ATPazę, mają również transbłonową translokazę protonów, przez którą protony mogą powrócić do macierzy i elektrycznie ominąć ATPazę. Jeśli proces ten jest wystarczający do utrzymania potencjału redoks wodoru znacznie poniżej 200 mV, synteza ATP staje się niemożliwa, a proces utleniania przebiega swobodnie, w wyniku czego cała energia zostaje uwolniona w postaci ciepła.

Cykl kwasu cytrynowego (cykl kwasu trikarboksylowego, cykl Krebsa).

Cykl kwasu cytrynowego to seria reakcji zachodzących w mitochondriach, które katabolizują grupy acetylowe i uwalniają równoważniki wodoru; gdy te ostatnie ulegają utlenieniu, darmowa energia jest dostarczana z zasobów paliwa tkankowego. Grupy acetylowe znajdują się w acetylo-CoA (aktywnym octanie), tioestrze koenzymu A.

Główną funkcją cyklu kwasu cytrynowego jest to, że jest to wspólna końcowa droga utleniania węglowodanów, białek i tłuszczów, ponieważ glukoza, kwasy tłuszczowe i aminokwasy są metabolizowane do acetylo-CoA lub półproduktów cyklu. Cykl kwasu cytrynowego również odgrywa rolę główna rola w procesach glukoneogenezy, transaminacji, deaminacji i lipogenezy.Chociaż wiele z tych procesów zachodzi w wielu tkankach, wątroba jest jedynym narządem, w którym wszystkie te procesy zachodzą. Dlatego poważne konsekwencje powoduje szkody duża liczba komórki wątroby lub ich zamiennik tkanka łączna. O istotnej roli cyklu kwasu cytrynowego świadczy także fakt, że zmiany genetyczne w enzymach katalizujących reakcje tego cyklu są u człowieka prawie nieznane, gdyż występowanie takich zaburzeń jest niezgodne z prawidłowym rozwojem.

Otwarcie CTK.

Istnienie takiego cyklu utleniania pirogronianu w tkankach zwierzęcych po raz pierwszy zasugerował w 1937 roku Hans Krebs. Pomysł ten przyszedł mu do głowy, gdy badał wpływ anionów różnych kwasów organicznych na szybkość wchłaniania tlenu przez zawiesiny pokruszonych mięśnie piersiowe gołębia, u którego nastąpiło utlenianie pirogronianu.

Mięśnie piersiowe charakteryzują się niezwykle dużą szybkością oddychania, co czyni je szczególnie dogodnym obiektem do badania aktywności oksydacyjnej. Krebs potwierdził również, że inne kwasy organiczne odkryte wcześniej w tkankach zwierzęcych (bursztynowy, jabłkowy, fumarowy i szczawiooctowy) stymulują utlenianie pirogronianu. Ponadto stwierdził, że utlenianie pirogronianu tkanka mięśniowa stymulowane przez sześciowęglowe kwasy trikarboksylowe – cytrynowy, cis-akonitowy i izocytrynowy oraz pięciowęglowy (-ketoglutarowy). Badano inne naturalnie występujące kwasy organiczne, ale żaden z nich nie wykazywał podobnego działania. Sam charakter działania stymulującego Efekt przykuł uwagę aktywnych kwasów: nawet niewielka ilość któregokolwiek z nich wystarczyła, aby spowodować utlenienie wielokrotnie większej ilości pirogronianu.

Proste eksperymenty i logiczne rozumowanie pozwoliły Krebsowi zaproponować, że cykl, który nazwał cyklem kwasu cytrynowego, jest główną drogą utleniania węglowodanów w mięśniach. Następnie cykl kwasu cytrynowego stwierdzono w prawie wszystkich tkankach zwierząt wyższych i roślin oraz w wielu mikroorganizmach tlenowych. Za to ważne odkrycie Krebsa otrzymał w 1953 r nagroda Nobla. Eugene’a Kennedy’ego i Alberta
Lehninger wykazał później, że wszystkie reakcje cyklu kwasu cytrynowego zachodzą w mitochondriach komórek zwierzęcych. Nie tylko wszystkie enzymy i koenzymy cyklu kwasu cytrynowego znaleziono w izolowanych mitochondriach wątroby szczura; tutaj, jak się okazało, wszystkie enzymy i białka potrzebne do ostatni etap oddychanie, tj. do przenoszenia elektronów i fosforylacji oksydacyjnej. Dlatego mitochondria słusznie nazywane są „elektrowniami” komórki.

Cykl rozpoczyna się od oddziaływania cząsteczki acetylo-CoA z kwasem szczawiooctowym (szczawiooctanem), w wyniku czego powstaje sześciowęglowy kwas trikarboksylowy zwany kwasem cytrynowym.
Następnie następuje seria reakcji, podczas których uwalniane są dwie cząsteczki CO2 i regenerowana jest szczawiooctan. Ponieważ ilość szczawiooctanu potrzebna do przekształcenia dużej liczby jednostek acetylowych w CO2 jest bardzo mała, można uznać, że szczawiooctan odgrywa rolę katalityczną.

Cykl kwasu cytrynowego to mechanizm wychwytujący większość darmowej energii uwalnianej podczas utleniania węglowodanów, lipidów i białek. Podczas utleniania acetylo-CoA, w wyniku działania szeregu specyficznych dehydrogenaz, powstają redukujące odpowiedniki w postaci wodoru lub elektronów. Te ostatnie wchodzą do łańcucha oddechowego; Gdy ten łańcuch funkcjonuje, następuje fosforylacja oksydacyjna, czyli synteza ATP.

Enzymy cyklu kwasu cytrynowego zlokalizowane są w macierzy mitochondrialnej, gdzie występują w stanie wolnym lub na wewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony mitochondrialnej; w tym drugim przypadku ułatwiony jest transfer równoważników redukujących do enzymów łańcucha oddechowego zlokalizowanych w wewnętrznej błonie mitochondrialnej.

Reakcje TCA.

Początkowa reakcja, kondensacja acetylo-CoA i szczawiooctanu, jest katalizowana przez enzym kondensujący, syntetazę cytrynianową, tworząc wiązanie węgiel-węgiel pomiędzy węglem metylowym acetylo-CoA i węglem karbonylowym szczawiooctanu. Po reakcji kondensacji prowadzącej do powstania cytrilo-CoA następuje hydroliza wiązania tioeterowego, której towarzyszy utrata duża ilość darmowa energia w postaci ciepła; określa to przebieg reakcji od lewej do prawej, aż do jej zakończenia:

Acetylo-CoA + szczawiooctan + H2O > cytrynian + CoA-SH

Konwersja cytrynianu do izocytrynianu jest katalizowana przez akonitazę zawierającą żelazo. Reakcja ta przebiega w dwóch etapach: najpierw następuje odwodnienie z utworzeniem cis-akoninianu (część pozostaje w kompleksie z enzymem), a następnie uwodnienie i utworzenie izocytrynianu:

Cytrynian? cis -Akonitat? Izocytrynian – H2O

Reakcję hamuje fluorooctan, który najpierw przekształca się w fluoroacetylo-CoA; ten ostatni kondensuje ze szczawiooctanem, tworząc fluorocytrynian. Bezpośrednim inhibitorem akonitazy jest fluorocytrynian; po zahamowaniu gromadzi się cytrynian.

Eksperymenty z użyciem półproduktów pokazują, że akonitaza oddziałuje z cytrynianem asymetrycznie: zawsze działa na część cząsteczki cytrynianu, która została utworzona ze szczawiooctanu.
Możliwe, że cis-akonitian nie jest obowiązkowym związkiem pośrednim pomiędzy cytrynianem i izocytrynianem i powstaje na bocznej odnodze głównego szlaku.

Dehydrogenaza izocytrynianowa następnie katalizuje odwodornienie, tworząc szczawiobursztynian. Opisano trzy różne formy dehydrogenazy izocytrynianowej. Jeden z nich, zależny od NAD, występuje wyłącznie w mitochondriach. Pozostałe dwie formy są zależne od NADP i jedna z nich występuje także w mitochondriach, a druga w cytozolu. Utlenianie izocytrynianów związane z łańcuchem oddechowym zachodzi prawie wyłącznie
Enzym zależny od NAD:
Izocytrynian + NAD+? Szczawinian (w połączeniu z enzymem)? alfa-ketoglutaran + CO2+ NADH2

Rysunek 5. Reakcje cyklu Krebsa.

Następnie następuje dekarboksylacja z wytworzeniem alfa-ketoglutaranu, który jest również katalizowany przez dehydrogenazę izocytrynianową. Ważnym składnikiem reakcji dekarboksylacji są jony Mg2+ (lub Mn2+). Z dostępnych danych wynika, że ​​powstały w pośrednim etapie reakcji szczawiobursztynian pozostaje skompleksowany z enzymem.

Alfa-ketoglutaran z kolei ulega oksydacyjnej dekarboksylacji podobnej do oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu: w obu przypadkach substratem jest alfa-ketokwas. Reakcja katalizowana jest przez kompleks dehydrogenazy alfa-ketoglutaranowej i wymaga udziału tego samego zestawu kofaktorów – difosforanu tiaminy, liponianu, NAD+, FAD i
CoA; W rezultacie powstaje sukcynylo-CoA, tioester zawierający wiązanie wysokoenergetyczne.

Ketoglutoran + NAD+ + CoA-SH > Sukcynylo-CoA + CO2 + NADH+H+

Równowaga reakcji jest tak mocno przesunięta w kierunku tworzenia sukcynylo-CoA, że można ją uznać za fizjologicznie jednokierunkową. Podobnie jak w przypadku utleniania pirogronianu, reakcję hamuje arsenian, co prowadzi do akumulacji substratu (alfaketoglutaranu).

Kontynuacją cyklu jest konwersja sukcynylo-CoA do bursztynianu, katalizowana przez tiokinazę bursztynianową (syntetaza sukcynylo-CoA):

Sukcynylo-CoA + FN + HDF? Bursztynian + GTP + CoA-SH

Jednym z substratów reakcji jest HDP (lub IDP), z którego w obecności nieorganicznego fosforanu powstaje GTP (ITP). Jest to jedyny etap cyklu kwasu cytrynowego, podczas którego na poziomie substratu powstaje wysokoenergetyczne wiązanie fosforanowe; Podczas oksydacyjnej dekarboksylacji β-ketoglutaranu potencjalna ilość wolnej energii jest wystarczająca do utworzenia NADH i wysokoenergetycznego wiązania fosforanowego. W reakcji katalizowanej przez fosfokinazę, ATP może powstać albo z GTP, albo z ITP. Na przykład:

GTP+ADP (PKB+ATP.

W alternatywnej reakcji zachodzącej w tkankach pozawątrobowych i katalizowanej przez transferazę acetooctanu-CoA sukcynylo-CoA, sukcynylo-CoA przekształca się w bursztynian w połączeniu z konwersją acetooctanu do acetoacetylo-CoA. Wątroba ma aktywność diacylazy, która zapewnia hydrolizę części sukcynylo-CoA z wytworzeniem bursztynianu i CoA.

Bursztynian + FAD (fumaran + FADH2

Pierwsze odwodornienie jest katalizowane przez dehydrogenazę bursztynianową związaną z wewnętrzną powierzchnią wewnętrznej błony mitochondrialnej.
Jest to jedyna reakcja dehydrogenazy cyklu TCA, podczas której następuje bezpośredni transfer z substratu do flawoproteiny bez udziału NAD+. Enzym zawiera FAD i białko żelazowo-siarkowe. W wyniku odwodornienia powstaje fumaran. Jak wykazały doświadczenia z użyciem izotopów, enzym jest stereospecyficzny w stosunku do atomów wodoru trans grup metylenowych bursztynianu. Dodatek malonianu lub szczawiooctanu hamuje dehydrogenazę bursztynianową, prowadząc do akumulacji bursztynianu.

Fumaraza (hydrataza fumaranowa) katalizuje dodanie wody do fumaranu, tworząc jabłczan:

Fumaran +H2O (L-jabłczan

Fumaraza jest specyficzna dla L-izomeru jabłczanu, katalizuje addycję składników cząsteczki wody przy podwójnym wiązaniu fumaranu w konfiguracji trans.
Dehydrogenaza jabłczanowa katalizuje konwersję jabłczanu do szczawiooctanu, reakcję obejmującą NAD+:

L-jabłczan + NAD+ (0xalooctan + NADH2

Choć równowaga tej reakcji jest mocno przesunięta w kierunku jabłczanu, tak naprawdę przebiega ona w kierunku szczawiooctanu, gdyż wraz z
NADH jest stale zużywany w innych reakcjach.

Enzymy cyklu kwasu cytrynowego, z wyjątkiem alfa-ketoglutaranu i dehydrogenazy bursztynianowej, występują także poza mitochondriami. Jednakże niektóre z tych enzymów (np. dehydrogenaza jabłczanowa) różnią się od odpowiednich enzymów mitochondrialnych.

Energetyka cyklu kwasu cytrynowego.

W wyniku utleniania katalizowanego przez dehydrogenazy cyklu TCA, na każdą cząsteczkę acetylo-CoA katabolizowaną w jednym cyklu powstają trzy cząsteczki NADH i jedna cząsteczka FADH2. Te redukujące odpowiedniki są przenoszone do łańcucha oddechowego zlokalizowanego w błonie mitochondrialnej.
Gdy redukujące odpowiedniki NADH przemieszczają się wzdłuż łańcucha, generują trzy wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe poprzez tworzenie ATP z ADP w procesie fosforylacji oksydacyjnej. Wskutek
FADH2 generuje tylko dwa wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe, ponieważ FADH2 przenosi redukujące równoważniki do koenzymu Q i dlatego omija pierwszą część łańcucha fosforylacji oksydacyjnej w łańcuchu oddechowym. Kolejny wysokoenergetyczny fosforan powstaje w jednym z miejsc cyklu kwasu cytrynowego, czyli na poziomie substratu, podczas konwersji sukcynylo-CoA do bursztynianu. Zatem podczas każdego cyklu powstaje 12 nowych wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych.

Regulacja cyklu kwasu cytrynowego.

Podstawowe procesy dostarczające i magazynujące energię w ogniwach można przedstawić w sposób ogólny w następujący sposób: pirogronian glukozy (kwasy tłuszczowe acetylo-CoA

Regulacja tego układu musi m.in. zapewniać stałą podaż ATP w stosunku do aktualnie istniejącego zapotrzebowania energetycznego, zapewniać przemianę nadmiaru węglowodanów w kwasy tłuszczowe poprzez pirogronian i acetylo-CoA, a jednocześnie kontrolować ekonomiczne zużycie kwasów tłuszczowych poprzez acetylo-CoA jako kluczowy produkt wejściowy w cyklu kwasu cytrynowego.

Cykl kwasu cytrynowego dostarcza elektrony do układu transportu elektronów, w którym przepływ elektronów jest sprzężony z syntezą ATP oraz, w mniejszym stopniu, zasila układy biosyntezy produktów pośrednich z równoważnikami redukującymi. W zasadzie cykl nie może przebiegać szybciej, niż pozwala na to wykorzystanie wytworzonego ATP. Gdyby cały ADP komórki został przekształcony w ATP, nie mógłby nastąpić dalszy przepływ elektronów z gromadzącego się NADH do 02. Ze względu na brak NAD+, niezbędnego uczestnika procesów odwodornienia cyklu, ten ostatni przestaje funkcjonować. Istnieją bardziej subtelne urządzenia regulacyjne, które modulują działanie enzymów w samym cyklu kwasu cytrynowego.

Dehydrogenaza bursztynianowa zlokalizowana jest w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Wszystkie pozostałe enzymy są rozpuszczone w matrixie wypełniającym wewnętrzną przestrzeń mitochondrium. Pomiary względnych ilości tych enzymów i stężeń ich substratów w mitochondriach wskazują, że każda reakcja przebiega z tą samą szybkością. Gdy pirogronian (lub inne potencjalne źródło acetylo-CoA) dostanie się do macierzy mitochondrialnej, cały cykl zachodzi w tym przedziale.

W niektórych miejscach stymulację lub hamowanie określa się na podstawie względnych stężeń NADH/NAD, ATP/ADP lub AMP, acetylo-CoA/CoA lub sukcynylo-CoA/CoA. Gdy te stosunki są wysokie, komórka jest dostatecznie zaopatrzona w energię, a przepływ w cyklu jest spowolniony; gdy są niskie, komórka odczuwa zapotrzebowanie na energię, a przepływ przez cykl przyspiesza.

Jak nieodwracalna reakcjałącząc metabolizm węglowodanów z cyklem kwasu cytrynowego, reakcja dehydrogenazy pirogronianowej musi być dobrze kontrolowana. Osiąga się to na dwa sposoby. Po pierwsze, enzym, który jest aktywowany przez kilka glikolitycznych półproduktów, jest konkurencyjnie hamowany przez własne produkty – NADH i acetylo-
WięcA. Przy niezmienionych pozostałych warunkach wzrost stosunku NADH/NAD+ z 1 do 3 powoduje zmniejszenie szybkości reakcji o 90% i wzrost zawartości acetylo-
CoA/CoA prowadzi do ilościowo podobnego efektu. Efekt pojawia się natychmiast. Skutki innego urządzenia regulacyjnego pojawiają się wolniej, ale trwają dłużej. Z rdzeniem każdej cząsteczki dihydrolipoilotransacetylazy związanych jest około pięciu cząsteczek kinazy dehydrogenazy pirogronianowej, która kosztem ATP katalizuje fosforylację reszty seryny w łańcuchu β składnika dehydrogenazy pirogronianowej.
Po fosforylacji enzym nie jest w stanie dekarboksylować pirogronianu.

Kiedy zachodzi utlenianie kwasów tłuszczowych, dehydrogenaza pirogronianowa jest wyraźnie hamowana. Najwyraźniej zjawisko to tłumaczy się towarzyszącym mu procesem utleniania wysokie stężenia ATP, acetylo-CoA i NADH.
Większość tkanek zawiera nadmiar dehydrogenazy pirogronianowej, tak że po spożyciu w wątrobie, a także w mięśniach i tkance tłuszczowej zwierząt w spoczynku, tylko odpowiednio 40, 15 i 10% dehydrogenazy pirogronianowej znajduje się w aktywnej, niefosforylowanej postaci formularz. Gdy wzrasta zapotrzebowanie na ATP, w wyniku użycia NADH, acetylo-CoA i ATP wzrasta stężenie NAD+, CoA i ADP, a kinaza ulega inaktywacji. Jednakże fosfataza nadal działa, reaktywując dehydrogenazę.
Wzrost Ca2+ może aktywować mitochondrialną fosfatazę.

Synteza cytrynianu jest etapem ograniczającym szybkość cyklu kwasu cytrynowego.
Regulacja tego etapu następuje poprzez niewielkie, ale dość istotne hamowanie syntetazy cytrynianowej przez NADH i sukcynylo-CoA.
Główny wpływ na szybkość syntezy cytrynianu ma podaż substratu.

Aktywność dehydrogenazy izocytrynianowej jest regulowana w zależności od stężenia Mg2+, izocytrynianu, NAD+, NADH i AMP. Oprócz centrów wiążących substrat dla NAD+, izocytrynianu i Mg2+, enzym posiada także dodatnie i ujemne miejsca efektorowe. Izocytrynian jest pozytywnym efektorem; jego wiązanie ma charakter kooperacyjny, tj. wiązanie w jednym miejscu ułatwia wiązanie w innych. Obydwa miejsca wiązania AMP stymulują aktywność enzymu.

Zatem aktywność enzymu określa się na podstawie proporcji NAD+/NADH i AMP/ATP.

AMP jest pozytywnym efektorem kompleksu (dehydrogenazy -ketoglutaranowej), który pod tym względem przypomina dehydrogenazę izocytrynianową.W stężeniach fizjologicznych zarówno sukcynylo-CoA, jak i NADH działają hamująco, a stężenie sukcynylo-CoA wydaje się być głównym czynnikiem kontrolowanie szybkości procesu.
Dehydrogenaza bursztynianowa przypomina dehydrogenazę izocytrynianową pod tym względem, że substrat (bursztynian) działa jako pozytywny efektor allosteryczny. Szczawiooctan jest silnym inhibitorem, ale nie jest jasne, czy ta kontrola jest skuteczna w normalnych warunkach.

W cyklu kwasu cytrynowego określone funkcje pełnią cztery rozpuszczalne w wodzie witaminy z grupy B. Ryboflawina wchodzi w skład FAD, który jest kofaktorem kompleksu dehydrogenazy alfa-ketoglutaranu i dehydrogenazy bursztynianowej. Niacyna wchodzi w skład NAD, który jest w cyklu koenzymem trzech dehydrogenaz: dehydrogenazy izocytrynianowej, dehydrogenazy alfa-ketoglutoranowej i dehydrogenazy jabłczanowej. Tiamina
(witamina B1) jest częścią difosforanu tiaminy, który jest koenzymem dehydrogenazy alfa-ketoglutaranowej. Kwas pantotenowy jest częścią koenzymu A, który jest kofaktorem wiążącym aktywne reszty acylowe.

Związki makroergiczne i połączenia makroergiczne.

W komórkach wolna energia uwolniona w wyniku katabolicznego rozkładu składników odżywczych może zostać wykorzystana do przeprowadzenia wielu reakcji chemicznych wymagających energii.
Energia magazynowana jest w postaci wysokoenergetycznych wiązań chemicznych specjalnej klasy związków, z których większość to bezwodniki kwasu fosforowego (trifosforany nukleozydów).

Wyróżnia się fosforany wysokoenergetyczne i niskoenergetyczne. Konwencjonalną granicą dla tych dwóch grup związków jest wartość energii swobodnej hydrolizy wiązania fosforanowego. Dlatego fosforany wysokoenergetyczne mają bogatą w energię, wysoką energię
połączenie (makroergiczne).

Energię wiązania definiuje się jako różnicę energii swobodnych związków zawierających to wiązanie i związków powstałych po jego zerwaniu.
Za wiązania makroergiczne (bogate w energię) uważa się takie, których hydroliza powoduje zmianę energii swobodnej układu do wartości większej niż 21 kJ/mol.
Centralną rolę w wymianie energetycznej komórek wszelkiego typu odgrywa układ nukleotydów adeninowych, w skład którego wchodzą ATP, ADP i AMP, a także nieorganiczne jony fosforanowe i magnezowe. ATP jest cząsteczką niestabilną termodynamicznie i ulega hydrolizie, tworząc ADP i AMP. To właśnie ta niestabilność pozwala ATP służyć jako nośnik energii chemicznej niezbędnej do zaspokojenia większości potrzeb energetycznych komórek. Oprócz ATP do związków o wiązaniach bogatych w energię zalicza się również UTP, CTP, GTP, TTP, fosforan kreatyny, pirofosforan, niektóre tioestry (na przykład acetylo-CoA), fosfoenolopirogronian, 1,3-bisfosfoglicerynian i szereg innych związków .

Gdy ATP ulega hydrolizie w standardowych warunkach, zmiana energii swobodnej wynosi -30,4 kJ/mol. W warunki fizjologiczne rzeczywista energia swobodna hydrolizy końcowego wiązania fosforanowego ATP będzie inna i zbliżona
-50,0 kJ/mol.

Możliwych jest kilka możliwości uwolnienia energii wiązań fosforanowych
ATP. Główną opcją jest rozszczepienie końcowego fosforanu ATP (ATP+H2O
(ADP+H3PO4). Inną opcją jest rozszczepienie ATP przez pirofosforan (ATP+H2O
(AMP+H4P2O7). Ten typ reakcji jest znacznie rzadziej stosowany w procesach biochemicznych.

Akumulacja energii w specyficznych wiązaniach fosforanowych ATP leży u podstaw mechanizmu przenoszenia energii w żywej komórce. Istnieją podstawy, aby sądzić, że w komórce zachodzą trzy główne rodzaje przejścia energii ATP: w energię wiązań chemicznych, w energię cieplną i energię wydatkowaną na pracę (osmotyczną, elektryczną, mechaniczną itp.).

Witamina PP.

Witamina PP ( kwas nikotynowy, nikotynamid, niacyna) nazywana jest witaminą przeciwpelagrimiczną (z języka włoskiego: pelagra zapobiegawcza –
„zapobieganie pelagrze”), gdyż jego brak jest przyczyną choroby zwanej pelagrą.

Kwas nikotynowy jest znany od dawna, jednak dopiero w 1937 roku został wyizolowany przez K. Elweheima z ekstraktu wątroby i wykazano, że podawanie kwasu nikotynowego (lub jego amidu – nikotynamidu) lub preparatów wątrobowych zapobiega rozwojowi lub leczy pelagra.

Kwas nikotynowy jest związkiem pirydynowym zawierającym grupę karboksylową (nikotynamid wyróżnia się obecnością grupy amidowej).

Witamina PP jest słabo rozpuszczalna w wodzie (około 1%), ale dobrze rozpuszczalna w wodnych roztworach zasad. Kwas nikotynowy krystalizuje w postaci białych igieł.

Bardzo charakterystyczne cechy pellagra (z włoskiego pelle agra
- szorstka skóra), to zmiany skórne (zapalenie skóry), przewód pokarmowy (biegunka) i zaburzenia aktywność nerwowa(demencja).

Zapalenie skóry jest najczęściej symetryczne i atakuje te obszary skóry, które są narażone na bezpośrednie działanie promieni słonecznych: powierzchnia tylna ręce, szyja, twarz; skóra staje się czerwona, następnie brązowa i szorstka. Zmiany jelitowe wyrażają się w rozwoju anoreksji, nudności i bólu brzucha oraz biegunki. Biegunka prowadzi do odwodnienia. Błona śluzowa jelita grubego najpierw ulega zapaleniu, a następnie owrzodzeniu.
Specyficzne dla pelagry są zapalenie jamy ustnej, zapalenie dziąseł, zmiany języka z obrzękiem i pęknięciami. Uszkodzenie mózgu objawia się bólami i zawrotami głowy, zwiększoną drażliwością, depresją i innymi objawami, w tym psychozami, psychoneurozami, halucynacjami i innymi. Objawy pelagry są szczególnie wyraźne u pacjentów z niedostateczną dietą białkową.
Ustalono, że wynika to z braku tryptofanu, będącego prekursorem nikotynamidu, częściowo syntetyzowanego w tkankach ludzi i zwierząt, a także braku szeregu innych witamin.

Witamina PP pełni rolę koenzymu w dehydrogenazach zależnych od NAD
(uczestnicy oddychania tkankowego), metabolizm węglowodanów i aminokwasów, enzymy zależne od NADP (przetaczanie pentozy i synteza lipidów), enzymy zależne od NMN (dehydrogenaza alkoholowa i enzym jabłkowy). Nie mniej istotna jest jego rola jako substratu poli-ADP-rybozylacji. Ten proces bierze udział w łączeniu przerw chromosomowych i pracy układu reparazy, a także (przy braku NAD) kluczowa wartość w mechanizmie nekrobiozy i apoptozy komórek, zwłaszcza silnie tlenowych.

Wykazano, że wiele dehydrogenaz wykorzystuje wyłącznie NAD lub NADP, podczas gdy inne mogą katalizować reakcje redoks w obecności któregokolwiek z nich. W procesie biologicznego utleniania NAD i NADP pełnią rolę pośrednich nośników elektronów i protonów pomiędzy utlenionym substratem a enzymami flawinowymi.

Głównymi źródłami kwasu nikotynowego i jego amidu są ryż, chleb, ziemniaki, mięso, wątroba, nerki, marchew i inne produkty spożywcze.

Utlenianie mikrosomalne.

Reakcje monooksygenazy.

Organizmy żywe zawierają grupę licznych i różnorodnych enzymów zwanych monooksygenazami. W typowym przypadku jeden atom cząsteczki tlenu znajduje się w nowej grupie wodorotlenkowej substratu, drugi w trakcie reakcji ulega redukcji do wody. Zgodnie z tym reakcja musi przebiegać z udziałem enzymu, substratu, tlenu i jakiegoś środka redukującego.

Dopamina-(-monooksygenaza), obecna w mózgu i tkance chromafinowej, katalizuje hydroksylację 3,4-dioksyfenyloetyloaminy do noradrenaliny.

Monooksygenazy fenolowe występują w bakteriach, roślinach, owadach, a także w wątrobie i skórze ssaków. U podstaw powstawania melaniny leży polimeryzacja o-chinonu, powstająca w wyniku łańcucha reakcji katalizowanych przez te enzymy.

Enzymy katalizujące reakcje, w których oba atomy tlenu cząsteczkowego są włączone do produktów reakcji, nazywane są dioksygenazami.
Znane obecnie enzymy z tej grupy mogą zawierać jako grupę aktywną żelazo hemowe lub niehemowe, a niektóre do swojego działania wymagają (-ketoglutaranu).

Dioksygenazy żelaza (-ketoglutaranu) to enzymy zależne od żelaza, które katalizują hydroksylację substratu w procesie, w którym (-ketoglutaran ulega oksydacyjnej dekarboksylacji do bursztynianu:
M + O2 + (-ketoglutaran M-OH + bursztynian + CO2

Cytochromy to enzymy redoks.

Dalszy transfer elektronów z CoQH2 do O2 odbywa się za pośrednictwem układu cytochromów. Ten system składa się z szeregu białek zawierających hem
(hemeproteiny), odkryte w 1886 roku przez K. McMunna. Wszystkie mają protetyczną grupę hemową, bliską hemu hemoglobiny. Cytochromy różnią się między sobą nie tylko grupą prostetyczną, ale także składnikami białkowymi. Wszystkie cytochromy, szczególnie w formie zredukowanej, mają charakterystyczne widma absorpcyjne, różne są także wartości potencjałów redoks.

W szeroko rozpowszechnionym mechanizmie hydroksylacji poprzez wprowadzenie jednego atomu tlenu, funkcjonalny atom żelaza znajduje się w grupie hemowej cytochromu, cytochromie P450. Cytochromy te znajdują się w błonach ER wątroby, w mitochondriach kory nadnerczy, w rąbku szczoteczkowym nerek i w błony plazmatyczne różne bakterie.
Katalizowana reakcja jest taka sama jak w przypadku wszystkich innych monooksygenaz.

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

Do enzymów indukowalnych zaliczają się cytochromy P450 z wątroby; oznacza to, że ilość obecnego enzymu można zwiększyć 25-krotnie przez wprowadzenie jednego z licznych obcych związków, takich jak fenobarbital lub metylocholantren. Cytochromy neutralizują ksenobiotyki, a także ograniczają czas, w którym niektóre leki mogą pozostać aktywne. Leczenie niektórych form ostre zatrucie można ułatwić poprzez wprowadzenie induktora, który w tym przypadku jest na ogół nieszkodliwy.

Cytochromy P450 kory nadnerczy zlokalizowane są w błonie mitochondrialnej, gdzie dwa oddzielne enzymy katalizują odpowiednio rozszczepienie łańcuchów bocznych cholesterolu do pregnenolonu oraz reakcje hydroksylacji różnych steroidów.

Cytochrom P450 katalizuje tworzenie grup hydroksylowych podczas syntezy kwasów żółciowych, hormony steroidowe, podczas katabolizmu wielu substancji i wymiany obcych związków.

Pierwszym systemem przenoszenia elektronów występującym w mikrosomach jest system redukcji cytochromu b5 w wyniku NADH; cytochrom b5 jest redukowany przez reduktazę NADH-cytochromu b5, która zawiera jeden
FAD, który przechodzi pomiędzy formami całkowicie zredukowanymi i utlenionymi. Cytochrom b5 jest ściśle związany z EPS poprzez swój rozległy obszar hydrofobowy. Chociaż zewnętrzna powierzchnia obszaru cytochromu, w którym znajduje się hem, jest hydrofilowa, leży ona w głębokiej szczelinie hydrofobowej, z grupami karboksylowymi kwasu propionowego zorientowanymi na zewnątrz.
Zredukowany cytochrom b5 powoli ulega samoutlenieniu, tworząc anion ponadtlenkowy. Mechanizm ten może być głównym generatorem ponadtlenku w komórkach wątroby.

Szlak peroksydazy wykorzystania tlenu.

Tlen cząsteczkowy jest paramagnetyczny, ponieważ zawiera dwa niesparowane elektrony o równoległych spinach. Elektrony te znajdują się na różnych orbitali, ponieważ dwa elektrony nie mogą zajmować tego samego orbitalu, chyba że ich spiny są przeciwne.
W związku z tym redukcja tlenu poprzez bezpośrednie wprowadzenie pary elektronów na jego częściowo zapełnione orbitale jest niemożliwa bez „odwrócenia” spinu jednego z dwóch elektronów. Hamowanie spinu redukcji można przezwyciężyć poprzez sekwencyjne dodawanie pojedynczych elektronów. Całkowita redukcja O2 do 2H2O wymaga 4 elektronów; Podczas redukcji jednoelektronowej jako produkty pośrednie pojawiają się nadtlenek, nadtlenek wodoru i rodnik wodorotlenkowy. Produkty te są wysoce reaktywne, a ich obecność może stanowić zagrożenie dla integralności żywych systemów. W rzeczywistości OH, najbardziej mutagenny produkt promieniowania jonizującego, jest niezwykle silnym utleniaczem, który może zaatakować wszystko. związki organiczne. Jednoelektronowa redukcja tlenu inicjuje łańcuch reakcji prowadzących do powstania OH:

O2 + e (O2 (1)

O2 + H (HO2 (2)

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

Anion ponadtlenkowy powstały w reakcji (1) można protonować do rodnika wodoronadtlenkowego (2). Reakcja (3) to spontaniczna dysmutacja prowadząca do powstania H2O2+O2. Połączenie tych reakcji sugeruje, że każdy system wytwarzający O2 będzie wkrótce zawierał także H2O2.

Oksydaza ksantynowa, oksydaza aldehydowa oraz liczne flawoproteiny tworzą O2 i H2O2, co zachodzi także podczas samoistnego utleniania hemoglobiny, ferredoksyn, hydrochinonów redukowanych przez cytochrom b5, tetrahydropterydyny i adrenaliny. Zagrożenie dla komórek wynikające z reaktywności O2 i H2O2 eliminowane jest poprzez działanie enzymów, które skutecznie neutralizują te związki.

Enzymatyczna ochrona antyoksydacyjna.

Reakcję katalizują dysmutazy ponadtlenkowe

O2 + O2+ 2H(H2O2 + O2
Enzymy te znajdują się we wszystkich oddychających komórkach, a także w różnych fakultatywnych bakterie beztlenowe. Dysmutazy ponadtlenkowe są metaloenzymami.
Ich cykl katalityczny obejmuje redukcję i utlenianie jonu metalu, takiego jak Cu, Mn lub Fe, w miejscu aktywnym.

Aktywność katalazy obserwuje się w prawie wszystkich komórkach i narządach zwierzęcych. Wątroba, czerwone krwinki i nerki są bogatym źródłem katalaz. Aktywność tę stwierdza się także we wszystkich materiałach roślinnych i większości mikroorganizmów z wyjątkiem bezwzględnych beztlenowców. W każdym przypadku katalaza prawdopodobnie zapobiega gromadzeniu się szkodliwego H2O2 powstałego podczas tlenowego utleniania zredukowanych flawoprotein i z O2. Jedna cząsteczka katalazy może rozłożyć 44 000 cząsteczek H2O2 na sekundę. W rzeczywistości enzym nie wymaga prawie żadnej energii aktywacji, a szybkość reakcji jest całkowicie zdeterminowana przez dyfuzję. Katalaza reaguje z H2O2 tworząc stosunkowo stabilny kompleks enzym-substrat.

Chociaż peroksydazy występują stosunkowo rzadko w tkankach zwierzęcych, wykryto słabą aktywność peroksydaz w wątrobie i nerkach. Leukocyty zawierają werdoperoksydazę, która jest odpowiedzialna za aktywność peroksydazy ropy. Komórki fagocytów zawierają mieloperoksydazę, która utlenia jony halogenowe, takie jak I, do wolnego halogenu, co jest skutecznym środkiem bakteriobójczym.

Reakcje katalazy i peroksydazy można zapisać w następujący sposób:

+ 2H2O +

R2H2O + R

ALE ON JEST O

Nieenzymatyczna ochrona antyoksydacyjna.

Kwas askorbinowy (witamina C).

Witamina C łatwo utlenia się do kwasu dehydroaskorbinowego, który jest niestabilny w środowisku zasadowym, w którym następuje hydroliza pierścienia laktonowego z wytworzeniem kwasu diketogulonowego.

Kwas askorbinowy jest niezbędny w różnych biologicznych procesach utleniania. Witamina aktywuje utlenianie kwasu n-hydroksyfenylopirogronowego przez homogenaty wątrobowe. W obecności tlenu roztwory zawierające żelazojony i askorbinian katalizują hydroksylację szeregu związków. Witamina jest przeciwutleniaczem, bierze udział w metabolizmie fenyloalaniny, tyrozyny, hormonów peptydowych, w syntezie tłuszczów i białek, jest niezbędna do tworzenia kolagenu, pomaga w utrzymaniu integralności tkanki łącznej i osteoidalnej, działa przeciwnowotworowo, zapobiegając powstawanie rakotwórczych nitrozoamin oraz bierze udział w dystrybucji i akumulacji żelaza.

Witamina E.

Witaminę tę wyizolowano z oleju z kiełków pszenicy w 1936 roku i nazwano ją tokoferolem. Znaleziono siedem tokoferoli, pochodnych związku macierzystego tokolu naturalne źródła; Wśród nich (-tokoferol) ma największą dystrybucję i największą aktywność biologiczną.
Tokoferole są oznaczone greckimi literami: alfa, beta, gamma i delta.

Witamina chroni struktury komórkowe przed zniszczeniem przez wolne rodniki, uczestniczy w biosyntezie hemu, zapobiega powstawaniu zakrzepów, uczestniczy w syntezie hormonów, wspomaga odporność, działa przeciwnowotworowo, zapewnia normalne funkcjonowanie mięśnie.

Rycina 6. Mechanizm działania witaminy.

Tkanki zwierząt z niedoborem witaminy E, zwłaszcza mięśnie sercowe i szkieletowe, zużywają tlen szybciej niż tkanki zwierząt zdrowych. (-Tokoferol nie ulega łatwo odwracalnemu utlenianiu.
Zwiększone zużycie tlenu przez mięśnie z niedoborem witamin jest najwyraźniej związane z peroksydacją nienasyconych kwasów tłuszczowych.
W innych tkankach, takich jak wątroba, prowadzi to do zakłócenia struktury mitochondriów i zmniejszenia oddychania. Istnieją dowody na to, że peroksydacja nienasyconych kwasów tłuszczowych w siateczce śródplazmatycznej komórek mięśniowych prowadzi do uwolnienia hydrolaz lizosomalnych, co powoduje rozwój dystrofii mięśniowej. Wszelkie przejawy niedoboru witamin są zjawiskami wtórnymi, spowodowanymi brakiem hamowania utleniania nadtlenkowego wielonienasyconych kwasów tłuszczowych.

Klasycznym objawem niedoboru witaminy E u zwierząt laboratoryjnych jest niepłodność. U mężczyzn najwcześniejszą zauważalną oznaką niedoboru jest brak ruchu plemników. Obserwuje się także szereg innych zmian: zwyrodnienie nabłonka kanalików nerkowych, depigmentację zębów przednich. Innym przejawem niedoboru witaminy E jest hemoliza in vitro czerwonych krwinek w obecności nadtlenków lub pochodnych alloksanu. U szczurów z długotrwałym niedoborem witamin rozwija się dystrofia mięśniowa z objawami postępującego porażenia kończyn tylnych, zmniejsza się zawartość kreatyny w mięśniach, pojawia się kreatynuria i nieznacznie zmniejsza się wydalanie kreatyniny. Niedobór witaminy A może również rozwinąć się na skutek oksydacyjnego zniszczenia tej ostatniej na skutek braku w diecie witaminy o właściwościach przeciwutleniających. Objawy hiperwitaminozy to nudności, zawroty głowy i tachykardia.

Witamina R.

Witamina P (rutyna, cytryn) została wyizolowana w 1936 roku przez A. Szent-Györgyi ze skórki cytryny. Termin „witamina P” obejmuje grupę substancji o podobnym działaniu biologicznym: katechiny, chalkony, flawiny itp. Wszystkie mają działanie witaminy P, a ich budowa opiera się na „szkielecie” węgla difenylopropanowego chromonu lub flawonu (pospolitego nazwa
„bioflawonoidy”).

Bioflawonoidy stabilizują substancję podstawową tkanki łącznej poprzez hamowanie hialuronidazy, co potwierdzają dane dotyczące pozytywnego działania Preparaty witaminowe P, podobnie jak kwas askorbinowy, do zapobiegania i leczenia szkorbutu, reumatyzmu, oparzeń itp. Dane te wskazują na ścisły związek funkcjonalny pomiędzy witaminami C i P w procesach redoks organizmu.

W przypadku niedoboru bioflawonoidów lub ich braku w żywności zwiększa się przepuszczalność naczynia krwionośne, któremu towarzyszą krwotoki i krwawienia ogólna słabość, szybkie męczenie się i ból kończyn.

Głównymi źródłami tej witaminy są produkty ziołowe odżywianie
(w szczególności warzywa i owoce), które zawierają dużo witaminy C.
Przemysł witaminowy produkuje wiele leków o działaniu witaminy P: katechiny herbaciane, rutynę, hesperydynę, naringinę i inne.

Wniosek.

Problem podkreślony w tej pracy jest dziś bardzo ważnym działem biochemii, w którym pomimo osiągniętego postępu pozostaje wiele pytań i luk.

Znajomość zagadnień chemii bioorganicznej jest konieczna i ważna w praktyce każdego lekarza, gdyż aktywny rozwój farmakologii i pojawienie się wielu nowych leków pozwala, znając biochemię procesów zachodzących w organizmie, wpływać na nie i leczyć wiele chorób na poziomie komórkowym, stymulując procesy energetyczne na poziomie mitochondriów.

Każdy nagła śmierć wiąże się z niedotlenieniem, któremu towarzyszy gromadzenie się w organizmie dużych ilości kwasu mlekowego na skutek zahamowania funkcji mechanizmów wahadłowych, w wyniku czego dochodzi do kwasicy. Podczas niedotlenienia powstają one w nieograniczony sposób wolne rodniki intensywnie następuje peroksydacja lipidów, po której następuje nieodwracalne uszkodzenie komórek. Badanie naruszeń mechanizmów utleniania biologicznego i metod korekcji jest ważne w leczeniu patologii układu sercowo-naczyniowego i układy oddechowe, patologie związane z wiekiem, zapalenie. Wiedza ta ma szczególne znaczenie na intensywnej terapii, podczas znieczulenia, ponieważ poziom kwasu mlekowego znacznie wzrasta podczas operacji w znieczuleniu, na przykład ketaminą lub etranem, a pod wpływem substancji odurzających procesy utleniania i fosforylacji zostają rozłączone. Dlatego tak ważne jest, aby mieć ich jak najwięcej kompletna wiedza oraz dane informacyjne, których ocena może zapewnić maksymalne możliwości przewidywania przebiegu choroby.

Bibliografia:

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

Biologia molekularna komórek: w 3 tomach, wyd. 2, przeł. i dodatek. T.1.

Za. z angielskiego – M.: Mir, 1994 – 517 s., il.

2. Byshevsky A.Sh., Tersenov O.A. Biochemia dla lekarza. Jekaterynburg:

Przedsiębiorstwo wydawniczo-drukarskie „Ural Worker”. -

1994 – 384 s.

3. Winogradow A.D. Mitochondrialna maszyna do syntezy ATP: piętnaście lat później.//Biochemia. – 1999 – T.64. Wydanie 11 – s. 1443-

4. Galkin M.A., Syroeshkin A.V. Kinetyczny mechanizm reakcji syntezy

ATP katalizowane przez mitochondrialną F0-F1-ATPazę.//Biochemia. –

1999 – T.64.Wydanie 10 – s.1393-1403

5. Grinstein B., Grinstein A. Biochemia wzrokowa. – M.: „Medycyna”

2000 – s. 68-69, 84-85

6. Zaichik A.Sh., Churilov L.P. Podstawy ogólna patologia. Część 2. Podstawy patochemii. – Petersburgu. – 2000 – 384 s.

7. Kozinets G.I. Systemy fizjologiczne osoba. – M.: „Triada-X”

2000 – s. 156-164

8. Korovina N.A., Zakharova I.N., Zaplatnikov A.L. Profilaktyka niedoborów witamin i mikroelementów u dzieci (poradnik dla lekarzy). – Moskwa, 2000

9. Leninger A. Podstawy biochemii. – M.: Mir – 1991 – 384 s.

10. Murray R., Grenner D., Mayes P., Rodwell W. Human biochemistry: B2-x vol. T.1 Tłumaczenie z języka angielskiego: - M.: Mir - 1993 - 384 s.

11. Nikolaev A.Ya. Chemia biologiczna. Podręcznik na miód specjalista. Uniwersytety –

M.: Szkoła Podyplomowa. – 1989 – 495 s.

13. Samartsev V.N. Kwasy tłuszczowe jako czynniki rozprzęgające fosforylację oksydacyjną. // Biochemia. – 2000 – T.65.Wydanie.9 – str.1173-1189

14. Skulachev V.P. Tlen w żywej komórce: dobro i zło. // Magazyn edukacyjny Sorosa. – 1996 – nr 3 – s. 4-10

15. Skulachev V.P. Ewolucja mechanizmy biologiczne magazynowanie energii.// Czasopismo edukacyjne Sorosa. – 1997 – nr 5 – s. 11-

16. Skulachev V.P. Strategie ewolucji i tlen. // Natura. – 1998 -

nr 12 – s. 11-20

17. Tutelyan V.A., Alekseeva I.A. Witaminy przeciwutleniające: podaż populacji i znaczenie w profilaktyce choroby przewlekłe.// Farmakologia kliniczna i terapii. – 1995 – nr 4

Utlenianie biologiczne – jest zbiorem przemian redoks różne substancje w organizmach żywych. Reakcje redoks to reakcje zachodzące wraz ze zmianą stopnia utlenienia atomów w wyniku redystrybucji elektronów między nimi.

Rodzaje procesów utleniania biologicznego:

1)utlenianie tlenowe (mitochondrialne). przeznaczony do pozyskiwania energii ze składników odżywczych przy udziale tlenu i gromadzenia jej w postaci ATP. Nazywa się także utlenianiem tlenowym oddychanie tkankowe, ponieważ kiedy to nastąpi, tkanki aktywnie zużywają tlen.

2) utlenianie beztlenowe- Jest to pomocnicza metoda pozyskiwania energii z substancji bez udziału tlenu. Utlenianie beztlenowe ma ogromne znaczenie w przypadku niedoboru tlenu, a także podczas wykonywania intensywnej pracy mięśni.

3) utlenianie mikrosomalne przeznaczony do neutralizacji leków i trucizn, a także do syntezy różnych substancji: adrenaliny, noradrenaliny, melaniny w skórze, kolagenu, kwasów tłuszczowych, kwasów żółciowych, hormonów steroidowych.

4) utlenianie wolnorodnikowe niezbędny do regulacji odnowy i przepuszczalności błon komórkowych.

Główną drogą utleniania biologicznego jest mitochondrium, związany z dostarczaniem organizmowi energii w dostępnej do wykorzystania formie. Źródłem energii dla człowieka są różnorodne związki organiczne: węglowodany, tłuszcze, białka. W wyniku utleniania składniki odżywcze rozkładają się na produkty końcowe, głównie CO 2 i H 2 O (w wyniku rozkładu białek powstaje także NH 3). Wydzielona w tym przypadku energia kumuluje się w postaci energii wiązań chemicznych związków wysokoenergetycznych, głównie ATP.

Makroergiczny nazywane są związkami organicznymi żywych komórek zawierających wiązania bogate w energię. Hydroliza wiązań wysokoenergetycznych (oznaczona linią falistą ~) uwalnia ponad 4 kcal/mol (20 kJ/mol). Wiązania makroergiczne powstają w wyniku redystrybucji energii wiązań chemicznych podczas procesu metabolicznego. Większość związków wysokoenergetycznych to bezwodniki kwasu fosforowego, na przykład ATP, GTP, UTP itp. Trójfosforan adenozyny (ATP) zajmuje centralne miejsce wśród substancji posiadających wiązania wysokoenergetyczne.

adenina – ryboza – P ~ P ~ P, gdzie P to reszta kwasu fosforowego

ATP znajduje się w każdej komórce w cytoplazmie, mitochondriach i jądrach. Biologicznym reakcjom utleniania towarzyszy przeniesienie grupy fosforanowej do ADP z utworzeniem ATP (proces ten nazywa się fosforylacja). Energia magazynowana jest zatem w postaci cząsteczek ATP i w razie potrzeby wykorzystywana do wykonywania różnego rodzaju prac (mechanicznych, elektrycznych, osmotycznych) oraz do przeprowadzania procesów syntezy.

System ujednolicania substratów utleniania w organizmie człowieka

Bezpośrednie wykorzystanie energii chemicznej zawartej w cząsteczkach pożywienia jest niemożliwe, ponieważ w przypadku zerwania wiązań wewnątrzcząsteczkowych uwalniana jest ogromna ilość energii, która może doprowadzić do uszkodzenia komórek. Do składniki odżywcze dostając się do organizmu, musi przejść szereg specyficznych przemian, podczas których następuje wieloetapowy rozkład złożonych cząsteczek organicznych na prostsze. Dzięki temu możliwe jest stopniowe uwalnianie energii i magazynowanie jej w postaci ATP.

Proces przekształcania różnych substancje złożone w jeden substrat energetyczny zwany zjednoczenie. Istnieją trzy etapy zjednoczenia:

1. Etap przygotowawczy zachodzi w przewodzie pokarmowym, a także w cytoplazmie komórek organizmu . Duże cząsteczki rozkładają się na składowe bloki strukturalne: polisacharydy (skrobia, glikogen) - do monosacharydów; białka – do aminokwasów; tłuszcze – na glicerol i kwasy tłuszczowe. Uwalnia to niewielką ilość energii (około 1%), która jest rozpraszana w postaci ciepła.

2. Transformacje tkankowe rozpoczynają się w cytoplazmie komórek i kończą w mitochondriach. Powstają jeszcze prostsze cząsteczki, a liczba ich typów znacznie się zmniejsza. Powstałe produkty są wspólne dla szlaków metabolicznych różne substancje: pirogronian, acetylokoenzym A (acetylo-CoA), α-ketoglutaran, szczawiooctan itp. Najważniejszym z tych związków jest acetylo-CoA - pozostałość kwas octowy, do którego koenzym A, aktywna forma witaminy B 3 (kwas pantotenowy), jest przyłączony wiązaniem makroergicznym przez siarkę S. Procesy rozkładu białek, tłuszczów i węglowodanów zbiegają się na etapie tworzenia acetylo-CoA, tworząc następnie pojedynczy cykl metaboliczny. Etap ten charakteryzuje się częściowym (do 20%) uwolnieniem energii, której część jest akumulowana w postaci ATP, a część rozpraszana w postaci ciepła.

3. Stadium mitochondrialne. Produkty powstałe w drugim etapie wchodzą do cyklicznego układu utleniającego – cyklu kwasów trikarboksylowych (cykl Krebsa) i powiązany mitochondrialny łańcuch oddechowy. W cyklu Krebsa acetylo-CoA utlenia się do CO 2, a wodór wiąże z nośnikami - NAD + H 2 i FAD H 2. Wodór dostaje się do łańcucha oddechowego mitochondriów, gdzie pod wpływem tlenu ulega utlenieniu do H 2 O. Procesowi temu towarzyszy uwolnienie około 80% energii wiązań chemicznych substancji, której część wykorzystywana jest do tworzenia ATP, a część jest uwalniana w postaci ciepła.

		Węglowodany (polisacharydy)
I przygotowawczy; Uwalnia się 1% energii składników odżywczych (w postaci ciepła);	aminokwasy		glicerol, kwas tłuszczowy
II przekształcenia tkankowe; 20% energii w postaci ciepła i ATP	acetylo-CoA (CH3-CO~SKoA)
III etap mitochondrialny; 80% energii (około połowa w postaci ATP, reszta w postaci ciepła).	Cykl kwasu trikarboksylowego Łańcuch oddechowy mitochondriów O 2

Klasyfikacja i charakterystyka głównych oksydoreduktaz występujących w tkankach

Ważną cechą utleniania biologicznego jest to, że zachodzi ono pod wpływem niektórych enzymów (oksydoreduktaza). Wszystkie niezbędne enzymy na każdym etapie są łączone w zespoły, które z reguły są przymocowane do różnych błon komórkowych. W wyniku skoordynowanego działania wszystkich enzymów przemiany chemiczne zachodzą stopniowo, jak na przenośniku taśmowym. W tym przypadku produkt reakcji jednego etapu jest związkiem wyjściowym do następnego etapu.

Klasyfikacja oksydoreduktaz:

1. Dehydrogenazy przeprowadzić usuwanie wodoru z utlenionego podłoża:

SH 2 + A → S +AH 2

W procesach polegających na odzyskiwaniu energii najczęstszym rodzajem reakcji utleniania biologicznego jest odwodornienie, czyli oderwanie dwóch atomów wodoru od utlenionego podłoża i ich przeniesienie do utleniacza. W rzeczywistości wodór w żywych układach nie występuje w postaci atomów, ale jest sumą protonu i elektronu (H + i ē), których drogi ruchu są różne.

Dehydrogenazy są złożone białka, ich koenzymy (niebiałkowa część złożonego enzymu) mogą być zarówno środkiem utleniającym, jak i środkiem redukującym. Pobierając wodór z substratów, koenzymy przekształcają się w formę zredukowaną. Zredukowane formy koenzymów mogą oddawać protony i elektrony wodorowe innemu koenzymowi, który ma wyższy potencjał redoks.

1) KONIEC + - i NADP + -zależne dehydrogenazy(koenzymy - NAD+ i NADP+ - aktywne formy witaminy PP ). Z utlenionego substratu SH2 dodaje się dwa atomy wodoru, w wyniku czego powstaje forma zredukowana – NAD + H2:

SH 2 + NAD + ↔ S + NAD + H 2

2) Dehydrogenazy zależne od FAD(koenzymy FAD i FMN są aktywnymi formami witaminy B2). Zdolności utleniające tych enzymów pozwalają im przyjmować wodór zarówno bezpośrednio z substratu utleniającego, jak i ze zredukowanego NADH 2. W tym przypadku powstają zredukowane formy FAD·H 2 i FMN·H 2.

SH 2 + FAD ↔ S + FAD N 2

NAD + H 2 + FMN ↔ NAD + + FMN H 2

3) koenzymQlub ubichinon, który może odwodornić FAD H 2 i FMN H 2 i dodać dwa atomy wodoru, zamieniając się w KoQ H 2 ( hydrochinon):

FMN H 2 + KoQ ↔ FMN + KoQ H 2

2. Heminowe nośniki elektronów zawierające żelazo – cytochromypne 1 , c, a, a 3 . Cytochromy to enzymy należące do klasy chromoprotein (białek kolorowych). Reprezentowana jest niebiałkowa część cytochromów hem, zawierający żelazo i strukturą zbliżoną do hemu hemoglobiny.Jedna cząsteczka cytochromu jest zdolna do odwracalnego przyjęcia jednego elektronu, a stopień utlenienia żelaza zmienia się:

cytochrom(Fe 3+) + ē ↔ cytochrom(Fe 2+)

Cytochromy a, a 3 tworzą kompleks tzw oksydaza cytochromowa. W przeciwieństwie do innych cytochromów, oksydaza cytochromowa może oddziaływać z tlenem, końcowym akceptorem elektronów.

Utlenianie biologiczne, zespół reakcji utleniania zachodzących we wszystkich żywych komórkach. Główną funkcją O. b. - dostarczanie organizmowi energii w dostępnej do wykorzystania formie. Reakcje O. b. w komórkach są katalizowane przez enzymy zgrupowane w klasie oksydoreduktaz. O. w komórkach wiąże się z przenoszeniem tzw. równoważniki redukujące (RE) - atomy wodoru lub elektrony - z jednego związku - donora, do drugiego - akceptora. U tlenowców – większości zwierząt, roślin i wielu mikroorganizmów – ostatecznym akceptorem VE jest tlen. Dostawcami RE mogą być zarówno substancje organiczne, jak i nieorganiczne (patrz tabela). Głównym sposobem wykorzystania energii uwolnionej podczas O. jest jej akumulacja w cząsteczkach kwasu adenozynotrójfosforowego (ATP) i innych związków wysokoenergetycznych. b., któremu towarzyszy synteza ATP z kwasu adenozynodifosforowego (ADP) i nieorganicznego fosforanu, zachodzi podczas glikolizy, utleniania kwasu a-ketoglutarowego oraz podczas przenoszenia VE do łańcucha enzymów oksydacyjnych (oddechowych), zwanego zwykle fosforylacją oksydacyjną (patrz schemat). Podczas oddychania węglowodany, tłuszcze i białka ulegają wieloetapowemu utlenianiu, co prowadzi do redukcji głównych dostawców VE dla flawin oddechowych, dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NAD), fosforanu dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADP) i kwasu liponowego. Redukcja tych związków odbywa się w dużej mierze w cyklu kwasów trikarboksylowych, który zamyka główne szlaki oksydacyjnego rozkładu węglowodanów (zaczyna się od glikolizy), tłuszczów i aminokwasów. Oprócz cyklu kwasów trikarboksylowych, niektóre zredukowane koenzymy – FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy) i NAD – powstają podczas utleniania kwasów tłuszczowych, a także podczas oksydacyjnej deaminacji kwasu glutaminowego (NAD) oraz w cyklu pentozofosforanowym ( obniżony NADP). Jednocześnie rozwijał się kierunek, w którym klasyfikacja enzymów opierała się na rodzaju reakcji przebiegającej z działaniem katalitycznym. Oprócz enzymów przyspieszających reakcje hydrolizy (hydrolazy) badano enzymy biorące udział w reakcjach przenoszenia atomów i grup atomowych (ferazy), izomeryzacji (izomeraza), rozszczepiania (liaza), różnych syntez (syntetazy) itp. Ten kierunek w klasyfikacja enzymów okazała się najbardziej owocna, ponieważ łączyła enzymy w grupy nie według naciąganych, formalnych cech, ale według rodzaju najważniejszych procesów biochemicznych leżących u podstaw aktywności życiowej każdego organizmu. Zgodnie z tą zasadą wszystkie enzymy dzieli się na 6 klas.1. Oksydoreduktazy - przyspieszają reakcje utleniania i redukcji. 2. Transferazy - przyspieszają reakcje przeniesienia grup funkcyjnych i reszt molekularnych. 3. Hydrolazy - przyspieszają reakcje rozkładu hydrolitycznego. 4. Liazy - przyspieszają niehydrolityczne odszczepienie od substratów pewne grupy atomy, tworząc wiązanie podwójne (lub grupy atomów są dodawane wzdłuż wiązania podwójnego). 5. Izomerazy - przyspieszają przegrupowania przestrzenne lub strukturalne w obrębie jednej cząsteczki. 6. Ligazy - przyspieszają reakcje syntezy związane z rozpadem wiązań bogatych w energię.

• 
  Utlenianie biologiczny. Utlenianie biologiczny,zespół reakcji utlenianie


• 
  Biologiczny utlenianie przepływa przez złożone mechanizmy z udziałem dużej liczby enzymów. W mitochondriach utlenianie dzieje się w...


• 
  Pierwsze etapy tej ścieżki pokrywają się z beztlenowym utlenianie glukoza.
  Biologiczny Znaczenie procesu glikolizy polega przede wszystkim na tworzeniu bogatych w energię...


• 
  Utlenianie biologiczny,zespół reakcji utlenianie


• 
  Utlenianie biologiczny,zespół reakcji utlenianie, występujący we wszystkich żywych komórkach.


• 
  Utlenianie biologiczny,zespół reakcji utlenianie, występujący we wszystkich żywych komórkach. Główne... więcej ».

UTLENIANIE BIOLOGICZNE , zestaw reakcji utleniania zachodzących we wszystkich żywych komórkach. Główną funkcją jest dostarczanie organizmowi energii. Utlenianie biologiczne wiąże się z przeniesieniem tzw. równoważników redukujących – atomów wodoru lub elektronów – od donora do akceptora. U tlenowców – większości zwierząt, roślin i wielu mikroorganizmów – ostatecznym akceptorem równoważników redukujących jest tlen. Dostawcami równoważników redukujących mogą być zarówno substancje organiczne, jak i nieorganiczne. Biologiczne reakcje utleniania są katalizowane przez enzymy z klasy oksydoreduktaz. Podczas oddychania węglowodany, tłuszcze i białka ulegają wieloetapowemu utlenianiu, co prowadzi do redukcji głównych dostawców redukujących równoważników dla łańcucha oddechowego: flawin, NAD, NADP i kwasu liponowego. Redukcja tych związków odbywa się w dużej mierze w cyklu kwasów trikarboksylowych, który zamyka główne szlaki oksydacyjnego rozkładu węglowodanów (zaczyna się od glikolizy), tłuszczów i aminokwasów. Pewna ilość zredukowanych koenzymów – FAD i NAD – powstaje podczas utleniania kwasów tłuszczowych, a także podczas oksydacyjnej deaminacji kwasu glutaminowego (NAD) oraz w cyklu pentozofosforanowym (zredukowany NADP). Głównym sposobem wykorzystania energii uwolnionej podczas biologicznego utleniania jest jej akumulacja w cząsteczkach ATP i innych związków wysokoenergetycznych. Utlenianie biologiczne, któremu towarzyszy synteza ATP z ADP i nieorganicznego fosforanu, zachodzi podczas glikolizy, utleniania kwasu α-ketoglutarowego – fosforylacja substratu, a także podczas przenoszenia równoważników redukujących do łańcucha enzymów oksydacyjnych (oddechowych) – fosforylacja oksydacyjna . Glikoliza, cykl kwasów trikarboksylowych i łańcuch oddechowy są wspólne dla większości eukariontów. Na 1 cząsteczkę glukozy w wyniku glikolizy powstają 2 cząsteczki ATP, a połączenie glikolitycznej i oksydacyjnej transformacji cząsteczki glukozy do produktów końcowych – CO 2 i H 2 O – prowadzi do powstania 36 bogatych w energię wiązań fosforanowych ATP . Enzymy glikolityczne rozpuszczają się w fazie ciekłej cytoplazmy. Wewnętrzne błony mitochondriów, tylakoidów chloroplastowych i błon bakteryjnych zawierają fosforylujące łańcuchy transportu elektronów. Utlenianie kwasów tłuszczowych, enzymy cyklu kwasów trikarboksylowych i dehydrogenaza glutaminianowa są zlokalizowane w macierzy mitochondrialnej. Wewnętrzna błona mitochondriów zawiera enzymy utleniające kwas bursztynowy i beta-hydroksymasłowy, a zewnętrzna błona zawiera enzymy biorące udział w metabolizmie aminokwasów: monoaminooksydazę i hydroksylazę kynureninową. Peroksysomy, czyli mikrociała, których udział w całkowitym wchłanianiu O 2 w wątrobie może sięgać 20%, zawierają oksydazę flawinową, która utlenia aminokwasy, kwas glikolowy i inne substraty, tworząc nadtlenek wodoru, który jest następnie rozkładany przez katalazę lub wykorzystywane przez peroksydazy w biologicznych reakcjach utleniania. W błonach siateczki śródplazmatycznej komórki zlokalizowane są hydroksylazy i oksygenazy, zorganizowane w krótkie, niefosforylujące łańcuchy transportu elektronów. Reakcjom utleniania nie zawsze towarzyszy akumulacja energii (efektywność procesu utleniania biologicznego wynosi około 50%); w niektórych przypadkach są niezbędnym ogniwem w biosyntezie różnych substancji (na przykład utlenianiu podczas powstawania kwasy żółciowe, hormony steroidowe, na szlakach konwersji aminokwasów itp.). Podczas biologicznego utleniania neutralizowane są substancje obce i toksyczne dla organizmu (związki aromatyczne, niedotlenione produkty oddechowe itp.).

Utlenianie biologiczne, które nie jest związane z magazynowaniem energii, nazywa się wolnym utlenianiem. Jego efektem energetycznym jest wytwarzanie ciepła. Najwyraźniej układ transportu elektronów, który przeprowadza fosforylację oksydacyjną, jest w stanie przejść w tryb swobodnego utleniania, gdy wzrasta zapotrzebowanie organizmu na ciepło (u zwierząt homeotermicznych). Uważa się, że najwcześniejsze organizmy istniały w pierwotnej atmosferze beztlenowej Ziemi i były organizmami beztlenowymi i heterotroficznymi. Komórkom dostarczano energię w procesach takich jak glikoliza. W niektórych współczesnych mikroorganizmach mógł istnieć znany mechanizm utleniania: równoważniki redukujące są przenoszone przez łańcuch oddechowy do azotanów (NO 3) lub siarczanów (SO 4). Zasadniczo ważnym etapem było pojawienie się fotosyntezy w starożytnych organizmach jednokomórkowych, co wiąże się z pojawieniem się tlenu w atmosferze. W rezultacie stało się możliwe zastosowanie O 2, który ma wysoki potencjał redoks, jako końcowy akceptor elektronów w łańcuchu oddechowym. Realizacja tej możliwości nastąpiła wraz z pojawieniem się specjalnego enzymu - oksydazy cytochromowej, która redukuje O 2, i doprowadziła do powstania nowoczesnego typu biochemicznego aparatu oddechowego. Dostarczanie energii u tlenowców opiera się na takim oddychaniu. Jednocześnie komórki zachowały aparat enzymatyczny glikolizy. Powstały podczas tego ostatniego kwas pirogronowy jest dalej utleniany w cyklu kwasów trikarboksylowych, który z kolei zaopatruje łańcuch oddechowy w elektrony. Zatem ewolucja metabolizm energetyczny najwyraźniej poszło drogą wykorzystania i uzupełnienia istniejących wcześniej mechanizmów zaopatrzenia w energię. Za obecność w komórkach istniejących organizmów biochemicznych układów glikolizy (w cytoplazmie), oddychania (w mitochondriach), fotosyntezy (w chloroplastach), a także podobieństwo mechanizmów konwersji energii w tych organellach i mikroorganizmach uważa się obecność w komórkach istniejących organizmów. dowody na możliwe pochodzenie chloroplastów i mitochondriów od starożytnych mikroorganizmów - symbiontów. Całkowite utlenianie biologiczne zachodzące w określonej populacji organizmów jest ważnym parametrem środowiskowym pozwalającym ocenić rolę danej populacji w zbiorowisku (ekosystemie). Stosunek całkowitego oddychania zbiorowiska (czyli całkowitych procesów oksydacyjnych) do jego całkowitej biomasy uważa się za stosunek wydatków energetycznych niezbędnych do utrzymania życia zbiorowiska do energii zawartej w jego strukturze. Badając poszczególne populacje często określa się tzw. stopień asymilacji (suma dwóch procesów – przyrostu biomasy i oddychania), który wyraża się w kcal/m2dobę. Pomiary oddychania całkowitego w poszczególnych zbiorowiskach prowadzono dla wielu typów ekosystemów. Na przykład całkowite oddychanie roślin zwykle waha się od n 100 kcal/m 2 rok (pastwisko) do n 1000 kcal/m 2 rok (las). Liczba ogniw w łańcuchach troficznych zbiorowisk zwykle nie przekracza 4-5, gdyż w każdym ogniwie tego łańcucha 80-90% energii potencjalnej marnuje się na ciepło podczas biologicznego utleniania.

Podczas biologicznego utleniania z cząsteczki organicznej pod wpływem odpowiedniego enzymu usuwane są dwa atomy wodoru. W niektórych przypadkach pomiędzy enzymami a utlenioną cząsteczką powstaje niestabilne, bogate w energię (makroenergetyczne) wiązanie. Służy do tworzenia ATP, „ostatecznego celu” większości biologicznych procesów utleniania. Natomiast dwa usunięte atomy wodoru są w wyniku reakcji wiązane z koenzymem NAD (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy) lub NADP (fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego).

Dalsze losy wodoru mogą być inne. Podczas utleniania beztlenowego jest on przenoszony na określone cząsteczki organiczne. Podczas utleniania tlenowego wodór przekształca się w tlen, tworząc wodę. Główna część łańcucha transportu wodoru zlokalizowana jest w błonach mitochondriów. W tym przypadku ATP powstaje z ADP i nieorganicznego fosforanu.

Należy zauważyć, że utlenianie tlenowe jest znacznie skuteczniejsze niż utlenianie beztlenowe. W pierwszym przypadku z 1 cząsteczki glukozy powstają 2 cząsteczki ATP, w drugim - 36, gdzie glukoza jest „spalana” do CO 2 i wody. Wyjaśnia to szeroką dystrybucję i szybką ewolucję organizmów tlenowych.

Głównym źródłem energii w ogniwie jest utlenianie substratów tlenem atmosferycznym. Proces ten zachodzi na trzy sposoby: dodanie tlenu do atomu węgla, oderwanie wodoru lub utrata elektronu. W komórkach utlenianie zachodzi w formie sekwencyjnego przenoszenia wodoru i elektronów z podłoża do tlenu. W tym przypadku tlen pełni rolę związku redukującego (utleniacza). Reakcje oksydacyjne zachodzą wraz z uwolnieniem energii. Dla reakcje biologiczne charakteryzuje się stosunkowo małymi zmianami energii. Osiąga się to poprzez rozbicie procesu utleniania na szereg etapów pośrednich, co pozwala na jego magazynowanie w małych porcjach w postaci związków wysokoenergetycznych (ATP). Redukcja atomu tlenu podczas interakcji z parą protonów i elektronów prowadzi do powstania cząsteczki wody.

Oddychanie tkanek. Jest to proces zużywania tlenu przez komórki tkanek organizmu, który bierze udział w biologicznym utlenianiu. Ten rodzaj utleniania nazywa się utlenianie tlenowe. Jeśli końcowym akceptorem w łańcuchu przenoszenia wodoru nie jest tlen, ale inne substancje (na przykład kwas pirogronowy), wówczas ten rodzaj utleniania nazywa się beztlenowy.

To. utlenianie biologiczne to odwodornienie substratu za pomocą pośrednich nośników wodoru i jego końcowego akceptora.

Łańcuch oddechowy(enzymy oddychania tkankowego) są nośnikami protonów i elektronów z utlenionego substratu do tlenu. Utleniacz to związek, który może przyjmować elektrony. Zdolność ta jest charakteryzowana ilościowo potencjał redoks w stosunku do standardowej elektrody wodorowej, której pH wynosi 7,0. Im niższy potencjał związku, tym silniejsze są jego właściwości redukujące i odwrotnie.

To. każdy związek może oddać elektrony jedynie związkowi o wyższym potencjale redoks. W łańcuchu oddechowym każde kolejne ogniwo ma większy potencjał niż poprzednie.

Łańcuch oddechowy składa się z:

1. Dehydrogenaza zależna od NAD;

2. Dehydrogenaza zależna od FAD;

3. Ubichinon (CoQ);

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

Dehydrogenazy zależne od NAD. Zawierają NAD i NADP jako koenzymy. Pierścień pirydynowy nikotynamidu jest zdolny do przyjmowania elektronów i protonów wodoru.

Dehydrogenazy zależne od FAD i FMN zawierają ester fosforowy witaminy B2 (FAD) jako koenzym.

Ubichinon (CoQ) odbiera wodór z flawoprotein i zamienia się w hydrochinon.

Cytochromy- białka chromoproteinowe zdolne do pozyskiwania elektronów dzięki obecności w swoim składzie porfiryn żelaza jako grup prostetycznych. Przyjmują elektron od substancji będącej nieco silniejszym środkiem redukującym i przenoszą go do silniejszego środka utleniającego. Atom żelaza jest związany z atomem azotu pierścienia imidazolowego aminokwasu histydyny po jednej stronie płaszczyzny pierścienia porfiryny, a po drugiej stronie z atomem siarki metioniny. Dlatego potencjalna zdolność atomu żelaza w cytochromach do wiązania tlenu jest tłumiona.

W cytochrom c płaszczyzna porfiryny jest kowalencyjnie połączona z białkiem poprzez dwie reszty cysteinowe i in cytochrom B I A, nie jest związany kowalencyjnie z białkiem.

W cytochrom a+a 3 (oksydaza cytochromowa) zamiast protoporfiryny zawiera porfirynę A, która różni się pod wieloma względami cechy konstrukcyjne. Piątą pozycję koordynacyjną żelaza zajmuje grupa aminowa należąca do reszty aminocukrowej, która jest częścią samego białka.

W przeciwieństwie do hemolgobiny hemowej, atom żelaza w cytochromach może odwracalnie przekształcić się ze stanu dwuwartościowego w trójwartościowy, co zapewnia transport elektronów.

Mechanizm działania łańcucha transportu elektronów. Zewnętrzna błona mitochondriów jest przepuszczalna dla większości małych cząsteczek i jonów, wewnętrzna błona jest przepuszczalna dla prawie wszystkich jonów (z wyjątkiem protonów H) i większości nienaładowanych cząsteczek.

Procesy utleniania i powstawania ATP z ADP i kwasu fosforowego, tj. Fosforylacja zachodzi w mitochondriach na błonie wewnętrznej – cristae. Taka cząsteczka zawiera trzy wiązania wysokoenergetyczne. Makroergiczny lub bogaty w energię nazywa się wiązanie chemiczne po pęknięciu uwalnia się ponad 4 kcal/mol. Na rozkład hydrolityczny ATP do ADP i kwas fosforowy są uwalniane przy 7,3 kcal/mol. Dokładnie taką samą ilość zużywa się na utworzenie ATP z ADP i reszty kwasu fosforowego i jest to jeden z głównych sposobów magazynowania energii w organizmie.

Podczas transportu elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego uwalniana jest energia, która jest zużywana na dodanie reszty kwasu fosforowego do ADP w celu utworzenia jednej cząsteczki ATP i jednej cząsteczki wody. Podczas przenoszenia jednej pary elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego uwalniane jest 21,3 kcal/mol, które jest magazynowane w postaci trzech cząsteczek ATP. Stanowi to około 40% energii uwalnianej podczas transportu elektronów.

Ta metoda magazynowania energii w komórce nazywa się fosforylacja oksydacyjna lub sprzężona fosforylacja.

Szybkość fosforylacji oksydacyjnej zależy przede wszystkim od zawartości ATP; im szybciej jest on zużywany, tym więcej gromadzi się ADP, tym większe jest zapotrzebowanie na energię, a co za tym idzie, tym bardziej aktywny jest proces fosforylacji oksydacyjnej. Regulacja szybkości fosforylacji oksydacyjnej przez komórkowe stężenie ADP nazywana jest kontrolą oddechową.

Koniec pracy -

Ten temat należy do działu:

BIOCHEMIA

FEDERALNA AGENCJA EDUKACJI... Humanitarny Instytut Technologiczny Buzuluk... oddział państwowej instytucji oświatowej...

Jeśli potrzebujesz dodatkowych materiałów na ten temat lub nie znalazłeś tego czego szukałeś, polecamy skorzystać z wyszukiwarki w naszej bazie dzieł:

Co zrobimy z otrzymanym materiałem:

Jeśli ten materiał był dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:

Ćwierkać

Wszystkie tematy w tym dziale:

Przedmiot biochemia
Chemia biologiczna to nauka zajmująca się badaniem składu chemicznego narządów i tkanek organizmów procesy chemiczne i przemian leżących u podstaw ich aktywności życiowej. Nowoczesne biohi

Historia rozwoju biochemii.
Możemy wyróżnić główne etapy rozwoju nauk biochemicznych. 1. „Protobiochemia”. Pojęcia procesów życiowych i ich natury ukształtowały się w starożytności, starożytności i średniowieczu

Metody badania
Głównym przedmiotem biochemii jest badanie metabolizmu i energii. Zespół procesów nierozerwalnie związanych z życiem nazywa się metabolizmem. Wymiana rzeczy

Znaczenie biochemii jako nauki.
Teraz nie można sobie wyobrazić jednej nauki, która nie obejdzie się bez osiągnięć biochemii. Nie można ignorować znaczenia chemii biologicznej. Ma to znaczenie zarówno naukowe, jak i praktyczne

Elementarny skład białek.
Obecnie ustalono, że organizmy niebiałkowe nie istnieją w żywej przyrodzie. Białka są najważniejszą częścią substancji tworzących organizm. Po raz pierwszy odkryto białka

Skład aminokwasowy białek
Aminokwasy (kwasy aminokarboksylowe) to związki organiczne, których cząsteczka zawiera jednocześnie grupy karboksylową i aminową. Aminokwasy mogą

Ogólne właściwości chemiczne
Aminokwasy mogą objawiać się jako właściwości kwasowe, ze względu na obecność w ich cząsteczkach grupy karboksylowej -COOH oraz podstawowe właściwości ze względu na grupę aminową -NH2

Właściwości elektrofilowo-nukleofilowe.
1) Reakcja acylowania - oddziaływanie z alkoholami: NaOH NH3+ – CRH – COO- + CH3OH + HC1 ͛

Deaminacja wewnątrzcząsteczkowa.
Ok-l NH3+– 0CH – COO- liaza amonowo-asparaginianowa -OOS –-1C – H | || N – S-2H – COO-

Funkcje biologiczne białek
Funkcje białek są niezwykle różnorodne. Każde białko, jako substancja o określonej budowie chemicznej, pełni jedną wysoce wyspecjalizowaną funkcję i tylko kilka w niektórych przypadkach- N

Struktury białkowe
Uzyskano dowody na założenie K. Linderströma-Langa o istnieniu 4 poziomów organizacji strukturalnej cząsteczki białka: struktury pierwszorzędowe, drugorzędowe, trzeciorzędowe i czwartorzędowe

Oznaczanie C-końcowego aminokwasu za pomocą borowodorku sodu
Można zauważyć, że w tych warunkach tylko jeden, a mianowicie C-końcowy aminokwas, zostanie przekształcony w α-aminoalkohol, łatwy do zidentyfikowania metodą chromatografii. Zatem za pomocą wskazanych

Właściwości fizykochemiczne białek
Najbardziej charakterystyczny fizyczne i chemiczne właściwości białka charakteryzują się dużą lepkością roztworów, niewielką dyfuzją, zdolnością do pęcznienia w dużych granicach, optycznie czynną

Chemia kwasów nukleinowych
Trudno dziś wskazać dziedzinę nauk przyrodniczych, która nie byłaby zainteresowana problematyką struktury i funkcji kwasy nukleinowe. Pomimo ogromnego postępu, jaki nastąpił w ostatnich dziesięcioleciach,

Metody izolacji kwasów nukleinowych.
Podczas nauki skład chemiczny i strukturę kwasów nukleinowych, badacz zawsze staje przed zadaniem wyizolowania ich z obiektów biologicznych. Kwasy nukleinowe są część integralna złożony

Skład chemiczny kwasów nukleinowych
Kwasy nukleinowe (DNA i RNA) należą do złożonych związków wielkocząsteczkowych, składających się z niewielkiej liczby pojedynczych składniki chemiczne prostsza konstrukcja. Tak, str

Struktura kwasu nukleinowego
Dla zrozumienia szeregu cech struktury DNA szczególne znaczenie miały ustalone po raz pierwszy przez E. Chargaffa wzorce składu i ilościowej zawartości zasad azotowych. Okazało się, że azot

Podstawowa struktura kwasów nukleinowych
Podstawowa struktura kwasów nukleinowych odnosi się do kolejności i sekwencji ułożenia mononukleotydów w łańcuchu polinukleotydowym DNA i RNA. Taki łańcuch stabilizowany jest 3",5"-phos

Struktura drugorzędowa kwasów nukleinowych
Zgodnie z modelem J. Watsona i F. Cricka zaproponowanym w 1953 roku. na podstawie szeregu danych analitycznych, a także analizy dyfrakcji rentgenowskiej, cząsteczka DNA składa się z dwóch łańcuchów, tworzących odpowiednią

Trzeciorzędowa struktura kwasów nukleinowych
Wyizolowanie natywnej cząsteczki DNA z większości źródeł, w szczególności z chromosomów, jest niezwykle trudne ze względu na dużą wrażliwość cząsteczki DNA na nukleazy tkankowe i niszczenie hydrodynamiczne.

Transferowe RNA
tRNA stanowi około 10–15%. Łączna RNA komórkowy. Do chwili obecnej odkryto ponad 60 różnych tRNA. Na każdy aminokwas w komórce przypada jeden co najmniej, jeden konkretny

Komunikator RNA
W szeregu laboratoriów (w szczególności w laboratorium S. Brennera) uzyskano dane na temat możliwości istnienia w komórkach w połączeniu z rybosomami krótkotrwałego RNA, zwanego inform

Charakterystyka enzymów i ich właściwości
Wszystkie procesy życiowe opierają się na tysiącach reakcji chemicznych. Przechodzą przez ciało bez użycia. wysoka temperatura i ciśnienie, tj. V łagodne warunki. Substancje utleniające się w komórkach

Charakterystyczne cechy katalizy enzymatycznej i chemicznej.
Zasadniczo w komórce zachodzą te same reakcje chemiczne, które chemik wykorzystuje w swoim laboratorium. Jednakże na warunki reakcji w komórce nałożone są ścisłe ograniczenia. W laboratorium dla Usko

Struktura przestrzenna
Powód tego wszystkiego unikalne właściwości enzymów jest ich struktura przestrzenna. Wszystkie enzymy są białkami globularnymi, znacznie większymi niż substrat. To jest dokładnie taka sytuacja

Funkcje koenzymów i grup prostetycznych
5.4.1 Koenzymy i witaminy. Koenzymy to substancje organiczne, których prekursorami są witaminy. Niektóre z nich są luźno związane z białkami (NAD, NSCoA itp.). jest enzym

Mechanizm działania enzymów
Budowa i funkcje enzymów oraz mechanizm ich działania są szczegółowo omawiane niemal co roku na wielu międzynarodowych sympozjach i kongresach. Ważne miejsce zajmuje rozważenie struktury całości

Równania Michaelisa-Mentena i Lineweavera-Burka
Jednym z charakterystycznych przejawów życia jest niesamowita zdolność organizmów żywych do kinetycznego regulowania reakcji chemicznych, tłumiąc chęć osiągnięcia równowagi termodynamicznej.

Czynniki determinujące aktywność enzymów. Zależność szybkości reakcji od czasu
W tej części krótko omówiono Wspólne czynniki, w szczególności zależność od prędkości reakcja enzymatyczna w czasie wpływ stężenia substratu i enzymu na szybkość reakcji katalizowanych przez enzymy

Wpływ stężenia substratu i enzymu na szybkość reakcji enzymatycznej
Z zaprezentowanego wcześniej materiału wynika ważny wniosek: jednym z najistotniejszych czynników determinujących szybkość reakcji enzymatycznej jest stężenie substratu (oraz

Aktywacja i hamowanie enzymów
Szybkość reakcji enzymatycznej, a także aktywność enzymu w dużej mierze zależy również od obecności w pożywce aktywatorów i inhibitorów: te pierwsze zwiększają szybkość reakcji, a drugie hamują

Molekularny mechanizm działania metali w katalizie enzymatycznej, czyli rola metali w aktywacji przez enzymy.
W niektórych przypadkach jony metali (Co2+, Mg2+, Zn2+, Fe2+) pełnią funkcje grup prostetycznych enzymów lub pełnią funkcję akceptorów i donorów.

Zastosowanie enzymów
Posiadanie wysoki stopień selektywność, enzymy są wykorzystywane przez organizmy żywe do przeprowadzenia wysoka prędkość ogromna różnorodność reakcji chemicznych; trzymają swoje

Chemia lipidów
Lipidy to duża grupa związków, które znacznie różnią się budową chemiczną i funkcjami. Dlatego trudno podać jedną definicję, która byłaby odpowiednia dla wszystkich połączeń.

Kwas tłuszczowy
Kwasy tłuszczowe – alifatyczne kwasy karboksylowe – występują w organizmie w postaci wolnej (śladowe ilości w komórkach i tkankach) lub pełnią funkcję budulcową dla większości

Glicerydy (acyloglicerole)
Glicerydy (acyloglicerole lub acyloglicerole) to estry alkoholu trójwodorotlenowego, glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych. Jeśli kwasy tłuszczowe są estryfikowane

Fosfolipidy
Fosfolipidy to estry alkoholi wielowodorotlenowych, glicerolu lub sfingozyny, z wyższymi kwasami tłuszczowymi i kwasem fosforowym. Fosfolipidy zawierają także azot

Sfingolipidy (sfingofosfolipidy)
Sfingomieliny: Są to najczęstsze sfingolipidy. Występują głównie w błonach zwierząt i komórki roślinne. Szczególnie w nie bogate Tkanka nerwowa. Sf

Steroidy
Wszystkie rozważane lipidy są zwykle nazywane zmydlonymi, ponieważ w wyniku ich alkalicznej hydrolizy powstają mydła. Istnieją jednak lipidy, które nie ulegają hydrolizie w celu uwolnienia kwasów tłuszczowych

Chemia węglowodanów
Termin „węglowodany” został po raz pierwszy zaproponowany przez profesora Uniwersytetu w Dorpacie (obecnie Tartu) K.G. Schmidta w 1844 r. Zakładano wówczas, że wszystkie węglowodany posiadają ogólna formuła C

Biologiczna rola węglowodanów
Węglowodany, obok białek i lipidów, są najważniejszymi związkami chemicznymi tworzącymi organizmy żywe. U ludzi i zwierząt węglowodany pełnią ważne funkcje: energię

Monosacharydy
Monosacharydy można uznać za pochodne alkoholi wielowodorotlenowych zawierających grupę karbonylową (aldehydową lub ketonową). Jeśli grupa karbonylowa znajduje się na końcu łańcucha, wówczas

Podstawowe reakcje monosacharydów, produkty reakcji i ich właściwości.
Reakcje hydroksylu półacetalu Zauważono już, że monosacharydy, zarówno w stanie krystalicznym, jak i w roztworze, występują głównie w postaciach półacetalowych.

Oligosacharydy
Oligosacharydy to węglowodany, których cząsteczki zawierają od 2 do 10 reszt monosacharydowych połączonych wiązaniami glikozydowymi. Zgodnie z tym rozróżnia się disacharydy,

Polisacharydy
Polisacharydy są produktami polikondensacji monosacharydów o dużej masie cząsteczkowej, połączonych ze sobą wiązaniami glikozydowymi i tworzącymi łańcuchy liniowe lub rozgałęzione. Najczęstszy pon

Heteropolisacharydy
Polisacharydy, których strukturę charakteryzuje obecność dwóch lub więcej typów jednostek monomerowych, nazywane są heteropolisacharydami. Powszechnie przyjmuje się, że ponieważ heteropol

Witaminy z grupy A
Witamina A (retinol; witamina przeciwkseroftalmiczna) została dobrze zbadana. Znane są trzy witaminy z grupy A: A1, A2 oraz postać cis witaminy A1, tzw

Witaminy z grupy D
Witamina D (kalcyferol; witamina przeciwrachitowa) występuje w postaci kilku związków różniących się zarówno budową chemiczną, jak i aktywnością biologiczną. Dla mężczyzny

Witaminy K
Witaminy z grupy K, zgodnie z nomenklaturą chemii biologicznej, obejmują 2 rodzaje chinonów z łańcuchami bocznymi reprezentowanymi przez jednostki izoprenoidowe (łańcuchy): witaminy K1

Witaminy z grupy E
Na początku lat dwudziestych G. Evans wykazał, że mieszana żywność zawiera substancję absolutnie niezbędną do normalnego rozmnażania się zwierząt. Tak więc, u szczurów trzymanych na syntetycznych

Witaminy rozpuszczalne w wodzie
Konwencjonalnie możemy tak założyć osobliwość witamin rozpuszczalnych w wodzie jest udział większości z nich w budowie cząsteczek koenzymu (patrz tabela 12), które są niskie

Witamina PP
Witamina PP (kwas nikotynowy, nikotynamid, niacyna) nazywana była także witaminą antypelagrytyczną (od włoskiej pelagry zapobiegawczej – zapobiegającej pelagrze), gdyż pochodzi z

Biotyna (witamina H)
W 1916 roku doświadczenia na zwierzętach wykazały toksyczne działanie surowca białko jajka; spożywanie wątroby lub drożdży wyeliminowało ten efekt. Czynnik zapobiegający rozwojowi zatrucia

Kwas foliowy
Kwas foliowy (pteroiloglutaminowy) (folacyna), w zależności od rodzaju zwierzęcia lub szczepu bakterii niezbędnych do prawidłowego wzrostu w obecności tego czynnika odżywczego, nazywano

Witamina C
Witamina C ( kwas askorbinowy; witamina przeciwszkorbutowa) nazywana jest czynnikiem przeciwszkorbutowym, przeciwszkorbutowym, chroniącym przed rozwojem szkorbutu – choroby, która trwała

Witamina P
Witamina P (rutyna, cytryn; witamina przepuszczalności) została wyizolowana w 1936 roku przez A. Szent-Gyorgyi ze skórki cytryny. Pod nazwą „witamina P”, która zwiększa odporność naczyń włosowatych (od łacińskiego permeabi

Ogólne pojęcie hormonów
Badanie hormonów dzieli się na niezależną naukę - endokrynologię. Współczesna endokrynologia bada strukturę chemiczną hormonów wytwarzanych w gruczołach wydzielina wewnętrzna, S

Hormony podwzgórza
Podwzgórze służy jako miejsce bezpośredniej interakcji pomiędzy wyższymi częściami ośrodkowego układu nerwowego i układem hormonalnym. Charakter połączeń istniejących między ośrodkowym układem nerwowym a układ hormonalny, zaczęło być wyraźniejsze w ostatnich dziesięcioleciach

Hormony przysadkowe
Przysadka mózgowa syntetyzuje szereg biologicznie aktywnych hormonów o charakterze białkowym i peptydowym, które wywierają stymulujący wpływ na różne procesy fizjologiczne i biochemiczne w tkankach docelowych (m.in.

Wazopresyna i oksytocyna
Hormony wazopresyna i oksytocyna są syntetyzowane na szlaku rybosomalnym. Struktura chemiczna oba hormony zostały rozszyfrowane w klasycznych pracach V. du Vigneault i wsp., którzy jako pierwsi wyizolowali

Hormony stymulujące melanocyty (MSH, melanotropiny)
Melanotropiny są syntetyzowane i wydzielane do krwi przez płat pośredni przysadki mózgowej. Odizolowane i odszyfrowane struktury pierwotne dwa rodzaje hormonów - bodźce α- i β-melanocytów

Hormon adrenokortykotropowy (ACTH, kortykotropina)
Już w 1926 roku odkryto, że przysadka mózgowa działa stymulująco na nadnercza, zwiększając wydzielanie hormonów korowych. ACTH oprócz swojego głównego działania - stymulującego

Hormon somatotropowy (GH, hormon wzrostu, somatotropina)
Hormon wzrostu odkryto w ekstraktach z przedniego płata przysadki mózgowej już w 1921 roku, ale w formie chemicznej czysta forma otrzymał dopiero w latach 1956–1957. GH jest syntetyzowany w komórkach kwasochłonnych

Hormon laktotropowy (prolaktyna, hormon luteotropowy)
Prolaktyna jest uważana za jeden z najstarszych hormonów przysadki mózgowej, ponieważ można ją znaleźć w przysadce mózgowej zwierząt niższych lądów, które nie mają gruczołów sutkowych, a także

Hormon tyreotropowy (TSH, tyreotropina)
W przeciwieństwie do rozważanych hormonów peptydowych przysadki mózgowej, które są reprezentowane głównie przez jeden łańcuch polipeptydowy, tyreotropina jest złożoną glikoproteiną i dodatkowo zawiera dwa

Hormony gonadotropowe (gonadotropiny)
Gonadotropiny obejmują hormon folikulotropowy (FSH, folitropina) i hormon luteinizujący (LH, lutropina) lub hormon stymulujący komórki śródmiąższowe. Oba hormony z

Hormony lipotropowe (LTH, lipotropiny)
Wśród hormonów przedniego płata przysadki mózgowej, których budowa i funkcja zostały poznane w ostatniej dekadzie, na uwagę zasługują lipotropiny, zwłaszcza β- i γ-LTH. Najbardziej szczegółowe

Hormony przytarczyc (hormony przytarczyc)
Do hormonów o charakterze białkowym zalicza się także hormon przytarczyc (hormon przytarczyc), a dokładniej grupę hormonów przytarczyc różniących się sekwencją aminokwasów. Są syntetyzowane przez przytarczyce

Hormony tarczycy
Tarczyca odgrywa niezwykle ważną rolę w metabolizmie. Świadczy o tym m.in nagła zmiana podstawowy metabolizm obserwowany podczas zaburzeń aktywności Tarczyca, jak również

Hormony trzustkowe
Trzustka jest jednym z gruczołów wydzielina mieszana. Jej funkcja zewnątrzwydzielnicza polega na syntezie szeregu kluczowych enzymów trawiennych, w szczególności amylazy, lipazy, trypsyny, substancji chemicznych

Hormony nadnerczy
Nadnercza składają się z dwóch odrębnych części morfologicznych i funkcjonalnych - rdzenia i kory. Sprawa mózgu należy do układu chromafinowego, czyli nadnerczy

Hormony płciowe
Hormony płciowe są syntetyzowane głównie w gonadach kobiet (jajniki) i mężczyzn (jądra); pewna ilość hormonów płciowych wytwarzana jest także w łożysku i korze nadnerczy

Molekularne mechanizmy przekazywania sygnałów hormonalnych
Pomimo ogromnej różnorodności hormonów i substancji hormonopodobnych, podstawa działanie biologiczne większość hormonów ma zaskakująco podobne, prawie identyczne podstawy

Koncepcja metabolizmu.
Aktywność życiową organizmu zapewnia ścisły związek z otoczenie zewnętrzne który dostarcza tlen i składniki odżywcze i ciągła transformacja tych substancji w komórkach organizmu. Produkty Ra

Trawienie i wchłanianie
Trawienie węglowodanów rozpoczyna się już w Jama ustna pod wpływem śliny zawierającej enzymy amylazę i maltazę, które zapewniają rozkład węglowodanów na glukozę. W jamie żołądka

Pośrednie bezpośrednie
glukoza (6 węgli) ↓ glukozo-6-fosforan (6 węgli)

Rozkład beztlenowy
Rozkład beztlenowy rozpoczyna się od rozkładu glukozy – glikolizy lub rozkładu glikogenu – glikogenolizy. Ta droga rozkładu zachodzi głównie w mięśniach. Istota tego procesu

Izomeryzacja 3-fosfoglicerynianu
fosfoizomeraza 2 O = C – CH – CH2OP2O = C – CH – CH2OH | | | | O-OH O-OF

Załamanie aerobowe
Pirogronian powstający podczas beztlenowego rozkładu węglowodanów ulega dekarbroksylacji pod działaniem dehydrogenazy pirogronianowej (NAD+ i koenzym HSCoA), tworząc acetylokoenzym A. &nb

Budowa i synteza glikogenu
Glikogen to rozgałęziony polisacharyd, którego monomerem jest glukoza. Reszty glukozy są połączone w odcinkach liniowych 1-4 wiązaniami glikozydowymi oraz w miejscach rozgałęzień

Regulacja syntezy i jej zaburzenia
Rozpad glikogenu następuje głównie pomiędzy posiłkami i przyspiesza w trakcie Praca fizyczna. Proces ten zachodzi poprzez sekwencyjną eliminację reszt glukozy w postaci glukozy

Glukoneogeneza
Glukoneogeneza to proces syntezy glukozy z substancji niewęglowodanowych. Głównymi substratami glukoneogenezy są pirogronian, mleczan, glicerol i aminokwasy. Najważniejsza funkcja glukoneogeneza

Metabolizm lipidów
Lipidy są strukturalnie zróżnicowaną grupą substancji organicznych, w których występują własność ogólna– hydrofobowość. Tłuszcze – trójglicerydy – są najbardziej zwartą i energochłonną formą magazynowania energii.

Konwersja trójglicerydów i utlenianie glicerolu.
Trawienie tłuszczu polega na hydrolizie tłuszczów przez enzym lipazę trzustkową. Obojętny tłuszcz wnikający do komórek ulega hydrolizie do gliceryny i kwasów tłuszczowych pod wpływem lipaz tkankowych.

Utlenianie kwasów tłuszczowych
Kwasy tłuszczowe to zarówno nasycone, jak i nienasycone wyższe kwasy karboksylowe, których łańcuch węglowodorowy zawiera więcej niż 12 atomów węgla. W organizmie następuje utlenianie kwasów tłuszczowych

Biosynteza kwasów tłuszczowych
Wraz z rozkładem kwasów tłuszczowych w organizmie następuje także ich powstawanie. Biosynteza kwasów tłuszczowych jest procesem wieloetapowym, cyklicznym. Etap I. 1) Kondensacja CO2.

Transformacje glicerofosfatydów
W komórkach pod działaniem specyficznych enzymów fosfolipaz glicerofosfatydy ulegają hydrolizie do składniki składowe: Glicerofosfatydy są hydrolizowane przez fosfolipazy do glicerolu i kwasów tłuszczowych

Znaczenie białek w organizmie
Białka to enzymy, hormony itp. syntetyzowane substancje nieorganiczne jest możliwe tylko w ciele roślin. W organizmach zwierzęcych białko jest syntetyzowane z aminokwasów, z których część powstaje

Trawienie i wchłanianie białka
W jamie ustnej białka nie ulegają rozkładowi, ponieważ nie ma enzymów proteolitycznych. W żołądku białka ulegają rozkładowi sok żołądkowy z czego dziennie wydalane jest 2,5 litra. W

Biosynteza białek
Biosynteza białek ma kluczowe znaczenie naukowe i kliniczne. Różnica między jednym białkiem a drugim zależy od charakteru i kolejności naprzemienności aminokwasów zawartych w jego składzie.

Deaminacja aminokwasów
Deaminacja to rozkład aminokwasów pod wpływem deaminaz (oksydaz) z uwolnieniem azotu w postaci amoniaku. 1. Bezpośrednia deaminacja jest typowa dla α-aminokwasów (

Transaminacja (transaminacja) aminokwasów
Transaminacja to reakcja przeniesienia grupy aminowej z aminokwasu na α-ketokwas. Tylko Liz i Tre nie podlegają wstępnemu raminowaniu. R R" R R"

Dekarboksylacja aminokwasów
Dekarboksylacja zachodzi pod działaniem dekarboksylaz z eliminacją dwutlenku węgla z aminokwasu i tworzeniem amin.

Metabolizm białek złożonych
16.1 Metabolizm nukleoprotein Nukleoproteiny i ich pochodne pełnią w organizmie różnorodne funkcje, uczestnicząc w: - syntezie kwasów nukleinowych

Wymiana hemoglobiny
Z różnych chromoprotein najwyższa wartość ma hemoglobinę. Hemoglobina w diecie jest przewód pokarmowy rozkłada się na części składowe – globinę i hem. Globina jako białko, hydrolity

Końcowe produkty rozkładu aminokwasów
W organizmie człowieka rozkłada się około 70 g aminokwasów dziennie, a w wyniku reakcji deaminacji i utleniania amin biogennych uwalniana jest duża ilość

Synteza mocznika, cykl ornitynowy
Głównym mechanizmem neutralizacji amoniaku w organizmie jest biosynteza mocznika. Ten ostatni jest wydalany z moczem jako główny produkt końcowy metabolizmu białka, odpowiednio aminokwasu

Metabolizm poszczególnych aminokwasów
Głównym elementem aminokwasy służą do syntezy białek, reszta ulega przemianom i bierze udział w tworzeniu wielu substancji mających ogromne znaczenie dla organizmu. Węgiel

Zależność pomiędzy metabolizmem białek, tłuszczów i węglowodanów. Wymiana wody i soli mineralnych.
Żywy organizm i jego funkcjonowanie są stale zależne od środowisko. Intensywność wymiany ze środowiskiem zewnętrznym i szybkość wewnątrzkomórkowych procesów metabolicznych

Związek pomiędzy metabolizmem węglowodanów i tłuszczów.
Produkty końcowe metabolizmem są CO2, H2O i mocznik. Dwutlenek węgla wchodzi , powstający podczas dekarboksylacji węglowodanów, tłuszczów, białek, kwasów nukleinowych

Związek między metabolizmem węglowodanów i białek.
W wyniku rozkładu białek powstają aminokwasy, z których większość nazywa się glikogennymi i stanowią źródło substancji niezbędnych do syntezy węglowodanów. Najpierw przechodzą aminokwasy

Związek między metabolizmem białek i tłuszczów.
Niewiele wiadomo na temat związku między tym typem metabolizmu. Możliwe jest, że konwersja aminokwasów w kwasy tłuszczowe następuje najpierw poprzez utworzenie węglowodanów, chociaż niektóre aminokwasy nazywane są tzw

Pojęcie homeostazy.
Ciało jest termodynamiczne otwarty system dlatego pozwala mu to zachować stabilność, poziom wydajności, a także względną stałość środowisko wewnętrzne, co nazywa się go

Metabolizm wody i jego regulacja.
Woda jest integralną częścią organizmu. Wszystkie reakcje metaboliczne zachodzą w środowisku wodnym, w którym żyją komórki, a komunikacja między nimi odbywa się poprzez ciecz. Główna część życia biologicznego

Metabolizm minerałów
Minerały- Są to substancje niezbędne dla organizmu, choć ich nie ma Wartość odżywcza i nie są źródłem energii. O ich znaczeniu decyduje fakt, że są częścią wszystkiego