Biochimie. Oxidarea biologică

ACADEMIA MEDICALĂ DE STAT URAL

Departamentul de Bioorganic şi chimie biologică

LUCRARE LA CURS PE TEMA:

Oxidarea biologică.

Interpreți: studenți ai Facultății de Pediatrie, grupa 223

Zaruba N.S., Chashchina E.E.

Director: Conf. univ. dr. Trubaciov S.D.

Referent:

Ekaterinburg 2002.

I. Introducere…………………………………………………………………………...3

II. Vederi generale despre oxidarea biologică.

Sisteme și potențiale redox……..3

III. Modalități de utilizare a oxigenului în celulă……………………………….5

Calea oxidazei pentru utilizarea oxigenului. Mitocondriile.

Enzimele, localizarea și semnificația lor în procesele de oxidare…….5

IV. Etapele utilizării energiei nutritive………………………………6

V. Fosforilarea oxidativă……………………………………9

Teoria chimiosmotică a lui Mitchell……..……….……..9

Redox – lanț de fosforilare oxidativă…………10

VI. Ciclul Krebs………………………………………………………21

Deschiderea CTK……………………………………………………..22

Reacții, enzime. Regulamentul…………………………………...23

VII. Compuși și conexiuni macroergice…………………………………29

VIII. Vitamina RR. Participarea la procesele de oxidare………….30

IX. Oxidarea microzomală……………………………………………………31

Reacții monooxigenază………………………………………………31

Reacții de dioxigenază…………………………………………………….32

Citocromii………………………………………………………………… 32

X. Calea peroxidazei pentru utilizarea oxigenului………..33

XI. Protecția antioxidantă enzimatică…………………………………….. 34

Superoxid dismutază, catalaze, peroxidaze………….34

XII. Protecție antioxidantă neenzimatică……………35

Vitaminele C, E și P………………………………………………………...35

XIII. Concluzie…………………………………………………………………..38

XIV. Referințe………………………………………………………………………………..39

Introducere.

În chimie, oxidarea este definită ca îndepărtarea electronilor și reducerea ca câștigul de electroni; acest lucru poate fi ilustrat folosind exemplul de oxidare a ionului de fero la ioni de fero:

Rezultă că oxidarea este întotdeauna însoțită de reducerea acceptorului de electroni. Acest principiu al proceselor redox este aplicabil în egală măsură sistemelor biochimice și caracterizează natura proceselor de oxidare biologică.

Deși unele bacterii (anaerobe) trăiesc în absența oxigenului, viața animalelor superioare este complet dependentă de aprovizionarea cu oxigen. Oxigenul este utilizat în principal în procesul de respirație - acesta din urmă poate fi definit ca un proces de captare energie celulară sub formă de ATP în timpul adăugării controlate de oxigen cu hidrogen pentru a forma apă. În plus, oxigenul molecular este încorporat în diferite substraturi cu participarea enzimelor numite oxigenaze. Multe medicamente, substanțe străine organismului, agenți cancerigeni (xenobiotice) sunt atacate de enzime din această clasă, care sunt numite colectiv citocrom.
P450.

Tulburările hipoxice ale metabolismului celular ocupă un loc de frunte în patogeneză conditii critice. Rolul principal în formarea ireversibilității proceselor patologice este atribuit manifestărilor extreme ale tulburărilor metabolice celulare. Aprovizionarea adecvată cu oxigen a celulei este principala condiție pentru menținerea viabilității acesteia.

Administrarea de oxigen poate salva viețile pacienților a căror respirație sau circulație este afectată. Terapia cu oxigen a fost folosită cu succes în unele cazuri. presiune ridicata; Trebuie remarcat, totuși, că terapia intensivă sau prelungită cu oxigen de înaltă presiune poate provoca toxicitate pentru oxigen.

Când am scris această lucrare, am avut un scop: să studiem oxidarea biologică și semnificația ei în viața celulei și a organismului în ansamblu.

Pentru a face acest lucru ne-am uitat la:

Utilizarea oxigenului de către celulă;

Surse de energie celulară – ciclu acid citric(ciclul Krebs), fosforilare oxidativă;

Oxidarea microzomală;

Protectie antioxidanta

Idei generale despre oxidarea biologică.

Sisteme și potențiale redox.

Sursă de energie utilizată pentru a efectua toate tipurile de lucrări
(chimic, mecanic, electric și osmotic) este energia unei legături chimice. Eliberarea de energie din carbohidrați, grăsimi, proteine ​​și alți compuși organici are loc în timpul descompunerii lor redox. Energia eliberată este cheltuită pentru sinteza ATP.

Modificarea energiei libere care caracterizează reacțiile de oxidare și reducere este proporțională cu capacitatea reactanților de a dona sau accepta electroni. În consecință, modificarea energiei libere a procesului redox poate fi caracterizată nu numai prin valoarea (G0", ci și prin valoarea potențialului redox al sistemului (Eo). De obicei, se compară potențialul redox al sistemului. cu potențialul electrodului de hidrogen, luându-l pe acesta din urmă ca zero,
0V la pH=0. Cu toate acestea pentru sisteme biologice este mai convenabil să folosiți potențialul redox la pH = 7,0 (Eo"); la acest pH, potențialul electrodului de hidrogen este -0,42V.

Folosind Tabelul 1, putem prezice în ce direcție va merge fluxul de electroni atunci când împerechem un sistem redox.

Tabelul 1. Potențialele standard ale unor sisteme redox.
|Sistem |Eo(/Volt |
|Oxigen/apă |+0,82 |
|Citocrom a: Fe3+/Fe2+ |+0,29 |
|Citocrom c: Fe3+/Fe2+ |+0,22 |
|Ubichinona: oxidare/reducere. |+0,10 |
|Citocromul b:Fe3+/Fe2+ |+0,03 |
|Fumarat/succinat |+0,03 |
|Flavoproteine: oxidare/reducere. |-0,12 |
|Oxaloacetat/malat |-0,17 |
|Piruvat/lactat |-0,19 |
|Acetoacetat/hidroxibutirat |-0,27 |
|Lipoat: oxidare/reducere. |-0,29 |
|NAD+/NADH |-0,32 |
|H+/H2 |-0,42 |
|Succinat/alfacetoglutarat |-0,67 |

Modalități de utilizare a oxigenului în celulă.

Există trei moduri de a utiliza oxigenul în celulă, care se caracterizează prin următoarele reacții:
1) calea oxidazei (90% din oxigenul primit este redus la H2O cu participarea enzimei citocrom oxidaza)

02+4е+4Н+ > 2Н2О

2) calea oxigenazei (includerea unui atom de oxigen în substrat - calea monooxigenazei, doi atomi de oxigen - calea dioxigenazei)

Calea monooxigenazei

Calea dioxigenazei

3) calea radicalilor liberi (apare fără participarea enzimelor și nu se formează ATP).

Calea oxidazei pentru utilizarea oxigenului. Mitocondriile. Enzimele, localizarea și semnificația lor în procesul de oxidare.

Mitocondriile sunt numite pe bună dreptate „stațiile energetice” ale celulei, deoarece în aceste organite este captată în principal energia furnizată de procesele oxidative. Sistemul mitocondrial de cuplare a proceselor oxidative cu generarea intermediarului de înaltă energie ATP se numește fosforilare oxidativă.

Mitocondriile au o membrană exterioară, permeabilă la majoritatea metaboliților, și o membrană interioară permeabilă selectiv, cu multe pliuri (cristae) proeminente către matrice (spațiul intern al mitocondriilor). Membrana exterioară poate fi îndepărtată prin tratament cu digitonină; se caracterizează prin prezența monoaminoxidazei și a altor câteva enzime (de exemplu, acil-CoA sintetaza, glicerofosfat aciltransferaza, monoacilglicerofosfat aciltransferaza, fosfolipaza A2).
Adenilat kinaza și creatin kinaza sunt localizate în spațiul intermembranar. Cardiolipina fosfolipidă este localizată în membrana internă.

Matricea conține enzime solubile ale ciclului acidului citric și enzime (-oxidarea acizilor grași, în legătură cu aceasta este nevoie de mecanisme pentru transportul metaboliților și nucleotidelor prin membrana internă. Succinat dehidrogenaza este localizată pe suprafața interioară a membrana mitocondrială internă, unde transferă echivalenți reducători ai lanțului respirator la nivelul ubichinonei (ocolind prima buclă redox).3-Hidroxibutiratdehid rogenaza este localizată pe partea matricei a membranei mitocondriale interne.este localizată glicerol-3-fosfat dehidrogenaza pe suprafața exterioară a membranei interioare, unde participă la funcționarea mecanismului de transfer al glicerofosfatului.

Etapele utilizării energiei nutritive.

Utilizarea energiei nutritive este un proces complex care are loc în trei etape, conform următoarei scheme:

Schema 1. Etapele catabolismului nutrienților.

În etapa 1, moleculele mari de polimer se descompun în subunități monomerice: proteinele în aminoacizi, polizaharidele în zaharuri și grăsimile în acid gras si colesterololii. Acest proces preliminar, numit digestie, se desfășoară în principal în afara celulelor sub acțiunea enzimelor secretate în cavitate. tractului digestiv. În etapa 2, moleculele mici rezultate intră în celule și suferă o degradare suplimentară în citoplasmă. Majoritatea atomilor de carbon și hidrogen ai zaharurilor sunt transformați în piruvat, care, după ce a pătruns în mitocondrii, formează gruparea acetil a compusului activ chimic acetil coenzima A (acetil-CoA). O cantitate mare de acetil-CoA se formează și în timpul oxidării acizilor grași. În etapa 3, gruparea acetil a acetil-CoA este complet scindată la CO2 și H2O. În această etapă finală este produsă cea mai mare parte a ATP. Într-o serie de conjugate reacții chimice mai mult de jumătate din energia care, conform calculelor teoretice, poate fi extrasă din carbohidrați și grăsimi în timpul oxidării lor la H2O și CO2, este utilizată pentru a desfășura reacția nefavorabilă energetic Fn + ADP (ATP. Deoarece restul energiei eliberate în timpul oxidării este eliberat de celulă sub formă de căldură, rezultatul formării de ATP este o creștere generală a tulburării Universului, care este pe deplin în concordanță cu cea de-a doua lege a termodinamicii.

Cel mai important pas în etapa 2 de catabolism este glicoliza - succesiunea reacțiilor care duc la descompunerea glucozei. În timpul glicolizei, o moleculă de glucoză care conține 6 atomi de carbon este transformată în 2 molecule de piruvat care conțin 3 atomi de carbon fiecare. Această transformare necesită 9 reacții enzimatice secvențiale, în care se formează un număr de compuși intermediari care conțin fosfat. (Vezi poza
1.)
Logic vorbind, secvența reacțiilor de glicoliză poate fi împărțită în trei etape: 1) în reacțiile 1-4 (vezi Figura 1) glucoza este transformată într-o aldehidă cu trei atomi de carbon gliceraldehidă-3-fosfat (această transformare necesită două grupe fosfat și energia necesară este eliberată în timpul hidrolizei
ATP); 2) în reacțiile 5-6, gruparea aldehidă a fiecărei molecule de gliceraldehidă-3-fosfat este oxidată la o grupare carboxil, iar energia eliberată în acest caz este cheltuită pentru sinteza ATP din ADP și Fn; 3) în reacțiile 7-9, acele două molecule de fosfat care s-au unit zahărului în prima etapă sunt transferate înapoi în ADP, rezultând formarea de ATP și compensarea costurilor
ATP în stadiul 1.

Figura 1. Intermediari ai glicolizei.

Produsul total de energie în timpul glicolizei este redus la sinteza a două molecule
ATP (per moleculă de glucoză) care s-a format în reacțiile 5 și 6.
Astfel, aceste reacții sunt critice pentru glicoliză. Aceste două reacții sunt singurele din întregul proces în care din Fn se formează o legătură fosfat de înaltă energie. Rezultatul net al acestor două reacții este oxidarea aldehidei de zahăr la acid fosfoglicerol, transferul Pn la ADP cu formarea unei legături ATP de înaltă energie și reducerea NAD+ la NADH.

Pentru majoritatea celulelor animale, glicoliza precede catabolismul stadiului 3, deoarece Acidul lactic format în timpul glicolizei pătrunde rapid în mitocondrii, unde este oxidat la CO2 și H2O. Cu toate acestea, în organismele și țesuturile anaerobe capabile să funcționeze în condiții anaerobe, glicoliza poate deveni principala sursă de ATP celular. În aceste cazuri, moleculele de piruvat rămân în citosol și sunt transformate în lactat, care este apoi excretat din celulă. O conversie ulterioară a piruvatului în aceste reacții de producere a energiei, numită fermentație, este necesară pentru a utiliza pe deplin potențialul de reducere obținut în reacția 5 de glicoliză și astfel pentru a regenera NAD+ necesar pentru glicoliză ulterioară.

Fosforilarea oxidativă.

Fosforilarea oxidativă permite organisme aerobe captează o parte semnificativă din energia potențială liberă a oxidării substratului.
O posibilă explicație pentru mecanismul fosforilării oxidative este oferită de teoria chemiosmotică. Rând substante medicinale(de exemplu, amobarbital) și otrăvurile (cianura, monoxidul de carbon) inhibă fosforilarea oxidativă, de obicei cu consecințe fatale. Fosforilarea oxidativă este un proces atât de vital încât întreruperea cursului său normal este incompatibilă cu viața. Acest lucru poate explica de ce au fost descoperite doar un număr mic de tulburări genetice care afectează acest sistem.

Deși ciclul acidului citric face parte din metabolismul aerob, oxigenul molecular nu este implicat direct în niciuna dintre reacțiile din acest ciclu care duc la formarea NADH și FADH2; aceasta are loc numai în seria finală de reacții catabolice care au loc pe membrana interioară. Aproape toată energia primită de la primele etape oxidarea din arderea carbohidraților, grăsimilor și alți nutrienți este stocată inițial sub formă de electroni de înaltă energie transportați de NADH și FADH.
Acești electroni interacționează apoi cu oxigenul molecular din lanțul respirator. Deoarece o mare cantitate din energia eliberată este utilizată de enzimele din membrana interioară pentru a sintetiza ATP din ADP și Pn, aceste din urmă reacții sunt numite fosforilare oxidativă.

Sinteza ATP în reacțiile de fosforilare oxidativă care apar în lanțul respirator depinde de procesul chemiosmotic. Mecanismul acestui proces, propus pentru prima dată în 1961, a făcut posibilă rezolvarea unei probleme cu care se confrunta de multă vreme biologia celulară.

Anterior, se credea că energia pentru sinteza ATP în lanțul respirator este furnizată de același mecanism ca și în timpul fosforilării substratului: se presupunea că energia de oxidare este folosită pentru a forma o legătură de înaltă energie între grupul fosfat și un compus intermediar și că conversia ADP în ATP se realizează prin numărarea energiei eliberate atunci când această legătură este ruptă. Cu toate acestea, în ciuda căutărilor intense, intermediarul presupus nu a fost găsit.

Conform ipotezei chimiosmotice, în locul produselor intermediare bogate în energie, există o legătură directă între procesele chimice („chimi...”) și procesele de transport (osmotice, din grecescul osmos).
- împingere, presiune) - cuplare chimiosmotică.

Ipoteza chemiosmotică, propusă la începutul anilor '60, includea patru postulate independente privind funcția mitocondrială:

1. Lanțul respirator mitocondrial, situat în membrana internă, este capabil să miște protonii; Când electronii trec prin lanțul respirator, H+ este „pompat afară” din matrice.

2. Complexul mitocondrial ATP sintetaza mută, de asemenea, protonii prin membrana interioară. Deoarece acest proces este reversibil, enzima poate folosi nu numai energia hidrolizei ATP pentru a transporta H+ prin membrană, dar dacă gradientul de protoni este suficient de mare, protonii încep să „curgă” prin
ATP sintetaza în sens invers, care este însoțită de sinteza ATP.

3. Membrana interioară a mitocondriilor este impermeabilă la H +, OH- și, în general, la toți anionii și cationii.

4. Membrana mitocondrială internă conține o serie de proteine ​​purtătoare care transportă metaboliți esențiali și ioni anorganici.

Odată cu trecerea electronilor de înaltă energie eliberați de NADH și
FADH2, de-a lungul lanțului respirator al membranei mitocondriale interioare, energia este eliberată de la un transportor la altul, care este folosită pentru a pompa protoni (H+) prin membrana interioară din matrice în spațiul intermembranar. (vezi Figura 2)

Figura 2. Transferul de protoni cu participarea sistemului ATP sintetază (model
Mitchell).

Ca rezultat, se creează un gradient electrochimic de protoni peste membrana interioară; Energia curentului invers al protonilor „în jos” de-a lungul acestui gradient este utilizată de enzima ATP sintetaza legată de membrană, care catalizează formarea de ATP din ADP și Fn, adică. etapa finală a fosforilării oxidative.

Lanț redox de fosforilare oxidativă.

Electronii sunt transferați de la NADH la oxigen prin trei complexe mari de enzime din lanțul respirator. Deși mecanismele de extragere a energiei în lanțul respirator și alte reacții catabolice sunt diferite, ele se bazează pe principii generale. Reacția H2 + 1/2 O2 (H2O este împărțit în multe mici
„pași”, astfel încât energia eliberată să poată fi convertită în forme legate mai degrabă decât să fie disipată sub formă de căldură. Ca și în cazul producerii de ATP și NADH în timpul glicolizei sau ciclului acidului citric, aceasta implică utilizarea unei căi indirecte. Dar unicitatea lanțului respirator constă în faptul că aici, în primul rând, atomii de hidrogen sunt împărțiți în electroni și protoni.
Electronii sunt transferați printr-o serie de purtători încorporați în membrana mitocondrială interioară. Când electronii ajung la capătul acestui lanț de transport de electroni, protonii sunt acolo pentru a neutraliza sarcina negativă care apare atunci când electronii se transferă la molecula de oxigen.

Să urmărim procesul de oxidare, începând cu formarea NADH, principalul acceptor al electronilor reactivi extrași în timpul oxidării moleculelor de nutrienți. Fiecare atom de hidrogen este format dintr-un electron și un proton. Fiecare moleculă NADH poartă un ion hidrură (atom de hidrogen + electron suplimentar, H:-), mai degrabă decât doar un atom de hidrogen. Cu toate acestea, datorită prezenței protonilor liberi în soluția apoasă din jur, transferul ionului hidrură în NADH este echivalent cu transferul a doi atomi de hidrogen sau a unei molecule de hidrogen (H:- + H+ (H2).

Transferul de electroni prin lanțul respirator începe cu îndepărtarea unui ion hidrură
(H:-) din NADH; în acest caz, NAD+ este regenerat, iar ionul hidrură este transformat într-un proton și doi electroni (H:- (H+ + 2e-). Acești electroni merg la primul dintre cei peste 15 purtători de electroni diferiți din lanțul respirator. în acest punct, electronii au o energie foarte mare, a cărei aprovizionare scade treptat pe măsură ce trec prin lanț.De cele mai multe ori, electronii se deplasează de la un atom de metal la altul și fiecare dintre acești atomi este strâns legat de o moleculă de proteină, care afectează afinitatea sa electronică.Este important de reținut că toate proteinele - transportorii de electroni - sunt grupate în trei complexe mari de enzime respiratorii, fiecare dintre ele conține proteine ​​transmembranare care ancorează ferm complexul în membrana interioară a mitocondriei.Fiecare complex ulterior are o afinitate mai mare pentru electroni decât precedentul.Electronii sunt transferați secvenţial de la un complex la altul, până când în final nu vor trece la oxigen, care are cea mai mare afinitate electronică.

Energia eliberată în timpul transportului de electroni de-a lungul lanțului respirator este stocată sub forma unui gradient de protoni electrochimic pe membrana mitocondrială interioară.

Fosforilarea oxidativă este posibilă datorită asocierii strânse a purtătorilor de electroni cu moleculele proteice. Proteinele direcționează electronii de-a lungul lanțului respirator, astfel încât aceștia să se deplaseze secvenţial de la un complex enzimatic la altul fără a „sări” prin legături intermediare. De o importanță deosebită este faptul că transferul de electroni implică modificări alosterice în anumite molecule de proteine, ducând la un flux energetic favorabil de electroni care provoacă pomparea protonilor.
(H+) prin membrana internă de la matrice în spațiul intermembranar și mai departe dincolo de mitocondrii. Mișcarea protonilor duce la două consecințe importante: 1) se creează un gradient de pH între cele două părți ale membranei interioare - în matrice pH-ul este mai mare decât în ​​citosol, unde valoarea pH-ului este de obicei apropiată de 7,0 (deoarece mic moleculele trec liber prin membrana exterioară a mitocondriei, pH-ul în spațiul intermembranar va fi același ca în citosol); 2) se creează un gradient de tensiune pe membrana interioară
(potențial de membrană) și partea interioară membrana este încărcată negativ, iar membrana exterioară este încărcată pozitiv. Gradientul pH ((pH) provoacă ioni
H+ revine în matrice, iar ionii OH- din matrice, ceea ce sporește efectul potențialului de membrană, sub influența căruia orice sarcină pozitivă este atrasă în matrice și orice sarcină negativă este împinsă din ea.
Acțiunea combinată a acestor două forțe are ca rezultat formarea unui gradient de protoni electrochimic. Gradientul electrochimic de protoni produce o forță motrice a protonilor măsurată în milivolți (mV).

Energia gradientului electrochimic de protoni este utilizată pentru a sintetiza ATP și a transporta metaboliți și ioni anorganici în matrice.

Membrana interioară a mitocondriilor este caracterizată printr-un conținut neobișnuit de mare de proteine ​​- conține aproximativ 70% proteine ​​​​în greutate și
30% fosfolipide. Multe dintre aceste proteine ​​fac parte din lanțul de transport de electroni care menține gradientul de protoni de-a lungul membranei. O altă componentă importantă este enzima ATP sintetaza, care catalizează sinteza ATP. Acesta este un complex proteic mare prin care protonii curg înapoi în matrice de-a lungul unui gradient electrochimic. Ca o turbină, ATP sintetaza transformă o formă de energie în alta, sintetizând ATP din ADP și Fn în matricea mitocondrială într-o reacție cuplată cu fluxul de protoni în matrice (vezi Figura 3).

Figura 3. Mecanism general fosforilarea oxidativă.

Dar sinteza ATP nu este singurul proces condus de energia gradientului electrochimic. În matrice, unde se află enzimele implicate în ciclul acidului citric și în alte reacții metabolice, este necesar să se mențină concentrații mari ale diferitelor substraturi; în special, ATP sintetaza necesită ADP și fosfat. Prin urmare, o varietate de substraturi purtătoare de sarcină trebuie transportate prin membrana interioară. Acest lucru se realizează prin diferite proteine ​​purtătoare încorporate în membrană, dintre care multe pompează în mod activ anumite molecule împotriva gradienților lor electrochimici, de exemplu. efectuează un proces care necesită energie. Pentru majoritatea metaboliților, sursa acestei energii este conjugarea cu mișcarea altor molecule „în jos” de-a lungul gradientului lor electrochimic. De exemplu, sistemul antiport ADP-ATP este implicat în transportul ADP: atunci când fiecare moleculă de ADP trece în matrice, o moleculă de ATP o părăsește de-a lungul gradientului său electrochimic. În același timp, sistemul de simport cuplează trecerea fosfatului în mitocondrii cu fluxul de H+ direcționat acolo: protonii intră în matrice de-a lungul gradientului lor și, în același timp, „trage” fosfatul cu ei. Piruvatul este transferat în mod similar în matrice. Energia gradientului electrochimic de protoni este folosită și pentru a transporta ionii de Ca2+ în matrice, care aparent joacă un rol important în reglarea activității unor enzime mitocondriale.

Cu cât se cheltuiește mai multă energie a gradientului electrochimic pentru transferul de molecule și ioni în mitocondrie, cu atât rămâne mai puțin pentru sinteza ATP.
De exemplu, dacă mitocondriile izolate sunt plasate într-un mediu cu un conținut ridicat de Ca2+, acestea vor opri complet sinteza ATP; toată energia gradientului va fi cheltuită pentru transportul Ca2+ în matrice. În unele celule specializate, gradientul electrochimic de protoni
„ocolit” în așa fel încât mitocondriile produc căldură în loc să sintetizeze ATP. Aparent, celulele sunt capabile să regleze utilizarea energiei din gradientul electrochimic de protoni și să o direcționeze către acele procese care sunt cele mai importante în acest moment.

Conversia rapidă a ADP în ATP în mitocondrii permite menținerea unui raport ridicat de concentrație ATP/ADP în celule. Cu ajutorul unei proteine ​​speciale încorporate în membrana interioară, ADP este transportat în matrice în schimbul ATP conform principiului antiport. Drept urmare, moleculele de ADP eliberate în timpul hidrolizei ATP în citosol intră rapid în mitocondrie pentru „reîncărcare”, în timp ce moleculele de ATP formate în matrice în timpul fosforilării oxidative intră rapid în citosol acolo unde sunt necesare. În corpul uman, moleculele de ATP sunt produse pe zi, ceea ce face posibilă menținerea unei concentrații de ATP în celulă care este de peste 10 ori mai mare decât concentrația de ADP.

În timpul fosforilării oxidative, fiecare pereche de electroni din NADH furnizează energie pentru formarea a aproximativ trei molecule de ATP. Perechea cu energie inferioară de electroni FADH2 furnizează energie pentru sinteza a doar două molecule de ATP. În medie, fiecare moleculă de acetil-CoA care intră în ciclul acidului citric produce aproximativ 12 molecule de ATP. Aceasta înseamnă că oxidarea unei molecule de glucoză produce 24 de molecule de ATP, iar oxidarea unei molecule de palmitat, un acid gras cu 16 atomi de carbon, produce 96 de molecule de ATP. Dacă luăm în considerare și reacțiile exoterme care preced formarea acetil-CoA, rezultă că oxidarea completă a unei molecule de glucoză produce aproximativ 36 de molecule de ATP, în timp ce oxidarea completă a palmitatului produce aproximativ 129 de molecule de ATP. Acestea sunt valori maxime, deoarece de fapt cantitatea de ATP sintetizată în mitocondrii depinde de ce fracție din energia gradientului de protoni merge la sinteza ATP și nu la alte procese. Dacă comparăm modificarea energiei libere în timpul arderii grăsimilor și carbohidraților direct la CO2 și H2O cu cantitatea totală de energie stocată în legăturile fosfatice ale ATRP în procesele de oxidare biologică, se dovedește că eficiența conversiei oxidării. energie în energie ATP depășește adesea 50%.
Deoarece toată energia neutilizată este eliberată sub formă de căldură, organismele mai mari ar avea nevoie de mai mult moduri eficienteîndepărtarea căldurii către mediu.

Cantitatea uriașă de energie liberă eliberată în timpul oxidării poate fi utilizată eficient doar în porțiuni mici. Procesul complex de oxidare implică mulți produse intermediare, fiecare dintre care diferă doar puțin de cel precedent. Datorită acestui fapt, energia eliberată este descompusă în cantități mai mici, care pot fi convertite eficient prin reacții cuplate în legături de înaltă energie ale moleculelor de ATP și NADH.

În 1960, s-a demonstrat pentru prima dată că diferite proteine ​​​​membranare implicate în fosforilarea oxidativă ar putea fi izolate fără pierderea activității. Structurile mici de proteine ​​care le punctează au fost separate de suprafața particulelor mitocondriale prezentate și transformate în formă solubilă. Deși particulele submitocondriale fără aceste structuri sferice au continuat să oxideze NADH în prezența oxigenului, sinteza ATP nu a avut loc. Pe de altă parte, structurile dedicate au acționat ca
ATPaza, hidrolizează ATP la ADP și Fn. Când structurile sferice
(numite F1-ATPaze) au fost adăugate particulelor submitocondriale lipsite de ele, particulele reconstruite au sintetizat din nou ATP din ADP și Fn.
F1-ATPaza face parte dintr-un complex mare, care se întinde pe membrană, care constă din cel puțin nouă lanțuri polipeptidice diferite. Acest complex se numește ATP sintetaza; reprezintă aproximativ 15% din proteina totală a membranei mitocondriale interioare.
ATP sintetaze foarte asemănătoare se găsesc în membranele cloroplastelor și bacteriilor.
Un astfel de complex proteic conține canale transmembranare pentru protoni și apare numai atunci când protonii trec prin aceste canale în josul gradientului lor electrochimic.

ATP sintetaza poate acționa în direcția opusă - descompune
ATP și pompa protoni. Acțiunea ATP sintetazei este reversibilă: este capabilă să utilizeze atât energia hidrolizei ATP pentru a pompa protoni prin membrana mitocondrială interioară, cât și energia fluxului de protoni de-a lungul gradientului electrochimic pentru a sintetiza ATP. Astfel, ATP sintetaza
este un sistem de cuplare reversibil care realizează interconversia energiei gradientului electrochimic de protoni și a legăturilor chimice.
Direcția de funcționare depinde de relația dintre abruptul gradientului de protoni și valoarea locală (G pentru hidroliza ATP.

ATP sintetaza și-a primit numele datorită faptului că, în condiții normale, gradientul menținut de lanțul respirator sintetizează cea mai mare parte a ATP-ului total al celulei. Numărul de protoni necesari pentru a sintetiza o moleculă de ATP nu este cunoscut cu exactitate. Când protonii trec prin ATP sintetaza, o moleculă de ATP este sintetizată.

Dacă ATP sintetaza funcționează la un moment dat, fie pentru a sintetiza, fie pentru a hidroliza ATP, depinde de echilibrul precis dintre schimbările de energie liberă pentru trecerea a trei protoni prin membrană în matrice și pentru sinteza ATP în matrice. După cum sa menționat deja, valoarea (Gsynthet.ATP este determinată de concentrațiile a trei substanțe din matricea mitocondrială - ATP, ADP și Fn. La o forță motrice a protonilor constantă, ATP sintetaza va sintetiza
ATP până când raportul dintre ATP și ADP și Fn atinge o valoare la care valoarea (Gsyn.ATP devine exact egală cu +15,2 kcal/mol. În astfel de condiții, sinteza ATP va fi exact echilibrată de hidroliza sa.

Să presupunem că, din cauza reacțiilor care necesită consum de energie, o cantitate mare de ATP a fost brusc hidrolizată în citosol, iar acest lucru a dus la o scădere a raportului ATP:ADP în matricea mitocondrială. În acest caz, G sintetaza va scădea și ATP sintetaza va trece din nou la sinteza ATP până când raportul original ATP:ADP este restabilit.Dacă forța motrice a protonilor scade brusc și este menținută la un nivel constant, atunci ATP sintetaza va începe să se descompună. ATP și această reacție va continua până când raportul dintre concentrațiile de ATP și ADP atinge o nouă valoare (la care (Gsyn.ATP = +13,8 kcal/mol) și așa mai departe.

Dacă ATP sintetaza nu transportă în mod normal H+ din matrice, atunci lanțul respirator, situat în membrana mitocondrială interioară, în condiții normale transferă protoni prin această membrană, creând astfel un gradient de protoni electrochimic care furnizează energie pentru sinteza ATP.

Majoritatea purtătorilor de electroni care alcătuiesc lanțul respirator absorb lumina, iar oxidarea sau reducerea lor este însoțită de o schimbare a culorii. De obicei, spectrul de absorbție și reactivitatea fiecărui purtător sunt destul de caracteristice, ceea ce face posibilă urmărirea modificărilor stărilor sale folosind spectroscopie, chiar și într-un extract nepurificat. Acest lucru a făcut posibilă izolarea unor astfel de transportatori cu mult înainte ca adevărata lor funcție să devină clară. De exemplu, citocromii au fost descoperiți în 1925 ca compuși care sunt rapid oxidați și redusi în organisme la fel de diverse precum drojdia, bacteriile și insectele. Prin observarea celulelor și țesuturilor folosind un spectroscop, a fost posibilă identificarea a trei tipuri de citocromi, care diferă în spectre de absorbție și au fost denumite citocromi a, b și c. Celulele conțin mai multe tipuri din fiecare tip de citocrom, iar clasificarea după tip nu reflectă funcția lor.

Cel mai simplu purtător de electroni este o moleculă hidrofobă mică dizolvată în stratul dublu lipidic numit ubichinonă sau coenzima Q. Este capabilă să accepte sau să doneze unul sau doi electroni și preia temporar un proton din mediu pe măsură ce fiecare electron este transferat.

Figura 4. Structura ubichinonei.

Lanțul respirator conține trei complexe mari de enzime încorporate în membrana interioară

Proteinele de membrană sunt dificil de izolat ca complexe intacte, deoarece sunt insolubile în majoritatea solutii apoase, iar substanțele precum detergenții și ureea necesare pentru solubilizarea lor pot perturba interacțiunile normale proteină-proteină. Cu toate acestea, la începutul anilor 1960. S-a descoperit că, folosind detergenți ionici relativ blânzi, cum ar fi deoxicolat, este posibil să se solubilizeze unele componente ale membranei interioare mitocondriale în forma lor nativă. Acest lucru ne-a permis să identificăm și să izolam trei complexe majore de enzime respiratorii legate de membrană de-a lungul căii de la NADH la oxigen.

Figura 5. Complexe de enzime respiratorii.

1. Complexul NADH dehidrogenază, cel mai mare dintre complexele de enzime respiratorii, are o greutate moleculară de peste 800.000 și conține mai mult de 22 de lanțuri polipeptidice. Acceptă electroni de la NADH și îi trece prin flavină și cel puțin cinci centri fier-sulf către ubichinonă, o moleculă mică solubilă în grăsimi care trece electroni către al doilea complex de enzime respiratorii, complexul b-c1.

2. Complexul b-c1 constă din cel puțin 8 lanțuri polipeptidice diferite și probabil există ca un dimer cu o greutate moleculară de 500.000.
Fiecare monomer conține trei teme legate de citocrom și o proteină fier-sulf. Complexul acceptă electroni de la ubichinonă și îi transferă în citocromul c, o mică proteină membranară periferică, care apoi îi transferă în complexul citocrom oxidază.
3. Complexul citocrom oxidază (citocrom aa3) este cel mai studiat dintre cele trei complexe. Este format din cel puțin opt lanțuri polipeptidice diferite și este izolat ca dimeri cu o greutate moleculară de 300.000; Fiecare monomer conține doi citocromi și doi atomi de cupru.Acest complex acceptă electroni din citocromul c și îi transferă în oxigen.

Citocromii, centrii fier-sulf și atomii de cupru sunt capabili să transfere doar un electron la un moment dat. Între timp, fiecare moleculă de NADH cedează doi electroni și fiecare moleculă de O2 trebuie să accepte 4 electroni atunci când formează o moleculă de apă. În lanțul de transport de electroni există mai multe locuri de colectare și distribuire a electronilor unde diferența de număr de electroni este reconciliată. De exemplu, complexul de citocrom oxidază acceptă 4 electroni din moleculele de citocrom c individual și, în cele din urmă, îi transferă într-o moleculă de O2 legată, ceea ce duce la formarea a două molecule de apă. În etapele intermediare ale acestui proces, doi electroni merg la hemul citocromului a și la atomul de cupru legat de proteine, Cua, înainte de a se muta la locul de legare a oxigenului. La rândul său, locul de legare a oxigenului conține un alt atom de cupru și un hem al citocromului a3. Cu toate acestea, mecanismul de formare a două molecule de apă ca rezultat al interacțiunii unei molecule de O2 legate cu patru protoni nu este cunoscut cu exactitate.

În majoritatea celulelor, aproximativ 90% din tot oxigenul absorbit interacționează cu citocrom oxidaza. Toxicitatea otrăvurilor precum cianura și azida este asociată cu capacitatea lor de a se atașa ferm de complexul de citocrom oxidază și, prin urmare, blochează tot transportul de electroni.

Cele două componente care transferă electroni între cele trei complexe enzimatice principale ale lanțului respirator - ubichinona și citocromul c - se deplasează rapid prin difuzie în planul membranelor.

Ciocnirile dintre acești purtători mobili și complexe de enzime pot explica foarte bine rata de transfer de electroni observată (fiecare complex donează și acceptă un electron la fiecare 5-10 milisecunde). Prin urmare, nu este nevoie să se asume ordinea structurală a lanțului de proteine ​​de transport în stratul dublu lipidic; de fapt, complexele enzimatice există aparent în membrană ca componente independente și transferul ordonat de electroni este asigurat doar de specificitatea interacțiunilor funcționale dintre componentele lanțului.

Acest lucru este susținut și de faptul că diferite componente ale lanțului respirator sunt prezente în totalitate cantități diferite. De exemplu, în mitocondriile inimii, pentru fiecare moleculă a complexului NADH dehidrogenază există 3 molecule | complex complex b-c1, 7 molecule din complexul de citocrom oxidază, 9 molecule de citocrom c și 50 de molecule de ubichinonă; proporții foarte diferite ale acestor proteine ​​se găsesc și în alte celule.

Scăderea semnificativă a potențialului redox în fiecare dintre cele trei complexe ale lanțului respirator oferă energia necesară pentru a pompa protoni.

O pereche precum H2O și SO2 (sau NADH și NAD+) se numește cuplu redox conjugat, deoarece unul dintre membrii săi este transformat în altul dacă se adaugă unul sau mai mulți electroni și unul sau mai mulți protoni (aceștia din urmă sunt întotdeauna suficienti în orice soluție apoasă). soluţie). Deci, de exemplu, SO2 + 2e + 2H+ (H2O

Este bine cunoscut faptul că un amestec 50:50 de compuși care formează o pereche conjugată acid-bază acționează ca un tampon care menține o anumită „presiune a protonilor” (pH), a cărei valoare este determinată de constanta de disociere a acidului. Exact în același mod, un amestec 50:50 de componente ale unei perechi menține o anumită „presiune a electronilor” sau potențial redox, E, care servește ca măsură a afinității moleculei purtătoare pentru electroni.

Prin plasarea electrozilor într-o soluție cu cupluri redox adecvate, este posibil să se măsoare potențialul redox al fiecărui purtător de electroni implicat în reacțiile redox biologice. Perechile de compuși cu cele mai negative valori ale potențialului redox au cea mai mică afinitate electronică, adică conțin purtători cu cea mai mică tendință de a accepta electroni și cea mai mare tendință de a-i dona. De exemplu, un amestec de NADH și NAD+ (50:50) are un potențial redox de -320 mV, ceea ce indică o capacitate puternică a NADH de a dona electroni, în timp ce potențialul redox al unui amestec de cantități egale de H2O și SO2 este + 820 mV, ceea ce indică o tendință puternică 02 de a accepta electroni.

O schimbare bruscă are loc în fiecare dintre cele trei complexe respiratorii principale. Diferența de potențial dintre oricare doi purtători de electroni este direct proporțională cu energia eliberată atunci când un electron trece de la un purtător la altul. Fiecare complex acționează ca un dispozitiv de conversie a energiei, direcționând această energie liberă pentru a muta protonii prin membrană, rezultând în crearea unui gradient de protoni electrochimic pe măsură ce electronii curg prin circuit.

Pentru ca mecanismul de transformare a energiei care stă la baza fosforilării oxidative să funcționeze, este necesar ca fiecare complex enzimatic al lanțului respirator să fie orientat într-un anumit mod în membrana mitocondrială interioară - astfel încât toți protonii să se miște în aceeași direcție, adică din matrice. spre exterior. Această organizare vectorială a proteinelor membranei a fost demonstrată folosind sonde speciale care nu pătrund în membrană, care au fost folosite pentru a marca complexul doar pe o parte a membranei. Orientarea specifică în stratul dublu este caracteristică tuturor proteinelor membranare și este foarte importantă pentru funcția lor.
Mecanisme de pompare a protonilor de către componente ale lanțului respirator.

În procesul de fosforilare oxidativă în timpul oxidării unei molecule
NADH (adică atunci când doi electroni trec prin toate cele trei complexe enzimatice) nu se formează mai mult de trei molecule de ATP. Dacă presupunem că trecerea de întoarcere a trei protoni prin ATP sintetaza asigură sinteza unei molecule de ATP, putem concluziona că, în medie, transferul unui electron de către fiecare complex este însoțit de mișcarea unui proton și jumătate.
(cu alte cuvinte, la transportul unui electron, unele complexe pompează un proton, în timp ce altele pompează doi protoni). Este probabil ca diferite componente ale lanțului respirator să aibă mecanisme diferite de cuplare a transportului de electroni cu mișcarea protonilor. Modificările alosterice ale conformației unei molecule de proteine ​​asociate cu transportul de electroni pot fi, în principiu, însoțite de „pomparea” protonilor, la fel cum protonii se mișcă la inversarea acțiunii ATP sintetazei. Cu fiecare transfer de electroni, chinona captează un proton din mediul apos, pe care apoi îl donează atunci când eliberează un electron. Deoarece ubichinona se mișcă liber în stratul dublu lipidic, poate accepta electroni în apropierea suprafeței interioare a membranei și îi poate transfera în complexul b-c1 de lângă suprafața sa exterioară, mișcând un proton prin stratul dublu pentru fiecare electron transferat. Modele mai complexe pot explica, de asemenea, mișcarea a doi protoni pe electron de către complexul b-c1, presupunând că ubichinona trece în mod repetat prin complexul b-c1 într-o anumită direcție.

În schimb, moleculele care transferă electroni la complexul de citocrom oxidază nu par să transfere protoni, caz în care transportul de electroni este probabil asociat cu o anumită modificare alosterică în conformația moleculelor proteice, ca urmare a căreia o parte a complexului proteic. el însuși transferă protoni.
Acțiunea deconectatoarelor.

Începând cu anii 40, au fost cunoscuți o serie de acizi slabi lipofili care pot acționa ca agenți de decuplare, de ex. perturbă cuplarea transportului de electroni cu sinteza ATP. Atunci când acești compuși organici cu greutate moleculară mică sunt adăugați la celule, mitocondriile nu mai produc ATP în timp ce continuă să absoarbă oxigenul. În prezența unui agent de decuplare, viteza de transport de electroni rămâne ridicată, dar nu se creează un gradient de protoni.
Aceasta este o explicație simplă pentru acest efect: agenții de decuplare (de exemplu, dinitrofenol, tiroxina) acționează ca purtători H+ (ionofori H+) și deschid o cale suplimentară - nu mai este prin ATP sintetaza - pentru fluxul de H+ prin membrana mitocondrială interioară.( 13, 2000 (
Controlul respirator.

Când un agent de decuplare, cum ar fi dinitrofenolul, este adăugat celulelor, absorbția de oxigen de către mitocondrii crește semnificativ pe măsură ce crește rata de transfer de electroni. Această accelerare se datorează existenței controlului respirator. Se crede că acest control se bazează pe efectul inhibitor direct al gradientului electrochimic de protoni asupra transportului de electroni. Când gradientul electrochimic dispare în prezența unui decuplator, transportul de electroni nemai controlat atinge viteza maximă. Un gradient în creștere încetinește lanțul respirator și transportul de electroni încetinește. Mai mult, dacă într-un experiment se creează artificial un gradient electrochimic neobișnuit de mare pe membrana interioară, atunci transportul normal al electronilor se va opri complet, iar în unele părți ale lanțului respirator poate fi detectat un flux invers de electroni. Acest lucru sugerează că controlul respirator reflectă un echilibru simplu între schimbarea energiei libere în mișcarea protonilor asociată cu transportul de electroni și schimbarea energiei libere în transportul electronilor în sine.Amploarea gradientului electrochimic afectează atât viteza, cât și direcția transportului electronilor, precum și și asupra direcției de acțiune a ATP sintetazei.

Controlul respirator este doar o parte a unui sistem complex de mecanisme de feedback regulator interconectate care coordonează ratele de glicoliză, descompunerea acizilor grași, reacțiile ciclului acidului citric și transportul de electroni. Ratele tuturor acestor procese depind de raport
ATP:ADP - acestea cresc atunci când acest raport scade ca urmare a utilizării crescute a ATP. De exemplu, ATP sintetaza membranei mitocondriale interioare funcționează mai repede atunci când concentrațiile substraturilor sale, adică ADP și Fn, cresc. Cu cât este mai mare viteza acestei reacții, cu atât mai mulți protoni curg în matrice, disipând astfel gradientul electrochimic mai rapid; iar o scădere a gradientului, la rândul său, duce la o accelerare a transportului de electroni.

Mitocondriile din țesutul adipos maro sunt generatoare de căldură.
Toate vertebratele în La o vârstă frageda Pentru a genera căldură, pe lângă mecanismul de tremor muscular, este nevoie de un dispozitiv termogenic. Acest tip de dispozitiv este deosebit de important pentru animalele care hibernează. Mușchii în stare de tremur se contractă chiar și în absența sarcinii, folosind proteine ​​contractile pentru a hidroliza ATP în modul obișnuit pentru celulele musculare și eliberând sub formă de căldură toată energia potențial disponibilă în timpul hidrolizei
ATP. Necesitatea unui dispozitiv termogenic special este determinată de fosforilarea oxidativă strâns cuplată a mitocondriilor normale. Dacă acest proces ar putea fi disociat, așa cum este în prezența dinitrofenolului, ar putea servi ca un dispozitiv adecvat de producere a căldurii; exact așa se întâmplă în mitocondriile de grăsime brună. Deși aceste mitocondrii au o ATPază reversibilă convențională, ele au și o translocază de protoni transmembranară, prin care protonii se pot întoarce în matrice și pot ocoli electric ATPaza. Dacă acest proces este suficient pentru a menține potențialul redox al hidrogenului cu mult sub 200 mV, sinteza ATP devine imposibilă și procesul de oxidare se desfășoară liber, rezultând că toată energia este eliberată sub formă de căldură.

Ciclul acidului citric (ciclul acidului tricarboxilic, ciclul Krebs).

Ciclul acidului citric este o serie de reacții care apar în mitocondrii care cataboliză grupările acetil și eliberează echivalenți de hidrogen; atunci când acestea din urmă sunt oxidate, energia liberă este furnizată din resursele de combustibil ale țesuturilor. Grupările acetil se găsesc în acetil-CoA (acetat activ), tioesterul coenzimei A.

Funcția principală a ciclului acidului citric este că este calea finală comună pentru oxidarea carbohidraților, proteinelor și grăsimilor, deoarece glucoza, acizii grași și aminoacizii sunt metabolizați fie în acetil-CoA, fie în intermediari de ciclu. Ciclul acidului citric joacă, de asemenea, un rol rol principalîn procesele de gluconeogeneză, transaminare, deaminare și lipogeneză.Deși un număr dintre aceste procese apar în multe țesuturi, ficatul este singurul organ în care au loc toate aceste procese. De aceea consecințe serioase provoacă daune un numar mare celule hepatice sau înlocuirea acestora țesut conjunctiv. Rolul vital al ciclului acidului citric este evidențiat și de faptul că modificările genetice ale enzimelor care catalizează reacțiile ciclului sunt aproape necunoscute la om, deoarece prezența unor astfel de tulburări este incompatibilă cu dezvoltarea normală.

Deschiderea CTK.

Existența unui astfel de ciclu pentru oxidarea piruvatului în țesuturile animale a fost sugerată pentru prima dată în 1937 de Hans Krebs. Această idee i-a venit atunci când a studiat efectul anionilor diferiților acizi organici asupra ratei de absorbție a oxigenului de către suspensiile de zdrobite. muschii pectorali porumbel, la care a avut loc oxidarea piruvatului.

Mușchii pectorali sunt caracterizați de rate de respirație extrem de ridicate, ceea ce îi face un obiect deosebit de convenabil pentru studierea activității oxidative. De asemenea, Krebs a confirmat că alți acizi organici descoperiți anterior în țesuturile animale (succinic, malic, fumaric și oxaloacetic) stimulează oxidarea piruvatului. În plus, el a constatat că oxidarea piruvatului tesut muscular stimulat de acizi tricarboxilici cu șase atomi de carbon - citric, cis-aconitic și izocitric, precum și cu cinci atomi de carbon (acid -cetoglutaric. Au fost testați alți acizi organici naturali, dar niciunul nu a prezentat o activitate similară. Însăși natura stimulantei efectul a atras atenția acizii activi: chiar și o cantitate mică din oricare dintre ei a fost suficientă pentru a provoca oxidarea de multe ori mai mult piruvat.

Experimente simple, precum și raționamentul logic, i-au permis lui Krebs să propună că un ciclu, pe care l-a numit ciclul acidului citric, este calea principală pentru oxidarea carbohidraților în mușchi. Ulterior, ciclul acidului citric a fost găsit în aproape toate țesuturile animalelor și plantelor superioare și în multe microorganisme aerobe. Pentru asta descoperire importantă Krebs a fost premiat în 1953 Premiul Nobel. Eugene Kennedy și Albert
Lehninger a arătat mai târziu că toate reacțiile ciclului acidului citric au loc în mitocondriile celulelor animale. Nu numai că toate enzimele și coenzimele ciclului acidului citric au fost găsite în mitocondriile izolate ale ficatului de șobolan; aici, după cum sa dovedit, toate enzimele și proteinele care sunt necesare pentru ultima etapă respirație, adică pentru transferul de electroni și fosforilarea oxidativă. Prin urmare, mitocondriile sunt numite pe bună dreptate „centrale electrice” ale celulei.

Ciclul începe cu interacțiunea unei molecule de acetil-CoA cu acidul oxaloacetic (oxaloacetat), ducând la formarea unui acid tricarboxilic cu șase atomi de carbon numit acid citric.
Aceasta este urmată de o serie de reacții în timpul cărora două molecule de CO2 sunt eliberate și oxalacetatul este regenerat. Deoarece cantitatea de oxalacetat necesară pentru a converti un număr mare de unități de acetil în CO2 este foarte mică, se poate considera că oxalacetatul joacă un rol catalitic.

Ciclul acidului citric este un mecanism care captează cea mai mare parte a energiei libere eliberate în timpul oxidării carbohidraților, lipidelor și proteinelor. În timpul oxidării acetil-CoA, datorită activității unui număr de dehidrogenaze specifice, se formează echivalenți reducători sub formă de hidrogen sau electroni. Acestea din urmă intră în lanțul respirator; Când acest lanț funcționează, are loc fosforilarea oxidativă, adică se sintetizează ATP.

Enzimele ciclului acidului citric sunt localizate în matricea mitocondrială, unde sunt fie în stare liberă, fie pe suprafața interioară a membranei mitocondriale interioare; în acest din urmă caz, este facilitat transferul echivalenţilor reducători către enzimele lanţului respirator localizate în membrana mitocondrială internă.

Reacții TCA.

Reacția inițială, condensarea acetil-CoA și a oxaloacetatului, este catalizată de enzima de condensare, citrat sintetaza, formând o legătură carbon-carbon între carbonul metil al acetil-CoA și carbonul carbonil al oxaloacetatului. Reacția de condensare care duce la formarea citril-CoA este urmată de hidroliza legăturii tioeter, însoțită de pierderea cantitate mare energie liberă sub formă de căldură; aceasta determină cursul reacției de la stânga la dreapta până la finalizare:

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

Transformarea citratului în izocitrat este catalizată de aconitază, care conține fier feros. Această reacție are loc în două etape: mai întâi, deshidratarea are loc cu formarea de cis-aconitat (o parte din acesta rămâne în complex cu enzima), apoi hidratarea și formarea izocitratului:

Citrat? cis -Aconitate? Izocitrat – H2O

Reacția este inhibată de fluoroacetat, care este mai întâi transformat în fluoroacetil-CoA; acesta din urmă se condensează cu oxalacetat pentru a forma fluorocitrat. Inhibitorul direct al aconitazei este fluorocitratul; la inhibare, se acumulează citratul.

Experimentele care utilizează intermediari arată că aconitaza interacționează cu citratul în mod asimetric: acționează întotdeauna în partea moleculei de citrat care s-a format din oxalacetat.
Este posibil ca cis-aconitatul să nu fie un intermediar obligatoriu între citrat și izocitrat și să se formeze pe o ramură laterală a căii principale.

Izocitrat dehidrogenaza catalizează apoi dehidrogenarea pentru a forma oxalosuccinat. Au fost descrise trei forme diferite de izocitrat dehidrogenază. Una dintre ele, dependentă de NAD, se găsește doar în mitocondrii. Celelalte două forme sunt dependente de NADP, dintre care una se găsește și în mitocondrii, iar cealaltă în citosol. Oxidarea izocitratului asociată cu lanțul respirator are loc aproape exclusiv
Enzima dependentă de NAD:
Izocitrat + NAD+ ? Oxalosuccinat (în combinație cu o enzimă) ? alfa-cetoglutarat + CO2+ NADH2

Figura 5. Reacțiile ciclului Krebs.

Aceasta este urmată de decarboxilare pentru a forma alfa-cetoglutarat, care este, de asemenea, catalizat de izocitrat dehidrogenază. O componentă importantă a reacției de decarboxilare sunt ionii Mg2+ (sau Mn2+). Pe baza datelor disponibile, oxalosuccinatul format în etapa intermediară a reacției rămâne complexat cu enzima.

Alfa-cetoglutaratul, la rândul său, suferă decarboxilarea oxidativă similară cu decarboxilarea oxidativă a piruvatului: în ambele cazuri, substratul este un acid alfa-ceto. Reacția este catalizată de complexul alfa-cetoglutarat dehidrogenază și necesită participarea aceluiași set de cofactori - tiamină difosfat, lipoat, NAD +, FAD și
CoA; Ca rezultat, se formează succinil-CoA, un tioester care conține o legătură de înaltă energie.

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

Echilibrul reacției este atât de puternic deplasat către formarea succinil-CoA încât poate fi considerat unidirecțional din punct de vedere fiziologic. Ca și în cazul oxidării piruvatului, reacția este inhibată de arseniat, ducând la acumularea de substrat (alfacetoglutarat).

Continuarea ciclului este conversia succinil-CoA în succinat, catalizată de succinat tiokinaza (succinil-CoA sintetaza):

Succinil-CoA + FN + HDF? Succinat + GTP + CoA-SH

Unul dintre substraturile de reacție este HDP (sau IDP), din care se formează GTP (ITP) în prezența fosfatului anorganic. Aceasta este singura etapă a ciclului acidului citric în timpul căreia se generează o legătură fosfat de mare energie la nivelul substratului; În timpul decarboxilării oxidative a β-cetoglutaratului, cantitatea potențială de energie liberă este suficientă pentru formarea NADH și a unei legături de fosfat de înaltă energie. Într-o reacție catalizată de fosfokinază, ATP poate fi format fie din GTP, fie din ITP. De exemplu:

GTP+ADP (GDP+ATP.

Într-o reacție alternativă care are loc în țesuturile extrahepatice și catalizată de succinil-CoA acetoacetat-CoA transferaza, succinil-CoA este transformat în succinat cuplat cu conversia acetoacetatului în acetoacetil-CoA. Ficatul are activitate diacilază, care asigură hidroliza unei părți din succinil-CoA pentru a forma succinat și CoA.

Succinat + FAD (Fumarat + FADH2

Prima dehidrogenare este catalizată de succinat dehidrogenază legată de suprafața interioară a membranei mitocondriale interioare.
Aceasta este singura reacție de dehidrogenază a ciclului TCA, în timpul căreia are loc transferul direct de la substrat la flavoproteină fără participarea NAD+. Enzima conține FAD și proteină fier-sulf. Ca urmare a dehidrogenării, se formează fumarat. După cum se arată în experimentele folosind izotopi, enzima este stereospecifică pentru atomii de hidrogen trans din grupările metilen ale succinatului. Adăugarea de malonat sau oxalacetat inhibă succinat dehidrogenaza, ducând la acumularea de succinat.

Fumaraza (fumarat hidrotază) catalizează adăugarea de apă la fumarat pentru a forma malat:

Fumarat +H2O (L-malat

Fumaraza este specifică izomerului L al malatului; ea catalizează adăugarea de componente ale moleculei de apă la dubla legătură fumarat în configurația trans.
Malat dehidrogenaza catalizează conversia malatului în oxalacetat, o reacție care implică NAD+:

L-malat + NAD+ (0xaloacetat + NADH2

Deși echilibrul acestei reacții este puternic deplasat în direcția malatului, ea continuă de fapt în direcția oxaloacetatului, deoarece acesta, împreună cu
NADH este consumat constant în alte reacții.

Enzimele ciclului acidului citric, cu excepția alfa-cetoglutaratului și succinat dehidrogenazei, se găsesc și în afara mitocondriilor. Cu toate acestea, unele dintre aceste enzime (de exemplu, malat dehidrogenaza) sunt diferite de enzimele mitocondriale corespunzătoare.

Energetica ciclului acidului citric.

Ca rezultat al oxidării catalizate de dehidrogenazele ciclului TCA, pentru fiecare moleculă de acetil-CoA catabolizată în timpul unui ciclu, se formează trei molecule de NADH și o moleculă de FADH2. Acești echivalenți reducători sunt transferați în lanțul respirator situat în membrana mitocondrială.
Pe măsură ce echivalenții reducători ai NADH călătoresc de-a lungul lanțului, ei generează trei legături de fosfat de înaltă energie prin formarea de ATP din ADP prin procesul de fosforilare oxidativă. Din cauza
FADH2 generează doar două legături fosfat de înaltă energie deoarece FADH2 transferă echivalenți reducători la coenzima Q și, prin urmare, ocolește prima porțiune a lanțului de fosforilare oxidativă din lanțul respirator. Un alt fosfat de înaltă energie este generat la unul dintre situsurile ciclului acidului citric, adică la nivelul substratului, în timpul conversiei succinil-CoA în succinat. Astfel, în timpul fiecărui ciclu, se formează 12 noi legături de fosfat de înaltă energie.

Reglarea ciclului acidului citric.

Procesele de bază care furnizează și stochează energie în celule pot fi descrise într-o formă generală în felul următor: piruvat de glucoză (acizi grași acetil-CoA

Reglementarea acestui sistem, printre altele, trebuie să garanteze o aprovizionare constantă cu ATP, proporțională cu nevoile energetice existente în prezent, să asigure conversia excesului de carbohidrați în acizi grași prin piruvat și acetil-CoA și, în același timp, să controleze consumul economic de acizi grași prin acetil-CoA ca produs cheie de intrare în ciclul acidului citric.

Ciclul acidului citric furnizează electroni sistemului de transport de electroni, în care fluxul de electroni este cuplat cu sinteza ATP și, într-o măsură mai mică, furnizează sistemele pentru biosinteza produselor intermediare cu echivalenți reducători. În principiu, ciclul nu poate decurge mai repede decât permite utilizarea ATP-ului produs. Dacă tot ADP-ul celulei ar fi convertit în ATP, nu ar mai exista un flux suplimentar de electroni din NADH, care se acumulează, la 02. Datorită absenței NAD+, un participant necesar la procesele de dehidrogenare ale ciclului, acesta din urmă ar încetează să funcționeze. Există dispozitive de reglare mai subtile care modulează acțiunea enzimelor în ciclul acidului citric în sine.

Succinat dehidrogenaza este localizată în membrana mitocondrială internă. Toate celelalte enzime sunt dizolvate în matricea care umple spațiul intern al mitocondriei. Măsurătorile cantităților relative ale acestor enzime și concentrațiile substraturilor lor în mitocondrii indică faptul că fiecare reacție se desfășoară cu aceeași viteză. Odată ce piruvatul (sau o altă sursă potențială de acetil-CoA) intră în matricea mitocondrială, întregul ciclu are loc în acest compartiment.

În unele locuri, stimularea sau inhibarea este determinată de concentrațiile relative de NADH/NAD, ATP/ADP sau AMP, acetil-CoA/CoA sau succinil-CoA/CoA. Atunci când aceste rapoarte sunt mari, celula este suficient alimentată cu energie și fluxul prin ciclu este încetinit; când sunt scăzute, celula experimentează o nevoie de energie și fluxul prin ciclu se accelerează.

Cum reacție ireversibilă, legând metabolismul carbohidraților de ciclul acidului citric, reacția piruvat dehidrogenazei trebuie bine controlată. Acest lucru se realizează în două moduri. În primul rând, enzima, care este activată de mai mulți intermediari glicolitici, este inhibată în mod competitiv de propriile produse - NADH și acetil-
SoA. Toate celelalte lucruri fiind egale, o creștere a raportului NADH/NAD+ de la 1 la 3 determină o scădere cu 90% a vitezei de reacție și o creștere a acetil-
CoA/CoA duce la un efect cantitativ similar. Efectul apare instantaneu. Efectele unui alt dispozitiv de reglementare apar mai lent, dar durează mai mult. Asociate cu miezul fiecărei molecule de dihidrolipoiltransacetilază sunt aproximativ cinci molecule de piruvat dehidrogenază kinază, care, în detrimentul ATP, catalizează fosforilarea reziduului de serină din lanțul β al componentei piruvat dehidrogenază.
Odată fosforilată, enzima nu este capabilă să decarboxileze piruvatul.

Când are loc oxidarea acizilor grași, piruvat dehidrogenaza este inhibată semnificativ. Aparent, acest fenomen se explică prin procesul de oxidare însoțitor concentratii mari ATP, acetil-CoA și NADH.
Majoritatea țesuturilor conțin un exces de piruvat dehidrogenază, astfel încât, după hrănire în ficat, precum și în mușchiul și țesutul adipos al animalelor în repaus, doar 40, 15 și respectiv 10% din piruvat dehidrogenază se află în substanța activă, nefosforilată. formă. Când cererea de ATP crește, concentrațiile de NAD+, CoA și ADP cresc datorită utilizării NADH, acetil-CoA și ATP, iar kinaza este inactivată. Cu toate acestea, fosfataza continuă să funcționeze, reactivând dehidrogenaza.
O creștere a Ca2+ poate activa fosfataza mitocondrială.

Sinteza citratului este etapa de limitare a vitezei a ciclului acidului citric.
Reglarea acestei etape are loc datorită inhibării mici, dar destul de semnificative, a citrat sintetazei de către NADH și succinil-CoA.
Influența principală asupra ratei sintezei citratului este asigurată de furnizarea de substrat.

Activitatea izocitrat dehidrogenazei este reglată în funcție de concentrațiile de Mg2+, izocitrat, NAD+, NADH și AMP. În plus față de centrele de legare a substratului pentru NAD+, izocitrat și Mg2+, enzima are, de asemenea, situsuri efectoare pozitive și negative. Izocitratul este un efector pozitiv; legarea sa este cooperantă, adică legarea la orice site facilitează legarea la altele. Ambele situsuri de legare pentru AMP stimulează activitatea enzimatică.

Astfel, activitatea enzimatică este determinată de rapoartele NAD+/NADH și AMP/ATP.

AMP este un efector pozitiv al complexului (-cetoglutarat dehidrogenază), care în acest sens seamănă cu izocitrat dehidrogenază.La concentrații fiziologice, atât succinil-CoA, cât și NADH au un efect inhibitor, iar concentrația de succinil-CoA pare a fi factorul principal. controlând viteza procesului.
Succinat dehidrogenaza seamănă cu izocitrat dehidrogenaza prin aceea că substratul (succinat) funcționează ca un efector alosteric pozitiv. Oxaloacetatul este un inhibitor puternic, dar nu este clar dacă acest control este eficient în condiții normale.

În ciclul acidului citric, patru vitamine B solubile în apă îndeplinesc funcții specifice.Riboflavina face parte din FAD, care este un cofactor al complexului alfa-cetoglutarat dehidrogenază și succinat dehidrogenază. Niacina face parte din NAD, care este o coenzimă a trei dehidrogenaze din ciclu: izocitrat dehidrogenază, alfa-cetoglutorat dehidrogenază și malat dehidrogenază. Tiamina
(vitamina B1) face parte din tiamină difosfat, care este o coenzimă a alfa-cetoglutarat dehidrogenazei. Acid pantotenic face parte din coenzima A, care este un cofactor care leagă reziduurile acil active.

Compuși macroergici și conexiuni macroergice.

În celule, energia liberă eliberată ca urmare a defalcării catabolice a nutrienților poate fi folosită pentru a desfășura multe reacții chimice care necesită energie.
Energia este stocată sub formă de legături chimice bogate în energie ale unei clase speciale de compuși, dintre care majoritatea sunt anhidride ale acidului fosforic (trifosfați nucleozidici).

Există fosfați cu energie înaltă și cu energie scăzută. Limita convențională pentru aceste două grupuri de compuși este valoarea energiei libere de hidroliză a legăturii fosfat. Prin urmare, fosfații de înaltă energie au o energie bogată, bogată în energie
conexiune (macroergică).

Energia de legătură este definită ca diferența de energii libere ale compușilor care conțin această legătură și ale compușilor rezultați după ruperea acesteia.
Legăturile macroergice (bogate în energie) sunt considerate a fi cele a căror hidroliză modifică energia liberă a sistemului la mai mult de 21 kJ/mol.
Rolul central în schimbul de energie al celulelor de toate tipurile este jucat de sistemul de nucleotide adeninei, care include ATP, ADP și AMP, precum și ioni anorganici de fosfat și magneziu. ATP este o moleculă instabilă termodinamic și este hidrolizată pentru a forma ADP și AMP. Această instabilitate este cea care permite ATP să servească drept purtător de energie chimică necesară pentru a satisface majoritatea nevoilor de energie ale celulelor. Pe lângă ATP, compușii cu legături bogate în energie includ și UTP, CTP, GTP, TTP, creatină fosfat, pirofosfat, unii tioesteri (de exemplu, acetil-CoA), fosfoenolpiruvat, 1,3-bisfosfoglicerat și o serie de alți compuși. .

Când ATP este hidrolizat în condiții standard, modificarea energiei libere este de -30,4 kJ/mol. ÎN conditii fiziologice energia liberă reală de hidroliză a legăturii fosfatice terminale a ATP va fi diferită și se va apropia
-50,0 kJ/mol.

Sunt posibile mai multe opțiuni pentru eliberarea energiei legăturilor de fosfat
ATP. Opțiunea principală este scindarea fosfatului terminal al ATP (ATP+H2O
(ADP+H3PO4). O altă opțiune este scindarea pirofosfatului de ATP (ATP+H20
(AMP+H4P2O7). Acest tip de reacție este mult mai puțin utilizat în procesele biochimice.

Acumularea de energie în legăturile specifice de fosfat ale ATP stă la baza mecanismului de transfer de energie într-o celulă vie. Există motive să credem că într-o celulă există trei tipuri principale de tranziție energetică ATP: în energia legăturilor chimice, în energia termică și energia cheltuită în muncă (osmotică, electrică, mecanică etc.).

Vitamina PP.

Vitamina PP ( un acid nicotinic, nicotinamida, niacina) se numeste vitamina antipelagrimica (din italiana: Pelagra preventiva -
„prevenirea pelagrei”), deoarece absența acesteia este cauza bolii numite pelagra.

Acidul nicotinic este cunoscut de multă vreme, dar abia în 1937 a fost izolat de K. Elweheim dintr-un extract de ficat și s-a demonstrat că administrarea de acid nicotinic (sau amida acestuia - nicotinamida) sau preparate hepatice împiedică dezvoltarea sau vindecarea. pelagră.

Acidul nicotinic este un compus piridinic care conține o grupare carboxil (nicotinamida se distinge prin prezența unei grupări amidice).

Vitamina PP este ușor solubilă în apă (aproximativ 1%), dar este foarte solubilă în soluții apoase de alcalii. Acidul nicotinic se cristalizează sub formă de ace albe.

Cel mai trasaturi caracteristice pelagra (din italiană pelle agra
- piele aspra), sunt leziuni ale pielii (dermatita), tractului gastrointestinal (diaree) si tulburari activitate nervoasa(demenţă).

Dermatita este cel mai adesea simetrică și afectează acele zone ale pielii care sunt expuse la lumina directă a soarelui: suprafata spatelui mâini, gât, față; pielea devine roșie, apoi maro și aspră. Leziunile intestinale sunt exprimate în dezvoltarea anorexiei, greață și durere în abdomen și diaree. Diareea duce la deshidratare. Membrana mucoasă a intestinului gros devine mai întâi inflamată, apoi se ulcerează.
Specific pelagra sunt stomatite, gingivite, leziuni ale limbii cu umflături și crăpături. Leziunile cerebrale se exprimă prin dureri de cap, amețeli, iritabilitate crescută, depresie și alte simptome, inclusiv psihoze, psihonevroze, halucinații și altele. Simptomele pelagrai sunt deosebit de pronunțate la pacienții cu nutriție proteică insuficientă.
S-a stabilit că acest lucru se datorează lipsei de triptofan, care este un precursor al nicotinamidei, parțial sintetizat în țesuturile oamenilor și animalelor, precum și lipsei unui număr de alte vitamine.

Vitamina PP joacă rolul unei coenzime în dehidrogenazele dependente de NAD
(participanți la respirația tisulară), metabolismul carbohidraților și aminoacizilor, enzime dependente de NADP (shunt de pentoză și sinteza lipidelor), enzime dependente de NMN (alcool dehidrogenază și enzimă malică). Rolul său ca substrat al poli-ADP-ribozilării nu este mai puțin important. Acest proces participă la cusătura rupurilor cromozomiale și la activitatea sistemului de reparare și are, de asemenea, (cu lipsă de NAD) valoare cheieîn mecanismul necrobiozei și apoptozei celulelor, în special a celor puternic aerobe.

S-a demonstrat că un număr de dehidrogenaze utilizează numai NAD sau NADP, în timp ce altele pot cataliza reacții redox în prezența oricăreia dintre ele. În procesul de oxidare biologică, NAD și NADP acționează ca purtători intermediari de electroni și protoni între substratul oxidat și enzimele flavină.

Principalele surse de acid nicotinic și amida acestuia sunt orezul, pâinea, cartofii, carnea, ficatul, rinichii, morcovii și alte alimente.

Oxidarea microzomală.

Reacții de monooxigenază.

Organismele vii conțin un grup de enzime numeroase și diverse numite monooxigenaze. Într-un caz tipic, un atom al moleculei de oxigen se găsește în noua grupare de hidroxid a substratului, celălalt este redus la apă în timpul reacției. În conformitate cu aceasta, reacția trebuie să aibă loc cu participarea unei enzime, a unui substrat, a oxigenului și a unui agent reducător.

Dopamina-(-monooxigenaza), prezentă în creier și țesutul cromafin, catalizează hidroxilarea 3,4-dioxifeniletilaminei la norepinefrină.

Fenol monooxigenazele se găsesc în bacterii, plante, insecte, precum și în ficatul și pielea mamiferelor. Polimerizarea o-chinonei, formată ca urmare a unui lanț de reacții catalizate de aceste enzime, stă la baza formării melaninei.

Enzimele care catalizează reacțiile în care ambii atomi de oxigen molecular sunt încorporați în produșii de reacție se numesc dioxigenaze.
Enzimele cunoscute în prezent din acest grup pot conține fier hem sau non-hem ca grup activ, iar unele necesită (-cetoglutarat) pentru acțiunea lor.

Fier-(-ketoglutarat dioxigenazele) sunt enzime dependente de fier care catalizează hidroxilarea unui substrat într-un proces în care (-cetoglutaratul suferă decarboxilarea oxidativă la succinat:
M + O2 + (-cetoglutarat M-OH + succinat + CO2

Citocromii sunt enzime redox.

Transferul suplimentar de electroni de la CoQH2 la O2 este efectuat de sistemul citocrom. Acest sistem constă dintr-un număr de proteine ​​care conţin hem
(hemeproteine), descoperite în 1886 de K. McMunn. Toate au un grup de hem protetic, apropiat de hemul hemoglobinei. Citocromii diferă unul de celălalt nu numai prin grupul lor protetic, ci și prin componentele lor proteice. Toți citocromii, în special în formă redusă, au spectre de absorbție caracteristice; valorile potențialelor redox sunt, de asemenea, diferite.

În mecanismul larg răspândit de hidroxilare prin introducerea unui atom de oxigen, atomul funcțional de fier este situat în grupul hem al citocromului, citocromul P450. Acești citocromi se găsesc în membranele RE hepatice, în mitocondriile cortexului suprarenal, în marginea periei renale și în membranelor plasmatice diverse bacterii.
Reacția catalizată este aceeași ca pentru toate celelalte monooxigenaze.

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

Citocromii P450 din ficat sunt printre enzimele inductibile; aceasta înseamnă că cantitatea de enzimă prezentă poate fi crescută de 25 de ori prin introducerea unuia dintre numeroșii compuși străini, cum ar fi fenobarbital sau metilcolantren. Citocromii neutralizează xenobioticele și limitează, de asemenea, timpul în care unele medicamente pot rămâne active. Tratamentul unor forme intoxicație acută poate fi facilitată de introducerea unui inductor, care în acest caz este în general inofensiv.

Citocromii P450 ai cortexului suprarenal sunt localizați în membrana mitocondrială, unde două enzime separate catalizează, respectiv, scindarea lanțurilor laterale de colesterol la pregnenolon și reacțiile de hidroxilare ale diferiților steroizi.

Citocromul P450 catalizează formarea grupărilor hidroxil în timpul sintezei acizilor biliari, hormoni steroizi, în timpul catabolismului unui număr de substanțe și schimbului de compuși străini.

Primul sistem de transfer de electroni găsit în microzomi este sistemul de reducere a citocromului b5 datorită NADH; citocromul b5 este redus de NADH-citocrom b5 reductază, care conține una
FAD, care circulă între forme complet reduse și oxidate. Citocromul b5 este strâns legat de EPS prin regiunea sa hidrofobă extinsă. Deși suprafața exterioară a regiunii citocromului în care se află hemul este hidrofilă, se află într-o despicatură hidrofobă profundă, cu grupările carboxil ale acidului propionic orientate spre exterior.
Citocromul b5 redus se autooxidează lent pentru a forma anion superoxid. Acest mecanism poate fi principalul generator de superoxid în celulele hepatice.

Calea peroxidazei pentru utilizarea oxigenului.

Oxigenul molecular este paramagnetic deoarece conține doi electroni neperechi cu spini paraleli. Acești electroni sunt în orbitali diferiți, deoarece doi electroni nu pot ocupa același orbital decât dacă spinurile lor sunt opuse.
În consecință, reducerea oxigenului prin introducerea directă a unei perechi de electroni în orbitalii săi parțial umpluți este imposibilă fără „inversarea” spinului unuia dintre cei doi electroni. Inhibarea spinului de reducere poate fi depășită prin adăugarea secvențială a electronilor unici. Reducerea completă a O2 la 2H2O necesită 4 electroni; În timpul reducerii cu un electron, superoxidul, peroxidul de hidrogen și radicalul hidroxid apar ca produse intermediare. Aceste produse sunt foarte reactive și prezența lor poate reprezenta o amenințare la adresa integrității sistemelor vii. De fapt, OH, cel mai mutagen produs al radiațiilor ionizante, este un agent oxidant extrem de puternic care poate ataca totul. compusi organici. Reducerea oxigenului cu un singur electron inițiază un lanț de reacții care duc la formarea OH:

O2 + e (O2 (1)

O2 + H (HO2 (2)

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

Anionul superoxid format în reacția (1) poate fi protonat la radicalul hidroperoxid (2). Reacția (3) este o dismutare spontană care duce la formarea H2O2+O2. Combinația acestor reacții sugerează că orice sistem care produce O2 va conține în curând H2O2.

Xantin oxidaza, aldehidooxidaza și numeroase flavoproteine ​​formează O2 și H2O2, care apare și în timpul oxidării spontane a hemoglobinei, ferredoxinelor, hidrochinonelor reduse de citocromul b5, tetrahidropteridinelor și adrenalinei. Amenințarea pentru celule care decurge din reactivitatea O2 și H2O2 este eliminată prin acțiunea enzimelor care neutralizează eficient acești compuși.

Protecție antioxidantă enzimatică.

Superoxid dismutazele catalizează reacția

O2 + O2+ 2H(H2O2 + O2
Aceste enzime se găsesc în toate celulele respiratorii, precum și în diferite facultative bacterii anaerobe. Superoxid dismutazele sunt metaloenzime.
Ciclul lor catalitic implică reducerea și oxidarea unui ion metalic, cum ar fi Cu, Mn sau Fe, la locul activ.

Activitatea catalazei este observată în aproape toate celulele și organele animale. Ficatul, globulele roșii și rinichii sunt surse bogate de catalaze. Această activitate se găsește și în toate materialele vegetale și în majoritatea microorganismelor, cu excepția anaerobilor obligatorii. În fiecare caz, catalaza previne probabil acumularea de H2O2 nociv format în timpul oxidării aerobe a flavoproteinelor reduse și din O2. O moleculă de catalază poate descompune 44.000 de molecule de H2O2 pe secundă. De fapt, enzima nu necesită aproape deloc energie de activare, iar viteza de reacție este complet determinată de difuzie. Catalaza reacţionează cu H2O2 pentru a forma un complex enzimă-substrat relativ stabil.

Deși peroxidazele sunt relativ rare în țesuturile animale, a fost detectată o activitate slabă a peroxidazei în ficat și rinichi. Leucocitele conțin verdoperoxidază, care este responsabilă pentru activitatea peroxidazei puroiului. Celulele fagocite conțin mieloperoxidază, care oxidează ionii de halogen, cum ar fi I, pentru a elibera halogen, un agent bactericid eficient.

Reacțiile catalazei și peroxidazei pot fi scrise după cum urmează:

+ 2H2O +

R2H2O + R

DAR EL ESTE O

Protectie antioxidanta non-enzimatica.

Acid ascorbic (vitamina C).

Vitamina C se oxidează cu ușurință în acid dehidroascorbic, care este instabil într-un mediu alcalin, în care are loc hidroliza inelului lactonic pentru a forma acid dicetogulonic.

Acidul ascorbic este necesar pentru diferite procese oxidative biologice. Vitamina activează oxidarea acidului n-hidroxifenilpiruvic de către omogenații hepatici. În prezența oxigenului, soluțiile care conțin feroioni și ascorbat catalizează hidroxilarea unui număr de compuși. Vitamina este un antioxidant, participă la metabolismul fenilalaninei, tirozinei, hormonilor peptidici, la sinteza grăsimilor și proteinelor, este necesară pentru formarea colagenului, ajută la menținerea integrității țesuturilor conjunctive și osteoide, are un efect anticancerigen, prevenind formarea nitrozaminelor cancerigene și este implicată în distribuția și acumularea fierului.

Vitamina E.

Vitamina a fost izolată din uleiul de germeni de grâu în 1936 și a fost numită tocoferol. Șapte tocoferoli, derivați ai compusului părinte tocol, se găsesc în surse naturale; Dintre acestea, (-tocoferolul) are cea mai mare distribuție și cea mai mare activitate biologică.
Tocoferolii sunt desemnați prin litere grecești: alfa, beta, gamma și delta.

Vitamina protejează structurile celulare de distrugerea de către radicalii liberi, participă la biosinteza hemului, previne formarea cheagurilor de sânge, participă la sinteza hormonilor, susține imunitatea, are un efect anticancerigen, oferă functionare normala muşchii.

Figura 6. Mecanismul de acțiune al vitaminei.

Țesuturile provenite de la animalele cu deficit de vitamina E, în special mușchii cardiaci și scheletici, consumă oxigen mai repede decât țesuturile de la animalele normale. (-Tocoferolul nu este ușor supus oxidării reversibile.
Consumul crescut de oxigen de către mușchii cu deficit de vitamine este aparent asociat cu peroxidarea acizilor grași nesaturați.
În alte țesuturi, cum ar fi ficatul, acest lucru duce la perturbarea structurii mitocondriale și la scăderea respirației. Există dovezi că peroxidarea acizilor grași nesaturați în reticulul endoplasmatic al celulelor musculare duce la eliberarea de hidrolaze lizozomale, ducând la dezvoltarea distrofiei musculare. Toate manifestările deficienței de vitamine sunt fenomene secundare cauzate de lipsa de inhibare a oxidării peroxidului a acizilor grași polinesaturați.

Manifestarea clasică a deficitului de vitamina E la animalele de laborator este infertilitatea. La bărbați, cel mai timpuriu semn observabil al deficienței este imobilitatea spermatozoizilor. De asemenea, se observă o serie de alte modificări: degenerarea epiteliului tubilor renali, depigmentarea dinților anteriori. O altă manifestare a deficitului de vitamina E este hemoliza in vitro a globulelor roșii în prezența peroxizilor sau a derivaților aloxanilor. La șobolanii cu deficit prelungit de vitamine, distrofia musculară se dezvoltă cu simptome de paralizie progresivă a membrelor posterioare, conținutul de creatină din mușchi scade, apare creatinuria, iar excreția de creatinine scade ușor. Deficitul de vitamina A se poate dezvolta si din cauza distrugerii oxidative a acesteia din urma din cauza lipsei unei vitamine cu proprietati antioxidante din alimentatie. Manifestările hipervitaminozei sunt greață, amețeli și tahicardie.

Vitamina R.

Vitamina P (rutina, citrin) a fost izolata in 1936 de catre A. Szent-Györgyi din coaja de lamaie. Termenul de „vitamina P” combină un grup de substanțe cu activitate biologică similară: catechine, calcone, flavine etc. Toate au activitate de vitamina P și structura lor se bazează pe „scheletul” de carbon difenilpropan al cromonului sau al flavonei (obișnuit). Nume
„bioflavonoide”).

Bioflavonoidele stabilizează substanța fundamentală a țesutului conjunctiv prin inhibarea hialuronidazei, ceea ce este confirmat de datele privind efectul pozitiv Preparate cu vitamina P, ca și acidul ascorbic, pentru prevenirea și tratarea scorbutului, reumatismului, arsurilor etc. Aceste date indică o strânsă relație funcțională între vitaminele C și P în procesele redox ale organismului.

Cu insuficiența bioflavonoidelor sau absența acestora în alimente, permeabilitatea crește vase de sânge, însoțită de hemoragii și sângerări, se remarcă de asemenea slăbiciune generală, oboseală rapidăși durere la nivelul membrelor.

Principalele surse de vitamina sunt produse din plante nutriție
(în special, legume și fructe), care conțin multă vitamina C.
Industria vitaminelor produce o serie de medicamente cu activitate de vitamina P: catechine de ceai, rutina, hesperidina, naringina si altele.

Concluzie.

Problema evidențiată în această lucrare este astăzi o secțiune foarte importantă în biochimie, unde, în ciuda progreselor realizate, rămân multe întrebări și lacune.

Cunoașterea problemelor de chimie bioorganică este necesară și importantă în practica fiecărui medic, deoarece dezvoltarea activă a farmacologiei și apariția multor medicamente noi permite, cunoașterea biochimiei proceselor care au loc în organism, să le influențeze și să trateze multe boli. la nivel celular, stimulând procesele energetice la nivelul mitocondriilor.

Orice moarte subita asociat cu hipoxie, care este însoțită de acumularea de cantități mari de acid lactic în organism datorită suprimării funcției mecanismelor de transfer și, ca urmare, apare acidoza. În timpul hipoxiei, acestea se formează nelimitat radicali liberi iar peroxidarea lipidelor are loc intens, urmată de leziuni celulare ireversibile. Studiul încălcărilor mecanismelor de oxidare biologică și metodelor de corecție este important în tratamentul patologiilor cardiovasculare și sistemele respiratorii, patologii legate de vârstă, inflamație. Aceste cunoștințe sunt de o importanță deosebită în terapie intensivă, în timpul anesteziei, deoarece nivelul de acid lactic crește semnificativ în timpul operațiilor sub anestezie, de exemplu, ketamina sau etran; sub influența substanțelor narcotice, procesele de oxidare și fosforilare sunt decuplate. De aceea este atât de important să ai cel mai mult cunoștințe completeși date informative, a căror evaluare poate oferi posibilități maxime de prezicere a evoluției bolii.

Bibliografie:

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

Biologia moleculară a celulelor: În 3 volume, ed. a 2-a, trans. și add. T.1.

Pe. din engleza – M.: Mir, 1994 – 517 p., ill.

2. Byshevsky A.Sh., Tersenov O.A. Biochimie pentru medic. Ekaterinburg:

Întreprinderea de editare și tipografie „Ural Worker”. -

1994 – 384 p.

3. Vinogradov A.D. Mașină de sinteză mitocondrială de ATP: cincisprezece ani mai târziu.//Biochimie. – 1999 – T.64. Numărul 11 ​​– p.1443-

4. Galkin M.A., Syroeshkin A.V. Mecanismul cinetic al reacției de sinteză

ATP catalizat de F0-F1-ATPaza mitocondrială.//Biochimie. –

1999 – T.64.Numărul 10 – p.1393-1403

5. Grinstein B., Grinstein A. Biochimie vizuală. – M.: „Medicina”

2000 – p.68-69, 84-85

6. Zaichik A.Sh., Churilov L.P. Bazele patologia generală. Partea 2. Fundamentele patochimiei. - St.Petersburg. – 2000 – 384 p.

7. Kozinets G.I. Sisteme fiziologice persoană. – M.: „Triadă-X”

2000 – p.156-164

8. Korovina N.A., Zakharova I.N., Zaplatnikov A.L. Prevenirea deficitului de vitamine și microelemente la copii (un ghid de referință pentru medici). – Moscova, 2000

9. Leninger A. Fundamentele biochimiei. – M.: Mir – 1991 – 384 p.

10. Murray R., Grenner D., Mayes P., Rodwell W. Human biochemistry: B2-x vol. T.1. Tradus din engleză: - M.: Mir - 1993 - 384 p.

11. Nikolaev A.Ya. Chimie biologică. Manual pentru miere specialist. universități -

M.: facultate. – 1989 – 495 p.

13. Samartsev V.N. Acizii grași ca decuplatori ai fosforilării oxidative. // Biochimie. – 2000 – T.65.Numărul.9 – p.1173-1189

14. Skulachev V.P. Oxigenul într-o celulă vie: bine și rău. // Revista educațională Soros. – 1996 - Nr 3 – p.4-10

15. Skulachev V.P. Evoluţie mecanisme biologice stocarea energiei.// Revista educațională Soros. – 1997 - Nr. 5 – p.11-

16. Skulachev V.P. Strategii de evoluție și oxigen. // Natura. - 1998 -

Nr. 12 – p. 11-20

17. Tutelyan V.A., Alekseeva I.A. Vitamine antioxidante: aprovizionarea populației și importanță în prevenire boli cronice.// Farmacologie clinică si terapie. – 1995 - Nr. 4

Oxidare biologică - este un set de transformări redox diverse substanțeîn organismele vii. Reacțiile redox sunt reacții care apar cu modificarea stării de oxidare a atomilor datorită redistribuirii electronilor între ei.

Tipuri de procese biologice de oxidare:

1)oxidare aerobă (mitocondrială). conceput pentru a extrage energia nutrienților cu participarea oxigenului și pentru a o acumula sub formă de ATP. Se mai numește și oxidarea aerobă respirația tisulară, deoarece atunci când apare, țesuturile consumă activ oxigen.

2) oxidare anaerobă- Aceasta este o metodă auxiliară de extragere a energiei din substanțe fără participarea oxigenului. Oxidarea anaerobă este de mare importanță atunci când există o lipsă de oxigen, precum și atunci când se efectuează o muncă musculară intensă.

3) oxidare microzomală destinat neutralizării medicamentelor și otrăvurilor, precum și pentru sinteza diferitelor substanțe: adrenalină, norepinefrină, melanină în piele, colagen, acizi grași, acizi biliari, hormoni steroizi.

4) oxidarea radicalilor liberi necesare pentru reglarea reînnoirii și permeabilității membranelor celulare.

Principala cale de oxidare biologică este mitocondrială, asociat cu furnizarea energiei corpului într-o formă disponibilă pentru utilizare. Sursele de energie pentru oameni sunt o varietate de compuși organici: carbohidrați, grăsimi, proteine. Ca urmare a oxidării, nutrienții se descompun în produse finali, în principal CO 2 și H 2 O (descompunerea proteinelor produce și NH 3). Energia eliberată în acest caz se acumulează sub forma energiei legăturilor chimice ale compușilor de înaltă energie, în principal ATP.

Macroergic se numesc compuși organici ai celulelor vii care conțin legături bogate în energie. Hidroliza legăturilor de înaltă energie (indicată printr-o linie sinuoasă ~) eliberează mai mult de 4 kcal/mol (20 kJ/mol). Legăturile macroergice se formează ca urmare a redistribuirii energiei legăturilor chimice în timpul procesului metabolic. Majoritatea compușilor cu energie înaltă sunt anhidride ale acidului fosforic, de exemplu, ATP, GTP, UTP etc. Adenozin trifosfat (ATP) ocupă un loc central printre substanțele cu legături de înaltă energie.

adenină – riboză – P ~ P ~ P, unde P este un rest de acid fosforic

ATP se găsește în fiecare celulă din citoplasmă, mitocondrii și nuclei. Reacțiile biologice de oxidare sunt însoțite de transferul unei grupări fosfat la ADP cu formarea de ATP (acest proces se numește fosforilare). Astfel, energia este stocată sub formă de molecule de ATP și, dacă este necesar, este utilizată pentru a efectua diverse tipuri de lucrări (mecanice, electrice, osmotice) și pentru a efectua procese de sinteză.

Sistem de unificare a substraturilor de oxidare din corpul uman

Utilizarea directă a energiei chimice conținute în moleculele alimentare este imposibilă, deoarece atunci când legăturile intramoleculare sunt rupte, se eliberează o cantitate imensă de energie, ceea ce poate duce la deteriorarea celulelor. La nutrienți, intrând în organism, trebuie să sufere o serie de transformări specifice, în timpul cărora are loc o descompunere în mai multe etape a moleculelor organice complexe în altele mai simple. Acest lucru face posibilă eliberarea treptată a energiei și stocarea acesteia sub formă de ATP.

Procesul de transformare a diverselor substanțe complexeîntr-un singur substrat energetic numit unificare. Există trei etape de unificare:

1. Etapa pregătitoare apare în tractul digestiv, precum și în citoplasma celulelor corpului . Moleculele mari se descompun în blocurile lor structurale constitutive: polizaharide (amidon, glicogen) - la monozaharide; proteine ​​– la aminoacizi; grăsimi – la glicerol și acizi grași. Aceasta eliberează o cantitate mică de energie (aproximativ 1%), care este disipată sub formă de căldură.

2. Transformări tisulareîncepe în citoplasma celulelor și se termină în mitocondrii. Se formează și molecule mai simple, iar numărul tipurilor lor este redus semnificativ. Produsele rezultate sunt comune căilor metabolice diferite substanțe: piruvat, acetil-coenzima A (acetil-CoA), α-cetoglutarat, oxalacetat etc. Cel mai important dintre acesti compusi este acetil-CoA - reziduul acid acetic, de care coenzima A, forma activă a vitaminei B 3 (acid pantotenic), este atașată printr-o legătură macroergică prin sulful S. Procesele de descompunere a proteinelor, grăsimilor și carbohidraților converg în stadiul de formare a acetil-CoA, formând ulterior un singur ciclu metabolic. Această etapă se caracterizează printr-o eliberare parțială (până la 20%) de energie, din care o parte se acumulează sub formă de ATP, iar o parte este disipată sub formă de căldură.

3. Stadiul mitocondrial. Produsele formate în a doua etapă intră în sistemul oxidativ ciclic - ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs) și lanțul respirator mitocondrial asociat. În ciclul Krebs, acetil-CoA este oxidat la CO2 și hidrogenul legat de purtători - NAD + H2 și FAD H2. Hidrogenul intră în lanțul respirator al mitocondriilor, unde este oxidat de oxigen la H 2 O. Acest proces este însoțit de eliberarea a aproximativ 80% din energia legăturilor chimice ale substanțelor, din care o parte este folosită pentru formarea ATP, iar o parte este eliberată sub formă de căldură.

		Carbohidrați (polizaharide)
I pregătitoare; 1% din energia nutritivă este eliberată (sub formă de căldură);	aminoacizi		glicerol, acid gras
II transformări tisulare; 20% energie sub formă de căldură și ATP	acetil-CoA (CH3-CO~SKoA)
stadiul III mitocondrial; 80% energie (aproximativ jumătate este sub formă de ATP, restul este sub formă de căldură).	Ciclul acidului tricarboxilic Lanțul respirator al mitocondriilor O2

Clasificarea și caracteristicile principalelor oxidoreductaze din țesuturi

O caracteristică importantă a oxidării biologice este că aceasta are loc sub acțiunea anumitor enzime (oxidoreductaza). Toate enzimele necesare pentru fiecare etapă sunt combinate în ansambluri, care, de regulă, sunt fixate pe diferite membrane celulare. Ca urmare a acțiunii coordonate a tuturor enzimelor, transformările chimice sunt efectuate treptat, ca pe o bandă transportoare. În acest caz, produsul de reacție dintr-o etapă este compusul de pornire pentru etapa următoare.

Clasificarea oxidoreductazelor:

1. Dehidrogenazele efectuați îndepărtarea hidrogenului de pe substratul oxidat:

SH2 + A → S +AH2

În procesele care implică recuperarea energiei, cel mai comun tip de reacție biologică de oxidare este dehidrogenare, adică desprinderea a doi atomi de hidrogen de pe substratul oxidat și transferul lor la oxidant. De fapt, hidrogenul în sistemele vii nu se găsește sub formă de atomi, ci este suma unui proton și a unui electron (H + și ē), ale căror căi de mișcare sunt diferite.

Dehidrogenazele sunt proteine ​​complexe, coenzimele lor (partea neproteică a unei enzime complexe) pot fi atât un agent oxidant, cât și un agent reducător. Prin preluarea hidrogenului din substraturi, coenzimele se transformă într-o formă redusă. Formele reduse de coenzime pot dona protoni și electroni de hidrogen unei alte coenzime care are un potențial redox mai mare.

1) TERMINAT + - și NADP + -dehidrogenaze dependente(coenzime - NAD + și NADP + - forme active de vitamina PP ). Se adaugă doi atomi de hidrogen din substratul oxidat SH2, rezultând formarea unei forme reduse - NAD + H2:

SH 2 + NAD + ↔ S + NAD + H 2

2) Dehidrogenaze dependente de FAD(coenzimele FAD și FMN sunt forme active ale vitaminei B2). Abilitățile de oxidare ale acestor enzime le permit să accepte hidrogen atât direct din substratul oxidant, cât și din NADH 2 redus. În acest caz, se formează forme reduse de FAD·H2 şi FMN·H2.

SH 2 + FAD ↔ S + FAD N 2

NAD + H 2 + FMN ↔ NAD + + FMN H 2

3) coenzimaQsau ubichinona, care poate dehidrogena FAD H 2 și FMN H 2 și poate adăuga doi atomi de hidrogen, transformându-se în CoQ H 2 ( hidrochinonă):

FMN H 2 + KoQ ↔ FMN + KoQ H 2

2. Purtători de electroni hemin care conțin fier – citocromib, c 1 , c, a, a 3 . Citocromii sunt enzime aparținând clasei de cromoproteine ​​(proteine ​​colorate). Este reprezentată partea neproteică a citocromilor heme, conținând fier și apropiată ca structură de hemul hemoglobinei. O moleculă de citocrom este capabilă să accepte reversibil un electron, iar starea de oxidare a fierului se modifică:

citocrom(Fe 3+) + ē ↔ citocrom(Fe 2+)

Citocromi a, a 3 formează un complex numit citocrom oxidaza. Spre deosebire de alți citocromi, citocrom oxidaza este capabilă să interacționeze cu oxigenul, acceptorul final de electroni.

Oxidarea biologică, un set de reacții de oxidare care au loc în toate celulele vii. Funcția principală a lui O. b. - furnizarea energiei organismului într-o formă disponibilă pentru utilizare. Reacții O. b. în celule ele sunt catalizate de enzime grupate în clasa oxidoreductazelor. Despre. în celule este asociată cu transmiterea așa-numitului. echivalenți reducători (RE) - atomi de hidrogen sau electroni - de la un compus - donor, la altul - acceptor. În aerobi - majoritatea animalelor, plantelor și multe microorganisme - acceptorul final al VE este oxigenul. Furnizorii de RE pot fi atât substanțe organice, cât și anorganice (vezi tabel). Principala modalitate de a folosi energia eliberată în timpul O. este acumularea acesteia în moleculele de acid adenozin trifosforic (ATP) și alți compuși cu energie înaltă. b., însoțită de sinteza ATP din acid adenozin difosforic (ADP) și fosfat anorganic, are loc în timpul glicolizei, oxidării acidului a-cetoglutaric și în timpul transferului VE în lanțul de enzime oxidative (respiratorii), numite de obicei fosforilare oxidativă. (vezi diagrama). În timpul respirației, carbohidrații, grăsimile și proteinele suferă o oxidare în mai multe etape, ceea ce duce la reducerea principalilor furnizori de VE pentru flavine respiratorii, nicotinamidă adenin dinucleotid (NAD), nicotinamid adenin dinucleotid fosfat (NADP) și acid lipoic. Reducerea acestor compuși se realizează în mare parte în ciclul acidului tricarboxilic, care completează principalele căi de descompunere oxidativă a carbohidraților (începe cu glicoliză), grăsimilor și aminoacizilor. Pe lângă ciclul acidului tricarboxilic, unele coenzime reduse - FAD (flavin adenin dinucleotide) și NAD - se formează în timpul oxidării acizilor grași, precum și în timpul dezaminării oxidative a acidului glutamic (NAD) și în ciclul pentozei fosfat ( NADP redus). În același timp, se dezvolta o direcție în care clasificarea enzimelor se baza pe tipul de reacție care suferă acțiune catalitică. Alături de enzimele care accelerează reacțiile de hidroliză (hidrolaze), au fost studiate enzimele implicate în reacțiile de transfer ale atomilor și grupărilor atomice (feraze), izomerizarea (izomeraza), clivajul (liaza), diverse sinteze (sintetaze), etc.. Această direcție în clasificarea enzimelor s-a dovedit a fi cea mai fructuoasă, deoarece a unit enzimele în grupuri nu în funcție de caracteristicile formale exagerate, ci în funcție de tipul celor mai importante procese biochimice care stau la baza activității vitale a oricărui organism. Conform acestui principiu, toate enzimele sunt împărțite în 6 clase.1. Oxidoreductazele - accelerează reacțiile de oxido-reducere. 2. Transferaze - accelerează reacțiile de transfer al grupărilor funcționale și al resturilor moleculare. 3. Hidrolaze - accelerează reacțiile de descompunere hidrolitică. 4. Liazele - accelerează clivajul non-hidrolitic din substraturi anumite grupuri atomi pentru a forma o legătură dublă (sau grupuri de atomi sunt adăugate de-a lungul unei duble legături). 5. Izomeraze - accelerează rearanjamentele spațiale sau structurale în cadrul unei molecule. 6. Ligaze - accelerează reacțiile de sinteză asociate cu dezintegrarea legăturilor bogate în energie.

• 
  Oxidare biologic. Oxidare biologic,set de reacții oxidare


• 
  Biologic oxidare curge prin mecanisme complexe cu participarea unui număr mare de enzime. În mitocondrii oxidare se intampla in...


• 
  Primele etape ale acestui drum coincid cu cele anaerobe oxidare glucoză.
  Biologic Semnificația procesului de glicoliză constă în primul rând în formarea de substanțe bogate în energie...


• 
  Oxidare biologic,set de reacții oxidare


• 
  Oxidare biologic,set de reacții oxidare, care apar în toate celulele vii.


• 
  Oxidare biologic,set de reacții oxidare, care apar în toate celulele vii. Principal... mai mult ».

OXIDAREA BIOLOGICĂ , un set de reacții de oxidare care au loc în toate celulele vii. Funcția principală este de a furniza organismului energie. Oxidarea biologică este asociată cu transferul așa-numiților echivalenți reducători - atomi de hidrogen sau electroni - de la un donor la un acceptor. În aerobi - majoritatea animalelor, plantelor și multe microorganisme - acceptorul final al echivalenților reducători este oxigenul. Furnizorii de echivalenți reducători pot fi atât substanțe organice, cât și anorganice. Reacțiile biologice de oxidare sunt catalizate de enzime din clasa oxidoreductazei. În timpul respirației, carbohidrații, grăsimile și proteinele suferă o oxidare în mai multe etape, ceea ce duce la reducerea principalilor furnizori de echivalenți reducători pentru lanțul respirator: flavine, NAD, NADP și acid lipoic. Reducerea acestor compuși se realizează în mare parte în ciclul acidului tricarboxilic, care completează principalele căi de descompunere oxidativă a carbohidraților (începe cu glicoliză), grăsimilor și aminoacizilor. O anumită cantitate de coenzime reduse - FAD și NAD - se formează în timpul oxidării acizilor grași, precum și în timpul dezaminării oxidative a acidului glutamic (NAD) și în ciclul pentozei fosfat (NADP redus). Principala modalitate de a utiliza energia eliberată în timpul oxidării biologice este acumularea acesteia în moleculele de ATP și alți compuși cu energie înaltă. Oxidarea biologică, însoțită de sinteza ATP din ADP și fosfat anorganic, are loc în timpul glicolizei, oxidării acidului α-cetoglutaric - fosforilarea substratului, precum și în timpul transferului echivalenților reducători în lanțul de enzime oxidative (respiratorii) - fosforilarea oxidativă. . Glicoliza, ciclul acidului tricarboxilic și lanțul respirator sunt comune pentru majoritatea eucariotelor. Per 1 moleculă de glucoză, glicoliza produce 2 molecule de ATP, iar combinația de transformare glicolitică și oxidativă a unei molecule de glucoză în produșii finali - CO 2 și H 2 O - duce la formarea a 36 de legături fosfat bogate în energie ale ATP. . Enzimele glicolitice sunt dizolvate în faza lichidă a citoplasmei. Membranele interioare ale mitocondriilor, tilacoidelor cloroplastelor și membranelor bacteriene conțin lanțuri de transport de electroni fosforilante. Oxidarea acizilor grași, enzimele ciclului acidului tricarboxilic și glutamat dehidrogenaza sunt localizate în matricea mitocondrială. Membrana interioară a mitocondriilor conține enzime care oxidează acizii succinic și beta-hidroxibutiric, iar membrana exterioară conține enzime implicate în metabolismul aminoacizilor: monoaminoxidaza și kinurenin hidroxilaza. Peroxizomii, sau microcorpii, a căror contribuție la absorbția totală a O 2 în ficat poate ajunge la 20%, conțin flavin oxidază, care oxidează aminoacizii, acidul glicolic și alte substraturi pentru a forma peroxid de hidrogen, care este apoi descompus de catalază sau utilizat de peroxidaze în reacţiile biologice de oxidare. În membranele reticulului endoplasmatic al celulei sunt localizate hidroxilaze și oxigenaze, organizate în lanțuri scurte de transport de electroni nefosforilanti. Reacțiile oxidative nu sunt întotdeauna însoțite de acumulare de energie (eficiența procesului de oxidare biologică este de aproximativ 50%); în unele cazuri, acestea reprezintă o legătură necesară în biosinteza diferitelor substanțe (de exemplu, oxidarea în timpul formării acizi biliari, hormoni steroizi, pe căile de conversie a aminoacizilor etc.). În timpul oxidării biologice, substanțele care sunt străine și toxice pentru organism (compuși aromatici, produse respiratorii sub-oxidate etc.) sunt neutralizate.

Oxidarea biologică care nu este asociată cu stocarea energiei se numește oxidare liberă. Efectul său energetic este generarea de căldură. Aparent, sistemul de transport de electroni, care efectuează fosforilarea oxidativă, este capabil să treacă la oxidare liberă atunci când nevoia de căldură a organismului crește (la animalele homeoterme). Se crede că cele mai vechi organisme au existat în atmosfera primordială fără oxigen a Pământului și au fost organisme anaerobe și heterotrofe. Celulele au fost furnizate cu energie prin procese precum glicoliza. Este posibil să fi existat un mecanism de oxidare cunoscut la unele microorganisme moderne: echivalenții reducători sunt transferați prin lanțul respirator în nitrat (NO 3) sau sulfat (SO 4). O etapă fundamental importantă a fost apariția fotosintezei în organismele antice unicelulare, care este asociată cu apariția oxigenului în atmosferă. Drept urmare a devenit posibilă utilizare O 2, care are un potențial redox ridicat, ca acceptor final de electroni în lanțul respirator. Realizarea acestei posibilități s-a produs odată cu apariția unei enzime speciale - citocrom oxidaza, care reduce O 2, și a condus la apariția unui tip modern de aparat respirator biochimic. Furnizarea de energie în aerobi se bazează pe o astfel de respirație. În același timp, celulele au reținut aparatul enzimatic al glicolizei. Acidul piruvic format în timpul acestuia din urmă este oxidat în continuare în ciclul acidului tricarboxilic, care, la rândul său, alimentează lanțul respirator cu electroni. Astfel, evoluția metabolismul energetic se pare că a urmat calea utilizării și adăugării la mecanismele de alimentare cu energie existente anterior. Prezența în celulele organismelor existente a sistemelor biochimice de glicoliză (în citoplasmă), respirație (în mitocondrii), fotosinteză (în cloroplaste), precum și asemănarea mecanismelor de conversie a energiei în aceste organite și în microorganisme este considerată ca fiind dovezi ale posibilei origini a cloroplastelor și mitocondriilor din microorganisme antice - simbioți. Oxidarea biologică totală care are loc într-o anumită populație de organisme este un parametru de mediu important pentru evaluarea rolului unei populații date într-o comunitate (ecosistem). Raportul dintre respirația totală a unei comunități (adică procesele oxidative totale) și biomasa sa totală este considerat ca raportul dintre cheltuielile de energie pentru a menține viața comunității și energia conținută în structura sa. Când se studiază populațiile individuale, este adesea determinată așa-numita rată de asimilare (suma a două procese - o creștere a biomasei și a respirației), care este exprimată în kcal/m2 zi. Măsurătorile respirației totale în comunități individuale au fost efectuate pentru multe tipuri de ecosisteme. De exemplu, respirația totală a plantelor variază de obicei de la n 100 kcal/m 2 an (pășune) la n 1000 kcal/m 2 an (pădure). Numărul de verigi din lanțurile trofice ale comunităților nu depășește de obicei 4-5 datorită faptului că în fiecare verigă a acestui lanț 80-90% din energia potențială este irosită în căldură în timpul oxidării biologice.

În timpul oxidării biologice, doi atomi de hidrogen sunt îndepărtați dintr-o moleculă organică sub acțiunea unei enzime adecvate. În unele cazuri, între enzime și molecula oxidată se formează o legătură instabilă, bogată în energie (macroenergetică). Este folosit pentru a forma ATP, „scopul final” al majorității proceselor de oxidare biologică. Iar cei doi atomi de hidrogen îndepărtați sunt, ca rezultat al reacției, legați de coenzima NAD (nicotinamidă adenin dinucleotide) sau NADP (nicotinamidă adenin dinucleotide fosfat).

Soarta ulterioară a hidrogenului poate fi diferită. În timpul oxidării anaerobe, acesta este transferat la anumite molecule organice. În oxidarea aerobă, hidrogenul este transferat în oxigen pentru a forma apă. Partea principală a lanțului de transport al hidrogenului este localizată în membranele mitocondriale. În acest caz, ATP este format din ADP și fosfat anorganic.

Trebuie remarcat faptul că oxidarea aerobă este mult mai eficientă decât oxidarea anaerobă. În primul caz, din 1 moleculă de glucoză se formează 2 molecule de ATP, iar în al doilea - 36, unde glucoza este „arsă” la CO 2 și apă. Aceasta explică distribuția largă și evoluția rapidă a organismelor aerobe.

Principala sursă de energie în celulă este oxidarea substraturilor cu oxigenul atmosferic. Acest proces are loc în trei moduri: adăugarea de oxigen la atomul de carbon, extracția hidrogenului sau pierderea unui electron. În celule, oxidarea are loc sub forma unui transfer secvenţial de hidrogen şi electroni de la substrat la oxigen. În acest caz, oxigenul joacă rolul unui compus reducător (agent oxidant). Reacțiile oxidative apar odată cu eliberarea de energie. Pentru reactii biologice caracterizată prin modificări relativ mici ale energiei. Acest lucru se realizează prin împărțirea procesului de oxidare într-un număr de etape intermediare, ceea ce îi permite să fie stocat în porțiuni mici sub formă de compuși cu energie înaltă (ATP). Reducerea unui atom de oxigen atunci când interacționează cu o pereche de protoni și electroni duce la formarea unei molecule de apă.

Respirația tisulară. Acesta este procesul de consum de oxigen de către celulele țesuturilor corpului, care este implicat în oxidarea biologică. Acest tip de oxidare se numește oxidare aerobă. Dacă acceptorul final din lanțul de transfer al hidrogenului nu este oxigenul, ci alte substanțe (de exemplu, acidul piruvic), atunci acest tip de oxidare se numește anaerob.

Acea. oxidarea biologică este dehidrogenarea unui substrat cu ajutorul purtătorilor intermediari de hidrogen și acceptorul final al acestuia.

Lanțul respirator(enzimele de respirație tisulară) sunt purtători de protoni și electroni de la substratul oxidat la oxigen. Un agent oxidant este un compus care poate accepta electroni. Această capacitate este caracterizată cantitativ potenţial redox raportat la un electrod standard de hidrogen al cărui pH este 7,0. Cu cât potențialul unui compus este mai mic, cu atât proprietățile sale reducătoare sunt mai puternice și invers.

Acea. orice compus poate dona electroni doar unui compus cu un potențial redox mai mare. În lanțul respirator, fiecare verigă ulterioară are un potențial mai mare decât cea anterioară.

Lanțul respirator este format din:

1. Dehidrogenază dependentă de NAD;

2. Dehidrogenază dependentă de FAD;

3. Ubichinonă (CoQ);

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

Dehidrogenaze dependente de NAD. Ele conțin NAD și NADP ca coenzime. Inelul piridinic al nicotinamidei este capabil să accepte electroni și protoni de hidrogen.

Dehidrogenaze dependente de FAD și FMN conțin ester fosforic al vitaminei B2 (FAD) ca coenzimă.

Ubichinonă (CoQ) ia hidrogenul din flavoproteine ​​si se transforma in hidrochinonă.

Citocromi- proteine ​​cromoproteice capabile să dobândească electroni datorită prezenței porfirinelor de fier ca grupări protetice în compoziția lor. Aceștia acceptă un electron dintr-o substanță care este un agent reducător puțin mai puternic și îl transferă într-un agent oxidant mai puternic. Atomul de fier este legat de atomul de azot al inelului imidazol al aminoacidului histidină pe o parte a planului inelului porfirinic, iar pe de altă parte de atomul de sulf al metioninei. Prin urmare, capacitatea potențială a atomului de fier din citocromi de a lega oxigenul este suprimată.

ÎN citocromul c planul porfirinei este legat covalent de proteină prin două reziduuri de cisteină, iar în citocromul bȘi A, nu este legat covalent cu proteine.

ÎN citocromul a+a 3 (citocrom oxidaza) în loc de protoporfirina conține porfirina A, care diferă în mai multe moduri caracteristici structurale. A cincea poziție de coordonare a fierului este ocupată de o grupare amino aparținând unui reziduu de amino zahăr care face parte din proteina în sine.

Spre deosebire de hemohemobina, atomul de fier din citocromi se poate transforma reversibil de la o stare de două la una trivalentă, ceea ce asigură transportul de electroni.

Mecanismul de funcționare al lanțului de transport de electroni. Membrana exterioară a mitocondriilor este permeabilă la majoritatea moleculelor și ionilor mici, membrana interioară este permeabilă la aproape toți ionii (cu excepția protonilor H) și la majoritatea moleculelor neîncărcate.

Procesele de oxidare și formare a ATP din ADP și acid fosforic, adică Fosforilarea are loc în mitocondriile de pe membrana interioară - cristae. O astfel de moleculă conține trei legături de înaltă energie. Macroergic sau bogat în energie se numește legătură chimică, la ruptură, se eliberează mai mult de 4 kcal/mol. La clivaj hidrolitic ATP în ADP și acid fosforic este eliberat la 7,3 kcal/mol. Exact aceeași cantitate este cheltuită pentru a forma ATP din ADP și reziduuri de acid fosforic, iar aceasta este una dintre principalele modalități de stocare a energiei în organism.

În timpul transportului de electroni de-a lungul lanțului respirator, este eliberată energie, care este cheltuită pentru adăugarea unui reziduu de acid fosforic la ADP pentru a forma o moleculă de ATP și o moleculă de apă. În timpul transferului unei perechi de electroni de-a lungul lanțului respirator, 21,3 kcal/mol sunt eliberate și stocate sub forma a trei molecule de ATP. Aceasta reprezintă aproximativ 40% din energia eliberată în timpul transportului de electroni.

Această metodă de stocare a energiei într-o celulă se numește fosforilarea oxidativă sau fosforilarea cuplată.

Viteza de fosforilare oxidativă depinde în primul rând de conținutul de ATP; cu cât este consumat mai repede, cu atât se acumulează mai mult ADP, cu atât este mai mare necesarul de energie și, prin urmare, procesul de fosforilare oxidativă este mai activ. Reglarea ratei de fosforilare oxidativă prin concentrația celulară de ADP se numește control respirator.

Sfârșitul lucrării -

Acest subiect aparține secțiunii:

BIOCHIMIE

AGENȚIA FEDERALĂ PENTRU EDUCAȚIE... Institutul Tehnologic Umanitar Buzuluk... filiala unei instituții de învățământ de stat...

Dacă aveți nevoie de material suplimentar pe această temă, sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:

Ce vom face cu materialul primit:

Dacă acest material ți-a fost util, îl poți salva pe pagina ta de pe rețelele sociale:

Tweet

Toate subiectele din această secțiune:

Subiect de biochimie
Chimia biologică este o știință care studiază compoziția chimică a organelor și țesuturilor organismelor și procese chimiceși transformările care stau la baza activității lor de viață. Biohi modernă

Istoria dezvoltării biochimiei.
Putem evidenția principalele etape ale dezvoltării științei biochimice. 1. „Protobiochimie”. Concepte despre procesele vieții și natura lor, dezvoltate în antichitate, antichitate și Evul Mediu

Metode de studiu
Obiectul principal al biochimiei este studiul metabolismului și energiei. Setul de procese indisolubil legate de viață se numește metabolism. Schimb de lucruri

Importanța biochimiei ca știință.
Acum este imposibil să ne imaginăm o singură știință care să nu se descurce fără realizările biochimiei. Importanța chimiei biologice nu poate fi ignorată. Are o semnificație atât științifică, cât și practică

Compoziția elementară a proteinelor.
S-a stabilit acum că organismele non-proteice nu există în natura vie. Proteinele sunt cea mai importantă parte a substanțelor care alcătuiesc organismul. Proteinele au fost descoperite pentru prima dată

Compoziția de aminoacizi a proteinelor
Aminoacizii (acizi aminocarboxilici) sunt compuși organici a căror moleculă conține simultan grupări carboxil și amină. Aminoacizii ar putea

Proprietăți chimice generale
Aminoacizii se pot manifesta ca proprietăți acide, datorită prezenței grupei carboxil -COOH în moleculele lor, și proprietăților de bază datorate grupării amino -NH2

Proprietăți electrofile-nucleofile.
1) Reacția de acilare - interacțiune cu alcooli: NaOH NH3+ – CRH – COO- + CH3OH + HC1 ͛

Dezaminarea intramoleculară.
Ok-l NH3+– 0CH – COO- aspartat amoniac liază -OOS –-1C – H | || N – S-2H – COO-

Funcțiile biologice ale proteinelor
Funcțiile proteinelor sunt extrem de diverse. Fiecare proteină dată, ca substanță cu o structură chimică specifică, îndeplinește o funcție foarte specializată și doar în câteva in unele cazuri– n

Structuri proteice
S-au obținut dovezi ale ipotezei lui K. Linderström-Lang despre existența a 4 niveluri de organizare structurală a unei molecule de proteine: structuri primare, secundare, terțiare și cuaternare.

Determinarea aminoacidului C-terminal cu borohidrură de sodiu
Se poate observa că în aceste condiții un singur aminoacid, și anume C-terminal, va fi transformat într-un α-amino alcool, ușor de identificat prin cromatografie. Astfel, folosind indicat

Proprietățile fizico-chimice ale proteinelor
Cel mai caracteristic proprietati fizice si chimice proteinele au vâscozitate ridicată a soluțiilor, difuzie nesemnificativă, capacitatea de a se umfla în limite mari, active optic

Chimia acidului nucleic
În zilele noastre, este dificil de a numi o zonă a științei naturii care nu ar fi interesată de problema structurii și funcției. acizi nucleici. În ciuda progresului enorm realizat în ultimele decenii,

Metode de izolare a acizilor nucleici.
Când studiezi compoziție chimicăși structura acizilor nucleici, cercetătorul se confruntă întotdeauna cu sarcina de a le izola de obiectele biologice. Acizii nucleici sunt parte integrantă complex

Compoziția chimică a acizilor nucleici
Acizii nucleici (ADN și ARN) aparțin unor compuși complecși cu molecule înalte, constând dintr-un număr mic de componente chimice structură mai simplă. Da p

Structura acidului nucleic
Pentru înțelegerea unui număr de caracteristici ale structurii ADN-ului, modelele de compoziție și conținutul cantitativ al bazelor azotate, stabilite pentru prima dată de E. Chargaff, au avut o importanță deosebită. S-a dovedit că azotul

Structura primară a acizilor nucleici
Structura primară a acizilor nucleici se referă la ordinea și secvența de aranjare a mononucleotidelor în lanțul polinucleotid al ADN și ARN. Un astfel de lanț este stabilizat de 3",5"-fos

Structura secundară a acizilor nucleici
În conformitate cu modelul lui J. Watson și F. Crick, propus în 1953. pe baza unui număr de date analitice, precum și a analizei de difracție cu raze X, molecula de ADN este formată din două lanțuri, formând dreapta

Structura terțiară a acizilor nucleici
Este extrem de dificil să izolați molecula de ADN nativ din majoritatea surselor, în special cromozomii, din cauza sensibilității ridicate a moleculei de ADN la nucleazele tisulare și distrugerea hidrodinamică.

Transfer ARN-uri
ARNt reprezintă aproximativ 10-15% din numărul total ARN celular. Până în prezent, au fost descoperite peste 60 de ARNt diferite. Pentru fiecare aminoacid din celulă există câte unul macar, unul specific

ARN mesager
Într-un număr de laboratoare (în special, în laboratorul lui S. Brenner), s-au obținut date despre posibilitatea existenței în celule în legătură cu ribozomii de ARN de scurtă durată, numite inform.

Caracteristicile enzimelor și proprietățile lor
Toate procesele vieții se bazează pe mii de reacții chimice. Ele trec prin corp fără a fi folosite. temperatura ridicatași presiune, adică V condiții blânde. Substanțe care sunt oxidate în celule

Caracteristici distinctive ale catalizei enzimatice și chimice.
În principiu, o celulă folosește aceleași reacții chimice pe care le folosește un chimist în laboratorul său. Cu toate acestea, sunt impuse restricții stricte asupra condițiilor de reacții în celulă. În laborator pentru usko

Structura spațială
Motivul pentru toate acestea proprietăți unice enzimele este structura lor spațială. Toate enzimele sunt proteine ​​globulare, mult mai mari ca dimensiunea substratului. Aceasta este exact situația

Funcțiile coenzimelor și grupelor protetice
5.4.1 Coenzime și vitamine. Coenzimele sunt substanțe organice ai căror precursori sunt vitaminele. Unele dintre ele sunt slab legate de proteine ​​(NAD, NSCoA etc.). există o enzimă

Mecanismul de acțiune al enzimelor
Structura și funcțiile enzimelor, precum și mecanismul lor de acțiune, sunt discutate în detaliu aproape în fiecare an la multe simpozioane și congrese internaționale. Un loc important este acordat luării în considerare a structurii întregului

Ecuațiile Michaelis-Menten și Lineweaver-Burk
Una dintre manifestările caracteristice ale vieții este capacitatea uimitoare a organismelor vii de a regla cinetic reacțiile chimice, suprimând dorința de a atinge echilibrul termodinamic.

Factori care determină activitatea enzimatică. Dependența vitezei de reacție de timp
Această secțiune discută pe scurt factori comuni, în special dependența de viteză reactie enzimatica la timp, influența concentrațiilor de substrat și enzime asupra vitezei reacțiilor catalizate de enzime

Efectul concentrațiilor de substrat și enzime asupra vitezei de reacție enzimatică
Din materialul prezentat mai devreme rezultă o concluzie importantă: unul dintre cei mai importanți factori care determină viteza unei reacții enzimatice este concentrația substratului (și

Activarea și inhibarea enzimelor
Viteza unei reacții enzimatice, precum și activitatea enzimei, este, de asemenea, în mare măsură determinată de prezența activatorilor și inhibitorilor în mediu: primii măresc viteza de reacție, iar cei din urmă inhibă.

Mecanismul molecular de acțiune al metalelor în cataliza enzimatică sau rolul metalelor în activarea de către enzime.
În unele cazuri, ionii metalici (Co2+, Mg2+, Zn2+, Fe2+) îndeplinesc funcțiile grupurilor protetice de enzime sau servesc ca acceptori și nu.

Aplicarea enzimelor
posedând grad înalt selectivitate, enzimele sunt folosite de organismele vii pentru a efectua de mare viteză o mare varietate de reacții chimice; îşi păstrează lor

Chimia lipidelor
Lipidele sunt un grup mare de compuși care variază semnificativ în structura și funcțiile lor chimice. Prin urmare, este dificil să se dea o singură definiție care să fie potrivită pentru toate conexiunile.

Acid gras
Acizii grași - acizi carboxilici alifatici - pot fi găsiți în organism în stare liberă (urme în celule și țesuturi) sau acționează ca blocuri de construcție pentru majoritatea

Gliceride (acilglicerine)
Gliceridele (acilgliceroli sau acilgliceroli) sunt esteri ai alcoolului trihidroxilic glicerol și ai acizilor grași superiori. Dacă acizii graşi sunt esterificaţi

Fosfolipide
Fosfolipidele sunt esteri ai alcoolilor polihidroxilici glicerol sau sfingozină cu acizi grași mai mari și acid fosforic. Fosfolipidele conțin și azot

Sfingolipide (sfingofosfolipide)
Sfingomieline: Acestea sunt cele mai comune sfingolipide. Se găsesc în principal în membranele animalelor și celule vegetale. Mai ales bogat în ele țesut nervos. Sf

Steroizi
Toate lipidele luate în considerare sunt de obicei numite saponificate, deoarece hidroliza lor alcalină produce săpunuri. Cu toate acestea, există lipide care nu sunt hidrolizate pentru a elibera acizi grași

Chimia carbohidraților
Termenul „carbohidrați” a fost propus pentru prima dată de profesorul Universității Dorpat (acum Tartu) K.G. Schmidt în 1844. La acea vreme se presupunea că toţi carbohidraţii au formula generala C

Rolul biologic al carbohidraților
Carbohidrații, împreună cu proteinele și lipidele, sunt cei mai importanți compuși chimici care formează organismele vii. La oameni și animale, carbohidrații îndeplinesc funcții importante: energie

Monozaharide
Monozaharidele pot fi considerate ca derivați ai alcoolilor polihidroxilici care conțin o grupare carbonil (aldehidă sau cetonă). Dacă gruparea carbonil este la capătul lanțului, atunci

Reacții de bază ale monozaharidelor, produșii de reacție și proprietățile acestora.
Reacții ale hemiacetal hidroxil S-a remarcat deja că monozaharidele, atât în ​​stare cristalină, cât și în soluție, există în principal sub forme hemiacetale.

Oligozaharide
Oligozaharidele sunt carbohidrați ale căror molecule conțin de la 2 până la 10 reziduuri de monozaharide legate prin legături glicozidice. În conformitate cu aceasta, se disting dizaharidele,

Polizaharide
Polizaharidele sunt produși de policondensare cu greutate moleculară mare ai monozaharidelor legați între ele prin legături glicozidice și formând lanțuri liniare sau ramificate. Cel mai frecvent lun

Heteropolizaharide
Polizaharidele, a căror structură este caracterizată prin prezența a două sau mai multe tipuri de unități monomerice, sunt numite heteropolizaharide. Este în general acceptat că, de la heteropol

Vitamine din grupa A
Vitamina A (retinol; vitamina antixeroftalmică) a fost bine studiată. Sunt cunoscute trei vitamine din grupa A: A1, A2 și forma cis a vitaminei A1, numite

Vitamine din grupa D
Vitamina D (calciferol; vitamina antirahitică) există sub formă de mai mulți compuși care diferă atât prin structura chimică, cât și prin activitatea biologică. Pentru om

Vitaminele K
Vitaminele din grupa K, conform nomenclatorului chimiei biologice, includ 2 tipuri de chinone cu lanțuri laterale reprezentate de unități (lanțuri) izoprenoide: vitaminele K1

Vitamine din grupa E
La începutul anilor 20, G. Evans a arătat că hrana amestecată conține o substanță care este absolut necesară pentru reproducerea normală a animalelor. Astfel, la șobolani ținuți pe sintetic

Vitamine solubile în apă
În mod convențional, putem presupune că trăsătură distinctivă vitaminele solubile în apă este participarea celor mai multe dintre ele la construirea moleculelor de coenzimă (vezi tabelul 12), care sunt scăzute.

Vitamina PP
Vitamina PP (acid nicotinic, nicotinamidă, niacină) a fost numită și vitamina antipelagritică (din italiană pelagra preventivă - prevenirea pelagra), deoarece este din

Biotina (vitamina H)
În 1916, experimentele pe animale au demonstrat efectul toxic al crudității albus de ou; consumul de ficat sau drojdie a eliminat acest efect. Factorul care previne dezvoltarea toxicozei

Acid folic
Acidul folic (pteroilglutamic) (folacină), în funcție de tipul de animal sau tulpina de bacterie necesară pentru creșterea normală în prezența acestui factor nutrițional, a fost numit

Vitamina C
Vitamina C ( acid ascorbic; vitamina antiscorbutică) se numește un factor antiscorbutic, antiscorbutic care protejează împotriva dezvoltării scorbutului - o boală care a luat

Vitamina P
Vitamina P (rutina, citrin; vitamina permeabilității) a fost izolată în 1936 de A. Szent-Gyorgyi din coaja de lămâie. Sub termenul „vitamina P”, care crește rezistența capilară (din latinescul permeabi

Conceptul general de hormoni
Studiul hormonilor este separat într-o știință independentă - endocrinologia. Endocrinologia modernă studiază structura chimică a hormonilor produși în glande secretie interna, s

Hormonii hipotalamici
Hipotalamusul servește ca loc de interacțiune directă între părțile superioare ale sistemului nervos central și sistemul endocrin. Natura legăturilor care există între sistemul nervos central și Sistemul endocrin, a început să devină mai clare în ultimele decenii

Hormonii hipofizari
Glanda pituitară sintetizează o serie de hormoni biologic activi de natură proteică și peptidică, care au un efect stimulator asupra diferitelor procese fiziologice și biochimice din țesuturile țintă (cum ar fi

Vasopresină și oxitocină
Hormonii vasopresină și oxitocina sunt sintetizați pe calea ribozomală. Structura chimică ambii hormoni au fost descifrați de lucrările clasice ale lui V. du Vigneault și colab., care au fost primii care au izolat

Hormoni de stimulare a melanocitelor (MSH, melanotropine)
Melanotropinele sunt sintetizate și secretate în sânge de lobul intermediar al glandei pituitare. Izolat și decriptat structuri primare două tipuri de hormoni - stimuli α- și β-melanocite

Hormon adrenocorticotrop (ACTH, corticotropină)
În 1926, s-a constatat că glanda pituitară are un efect stimulator asupra glandelor suprarenale, crescând secreția de hormoni corticali. ACTH, pe lângă acțiunea sa principală - stimulatoare

Hormon somatotrop (GH, hormon de creștere, somatotropină)
Hormonul de creștere a fost descoperit în extracte din glanda pituitară anterioară în 1921, dar în mod chimic formă pură primit abia în 1956–1957. GH este sintetizată în celulele acidofile

Hormon lactotrop (prolactină, hormon luteotrop)
Prolactina este considerată unul dintre cei mai „vechi” hormoni ai glandei pituitare, deoarece poate fi găsită în glanda pituitară a animalelor terestre inferioare care nu au glande mamare, precum și

Hormon de stimulare a tiroidei (TSH, tirotropină)
Spre deosebire de hormonii peptidici considerați ai glandei pituitare, care sunt reprezentați în principal de un lanț polipeptidic, tirotropina este o glicoproteină complexă și, în plus, conține două

Hormoni gonadotropi (gonadotropine)
Gonadotropinele includ hormonul foliculostimulant (FSH, folitropina) și hormonul luteinizant (LH, lutropina) sau hormonul care stimulează celulele interstițiale. Ambii hormoni cu

Hormoni lipotropi (LTH, lipotropine)
Dintre hormonii glandei pituitare anterioare, a căror structură și funcție au fost elucidate în ultimul deceniu, trebuie remarcate lipotropinele, în special β- și γ-LTH. Cel mai detaliat

Hormoni paratiroidieni (hormoni paratiroidieni)
Hormonii de natură proteică includ și hormonul paratiroidian (hormonul paratiroidian), mai exact, un grup de hormoni paratiroidieni care diferă în secvența aminoacizilor. Sunt sintetizate de glandele paratiroide

Hormonii tiroidieni
Glanda tiroidă joacă un rol extrem de important în metabolism. Acest lucru este dovedit de schimbare bruscă metabolismul bazal observat în timpul tulburărilor de activitate glanda tiroida, precum și

Hormoni pancreatici
Pancreasul este una dintre glandele cu secretie mixta. Funcția sa exocrină constă în sinteza unui număr de enzime digestive cheie, în special amilază, lipază, tripsină, substanțe chimice.

Hormonii suprarenalieni
Glandele suprarenale sunt formate din două părți individuale morfologice și funcționale - medularul și cortexul. Materia creierului aparține sistemului cromafin sau suprarenal

Hormonii sexuali
Hormonii sexuali sunt sintetizați în principal în gonadele femeilor (ovare) și bărbaților (testiculelor); o anumită cantitate de hormoni sexuali este de asemenea produsă în placentă și cortexul suprarenal

Mecanismele moleculare de transmitere a semnalelor hormonale
În ciuda varietății uriașe de hormoni și substanțe asemănătoare hormonilor, baza actiune biologica majoritatea hormonilor se află surprinzător de similare, aproape identice fundamentale

Conceptul de metabolism.
Activitatea vitală a organismului este asigurată de o strânsă legătură cu Mediul extern care furnizează oxigen şi nutriențiși transformarea constantă a acestor substanțe în celulele corpului. produse Ra

Digestia și absorbția
Digestia carbohidraților începe deja în cavitatea bucală sub influența salivei care conține enzimele amilază și maltază, care asigură descompunerea carbohidraților în glucoză. În cavitatea stomacului

Indirect direct
glucoză (6 atomi de carbon) ↓ glucoză-6-fosfat (6 atomi de carbon)

Defalcare anaerobă
Defalcarea anaerobă începe cu descompunerea glucozei - glicoliză sau descompunerea glicogenului - glicogenoliza. Această cale de defalcare are loc în principal în mușchi. Esența acestui proces

Izomerizarea 3-fosfogliceratului
fosfoizomeraza 2 O = C – CH – CH2OP2O = C – CH – CH2OH | | | | O-OH O-OF

Defalcare aerobă
Piruvatul, format în timpul descompunerii anaerobe a carbohidraților, este decarbroxilat sub acțiunea piruvat dehidrogenazei (NAD+ și coenzima HSCoA) pentru a forma acetil coenzima A. &nb

Structura și sinteza glicogenului
Glicogenul este o polizaharidă ramificată, al cărei monomer este glucoza. Reziduurile de glucoză sunt legate în secțiuni liniare prin 1-4 legături glicozidice și în locuri de ramificare

Reglarea sintezei și tulburările acesteia
Defalcarea glicogenului are loc în principal între mese și se accelerează în timpul munca fizica. Acest proces are loc prin eliminarea secvenţială a reziduurilor de glucoză sub formă de gluco

Gluconeogeneza
Gluconeogeneza este procesul de sinteză a glucozei din substanțe non-carbohidrate. Principalele substraturi ale gluconeogenezei sunt piruvatul, lactatul, glicerolul și aminoacizii. Cea mai importantă funcție gluconeogeneza

Metabolismul lipidelor
Lipidele sunt un grup divers din punct de vedere structural de substanțe organice în care proprietate generală– hidrofobicitate. Grăsimile - trigliceridele - sunt cea mai compactă și consumatoare de energie formă de stocare a energiei.

Conversia trigliceridelor și oxidarea glicerolului.
Digestia grăsimilor este hidroliza grăsimilor de către enzima lipaza pancreatică. Grăsimea neutră care intră în celule este hidrolizată în glicerol și acizi grași sub acțiunea lipazelor tisulare.

Oxidarea acizilor grași
Acizii grași sunt atât acizi carboxilici superiori saturați, cât și nesaturați, al căror lanț de hidrocarburi conține mai mult de 12 atomi de carbon. În organism, oxidarea acizilor grași are loc prin

Biosinteza acizilor grași
Odată cu descompunerea acizilor grași în organism, are loc și formarea lor. Biosinteza acizilor grași este un proces ciclic în mai multe etape. Etapa I. 1) Condens CO2.

Transformări ale glicerofosfatidelor
În celule, sub acțiunea unor enzime fosfolipaze specifice, glicerofosfatidele sunt hidrolizate în componentele constitutive: Glicerofosfatidele sunt hidrolizate de fosfolipaze în glicerol, acizi grași

Importanța proteinelor în organism
Proteinele sunt enzime, hormoni etc sintetizate din substante anorganice este posibilă numai în corpul plantelor. În organismele animale, proteinele sunt sintetizate din aminoacizi, dintre care unii se formează în

Digestia și absorbția proteinelor
În cavitatea bucală, proteinele nu sunt descompuse, deoarece nu există enzime proteolitice. În stomac, proteinele sunt descompuse de suc gastric, din care se eliberează 2,5 litri pe zi. ÎN

Biosinteza proteinelor
Biosinteza proteinelor are o importanță științifică și clinică critică. Diferența dintre o proteină individuală și alta este determinată de natura și secvența de alternanță a aminoacizilor incluși în compoziția sa.

Dezaminarea aminoacizilor
Dezaminarea este descompunerea aminoacizilor sub acțiunea deaminazelor (oxidazelor) cu eliberarea de azot sub formă de amoniac. 1. Dezaminarea directă este tipică pentru α-aminoacizi (

Transaminarea (transaminarea) aminoacizilor
Transaminarea este reacția de transfer a unei grupări amino de la un aminoacid la un α-cetoacid. Doar Liz și Tre nu sunt supuse pre-raminarii. R R" R R"

Decarboxilarea aminoacizilor
Decarboxilarea are loc sub acțiunea decarboxilazelor cu eliminarea dioxidului de carbon din aminoacid și formarea aminelor.

Metabolismul proteinelor complexe
16.1 Metabolismul nucleoproteinelor Nucleoproteinele și derivații lor îndeplinesc diverse funcții în organism, participând la: - sinteza acizilor nucleici

Schimbul de hemoglobină
Din diferite cromoproteine cea mai mare valoare are hemoglobina. Hemoglobina alimentară este tract gastrointestinal se descompune în părțile sale componente - globină și hem. Globina ca proteină, hidroliți

Produse finale ale descompunerii aminoacizilor
În corpul uman, aproximativ 70 g de aminoacizi pe zi suferă descompunere și, ca urmare a reacțiilor de dezaminare și oxidare a aminelor biogene, este eliberată o cantitate mare.

Sinteza ureei, ciclul ornitinei
Principalul mecanism de neutralizare a amoniacului în organism este biosinteza ureei. Acesta din urmă este excretat prin urină ca produs final principal al metabolismului proteinelor, respectiv aminoacizilor

Metabolismul aminoacizilor individuali
parte principală aminoacizii sunt folosiți pentru sinteza proteinelor, restul suferă transformări și participă la formarea multor substanțe care sunt de mare importanță pentru organism. Carbon

Relația dintre metabolismul proteinelor, grăsimilor și carbohidraților. Schimb de apă și săruri minerale.
Un organism viu și funcționarea lui depind în mod constant de mediu inconjurator. Intensitatea schimbului cu mediul extern și viteza proceselor metabolice intracelulare

Relația dintre metabolismul carbohidraților și grăsimilor.
Produse finale metabolismul sunt CO2, H2O și uree. Dioxid de carbon, format în timpul decarboxilării carbohidraților, grăsimilor, proteinelor, acizilor nucleici, intră

Relația dintre metabolismul carbohidraților și al proteinelor.
Descompunerea proteinelor produce aminoacizi, dintre care majoritatea sunt numiți glicogeni și servesc ca sursă de substanțe necesare sintezei carbohidraților. În primul rând, aminoacizii sunt supuși

Relația dintre metabolismul proteinelor și al grăsimilor.
Se știu puține despre relația dintre acest tip de metabolism. Este posibil ca conversia aminoacizilor în acizi grași să aibă loc mai întâi prin formarea carbohidraților, deși unii aminoacizi sunt numiți

Conceptul de homeostazie.
Corpul este termodinamic sistem deschis, prin urmare, acest lucru îi permite să mențină stabilitatea, nivelul de performanță, precum și o relativă constanță mediu intern, care se numește go

Metabolismul apei și reglarea acesteia.
Apa este o parte integrantă a corpului. Toate reacțiile metabolice au loc în mediul apos în care există celule, iar comunicarea între ele este menținută prin lichid. Partea principală a vieții biologice

Metabolismul mineral
Minerale- Sunt substante esentiale pentru organism, desi nu au valoare nutritionalași nu sunt o sursă de energie. Semnificația lor este determinată de faptul că fac parte din toate