WWW.KONFERENCIYA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Конференции, лекции

 

ЛЕКЦИЯ 3

ОБЩИЕ ПУТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ, ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ И ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ.

1. Обмен веществ. Обмен веществ (или метаболизм) - это совокупность биохимических реакций превращения химических соединений, которые происходят в живых организмах.

Обмен веществ состоит из нескольких последовательных стадий:

1. Поступление биополимеров (белков, липидов, углеводов), витаминов, минеральных элементов, воды в организм в составе продуктов питания.

2. Превращение этих веществ в пищеварительном тракте в более простые соединения (мономеры: аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты, глицерин), которые всасываются эпителием слизистой оболочки желудка и кишечника.

3. Транспорт молекул кровью и лимфой, поступление через мембраны в клетки.

4. Внутриклеточный метаболизм биомолекул.

5. Выделение (экскреция) из организма конечных продуктов обмена веществ (СО2, NH3, мочевины, воды, продуктов конъюгации) Внутриклеточный метаболизм (промежуточный обмен) включает такие превращения:

а) расщепление биоорганических молекул (глюкозы, аминокислот, жирных кислот, глицерина) до конечных продуктов обмена (СО2, Н2О, NH3) с выделением энергии и ее аккумуляцией в виде АТФ и других макроэргических фосфатов. Совокупность процессов расщепления веществ с выделением энергии называется катаболизмом.

б) синтез специфических, генетически детерминированных данному организму, биополимеров и молекул (белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и др.), необходимых для образования собственных структур. Эти процессы называют анаболизмом.

в) использование энергии (в форме АТФ или иных формах) для обеспечения различных физиологических функций.

Процессы превращения одних метаболитов в другие составляют метаболические пути.

Метаболические пути делятся на:

1. катаболические, которые включают реакции расщепления биомолекул (гидролиза, окисления и др.);

2. анаболические, которые состоят из реакций синтеза сложных соединений (белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот);

3. амфиболические; метаболиты этих процессов могут превращаться как в катаболических, так и в анаболических процессах. Примером является цикл трикарбоновых кислот.

Обмен веществ связан с обменом энергии. Среди реакций метаболизма выделяют:

- экзэргонические реакции, которые сопровождаются выделением энергии; энергия аккумулируется в виде макроэргических соединений;

- эндэргонические реакции, для протекания которых необходимы затраты энергии (реакции синтеза и восстановления).

Типы обмена веществ. Различают аутотрофный и гетеротрофный типы. Они отличаются способом получения из окружающей среды углерода и энергии, необходимых для их жизнедеятельности и построения биоструктур.

Аутотрофные организмы необходимый им углерод получают из СО2 атмосферы, из которого строят все углеродсодержащие компоненты. Источником энергии служит солнечный свет, который улавливается в процессе фотосинтеза, поглощается специальными светочувствительными белками (хлорофилл зелёных растений). К аутотрофным организмам относятся:

зелёные растения, сине-зелёные водоросли, зелёные и пурпурные бактерии.

Гетеротрофные организмы получают углерод в виде сложных соединений (белков, углеводов, липидов и др.), которые содержатся в пищевых продуктах. Энергию гетеротрофы получают в экзэргонических реакциях, которые происходят в митохондриях. К гетеротрофным организмам относятся животные организмы.

Стадии катаболизма биомолекул. При расщеплении биомолекул в организме выделяют 3 стадии, которые являются общими для катаболизма различных биомолекул.

В первой стадии все сложные биомолекулы (полимеры) расщепляются до простых компонентов (мономеров): 1) полисахариды расщепляются до моносахаридов; 2) липиды (триацилглицеролы) – до жирных кислот и глицерина; 3) белки – до аминокислот; 4) нуклеиновые кислоты – до мононуклеотидов. Реакции этой стадии катализируются гидролазами желудка, и кишечника. На этой стадии высвобождается около 1% химической энергии, которая рассеивается в виде тепла.

Во второй стадии мономеры, образовавшиеся в первой стадии, внутриклеточно подвергаются превращениям с выделением энергии (20-30%). Основные реакции катаболизма:

1) для моносахаридов – гликолиз, конечным метаболитом которого является пировиноградная кислота, которая далее подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в активную форму уксусной кислоты – ацетил-КоА;

2) для жирных кислот – -окисление, конечным продуктом которого является ацетил-КоА;

для глицерина – расщепление до пирувата, который далее превращается в ацетил-КоА;

3) для аминокислот и нуклеотидов – дезаминирование и расщепление безазотистых молекул до ди- и трехуглеродных карбоновых кислот и их производных. Большинство этих метаболитов превращается в ацетил-КоА.

Таким образом, общим конечным продуктом второй стадии внутриклеточного катаболизма углеводов, липидов и аминокислот является ацетил-КоА.

В третьей стадии катаболизма в митохондриях происходит окисление ацетил-КоА до СО2 и Н2О и окислительное фосфорилирование с образованием АТФ. Окисление ацетил-КоА до СО2 происходит в цикле трикарбоновых кислот, при участии коферментов НАД и ФАД и цитохромов Атомы водорода поступают в дыхательную цепь (электронно-транспортная цепь митохондрий) и переносятся на кислород, образуя Н2О. Полученная энергия (на этой стадии образуется 70-80% енергии) используется для осуществления окислительного фосфорилирования, главного источника АТФ в организме.



Пируватдегидрогеназная реакция. Важнейшим источником ацетил-КоА является реакция окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты, которая катализируется мультиферментным пируватдегидрогеназным комплексом, который включает включает 3 фермента (Е1- пируватдегидрогеназа; Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза; Е3 дигидролипоилдегидрогеназа) и использует 5 коферментов. Суммарная реакция:

Первый фермент (пируватдегидрогеназа) катализирует декарбоксилирование пирувата с образованием СО2 и гидроксиэтильного производного тиаминдифосфата (ТДФ). Второй фермент (дигидролипоилацетилтрансфераза) переносит гидроксиэтильную группу от ТДФ сначала на окисленную форму липоевой кислоты, а далее на КоА с образованием ацетилКоА. Третий фермент (ФАД-содержащая дигидролипоилдегидрогеназа) катализирует окисление восстановленной формы липоевой кислоты с образованием ФАДН2, от которого атомы водорода переносятся на НАД с образованием в конечном итоге НАДН2, который и окисляется в дыхательной цепи митохондрий с выделением 3-х молекул АТФ.

Отметим, что в случае нарушения деятельности пируватдегидрогеназного комплекса замедляется метаболизм пировиноградной кислоты и ее концентрация резко возрастает в крови и моче. Это происходит, например, при дефиците тиамина (витамина В1), который является источником кофермента – тиаминдифосфата, или при наследственном дефиците пируватдегидрогеназы или дигидролипоилдегидрогеназы.

2. Цикл трикарбоновых кислот. Цикл трикарбоновых кислот (цикл лимонной кислоты, цикл Кребса) – аэробный метаболический цикл, в котором ацетил–КоА (ключевой метаболит обмена углеводов, белков, жиров) окисляется до СО2 с образованием атомов водорода, которые используются в дыхательной цепи митохондрий для получения АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Ферментативные реакции цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) представлены на рисунке.

1. Образование цитрата (лимонной кислоты) происходит при взаимодействии ацетилКоА с оксалоацетатом и идет при участии цитратсинтазы.

2.Превращение цитрата в изоцитрат катализируется ферментом аконитазой и состоит из двух этапов. Вначале происходит дегидратация лимонной кислоты с образованием цисаконитовой кислоты, а потом к цис-аконитовой кислоте вновь присоединяется молекула воды с образованием уже изолимонной кислоты.

3.Окисление изоцитрата до -кетоглутарата происходит при участии НАД-зависимой изоцитратдегидрогеназы, которая является регуляторным ферментом, положительным модулятором которого является АТФ, отрицательным – НАДН2. Образовавшийся НАДН2 далее окисляется в дыхательной цепи митохондрий с генерацией 3 молекул АТФ. В митохондриях имеется еще и НАДФ-зависимая изоцитратдегидрогеназа, так что при окислении изоцитрата образуется не только НАДН2 а и НАДФН2.

4.Окисление -кетоглутарата до сукцинил-КоА происходит путем окислительного декарбоксилирования при участии мультиэнзимного -кетоглутаратного комплекса, который подобен пируватдегидрогеназному комплексу. В результате образуется сукцинил-КоА и НАДН2 (последний окисляется в дыхательной цепи с генерацией 3 молекул АТФ).

5. Деацилирование сукцинил-КоА идет под влиянием сукцинил-тиокиназы. За счет энергии расщепления макроэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА образуется ГТФ (гуанозинтрифосфат) макроэргическое соединение, подобное АТФ. Далее ГТФ в нуклеозидфосфокиназной реакции способен превратится в АТФ.

6.Окисление сукцината в фумарат происходит при участии ФАД-зависимой сукцинатдегидрогеназы. Образовавшийся ФАДН2 окисляется в дыхательной цепи с генерацией молекул АТФ.

7.Превращение фумаровой кислоты в яблочную (малат) осуществляется под влиянием фермента фумаратгидратазы.

8.Окисление малата до оксалоацетата (щавелевоуксусной кислоты) происходит под влиянием НАД-зависимой малатдегидрогеназы. Образовавшийся НАДН2 окисляется в дыхательной цепи с генерацией 3 молекул АТФ. В митохондриях имеется еще и НАДФзависимая малатдегидрогеназа, которая продуцирует НАДФН2. Оксалоацетат - конечный продукт ЦТК может вступить во взаимодействие с новыми молекулами ацетил-КоА.

Энергетический баланс ЦТК. В ЦТК образуется 2 молекулы СО2 (в изоцитратдегидрогеназной и -кетоглутаратдегидрогеназной реакциях) и 3 молекулы НАДН2 и одна молекула ФАДН2. Окисление НАДН2 в дыхательной цепи митохондрий дает по 3 молекулы АТФ на каждую молекулу НАДН2 и по 2 молекулы АТФ на каждую молекулу ФАДН2. Одна молекула АТФ образуется за счет субстратного фосфорилирования на этапе превращении сукцинил-КоА в сукцинат. Таким образом, при полном окислении 1 молекулы ацетил-КоА до СО2 и Н2О генерируется 12 молекул АТФ.

ЦТК регулируется через изменение активности аллостерических ферментов цитратсинтетазы; изоцитратдегидрогеназы; альфа–кетоглутаратдегидрогеназы. Они активируются АДФ, но ингибируются АТФ, НАДН2, сукцинил–КоА, длинноцепочечными ацил–КоА.

Значение ЦТК. 1.Интегративное – цикл Кребса объединяет пути катаболизма углеводов, белков и жиров, т.к. в нем утилизируется молекулы ацетил-КоА, образующиеся при расщеплении этих веществ.





2.Энергетическое. При расщеплении 1 молекулы ацетил-КоА до конечных продуктов (СО2 и Н2О) генерируется 12 молекул АТФ.

3.Амфиболическое (двойственное). В ЦТК происходит не только катаболические процессы – окисление ацетил-КоА. Субстраты ЦТК используются и для реакций синтеза (анаболические процессы). Так, из оксалоацетата синтезируется аспарагиновая кислота; из кетоглутаровой кислоты – глутаминовая; из оксалоацетата - фосфоэнолпируват.

4.Гидрогендонорное. Реакции дегидрирования происходящие в ЦТК служат источником атомов водорода (НАДН2) для дыхательной цепи. В ЦТК образуется и НАДФН2 (НАДФзависимые изоцитрат- и малатдегидрогеназы), который далее используется как восстановитель при синтезе жирных кислот, стероидных гормонов, окислении ксенобиотиков.

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

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

Биологическое окисление это процесс окисления биологических веществ с выделением энергии.

Тканевое дыхание – процесс поглощения кислорода (О2) тканями при окислении органического субстрата с выделением углекислого газа (СО2) и воды (Н2О). Окислительное фосфорилирование это синтез АТФ сопряженный с тканевым дыханием.

Основным топливом при биологическом окислении является водород. Известно, что реакция окисление водорода кислородом в газовой среде сопровождается выделением большого количества энергии, сопровождаемым взрывом и пламенем. Эволюция живых организмов привела к тому, что реакция окисления водорода до воды оказалась разделенной на отдельные этапы, что обеспечивает постепенное высвобождение энергии в процессе биологического окисления. При этом часть полученной энергии рассеивается в виде тепла (около 60%) а другая часть (около 40%) аккумулируется в молекулах АТФ.

Макроэргические соединения – это вещества, содержащие богатые энергией связи.

Макроэргическая связь обозначается символом (знак «тильда»). Понятие макроэргическая связь довольно условно и применяется для обозначения тех связей, которые гидролизуются в водной среде с выделением значительной энергии. Так, гидролиз концевой фосфоангидридной связи АТФ (АТФ + Н2О АДФ + Фн), ведет к освобождению 34,5 кДж/моль энергии).

Однако, если реакция протекает в неводной среде (например, в липидном слое мембран), то образование и разрушение АТФ протекает без больших затрат энергии.

Вещества гидролиз которых, приводит к высвобождению более 21 кДж/моль энергии относят к высокоэнергетическим (макроэргам), а вещества освобождающие меньшие количества энергии - к низкоэнергетическим. К макроэргам относят: АТФ, другие трифосфаты нуклеозидов (ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ), аргининфосфат, креатинфосфат, ацетилфосфат, 1,3дифосфоглицерат, фосфоенолпируват и др. К низкоэнергетическим - глюкозо-6-фосфат, глюкозо-1-фосфат, глицерофосфат и другие. Уникальная роль АТФ состоит в том, что она имеет промежуточное значение энергии гидролиза и выполняет роль связующего звена (разменной монеты) между высоко- и низкоэнергетическими соединениями.

1.История развития учения о биологическом окислении 1. Теория активации кислорода (А.Н.Бах). Согласно этой теории непосредственным агентом, окисляющим субстрат является активированный кислород. Активация молекулярного кислорода осуществляется особыми ферментами оксигеназами и ведет к образованию реакционноспособных пероксидов, которые при участии ферментов пероксидаз и взаимодействуют с субстратом.

В дальнейшем оказалось, что действительно в клетках существует ферменты, способные активировать молекулярный кислород и использовать его для окисления ряда веществ. Существуют ферменты монооксигеназы, которые присоединяют к субстрату один атом кислорода (SH +1/2 O2 SOH ) и диоксигеназы, которые присоединяют к субстрату 2 атома кислорода (S + O2 SO2). Монооксигеназы и диоксигеназы катализируют реакции гидроксилирования стероидов, ксенобиотиков, образование простагландинов и лейкотриенов, но не принимают участия в процессах биологического окисления в митохондриях.

2.Теория активации водорода (Палладин, Украина). По этой теории, биологическое окисление может происходить путем дегидрирования субстрата и без участия кислорода, но при помощи коферментов – акцепторов водорода, т.е. окисление на первых этапах может происходить и в анаэробных условиях, а затем может идти при участии кислорода в аэробных условиях, в результате чего образуются молекулы воды.

Предполагалось, что акцептором атомов водорода являются соединения хинонной природы (подобные, убихинону). Сейчас установлено, что в процессе биологического окисления атомы водорода от субстрата отщепляются коферментами – НАД, НАДФ, ФАД и ФМН.

3.Виланд подтвердил теорию Палладина, и показал, что окисление спиртов и гидратных форм альдегидов принципиально возможно и в отсутствии свободного кислорода (до этого считалось, что только кислород способен оторвать атомы водорода от вещества).

4.Немецкий биохимик Варбург показал, что биологическое окисление идет с участием ферментов содержащих железо (цитохромов) и ферментов содержащих флавиновые коферменты.

5. В 30-х годах Энгельгардт наблюдал, что при тканевом дыхании синтезируются молекулы АТФ, а Белицер и Цыбакова (Украина) показали, что тканевое дыхание связано с транспортом электронов и ввели коэфициент Р/О, который показывает число молекул АТФ, которое образуется на каждый поглощенный атом кислорода.

6. В 1961–1966г.г. английский биохимик Митчел создал хемиоосмотическую теорию окислительного фосфорилирования, в которой связал синтез молекул АТФ в митохондриях с транспортом протонов через мембрану митохондрий (Нобелевская премия,1978 года).

2.Строение митохондрий. Внешняя мембрана митохондрий – играет разграничительную роль, в ней содержатся ферменты удлинения насыщенных жирных кислот, кинуренингидроксилаза, МАО (маркерный фермент) и др. Межмембранное пространство (ММП) – содержит аденилатциклазу и нуклеозиддифосфаткиназу). Внутренняя мембрана содержит ферменты тканевого дыхания. Маркерный фермент цитохромоксидаза. Матрикс (М) содержит ферменты ЦТК, -окисления жирных кислот, декарбоксилирования альфа–кетокислот.

Дыхательня цепь – это система ферментов и коферментов, которые принимают участие в транспорте электронов и протонов от окисляемого субстрата к кислороду. Дыхательная цепь включает: а) ферменты: НАД- или ФМН(ФАД)-зависимые дегидрогеназы; цитохромы (гемопротеины, содержащие простетическую группу гем); б) коферменты: НАД, ФМН, КоQ, гем. в) електронотранспортные белки (железосерные белки).

Все участники этой цепи разделены на четыре окислительно-восстановительные системы (комплексы), связанные между собой убихиноном (КоQ) и цитохромом с. Процесс начинается с переноса протонов и электронов от окисляемого субстрата на коферменты НАД или ФАД. Последнеее определяется тем, является ли дегидрогеназа, катализирующая первую стадию, НАД-зависимой или ФАД-зависимой. Но каким бы ни был исходный субстрат, электроны и протоны от флавинов переносятся к оксидоредуктаза. Включает ключевой фермент НАДН-дегидрогеназа и 5 железосерных кластеров (железосерные белки).

комплексов, но также и от ФАД-зависимых ферментов бета-окисления жирных кислот и других дегидрогеназ.

III комплекс – КоQ.Н2-цитохром-С-оксидоредуктаза. Включает цитохромы b и c и один железосерный белок. Комплекс осуществляет перенос электронов от восстановленной формы коэнзима Q к цитохрому с.

IV комплекс – (цитохромоксидаза). Включает 2 цитохрома (а и а3), (которые обозначаются как цитохромоксидаза), которые содержат 2 атома меди (медь также способна переносит электроны Cu1+ Cu2+). Цитохромоксидаза катализирует конечную реакцию биологического окисления – восстановление 2 электронами кислорода и образование воды.

Таким образом, комплексы I, III и IV обеспечивают постепенный перенос электронов и протонов от субстрата к кислороду. Энергия, которая высвобождается при движении электронов используется для переноса протонов из матрикса митохондрий в межмембранное пространство, где создается градиент концентраций ионов Н+, а этот градиент используется АТФ-синтазой для образования АТФ. Поэтому иногда выделяют еще комплекс V, который представлен Н+-транспортирующей АТФ-синтаза, хотя она и не переносит электроны.

4.Редокс-потенциал (РОП) – это величина электрического заряда, которая создается между платиновыми электродами, помещенными в раствор, содержащий окисленную и восстановленную форму вещества. Редокс-потенциалы различных веществ приравнивают к водородному потенциалу, величина которого принята за 0. Величины редокс-потенциалов большему. При пересчете РОП в энергию (уравнение G= nF.E0) общий перепад энергии в дыхательной цепи равен 220 кДж В дыхательной цепи имеются пункты где перепады РОП особенно велики. Так, на участке НАДН2 –коэнзим Q (комплекс I) изменение РОП составляет 0,27V, на участке цитохром b – цитохром с (комплекс III) – 0,22V, и на участке цитохром а3 – О2 (комплекс IV) – 0,53V, что соответствует энергии, соответственно, 51,0, 41,4 и 99,6 кДж. Этой энергии достаточно для синтеза 3-х молекул АТФ (синтез 1 молекулы АТФ требует затрат 30,5 кДж 5.Окислительное фосфорилирование – это процесс образования АТФ из АДФ и неорганического фосфата (Фн) в процессе тканевого дыхания. Согласно хемиосмотической теории Комплексы I, III и IV расположены асимметрично во внутренней мембране митохондрий и образуют 3 петли, которые обеспечивают перекачивания протонов из матрикса митохондрий в межмембранное пространство. То есть комплексы I, III и IV по сути служат протонными насосами. С каждой парой электронов, которые передаются от субстрата к кислороду, эти три петли транспортируют в межмебранное пространство 8-10 протонов (Н+). Источником протонов является диссоциация эндогенной воды:

Н2OН++ОН-, а энергия необходимая для транспорта ионов Н+ черпается за счет движения электронов. В матриксе накапливаются гидроксид-анионы ОН-, а в межмембранном пространстве ионы Н+ - т.е. формируется трансмембранный электрохимический градиент концентрации ионов Н+ – Н+. Внешняя поверхность внутренней мембраны, обращенная в межмембранное пространство, заряжается положительно (+), а внутренняя отрицательно (-).

Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ионов Н+, однако, они могут проходить назад в матрикс через протонный канал (фрагмент Fо) Н+-АТФ-синтазы. Второй фрагмент F1 фермента является каталитическим и осуществляет синтез АТФ. Каталитическая часть АТФ-синтазы катализирует три последовательные стадии синтеза АТФ. Вначале идет связывание АДФ и неорганического фосфата (1 стадия), затем образуется фосфоангидридная связь (2 стадия) и, наконец, освобождается конечный продукт реакции (3 стадия).

F1 фрагмент АТФ-синтазы функционирует как молекулярная машина и состоит из неподвижной части – статора и вращающейся части - ротора. Статор закреплен в липидном слое мембраны и осуществляет синтез АТФ из АДФ и фосфата. Ротор работает как подвижный клапан протонного канала. Протонный канал (фрагмент F0) состоит из двух половинок (полуканалов), смещенных одна относительно другой. Протон попадает в первый полуканал из межмембранного пространства, но сразу попасть в матрикс не может, поскольку проход закрыт белком-ротором. Ион Н+ связывается с аминогруппами белка-ротора, на нем появляется дополнительный положительный заряд, что заставляет ротор поворачиваться к той части статора, которая содержит отрицательно заряженные остатки аминокислот. После поворота связавшая протон часть ротора попадает во вторую половинку канала, ведущую в матрикс. В матриксе протон поджидают отрицательно заряженные гидроксид-анионы, ротор освобождается от Н+ и образуется вода. Таким образом, цикл протонирования– депротонирования ротора обеспечивает его поворот. Энергия и заряд протона используется для высвобождения в водную фазу молекулы АТФ, образованной в каталитической части АТФ-синтазы (считается, что образование самой АТФ не требует больших затрат энергии, поскольку происходит в липидной фазе мембраны).

.Коэфициент окислительного фосфорилирования (Р/О) этот число молекул неорганического фосфата (Фн), которое перешло в органическую форму (в форму АТФ) в расчете на каждый поглощенный атом кислорода. Он равняется числу молекул АТФ, которые образуются при перенесении 2-х электронов по дыхательной цепи на один атом кислорода (максимальное значение Р/О – 3). При окисления субстратов через НАДН-КоQ-редуктазу (через I, III, IV комплексы), образуется 3 молекулы АТФ (Р/О = 3). При окислении субстратов через сукцинат-КоQ–редуктазу (II, III, IV комплексы) образуется 2 молекулы АТФ (Р/О = 2).

Уровень АТФ является главным регулятором энергетического обмена в организме. Если в клетке идут процессы с потреблением АТФ, то это автоматически приводит к повышению скорости гидролиза АТФ и накоплению АДФ, а это ведет к усилению окислительного фосфорилирования. Наоборот повышение концентрации АТФ является сигналом для уменьшения потребности клетки в АТФ и ведет к торможению окислительного фосфорилирования.

6. Патология тканевого дыхания. Различают ингибиторы электронного транспорта, ингибиторы и разобщители окислительного фосфорилирования в митохондриях.

а) ингибиторы электронного транспорта – это вещества, которые взаимодействуют с компонентами дыхательной цепи и нарушают транспорт электронов по ней. Они являются клеточными токсинами, вызывают тканевую гипоксию. К ним относятся: 1) Ротенон (инсектицид), снотворные препараты амобарбитал (амитал) и секобарбитал – тормозит транспорт электронов через НАДН-КоQ-редуктазу; 2) Пиерицидин А (антибиотик), блокирует НАД НКоQ-редуктазу; 3) Антимицин А (антибиотик), блокирует дыхательную цепь на уровне III комплекса (цитохром b–цитохром с); 4) Цианиды (ионы СN-) – образуют комплексы с Fe3+ цитохромоксидазы, тормозят восстановление до Fe2+ в ЦХО; 5) Монооксид углерода (СО) – блокирует ЦХО, связываясь с гемом тормозит его взаимодействие с кислородом.

Тканевое дыхание угнетается также в том случае, если в организм с пищей поступает недостаточное количество витаминов РР и В2 (эти витамины являются предшественниками НАД и ФМН), а также микроэлементов железа и меди (Fe и Cu входят в состав цитохромов).

б) ингибиторы окислительного фосфорилирования Олигомицин (антибиотик), ингибитор Н+АТФ-синтазы (ее Fо-фрагмента).

в) разобщители окислительного фосфорилирования – это вещества, нарушающие образование электрохимического потенциала. Они, с одной стороны, усиливает поглощение митохондриями кислорода, а с другой стороны, снижается скорость (или прекращается) генерация АТФ. Развивается феномен неконтролированного дыхания митохондрий.

К разобщителям относятся липофильные вещества имеющие подвижный атом водорода.

Они легко встраиваются в митохондриальную мембрану и функционируют там, как переносчики ионов водорода, снижая тем самым трансмембранный градиент ионов водорода и синтез АТФ. К разобщителям относят: тироксин, динитрофенол, салициловая кислота, дикумарин и др. Так, при гиперфункции щитовидной железы у людей усиливается продукция тироксина и повышается температура тела. Тироксин, будучи разобщителем уменьшает образование АТФ в митохондриях и одновременно усиливая окисление субстратов в дыхательной цепи и продукцию тепла. Этот эффект может иметь и положительное значение: при пребывании в холодной воде усиление продукции тироксина способствует согреванию человека.

7. Дополнительные ферменты тканевого дыхания. Образование Н2O2 и СО2.

Напомним, что тканевое дыхание это процесс поглощения кислорода (О2) тканями при окислении органического субстрата с выделением углекислого газа и воды. Выше мы уже показали, как из атомов водорода в дыхательной цепи образуются молекулы воды. Однако процесс дегидрирования субстрата НАД- и ФАД-зависимыми дегидрогеназами одновременно ведет и к отщеплению концевой карбоксильной группы, которая выделяется в виде СО2. Главными источниками СО2 является реакции декарбоксилирования пировиноградной и альфа-кетоглутаровой кислот (см. выше). Еще один источник – это процесс декарбоксилирование аминокислот, который катализируется пиридоксаль-зависимыми ферментами.

Поглощенный клеткой кислород в основном (до 80-90%) используется для производства энергии в митохондриях. Однако, кислород используется и на другие цели – для синтеза стероидов, простагландинов, лейкотриенов, тирозина, катехоламинов, для метаболизма чужеродных веществ и т.д.. При этом часть поглощенного тканями кислорода неферментативным путем или при участии монооксигеназ способна превращаться в активные формы (супероксидный, гидроксильный. пероксильный радикалы, синглетный кислород, пероксид водорода, органическое пероксиды) Например, в митохондриях около 8% кислорода может превращаться в активные формы, поскольку ФМНН2 способен отдавать электороны не только на убихинон, но и непосредственно на молекулу кислорода, превращая его в супероксидный радикал. Супероксидный радикал и пероксид водорода, образуется также и под влиянием ксантиноксидазы, монооаминоксидазы, НАДФН-оксидазы, цитохрома Р450 и т.д. Супероксидный радикал при участии фермента супероксиддисмутазы превращается в пероксид водорода (Н2О2), а последний разрушается до воды каталазой и пероксидазой, глутатионпероксидазой). Ферменты обезвреживающие активные формы кислорода называются антиоксидантными, поскольку они защищают клетку от окислительного повреждения.

НАДФН + 2O2 НАДФ+ + 2О2- + Н+ (О2-. – супероксидный радикал) O2- + O2- + 2Н+ Н2О2 +О2 (супероксиддисмутаза) _ 2H2O2 2H2O + O2 (каталаза) H2O2 H2O + O (пероксидаза) H2O2 + 2G-SH H2O + G-S-S-G (глутатионпероксидаза) 10.Челночный механизм транспорта протонов из цитоплазмы в митохондрии.

Процессы дегидрирования в наибольших масштабах происходят в митохондриях, где сосредоточены дегидрогеназы цикла Кребса, цикла окисления жирных кислот и др. Однако большие количества водорода (и соответственно НАДН2) образуется в цитоплазме (в процессе гликолиза). Мембрана митохондрий непроницаема для НАДН2, поэтому непосредственный перенос атомов водорода из цитоплазмы в дыхательную цепь невозможен. Однако существуют механизмы переноса атомов водорода из цитоплазмы в митохондрию.

Глицеролфосфатная челночная система. Образованный в цитоплазме НАДН2 сначала используется для синтеза глицерофосфата из диоксиацетонфосфата, который проникает через мембрану в митохондрию. В митохондрии глицеролфосфат отдает НАДН2, после чего превращается в диоксиацетонфосфат, который возвращается в цитоплазму за новой порцией сначала используется для превращения оксалоацетат в малат, который далее транспортируется в митохондрию.В митохондрии малат окисляется до оксалоацетата с

Похожие работы:

«Расширение возможностей — лекция имени Амартьи Сена Кристин Лагард Директор-распорядитель Международного Валютного Фонда Лондон, 6 июня 2014 года Добрый вечер. Я безгранично рада возможности посетить этот мощный интеллектуальный центр и отдать дань одному из величайших мыслителей нашего времени. Особо хочу поблагодарить профессора Крэйга Калхуна за его любезные слова в мой адрес — я знаю, что профессор Калхун является выдающимся лидером в своей области и выдающимся руководителем Лондонской...»

«КУРС Добыча, подготовка и транспорт продукции на шельфе СамГТУ НТФ САМАРА 2008г Для ФДО 2 Курс Добыча, подготовка и транспорт продукции на шельфе Состав курса: 1. Лекции; 2. Практические занятия; 3. Экзамен. ЛЕКЦИИ Полный курс лекций в электронном виде имеется: - в каждом представительстве; - в деканате ФДО; - у преподавателя. Часть лекционного курса читается во время сессии в г. Самара. Полный курс лекций можно получить у преподавателя во время сессии в г. Самара при обучении на предыдущем...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Хабаровский государственный технический университет Кафедра истории Отечества, государства и права Н. Т. Кудинова ОТЕЧЕСТВЕННАЯ ИСТОРИЯ: Обзорная лекция по общему курсу для студентов всех специальностей Хабаровск ТОГУ-ЦДОТ 2008 В истории России можно выделить несколько больших периодов. Первый из них связан с образованием и расцветом Древнерусского государства – Киевской Руси....»

«2 Содержание № Название раздела Страница раздела 1 Обозначения и сокращения 3 2 Вводная часть 3 2.1 Предмет учебной дисциплины 3 2.2 Цель и задачи освоения учебной дисциплины 4 2.3 Место учебной дисциплины в структуре ООП ВПО ИГМУ 7 2.4 Требования к результатам освоения дисциплины 11 2.5 Разделы дисциплины и компетенции, которые формируются при их 20 изучении 3 Основная часть 3.1 Распределение трудоёмкости дисциплины и видов учебной работы по семестрам 3.2 Разделы дисциплины, виды учебной...»

«СОДЕРЖАНИЕ Предисловие Тема 1. ПРЕДМЕТ И НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СИСТЕМЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ Лекция 1. Государство и формы государственного управления Лекция 2. Система органов государственного управления Вопросы и задания для повторения Литература Тема 2. НАПРАВЛЕНИЯ, ЦЕЛИ И МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПОЛИТИКИ. 26 Лекция 3. Экономические аспекты государственной политики Лекция 4. Социальные аспекты государственной политики Вопросы и задания для повторения Литература Тема 3. ПЛАНОВО...»

«РУДОЛЬФ ШТАЙНЕР ПОЛНОЕ СОБРАНИЕ ТРУДОВ RUDOLF STEINER Die vierte Dimension Mathematik und Wirklichkeit Hrernotizen von Vortrgen ber den mehrdimensionalen Raum und von Fragenbeantwortungen zu mathematischen Themen Sechs zusammenhngende Vortrge, gehalten in Berlin vom 24. Mrz bis 7. Juni 1905. Zwei Einzelvortrge in Berlin vom 7. November 1905 und 22. Oktober 1908. Fragenbeantwortungen von 1904 bis 1922 1995 RUDOLF STEINER VERLAG DORNACH / SCHWEIZ РУДОЛЬФ ШТАЙНЕР Четвёртое измерение Математика и...»

«Аннотация к рабочей программе дисциплины Математика (общий курс) 1. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы В соответствии с учебным планом по направлению подготовки 140100.62 Теплоэнергетика и теплотехника дисциплина Математика (общий курс) относится к базовой части математического и естественно научного цикла. Дисциплина базируется на знаниях, имеющихся у студентов при получении среднего (полного) общего или среднего профессионального образования. 2. Цель изучения...»

«Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СОЦИОКУЛЬТУРНОГО МЕНЕДЖМЕНТА Курс лекций Укрупненная группа 07000 Культура и искусство Направление 071200.62 Социально-культурная деятельность и народное художественное творчество Факультет искусствоведения и культурологии Кафедра рекламы и социально-культурной деятельности Красноярск 2007 Модуль 1....»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального о.demo Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Среднетехнический факультет Конспект лекций по дисциплине Основы профессионального дизайна специальности  100106  ­  Организация  обслуживания  в общественном п.demo направления 100100 – Сервис для всех форм обучения среднетехнического факультета Разработал: преподаватель  кафедры ТПОП _К.С. Коростелева...»

«В октябре 2007г. исполнилось 85 лет со дня образования кафедры физиологии человека и животных. Она была создана на базе природоведческого отделения педагогического факультета БГУ в 1922 г. наряду с кафедрами ботаники и зоологии. В 1931г. из этого факультета (педагогического) выделились факультеты: химический, геологогеографический и биологический. Самостоятельно при БГУ существовал и медицинский факультет, который в 1930 г. был преобразован в медицинский институт. В эти и последующие годы...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ Кафедра энергетики С.М.ВОРОНИН НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ (курс лекций) Зерноград, 2008 УДК 631.371 Воронин С.М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Курс лекций. – Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2008. -...»

«Здравствуйте, В последнее время вам пришлось познакомиться с новым, непонятным и вызывающим беспокойство миром терминов и определений – заболевания аутистического спектра (ASD). В этом новом мире вас ожидают знакомства с различными учреждениями, бюрократией, дилеммами, специалистами, методами терапии и т.п. Семейный центр АЛУТ был создан для того, чтобы помочь вам справиться со всеми трудностями и нагрузками, и он предназначен, прежде всего, для вас. В центре к вашим услугам квалифицированный...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Восточно-Сибирский государственный технологический университет Распределенная обработка данных Курс лекций по дисциплине Распределенная обработка данных для студентов специальностей 220400 Программное обеспечение ВТ и АС и 351500 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем Составитель: Найханова Л.В. Издательство ВСГТУ Улан-Удэ, 2001 УДК: 681.142 Распределенная обработка данных: курс лекций / Сост. Найханова Л.В. – Улан-Удэ, Издво ВСГТУ,...»

«ГОЛОВНОЙ МОЗГ КАК МИШЕНЬ ДЛЯ ВИЧ Академик РАМН Н.А.Беляков Санкт Петербург, 2011 Институт экспериментальной медицины СЗО РАМН Санкт Петербургский Центр по профилактике и борьбе со СПИД и инфекционными заболеваниями Головной мозг как мишень для ВИЧ Актовая речь Академик РАМН Н.А.Беляков Санкт Петербург 2011 ББК 55.148 Беляков Н.А. Головной мозг как мишень для ВИЧ. — СПб.: Бал тийский медицинский образовательный центр, 2011. — 48 с, ил. В актовой речи на Ученом Совета Научно исследовательского ин...»

«Администрирование локальных сетей Лекция 7. Организация доступа к сети Задачи администрирования локальных сетей Основная цель администрирования ЛВС – реализация на процедурном уровне задачи обеспечения политики информационной безопасности, доступности и надежности информационных ресурсов сети. Инструменты администрирования – программные и аппаратные средства, обеспечивающие выполнение политики безопасности. Защита информационных ресурсов – Модель многослойной защиты Использование многослойной...»

«МАРК КОНСТАНТИНОВИЧ АЗАДОВСКИЙ 1 Марке Константиновиче Азадовском я слышал еще до поступления на филологический факультет Ленинград ского университета. О нем рассказывал мне мой брат В.В. Чистов. Он с 1934 г. учился в университете2 и с первого курса увлеченно работал на незадолго до этого открывшейся кафедре русского фольклора. С 1935 г. он начал участвовать в фольклорных экспедициях. До поступления в университет мне удалось прочитать и некото рые работы М.К. Азадовского — это был двухтомник,...»

«Лекция № 4 Возобновляемые источники энергии. Введение в проблему. Безруких П.П., д.т.н., зам. Генерального директора ГУ Институт энергетической стратегии, Председатель Комитета ВИЭ РосСНИО, академиксекретарь секции Энергетика РИА 1 Что такое ВИЭ? • Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это источники энергии на основе постоянно действующих, или периодически возникающих в природе, а также жизненном цикле растительного, или животного мира и жизнедеятельности человеческого общества, явлений....»

«Лекции Лекция 1 Базы данных План лекции: 1. Введение 2. Краткий обзор основных баз данных по геному человека 3. Работа с BLAST 4. Молекулярно-генетическая реконструкция филогении. Основные сведения 5. Выравнивание молекулярно-генетических последовательностей 6. Методы вычисления расстояний между последовательностями 7. Методы построения филогенетических деревьев 8. Методы оценки филогенетических деревьев Источники http://www.jcbi.ru/baza/ http://www.microarray.ru/ Термины Граф выравнивания,...»

«Лекция 1: Менеджмент персонала в системе управления организации. Персонал организации как объект управления. 1. Характеристика системы управления организации 2. Характеристика системы менеджмент персонала 3. Лекция 2: Характеристика основных процессов менеджмента персонала Потребность в персонале 1. Подбор персонала 2. Расстановка персонала 3. Система заработной платы и льгот 4. Адаптация персонала 5. Обучение и переобучение персонала 6. Оценка персонала 7. Формирование резервов специалистов и...»

«АННОТАЦИИ дисциплин и практик Направление 080200.68 –Менеджмент Подготовка к научно-исследовательской деятельности по программе - Маркетинг Квалификация (степень) выпускника - магистр Срок освоения ООП - 2 года А_080200.68_2_о_п_ФЭУ АННОТАЦИЯ примерной программы дисциплины Современные проблемы менеджмента Цель дисциплины Современные проблемы менеджмента – вооружить магистранта комплексом знаний, необходимых ему в самостоятельном ориентировании на практике и принятии оптимальных управленческих...»









 
2014 www.konferenciya.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Конференции, лекции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.