История учения о биологическом окислении.
Лекция № 8.
Образование воды как конечного продукта биологического окисления.
ИСТОРИЯ УЧЕНИЯ О БИОЛОГИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ.
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОЛОГИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ.
КОМПОНЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ.
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ. ИСТОРИЯ УЧЕНИЯ О БИОЛОГИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ.
Первые представления о биологическом окислении были высказаны ЛАВУАЗЬЕ, который говорил, что биологическое окисление - медленное горение. С химической точки зрения, горение - это взаимодействие углерода с кислородом с образованием СО2. Но в организме образование СО2 идёт путём ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЯ, а биологическое окисление протекает при низкой температуре, не путём образования СО2, в присутствии воды и без образования пламени. Исходя из этого, были выдвинуты следующие настоящие представления о биологическом окислении в начале 20 в.:
1.Теория «активации» кислорода академика БАХА. Ведущей ролью в процессе биологического окисления он представлял образование ПЕРОКСИДОВ.
Эти взгляды поддержали ботаники, т.к. в растениях много ПЕРOКСИДАЗ, а учёные, изучающие животные ткани, не поддержали эти взгляды, т.к. в них не обнаруживаются ПЕРОКСИДАЗЫ.
2.Теория активирования водорода академика ПАЛЛАДИНА. Он исходил из того, что в животных тканях много фермента - ДГ.
Конечным продуктом биологического окисления является вода. Взгляды БАХА и ПАЛЛАДИНА трансформировали. В настоящее время считается, что в биологическом окислении принимают участие ДГ и ОКСИДАЗЫ.
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОЛОГИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ.
1. Биологическое окисление, как и окисление вообще, есть процесс переноса электронов. То вещество, что отдаёт электроны, окисляется, то, что принимает, восстанавливается. Если акцептором электронов является кислород, то такой процесс называется ТКАНЕВЫМ ДЫХАНИЕМ. Биологическое окисление предполагает ДЕГИДРИРОВАНИЕ с образованием воды.
Если водород взаимодействует с кислородом с образованием воды вне организма, то это сопровождается взрывом.
Биологическое окисление - это процесс многоступенчатый - многоступенчатая передача электронов с постепенным выделением энергии, что исключает взрыв.
Биологическое окисление - это процесс, требующий много ферментов. Т.о. биологическое окисление - это многоступенчатый процесс транспорта электронов, осуществляемый комплексов ферментов. Этот комплекс ферментов называется ЭЛЕКТРОН-ТРАНСПОРТНОЙ ЦЕПЬЮ (ЭТЦ), или ЦЕПЬЮ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ (ЦПЭ), или дыхательной цепью. ЭТЦ - это своеобразный КОНВЕЕР по переносу электронов и протонов от субстрата к кислороду.
КОМПОНЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ.
НИКОТИНЗАВИСИМЫЕ ДГ, т.е. содержащие КОФЕРМЁНТЫ - НАД, НАДФ 2.ФЛАВИНЗАВИСИМЫЕ ДГ, т.е. содержащие КОФЕРМЁНТЫ - ФМН, ФАД.
З.УБИХИНОН (Ko-Q).
ЦИТОХРОМЫ: в, с, c1., а, а3.
ФЕРМЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ.
НАДН-ДГ(ФМН).
KOQ
4.Q*H2 - ДГ (ЦИТОХРОМЫ в, с 1).
ЦИТОХРОМ с.
НАДН2 — 3 АТФ
ФАДН2 — 2 АТФ
Теория ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ выдвинута английским учёным П. МИТЧЕЛОМ в 1961 г. и названа ХЕМИООСМОТИЧЕСКОЙ ТЕОРИЕЙ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ. Он объяснил процесс синтеза АТФ с биохимической позиции, но его взгляды не получили признания. Однако в последующем его теория подтвердилась, и через 17 лет он был удостоен Нобелевской премии.
Основные положения теории:
Процесс транспорта электронов происходит во внутренней мембране. Первые реакции окисления происходят в матрице. Протоны переносятся в межмембранное пространство, а электроны продвигаются по дыхательной цепи. В процессе работы дыхательной цепи внутренняя мембрана со стороны матрицы заряжается отрицательно, а со стороны межмембранного пространства положительно. Следовательно, возникает разность потенциалов, градиент концентрации ионов, и, соответственно, градиент РН. Т.о. РН со стороны матрицы будет менее кислая. Во время дыхания создаётся ЭЛЕКТРО-ХИМИЧЕСКИЙ градиент: концентрационный и разности потенциалов. Электрический и концентрационный градиент составляет ПРОТОНДВИЖУЩУЮ силу, которая даёт силу для синтеза АТФ. На определённых участках внутренней мембраны есть протонные каналы, образованные АТФ-СИНТЕТАЗОЙ. Протоны могут проходить обратно в матрицу, при этом образующаяся энергия идёт на синтез АТФ.
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АТФ.
QН2-ДГ.
ЦИТОХРОМОКСИДАЗА.
KOQ не связан с белками.
В организме возможен и ОКСИГЕНАЗНЫЙ путь биологического окисления. Он не относится к процессам, сопровождающимся выделением энергии, он не снабжает клетку энергией. Ферменты этого пути включают кислород и субстрат. Этот путь характерен для ДЕГИДРАТАЦИИ различных метаболитов, чаще всего чужеродных.
Стадии ОКСИГЕНАЗНОГО ПУТИ:
МОНООКСИГЕНАЗЫ - они катализируют включение в субстрат 1 атома кислорода, др. атом кислорода восстанавливается до воды. Для реакций катализируемых МОНООКСИГЕНАЗАМИ необходим КОСУБСТРАТ - донор электронов.
А-Н + О2 + ZH2 ® А-ОН + Z + Н2О
Где А-Н - субстрат
ZH2 - КОСУБСТРАТ
А-ОН - окисленный субстрат.
В организме есть несколько видов МОНООКСИГЕНАЗ и прежде всего МИКРОСОМАЛЬНЫЕ МОНООКСИГЕН АЗЫ, содержащие ЦИТОХРОМ Р-450.Т.к. образуется -ОН группа, то реакции называются ещё реакциями ГИДРОКСИЛИРОВАНИЯ. МИКРОСОМАЛЬНАЯ система участвует в деградации многих умеренно токсических соединений, лекарственных веществ. Восстановленным КОСУБСТРАТОМ в этих реакциях является НАДФ*Н2. Этот путь окисления иногда называют ГИДРОКСИЛАЗНЫМ ЦИКЛОМ.
При восстановлении
О2 + е ® О2-
Фермент - СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗА (СОД).
ГЛУТАТИОНПЕРОКСИДАЗА (восстановление Н2О2 за счет окисления ГЛУТАТИОНА).
УБИХИНОН.
МОЧЕВАЯ К-ТА.
БИЛИРУБИН.
ГЛУТАТИОН.
7.КОМПЛЕКСОНЫ ЖЕЛЕЗА (связывают железо, потенцирующего образование свободных радикалов).
СЕНЕРГИСТЫ АНТИОКСИДАНТОВсоединения, которые восстанавливают АНТИОКСИДАНТЫ, способствуя возвращению их в активную форму. В организме основным источником свободных радикалов являются фагоциты. При встрече фагоцита с чужеродным субстратом, он прикрепляется к нему и начинает выделять АФК. Они активируют свободно-радикальный процесс ПОЛ, поражают мембрану чужеродного агента, вызывая его гибель. К активации свободных радикалов в организме приводят:
НЕДОСТАТОК БИООКСИДАНТОВ.
ВНЕШНИЕ ФАКТОРЫ.
ХРОНИЧЕСКИЙ СТРЕСС.
ГИПОДИНАМИЯ.
ИЗБЫТОК ЖИРНОЙ ПИЩИ.
Лекция № 8.
Образование воды как конечного продукта биологического окисления.
ИСТОРИЯ УЧЕНИЯ О БИОЛОГИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ.