ბიოლოგიური ოქსიდაციის კვლევების ისტორია.

პირველი იდეები ბიოლოგიური დაჟანგვის შესახებ გამოთქვა ლავუაზიემ, რომელმაც თქვა, რომ ბიოლოგიური დაჟანგვა არის ნელი წვა. ქიმიური თვალსაზრისით, წვა არის ნახშირბადის ურთიერთქმედება ჟანგბადთან CO2-ის წარმოქმნით. მაგრამ ორგანიზმში CO2-ის წარმოქმნა ხდება დეკარბოქსილაციით, ხოლო ბიოლოგიური დაჟანგვა მიმდინარეობს დაბალ ტემპერატურაზე და არა CO2-ის წარმოქმნით წყლის თანდასწრებით და ალის წარმოქმნის გარეშე.

ამის საფუძველზე წამოაყენეს შემდეგი რეალური იდეები ბიოლოგიურის შესახებ. დაჟანგვა მე-20 საუკუნის დასაწყისში.

1. ჟანგბადის „გააქტიურების“ თეორია აკადემიკოს ბახის მიერ. მან წარმოადგინა პეროქსიდების წარმოქმნა, როგორც წამყვანი როლი ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესში.

ამ მოსაზრებებს მხარი დაუჭირეს ბოტანიკოსებმა, რადგან. მცენარეებს აქვთ ბევრი პეროქსიდაზა და მეცნიერები, რომლებიც სწავლობენ ცხოველურ ქსოვილებს, არ უჭერდნენ მხარს ამ მოსაზრებებს, რადგან პეროქსიდაზები მათში არ არის ნაპოვნი.

2. წყალბადის აქტივაციის თეორია აკადემიკოს პალადინის მიერ. ის გამომდინარეობდა იქიდან, რომ ცხოველურ ქსოვილებში ბევრია ფერმენტი - DG.

წყალი ბიოლოგიური დაჟანგვის საბოლოო პროდუქტია. BACH-ისა და PALLADIN-ის შეხედულებები შეიცვალა. ამჟამად ითვლება, რომ DG და OXIDASES მონაწილეობენ ბიოლოგიურ დაჟანგვაში.

თანამედროვე ცნებები ბიოლოგიური ჟანგვის შესახებ.

1. ბიოლოგიური დაჟანგვა, ისევე როგორც დაჟანგვა ზოგადად, არის ელექტრონების გადაცემის პროცესი. ნივთიერება, რომელიც აძლევს ელექტრონებს, იჟანგება, რაც ჩვენ ვიღებთ მცირდება. თუ ელექტრონის მიმღები არის ჟანგბადი, მაშინ ამ პროცესს ქსოვილის სუნთქვა ეწოდება. ბიოლოგიური დაჟანგვა გულისხმობს დეჰიდრატაციას წყლის წარმოქმნით.

R-H2 ---DG----> R + KoH2

KoH2 + 1/2 O2.------> Ko + H2O

თუ წყალბადი ურთიერთქმედებს ჟანგბადთან და წარმოქმნის წყალს სხეულის გარეთ, მაშინ ამას თან ახლავს აფეთქება. ბიოლოგიური დაჟანგვა მრავალსაფეხურიანი პროცესია - ელექტრონების მრავალსაფეხურიანი გადაცემა ენერგიის თანდათანობითი გამოყოფით, რაც გამორიცხავს აფეთქებას. ბიოლოგიური დაჟანგვა არის პროცესი, რომელიც მოითხოვს ბევრ ფერმენტს. რომ. ბიოლოგიური დაჟანგვა არის ელექტრონის ტრანსპორტირების მრავალსაფეხურიანი პროცესი, რომელიც ხორციელდება ფერმენტების კომპლექსით. ფერმენტების ამ კომპლექსს ეწოდება ELECTRON TRANSPORT CHAIN ​​(ETC), ან ELECTRON TRANSPORT CHAIN ​​(CPE), ან რესპირატორული ჯაჭვი. ETC არის ერთგვარი კონვეიერი ელექტრონების და პროტონების სუბსტრატიდან ჟანგბადში გადასატანად.

რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტები.

1. ნიკოტინზე დამოკიდებული DG, ე.ი. კოენზიმების შემცველი - OVER, NADP

2. ფლავინზე დამოკიდებული დგ-ები, ე.ი. შემცველი კოენზიმები - FMN, FAD.

3. UBIQUINONE (Co-Q)

4. ციტოქრომები: c, c, c1, a, a3.

თითქმის ყველა ეს კომპონენტი, გარდა პირველისა, ჩაშენებულია მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაში. ღვიძლში 5000-მდე ასეთი სასუნთქი ჯაჭვია, გულში კი 20000-მდე.

რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტების სტრუქტურა.

1. NAD-ში და NADP-ში სამუშაო ნაწილია ვიტამინი PP - NICOTINAMIDE.

2. FAD-ში და FMN-ში სამუშაო ნაწილია FLAVIN (ვიტამინ B2-ის კომპონენტი)

3. UBIQUINONE ადვილად გარდაიქმნება შემცირებულ ფორმაში KOQ + 2H + 2e = KOQ*H2

4.ციტოქრომები არის ჰეტეროპროტეინები. მათი ცილოვანი ნაწილია HEM, რომლის აგებულებაა 4 PYRROL რგოლი და რკინის ატომი, რომელიც ადვილად ცვლის ვალენტობას. შეიძლება ასევე შეიცავდეს სპილენძს.

რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტები.

1. DG სუბსტრატები განლაგებულია უჯრედის ციტოპლაზმაში, შეიძლება იყოს მიტოქონდრიულ მატრიქსში.

2. NADH - DG (FMN).

4. Q*H2 - DG (ციტოქრომები c, c1).

5.ციტოქრომი C.

6.ციტოქრომოქსიდაზა მონაწილეობს ელექტრონების ჟანგბადში გადატანაში (მოიცავს ციტოქრომებს a, a3).

რესპირატორული ჯაჭვის ფუნქციონირება.

სრული ETC - სუბსტრატის ურთიერთქმედება NAD-თან. შემცირებული ETC - სუბსტრატის ურთიერთქმედება FAD-თან და ელექტრონების და პროტონების შემდგომი ტრანსპორტირება დაუყოვნებლივ COENZYME Q-ში.

რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტების რიგი განისაზღვრება მათი d-oh პოტენციალის სიდიდით, ის მერყეობს -0,32 ვ-დან + 0,81 ვ-მდე. NADH2-სთვის დამახასიათებელია -0,32, O2-სთვის +0,81.

ოქსიდაციური ფოსფორილაცია.

რესპირატორულ ჯაჭვში იქმნება პირობები ატფ-ის სინთეზისთვის, ე.ი. საკმარისი ენერგია გამოიყოფა.

ბიოლოგიური დაჟანგვა

ბიოლოგიური დაჟანგვა (უჯრედული ან ქსოვილის სუნთქვა) - რედოქსული რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება სხეულის უჯრედებში, რის შედეგადაც კომპლექსური ორგანული ნივთიერებები იჟანგება სპეციფიკური ფერმენტების მონაწილეობით ჟანგბადით, რომელსაც სისხლი მიეწოდება. ბიოლოგიური დაჟანგვის საბოლოო პროდუქტებია წყალი და ნახშირორჟანგი. ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესში გამოთავისუფლებული ენერგია ნაწილობრივ გამოიყოფა სითბოს სახით, მაგრამ მისი ძირითადი ნაწილი მიდის რთული ორგანული ფოსფორის ნაერთების მოლეკულების წარმოქმნაზე (ძირითადად ადენოზინტრიფოსფატი - ATP), რომლებიც ენერგიის წყაროა. სხეულის სიცოცხლე.

ამ შემთხვევაში, დაჟანგვის პროცესი შედგება ელექტრონების და პროტონების თანაბარი რაოდენობის ამოღებაში დაჟანგული ნივთიერებიდან (სუბსტრატიდან). ბიოლოგიური დაჟანგვის სუბსტრატები არის ცხიმების, ცილების და ნახშირწყლების ტრანსფორმაციის პროდუქტები. სუბსტრატების ბიოლოგიური დაჟანგვა საბოლოო პროდუქტებამდე ხორციელდება თანმიმდევრული რეაქციების ჯაჭვით, რომელთა შუალედური პროდუქტები მოიცავს ტრიკარბოქსილის მჟავებს - ლიმონის, ცისაკონის და იზოციტრიკულ მჟავებს, ამიტომ რეაქციების მთელ ჯაჭვს ეწოდება ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი ან კრებსის ციკლი. (ამ ციკლის დამფუძნებელი მკვლევარის შემდეგ).

კრებსის ციკლის საწყისი რეაქცია არის ოქსალოძმარმჟავას კონდენსაცია ძმარმჟავას გააქტიურებულ ფორმასთან (აცეტატი), რომელიც წარმოადგენს ნაერთს აცეტილაციის კოენზიმთან - აცეტილ-CoA. რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება ლიმონის მჟავა, რომელიც ოთხჯერ დეჰიდროგენაციის (მოლეკულიდან წყალბადის 2 ატომის გამოდევნის) და ორჯერადი დეკარბოქსილირების (CO2 მოლეკულის ელიმინაციის) შემდეგ წარმოქმნის ოქსალოძმარმჟავას. კრებსის ციკლში გამოყენებული აცეტილ-CoA-ს წყაროებია ძმარმჟავა, პირუვინის მჟავა - გლიკოლიზის ერთ-ერთი პროდუქტი (იხ.), ცხიმოვანი მჟავები (იხ.) და ა.შ. კრებსის ციკლში აცეტილ-CoA-ს დაჟანგვასთან ერთად, სხვა. ნივთიერებები ასევე შეიძლება იყოს დაჟანგული, რომელსაც შეუძლია გარდაიქმნას ამ ციკლის შუალედურ პროდუქტებად, მაგალითად, ბევრი ამინომჟავა, რომელიც წარმოიქმნება ცილის დაშლის დროს. კრებსის ციკლის უმეტესი რეაქციების შექცევადობის გამო, მასში არსებული ცილების, ცხიმების და ნახშირწყლების (შუალედური ნივთიერებების) დაშლის პროდუქტები შეიძლება არა მხოლოდ დაჟანგდეს, არამედ მიიღება მისი მიმოქცევის დროს. ასე ხდება კავშირი ცხიმების, ცილების და ნახშირწყლების ცვლას შორის.

კრებსის ციკლში მიმდინარე ჟანგვის რეაქციებს ჩვეულებრივ არ ახლავს ენერგიით მდიდარი ნაერთების წარმოქმნა. გამონაკლისს წარმოადგენს სუქცინილ-CoA-ს სუქცინატად გადაქცევა (იხ. სუქცინის მჟავა), რასაც თან ახლავს გუანოზინტრიფოსფატის წარმოქმნა. ატფ-ის უმეტესი ნაწილი წარმოიქმნება რესპირატორული ფერმენტების ჯაჭვში (იხ.), სადაც ელექტრონების (და ადრეულ ეტაპებზე და პროტონების) გადატანას ჟანგბადში თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა.

წყალბადის ელიმინაციის რეაქციები ხორციელდება დეჰიდროგენაზას კლასის ფერმენტებით, ხოლო წყალბადის ატომები (ანუ პროტონები + ელექტრონები) მიმაგრებულია კოენზიმებთან: ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდი (NAD), ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდ ფოსფატი (NADP), ფლავინ ადენინ დინუკლეოტიდი (ADF), და ა.შ.

ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესები, რომლებიც დაკავშირებულია კრებსის ციკლთან და რესპირატორული ფერმენტების ჯაჭვთან, ძირითადად ხდება მიტოქონდრიებში და ლოკალიზებულია მათ გარსებზე.

ამრიგად, კრებსის ციკლთან დაკავშირებული ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესები მნიშვნელოვანია როგორც ენერგიით მდიდარი ნაერთების ფორმირებისთვის, ასევე ნახშირწყლების, ცხიმებისა და ცილების მეტაბოლიზმს შორის კავშირის განხორციელებაში. ბიოლოგიური დაჟანგვის სხვა ტიპებს, როგორც ჩანს, უფრო ვიწრო მნიშვნელობა აქვს, მაგალითად, უჯრედების ენერგომომარაგებას. ეს არის გლიკოლიზის სტადია, რომელიც შედგება მთელი რიგი ფოსფორის ნაერთების დაჟანგვაში NAD-ის ერთდროული შემცირებით და ატფ-ის წარმოქმნით ან პენტოზის ციკლის რეაქციით (ანუ გლუკოზა-6-ფოსფატის ჟანგვითი გარდაქმნა). თან ახლავს ფოსფოპენტოზის წარმოქმნა და შემცირებული NADP. პენტოზის ციკლი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ქსოვილებში, რომლებსაც ახასიათებთ ნუკლეინის მჟავების, ცხიმოვანი მჟავების, ქოლესტერინის და ა.შ. ინტენსიური სინთეზი. აგრეთვე მეტაბოლიზმი და ენერგია.

ბიოლოგიური დაჟანგვა - რედოქს რეაქციების ერთობლიობა, რომელიც ხდება ბიოლოგიურ ობიექტებში. ჟანგვის პროცესი გაგებულია, როგორც ელექტრონების ან ელექტრონების და პროტონების დაკარგვა ნივთიერების (წყალბადის ატომების დაკარგვა) ან ჟანგბადის დამატებით. საპირისპირო მიმართულების რეაქციები ახასიათებს აღდგენის პროცესს. შემცირების აგენტები არის ნივთიერებები, რომლებიც კარგავენ ელექტრონებს, ჟანგვის აგენტები არის ნივთიერებები, რომლებიც იძენენ ელექტრონებს. ბიოლოგიური დაჟანგვა არის ქსოვილის, ანუ ფიჭური სუნთქვის საფუძველი (პროცესი, რომლითაც ქსოვილები და უჯრედები შთანთქავენ ჟანგბადს და გამოყოფენ ნახშირორჟანგს და წყალს) - სხეულის ენერგიის მთავარი წყარო. ნივთიერება, რომელიც იღებს (იღებს) ელექტრონებს, ანუ მცირდება, არის მოლეკულური ჟანგბადი, რომელიც იქცევა ჟანგბადის ანიონად O -. წყალბადის ატომები გამოყოფილია ორგანული ნივთიერებებისგან - ჟანგვის სუბსტრატი (SH2), ელექტრონების დაკარგვისას გარდაიქმნება პროტონებად ან დადებითად დამუხტულ წყალბადის კატიონებად:

SH2→S→2H; 2Н→2H + + 2e: ½O2→О; О→2е→O -- ; 2H + + O -- →H2O + 55 კკალ. წყალბადის კათიონებსა და ჟანგბადის ანიონებს შორის რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება წყალი და რეაქციას თან ახლავს მნიშვნელოვანი რაოდენობის ენერგიის გამოყოფა ყოველ 18 გრ წყალზე). ნახშირორჟანგი წარმოიქმნება, როგორც ბიოლოგიური დაჟანგვის გვერდითი პროდუქტი. ო-ს ზოგიერთი რეაქცია. იწვევს წყალბადის ზეჟანგის წარმოქმნას, კატალაზას გავლენის ქვეშ დაშლის H2O და O2.

ენერგიის მომწოდებლები ადამიანის ორგანიზმში არის საკვები - ცილები, ცხიმები და ნახშირწყლები. თუმცა, ეს ნივთიერებები არ შეიძლება იყოს O.-ის სუბსტრატები. ისინი წინასწარ იშლება საჭმლის მომნელებელ ტრაქტში, სადაც ამინომჟავები წარმოიქმნება ცილებისგან, ცხიმოვანი მჟავები და გლიცერინი ცხიმებიდან, ხოლო მონოსაქარიდები, ძირითადად ჰექსოზები, რთული ნახშირწყლებიდან. ყველა ეს ნაერთი შეიწოვება და შედის (პირდაპირ ან ლიმფური სისტემის მეშვეობით) სისხლში. ორგანოებსა და ქსოვილებში წარმოქმნილ მსგავს ნივთიერებებთან ერთად, ისინი ქმნიან "მეტაბოლურ ფონდს", საიდანაც სხეული იღებს მასალას ბიოსინთეზისთვის და ენერგეტიკული მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად. ო-ს ძირითადი სუბსტრატები. არის ამინომჟავების, ნახშირწყლების და ცხიმების ქსოვილის მეტაბოლიზმის პროდუქტები, რომლებსაც უწოდებენ "ლიმონმჟავას ციკლის" ნივთიერებებს. ეს მოიცავს მჟავებს:

ლიმონი, ცისაკონიტი, იზოციტრიკული, სუქცინის ოქსიალური, α-კეტოგლუტარული, სუქცინი, ფუმარიული, ვაშლი, ოქსალოაციური.

პირუვის მჟავა CH3-CO-COOH პირდაპირ არ მონაწილეობს ლიმონმჟავას ციკლში, მაგრამ მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მასში, ისევე როგორც მისი დეკარბოქსილირების პროდუქტი - ძმარმჟავას CH3COCoA (აცეტილ-კოენზიმი A) აქტიური ფორმა.

პროცესები, რომლებიც შედის "ლიმონმჟავას ციკლში" ("კრების ციკლი", "ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი") მიმდინარეობს უჯრედულ ორგანელებში შემავალი ფერმენტების მოქმედებით, რომელსაც ეწოდება მიტოქონდრია. ლიმონმჟავას ციკლში შემავალი ნებისმიერი ნივთიერების დაჟანგვის ელემენტარული აქტი არის წყალბადის მოცილება ამ ნივთიერებიდან, ანუ დეჰიდროგენაციის აქტი შესაბამისი სპეციალურად მოქმედი დეჰიდროგენაზას ფერმენტის აქტივობის გამო (ნახ. 1).

ბრინჯი. 1. კრებსის ლიმონმჟავას ციკლის სქემა.

თუ პროცესი იწყება პირუვინის მჟავით, მაშინ კრებსის ციკლში წყალბადის ორი ატომის (2H) ელიმინაცია მეორდება 5-ჯერ და თან ახლავს დეკარბოქსილირების სამი თანმიმდევრული ეტაპი. პირველი მოქმედება - დეჰიდროგენაცია - ხდება მაშინ, როდესაც პირუვიკ მჟავა გარდაიქმნება აცეტილ-CoA-ში, რომელიც კონდენსირდება ოქსალოძმარმჟავასთან ერთად ლიმონმჟავაში. მეორედ დეჰიდროგენაცია იწვევს ოქსალოსუკცინის მჟავას იზოციტრის მჟავას წარმოქმნას. მესამე მოქმედება - წყალბადის ორი ატომის გაყოფა - დაკავშირებულია კეტოგლუტარის მჟავის სუქცინილ-CoA-ად გარდაქმნასთან; მეოთხე - სუქცინის მჟავას დეჰიდროგენაციით და, ბოლოს, მეხუთე - ვაშლის მჟავას ოქსალოძმარმჟავად გარდაქმნით, რომელსაც შეუძლია კვლავ კონდენსირება მოახდინოს აცეტილ-CoA-სთან და უზრუნველყოს ლიმონმჟავას წარმოქმნა. სუქცინილ-CoA-ს დაშლისას წარმოიქმნება ენერგიით მდიდარი ბმა (~ P) - ეს არის ეგრეთ წოდებული სუბსტრატის ფოსფორილირება: სუქცინილ-CoA + H3PO4 + ADP → სუქცინის მჟავა + CoA + ATP.

ბრინჯი. 2. ლიმონმჟავას ციკლის სუბსტრატების დეჰიდროგენაციის სქემა სპეციფიური ფერმენტებით, რომლებიც შედგება დისოციაციური კომპლექსებისგან: ცილები - b1, b2, b3 და b4 NAD და NADH2 და ცილა b5, რომელიც ქმნის კომპლექსს FAD-თან (succin dehydrogenase); CAA არის ცისაკონინის მჟავა.

ამ დეჰიდროგენაციის ოთხი აქტი ხორციელდება სპეციფიკური დეჰიდროგენაზების მონაწილეობით, რომელთა კოენზიმია ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდი (NAD). ერთი აქტი - სუქცინის მჟავას გარდაქმნა ფუმარინის მჟავად - ხდება სუქცინდეჰიდროგენაზას - ფლავოპროტეინ I-ის გავლენით. ამ შემთხვევაში კოენზიმი არის ფლავინის ადენინ დინუკლეოტიდი (FAD). დეჰიდროგენაციის ხუთი განმეორებითი აქტის შედეგად (ნახ. 2), ლიმონმჟავას ციკლში მიმდინარე რეაქციები იწვევს კოენზიმების შემცირებული ფორმების წარმოქმნას: 4-NADH2 1-FADH2. შემცირებული NAD დეჰიდროგენაზა, ანუ წყალბადის მიღება NADH2-დან, ასევე ეკუთვნის ფლავინის ფერმენტებს - ეს არის ფლავოპროტეინი II. თუმცა, იგი განსხვავდება სუქცინდეჰიდროგენაზასგან როგორც ცილის, ასევე ფლავინის კომპონენტის სტრუქტურით. FADH2-ის შემცველი I და II ფლავოპროტეინების შემცირებული ფორმების შემდგომი დაჟანგვა ხდება ციტოქრომების მონაწილეობით (იხ.), რომლებიც წარმოადგენს კომპლექსურ პროტეინებს - ქრომოპროტეინებს, რომლებიც შეიცავს რკინის პორფირინებს - ჰემებს.

როდესაც FADH2 იჟანგება, პროტონისა და ელექტრონების ბილიკები განსხვავდება: პროტონები გარემოში შედიან წყალბადის იონების სახით, ხოლო ელექტრონები ციტოქრომების სერიის მეშვეობით (ნახ. 3) გადადის ჟანგბადში, აქცევს მას ჟანგბადის ანიონად O - . FADH2-სა და ციტოქრომის სისტემას შორის, როგორც ჩანს, ჩართულია კიდევ ერთი ფაქტორი - კოენზიმი Q. სასუნთქი ჯაჭვის ყოველი შემდეგი რგოლი NADH2-დან ჟანგბადამდე ხასიათდება მაღალი რედოქსული პოტენციალით (იხ.). რესპირატორული ჯაჭვის განმავლობაში NADH2-დან ½O2-მდე, პოტენციალი იცვლება 1,1 ვ-ით (-0,29 ვ-დან + 0,81 ვ-მდე). მაგალითად, პირუვინის მჟავას სრული დაჟანგვით, რომელსაც თან ახლავს წყალბადის ხუთჯერადი ელიმინაცია, პროცესის ენერგოეფექტურობა იქნება დაახლოებით 275 კკალ (55X5). ეს ენერგია მთლიანად არ იფანტება სითბოს სახით; მისი დაახლოებით 50% გროვდება ენერგიით მდიდარი სახით

ფოსფორის ნაერთები, ძირითადად ადენოზინტრიფოსფატი (ATP).

ჟანგვის ენერგიის ტრანსფორმაციის პროცესი ენერგიით მდიდარ ობლიგაციებად (~P) ATP მოლეკულის საბოლოო ფოსფატის ნარჩენი ლოკალიზებულია შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანებში და დაკავშირებულია წყალბადის და ელექტრონების გადაცემის გარკვეულ ეტაპებთან რესპირატორული ჯაჭვის გასწვრივ (ნახ. 4). ზოგადად მიღებულია, რომ პირველი ფოსფორილირება დაკავშირებულია წყალბადის ტრანსპორტირებასთან NADH2-დან FAD-მდე, მეორე დაკავშირებულია ელექტრონების გადაცემასთან ციტოქრომ c1-ში და, ბოლოს, მესამე, ყველაზე ნაკლებად შესწავლილი, მდებარეობს ციტოქრომებს c და a-ს შორის. .

ენერგიით მდიდარი ობლიგაციების წარმოქმნის მექანიზმი ჯერ არ არის გაშიფრული. თუმცა აღმოჩნდა, რომ პროცესი შედგება რამდენიმე შუალედური რეაქციისგან (ნახ. 4 - J ~ X-დან ATP-მდე), რომელთაგან მხოლოდ ბოლოა ATP-ის ენერგიით მდიდარი ფოსფატის ნარჩენის წარმოქმნა. ტერმინალური ფოსფატის ჯგუფის ენერგიით მდიდარი კავშირი ATP-ში შეფასებულია 8,5 კკალზე გრამ-მოლეკულაზე (ფიზიოლოგიურ პირობებში, დაახლოებით 10 კკალ). სასუნთქი ჯაჭვით წყალბადისა და ელექტრონების გადატანისას, NADH2-ით დაწყებული და წყლის წარმოქმნით დამთავრებული, გამოიყოფა 55 კკალ და გროვდება ატფ-ის სახით მინიმუმ 25,5 კკალ (8,5X3). ამრიგად, ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესის ენერგოეფექტურობა არის დაახლოებით 50%.

ბრინჯი. 3. წყალბადის და ელექტრონების გადაცემის სქემა სასუნთქი ჯაჭვით; E0 - რედოქს პოტენციალი.

ბრინჯი. 5. ატფ-ფოსფატური ბმების ენერგიის (AMP-R~R) გამოყენების სქემა სხვადასხვა ფიზიოლოგიური ფუნქციისთვის.

ფოსფორილირების დაჟანგვის ბიოლოგიური მნიშვნელობა ნათელია (ნახ. 5): ყველა სასიცოცხლო პროცესი (კუნთოვანი მუშაობა, ნერვული აქტივობა, ბიოსინთეზი) მოითხოვს ენერგიის ხარჯვას, კიდეები უზრუნველყოფილია ენერგიით მდიდარი ფოსფატური ბმების (~P) რღვევით. არაფოსფორილირებადი - თავისუფალი - დაჟანგვის ბიოლოგიური მნიშვნელობა ჩანს მრავალრიცხოვან ჟანგვის რეაქციაში, რომლებიც არ არის დაკავშირებული ლიმონმჟავას ციკლთან და წყალბადისა და ელექტრონების გადაცემასთან რესპირატორული ჯაჭვის გასწვრივ. ეს მოიცავს, მაგალითად, ყველა არამიტოქონდრიულ ჟანგვის პროცესს, ტოქსიკური აქტიური ნივთიერებების ჟანგვითი მოცილებას და ბიოლოგიურად აქტიური ნაერთების რაოდენობრივი შემცველობის რეგულირების ბევრ აქტს (გარკვეული ამინომჟავები, ბიოგენური ამინები, ადრენალინი, ჰისტიდინი, სეროტონინი და ა.შ., ალდეჰიდები. და სხვ.) მეტ-ნაკლებად ინტენსიური დაჟანგვით. თავისუფალი და ფოსფორილირების ჟანგვის თანაფარდობა ასევე არის თერმორეგულაციის ერთ-ერთი გზა ადამიანებში და თბილსისხლიან ცხოველებში. აგრეთვე მეტაბოლიზმი და ენერგია.

ენერგიის გარეშე ვერც ერთი ცოცხალი არსება ვერ იარსებებს. ყოველივე ამის შემდეგ, ყველა ქიმიური რეაქცია, ყველა პროცესი მოითხოვს მის არსებობას. ვინმესთვის ამის გაგება და შეგრძნება ადვილია. თუ მთელი დღე საჭმელს არ მიირთმევთ, მაშინ საღამოს და შესაძლოა უფრო ადრეც, დაიწყება მომატებული დაღლილობის სიმპტომები, ლეტარგია, ძალა საგრძნობლად შემცირდება.

როგორ ადაპტირდნენ სხვადასხვა ორგანიზმები ენერგიის მისაღებად? საიდან მოდის ის და რა პროცესები მიმდინარეობს უჯრედის შიგნით? შევეცადოთ გაერკვნენ ამ სტატიაში.

ენერგიის მიღება ორგანიზმების მიერ

არ აქვს მნიშვნელობა, თუ როგორ მოიხმარენ არსებები ენერგიას, ის ყოველთვის სხვადასხვა მაგალითებს ეფუძნება. ფოტოსინთეზის განტოლება, რომელსაც ახორციელებენ მწვანე მცენარეები და ზოგიერთი ბაქტერია, ასევე არის OVR. ბუნებრივია, პროცესები განსხვავდება იმისდა მიხედვით, თუ რომელ ცოცხალ არსებას გულისხმობს.

ასე რომ, ყველა ცხოველი ჰეტეროტროფია. ანუ ისეთ ორგანიზმებს, რომლებსაც არ შეუძლიათ დამოუკიდებლად შექმნან მზა ორგანული ნაერთები საკუთარ თავში შემდგომი გახლეჩვისა და ქიმიური ობლიგაციების ენერგიის გასათავისუფლებლად.

მცენარეები, პირიქით, ორგანული ნივთიერებების ყველაზე ძლიერი მწარმოებელია ჩვენს პლანეტაზე. სწორედ ისინი ახორციელებენ რთულ და მნიშვნელოვან პროცესს, რომელსაც ეწოდება ფოტოსინთეზი, რომელიც შედგება წყლისგან გლუკოზის, ნახშირორჟანგის წარმოქმნაში სპეციალური ნივთიერების - ქლოროფილის მოქმედებით. გვერდითი პროდუქტია ჟანგბადი, რომელიც სიცოცხლის წყაროა ყველა აერობული ცოცხალი არსებისთვის.

რედოქსის რეაქციები, რომელთა მაგალითები ასახავს ამ პროცესს:

• 6CO 2 + 6H 2 O \u003d ქლოროფილი \u003d C 6 H 10 O 6 + 6O 2;

• ნახშირორჟანგი + ქლოროფილის პიგმენტის გავლენით (რეაქციის ფერმენტი) = მონოსაქარიდი + თავისუფალი მოლეკულური ჟანგბადი.

ასევე არსებობენ პლანეტის ბიომასის ისეთი წარმომადგენლები, რომლებსაც შეუძლიათ გამოიყენონ არაორგანული ნაერთების ქიმიური ბმების ენერგია. მათ ქიმიოტროფებს უწოდებენ. მათ შორისაა მრავალი სახის ბაქტერია. მაგალითად, წყალბადის მიკროორგანიზმები, რომლებიც ჟანგავს ნიადაგის სუბსტრატის მოლეკულებს. პროცესი ხდება ფორმულის მიხედვით: 2H 2 +0 2 \u003d 2H 2 0.

ბიოლოგიური დაჟანგვის შესახებ ცოდნის განვითარების ისტორია

პროცესი, რომელიც ეფუძნება ენერგიის წარმოებას, ახლა კარგად არის ცნობილი. დაჟანგვა. ბიოქიმიამ ისე დეტალურად შეისწავლა მოქმედების ყველა ეტაპის დახვეწილობა და მექანიზმი, რომ თითქმის აღარაფერი საიდუმლო დარჩა. თუმცა, ეს ყოველთვის ასე არ იყო.

პირველი ნახსენები ცოცხალ არსებებში მომხდარი ყველაზე რთული გარდაქმნების შესახებ, რომლებიც წარმოადგენენ ქიმიურ რეაქციებს ბუნებაში, გაჩნდა დაახლოებით მე-18 საუკუნეში. სწორედ ამ დროს ანტუან ლავუაზიემ, ცნობილმა ფრანგმა ქიმიკოსმა, ყურადღება გაამახვილა იმაზე, თუ რამდენად მსგავსია ბიოლოგიური დაჟანგვა და წვა. მან მიაკვლია სუნთქვის დროს შთანთქმის ჟანგბადის მიახლოებით გზას და მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ ჟანგვის პროცესები ხდება სხეულის შიგნით, მხოლოდ უფრო ნელა, ვიდრე გარეთ სხვადასხვა ნივთიერების წვის დროს. ანუ ჟანგვის აგენტი - ჟანგბადის მოლეკულები - რეაგირებს ორგანულ ნაერთებთან და კონკრეტულად მათგან წყალბადთან და ნახშირბადთან და ხდება სრული ტრანსფორმაცია, რომელსაც თან ახლავს ნაერთების დაშლა.

თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ ეს ვარაუდი არსებითად საკმაოდ რეალურია, ბევრი რამ გაუგებარი დარჩა. Მაგალითად:

• ვინაიდან პროცესები მსგავსია, მაშინ მათი წარმოქმნის პირობები უნდა იყოს იდენტური, მაგრამ დაჟანგვა ხდება სხეულის დაბალ ტემპერატურაზე;
• მოქმედებას არ ახლავს თერმული ენერგიის კოლოსალური რაოდენობის გამოყოფა და არ წარმოიქმნება ალი;
• ცოცხალ არსებებში, მინიმუმ 75-80% წყალი, მაგრამ ეს ხელს არ უშლის მათში საკვები ნივთიერებების „დაწვას“.

ყველა ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად და იმის გაგებას, თუ რას წარმოადგენს სინამდვილეში ბიოლოგიური დაჟანგვა, ერთ წელზე მეტი დასჭირდა.

არსებობდა სხვადასხვა თეორიები, რომლებიც გულისხმობდნენ პროცესში ჟანგბადისა და წყალბადის არსებობის მნიშვნელობას. ყველაზე გავრცელებული და წარმატებული იყო:

• ბახის თეორია, სახელწოდებით პეროქსიდი;
• პალადინის თეორია, რომელიც ეფუძნება ისეთ კონცეფციას, როგორიცაა "ქრომოგენები".

მომავალში კიდევ ბევრი მეცნიერი იყო, როგორც რუსეთში, ისე მსოფლიოს სხვა ქვეყნებში, რომლებმაც თანდათან შეიტანეს დამატებები და ცვლილებები კითხვაზე, რა არის ბიოლოგიური დაჟანგვა. თანამედროვე ბიოქიმიას, მათი მუშაობის წყალობით, შეუძლია თქვას ამ პროცესის ყველა რეაქციაზე. ამ სფეროში ყველაზე ცნობილ სახელებს შორისაა შემდეგი:

• მიტჩელი;
• S. V. Severin;
• ვარბურგი;
• ვ.ა.ბელიცერი;
• ლენინგერი;
• ვ.პ.სკულაჩევი;
• კრებსი;
• მწვანე;
• ვ.ა.ენგელჰარდტი;
• კაილინი და სხვები.

ბიოლოგიური დაჟანგვის სახეები

განიხილება პროცესის ორი ძირითადი ტიპი, რომლებიც ხდება სხვადასხვა პირობებში. ამრიგად, მიკროორგანიზმებისა და სოკოების მრავალ სახეობაში მიღებული საკვების გადაქცევის ყველაზე გავრცელებული გზა ანაერობულია. ეს არის ბიოლოგიური დაჟანგვა, რომელიც ხორციელდება ჟანგბადის წვდომის გარეშე და მისი რაიმე ფორმით მონაწილეობის გარეშე. მსგავსი პირობები იქმნება იქ, სადაც არ არის ჰაერზე წვდომა: მიწისქვეშა, დაშლილ სუბსტრატებში, სილაში, თიხებში, ჭაობებში და კოსმოსშიც კი.

ამ ტიპის დაჟანგვას სხვა სახელი აქვს - გლიკოლიზი. ეს არის ასევე უფრო რთული და შრომატევადი, მაგრამ ენერგიულად მდიდარი პროცესის - აერობული ტრანსფორმაციის ან ქსოვილის სუნთქვის ერთ-ერთი ეტაპი. ეს არის მეორე ტიპის პროცესი, რომელიც განიხილება. ის გვხვდება ყველა აერობულ ჰეტეროტროფულ ცოცხალ არსებაში, რომელიც იყენებს ჟანგბადს სუნთქვისთვის.

ამრიგად, ბიოლოგიური დაჟანგვის ტიპები შემდეგია.

1. გლიკოლიზი, ანაერობული გზა. არ საჭიროებს ჟანგბადის არსებობას და სრულდება დუღილის სხვადასხვა ფორმით.
2. ქსოვილის სუნთქვა (ოქსიდაციური ფოსფორილირება), ან აერობული ტიპი. მოითხოვს მოლეკულური ჟანგბადის არსებობას.

პროცესის მონაწილეები

მოდით მივმართოთ იმ მახასიათებლების განხილვას, რომელსაც შეიცავს ბიოლოგიური დაჟანგვა. განვსაზღვრავთ ძირითად ნაერთებს და მათ აბრევიატურებს, რომლებსაც მომავალში გამოვიყენებთ.

1. აცეტილკოენზიმ-A (აცეტილ-CoA) არის ოქსილისა და ძმარმჟავას კონდენსატი კოენზიმთან ერთად, რომელიც წარმოიქმნება ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის პირველ ეტაპზე.
2. კრებსის ციკლი (ლიმონმჟავას ციკლი, ტრიკარბოქსილის მჟავები) არის რთული თანმიმდევრული რედოქს ტრანსფორმაციების სერია, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა, წყალბადის შემცირება და მნიშვნელოვანი დაბალი მოლეკულური წონის პროდუქტების წარმოქმნა. ეს არის კატა- და ანაბოლიზმის მთავარი რგოლი.
3. NAD და NAD *H - ფერმენტ დეჰიდროგენაზა, გაშიფრული ნიკოტინამიდის ადენინ დინუკლეოტიდის სახით. მეორე ფორმულა არის მოლეკულა მიმაგრებული წყალბადით. NADP - ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდ ფოსფატი.
4. FAD და FAD *H - ფლავინის ადენინ დინუკლეოტიდი - დეჰიდროგენაზების კოენზიმი.
5. ATP არის ადენოზინტრიფოსფატი.
6. PVA არის პირუვინის მჟავა ან პირუვატი.
7. სუქცინატი ან სუქცინის მჟავა, H 3 RO 4 - ფოსფორის მჟავა.
8. GTP არის გუანოზინტრიფოსფატი, პურინის ნუკლეოტიდების კლასი.
9. ETC - ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვი.
10. პროცესის ფერმენტები: პეროქსიდაზები, ოქსიგენაზები, ციტოქრომ ოქსიდაზები, ფლავინის დეჰიდროგენაზები, სხვადასხვა კოენზიმები და სხვა ნაერთები.

ყველა ეს ნაერთი უშუალო მონაწილეა ჟანგვის პროცესში, რომელიც ხდება ცოცხალი ორგანიზმების ქსოვილებში (უჯრედებში).

ბიოლოგიური დაჟანგვის ეტაპები: ცხრილი

სცენა	პროცესები და მნიშვნელობა
გლიკოლიზი	პროცესის არსი მდგომარეობს მონოსაქარიდების ანოქსიურ დაყოფაში, რომელიც წინ უსწრებს უჯრედული სუნთქვის პროცესს და თან ახლავს ორი ATP მოლეკულის ტოლი ენერგიის გამომუშავება. პირუვატიც იქმნება. ეს არის საწყისი ეტაპი ჰეტეროტროფის ნებისმიერი ცოცხალი ორგანიზმისთვის. მნიშვნელობა PVC-ის წარმოქმნაში, რომელიც შედის მიტოქონდრიის კრისტებში და წარმოადგენს სუბსტრატს ჟანგბადით ქსოვილის დაჟანგვისთვის. ანაერობებში გლიკოლიზის შემდეგ იწყება სხვადასხვა სახის დუღილის პროცესები.
პირუვატის დაჟანგვა	ეს პროცესი მოიცავს გლიკოლიზის დროს წარმოქმნილი PVC-ის გარდაქმნას აცეტილ-CoA-ში. იგი ხორციელდება სპეციალიზებული ფერმენტული კომპლექსის პირუვატ დეჰიდროგენაზას გამოყენებით. შედეგი არის ცეტილ-CoA მოლეკულები, რომლებიც შედიან პროცესში.ნადი იმავე პროცესში მცირდება NADH-მდე. ლოკალიზაციის ადგილი - მიტოქონდრიის cristae.
ბეტა ცხიმოვანი მჟავების დაშლა	ეს პროცესი წინა პროცესის პარალელურად ტარდება მიტოქონდრიის კრისტაზე. მისი არსი არის ყველა ცხიმოვანი მჟავის გადამუშავება აცეტილ-CoA-ში და ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში მოქცევა. ის ასევე აღადგენს NADH-ს.
კრებსის ციკლი	იგი იწყება აცეტილ-CoA-ს ლიმონმჟავად გარდაქმნით, რომელიც შემდგომ გარდაქმნებს განიცდის. ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპი, რომელიც მოიცავს ბიოლოგიურ დაჟანგვას. ეს მჟავა ექვემდებარება: დეჰიდროგენაცია; დეკარბოქსილაცია; რეგენერაცია. თითოეული პროცესი რამდენჯერმე მეორდება. შედეგი: GTP, ნახშირორჟანგი, შემცირებული ფორმა NADH და FADH 2. ამავდროულად, ბიოლოგიური დაჟანგვის ფერმენტები თავისუფლად განლაგებულია მიტოქონდრიული ნაწილაკების მატრიცაში.
ოქსიდაციური ფოსფორილირება	ეს არის ევკარიოტულ ორგანიზმებში ნაერთების გარდაქმნის ბოლო ეტაპი. ამ შემთხვევაში ადენოზინის დიფოსფატი გარდაიქმნება ATP-ად. ამისთვის საჭირო ენერგია აღებულია იმ NADH და FADH 2 მოლეკულების დაჟანგვიდან, რომლებიც წარმოიქმნა წინა ეტაპებზე. ETC-ის გასწვრივ თანმიმდევრული გადასვლებით და პოტენციალების შემცირებით, ენერგია იდება ატფ-ის მაკროერგიულ ობლიგაციებში.

ეს არის ყველა პროცესი, რომელიც თან ახლავს ბიოლოგიურ დაჟანგვას ჟანგბადის მონაწილეობით. ბუნებრივია, ისინი სრულად არ არის აღწერილი, მაგრამ მხოლოდ არსებითად, ვინაიდან დეტალური აღწერისთვის საჭიროა წიგნის მთელი თავი. ცოცხალი ორგანიზმების ყველა ბიოქიმიური პროცესი უკიდურესად მრავალმხრივი და რთულია.

რედოქსის რეაქციის პროცესი

რედოქსის რეაქციები, რომელთა მაგალითებს შეუძლიათ აჩვენონ ზემოთ აღწერილი სუბსტრატის დაჟანგვის პროცესები, შემდეგია.

1. გლიკოლიზი: მონოსაქარიდი (გლუკოზა) + 2NAD + + 2ADP = 2PVK + 2ATP + 4H + + 2H 2 O + NADH.
2. პირუვატის დაჟანგვა: PVA + ფერმენტი = ნახშირორჟანგი + აცეტალდეჰიდი. შემდეგ შემდეგი ნაბიჯი: აცეტალდეჰიდი + კოენზიმი A = აცეტილ-CoA.
3. ლიმონმჟავას მრავალი თანმიმდევრული ტრანსფორმაცია კრებსის ციკლში.

ეს რედოქსული რეაქციები, რომელთა მაგალითები მოცემულია ზემოთ, ასახავს მიმდინარე პროცესების არსს მხოლოდ ზოგადი გზით. ცნობილია, რომ მოცემული ნაერთები ან მაღალი მოლეკულური წონაა, ან აქვთ დიდი ნახშირბადის ჩონჩხი, ამიტომ უბრალოდ შეუძლებელია ყველაფრის სრული ფორმულებით წარმოდგენა.

ქსოვილის სუნთქვის ენერგიის გამომუშავება

ზემოაღნიშნული აღწერებიდან ირკვევა, რომ ძნელი არ არის მთლიანი დაჟანგვის მთლიანი ენერგეტიკული გამოსავლის გამოთვლა.

1. გლიკოლიზის შედეგად წარმოიქმნება ATP ორი მოლეკულა.
2. პირუვატის დაჟანგვა 12 ATP მოლეკულა.
3. ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლზე 22 მოლეკულა მოდის.

დედააზრი: სრული ბიოლოგიური დაჟანგვა აერობული გზის გასწვრივ იძლევა ენერგიის გამომუშავებას, რომელიც ტოლია 36 ATP მოლეკულას. ბიოლოგიური დაჟანგვის მნიშვნელობა აშკარაა. სწორედ ამ ენერგიას იყენებენ ცოცხალი ორგანიზმები სიცოცხლისა და ფუნქციონირებისთვის, აგრეთვე მათი სხეულის გასათბობად, მოძრაობისა და სხვა საჭირო ნივთებისთვის.

სუბსტრატის ანაერობული დაჟანგვა

ბიოლოგიური დაჟანგვის მეორე ტიპი არის ანაერობული. ანუ ის, რომელსაც ყველა ახორციელებს, მაგრამ რომელზედაც ჩერდება გარკვეული სახეობის მიკროორგანიზმები. და ზუსტად მისგან ნათლად იკვეთება განსხვავებები აერობებსა და ანაერობებს შორის ნივთიერებების შემდგომ ტრანსფორმაციაში.

ამ გზის გასწვრივ ბიოლოგიური დაჟანგვის რამდენიმე ეტაპია.

1. გლიკოლიზი, ანუ გლუკოზის მოლეკულის დაჟანგვა პირუვატამდე.
2. დუღილი, რომელიც იწვევს ატფ-ის რეგენერაციას.

დუღილი შეიძლება იყოს სხვადასხვა სახის, ეს დამოკიდებულია ორგანიზმებზე, რომლებიც ახორციელებენ მას.

რძემჟავა ფერმენტაცია

მას ახორციელებენ რძემჟავა ბაქტერიები, ასევე ზოგიერთი სოკო. მთავარია PVC-ის აღდგენა რძემჟავა. ეს პროცესი გამოიყენება ინდუსტრიაში, რათა მიიღონ:

• რძის პროდუქტები;
• მწნილი ბოსტნეული და ხილი;
• ცხოველების სილოსები.

ამ ტიპის დუღილი ერთ-ერთი ყველაზე მეტად გამოიყენება ადამიანის საჭიროებებში.

ალკოჰოლური დუღილი

ხალხისთვის ცნობილია ანტიკურ დროიდან. პროცესის არსი არის PVC-ის გადაქცევა ეთანოლის ორ მოლეკულად და ორ ნახშირორჟანგად. ამ პროდუქტის მოსავლიანობის გამო, ამ ტიპის დუღილი გამოიყენება:

• პურის;
• დანაშაულის გრძნობა;
• ლუდი;
• საკონდიტრო ნაწარმი და სხვა.

მას ახორციელებენ სოკოები, საფუარი და ბაქტერიული ხასიათის მიკროორგანიზმები.

ბუტირიული დუღილი

დუღილის საკმაოდ ვიწრო სპეციფიკური ტიპი. ახორციელებს Clostridium-ის გვარის ბაქტერიები. დასკვნა არის პირუვატის გარდაქმნა ბუტირის მჟავად, რაც საკვებს აძლევს უსიამოვნო სუნს და მჟავე გემოს.

ამრიგად, ამ გზაზე მიმდინარე ბიოლოგიური დაჟანგვის რეაქციები პრაქტიკულად არ გამოიყენება ინდუსტრიაში. თუმცა, ეს ბაქტერიები დამოუკიდებლად თესავს საკვებ პროდუქტებს და იწვევს ზიანს, აქვეითებს მათ ხარისხს.

ნივთიერებათა ცვლის პროცესში საკვები პროდუქტები (ნახშირწყლები, ლიპიდები) განიცდის კატაბოლიზმს.

კატაბოლიზმი- ეს არის მაღალმოლეკულური ნივთიერებების დაბალმოლეკულურ ნივთიერებებზე დაყოფის პროცესი, რაც ენერგიის გამოყოფასთან ერთად მიმდინარეობს. კატაბოლიზმის პროცესში მაკრომოლეკულური ნივთიერებების სტრუქტურა გამარტივებულია.

კატაბოლიზმის პროცესში გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენება ახალი ნივთიერებების სინთეზისთვის, ე.ი. ანაბოლიზმის დროს.

მატერიისა და ენერგიის ტრანსფორმაციის ურთიერთქმედებას მეტაბოლიზმი ეწოდება.

ჟანგვის პროცესები მიმდინარეობს სხეულში და მის გარეთ. ამ პროცესებს აქვთ მსგავსება და განსხვავებები.

მსგავსება ჟანგვას შორის სხეულში და მის გარეთ.

1. დაჟანგვის შედეგად წარმოიქმნება იგივე საბოლოო პროდუქტები CO 2 და H 2 O.
2. იგივე რაოდენობის ენერგია გამოიყოფა.

განსხვავებები დაჟანგვას სხეულში და მის გარეთ.

1. სხეულის გარეთ ენერგია გამოიყოფა ნახშირბადის ატომების დაჟანგვის გამო, ხოლო ორგანიზმში წყალბადის ატომების დაჟანგვის გამო.

1. სხეულის გარეთ ჟანგბადი ერწყმის დაჟანგულ სუბსტრატს. სხეულში ჟანგბადი არ ერწყმის სუბსტრატს.
2. სხეულის გარეთ ენერგია ერთდროულად გამოიყოფა და არ გროვდება, ე.ი. არ მარაგდება. სხეულში ენერგია გამოიყოფა ნაწილებად, "კასკადურად" და გროვდება (ინახება). ენერგიის „კასკადური“ გამოყოფა იცავს უჯრედს გადახურებისგან.
3. ორგანიზმში ძირითადი დაჟანგვის რეაქციაა დეჰიდროგენაციის რეაქცია, ე.ი. წყალბადის (პროტონების) ელიმინაცია. დამხმარე რეაქციებია დეჰიდრატაციის და დეკარბოქსილირების რეაქციები.
4. ორგანიზმში დაჟანგვის პროცესი მრავალსაფეხურიანი, ფერმენტული პროცესია.

ბიოლოგიურ ობიექტებში სუბსტრატების დაჟანგვის პროცესს ბიოლოგიური დაჟანგვა ეწოდება.

ბიოლოგიური დაჟანგვის სახეები.

1. ქსოვილის სუნთქვა
2. სუბსტრატის დაჟანგვა

ქსოვილის სუნთქვა არის მრავალსაფეხურიანი ფერმენტული პროცესი, რომელშიც ჟანგბადი არის ელექტრონის საბოლოო მიმღები.

ქსოვილის სუნთქვის პროცესში მონაწილეობენ ფერმენტები - ოქსიდორედუქტაზები, რომლებიც ქმნიან სასუნთქ ჯაჭვს.

რესპირატორული ჯაჭვი არის ოქსიდორედუქტაზების კომპლექსი, რომელიც მონაწილეობს პროტონებისა და ელექტრონების გადატანაში დაჟანგული სუბსტრატიდან ჟანგბადში.

სასუნთქი ჯაჭვი მდებარეობს მიტოქონდრიულ კრისტებში.

სასუნთქი ჯაჭვის სტრუქტურა.

რესპირატორული ჯაჭვი მოიცავს ფერმენტების 4 ჯგუფს:

1. პირიდინდამოკიდებული დეჰიდროგენაზები - კოენზიმია NAD, NADP.

2. ფლავინდამოკიდებული დეჰიდროგენაზები – კოენზიმია FAD, FMN.

3. კოენზიმი Q ან უბიქინონი.

4. ციტოქრომები b, c, a, a 3.

ციტოქრომები არის ჰემის პროტეინები, რომლებიც შეიცავს ჰემს, როგორც არაცილოვან ნაწილს. ჰემი შეიცავს რკინის ატომს, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს მისი დაჟანგვის მდგომარეობა +3-დან +2-მდე ელექტრონის მოპოვებით ან გაცემით.

სასუნთქი ჯაჭვი შედგება ორი ნაწილისგან:

1. ადგილი, რომელშიც შედის პირიდინდამოკიდებული დეჰიდროგენაზები - კოენზიმი Q უზრუნველყოფს პროტონებისა და ელექტრონების გადაცემას. კოენზიმ Q დონეზე პროტონები მიტოქონდრიის გარემოში გადადიან, რადგან ციტოქრომებს სტრუქტურულად შეუძლიათ მხოლოდ ელექტრონების გადატანა.

2. ციტოქრომების მონაკვეთი, რომელიც უზრუნველყოფს მხოლოდ ელექტრონების გადაცემას.

ციტოქრომის სისტემის მთავარი მნიშვნელობა არის ელექტრონების გადატანა დაჟანგული სუბსტრატიდან მოლეკულურ ჟანგბადში წყლის წარმოქმნით:

ელექტრონისა და პროტონის ტრანსპორტირების სქემა რესპირატორული ჯაჭვის გასწვრივ.

ორი პროტონი და ორი ელექტრონი გადადის სასუნთქი ჯაჭვის გასწვრივ დაჟანგული სუბსტრატიდან ჟანგბადში.

რესპირატორული ჯაჭვის კოენზიმები, რომლებიც იღებენ პროტონებსა და ელექტრონებს, გადაიქცევა შემცირებულ ფორმაში და მათი შემოწირულობა კვლავ იქცევა დაჟანგულ ფორმაში.

მამოძრავებელი ძალა, რომელიც უზრუნველყოფს პროტონებისა და ელექტრონების გადატანას სუბსტრატიდან ჟანგბადში, არის რედოქს პოტენციალის განსხვავება. რესპირატორულ ჯაჭვში ხდება რედოქს პოტენციალის ზრდა (-0,32-დან +0,81-მდე O 2-ში).

ATP-ის ერთი მაკროერგიული ბმის სინთეზისთვის, რედოქსის პოტენციალის სხვაობა რესპირატორული ჯაჭვის ნაწილებს შორის არის დაახლოებით 0,22 ვ გადატანილი ელექტრონების წყვილზე.

სასუნთქი ჯაჭვის სიგრძე (ფერმენტების რაოდენობა) შეიძლება იყოს განსხვავებული და დამოკიდებულია დაჟანგული სუბსტრატის ბუნებაზე.

უჯრედისთვის მნიშვნელოვანია, რომ ჟანგბადის მოლეკულა, რომელსაც დაემატა 4 ელექტრონი, მთლიანად აღდგება წყლის ორ მოლეკულაში. ჟანგბადის არასრული შემცირების შემთხვევაში ორი ელექტრონის დამატების შემთხვევაში წარმოიქმნება წყალბადის ზეჟანგი, ხოლო ერთი ელექტრონის დამატებისას სუპეროქსიდის რადიკალი. წყალბადის ზეჟანგი და სუპეროქსიდის რადიკალი ტოქსიკურია უჯრედისთვის, რადგან აზიანებს უჯრედის მემბრანებს მემბრანის ლიპიდების უჯერი ცხიმოვანი მჟავების ნარჩენებთან ურთიერთქმედებით.

აერობული უჯრედები თავს იცავს პეროქსიდისა და სუპეროქსიდის მოქმედებისგან ორი ფერმენტის: სუპეროქსიდის დისმუტაზასა და კატალაზას დახმარებით.

ელექტრონის გადაცემის ენერგიის გამოყენების გზები.

როდესაც ელექტრონების წყვილი გადადის, ხდება თავისუფალი ენერგიის ცვლილება და ეს ენერგია გამოიყენება ორი გზით:

1. ელექტრონის გადაცემის ენერგია გამოიყენება ატფ-ის სინთეზისთვის.

2. ელექტრონის გადაცემის ენერგია გამოიყენება სითბოს წარმოქმნისთვის.

როდესაც ელექტრონების წყვილი გადადის სასუნთქი ჯაჭვის გასწვრივ, ხდება თავისუფალი ენერგიის ცვლილება, რომელიც უდრის 52,6 კკალს. ეს ენერგია საკმარისია 3 ATP მოლეკულის სინთეზისთვის. სამი ATP მოლეკულის სინთეზი სტანდარტულ პირობებში მოითხოვს კკალ-ის ხარჯვას.

ელექტრონის გადაცემის სამ წერტილში ხდება თავისუფალი ენერგიის უდიდესი ცვლილება და ამ წერტილებს უწოდებენ ქსოვილის სუნთქვისა და ოქსიდაციური ფოსფორილირების კონიუგაციის წერტილებს.

ოქსიდაციური ფოსფორილირება არის ATP-ის რესინთეზის პროცესი ADP-დან და Fn-დან, რომელიც დაკავშირებულია ქსოვილის სუნთქვასთან.

დაწყვილების წერტილები განლაგებულია ზონებში:

1. OVER/FAD

3. c a / a 3 O 2

კონიუგაციის წერტილები მუდმივია, მაგრამ მათი რაოდენობა დამოკიდებულია დაჟანგული სუბსტრატის ბუნებაზე.

NAD-დამოკიდებული სუბსტრატების დაჟანგვის დროს ხდება 3 კონიუგაციის წერტილი, ე.ი. 3ATP გამოიყოფა, როდესაც FAD-დამოკიდებული სუბსტრატები იჟანგება, ხდება 2 კონიუგაციის წერტილი და გამოიყოფა 3 ATP, ციტოქრომ-დამოკიდებული სუბსტრატების დაჟანგვისას, ატფ-ის რაოდენობა დამოკიდებულია იმაზე, თუ რომელ ციტოქრომის ელექტრონები იყრება: როდესაც ელექტრონები ყრიან ციტოქრომზე. b, 2ATP გამოიყოფა ოქსიდაციური ფოსფორილირების პროცესში, ხოლო ციტოქრომ c-ზე - 1ATP.

ფოსფორილირების კოეფიციენტი არის P/O თანაფარდობა, როგორც სუნთქვისა და ფოსფორილირების კონიუგაციის მაჩვენებელი.

აღმოჩნდა, რომ როდესაც ჟანგბადის ერთი ატომი შეიწოვება (ან როცა ელექტრონების წყვილი სუბსტრატიდან ჟანგბადში გადადის), არაორგანული ფოსფატის ერთი ატომი კი არა, დაახლოებით სამი, ე.ი. P/O კოეფიციენტი დაახლოებით უდრის 3. ე.ი. რესპირატორულ ჯაჭვში არის მინიმუმ სამი შეერთების წერტილი, სადაც არაორგანული ფოსფატი მონაწილეობს ატფ-ის ფორმირებაში.

ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესს შესაძლოა არ ახლდეს ატფ-ის სინთეზი.

ოქსიდაციას, რომელსაც არ ახლავს ატფ-ის სინთეზი, ეწოდება თავისუფალი დაჟანგვა. ამ შემთხვევაში ენერგია გამოიყოფა სითბოს სახით. ეს შეიძლება შეინიშნოს ტოქსინების მოქმედებით და თან ახლავს სხეულის ტემპერატურის მატება.

ბიოლოგიური დაჟანგვის დარღვევის მიზეზები.

1. დაჟანგვის სუბსტრატების ნაკლებობა (ნახშირწყლები, ლიპიდები, ე.ი. საკვები).

2. რესპირატორულ ჯაჭვში ფერმენტების მუშაობის დარღვევა:

1. აპოენზიმის დეფექტი (ფერმენტის ცილოვანი ნაწილის სინთეზი დაქვეითებულია).

2. კოენზიმის დეფექტი (კოფერმენტების სინთეზის დარღვევა B 2, B 5, K ვიტამინების ნაკლებობის გამო).

3. ჟანგბადის ნაკლებობა.

4. ინჰიბიტორების მოქმედება.

ამინობარბიტალი აფერხებს პროტონებისა და ელექტრონების გადაცემას NAD/FAD ადგილზე, ჩერდება NAD-ზე დამოკიდებული სუბსტრატების დაჟანგვა.

ანტიმიცინი აფერხებს ელექტრონის გადაცემას ციტოქრომ b, ციტოქრომ c ადგილზე.

ციანადები აფერხებენ ელექტრონის გადაცემას ციტოქრომ ოქსიდაზას/ჟანგბადის ადგილზე.

უმეტეს ფიზიოლოგიურ პირობებში, ელექტრონის გადაცემა დაკავშირებულია ოქსიდაციურ ფოსფორილირებასთან.

ზოგიერთმა ნაერთმა შეიძლება გამოიწვიოს ქსოვილის სუნთქვის დაშლა და ჟანგვითი ფოსფორილირება. ამ პროცესების დამაკავშირებელია შემდეგი ნაერთები: 2,4 - დინიტროფენოლი, ფარისებრი ჯირკვლის ჰორმონი - თიროქსინი, დიკუმარინი და მისი წარმოებულები, ცხიმოვანი მჟავები.

ოქსიდაციური ფოსფორილირებისა და ქსოვილის სუნთქვის გამოყოფა შეიძლება ბიოლოგიურად სასარგებლო იყოს. გათიშვა არის სითბოს წარმოქმნის გზა, რათა შეინარჩუნოს სხეულის ტემპერატურა ჰიბერნაციაში მყოფ ცხოველებში და სიცივეზე ადაპტირებულ ძუძუმწოვრებში. ცხიმოვანი მჟავები, რომლებიც გროვდება ყავისფერ ცხიმოვან ქსოვილში, მოქმედებს როგორც გამხსნელი. ახალშობილებს ასევე აქვთ ისეთი ყავისფერი ცხიმი, რაც შესაძლებელს ხდის სხეულის ტემპერატურის შენარჩუნებას თერმორეგულაციის ჯერ კიდევ არასრულყოფილი სისტემით.

ფარისებრი ჯირკვლის ჰიპერფუნქციის მქონე პაციენტებში აღინიშნება სხეულის ტემპერატურის მატება, რაც განპირობებულია თიროქსინით გამოწვეული ქსოვილების სუნთქვის და ოქსიდაციური ფოსფორილირების პროცესების შეუწყნარებლობით.

ქსოვილებში ჟანგბადის ნაკლებობით, ქსოვილის სუნთქვის პროცესი რთულია და ქსოვილებში ხდება სუბსტრატის დაჟანგვა.

სუბსტრატის დაჟანგვა არის ჟანგვის პროცესი, რომლის დროსაც ელექტრონის საბოლოო მიმღები არის სუბსტრატი და არა ჟანგბადი.

სუბსტრატის დაჟანგვა არის ენერგიის გადაუდებელი წყარო ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში.

ჟანგბადის ნაკლებობა (ჰიპოქსია) ხდება ორგანიზმში ფიზიკური მუშაობის დროს, მთებზე ასვლისას, წყალქვეშ დაშვებისას, სასუნთქი სისტემის, გულ-სისხლძარღვთა სისტემის და ჰემატოპოეზური სისტემის დაავადებების დროს.

სუბსტრატის დაჟანგვა ენერგიულად ნაკლებად ხელსაყრელია, ვიდრე ქსოვილის სუნთქვა, ვინაიდან სუბსტრატების რედოქს პოტენციალი უმნიშვნელოდ განსხვავდება.

ორგანიზმში, ოქსიდაციურ ფოსფორილირებასთან ერთად, ენერგიის მიმნიჭებელი პროცესია სუბსტრატის ფოსფორილირება.

სუბსტრატის ფოსფორილირება არის მაკროერგიული ნაერთების წარმოქმნის პროცესი სუბსტრატის მაკროერგიული ბმების გამო.

ყველაზე მნიშვნელოვანი მაკროერგიული ნაერთია ATP.

მაკროერგიული ობლიგაციების ენერგია გროვდება მთელ რიგ ნაერთებში: კრეატინ ფოსფატი, 1,3-დიფოსფოგლიცერატი, GTP და სხვ.

ბიოლოგიური დაჟანგვა

ქსოვილის სუნთქვა თავისუფალი დაჟანგვა სუბსტრატის დაჟანგვა

ენერგეტიკასთან დაკავშირებული

ჟანგვითი გამოყოფილი

ფოსფორილირება სითბოს სახით

ენერგია გამოიყოფა

ATP-ის სახით

ფოსფორილირება

ოქსიდაციური ფოსფორილირება სუბსტრატის ფოსფორილირება

ასოცირებული მიტოქონდრიულ მემბრანებთან, რომლებიც არ ასოცირდება მემბრანებთან

ურალის სახელმწიფო სამედიცინო აკადემია

ბიოორგანული და ბიოლოგიური ქიმიის კათედრა

კურსის მუშაობა თემაზე:

ბიოლოგიური დაჟანგვა.

მხატვრები:სტუდენტები

პედიატრიული

ფაკულტეტი 223 ჯგუფი

ზარუბა ნ.ს., ჭაშჩინა ე.ე.

ხელმძღვანელი:ასისტენტ - პროფესორი,

დოქტორი ტრუბაჩოვი ს.დ.

მიმომხილველი:

ეკატერინბურგი 2002 წ.

I. შესავალი ……………………………………………………………………………...3

II. ზოგადი იდეები ბიოლოგიური დაჟანგვის შესახებ.

რედოქსის სისტემები და პოტენციალი……..3

III. უჯრედში ჟანგბადის გამოყენების გზები……………………………………

ოქსიდაზას გზა ჟანგბადის გამოყენებისთვის. მიტოქონდრია.

ფერმენტები, მათი ლოკალიზაცია და მნიშვნელობა ჟანგვის პროცესებში…….5

IV. საკვები ნივთიერებების ენერგიის გამოყენების ეტაპები……………………6

V. ოქსიდაციური ფოსფორილირება……………………………………………9

მიტჩელის ქიმიოსმოტიკური თეორია…………………………………..9

რედოქსი - ჟანგვითი ფოსფორილირების ჯაჭვი…………………10

VI. კრებსის ციკლი………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………21

CTC-ის გახსნა………………………………………………………..22

რეაქციები, ფერმენტები. რეგულირება ………………………………… ... 23

VII. მაკროენერგიული ნაერთები და ბმები…………………………………………………………………………………………

VIII. ვიტამინი RR. მონაწილეობა ჟანგვის პროცესებში……………………….30

IX. მიკროსომური დაჟანგვა……………………………………………………………………………………………………………………………………………

მონოოქსიგენაზას რეაქციები………………………………………… 31

დიოქსიგენაზას რეაქციები………………………………………………….32

ციტოქრომები …………………………………………………………… 32

X. ჟანგბადის გამოყენების პეროქსიდაზას გზა…………………..33

XI. ფერმენტული ანტიოქსიდანტური დაცვა…………………………… 34

სუპეროქსიდის დისმუტაზა, კატალაზა, პეროქსიდაზა………………….34

XII. არაფერმენტული ანტიოქსიდანტური დაცვა……………………………35

ვიტამინები C, E და P………………………………………………………...35

XIII. დასკვნა…………………………………………………………..38

XIV. გამოყენებული ლიტერატურა………………………………………………………..39

შესავალი.

ქიმიაში დაჟანგვა განისაზღვრება, როგორც ელექტრონების მოცილება, ხოლო შემცირება - ელექტრონების დამატება; ეს შეიძლება ილუსტრირებული იყოს ფერო-იონის ფერი-იონში დაჟანგვის მაგალითით:

Fe 2+ -e → Fe 3+

აქედან გამომდინარეობს, რომ დაჟანგვას ყოველთვის ახლავს ელექტრონის მიმღების შემცირება. რედოქს პროცესების ეს პრინციპი თანაბრად გამოიყენება ბიოქიმიურ სისტემებზე და ახასიათებს ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესების ბუნებას.

მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი ბაქტერია (ანაერობები) ცხოვრობს ჟანგბადის არარსებობის პირობებში, უმაღლესი ცხოველების სიცოცხლე მთლიანად დამოკიდებულია ჟანგბადის მიწოდებაზე. ჟანგბადი ძირითადად გამოიყენება სუნთქვის პროცესში - ეს უკანასკნელი შეიძლება განისაზღვროს, როგორც უჯრედული ენერგიის აღების პროცესი ატფ-ის სახით წყალბადთან ჟანგბადის კონტროლირებადი დამატების დროს წყლის წარმოქმნისას. გარდა ამისა, მოლეკულური ჟანგბადი შედის სხვადასხვა სუბსტრატებში ფერმენტების მონაწილეობით, რომელსაც ეწოდება ოქსიგენაზები. ბევრ წამალს, ორგანიზმისთვის უცხო ნივთიერებებს, კანცეროგენებს (ქსენობიოტიკებს) ესხმის ამ კლასის ფერმენტები, რომლებსაც ერთად ციტოქრომ P 450 ეწოდება.

კრიტიკული პირობების პათოგენეზში წამყვანი ადგილი უჭირავს უჯრედული მეტაბოლიზმის ჰიპოქსიურ დარღვევებს. პათოლოგიური პროცესების შეუქცევადობის ფორმირებაში მთავარი როლი მიეკუთვნება უჯრედული მეტაბოლიზმის დარღვევის უკიდურეს გამოვლინებებს. უჯრედისთვის ჟანგბადის ადეკვატური მიწოდება მისი სიცოცხლისუნარიანობის შენარჩუნების მთავარი პირობაა.

ჟანგბადის შეყვანამ შეიძლება გადაარჩინოს იმ პაციენტების სიცოცხლე, რომლებსაც აქვთ დარღვეული სუნთქვა ან სისხლის მიმოქცევა. ზოგიერთ შემთხვევაში წარმატებით იქნა გამოყენებული მაღალი წნევის ოქსიგენოთერაპია; თუმცა, უნდა აღინიშნოს, რომ ინტენსიურმა ან გახანგრძლივებულმა მაღალი წნევის ჟანგბადის თერაპიამ შეიძლება გამოიწვიოს ჟანგბადის ტოქსიკურობა.

ამ ნაშრომის წერისას ჩვენ გვქონდა მიზანი: შეგვესწავლა ბიოლოგიური დაჟანგვა და მისი მნიშვნელობა უჯრედისა და მთლიანად ორგანიზმის ცხოვრებაში. ამისათვის ჩვენ განვიხილეთ:

უჯრედის მიერ ჟანგბადის გამოყენება;

უჯრედის ენერგიის წყაროები - ლიმონმჟავას ციკლი (კრებსის ციკლი), ოქსიდაციური ფოსფორილირება;

მიკროსომური დაჟანგვა;

ანტიოქსიდანტური დაცვა

ზოგადი იდეები ბიოლოგიური დაჟანგვის შესახებ.

რედოქსის სისტემები და პოტენციალი.

ენერგიის წყარო, რომელიც გამოიყენება ყველა სახის სამუშაოს შესასრულებლად (ქიმიური, მექანიკური, ელექტრული და ოსმოსური) არის ქიმიური კავშირის ენერგია. ნახშირწყლების, ცხიმების, ცილებისგან და სხვა ორგანული ნაერთებისგან ენერგიის განთავისუფლება ხდება მათი რედოქსის დაშლის დროს. გამოთავისუფლებული ენერგია იხარჯება ატფ-ის სინთეზზე.

თავისუფალი ენერგიის ცვლილება, რომელიც ახასიათებს ჟანგვის და შემცირების რეაქციებს, პროპორციულია რეაქტორების უნარის დონორაციის ან მიღების ელექტრონების. მაშასადამე, რედოქს პროცესის თავისუფალი ენერგიის ცვლილება შეიძლება ხასიათდებოდეს არა მხოლოდ DG 0 "-ის მნიშვნელობით, არამედ სისტემის რედოქს პოტენციალის მნიშვნელობით (Eo). ჩვეულებრივ, სისტემის რედოქს პოტენციალი არის წყალბადის ელექტროდის პოტენციალთან შედარებით, ამ უკანასკნელის აღება ნულის სახით, 0V pH \u003d 0-ზე. თუმცა, ბიოლოგიური სისტემებისთვის უფრო მოსახერხებელია რედოქს პოტენციალის გამოყენება pH \u003d 7.0 (Eo "); ამ pH-ზე წყალბადის ელექტროდის პოტენციალი არის -0,42 ვ.

ცხრილი 1-ის გამოყენებით შეიძლება ვიწინასწარმეტყველოთ, თუ რომელი მიმართულებით წავა ელექტრონების ნაკადი ერთი რედოქს სისტემის შეერთებისას.

ცხრილი 1. ზოგიერთი რედოქს სისტემის სტანდარტული პოტენციალი.

უჯრედში ჟანგბადის გამოყენების გზები.

უჯრედში ჟანგბადის გამოყენების სამი გზა არსებობს, რომლებიც ხასიათდება შემდეგი რეაქციებით:

1) ოქსიდაზას გზა (შემავალი ჟანგბადის 90% მცირდება H2O-მდე ციტოქრომ ოქსიდაზას ფერმენტის მონაწილეობით)

0 2 + 4e + 4H + → 2H 2 O

2) ოქსიგენაზას გზა (ჟანგბადის ერთი ატომის სუბსტრატში ჩართვა - მონოოქსიგენაზას გზა, ჟანგბადის ორი ატომი - დიოქსიგენაზას გზა) - მონოოქსიგენაზას გზა

დიოქსიგენაზას გზა

3) თავისუფალი რადიკალების გზა (მიდის ფერმენტების მონაწილეობის გარეშე და არ წარმოიქმნება ATP).

ოქსიდაზას გზა ჟანგბადის გამოყენებისთვის. მიტოქონდრია. ფერმენტები, მათი ლოკალიზაცია და მნიშვნელობა ჟანგვის პროცესში.

მიტოქონდრიებს სამართლიანად უწოდებენ უჯრედის „ენერგეტიკულ სადგურებს“, რადგან სწორედ ამ ორგანელებში იჭერს ძირითადად ჟანგვითი პროცესებით მიწოდებული ენერგია. ოქსიდაციური პროცესების კონიუგაციის მიტოქონდრიულ სისტემას მაღალენერგეტიკული ATP შუალედური ნივთიერების წარმოქმნით ეწოდება ოქსიდაციური ფოსფორილირება.

მიტოქონდრიებს აქვთ გარე მემბრანა, რომელიც გამტარია მეტაბოლიტების უმეტესობისთვის და შერჩევით გამტარი შიდა მემბრანა მრავალი ნაკეცებით (კრისტაები) მატრიქსისკენ (მიტოქონდრიის შიდა სივრცე). გარე გარსის ამოღება შესაძლებელია დიგიტონინით დამუშავებით; მას ახასიათებს მონოამინ ოქსიდაზას და ზოგიერთი სხვა ფერმენტის არსებობა (მაგ., აცილ-CoA სინთეზა, გლიცეროფოსფატ აცილტრანსფერაზა, მონოაცილგლიცეროფოსფატ აცილტრანსფერაზა, ფოსფოლიპაზა A2). მემბრანთაშორისი სივრცე შეიცავს ადენილატკინაზას და კრეატინკინაზას. ფოსფოლიპიდური კარდიოლიპინი ლოკალიზებულია შიდა მემბრანაში.

მატრიცა შეიცავს ლიმონმჟავას ციკლის ხსნად ფერმენტებს და ცხიმოვანი მჟავების b-დაჟანგვის ფერმენტებს, შესაბამისად, საჭიროა მექანიზმები მეტაბოლიტებისა და ნუკლეოტიდების ტრანსპორტირებისთვის შიდა მემბრანაში. სუქცინატდეჰიდროგენაზა ლოკალიზებულია შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის შიდა ზედაპირზე, სადაც გადააქვს რესპირატორული ჯაჭვის რედუქციური ეკვივალენტები უბიქინონის დონეზე (პირველი რედოქს მარყუჟის გვერდის ავლით). 3-ჰიდროქსიბუტირატ დეჰიდროგენაზა ლოკალიზებულია შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის მატრიცის მხარეს. გლიცეროლ-3-ფოსფატდეჰიდროგენაზა განლაგებულია შიდა მემბრანის გარე ზედაპირზე, სადაც ის მონაწილეობს გლიცეროფოსფატის შატლის მექანიზმის ფუნქციონირებაში.

საკვები ნივთიერებების ენერგიის გამოყენების ეტაპები.

საკვები ნივთიერებების ენერგიის გამოყენება რთული პროცესია, რომელიც მიმდინარეობს სამ ეტაპად, შემდეგი სქემის მიხედვით:

სქემა 1. საკვები ნივთიერებების კატაბოლიზმის ეტაპები.

პირველ ეტაპზე პოლიმერის დიდი მოლეკულები იშლება მონომერულ ქვედანაყოფებად: ცილები ამინომჟავებად, პოლისაქარიდები შაქრებად და ცხიმები ცხიმოვან მჟავებად და ქოლესტერინად. ეს წინასწარი პროცესი, რომელსაც ეწოდება საჭმლის მონელება, ხორციელდება ძირითადად უჯრედების გარეთ, საჭმლის მომნელებელი ტრაქტის ღრუში გამოყოფილი ფერმენტების მოქმედებით. მე-2 სტადიაზე წარმოქმნილი მცირე მოლეკულები შედიან უჯრედებში და განიცდიან შემდგომ რღვევას ციტოპლაზმაში. შაქრის ნახშირბადის და წყალბადის ატომების უმეტესობა გარდაიქმნება პირუვატად, რომელიც მიტოქონდრიაში შეღწევის შემდეგ იქ აყალიბებს აცეტილ კოენზიმის A რეაქტიული ნაერთის აცეტილ ჯგუფს (აცეტილ-CoA). ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვის დროს ასევე წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით აცეტილ-CoA. მე-3 სტადიაზე აცეტილ-CoA-ს აცეტილ ჯგუფი მთლიანად იშლება CO 2-მდე და H 2 O-მდე. სწორედ ამ ბოლო ეტაპზე იქმნება ATP-ის უმეტესი ნაწილი. დაწყვილებული ქიმიური რეაქციების სერიაში, ენერგიის ნახევარზე მეტი, რომელიც თეორიული გამოთვლებით, შეიძლება გამოიყოს ნახშირწყლებიდან და ცხიმებიდან, როდესაც ისინი იჟანგება H 2 O და CO 2 , გამოიყენება ენერგიულად არახელსაყრელი რეაქციის განსახორციელებლად F n. + ADP ® ATP. ვინაიდან დაჟანგვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის დანარჩენ ნაწილს უჯრედი ათავისუფლებს სითბოს სახით, ატფ-ის წარმოქმნის შედეგი არის სამყაროს არეულობის საერთო ზრდა, რაც სრულად შეესაბამება თერმოდინამიკის მეორე კანონს.

ატფ-ის წარმოქმნით, ნახშირწყლებისა და ცხიმებისგან დაჟანგვით თავდაპირველად მიღებული ენერგია გარდაიქმნება ქიმიური ენერგიის უფრო მოსახერხებელ კონცენტრირებულ ფორმად. ტიპიური უჯრედის უჯრედშიდა სივრცეში მდებარე ხსნარში არის დაახლოებით 1 მილიარდი ATP მოლეკულა, რომლის ჰიდროლიზი ADP-მდე და ფოსფატამდე უზრუნველყოფს აუცილებელ ენერგიას მრავალი ენერგიულად არახელსაყრელი რეაქციისთვის.

კატაბოლიზმის მე-2 სტადიის ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპია გლიკოლიზი, რეაქციების თანმიმდევრობა, რომელიც იწვევს გლუკოზის დაშლას. გლიკოლიზის დროს გლუკოზის მოლეკულა, რომელიც შეიცავს 6 ნახშირბადის ატომს, გარდაიქმნება 2 პირუვატის მოლეკულად, რომლებიც შეიცავს 3 ნახშირბადის ატომს. ეს ტრანსფორმაცია მოითხოვს 9 ზედიზედ ფერმენტულ რეაქციას, რომელშიც წარმოიქმნება ფოსფატის შემცველი შუალედური ნაერთების რაოდენობა. (იხილეთ სურათი 1.)

ლოგიკურად, გლიკოლიზის რეაქციების თანმიმდევრობა შეიძლება დაიყოს სამ ეტაპად: 1) 1-4 რეაქციებში (იხ. სურათი 1), გლუკოზა გარდაიქმნება სამ ნახშირბადის ალდეჰიდ გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატად (ამ ტრანსფორმაციისთვის საჭიროა ორი ფოსფატის ჯგუფი, და საჭირო ენერგია გამოიყოფა ATP ჰიდროლიზის დროს); 2) 5-6 რეაქციებში გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატის თითოეული მოლეკულის ალდეჰიდის ჯგუფი იჟანგება კარბოქსილში და ამ შემთხვევაში გამოთავისუფლებული ენერგია იხარჯება ADP-დან და Fn-დან ATP-ის სინთეზზე; 3) 7-9 რეაქციებში ის ორი ფოსფატის მოლეკულა, რომელიც პირველ ეტაპზე შაქარზე იყო მიმაგრებული, გადადის უკან ADP-ში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ATP და ატფ-ის ხარჯები ანაზღაურდება პირველ ეტაპზე.

სურათი 1. გლიკოლიზის შუალედური ნივთიერებები.

გლიკოლიზის დროს მთლიანი ენერგიის გამომუშავება მცირდება ორი ATP მოლეკულის სინთეზამდე (თითო გლუკოზის მოლეკულაზე), რომლებიც წარმოიქმნება მე-5 და მე-6 რეაქციებში. ამრიგად, ამ რეაქციებს გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს გლიკოლიზისთვის. ეს ორი რეაქცია ერთადერთია მთელ პროცესში, რომლის დროსაც წარმოიქმნება მაღალი ენერგიის ფოსფატური ბმა Fn-დან. ამ ორი რეაქციის ერთობლივი შედეგია შაქრის ალდეჰიდის დაჟანგვა ფოსფოგლიცეროლის მჟავამდე, Fn-ის გადატანა ADP-ზე მაღალი ენერგიის ATP ბმის წარმოქმნით და NAD+-ის შემცირება NADH-მდე.

ცხოველური უჯრედების უმეტესობისთვის გლიკოლიზი წინ უსწრებს კატაბოლიზმის მე-3 სტადიას, როგორც გლიკოლიზის დროს წარმოქმნილი რძემჟავა სწრაფად შედის მიტოქონდრიაში, სადაც ის იჟანგება CO 2 და H 2 O. მიუხედავად ამისა, ანაერობულ ორგანიზმებში და ქსოვილებში, რომლებსაც შეუძლიათ ანაერობულ პირობებში მუშაობა, გლიკოლიზი შეიძლება გახდეს უჯრედული ATP-ის მთავარი წყარო. ამ შემთხვევაში, პირუვატის მოლეკულები რჩება ციტოზოლში და გარდაიქმნება ლაქტატად, რომელიც შემდეგ გამოიყოფა უჯრედიდან. პირუვატის შემდგომი გარდაქმნა ამ ენერგიის მიმწოდებელ რეაქციებში, რომელსაც ეწოდება დუღილი, საჭიროა გლიკოლიზის მე-5 რეაქციაში მიღებული შემცირების პოტენციალის სრულად გამოსაყენებლად და ამით გლიკოლიზის შემდგომი განხორციელებისთვის აუცილებელი NAD +-ის რეგენერაციისთვის.

ოქსიდაციური ფოსფორილირება.

ოქსიდაციური ფოსფორილირება საშუალებას აძლევს აერობულ ორგანიზმებს დაიჭირონ სუბსტრატის დაჟანგვის პოტენციური თავისუფალი ენერგიის მნიშვნელოვანი ნაწილი. ოქსიდაციური ფოსფორილირების მექანიზმის შესაძლო ახსნას გვთავაზობს ქიმიოსმოტიკური თეორია. რიგი წამლები (მაგ., ამობარბიტალი) და შხამები (ციანიდი, ნახშირბადის მონოქსიდი) აფერხებენ ჟანგვითი ფოსფორილირებას, როგორც წესი, ფატალური შედეგებით. ოქსიდაციური ფოსფორილირება ისეთი სასიცოცხლო პროცესია, რომ მისი ნორმალური მიმდინარეობის დარღვევა სიცოცხლესთან შეუთავსებელია. ეს შეიძლება ახსნას, თუ რატომ იქნა აღმოჩენილი მხოლოდ მცირე რაოდენობის გენეტიკური დარღვევები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ამ სისტემაზე.

მიუხედავად იმისა, რომ ლიმონმჟავას ციკლი აერობული მეტაბოლიზმის ნაწილია, ამ ციკლის არცერთი რეაქცია, რომელიც იწვევს NADH-ისა და FADH 2-ის წარმოქმნას, უშუალოდ არ არის ჩართული მოლეკულურ ჟანგბადში; ეს ხდება მხოლოდ კატაბოლური რეაქციების ბოლო სერიაში, რომელიც ხდება შიდა მემბრანაზე. ნახშირწყლების, ცხიმებისა და სხვა საკვები ნივთიერებების დაწვის შედეგად დაჟანგვის ადრეულ ეტაპებზე მიღებული თითქმის მთელი ენერგია თავდაპირველად ინახება მაღალი ენერგიის ელექტრონების სახით, რომლებსაც გადაჰყავთ NADH და FADH. შემდეგ ეს ელექტრონები ურთიერთქმედებენ მოლეკულურ ჟანგბადთან სასუნთქ ჯაჭვში. ვინაიდან გამოთავისუფლებული ენერგიის დიდი რაოდენობა გამოიყენება შიდა მემბრანის ფერმენტების მიერ ADP-დან და Pn-დან ატფ-ის სინთეზირებისთვის, ამ უკანასკნელ რეაქციებს ოქსიდაციური ფოსფორილირება ეწოდება.

ატფ-ის სინთეზი სასუნთქ ჯაჭვში წარმოქმნილი ოქსიდაციური ფოსფორილირების რეაქციებში დამოკიდებულია ქიმიოსმოზური პროცესი . ამ პროცესის მექანიზმმა, რომელიც პირველად შემოგვთავაზა 1961 წელს, შესაძლებელი გახადა პრობლემის გადაჭრა, რომელიც დიდი ხანია აწყდებოდა უჯრედულ ბიოლოგიას.

ადრე ითვლებოდა, რომ ატფ-ის სინთეზისთვის ენერგია რესპირატორულ ჯაჭვში უზრუნველყოფილია იგივე მექანიზმით, როგორც სუბსტრატის ფოსფორილირებისას: ვარაუდობდნენ, რომ ჟანგვის ენერგია გამოიყენება ფოსფატის ჯგუფსა და ზოგიერთ შუალედურ ნაერთს შორის მაღალი ენერგიის კავშირის შესაქმნელად. , და რომ ADP-ის გადაქცევა ATP-ად ხორციელდება ბმის გაწყვეტის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის გამო. თუმცა, ინტენსიური ძიების მიუხედავად, სავარაუდო შუამავალი ვერ იქნა ნაპოვნი.

ქიმიოსმოტური ჰიპოთეზის მიხედვით, ენერგიით მდიდარი შუალედური პროდუქტების ნაცვლად, პირდაპირი კავშირია ქიმიურ პროცესებს („ქიმი…“) და ტრანსპორტს (ოსმოსური, ბერძნული ოსმოსიდან - ბიძგი, წნევა) შორის. - ქიმიოსმოტური შეერთება.

1960-იანი წლების დასაწყისში შემოთავაზებული ქიმიოსმოტიკური ჰიპოთეზა მოიცავდა ოთხ დამოუკიდებელ პოსტულატს მიტოქონდრიების ფუნქციის შესახებ:

1. მიტოქონდრიულ რესპირატორულ ჯაჭვს, რომელიც მდებარეობს შიდა მემბრანაში, შეუძლია პროტონების გადაადგილება; როდესაც ელექტრონები გადიან რესპირატორულ ჯაჭვში, H + "გამოდის" მატრიციდან.

2. მიტოქონდრიული ატფ სინთეტაზას კომპლექსი ასევე გადაადგილებს პროტონებს შიდა მემბრანაზე. ვინაიდან ეს პროცესი შექცევადია, ფერმენტს შეუძლია არა მხოლოდ გამოიყენოს ATP ჰიდროლიზის ენერგია H + მემბრანის გასწვრივ გადასატანად, არამედ საკმარისად დიდი პროტონული გრადიენტით, პროტონები იწყებენ "ნაკადს" ATP სინთეზაზას საპირისპირო მიმართულებით, რასაც თან ახლავს. ATP სინთეზით.

3. მიტოქონდრიის შიდა მემბრანა გაუვალია H + , OH - და საერთოდ ყველა ანიონისა და კატიონის მიმართ.

4. შიდა მიტოქონდრიული მემბრანა შეიცავს უამრავ გადამტან ცილებს, რომლებიც ახორციელებენ საჭირო მეტაბოლიტებისა და არაორგანული იონების ტრანსპორტირებას.

NADH და FADH 2-ის მიერ მიწოდებული მაღალი ენერგიის ელექტრონების გავლისას შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის რესპირატორული ჯაჭვის მეშვეობით ერთი მატარებლიდან მეორეზე გამოიყოფა ენერგია, რომელიც გამოიყენება პროტონების (H +) გადატუმბვისთვის შიდა მემბრანის გასწვრივ მატრიციდან. მემბრანთაშორისი სივრცე. (იხილეთ სურათი 2)

სურათი 2. პროტონის გადაცემა ATP სინთაზას სისტემის მონაწილეობით (მიტჩელის მოდელი).

შედეგად, შიდა მემბრანაზე იქმნება ელექტროქიმიური პროტონული გრადიენტი; ამ გრადიენტის გასწვრივ პროტონების საპირისპირო დენის ენერგიას იყენებს მემბრანულად შეკრული ფერმენტი ATP სინთეტაზა, რომელიც ახორციელებს ATP-ის წარმოქმნას ADP-დან და Pn-დან, ე.ი. ჟანგვითი ფოსფორილირების ბოლო ეტაპი.

ოქსიდაციური ფოსფორილირების რედოქს ჯაჭვი.

ელექტრონები NADH-დან ჟანგბადში გადადის სამი დიდი რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტული კომპლექსით. მიუხედავად იმისა, რომ ენერგიის მოპოვების მექანიზმები რესპირატორულ ჯაჭვში და სხვა კატაბოლურ რეაქციებში განსხვავებულია, ისინი ეფუძნება საერთო პრინციპებს. რეაქცია H 2 + 1/2 O 2 ® H 2 O იშლება ბევრ პატარა „ნაბიჯად“ ისე, რომ გამოთავისუფლებული ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას შეკრულ ფორმებად, ვიდრე სითბოს სახით გაიფანტოს. ისევე როგორც ATP-ისა და NADH-ის წარმოქმნა გლიკოლიზში ან ლიმონმჟავას ციკლში, ეს გამოწვეულია არაპირდაპირი გზის გამოყენებით. მაგრამ რესპირატორული ჯაჭვის უნიკალურობა მდგომარეობს იმაში, რომ აქ, პირველ რიგში, წყალბადის ატომები იყოფა ელექტრონებსა და პროტონებად. ელექტრონები გადაიცემა მატარებლების სერიის მეშვეობით , ჩანერგილია შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში. როდესაც ელექტრონები მიაღწევენ ამ ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვის ბოლოს, პროტონები იქ არიან იმ უარყოფითი მუხტის გასანეიტრალებლად, რომელიც წარმოიქმნება როდესაც ელექტრონები გადადიან ჟანგბადის მოლეკულაში.

მოდით მივყვეთ ჟანგვის პროცესს, დაწყებული NADH-ის წარმოქმნით, რეაქტიული ელექტრონების მთავარი მიმღები, რომლებიც ამოღებულია საკვები ნივთიერებების მოლეკულების დაჟანგვის დროს. წყალბადის თითოეული ატომი შედგება ერთი ელექტრონისა და ერთი პროტონისგან. თითოეული NADH მოლეკულა ატარებს ჰიდრიდის იონს (წყალბადის ატომი + დამატებითი ელექტრონი, H:-) და არა მხოლოდ წყალბადის ატომი. თუმცა, მიმდებარე წყალხსნარში თავისუფალი პროტონების არსებობის გამო, ჰიდრიდის იონის გადატანა NADH-ის შემადგენლობაში უდრის წყალბადის ორი ატომის ან წყალბადის მოლეკულის გადატანას (H: - + H + ® H 2). .

ელექტრონების გადატანა სასუნთქი ჯაჭვის გასწვრივ იწყება ჰიდრიდის იონის (H: -) ამოღებით NADH-დან; ამ შემთხვევაში, NAD + რეგენერირებულია და ჰიდრიდის იონი გადაიქცევა პროტონად და ორ ელექტრონად (H: - ® H + + 2e -). ეს ელექტრონები მიდიან რესპირატორულ ჯაჭვში 15-ზე მეტი სხვადასხვა ელექტრონის მატარებლიდან პირველთან. ამ დროს ელექტრონებს აქვთ ძალიან დიდი რაოდენობით ენერგია, რომლის მარაგი თანდათან მცირდება წრეში გავლისას. ყველაზე ხშირად, ელექტრონები გადადიან ერთი ლითონის ატომიდან მეორეზე, თითოეული ამ ატომით მჭიდროდ არის დაკავშირებული ცილის მოლეკულასთან, რაც გავლენას ახდენს მის ელექტრონებთან კავშირზე. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ყველა ელექტრონის გადამზიდავი ცილა დაჯგუფებულია რესპირატორული ფერმენტების სამ დიდ კომპლექსად, რომელთაგან თითოეული შეიცავს ტრანსმემბრანულ ცილებს, რომლებიც მყარად აფიქსირებენ კომპლექსს შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში. ყოველ მომდევნო კომპლექსს უფრო მეტი მიდრეკილება აქვს ელექტრონების მიმართ, ვიდრე წინა. ელექტრონები თანმიმდევრულად გადადიან ერთი კომპლექსიდან მეორეში, სანამ საბოლოოდ არ გადადიან ჟანგბადში, რომელსაც აქვს ელექტრონების ყველაზე მაღალი აფინურობა.

სასუნთქი ჯაჭვის გასწვრივ ელექტრონების ტრანსპორტირებისას გამოთავისუფლებული ენერგია ინახება ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტის სახით შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე.

ოქსიდაციური ფოსფორილირება შესაძლებელია ელექტრონის მატარებლების ცილის მოლეკულებთან მჭიდრო კავშირის გამო. პროტეინები მიმართავენ ელექტრონებს სასუნთქი ჯაჭვის გასწვრივ ისე, რომ ისინი თანმიმდევრულად გადადიან ერთი ფერმენტის კომპლექსიდან მეორეში შუალედური რგოლებით „გადახტომის“ გარეშე. განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია, რომ ელექტრონების გადაცემა ასოცირდება მოლეკულების გარკვეულ პროტეინებში ალოსტერიულ ცვლილებებთან, რის შედეგადაც ელექტრონების ენერგიულად ხელსაყრელი ნაკადი იწვევს პროტონების (H +) გადატუმბვას შიდა მემბრანის მეშვეობით მატრიციდან მემბრანაში. სივრცე და მიტოქონდრიის მიღმა. პროტონების მოძრაობა იწვევს ორ მნიშვნელოვან შედეგს: 1) იქმნება pH გრადიენტი შიდა მემბრანის ორ მხარეს შორის - მატრიცაში pH უფრო მაღალია, ვიდრე ციტოზოლში, სადაც pH მნიშვნელობა ჩვეულებრივ 7.0-ს უახლოვდება (რადგან მცირე მოლეკულები თავისუფლად გადიან მიტოქონდრიის გარე მემბრანაში, pH ინტერმემბრანულ სივრცეში იგივე იქნება, რაც ციტოზოლში); 2) შიდა მემბრანაზე იქმნება ძაბვის გრადიენტი (მემბრანის პოტენციალი), ხოლო მემბრანის შიდა მხარე უარყოფითად არის დამუხტული, ხოლო გარე მხარე დადებითად. pH გრადიენტი (DрН) იწვევს H+ იონების დაბრუნებას მატრიცაში, ხოლო OH იონების მატრიციდან გასვლას, რაც აძლიერებს მემბრანის პოტენციალის ეფექტს, რომლის გავლენითაც ნებისმიერი დადებითი მუხტი იზიდავს მატრიცას და ნებისმიერი უარყოფითი. გამოძევებულია მისგან. ამ ორი ძალის ერთობლივი მოქმედება იწვევს ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტის გამოჩენას. ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტი ქმნის პროტონის მამოძრავებელ ძალას, რომელიც იზომება მილივოლტებში (mV).

ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტის ენერგია გამოიყენება ATP სინთეზისთვის და მეტაბოლიტების და არაორგანული იონების მატრიცაში ტრანსპორტირებისთვის.

მიტოქონდრიის შიდა მემბრანა ხასიათდება ცილის უჩვეულოდ მაღალი შემცველობით - შეიცავს დაახლოებით 70% პროტეინს და 30% ფოსფოლიპიდს წონის მიხედვით. ამ ცილებიდან ბევრი არის ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვის ნაწილი, რომელიც ინარჩუნებს პროტონის გრადიენტს მემბრანის გასწვრივ. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი კომპონენტი - ფერმენტ ATP სინთაზა, რომელიც აკატალიზებს ატფ-ის სინთეზს. ეს არის დიდი ცილის კომპლექსი, რომლის მეშვეობითაც პროტონები ისევ მატრიცაში მიედინება ელექტროქიმიური გრადიენტის გასწვრივ. ტურბინის მსგავსად, ATP სინთეტაზა გარდაქმნის ენერგიის ერთ ფორმას მეორეში, ასინთეზირებს ATP-ს ADP-დან და Pn-დან მიტოქონდრიულ მატრიქსში, რეაქციაში, რომელიც დაკავშირებულია პროტონის ნაკადთან მატრიცაში (იხ. სურათი 3).

სურათი 3. ოქსიდაციური ფოსფორილირების ზოგადი მექანიზმი.

მაგრამ ATP-ის სინთეზი არ არის ერთადერთი პროცესი, რომელიც ხდება ელექტროქიმიური გრადიენტის ენერგიის გამო. მატრიცაში, სადაც განლაგებულია ლიმონმჟავას ციკლში და სხვა მეტაბოლურ რეაქციებში ჩართული ფერმენტები, აუცილებელია სხვადასხვა სუბსტრატების მაღალი კონცენტრაციის შენარჩუნება; კერძოდ, ATP სინთეტაზას ესაჭიროება ADP და ფოსფატი. ამიტომ, სხვადასხვა სახის მუხტის მატარებელი სუბსტრატები უნდა გადაიტანოს შიდა მემბრანაზე. ეს მიიღწევა მემბრანაში ჩაშენებული სხვადასხვა გადამტანი ცილებით, რომელთაგან ბევრი აქტიურად ტუმბოს სპეციფიკურ მოლეკულებს მათი ელექტროქიმიური გრადიენტების წინააღმდეგ, ე.ი. განახორციელოს პროცესი, რომელიც მოითხოვს ენერგიას. მეტაბოლიტების უმეტესობისთვის, ამ ენერგიის წყაროა სხვა მოლეკულების გადაადგილებასთან შეერთება მათი ელექტროქიმიური გრადიენტის გასწვრივ. მაგალითად, ADP-ATP ანტიპორტის სისტემა ჩართულია ADP ტრანსპორტში: როდესაც თითოეული ADP მოლეკულა შედის მატრიცაში, ერთი ATP მოლეკულა ტოვებს მას ელექტროქიმიური გრადიენტის გასწვრივ. ამავდროულად, სიმპორტის სისტემა აწყვილებს ფოსფატის გადატანას მიტოქონდრიაში H+ ნაკადთან მიმართული იქით: პროტონები შედიან მატრიცაში მათი გრადიენტის გასწვრივ და, ამავე დროს, მათთან ერთად ფოსფატს „მიათრევენ“. იგი ანალოგიურად გადადის მატრიცასა და პირუვატში. ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტის ენერგია ასევე გამოიყენება Ca 2+ იონების მატრიცაში გადასატანად, რომლებიც, როგორც ჩანს, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ზოგიერთი მიტოქონდრიული ფერმენტის აქტივობის რეგულირებაში.

რაც უფრო მეტი ელექტროქიმიური გრადიენტის ენერგია იხარჯება მოლეკულების და იონების მიტოქონდრიებში გადატანაზე, მით ნაკლები რჩება ATP სინთეზისთვის. მაგალითად, თუ იზოლირებული მიტოქონდრია მოთავსებულია Ca 2 + მაღალი შემცველობის გარემოში, ისინი მთლიანად შეაჩერებენ ATP სინთეზს; გრადიენტის მთელი ენერგია დაიხარჯება Ca 2+-ის მატრიცაში ტრანსპორტირებაზე. ზოგიერთ სპეციალიზირებულ უჯრედში ელექტროქიმიური პროტონული გრადიენტი „შუნტირებულია“ ისე, რომ მიტოქონდრია წარმოქმნის სითბოს ATP სინთეზის ნაცვლად. ცხადია, უჯრედებს შეუძლიათ დაარეგულირონ ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტის ენერგიის გამოყენება და მიმართონ მას იმ პროცესებზე, რომლებიც ამჟამად ყველაზე მნიშვნელოვანია.

ADP-ის სწრაფი გარდაქმნა ATP-ად მიტოქონდრიაში შესაძლებელს ხდის უჯრედებში ATP/ADP კონცენტრაციების მაღალი თანაფარდობის შენარჩუნებას. შიდა მემბრანაში ჩაშენებული სპეციალური ცილის დახმარებით ADP ანტიპორტის პრინციპით ATP-ის სანაცვლოდ მატრიცაში ტრანსპორტირდება. შედეგად, ციტოზოლში ATP ჰიდროლიზის დროს გამოთავისუფლებული ADP მოლეკულები სწრაფად შედიან მიტოქონდრიაში „დატენვისთვის“, ხოლო მატრიცაში წარმოქმნილი ATP მოლეკულები, რომლებიც წარმოიქმნება ოქსიდაციური ფოსფორილირების დროს, ასევე სწრაფად გამოდიან ციტოზოლში, სადაც საჭიროა. ადამიანის ორგანიზმში ATP მოლეკულები დღეშია, რაც შესაძლებელს ხდის უჯრედში ATP კონცენტრაციის შენარჩუნებას, რომელიც 10-ჯერ აღემატება ADP კონცენტრაციას.

ჟანგვითი ფოსფორილირების პროცესში, NADH ელექტრონების თითოეული წყვილი უზრუნველყოფს ენერგიას დაახლოებით სამი ATP მოლეკულის ფორმირებისთვის. FADH 2 ელექტრონის წყვილი, რომელსაც აქვს უფრო დაბალი ენერგია, უზრუნველყოფს ენერგიას მხოლოდ ორი ATP მოლეკულის სინთეზისთვის. საშუალოდ, თითოეული აცეტილ-CoA მოლეკულა, რომელიც შედის ლიმონმჟავას ციკლში, იძლევა დაახლოებით 12 ATP მოლეკულას. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც გლუკოზის ერთი მოლეკულა იჟანგება, წარმოიქმნება 24 ATP მოლეკულა, ხოლო როდესაც პალმიტატის ერთი მოლეკულა, ცხიმოვანი მჟავა 16 ნახშირბადის ატომით, იჟანგება, წარმოიქმნება 96 ATP მოლეკულა. თუ გავითვალისწინებთ ეგზოთერმულ რეაქციებს, რომლებიც წინ უძღვის აცეტილ-CoA-ს წარმოქმნას, გამოდის, რომ გლუკოზის ერთი მოლეკულის სრული დაჟანგვის შედეგად წარმოიქმნება დაახლოებით 36 ATP მოლეკულა, ხოლო პალმიტატის სრული დაჟანგვის შედეგად წარმოიქმნება დაახლოებით 129 ATP მოლეკულა. ეს არის მაქსიმალური მნიშვნელობები, რადგან სინამდვილეში მიტოქონდრიებში სინთეზირებული ატფ-ის რაოდენობა დამოკიდებულია პროტონული გრადიენტის ენერგიის რა ფრაქციაზე მიდის ATP სინთეზზე და არა სხვა პროცესებზე. თუ შევადარებთ თავისუფალი ენერგიის ცვლილებას ცხიმებისა და ნახშირწყლების წვის დროს უშუალოდ CO 2-სა და H 2 O-ს ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესში ATRP-ის ფოსფატულ ობლიგაციებში შენახული ენერგიის მთლიან რაოდენობას, გამოდის, რომ ეფექტურობა ჟანგვის ენერგიის ATP ენერგიად გარდაქმნა ხშირად აღემატება 50%-ს. ვინაიდან მთელი გამოუყენებელი ენერგია გამოიყოფა სითბოს სახით, დიდ ორგანიზმებს დასჭირდებათ უფრო ეფექტური გზები გარემოდან სითბოს მოსაშორებლად.

ჟანგვის დროს გამოყოფილი თავისუფალი ენერგიის უზარმაზარი რაოდენობა შეიძლება ეფექტურად იქნას გამოყენებული მხოლოდ მცირე ნაწილებში. ჟანგვის რთული პროცესი მოიცავს ბევრ შუალედურ პროდუქტს, რომელთაგან თითოეული მხოლოდ ოდნავ განსხვავდება წინასგან. ამის გამო, გამოთავისუფლებული ენერგია იშლება მცირე რაოდენობით, რაც შეიძლება ეფექტურად გარდაიქმნას დაწყვილებული რეაქციების გამოყენებით ATP და NADH მოლეკულების მაღალ ენერგიულ ბმებში.

1960 წელს პირველად აჩვენეს, რომ ოქსიდაციურ ფოსფორილირებაში ჩართული სხვადასხვა მემბრანის ცილები შეიძლება იზოლირებული იყოს აქტივობის დაკარგვის გარეშე. სუბოქონდრიული ნაწილაკების ზედაპირიდან შესაძლებელი გახდა მათზე მოფენილი ცილოვანი სტრუქტურების გამოყოფა და ხსნად ფორმად გადაქცევა. მიუხედავად იმისა, რომ სუბოქონდრიული ნაწილაკები ამ სფერული სტრუქტურების გარეშე აგრძელებდნენ NADH-ის დაჟანგვას ჟანგბადის თანდასწრებით, ATP სინთეზი არ მომხდარა. მეორეს მხრივ, იზოლირებული სტრუქტურები მოქმედებდნენ როგორც ATP-აზები, რომლებიც ჰიდროლიზებენ ATP-ს ADP-მდე და Pn-მდე. როდესაც სფერული სტრუქტურები (ე.წ. F1-ATPases) დაემატა სუბოქონდრიულ ნაწილაკებს, რომლებსაც ისინი აკლიათ, ხელახლა ფორმირებული ნაწილაკები ხელახლა სინთეზირებდნენ ATP-ს ADP-დან და Fn-დან.

F 1 - ATPase არის მემბრანის კომპლექსის მთელ სისქეში შემავალი დიდი ნაწილი, რომელიც შედგება მინიმუმ ცხრა განსხვავებული პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან. ამ კომპლექსს ატფ სინთეტაზას უწოდებენ; იგი შეადგენს შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის მთლიანი ცილის დაახლოებით 15%-ს. ძალიან მსგავსი ატფ სინთეტაზები გვხვდება ქლოროპლასტების და ბაქტერიების მემბრანებში. ასეთი ცილის კომპლექსი შეიცავს პროტონების ტრანსმემბრანულ არხებს და წარმოიქმნება მხოლოდ მაშინ, როდესაც პროტონები გადიან ამ არხებში ელექტროქიმიური გრადიენტის ქვემოთ.

ატფ სინთეტაზას შეუძლია საპირისპირო მიმართულებით მოქმედება - ატფ-ის გაყოფა და პროტონების გადატუმბვა. ATP სინთეტაზას მოქმედება შექცევადია: მას შეუძლია გამოიყენოს როგორც ATP ჰიდროლიზის ენერგია პროტონების შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის გადასატუმბლად, ასევე პროტონული ნაკადის ენერგია ელექტროქიმიური გრადიენტის გასწვრივ ატფ-ის სინთეზისთვის. ამრიგად, ატფ სინთეტაზა არის შექცევადი კონიუგირებული სისტემა, რომელიც ასრულებს ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტისა და ქიმიური ბმების ენერგიის ურთიერთკონვერტაციას. მისი მოქმედების მიმართულება დამოკიდებულია პროტონის გრადიენტის ციცაბოობასა და ATP ჰიდროლიზის DG-ის ლოკალურ მნიშვნელობაზე.

ATP სინთეტაზამ მიიღო თავისი სახელი იმის გამო, რომ ნორმალურ პირობებში, სასუნთქი ჯაჭვის მიერ შენარჩუნებული npotonnoro გრადიენტი სინთეზირებს უჯრედის მთლიანი ATP-ს უმეტეს ნაწილს. ერთი ATP მოლეკულის სინთეზისთვის საჭირო პროტონების რაოდენობა ზუსტად არ არის ცნობილი. როდესაც პროტონები გადიან ATP სინთეტაზაში, სინთეზირდება ერთი ATP მოლეკულა.

როგორ იმუშავებს ატფ-სინთეტაზა მოცემულ მომენტში - ატფ-ის სინთეზის ან ჰიდროლიზის მიმართულებით - დამოკიდებულია ზუსტ ბალანსზე თავისუფალი ენერგიის ცვლილებებს შორის მემბრანის მატრიცაში სამი პროტონის გადასვლისას და ატფ-ის სინთეზზე. მატრიცა. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, syn.ATP-ის DG მნიშვნელობა განისაზღვრება სამი ნივთიერების კონცენტრაციით მიტოქონდრიულ მატრიქსში - ATP, ADP და Fn. მუდმივი პროტონ-მოძრავი ძალით, ATP სინთეტაზა ასინთეზებს ATP-ს მანამ, სანამ ATP-ის თანაფარდობა ADP და Fn არ მიაღწევს მნიშვნელობას, რომლის დროსაც syn.ATP-ის DG მნიშვნელობა არ გახდება ზუსტად +15,2 კკალ/მოლი. ასეთ პირობებში ატფ-ის სინთეზი ზუსტად დაბალანსდება მისი ჰიდროლიზით.

დავუშვათ, რომ ენერგიის მოხმარების რეაქციების გამო, დიდი რაოდენობით ATP მოულოდნელად ჰიდროლიზდება ციტოზოლში და ამან გამოიწვია ATP:ADP თანაფარდობის დაცემა მიტოქონდრიულ მატრიქსში. ამ შემთხვევაში DG synth. შემცირდება და ATP სინთეტაზა კვლავ გადადის ATP სინთეზზე, სანამ არ აღდგება საწყისი ATP:ADP თანაფარდობა. თუ პროტონ-მოძრავი ძალა მოულოდნელად მცირდება და შენარჩუნდება მუდმივ დონეზე, მაშინ ATP სინთეზა დაიწყებს ATP-ს გაყოფას და ეს რეაქცია გაგრძელდება მანამ, სანამ თანაფარდობა ATP-სა და ADP-ს კონცენტრაციებს შორის არ მიაღწევს ახალ მნიშვნელობას (რომელზეც DG synth. ATP = +13,8 კკალ/მოლი) და ა.შ.

თუ ATP სინთეტაზა ჩვეულებრივ არ გადააქვს H + მატრიციდან, მაშინ ნორმალურ პირობებში შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში მდებარე რესპირატორული ჯაჭვი გადააქვს პროტონებს ამ მემბრანის გავლით, რითაც ქმნის ელექტროქიმიურ პროტონულ გრადიენტს, რომელიც აწვდის ენერგიას ATP სინთეზისთვის.

სასუნთქი ჯაჭვის შემადგენელი ელექტრონული მატარებლების უმეტესობა შთანთქავს სინათლეს და მათ დაჟანგვას ან შემცირებას თან ახლავს ფერის ცვლილება. ჩვეულებრივ, თითოეული გადამზიდველის შთანთქმის სპექტრი და რეაქტიულობა საკმაოდ დამახასიათებელია, რაც შესაძლებელს ხდის მის მდგომარეობებში ცვლილებების მიკვლევას სპექტროსკოპიის გამოყენებით თუნდაც ნედლი ექსტრაქტში. ამან შესაძლებელი გახადა ასეთი მატარებლების იზოლირება მათი ნამდვილი ფუნქციის გარკვევამდე დიდი ხნით ადრე. მაგალითად, ციტოქრომები აღმოაჩინეს 1925 წელს, როგორც ნაერთები, რომლებიც სწრაფად იჟანგება და მცირდება ისეთ მრავალფეროვან ორგანიზმებში, როგორიცაა საფუარი, ბაქტერიები და მწერები. უჯრედებსა და ქსოვილებზე სპექტროსკოპით დაკვირვებით შესაძლებელი გახდა ციტოქრომის სამი ტიპის იდენტიფიცირება, რომლებიც განსხვავდებოდნენ შთანთქმის სპექტრით და ეწოდა ციტოქრომები a, b და c. . უჯრედები შეიცავს თითოეული ტიპის ციტოქრომის რამდენიმე ტიპს და კლასიფიკაცია ტიპის მიხედვით არ ასახავს მათ ფუნქციას.

ელექტრონის უმარტივესი გადამზიდავი არის ლიპიდურ ორშრეში გახსნილი პატარა ჰიდროფობიური მოლეკულა და რომელსაც ეწოდება უბიქინონი ან კოენზიმი Q. მას შეუძლია მიიღოს ან გადასცეს ერთი ან ორი ელექტრონი და დროებით იჭერს პროტონს საშუალოდან ყოველი ელექტრონის გადაცემისას.

სურათი 4. უბიქინონის სტრუქტურა.

სასუნთქი ჯაჭვი შეიცავს სამ დიდ ფერმენტულ კომპლექსს, რომლებიც ჩაშენებულია შიდა მემბრანაში

მემბრანის ცილები ძნელია იზოლირება, როგორც ხელუხლებელი კომპლექსები, რადგან ისინი უხსნადია უმეტეს წყალხსნარებში, და ნივთიერებები, როგორიცაა სარეცხი საშუალებები და შარდოვანა, რომლებიც საჭიროა მათი ხსნარებისთვის, შეუძლიათ ხელი შეუშალონ ცილა-ცილის ნორმალურ ურთიერთქმედებას. თუმცა, 1960-იანი წლების დასაწყისში. გაირკვა, რომ შედარებით რბილ იონურ სარეცხ საშუალებებს, როგორიცაა დეოქსიქოლატი, შეუძლიათ მიტოქონდრიის შიდა მემბრანის გარკვეული კომპონენტების ბუნებრივი სახით ხსნადი. ამან შესაძლებელი გახადა სამი ძირითადი მემბრანასთან დაკავშირებული რესპირატორული ფერმენტის კომპლექსის იდენტიფიცირება და იზოლირება NADH-დან ჟანგბადისკენ მიმავალ გზაზე.

სურათი 5. რესპირატორული ფერმენტების კომპლექსები.

1. NADH - დეჰიდროგენაზას კომპლექსს, რესპირატორულ ფერმენტთა კომპლექსებს შორის ყველაზე დიდს, აქვს 800000-ზე მეტი მოლეკულური წონა და შეიცავს 22-ზე მეტ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს. ის იღებს ელექტრონებს NADH-დან და გადასცემს მათ ფლავინისა და სულ მცირე ხუთი რკინა-გოგირდის ცენტრიდან_უბიქინონამდე. - მცირე ცხიმში ხსნადი მოლეკულა, რომელიც ელექტრონებს აძლევს რესპირატორული ფერმენტების მეორე კომპლექსს, b-c 1 კომპლექსს.

2. კომპლექსი b-c 1 შედგება მინიმუმ 8 განსხვავებული პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან და სავარაუდოდ არსებობს დიმერის სახით მოლეკულური მასით 500000. თითოეული მონომერი შეიცავს სამ ციტოქრომთან დაკავშირებულ თემას და რკინა-გოგირდის ცილას. კომპლექსი იღებს ელექტრონებს უბიქინონიდან და გადასცემს ციტოქრომ c-ს, მცირე პერიფერიული მემბრანის ცილას, რომელიც შემდეგ გადასცემს მათ ციტოქრომ ოქსიდაზას კომპლექსში.

3. ციტოქრომ ოქსიდაზას კომპლექსი (ციტოქრომ aa 3) არის ყველაზე შესწავლილი სამი კომპლექსიდან. იგი შედგება მინიმუმ რვა განსხვავებული პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან და იზოლირებულია დიმერის სახით 300000 მოლეკულური მასით; თითოეული მონომერი შეიცავს ორ ციტოქრომს და ორ სპილენძის ატომს.ეს კომპლექსი იღებს ელექტრონებს ციტოქრომ c-დან და გადასცემს მათ ჟანგბადში.

ციტოქრომებს, რკინა-გოგირდის ცენტრებს და სპილენძის ატომებს შეუძლიათ მხოლოდ ერთი ელექტრონის გადატანა ერთდროულად. იმავდროულად, NADH-ის თითოეული მოლეკულა იძლევა ორ ელექტრონს და თითოეულმა O 2 მოლეკულამ უნდა მიიღოს 4 ელექტრონი წყლის მოლეკულის შესაქმნელად. ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვში არის რამდენიმე ელექტრონების შემგროვებელი და ელექტრონების გამანაწილებელი განყოფილება, სადაც კოორდინირებულია ელექტრონების რაოდენობის განსხვავება. მაგალითად, ციტოქრომ ოქსიდაზას კომპლექსი ინდივიდუალურად იღებს 4 ელექტრონს ციტოქრომ c მოლეკულებიდან და საბოლოოდ გადასცემს მათ ერთ შეკრულ O 2 მოლეკულაში, რაც იწვევს წყლის ორი მოლეკულის წარმოქმნას. ამ პროცესის შუალედურ საფეხურზე ორი ელექტრონი შედის ციტოქრომ-ჰემში და ცილებთან დაკავშირებულ სპილენძის ატომში, Cu a, სანამ გადავა ჟანგბადის შეკვრის ადგილზე. თავის მხრივ, ჟანგბადის დამაკავშირებელი ადგილი შეიცავს კიდევ ერთ სპილენძის ატომს და ციტოქრომს 3 ჰემს. თუმცა, ორ პროტონთან შეკრული O 2 მოლეკულის ოთხ პროტონთან ურთიერთქმედების შედეგად წყლის ორი მოლეკულის წარმოქმნის მექანიზმი ზუსტად არ არის ცნობილი.

უჯრედების უმეტესობაში, ყველა აბსორბირებული ჟანგბადის დაახლოებით 90% ურთიერთქმედებს ციტოქრომ ოქსიდაზასთან. ისეთი შხამების ტოქსიკურობა, როგორიცაა ციანიდი და აზიდი, დაკავშირებულია მათ უნართან, მყარად მიმაგრდნენ ციტოქრომ ოქსიდაზას კომპლექსთან და ამით დაბლოკონ ყველა ელექტრონის ტრანსპორტი.

ორი კომპონენტი, რომლებიც ატარებენ ელექტრონებს სასუნთქი ჯაჭვის სამ მთავარ ფერმენტულ კომპლექსს შორის, უბიქინონსა და ციტოქრომ c-ს შორის, სწრაფად მოძრაობენ მემბრანების სიბრტყეში დიფუზიის გზით.

ამ მობილურ მატარებლებსა და ფერმენტულ კომპლექსებს შორის შეჯახება საკმარისია დაკვირვებული ელექტრონის გადაცემის სიჩქარის ასახსნელად (თითოეული კომპლექსი ჩუქნის და იღებს ერთ ელექტრონს ყოველ 5-10 მილიწამში). აქედან გამომდინარე, არ არის საჭირო სტრუქტურული წესრიგის დაშვება ლიპიდურ ორშრეში მატარებელი ცილების ჯაჭვში; სინამდვილეში, ფერმენტული კომპლექსები აშკარად არსებობს მემბრანაში, როგორც დამოუკიდებელი კომპონენტები, ხოლო ელექტრონების მოწესრიგებული გადაცემა უზრუნველყოფილია მხოლოდ ჯაჭვის კომპონენტებს შორის ფუნქციური ურთიერთქმედების სპეციფიკით.

ამას ისიც ადასტურებს, რომ სასუნთქი ჯაჭვის სხვადასხვა კომპონენტი სრულიად განსხვავებული რაოდენობითაა წარმოდგენილი. მაგალითად, გულის მიტოქონდრიაში NADH-დეჰიდროგენაზას კომპლექსის თითოეულ მოლეკულაზე არის 3 მოლეკულა | კომპლექსი b-c 1 კომპლექსი, ციტოქრომ ოქსიდაზას კომპლექსის 7 მოლეკულა, ციტოქრომ c 9 მოლეკულა და უბიქინონის 50 მოლეკულა; ამ ცილების ძალიან განსხვავებული თანაფარდობა იქნა ნაპოვნი ზოგიერთ სხვა უჯრედში.

რედოქსის მნიშვნელოვანი ვარდნა სამი სასუნთქი ჯაჭვის კომპლექსიდან თითოეულში აწვდის ენერგიას, რომელიც საჭიროა პროტონების ტუმბოსთვის .

ისეთ წყვილს, როგორიცაა H 2 O და ½O 2 (ან NADH და NAD +) ეწოდება კონიუგირებული რედოქსის წყვილი, რადგან მისი ერთი წევრი გარდაიქმნება მეორეში, თუ დაემატება ერთი ან მეტი ელექტრონი და ერთი ან მეტი პროტონი (ეს უკანასკნელი ყოველთვის საკმარისია. ნებისმიერ წყალხსნარში). მაგალითად, ½O 2 + 2e + 2H + ® H 2 O

ცნობილია, რომ ნაერთების 50:50 ნარევი, რომელიც ქმნის კონიუგირებული მჟავა-ფუძის წყვილს, მოქმედებს როგორც ბუფერი, ინარჩუნებს გარკვეულ „პროტონულ წნევას“ (pH), რომლის მნიშვნელობა განისაზღვრება მჟავის დისოციაციის მუდმივით. ზუსტად ანალოგიურად, წყვილის კომპონენტების 50:50 ნაზავი ინარჩუნებს გარკვეულ „ელექტრონულ წნევას“, ანუ რედოქს პოტენციალს (რედოქს პოტენციალი) E, რომელიც ემსახურება ელექტრონების მატარებელი მოლეკულის მიახლოების საზომს.

ელექტროდების მოთავსებით ხსნარში შესაბამისი რედოქსის წყვილებით, შეიძლება გაზომოთ ბიოლოგიურ რედოქს რეაქციებში ჩართული თითოეული ელექტრონული მატარებლის რედოქს პოტენციალი. ნაერთების წყვილებს, რომლებსაც აქვთ რედოქს პოტენციალის ყველაზე უარყოფითი მნიშვნელობები, აქვთ ყველაზე დაბალი ელექტრონის აფინურობა, ე.ი. შეიცავს მატარებლებს ელექტრონების მიღების ყველაზე ნაკლები ტენდენციით და მათი დონაციის ყველაზე დიდი ტენდენციით. მაგალითად, NADH და NAD + (50:50) ნარევს აქვს რედოქსის პოტენციალი -320 mV, რაც მიუთითებს NADH-ის ძალზე გამოხატულ უნარზე ელექტრონების შემოწირულობაზე, ხოლო რედოქს პოტენციალი თანაბარი რაოდენობით H 2 O ნარევის. და ½O 2 არის +820 mV, რაც ნიშნავს ელექტრონების მიღების ძლიერ ტენდენციას 0 2.

მკვეთრი ვარდნა ხდება სამი ძირითადი რესპირატორული კომპლექსიდან თითოეულში. პოტენციური სხვაობა any_two ელექტრონის მატარებელს შორის პირდაპირპროპორციულია ენერგიის გამოთავისუფლების დროს, როდესაც ელექტრონი გადადის ერთი მატარებლიდან მეორეზე. თითოეული კომპლექსი მოქმედებს როგორც ენერგიის გარდამქმნელი მოწყობილობა, რომელიც მიმართავს ამ თავისუფალ ენერგიას პროტონების გადასაადგილებლად მემბრანის გასწვრივ, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტი, როდესაც ელექტრონები გადიან წრედში.

იმისთვის, რომ ოქსიდაციური ფოსფორილირების საფუძვლად არსებული ენერგიის გარდამქმნელი მექანიზმი იმუშაოს, აუცილებელია, რომ სასუნთქი ჯაჭვის თითოეული ფერმენტული კომპლექსი იყოს ორიენტირებული შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში გარკვეული გზით - ისე, რომ ყველა პროტონი მოძრაობდეს ერთი მიმართულებით, ე.ი. მატრიციდან. . მემბრანის ცილების ეს ვექტორული ორგანიზაცია დადასტურებულია სპეციალური ზონდების გამოყენებით, რომლებიც არ გადიან მემბრანაში, რომლებიც ასახელებენ კომპლექსს მემბრანის მხოლოდ ერთი მხრიდან. ორფენაში სპეციფიკური ორიენტაცია დამახასიათებელია ყველა მემბრანის ცილისთვის და ძალიან მნიშვნელოვანია მათი ფუნქციონირებისთვის.

სასუნთქი ჯაჭვის კომპონენტების მიერ პროტონების გადატუმბვის მექანიზმები.

ოქსიდაციური ფოსფორილირების პროცესში, როდესაც ერთი NADH მოლეკულა იჟანგება (ანუ, როდესაც ორი ელექტრონი გადის სამივე ფერმენტულ კომპლექსში), იქმნება არაუმეტეს სამი ATP მოლეკულა. თუ ვივარაუდებთ, რომ სამი პროტონის საპირისპირო გავლა ATP სინთეტაზაში უზრუნველყოფს ერთი ATP მოლეკულის სინთეზს, შესაძლებელი იქნება დავასკვნათ, რომ, საშუალოდ, ერთი ელექტრონის გადაცემას თითოეული კომპლექსით თან ახლავს ერთი და ა. ნახევარი პროტონი (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ერთი ელექტრონის ტრანსპორტირებისას, ზოგიერთი კომპლექსი გადასცემს ერთ პროტონს, ზოგი კი - ორ პროტონს). ალბათ, სასუნთქი ჯაჭვის სხვადასხვა კომპონენტს აქვს პროტონების მოძრაობით ელექტრონის ტრანსპორტის კონიუგაციის სხვადასხვა მექანიზმი. ელექტრონის ტრანსპორტთან დაკავშირებული ცილის მოლეკულის კონფორმაციის ალოსტერულ ცვლილებებს, პრინციპში, შეიძლება თან ახლდეს პროტონების „ტუმბვა“, ისევე როგორც პროტონები მოძრაობენ, როდესაც ატფ სინთეზაზას მოქმედება შებრუნებულია. თითოეული ელექტრონის გადაცემით, ქინონი იჭერს პროტონს წყლის გარემოდან, რომელიც შემდეგ ათავისუფლებს მას ელექტრონის გათავისუფლებისას. ვინაიდან უბიქინონი თავისუფლად მოძრაობს ლიპიდურ ორ შრეში, მას შეუძლია მიიღოს ელექტრონები მემბრანის შიდა ზედაპირთან და გადაიტანოს ისინი b-c 1 კომპლექსში მის გარე ზედაპირთან ახლოს, გადაადგილდეს ერთი პროტონი ორ ფენაში თითოეული გადატანილი ელექტრონისთვის. უფრო რთული მოდელების გამოყენებით, ასევე შეიძლება ავხსნათ ორი პროტონის მოძრაობა თითო ელექტრონზე b-c 1 კომპლექსით, თუ ვივარაუდებთ, რომ უბიქინონი განმეორებით გადის b-c 1 კომპლექსში გარკვეული მიმართულებით.

ამის საპირისპიროდ, მოლეკულები, რომლებიც აძლევენ ელექტრონებს ციტოქრომ ოქსიდაზას კომპლექსს, არ ჩანს პროტონ-ტრანსპორტიორები, ამ შემთხვევაში ელექტრონის ტრანსპორტი ალბათ დაკავშირებულია ცილის მოლეკულების კონფორმაციის გარკვეულ ალოსტერულ ცვლილებასთან, რის შედეგადაც გარკვეული ნაწილი პროტეინის კომპლექსი თავად გადასცემს პროტონებს.

დამრღვევი მოქმედება.

1940-იანი წლებიდან ცნობილია მთელი რიგი ლიპოფილური სუსტი მჟავები, რომლებსაც შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც გამხსნელი აგენტები, ე.ი. არღვევს ელექტრონის ტრანსპორტის შეერთებას ATP სინთეზთან. როდესაც ეს დაბალი მოლეკულური ორგანული ნაერთები უჯრედებს ემატება, მიტოქონდრია აჩერებს ატფ-ის სინთეზს და აგრძელებს ჟანგბადის შეწოვას. გამხსნელი აგენტის თანდასწრებით, ელექტრონის ტრანსპორტირების სიჩქარე რჩება მაღალი, მაგრამ პროტონული გრადიენტი არ იქმნება. ეს არის ამ ეფექტის მარტივი ახსნა: გამხსნელი აგენტები (მაგ., დინიტროფენოლი, თიროქსინი) მოქმედებენ როგორც H+ გადამტანები (H+ იონოფორები) და ხსნიან დამატებით გზას - აღარ ATP სინთეტაზას მეშვეობით - H+ ნაკადისთვის შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე.

სუნთქვის კონტროლი.

როდესაც უჯრედებს ემატება გამხსნელი აგენტი, როგორიცაა დინიტროფენოლი, მიტოქონდრიის მიერ ჟანგბადის ათვისება მნიშვნელოვნად იზრდება ელექტრონების გადაცემის სიჩქარის მატებასთან ერთად. ეს აჩქარება დაკავშირებულია სუნთქვის კონტროლის არსებობასთან. ითვლება, რომ ეს კონტროლი ეფუძნება ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტის პირდაპირ ინჰიბიტორულ ეფექტს ელექტრონის ტრანსპორტზე. როდესაც ელექტროქიმიური გრადიენტი ქრება გამხსნელის თანდასწრებით, ელექტრონების უკონტროლო ტრანსპორტი აღწევს მაქსიმალურ სიჩქარეს. გრადიენტის ზრდა ანელებს სუნთქვის ჯაჭვს, ხოლო ელექტრონების ტრანსპორტირება ანელებს. უფრო მეტიც, თუ ექსპერიმენტში ხელოვნურად შეიქმნება უჩვეულოდ მაღალი ელექტროქიმიური გრადიენტი შიდა მემბრანაზე, მაშინ ელექტრონების ნორმალური ტრანსპორტი საერთოდ შეჩერდება და სასუნთქი ჯაჭვის ზოგიერთ ნაწილში შესაძლებელი იქნება ელექტრონების საპირისპირო ნაკადის აღმოჩენა. . ეს ვარაუდობს, რომ სუნთქვის კონტროლი ასახავს მარტივ ბალანსს თავისუფალი ენერგიის ცვლილებას შორის პროტონების გადაადგილების დროს, რომლებიც დაკავშირებულია ელექტრონის ტრანსპორტთან და თავისუფალი ენერგიის ცვლილებას ელექტრონის ტრანსპორტირების დროს. ელექტროქიმიური გრადიენტის სიდიდე გავლენას ახდენს როგორც ელექტრონის სიჩქარეზე, ასევე მიმართულებაზე. ტრანსფერი, ისევე როგორც ატფ სინთეტაზას მოქმედების მიმართულებაზე.

სუნთქვის კონტროლი მხოლოდ ურთიერთდაკავშირებული უკუკავშირის მარეგულირებელი მექანიზმების რთული სისტემის ნაწილია, რომელიც კოორდინაციას უწევს გლიკოლიზის, ცხიმოვანი მჟავების დაშლის, ლიმონმჟავას ციკლის რეაქციებს და ელექტრონების ტრანსპორტირებას. ყველა ამ პროცესის სიხშირე დამოკიდებულია ATP:ADP-ის თანაფარდობაზე - ისინი იზრდება, როდესაც ეს თანაფარდობა მცირდება ATP-ის გაზრდილი გამოყენების შედეგად. მაგალითად, შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის ატფ სინთეტაზა უფრო სწრაფად მუშაობს, როდესაც მისი სუბსტრატების, ანუ ADP და Pn კონცენტრაციები იზრდება. რაც უფრო მაღალია ამ რეაქციის სიჩქარე, მით მეტი პროტონი ჩაედინება მატრიცაში, რითაც უფრო სწრაფად იშლება ელექტროქიმიური გრადიენტი; ხოლო გრადიენტის დაქვეითება, თავის მხრივ, იწვევს ელექტრონების ტრანსპორტირების აჩქარებას.

ყავისფერ ცხიმოვან ქსოვილში მიტოქონდრია სითბოს გენერატორია.

ყველა ხერხემლიანს ახალგაზრდა ასაკში ესაჭიროება თერმოგენური მოწყობილობა, რათა გამოიმუშაოს სითბო, გარდა კუნთების ტრემორის მექანიზმისა. ასეთი მოწყობილობა განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ჰიბერნირებული ცხოველებისთვის. ტრემორის დროს კუნთები იკუმშება ვარჯიშის არარსებობის შემთხვევაშიც კი, ატფ-ის ჰიდროლიზებისთვის ატფ-ის ჩვეული წესით ჰიდროლიზების გამოყენებით ვარჯიშის არარსებობის შემთხვევაში და სითბოს სახით ათავისუფლებს მთელ ენერგიას, რომელიც პოტენციურად ხელმისაწვდომია ატფ-ის ჰიდროლიზით. სპეციალური თერმოგენური მოწყობილობის საჭიროება განისაზღვრება ნორმალური მიტოქონდრიების ძლიერად დაწყვილებული ჟანგვითი ფოსფორილირებით. თუ ეს პროცესი შეიძლება განადგურდეს, როგორც ეს ხდება დინიტროფენოლის თანდასწრებით, ის შეიძლება გახდეს ადეკვატური სითბოს წარმომქმნელი მოწყობილობა; ასე ხდება ყავისფერ ცხიმოვან მიტოქონდრიებში. მიუხედავად იმისა, რომ ამ მიტოქონდრიებს აქვთ ჩვეულებრივი შექცევადი ატფ-აზა, მათ ასევე აქვთ ტრანსმემბრანული პროტონული ტრანსლოკაზა, რომლის მეშვეობითაც პროტონებს შეუძლიათ დაბრუნდნენ მატრიქსში და ელექტრული შუნტირებენ ატფ-აზას აქტივობას. თუ ეს პროცესი საკმარისია წყალბადის რედოქს პოტენციალის შესანარჩუნებლად 200 მვ-ზე დაბლა, ატფ-ის სინთეზი შეუძლებელი ხდება და ჟანგვის პროცესი თავისუფლად მიმდინარეობს, რის შედეგადაც მთელი ენერგია გამოიყოფა სითბოს სახით.

ლიმონმჟავას ციკლი (ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი, კრებსის ციკლი).

ლიმონმჟავას ციკლი არის მიტოქონდრიებში მიმდინარე რეაქციების სერია, რომლის დროსაც ხდება აცეტილის ჯგუფების კატაბოლიზება და წყალბადის ეკვივალენტების გამოყოფა; ამ უკანასკნელის დაჟანგვის დროს მიეწოდება ქსოვილების საწვავის რესურსების თავისუფალი ენერგია. აცეტილის ჯგუფები გვხვდება აცეტილ-CoA-ში (აქტიური აცეტატი), კოენზიმ A-ს თიოესტერი.

ლიმონმჟავას ციკლის მთავარი ფუნქციაა ის, რომ ეს არის ნახშირწყლების, ცილების და ცხიმების დაჟანგვის საერთო საბოლოო გზა, რადგან გლუკოზა, ცხიმოვანი მჟავები და ამინომჟავები მეტაბოლიზდება აცეტილ-CoA ან ციკლის შუალედებში. ლიმონმჟავას ციკლი ასევე დიდ როლს თამაშობს გლუკონეოგენეზის, ტრანსამინაციის, დეამინაციისა და ლიპოგენეზის პროცესებში.მიუხედავად იმისა, რომ ამ პროცესების რიგი ხდება ბევრ ქსოვილში, ღვიძლი ერთადერთი ორგანოა, რომელშიც ყველა ეს პროცესი მიმდინარეობს. ამიტომ, ღვიძლის უჯრედების დიდი რაოდენობით დაზიანება ან მათი შემაერთებელი ქსოვილით ჩანაცვლება იწვევს სერიოზულ შედეგებს. ლიმონმჟავას ციკლის სასიცოცხლო როლზე ასევე მოწმობს ის ფაქტი, რომ ადამიანებში თითქმის არ არის ცნობილი გენეტიკური ცვლილებები ფერმენტებში, რომლებიც ახორციელებენ ციკლის რეაქციებს, რადგან ასეთი დარღვევების არსებობა შეუთავსებელია ნორმალურ განვითარებასთან.

CTC-ის გახსნა.

ცხოველურ ქსოვილებში პირუვატის დაჟანგვის ასეთი ციკლის არსებობა პირველად 1937 წელს შემოთავაზებული იყო ჰანს კრებსის მიერ. ეს იდეა მას შეეძინა, როდესაც მან შეისწავლა სხვადასხვა ორგანული მჟავების ანიონების მოქმედება ჟანგბადის შეწოვის სიჩქარეზე მტრედის დამსხვრეული გულმკერდის კუნთების შეჩერებით, რომელშიც პირუვატი იჟანგება. გულმკერდის კუნთები ხასიათდება სუნთქვის უკიდურესად მაღალი სიჩქარით, რაც მათ განსაკუთრებით მოსახერხებელ ობიექტად აქცევს ჟანგვითი აქტივობის შესასწავლად. კრებსმა ასევე დაადასტურა, რომ სხვა ორგანული მჟავები, რომლებიც ადრე აღმოჩენილი იყო ცხოველთა ქსოვილებში (საქცინის, ვაშლის, ფუმარის და ოქსალოაციურის) ასტიმულირებს პირუვატის დაჟანგვას. გარდა ამისა, მან აღმოაჩინა, რომ კუნთოვანი ქსოვილის მიერ პირუვატის დაჟანგვას ასტიმულირებს ექვსნახშირბადოვანი ტრიკარბოქსილის მჟავები - ლიმონის, ცის-აკონიტური და იზოციტრიული, ასევე ხუთნახშირბადიანი ა-კეტოგლუტარის მჟავა. რამდენიმე სხვა ბუნებრივად არსებული ორგანული მჟავა გამოკვლეულია, მაგრამ არცერთ მათგანს არ აჩვენა მსგავსი აქტივობა. აქტიური მჟავების მასტიმულირებელი ეფექტის ბუნებამ მიიპყრო ყურადღება: რომელიმე მათგანის მცირე რაოდენობაც კი საკმარისი იყო მრავალჯერ მეტი პირუვატის დაჟანგვისთვის.

მარტივმა ექსპერიმენტებმა და ლოგიკურმა მსჯელობამ კრებსს საშუალება მისცა ეთქვა, რომ ციკლი, რომელსაც მან ლიმონმჟავას ციკლი უწოდა, არის კუნთებში ნახშირწყლების დაჟანგვის მთავარი გზა. ამის შემდეგ, ლიმონმჟავას ციკლი აღმოაჩინეს უმაღლესი ცხოველებისა და მცენარეების თითქმის ყველა ქსოვილში და ბევრ აერობულ მიკროორგანიზმში. ამ მნიშვნელოვანი აღმოჩენისთვის კრებსს 1953 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია. ევგენი კენედიმ და ალბერტ ლენინგერმა მოგვიანებით აჩვენეს, რომ ლიმონმჟავას ციკლის ყველა რეაქცია ხდება ცხოველური უჯრედების მიტოქონდრიებში. ვირთხის ღვიძლის იზოლირებულ მიტოქონდრიებში არა მხოლოდ ლიმონმჟავას ციკლის ყველა ფერმენტი და კოენზიმი იქნა ნაპოვნი; აქ, როგორც გაირკვა, ლოკალიზებულია ყველა ის ფერმენტი და ცილა, რომელიც საჭიროა სუნთქვის ბოლო ეტაპისთვის, ანუ ლოკალიზებულია. ელექტრონის გადაცემისა და ჟანგვითი ფოსფორილირებისთვის. ამიტომ, მიტოქონდრიას სამართლიანად უწოდებენ უჯრედის "ელექტროსადგურებს".

ლიმონმჟავას ციკლის კატაბოლური როლი

ციკლი იწყება აცეტილ-CoA მოლეკულის ოქსალოაცეტატთან (ოქსალოაცეტატი) ურთიერთქმედებით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ექვსნახშირბადოვანი ტრიკარბოქსილის მჟავა, რომელსაც ლიმონმჟავა ეწოდება. ამას მოჰყვება რეაქციების სერია, რომლის დროსაც ორი CO2 მოლეკულა გამოიყოფა და ოქსალოაცეტატი რეგენერირებულია. ვინაიდან დიდი რაოდენობით აცეტილის ერთეულების CO 2-ად გადაქცევისთვის საჭირო ოქსალოაცეტატის რაოდენობა ძალიან მცირეა, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ოქსალოაცეტატი თამაშობს კატალიზურ როლს.

ლიმონმჟავას ციკლი არის მექანიზმი, რომელიც ითვისებს ნახშირწყლების, ლიპიდების და ცილების დაჟანგვის დროს გამოთავისუფლებული თავისუფალი ენერგიის უმეტეს ნაწილს. აცეტილ-CoA-ს დაჟანგვის დროს, რიგი სპეციფიური დეჰიდროგენაზების აქტივობის გამო, წარმოიქმნება აღმდგენი ეკვივალენტები წყალბადის ან ელექტრონების სახით. ეს უკანასკნელნი შედიან სასუნთქ ჯაჭვში; ამ ჯაჭვის ფუნქციონირების დროს ხდება ოქსიდაციური ფოსფორილირება, ანუ ATP სინთეზირდება.

ლიმონმჟავას ციკლის ფერმენტები ლოკალიზებულია მიტოქონდრიულ მატრიქსში, სადაც ისინი გვხვდება ან თავისუფალ მდგომარეობაში ან შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის შიდა ზედაპირზე; ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, ხელს უწყობს შემცირების ეკვივალენტების გადატანას რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტებზე, რომლებიც ლოკალიზებულია შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში.

CTC რეაქციები.

საწყისი რეაქცია, აცეტილ-CoA-ს და ოქსალოაცეტატის კონდენსაცია, კატალიზდება კონდენსაციის ფერმენტის, ციტრატის სინთეტაზას მიერ და წარმოიქმნება ნახშირბად-ნახშირბადის ბმა აცეტილ-CoA-ს მეთილის ნახშირბადსა და ოქსალოაცეტატის კარბონილის ნახშირბადს შორის. კონდენსაციის რეაქციას, რომელიც იწვევს ციტრილ-CoA-ს წარმოქმნას, მოჰყვება თიოეთერის ბმის ჰიდროლიზი, რასაც თან ახლავს დიდი რაოდენობით თავისუფალი ენერგიის დაკარგვა სითბოს სახით; ეს განსაზღვრავს რეაქციის დინებას მარცხნიდან მარჯვნივ, სანამ არ დასრულდება:

აცეტილ-CoA + ოქსალოაცეტატი + H 2 O → ციტრატი + CoA-SH

ციტრატის იზოციტრატად გარდაქმნა კატალიზებულია შავი რკინის შემცველი აკონიტაზით. ეს რეაქცია ორ ეტაპად ტარდება: ჯერ დეჰიდრატაცია ხდება ცის-აკონიტატის წარმოქმნით (მისი ნაწილი რჩება ფერმენტთან კომპლექსში), შემდეგ კი ჰიდრატაცია და იზოციტრატის წარმოქმნით:

ციტრატი ↔ ცის-აკონიტატი ↔ იზოციტრატი - H 2 O

რეაქციას თრგუნავს ფტორაცეტატი, რომელიც პირველად გარდაიქმნება ფტორაცეტილ-CoA-ში; ეს უკანასკნელი კონდენსირდება ოქსალოაცეტატთან და ქმნის ფტორციტრატს. ფტორციტრატი არის აკონიტაზას პირდაპირი ინჰიბიტორი, ციტრატი გროვდება ინჰიბირებისას.

შუალედებთან ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ აკონიტაზა ციტრატთან ურთიერთქმედებს ასიმეტრიულად: ის ყოველთვის მოქმედებს ციტრატის მოლეკულის ნაწილზე, რომელიც წარმოიქმნება ოქსალოაცეტატიდან. შესაძლებელია ციტრატსა და იზოციტრატს შორის ციტრატსა და იზოციტრატს შორის ცის-აკონიტატი არ იყოს სავალდებულო შუალედი და წარმოიქმნება მთავარი გზის გვერდით ტოტზე.

გარდა ამისა, იზოციტრატ დეჰიდროგენაზა აკატალიზებს დეჰიდროგენაციას ოქსალოსუკცინატის წარმოქმნით. აღწერილია იზოციტრატ დეჰიდროგენაზას სამი განსხვავებული ფორმა. ერთ-ერთი მათგანი, NAD-ზე დამოკიდებული, გვხვდება მხოლოდ მიტოქონდრიებში. დანარჩენი ორი ფორმა NADP-ზეა დამოკიდებული, რომელთაგან ერთი ასევე გვხვდება მიტოქონდრიაში, მეორე კი ციტოზოლში. იზოციტრატის დაჟანგვა, რომელიც დაკავშირებულია რესპირატორული ჯაჭვის მუშაობასთან, ხორციელდება თითქმის ექსკლუზიურად NAD-დამოკიდებული ფერმენტის მიერ:

იზოციტრატი + NAD + ↔ ოქსალოსუკცინატი (კომპლექსში ფერმენტთან ერთად) ↔ ალფა-კეტოგლუტარატი + CO 2 + NADH 2

სურათი 5. კრებსის ციკლის რეაქციები.

ამას მოჰყვება დეკარბოქსილაცია ალფა-კეტოგლუტარატის წარმოქმნით, რომელიც ასევე კატალიზებულია იზოციტრატ დეჰიდროგენაზას მიერ. დეკარბოქსილირების რეაქციის მნიშვნელოვანი კომპონენტია Mg 2+ (ან Mn 2+) იონები. არსებული მონაცემებით ვიმსჯელებთ, რეაქციის შუალედურ სტადიაზე წარმოქმნილი ოქსალოსუკცინატი რჩება ფერმენტთან კომპლექსში.

ალფაკეტოგლუტარატი, თავის მხრივ, პირუვატის მსგავსი ოქსიდაციურ დეკარბოქსილირებას განიცდის: ორივე შემთხვევაში სუბსტრატი არის ალფაკეტომჟავა. რეაქცია კატალიზებულია ალფა-კეტოგლუტარატდეჰიდროგენაზას კომპლექსით და მოითხოვს კოფაქტორების იგივე ნაკრების - თიამინის დიფოსფატი, ლიპოატი, NAD +, FAD და CoA მონაწილეობას; შედეგად წარმოიქმნება სუქცინილ-CoA - თიოეთერი, რომელიც შეიცავს მაღალ ენერგიულ ბმას.

α-კეტოგლუტორატი + NAD + + CoA-SH → სუქცინილ-CoA + CO 2 + NADH + H +

რეაქციის წონასწორობა იმდენად ძლიერად არის გადატანილი სუქცინილ-CoA-ს წარმოქმნისკენ, რომ ის ფიზიოლოგიურად ცალმხრივად შეიძლება ჩაითვალოს. ისევე როგორც პირუვატის დაჟანგვის შემთხვევაში, რეაქცია თრგუნავს არსენატით, რაც იწვევს სუბსტრატის (ალფა-კეტოგლუტარატი) დაგროვებას.

ციკლი გრძელდება სუქცინილ-CoA-ს სუქცინატად გარდაქმნით, რომელიც კატალიზირებულია სუქცინატ თიოკინაზას მიერ (სუქცინილ-CoA სინთეტაზა):

სუქცინილ-CoA + P H + GDP↔ სუქცინატი + GTP + CoA-SH

რეაქციის ერთ-ერთი სუბსტრატი არის GDP (ან IDP), საიდანაც GTP (ITP) წარმოიქმნება არაორგანული ფოსფატის თანდასწრებით. ეს არის ერთადერთი საფეხური ლიმონმჟავას ციკლში, რომელიც წარმოქმნის მაღალი ენერგიის ფოსფატულ კავშირს სუბსტრატის დონეზე; α-კეტოგლუტარატის ოქსიდაციური დეკარბოქსილირებისას, თავისუფალი ენერგიის პოტენციური რაოდენობა საკმარისია NADH-ისა და მაღალი ენერგიის ფოსფატური ბმის შესაქმნელად. ფოსფოკინაზას მიერ კატალიზებულ რეაქციაში ATP შეიძლება წარმოიქმნას როგორც GTP, ასევე ITP. Მაგალითად:

GTP+ADP «GDP+ATP.

ალტერნატიულ რეაქციაში, რომელიც წარმოიქმნება ღვიძლის გარეთა ქსოვილებში და კატალიზირებულია სუქცინილ-CoA-აცეტოაცეტატ-CoA-ტრანსფერაზას მიერ, სუქცინილ-CoA გარდაიქმნება სუქცინატად, აცეტოაცეტატის აცეტილ-CoA-ად გარდაქმნასთან ერთად. ღვიძლში არის დიაცილაზას აქტივობა, რომელიც უზრუნველყოფს სუქცინილ-CoA ნაწილის ჰიდროლიზს სუქცინატის და CoA-ს წარმოქმნით.

სუქცინატი + FAD « ფუმარატი + FADH 2

პირველი დეჰიდროგენაცია კატალიზებულია სუქცინატდეჰიდროგენაზას მიერ, რომელიც დაკავშირებულია შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის შიდა ზედაპირზე. ეს არის CTK-ის ერთადერთი დეჰიდროგენაზას რეაქცია, რომლის დროსაც ხდება პირდაპირი გადატანა სუბსტრატიდან ფლავოპროტეინზე NAD +-ის მონაწილეობის გარეშე. ფერმენტი შეიცავს FAD და რკინა-გოგირდის პროტეინს. დეჰიდროგენაციის შედეგად წარმოიქმნება ფუმარატი. იზოტოპების გამოყენებით ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ფერმენტი სტერეოსპეციფიკურია სუქცინატის მეთილენის ჯგუფების ტრანს წყალბადის ატომებისთვის. მალონატის ან ოქსალოაცეტატის დამატება აინჰიბირებს სუქცინატდეჰიდროგენაზას, რაც იწვევს სუქცინატის დაგროვებას.

ფუმარაზა (ფუმარატის ჰიდროტაზა) კატალიზებს წყლის დამატებას ფუმარატში მალატის წარმოქმნით:

ფუმარატი + H 2 O "L-malate

ფუმარაზა სპეციფიკურია მალატის L-იზომერისთვის; ის ახდენს წყლის მოლეკულის კომპონენტების დამატებას ფუმარატის ორმაგ კავშირში ტრანს კონფიგურაციაში. მალატ დეჰიდროგენაზა კატალიზებს მალატის გარდაქმნას ოქსალოაცეტატად, რეაქცია მიმდინარეობს NAD + მონაწილეობით:

L-malate + NAD + "0xaloacetate + NADH 2

მიუხედავად იმისა, რომ ამ რეაქციის წონასწორობა ძლიერად არის გადაადგილებული მალატის მიმართულებით, ის რეალურად მიმდინარეობს ოქსალოაცეტატის მიმართულებით, რადგან ის, NADH-თან ერთად, მუდმივად მოიხმარება სხვა რეაქციებში.

ლიმონმჟავას ციკლის ფერმენტები, გარდა ალფა-კეტოგლუტარატისა და სუქცინატ დეჰიდროგენაზას, ასევე გვხვდება მიტოქონდრიის გარეთ. თუმცა, ამ ფერმენტებიდან ზოგიერთი (მაგ. მალატ დეჰიდროგენაზა) განსხვავდება შესაბამისი მიტოქონდრიული ფერმენტებისგან.

ლიმონმჟავას ციკლის ენერგეტიკა.

TCA დეჰიდროგენაზებით კატალიზებული ჟანგვის შედეგად, ერთი ციკლის განმავლობაში კატაბოლიზებული თითოეული აცეტილ-CoA მოლეკულისთვის წარმოიქმნება სამი NADH მოლეკულა და ერთი FADH 2 მოლეკულა. ეს შემცირების ეკვივალენტები გადადის მიტოქონდრიულ მემბრანაში მდებარე რესპირატორულ ჯაჭვში. ჯაჭვში გავლისას, NADH-ის აღმდგენი ეკვივალენტები წარმოქმნიან სამ მაღალენერგიულ ფოსფატულ ბმას ATP-ის წარმოქმნით ADP-დან ოქსიდაციური ფოსფორილირების გზით. მხოლოდ ორი მაღალენერგეტიკული ფოსფატური ბმა წარმოიქმნება FADH 2-ის მიერ, რადგან FADH 2 გადასცემს აღმდგენი ეკვივალენტებს კოენზიმ Q-ში და, შესაბამისად, გვერდის ავლით სუნთქვის ჯაჭვში ჟანგვითი ფოსფორილირების ჯაჭვის პირველ ნაწილს. კიდევ ერთი მაღალი ენერგიის ფოსფატი წარმოიქმნება ლიმონმჟავას ციკლის ერთ-ერთ უბანზე, ანუ სუბსტრატის დონეზე, როდესაც სუქცინილ-CoA გარდაიქმნება სუქცინატად. ამრიგად, ყოველი ციკლის პერიოდში წარმოიქმნება 12 ახალი მაღალენერგეტიკული ფოსფატური ბმა.

ლიმონმჟავას ციკლის რეგულირება.

ძირითადი პროცესები, რომლებიც აწვდიან და ინახავს ენერგიას უჯრედებში, შეიძლება შეჯამდეს შემდეგნაირად:

გლუკოზის პირუვატი ® აცეტილ-CoA ცხიმოვანი მჟავები

ამ სისტემის რეგულირებამ, inter alia, უნდა უზრუნველყოს ATP-ის მუდმივი მიწოდება მიმდინარე ენერგეტიკული მოთხოვნილებების შესაბამისი, უზრუნველყოს, რომ ზედმეტი ნახშირწყლები გარდაიქმნება ცხიმოვან მჟავებად პირუვატისა და აცეტილ-CoA-ს მეშვეობით, და ამავე დროს აკონტროლებს ცხიმოვანი მჟავების ეკონომიურ გამოყენებას აცეტილის საშუალებით. -CoA, როგორც ძირითადი შესვლის პროდუქტი ლიმონმჟავას ციკლში.

ლიმონმჟავას ციკლი აწვდის ელექტრონებს ელექტრონების სატრანსპორტო სისტემას, რომელშიც ელექტრონების ნაკადი დაკავშირებულია ATP სინთეზთან და, უფრო მცირე ზომით, აწვდის შემცირებულ ეკვივალენტებს შუალედურ ბიოსინთეზურ სისტემებს. პრინციპში, ციკლი არ შეიძლება გაგრძელდეს იმაზე სწრაფად, ვიდრე წარმოქმნილი ATP-ის გამოყენება იძლევა საშუალებას. თუ უჯრედის ყველა ADP გარდაიქმნება ATP-ში, აღარ იქნება ელექტრონების შემდგომი ნაკადი NADH-დან, რომელიც გროვდება 02-მდე. ციკლის დეჰიდროგენიზაციის პროცესებში აუცილებელი მონაწილე NAD +-ის არარსებობის გამო, ეს უკანასკნელი შეწყვეტს ფუნქციონირებას. არსებობს უფრო დახვეწილი მარეგულირებელი მოწყობილობები, რომლებიც არეგულირებენ ფერმენტების მოქმედებას თავად ლიმონმჟავას ციკლში.

სუქცინატდეჰიდროგენაზა განლაგებულია შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში. ყველა სხვა ფერმენტი იხსნება მატრიცაში, რომელიც ავსებს მიტოქონდრიის შიდა ნაწილს. ამ ფერმენტების ფარდობითი ოდენობის გაზომვები და მათი სუბსტრატების კონცენტრაცია მიტოქონდრიაში მიუთითებს, რომ თითოეული რეაქცია ერთი და იგივე სიჩქარით მიმდინარეობს. მას შემდეგ რაც პირუვატი (ან აცეტილ-CoA-ს სხვა პოტენციური წყარო) შედის მიტოქონდრიულ მატრიქსში, მთელი ციკლი ხდება ამ განყოფილებაში.

ზოგიერთ ადგილას სტიმულაცია ან დათრგუნვა განისაზღვრება NADH/NAD, ATP/ADP ან AMP, აცეტილ-CoA/CoA ან სუქცინილ-CoA/CoA-ს შედარებითი კონცენტრაციით. როდესაც ეს კოეფიციენტები მაღალია, უჯრედი საკმარისად მიეწოდება ენერგიით და ციკლის გავლით დინება შენელდება; როდესაც ისინი დაბალია, უჯრედს სჭირდება ენერგია და ციკლის ნაკადი აჩქარებს.

როგორც შეუქცევადი რეაქცია, რომელიც აკავშირებს ნახშირწყლების მეტაბოლიზმს ლიმონმჟავას ციკლთან, პირუვატდეჰიდროგენაზას რეაქცია კარგად უნდა იყოს კონტროლირებადი. ეს მიიღწევა ორი გზით. პირველი, ფერმენტი, რომელიც გააქტიურებულია გლიკოლიზის რამდენიმე შუამავლის მიერ, კონკურენტულად ინჰიბირებულია საკუთარი პროდუქტების, NADH და აცეტილ-CoA-ს მიერ. Ceteris paribus, NADH/NAD + თანაფარდობის ზრდა 1-დან 3-მდე იწვევს რეაქციის სიჩქარის 90%-ით შემცირებას, ხოლო აცეტილ-CoA/CoA-ს თანაფარდობის ზრდა იწვევს რაოდენობრივად მსგავს ეფექტს. ეფექტი ნაჩვენებია მყისიერად. სხვა მარეგულირებელი მოწყობილობის ეფექტი უფრო ნელა ხდება, მაგრამ უფრო დიდხანს გრძელდება. პირუვატდეჰიდროგენაზა კინაზას დაახლოებით ხუთი მოლეკულა დაკავშირებულია დიჰიდროლიპოილტრანსაცეტილაზას თითოეული მოლეკულის ბირთვთან, რომელიც ATP-ის გამო კატალიზებს სერინის ნარჩენების ფოსფორილირებას პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპონენტის a-ჯაჭვში. ფოსფორილირებულ ფერმენტს არ შეუძლია პირუვატის დეკარბოქსილირება.

როდესაც ხდება ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვა, პირუვატდეჰიდროგენაზა მკვეთრად ინჰიბირებულია. როგორც ჩანს, ეს ფენომენი აიხსნება ATP, აცეტილ-CoA და NADH-ის მაღალი კონცენტრაციით, რომლებიც თან ახლავს ჟანგვის პროცესს. ქსოვილების უმეტესობა შეიცავს პირუვატდეჰიდროგენაზას ჭარბად, ამიტომ ღვიძლში, ისევე როგორც მოსვენებულ ცხოველებში კვების შემდეგ, პირუვატდეჰიდროგენაზას მხოლოდ 40, 15 და 10% არის აქტიური, არაფოსფორილირებული სახით. . როდესაც იზრდება ATP-ის საჭიროება, NAD +, CoA და ADP კონცენტრაცია იზრდება NADH-ის, აცეტილ-CoA-ს და ATP-ის გამოყენების გამო და კინაზა ინაქტივირებულია. თუმცა, ფოსფატაზა აგრძელებს ფუნქციონირებას დეჰიდროგენაზას ხელახალი გააქტიურებით. Ca 2+-ის ზრდამ შეიძლება გაააქტიუროს მიტოქონდრიული ფოსფატაზა.

ციტრატის სინთეზი არის ნაბიჯი, რომელიც ზღუდავს ლიმონმჟავას ციკლის სიჩქარეს. ამ სტადიის რეგულირება განპირობებულია ციტრატ სინთეტაზას მცირე, მაგრამ მნიშვნელოვანი ინჰიბიციით NADH და სუქცინილ-CoA-ს მიერ. ციტრატის სინთეზის სიჩქარეზე ძირითად გავლენას ახდენს სუბსტრატის მიწოდება.

იზოციტრატდეჰიდროგენაზას აქტივობა რეგულირდება Mg 2+, იზოციტრატის, NAD+, NADH და AMP კონცენტრაციების მიხედვით. გარდა NAD+-ის, იზოციტრატისა და Mg2+-ისთვის სუბსტრატის დამაკავშირებელი ადგილებისა, ფერმენტს ასევე აქვს დადებითი და უარყოფითი ეფექტორის ადგილები. იზოციტრატი არის დადებითი ეფექტი; მისი შეკვრა კოოპერატიულია, ანუ ერთ ადგილზე მიბმა ხელს უწყობს სხვაზე დაკავშირებას. AMP-სთვის ორივე შემაკავშირებელი ადგილი ასტიმულირებს ფერმენტის აქტივობას.

ამრიგად, ფერმენტული აქტივობა განისაზღვრება NAD+/NADH და AMP/ATP-ის შეფარდებით.

AMP არის α-კეტოგლუტარატდეჰიდროგენაზას კომპლექსის დადებითი ეფექტი, რომელიც ამ მხრივ წააგავს იზოციტრატ დეჰიდროგენაზას. ფიზიოლოგიური კონცენტრაციების დიაპაზონში, სუქცინილ-CoA და NADH აქვთ ინჰიბიტორული ეფექტი და სუქცინილ-CoA-ს კონცენტრაცია, როგორც ჩანს, მთავარი ფაქტორია, რომელიც აკონტროლებს პროცესის სიჩქარეს. სუქცინატდეჰიდროგენაზა წააგავს იზოციტრატ დეჰიდროგენაზას იმით, რომ სუბსტრატი (სუქცინატი) ფუნქციონირებს როგორც დადებითი ალოსტერული ეფექტორი. ოქსალოაცეტატი არის ძლიერი ინჰიბიტორი, თუმცა გაურკვეველია მუშაობს თუ არა ეს კონტროლი ნორმალურ პირობებში.

ლიმონმჟავას ციკლში ოთხი წყალში ხსნადი B ვიტამინი ასრულებს სპეციფიკურ ფუნქციებს.რიბოფლავინი არის FAD-ის ნაწილი, რომელიც წარმოადგენს ალფა-კეტოგლუტარატდეჰიდროგენაზას კომპლექსისა და სუქცინატდეჰიდროგენაზას კოფაქტორს. ნიაცინი არის NAD-ის ნაწილი, რომელიც წარმოადგენს სამი ციკლის დეჰიდროგენაზას კოენზიმს: იზოციტრატ დეჰიდროგენაზას, ალფა-კეტოგლუტორატ დეჰიდროგენაზას და მალატდეჰიდროგენაზას. თიამინი (ვიტამინი B1) არის თიამინის დიფოსფატის ნაწილი, რომელიც წარმოადგენს ალფა-კეტოგლუტარატ დეჰიდროგენაზას კოენზიმს. პანტოტენის მჟავა არის კოენზიმის A ნაწილი, რომელიც არის კოფაქტორი, რომელიც აკავშირებს აქტიურ აცილის ნარჩენებს.

მაკროერგიული ნაერთები და მაკროერგიული ობლიგაციები.

უჯრედებში, რომლებიც გამოიყოფა საკვები ნივთიერებების დაშლის კატაბოლური პროცესების შედეგად, თავისუფალი ენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალი ქიმიური რეაქციის განსახორციელებლად, რომლებიც საჭიროებენ ენერგიას. ენერგიის შენახვა ხდება სპეციალური კლასის ნაერთების ენერგიით მდიდარი ქიმიური ბმების სახით, რომელთა უმეტესობა არის ფოსფორის ანჰიდრიდები (ნუკლეოზიდის ტრიფოსფატები).

არსებობს მაღალი ენერგიის და დაბალი ენერგიის ფოსფატები. ნაერთების ამ ორი ჯგუფის პირობითი საზღვარი არის ფოსფატური ბმის ჰიდროლიზის თავისუფალი ენერგიის მნიშვნელობა. ამიტომ, მაღალენერგიულ ფოსფატებს აქვთ ენერგიით მდიდარი მაღალი ენერგეტიკული (მაკროერგიული) ბმა.

ბმის ენერგია განისაზღვრება, როგორც განსხვავება ამ ბმის შემცველი ნაერთების თავისუფალ ენერგიებსა და მისი რღვევის შედეგად წარმოქმნილ ნაერთებს შორის. მაკროერგიულ (ენერგიით მდიდარ) ობლიგაციებად ითვლება ის ბმები, რომელთა ჰიდროლიზის დროს სისტემის თავისუფალი ენერგიის ცვლილებები 21 კჯ/მოლზე მეტია.

ყველა ტიპის უჯრედების ენერგიის გაცვლაში ცენტრალურ როლს ასრულებს ადენინის ნუკლეოტიდების სისტემა, რომელიც მოიცავს ATP, ADP და AMP, აგრეთვე არაორგანულ ფოსფატს და მაგნიუმის იონებს. ATP არის თერმოდინამიკურად არასტაბილური მოლეკულა და ჰიდროლიზდება ADP და AMP-ის წარმოქმნით. სწორედ ეს არასტაბილურობა საშუალებას აძლევს ATP-ს ფუნქციონირდეს როგორც ქიმიური ენერგიის მატარებელი, რომელიც საჭიროა უჯრედების ენერგეტიკული მოთხოვნილებების უმეტესი ნაწილის დასაკმაყოფილებლად. მდიდარი ენერგეტიკული კავშირის მქონე ნაერთები, გარდა ATP-ისა, ასევე მოიცავს UTP, CTP, GTP, TTP, კრეატინ ფოსფატს, პიროფოსფატს, ზოგიერთ თიოეთერს (მაგალითად, აცეტილ-CoA), ფოსფოენოლპირუვატს, 1,3-ბიფოსფოგლიცერატს და სხვა რიგს. ნაერთები.

სტანდარტულ პირობებში ატფ-ის ჰიდროლიზის დროს თავისუფალი ენერგიის ცვლილებაა -30,4 კჯ/მოლი. ფიზიოლოგიურ პირობებში ატფ-ის ტერმინალური ფოსფატური ბმის ჰიდროლიზის რეალური თავისუფალი ენერგია განსხვავებული იქნება და უახლოვდება -50,0 კჯ/მოლ.

არსებობს რამდენიმე ვარიანტი ATP ფოსფატის ობლიგაციების ენერგიის განთავისუფლებისთვის. მთავარი ვარიანტია ATP-ის ტერმინალური ფოსფატის დაშლა (ATP + H 2 O ® ADP + H 3 RO 4). კიდევ ერთი ვარიანტია ATP-ის პიროფოსფატის დაშლა (ATP + H20 ® AMP + H 4 P 2 O 7). ამ ტიპის რეაქცია გაცილებით ნაკლებად გამოიყენება ბიოქიმიურ პროცესებში.

ენერგიის დაგროვება ATP-ის სპეციფიკურ ფოსფატურ ობლიგაციებში ეფუძნება ცოცხალ უჯრედში ენერგიის გადაცემის მექანიზმს. არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ უჯრედში არსებობს ATP ენერგიის გადაცემის სამი ძირითადი ტიპი:

ქიმიური ბმების ენერგიად, სითბურ ენერგიად და სამუშაოს შესრულებაზე დახარჯულ ენერგიად (ოსმოსური, ელექტრული, მექანიკური და ა.შ.).

ვიტამინი PP .

ვიტამინი PP (ნიკოტინის მჟავა, ნიკოტინამიდი, ნიაცინი) ეწოდება ანტიპელაგრიულ ვიტამინს (იტალიური პრევენციული პელაგრადან - "პელაგრას პრევენცია"), რადგან მისი არარსებობა არის დაავადების მიზეზი, რომელსაც ეწოდება პელაგრა.

ნიკოტინის მჟავა დიდი ხანია ცნობილია, მაგრამ მხოლოდ 1937 წელს გამოიყო კ.ელვეჰეიმმა ღვიძლის ექსტრაქტიდან და აჩვენა, რომ ნიკოტინის მჟავის (ან მისი ამიდის - ნიკოტინამიდის) ან ღვიძლის პრეპარატების შეყვანა ხელს უშლის განვითარებას ან განკურნებას. პელაგრა.

ნიკოტინის მჟავა არის პირიდინის ნაერთი, რომელიც შეიცავს კარბოქსილის ჯგუფს (ნიკოტინამიდი გამოირჩევა ამიდური ჯგუფის არსებობით).

ვიტამინი PP ოდნავ ხსნადია წყალში (დაახლოებით 1%), მაგრამ ძალიან ხსნადი ტუტეების წყალხსნარებში. ნიკოტინის მჟავა კრისტალიზდება თეთრი ნემსის სახით.

პელაგრას ყველაზე დამახასიათებელი ნიშნები (იტალიური pelle agra - უხეში კანი) არის კანის დაზიანება (დერმატიტი), კუჭ-ნაწლავის ტრაქტი (დიარეა) და ნერვული აქტივობის დარღვევა (დემენცია).

დერმატიტი ყველაზე ხშირად სიმეტრიულია და აზიანებს კანის იმ უბნებს, რომლებიც ექვემდებარება მზის პირდაპირ სხივებს: ხელების უკანა მხარე, კისერი, სახე; კანი ხდება წითელი, შემდეგ ყავისფერი და უხეში. ნაწლავის დაზიანებები გამოხატულია ანარექსიის, გულისრევის და მუცლის ტკივილის, ფაღარათის განვითარებით. დიარეა იწვევს დეჰიდრატაციას. მსხვილი ნაწლავის ლორწოვანი გარსი ჯერ ანთებულია, შემდეგ წყლულდება. პელაგრასთვის სპეციფიკურია სტომატიტი, გინგივიტი, ენის დაზიანებები შეშუპებით და ბზარებით. თავის ტვინის დაზიანებები გამოხატულია თავის ტკივილით, თავბრუსხვევით, გაღიზიანებით, დეპრესიით და სხვა სიმპტომებით, მათ შორის ფსიქოზის, ფსიქონევროზის, ჰალუცინაციების და სხვა. პელაგრას სიმპტომები განსაკუთრებით გამოხატულია არასაკმარისი ცილოვანი კვების მქონე პაციენტებში. დადგინდა, რომ ეს გამოწვეულია ტრიპტოფანის ნაკლებობით, რომელიც წარმოადგენს ნიკოტინამიდის წინამორბედს, ნაწილობრივ სინთეზირებული ადამიანისა და ცხოველის ქსოვილებში, ასევე რიგი სხვა ვიტამინების ნაკლებობით.

ვიტამინი PP თამაშობს კოენზიმის როლს NAD-დამოკიდებულ დეჰიდროგენაზებში (ქსოვილოვანი სუნთქვის მონაწილეები), ნახშირწყლების და ამინომჟავების მეტაბოლიზმში, NADP-დამოკიდებულ ფერმენტებში (პენტოზის შუნტი და ლიპიდური სინთეზი), HMH-დამოკიდებულ ფერმენტებში (ალკოჰოლის დეჰიდროგენაზა და ვაშლის ფერმენტი). არანაკლებ მნიშვნელოვანია მისი როლი, როგორც სუბსტრატი პოლი-ADP-რიბოზილირების დროს. ეს პროცესი ჩართულია ქრომოსომის რღვევის ჯვარედინი კავშირში და რეპარაზული სისტემის მუშაობაში, ასევე (NAD-ის არარსებობის შემთხვევაში) საკვანძო მნიშვნელობა აქვს უჯრედების ნეკრობიოზისა და აპოპტოზის მექანიზმში, განსაკუთრებით მაღალ აერობულს.

ნაჩვენებია, რომ ზოგიერთი დეჰიდროგენაზა იყენებს მხოლოდ NAD-ს ან NADP-ს, ხოლო სხვებს შეუძლიათ რედოქს რეაქციების კატალიზირება რომელიმე მათგანის თანდასწრებით. ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესში NAD და NADP მოქმედებენ როგორც ელექტრონისა და პროტონის შუალედური მატარებლები ჟანგვის სუბსტრატსა და ფლავინის ფერმენტებს შორის.

ნიკოტინის მჟავისა და მისი ამიდის ძირითადი წყაროა ბრინჯი, პური, კარტოფილი, ხორცი, ღვიძლი, თირკმელები, სტაფილო და სხვა საკვები.

მიკროსომური დაჟანგვა.

მონოოქსიგენაზას რეაქციები.

ცოცხალი ორგანიზმები შეიცავს მრავალრიცხოვან და მრავალფეროვან ფერმენტთა ჯგუფს, რომელსაც მონოოქსიგენაზებს უწოდებენ. ტიპიურ შემთხვევაში, ჟანგბადის მოლეკულის ერთი ატომი გვხვდება სუბსტრატის ახალ ჰიდროქსიდის ჯგუფში, მეორე კი რეაქციის დროს წყალში მცირდება. შესაბამისად, რეაქცია უნდა მიმდინარეობდეს ფერმენტის, სუბსტრატის, ჟანგბადის და ზოგიერთი შემამცირებელი აგენტის მონაწილეობით.

დოფამინ-ბ-მონოოქსიგენაზა, რომელიც იმყოფება ტვინში და ქრომაფინის ქსოვილში, კატალიზებს 3,4-დიოქსიფენილეთილამინის ჰიდროქსილაციას ნორეპინეფრინამდე.

ფენოლ მონოოქსიგენაზები გვხვდება ბაქტერიებში, მცენარეებში, მწერებში, ასევე ძუძუმწოვრების ღვიძლში და კანში. ო-ქინონის პოლიმერიზაცია, რომელიც წარმოიქმნება ამ ფერმენტების მიერ კატალიზებული რეაქციების ჯაჭვის შედეგად, საფუძვლად უდევს მელანინის წარმოქმნას.

დიოქსიგენაზას რეაქციები.

ფერმენტებს, რომლებიც ახდენენ რეაქციის კატალიზებას, რომელშიც ორივე მოლეკულური ჟანგბადის ატომი შედის რეაქციის პროდუქტებში, ეწოდება დიოქსიგენაზები. ამ ჯგუფის ამჟამად ცნობილი ფერმენტები შეიძლება შეიცავდეს ჰემის ან არაჰემის რკინას, როგორც აქტიურ ჯგუფს და ზოგიერთს სჭირდება α-კეტოგლუტარატი მათი მოქმედებისთვის.

რკინა-ა-კეტოგლუტარატის დიოქსიგენაზები არის რკინადამოკიდებული ფერმენტები, რომლებიც კატალიზირებენ სუბსტრატის ჰიდროქსილაციას იმ პროცესის დროს, როდესაც ა-კეტოგლუტარატი განიცდის ჟანგვითი დეკარბოქსილირებას სუქცინატამდე: M + O2 + ა-კეტოგლუტარატი M-OH + სუქცინატი + CO2.

ციტოქრომები რედოქსის ჯაჭვის ფერმენტებია.

ელექტრონების შემდგომი გადატანა KoQH2-დან O2-ზე ხორციელდება ციტოქრომის სისტემით. ეს სისტემა შედგება ჰემის შემცველი პროტეინებისგან (ჰემპროტეინები), რომლებიც აღმოაჩინეს 1886 წელს კ. მაკმუნის მიერ. ყველა მათგანს აქვს ჰემოგლობინის ჰემის მახლობლად პროთეზირებული ჰემის ჯგუფი. ციტოქრომები ერთმანეთისგან განსხვავდებიან არა მხოლოდ პროთეზირების ჯგუფით, არამედ ცილოვანი კომპონენტებითაც. ყველა ციტოქრომს, განსაკუთრებით შემცირებულ ფორმას, აქვს დამახასიათებელი შთანთქმის სპექტრები, რედოქს პოტენციალის მნიშვნელობები ასევე არ არის იგივე.

ჟანგბადის ერთი ატომის შეყვანით ჰიდროქსილაციის ფართოდ გამოყენებულ მექანიზმში, ფუნქციური რკინის ატომი მდებარეობს ციტოქრომის ჰემის ჯგუფში, ციტოქრომ P450. ეს ციტოქრომები გვხვდება ღვიძლის EPS-ის მემბრანებში, თირკმელზედა ჯირკვლის ქერქის მიტოქონდრიებში, თირკმლის ჯაგრისის საზღვარზე და სხვადასხვა ბაქტერიების პლაზმურ გარსებში. კატალიზებული რეაქცია იგივეა, რაც ყველა სხვა მონოოქსიგენაზას.

MH + O2 + 2e + 2H + ®MON + H2O

ციტოქრომები P450 ღვიძლისგან არის ინდუქციურ ფერმენტებს შორის; ეს ნიშნავს, რომ არსებული ფერმენტის რაოდენობა შეიძლება გაიზარდოს 25-ჯერ იმ მრავალი უცხო ნაერთის მიღებით, როგორიცაა ფენობარბიტალი ან მეთილქოლანთრენი. ციტოქრომები ანეიტრალებს ქსენობიოტიკებს და ასევე ზღუდავს დროს, რომლის დროსაც ზოგიერთი წამალი შეიძლება დარჩეს აქტიური. მწვავე ინტოქსიკაციის ზოგიერთი ფორმის მკურნალობას შეიძლება ხელი შეუწყოს ინდუქტორის შეყვანა, რომელიც ამ შემთხვევაში ზოგადად უვნებელია.

თირკმელზედა ჯირკვლის ქერქის ციტოქრომები P450 განლაგებულია მიტოქონდრიულ მემბრანაში, სადაც ორი ცალკეული ფერმენტი ახდენს, შესაბამისად, ქოლესტერინის გვერდითი ჯაჭვების გაწყვეტას პრეგნენოლონამდე და სხვადასხვა სტეროიდების ჰიდროქსილირების რეაქციებს.

ციტოქრომ P450 კატალიზებს ჰიდროქსილის ჯგუფების წარმოქმნას ნაღვლის მჟავების, სტეროიდული ჰორმონების სინთეზის დროს, რიგი ნივთიერებების კატაბოლიზმისა და უცხო ნაერთების გაცვლის დროს.

მიკროსომებში ნაპოვნი პირველი ელექტრონის მატარებელი სისტემა არის ციტოქრომ b5 შემცირების სისტემა NADH-ის გამო; ციტოქრომ b5 მცირდება NADH-ციტოქრომ b5-რედუქტაზათ, რომელიც შეიცავს ერთ FAD-ს თითო მოლეკულაზე, რომელიც ახდენს ციკლურ გადასვლებს მთლიანად შემცირებულ და დაჟანგულ ფორმებს შორის. ციტოქრომი b5 მტკიცედ არის დაკავშირებული ER-თან მისი ფართო ჰიდროფობიური რეგიონით. მიუხედავად იმისა, რომ ციტოქრომის ჰემის რეგიონის გარე ზედაპირი ჰიდროფილურია, ის ღრმა ჰიდროფობიურ უფსკრულით დევს, პროპიონის მჟავას კარბოქსილის ჯგუფებით ორიენტირებული გარეთ. შემცირებული ციტოქრომი b5 ნელ-ნელა იჟანგება და წარმოიქმნება სუპეროქსიდის ანიონი. ეს მექანიზმი შეიძლება იყოს სუპეროქსიდის მთავარი გენერატორი ღვიძლის უჯრედებში.

ჟანგბადის გამოყენების პეროქსიდაზას გზა.

მოლეკულური ჟანგბადი პარამაგნიტურია, რადგან შეიცავს ორ დაუწყვილებელ ელექტრონს პარალელური სპინებით. ეს ელექტრონები სხვადასხვა ორბიტალშია, რადგან ორ ელექტრონს არ შეუძლია დაიკავოს ერთი და იგივე ორბიტალი, თუ მათი სპინები საპირისპირო არ არის. შესაბამისად, ჟანგბადის შემცირება ელექტრონების წყვილის პირდაპირი შეყვანით მის ნაწილობრივ შევსებულ ორბიტალებში შეუძლებელია ორი ელექტრონიდან ერთ-ერთის სპინის „უკუქცევის“ გარეშე. შემცირების სპინის დათრგუნვა შეიძლება დაიძლიოს ცალკეული ელექტრონების თანმიმდევრული დამატებით. O2-ის 2H2O-მდე სრული შემცირება საჭიროებს 4 ელექტრონს; ერთელექტრონული შემცირებისას სუპეროქსიდი, წყალბადის ზეჟანგი და ჰიდროქსიდის რადიკალები შუალედურ პროდუქტებად ჩნდება. ეს პროდუქტები ძალიან რეაქტიულია და მათმა არსებობამ შეიძლება საფრთხე შეუქმნას ცოცხალი სისტემების მთლიანობას. სინამდვილეში, OH, მაიონებელი გამოსხივების ყველაზე მუტაგენური პროდუქტი, არის ძალიან ძლიერი ჟანგვის აგენტი, რომელსაც შეუძლია შეტევა ყველა ორგანულ ნაერთზე. ჟანგბადის ერთი ელექტრონით შემცირება იწვევს რეაქციების ჯაჭვს, რომელიც იწვევს OH-ის წარმოქმნას:

O2 + e ® O2 (1)

O2 + H ®HO2 (2)

O2 + HO2 + H ® H2O2 + O2 (3)

(1) რეაქციაში წარმოქმნილი სუპეროქსიდის ანიონი შეიძლება პროტონირებული იყოს ჰიდროპეროქსიდის რადიკალში (2). რეაქცია (3) არის სპონტანური დისმუტაცია, რომელიც იწვევს H2O2 + O2 წარმოქმნას. ამ რეაქციების მთლიანობა ვარაუდობს, რომ ნებისმიერი სისტემა, რომელიც აწარმოებს O2-ს, ასევე მალე შეიცავს H2O2-ს.

ქსანტინ ოქსიდაზა, ალდეჰიდ ოქსიდაზა და მრავალი ფლავოპროტეინი ქმნიან O2 და H2O2, რაც ასევე ხდება ჰემოგლობინის, ფერედოქსინების, ჰიდროქინონების სპონტანური დაჟანგვის დროს ციტოქრომ b5-ით, ტეტრაჰიდროპტერიდინებით და ადრენალინით. O2-ისა და H2O2-ის რეაქტიულობის შედეგად წარმოქმნილი საფრთხე უჯრედებისთვის აღმოიფხვრება ფერმენტების მოქმედებით, რომლებიც ეფექტურად ანეიტრალებენ ამ ნაერთებს.

ფერმენტული ანტიოქსიდანტური დაცვა.

სუპეროქსიდის დისმუტაზარეაქციის კატალიზება

O2 + O2+ 2H® H2O2 + O2

ეს ფერმენტები გვხვდება ყველა სასუნთქ უჯრედში, ასევე სხვადასხვა ფაკულტატურ ანაერობულ ბაქტერიებში. სუპეროქსიდის დისმუტაზები მეტალოფერმენტებია. მათი კატალიზური ციკლი მოიცავს ლითონის იონის შემცირებას და დაჟანგვას, როგორიცაა Cu, Mn ან Fe, აქტიურ ადგილზე.

კატალაზას აქტივობა შეინიშნება თითქმის ყველა ცხოველურ უჯრედსა და ორგანოში. ღვიძლი, სისხლის წითელი უჯრედები და თირკმელები მდიდარი წყაროებია კატალაზა. ეს აქტივობა ასევე გვხვდება ყველა მცენარეულ მასალში და მიკროორგანიზმების უმეტესობაში, გარდა სავალდებულო ანაერობებისა. თითოეულ შემთხვევაში კატალაზა, სავარაუდოდ, ხელს უშლის მავნე H2O2-ის დაგროვებას, რომელიც წარმოიქმნება შემცირებული ფლავოპროტეინების აერობული დაჟანგვის დროს და O2-დან. კატალაზას ერთ მოლეკულას შეუძლია წამში 44000 H2O2 მოლეკულის დაშლა. სინამდვილეში, ფერმენტს თითქმის არ სჭირდება აქტივაციის ენერგია და რეაქციის სიჩქარე მთლიანად განისაზღვრება დიფუზიით. კატალაზა რეაგირებს H2O2-თან შედარებით სტაბილური ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის წარმოქმნით.

მიუხედავად იმისა, რომ პეროქსიდაზები შედარებით იშვიათია ცხოველურ ქსოვილებში, სუსტი პეროქსიდაზას აქტივობა აღმოჩენილია ღვიძლში და თირკმელებში. ლეიკოციტები შეიცავს ვერდოპეროქსიდაზას, რომელიც პასუხისმგებელია ჩირქის პეროქსიდაზას აქტივობაზე. ფაგოციტების უჯრედები შეიცავს მიელოპეროქსიდაზას, რომელიც აჟანგებს ჰალოგენის იონებს, როგორიცაა I, თავისუფალ ჰალოგენად, ეფექტურ ბაქტერიციდულ აგენტად.

კატალაზასა და პეროქსიდაზას რეაქციები შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

მაგრამ ოჰ ო

არაფერმენტული ანტიოქსიდანტური დაცვა.

ასკორბინის მჟავა (ვიტამინი C).

ვიტამინი C ადვილად იჟანგება დეჰიდროასკორბინის მჟავამდე, რომელიც არასტაბილურია ტუტე გარემოში, რომელშიც ხდება ლაქტონის რგოლის ჰიდროლიზი დიკეტოგულონის მჟავის წარმოქმნით.

ასკორბინის მჟავა აუცილებელია სხვადასხვა ბიოლოგიური ჟანგვითი პროცესებისთვის. ვიტამინი ააქტიურებს ღვიძლის ჰომოგენატების მიერ n-ჰიდროქსიფენილპირუვიკ მჟავას დაჟანგვას. ჟანგბადის თანდასწრებით, ფერო-იონებისა და ასკორბატის შემცველი ხსნარები ახორციელებს მთელი რიგი ნაერთების ჰიდროქსილირებას. ვიტამინი არის ანტიოქსიდანტი, მონაწილეობს ფენილალანინის, ტიროზინის, პეპტიდური ჰორმონების მეტაბოლიზმში, ცხიმებისა და ცილების სინთეზში, აუცილებელია კოლაგენის ფორმირებისთვის, ხელს უწყობს შემაერთებელი და ოსტეოიდური ქსოვილების მთლიანობის შენარჩუნებას, აქვს ანტიკარცინოგენული მოქმედება, ხელს უშლის კანცეროგენული ნიტროზამინების წარმოქმნა, მონაწილეობს რკინის განაწილებასა და დაგროვებაში.

ვიტამინი E.

ვიტამინი გამოიყო ხორბლის ჩანასახის ზეთიდან 1936 წელს და დაარქვეს ტოკოფეროლი. შვიდი ტოკოფეროლი, რომელიც მიღებულია ძირითადი ნაერთის ტოკოლიდან, გვხვდება ბუნებრივ წყაროებში; მათ შორის ყველაზე დიდი გავრცელება და ბიოლოგიური აქტივობა აქვს ა-ტოკოფეროლს. ტოკოფეროლები აღინიშნება ბერძნული ასოებით: ალფა, ბეტა, გამა და დელტა.

ვიტამინი იცავს უჯრედულ სტრუქტურებს თავისუფალი რადიკალების განადგურებისგან, მონაწილეობს ჰემის ბიოსინთეზში, ხელს უშლის თრომბოზს, მონაწილეობს ჰორმონების სინთეზში, მხარს უჭერს იმუნიტეტს, აქვს ანტიკარცინოგენული მოქმედება და უზრუნველყოფს კუნთების ნორმალურ ფუნქციონირებას.

სურათი 6. ვიტამინის მოქმედების მექანიზმი.

E ვიტამინის დეფიციტის მქონე ცხოველების ქსოვილები, განსაკუთრებით გულის და ჩონჩხის კუნთები, უფრო სწრაფად მოიხმარენ ჟანგბადს, ვიდრე ჩვეულებრივი ცხოველების ქსოვილები. a-ტოკოფეროლი ადვილად არ ექვემდებარება შექცევად დაჟანგვას. ვიტამინების დეფიციტის დროს კუნთების მიერ ჟანგბადის გაზრდილი მოხმარება, როგორც ჩანს, დაკავშირებულია უჯერი ცხიმოვანი მჟავების პეროქსიდის დაჟანგვასთან. სხვა ქსოვილებში, როგორიცაა ღვიძლი, ეს იწვევს მიტოქონდრიული სტრუქტურის დარღვევას და სუნთქვის შემცირებას. არსებობს მტკიცებულება, რომ უჯერი ცხიმოვანი მჟავების პეროქსიდით დაჟანგვა კუნთოვანი უჯრედების ენდოპლაზმურ რეტიკულუმში იწვევს ლიზოსომური ჰიდროლაზების გამოყოფას, რაც იწვევს კუნთოვანი დისტროფიას. ვიტამინის დეფიციტის ყველა გამოვლინება მეორადი მოვლენაა პოლიუჯერი ცხიმოვანი მჟავების პეროქსიდის ჟანგვის დათრგუნვის ნაკლებობის გამო.

უნაყოფობა E ვიტამინის დეფიციტის კლასიკური გამოვლინებაა ლაბორატორიულ ცხოველებში. მამაკაცებში, დეფიციტის ყველაზე ადრეული ნიშანი არის სპერმის უმოძრაობა. ასევე შეინიშნება რიგი სხვა ცვლილებები: თირკმლის მილაკების ეპითელიუმის გადაგვარება, წინა კბილების დეპიგმენტაცია. E ვიტამინის დეფიციტის კიდევ ერთი გამოვლინებაა ერითროციტების ჰემოლიზი in vitro პეროქსიდების ან ალოქსანის წარმოებულების თანდასწრებით. ვიტამინების გახანგრძლივებული დეფიციტის მქონე ვირთხებში ვითარდება კუნთოვანი დისტროფია უკანა კიდურების პროგრესირებადი დამბლის სიმპტომებით, მცირდება კრეატინის შემცველობა კუნთებში, ჩნდება კრეატინურია და მცირდება კრეატინინის გამოყოფა. A ვიტამინის დეფიციტი შესაძლოა განვითარდეს ამ უკანასკნელის ჟანგვითი დეგრადაციის გამო, რაც გამოწვეულია დიეტაში ანტიოქსიდანტური თვისებების მქონე ვიტამინის ნაკლებობით. ჰიპერვიტამინოზის სიმპტომებია გულისრევა, თავბრუსხვევა და ტაქიკარდია.

ვიტამინი R.

ვიტამინი P (რუტინი, ციტრინი) გამოიყო 1936 წელს A. Szent-Györgyi-ის მიერ ლიმონის კანიდან. ტერმინი „ვიტამინი P“ აერთიანებს მსგავსი ბიოლოგიური აქტივობის მქონე ნივთიერებების ჯგუფს: კატექინებს, ქალკონებს, ფლავინს და ა.შ. ყველა მათგანს აქვს P-ვიტამინური აქტივობა და მათი სტრუქტურა ეფუძნება ქრომონის ან ფლავონის დიფენილპროპანის ნახშირბადის „ჩონჩხს“ ( საერთო სახელია "ბიოფლავონოიდები").

ბიოფლავონოიდები ასტაბილურებენ შემაერთებელი ქსოვილის ძირითად ნივთიერებას ჰიალურონიდაზას ინჰიბირებით, რაც დასტურდება P-ვიტამინის პრეპარატების, ასევე ასკორბინის მჟავის დადებითი ეფექტის შესახებ სკორბუტის, რევმატიზმის, დამწვრობის და ა.შ. პროფილაქტიკასა და მკურნალობაზე. მიუთითებს მჭიდრო ფუნქციურ ურთიერთობაზე C და P ვიტამინებს შორის ორგანიზმის ჟანგვითი-აღდგენის პროცესებში.

ბიოფლავონოიდების უკმარისობის ან საკვებში მათი არარსებობის შემთხვევაში იმატებს სისხლძარღვების გამტარიანობა, რასაც თან ახლავს სისხლდენა და სისხლდენა, ასევე აღინიშნება ზოგადი სისუსტე, დაღლილობა და ტკივილი კიდურებში.

ვიტამინის ძირითადი წყაროა მცენარეული საკვები (კერძოდ, ბოსტნეული და ხილი), რომელიც შეიცავს უამრავ C ვიტამინს. ვიტამინის ინდუსტრია აწარმოებს რიგ პრეპარატებს P-ვიტამინური აქტივობით: ჩაის კატეხინები, რუტინი, ჰესპერიდინი, ნარინგინი და სხვა.

დასკვნა.

ამ ნაშრომში ხაზგასმული პრობლემა დღეს არის ბიოქიმიის ძალიან მნიშვნელოვანი განყოფილება, სადაც, მიღწეული პროგრესის მიუხედავად, ბევრი კითხვა და ხარვეზი რჩება.

ბიოორგანული ქიმიის საკითხების ცოდნა აუცილებელია და მნიშვნელოვანია ყოველი ექიმის პრაქტიკაში, ვინაიდან ფარმაკოლოგიის აქტიური განვითარება და მრავალი ახალი წამლის გაჩენა საშუალებას იძლევა, იცოდეს ორგანიზმში მიმდინარე პროცესების ბიოქიმია, გავლენა მოახდინოს მათზე და მრავალი მკურნალობა. დაავადებები უჯრედულ დონეზე, ენერგეტიკული პროცესების სტიმულირება მიტოქონდრიის დონეზე.

ნებისმიერი უეცარი სიკვდილი ასოცირდება ჰიპოქსიასთან, რომელსაც თან ახლავს ორგანიზმში დიდი რაოდენობით რძემჟავას დაგროვება შატლის მექანიზმების ფუნქციის დათრგუნვის გამო და შედეგად წარმოიქმნება აციდოზი. ჰიპოქსიის დროს თავისუფალი რადიკალები წარმოიქმნება განუსაზღვრელი ვადით და ინტენსიურად მიმდინარეობს ლიპიდური პეროქსიდაცია, რასაც მოჰყვება უჯრედების შეუქცევადი დაზიანება. ბიოლოგიური დაჟანგვის მექანიზმების დარღვევებისა და კორექციის მეთოდების შესწავლა მნიშვნელოვანია გულ-სისხლძარღვთა და სასუნთქი სისტემების პათოლოგიების, ასაკთან დაკავშირებული პათოლოგიების და ანთების სამკურნალოდ. ამ ცოდნას განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს რეანიმაციაში, ანესთეზიის დროს, რადგან რძემჟავა დონე საგრძნობლად იზრდება ანესთეზიის ქვეშ ოპერაციების დროს, მაგალითად, კეტამინის ან ეტრანის დროს, ნარკოტიკული ნივთიერებების გავლენის ქვეშ, ჟანგვის და ფოსფორილირების პროცესები არ არის დაკავშირებული. სწორედ ამიტომ არის ძალიან მნიშვნელოვანი თქვენს განკარგულებაში გქონდეთ ყველაზე სრულყოფილი ცოდნა და ინფორმაციული მონაცემები, რომელთა შეფასებაც იძლევა დაავადების მიმდინარეობის პროგნოზირების მაქსიმალურ შესაძლებლობებს.

ბიბლიოგრაფია:

1. Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J. Molecular biology of the cell: In 3 vols., 2nd ed., per. T.1. პერ. ინგლისურიდან. - მ.: მირი, 1994 - 517 გვ., ილ.

2. ბიშევსკი ა.შ., ტერსენოვი ო.ა. ბიოქიმია ექიმისთვის. ეკატერინბურგი: გამომცემლობა და ბეჭდვის საწარმო "ურალის მუშა". - 1994 - 384გვ.

3. ვინოგრადოვი ა.დ. მიტოქონდრიული ატფ-ის სინთეზირების მანქანა: თხუთმეტი წლის შემდეგ.//ბიოქიმია. - 1999 - ტ.64. გამოცემა 11 - გვ.1443-1456 წ

4. გალკინი მ.ა., სიროეშკინი ა.ვ. ATP სინთეზის რეაქციის კინეტიკური მექანიზმი, რომელიც კატალიზებულია მიტოქონდრიული F 0 -F 1 -ATPase.//ბიოქიმია. - 1999 - ტ.64. გამოცემა 10 - გვ.1393-1403

5. Grinstein B., Grinstein A. ვიზუალური ბიოქიმია. - მ .: "მედიცინა" 2000 - გვ.68-69, 84-85

6. ზაიჩიკ ა.შ., ჩურილოვი ლ.პ. ზოგადი პათოლოგიის საფუძვლები. ნაწილი 2. პათოქიმიის საფუძვლები. - პეტერბურგი. – 2000 – 384გვ.

7. კოზინეცი გ.ი. ადამიანის ფიზიოლოგიური სისტემები. - მ .: "ტრიადა-X" - 2000 - გვ.156-164

8. კოროვინა ნ.ა., ზახაროვა ი.ნ., ზაპლატნიკოვი ა.ლ. ბავშვებში ვიტამინებისა და მიკროელემენტების დეფიციტის პროფილაქტიკა (საცნობარო სახელმძღვანელო ექიმებისთვის). - მოსკოვი, 2000 წ

9. Lehninger A. ბიოქიმიის საფუძვლები. - მ.: მირი - 1991 - 384 გვ.

10. Murray R., Grenner D., Meyes P., Rodwell V. Human biochemistry: V2 ტ.

11. ნიკოლაევი ა.ია. ბიოლოგიური ქიმია. პროკ. თაფლისთვის. სპეციალისტი. უნივერსიტეტები - მ .: უმაღლესი სკოლა. - 1989 - 495 წწ.

12. რიაბოვი გ.ა. კრიტიკული მდგომარეობების ჰიპოქსია. – მ.: მედიცინა. - 1992 - 288გვ.

13. სამარცევი ვ.ნ. ცხიმოვანი მჟავები, როგორც ჟანგვითი ფოსფორილირების გამხსნელები. // ბიოქიმია. - 2000 - ტ.65.გამოცემა 9 - გვ.1173-1189

14. სკულაჩევი ვ.პ. ჟანგბადი ცოცხალ უჯრედში: სიკეთე და ბოროტება.// სოროსის საგანმანათლებლო ჟურნალი. - 1996 - No3 - გვ.4-10

15. სკულაჩევი ვ.პ. ენერგიის შენახვის ბიოლოგიური მექანიზმების ევოლუცია.// სოროსის საგანმანათლებლო ჟურნალი. - 1997 - No5 - გვ.11-19

16. სკულაჩევი ვ.პ. ევოლუციის სტრატეგიები და ჟანგბადი.// ბუნება. - 1998 - No12 - გვ.11-20

17. ტუტელიან ვ.ა., ალექსეევა ი.ა. ანტიოქსიდანტური ვიტამინები: მოსახლეობის უზრუნველყოფა და მნიშვნელობა ქრონიკული დაავადებების პროფილაქტიკაში.// კლინიკური ფარმაკოლოგია და თერაპია. – 1995 - №4 (1) – გვ.90-95

18. შილოვი პ.ი., იაკოვლევი ტ.ნ. კლინიკური ვიტამინოლოგიის საფუძვლები. - ლ .: მედიცინა - 1989 - 343 გვ.