ISTORIA STUDIILOR PRIVIND OXIDAREA BIOLOGICĂ.

Primele idei despre oxidarea biologică au fost exprimate de Lavoisier, care spunea că oxidarea biologică este arderea lentă. Din punct de vedere chimic, arderea este interacțiunea carbonului cu oxigenul pentru a forma CO2. Dar în organism, formarea CO2 are loc prin DECARBOXILARE, iar oxidarea biologică are loc la temperaturi scăzute, nu prin formarea CO2 în prezența apei și fără formarea unei flăcări.

Pe baza acestui fapt, au fost prezentate următoarele idei reale despre biologic. oxidare la începutul secolului al XX-lea.

1. Teoria „activării” oxigenului de către academicianul BACH. El a reprezentat formarea PEROXIZILOR ca rol principal în procesul de oxidare biologică.

Aceste opinii au fost susţinute de botanişti, deoarece. plantele au o mulțime de PEROXIDAZE, iar oamenii de știință care studiază țesuturile animale nu au susținut aceste opinii, deoarece PEROXIDAZE nu se găsesc în ele.

2. Teoria activării hidrogenului de către academicianul PALLADIN. El a pornit de la faptul că în țesuturile animale există o mulțime de enzime - DG.

Apa este produsul final al oxidării biologice. Părerile lui BACH și PALLADIN au fost transformate. În prezent se crede că DG și OXIDAZEI participă la oxidarea biologică.

CONCEPTE MODERNE DESPRE OXIDAREA BIOLOGICĂ.

1. Oxidarea biologică, ca și oxidarea în general, este un proces de transfer de electroni. Substanța care donează electroni este oxidată, ceea ce primim este redus. Dacă acceptorul de electroni este oxigenul, atunci acest proces se numește respirație tisulară. Oxidarea biologică presupune DESHIDRATARE cu formarea apei.

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

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

Dacă hidrogenul interacționează cu oxigenul pentru a forma apă în afara corpului, atunci aceasta este însoțită de o explozie. Oxidarea biologică este un proces în mai multe etape - un transfer în mai multe etape de electroni cu o eliberare treptată de energie, care exclude o explozie. Oxidarea biologică este un proces care necesită multe enzime. Acea. oxidarea biologică este un proces în mai multe etape de transport de electroni efectuat de un complex de enzime. Acest complex de enzime se numește LANȚUL DE TRANSPORT DE ELECTRONI (ETC) sau LANȚUL DE TRANSPORT DE ELECTRONI (CPE) sau lanțul respirator. ETC este un fel de CONVEYOR pentru transferul de electroni și protoni de la substrat la oxigen.

COMPONENTE ALE LANTULUI RESPIRATORII.

1. DG DEPENDENT DE NICOTINA, i.e. care conțin coenzime - OVER, NADP

2. DG DEPENDENTE DE FLAVIN, i.e. care conțin coenzime - FMN, FAD.

3. UBICHINONA (Co-Q)

4. CITOCROME: c, c, c1, a, a3.

Aproape toate aceste componente, cu excepția primei, sunt încorporate în membrana interioară a MITOCONDRIILOR. Există până la 5.000 de astfel de lanțuri respiratorii în ficat și până la 20.000 în inimă.

STRUCTURA COMPONENTELOR LANȚULUI RESPIRATORII.

1. În NAD și NADP, partea de lucru este vitamina PP - NICOTINAMIDA.

2. În FAD și FMN, partea de lucru este FLAVIN (o componentă a vitaminei B2)

3. UBICHINONA se transformă ușor în forma redusă KOQ + 2H + 2e = KOQ*H2

4.CITOCROMELE sunt HETEROPROTEINE. Partea lor proteică este HEM, a cărei structură este 4 inele PYRROL și un atom de fier, care își schimbă cu ușurință valența. Poate include și cupru.

ENZIME ALE LANTULUI RESPIRATOR.

1. Substraturile DG sunt localizate în citoplasma celulei, ar putea fi în MATRIZA MITOCONDRIALĂ.

2. NADH - DG (FMN).

4. Q*H2 - DG (CITOCROME c, c1).

5.CITOCROMUL C.

6.CITOCROMOXIDAZA este implicată în transferul electronilor către oxigen (include CITOCROMI a, a3).

FUNCȚIONAREA LANȚULUI RESPIRATORII.

ETC complet - interacțiunea substratului cu NAD. ETC scurtat - interacțiunea substratului cu FAD și transportul ulterior de electroni și protoni imediat la COENZIMA Q.

Ordinea componentelor lanțului respirator este determinată de mărimea potențialelor lor ged-oh. Variază de la -0,32 V la + 0,81 V. -0,32 este tipic pentru NADH2, +0,81 este tipic pentru O2.

FOSFORILARE OXIDATIVA.

În lanțul respirator se creează condiții pentru sinteza ATP, adică. se eliberează suficientă energie.

oxidare biologică

Oxidare biologică (respirație celulară sau tisulară) - reacții redox care au loc în celulele corpului, în urma cărora substanțele organice complexe sunt oxidate cu participarea unor enzime specifice cu oxigen furnizat de sânge. Produșii finali ai oxidării biologice sunt apa și dioxidul de carbon. Energia eliberată în procesul de oxidare biologică este parțial eliberată sub formă de căldură, dar cea mai mare parte a acesteia se duce la formarea de molecule de compuși organofosforici complecși (în principal adenozin trifosfat - ATP), care sunt surse de energie necesare pentru viata corpului.

În acest caz, procesul de oxidare constă în îndepărtarea electronilor și a unui număr egal de protoni din substanța (substrat) oxidată. Substraturile oxidării biologice sunt produse ale transformărilor grăsimilor, proteinelor și carbohidraților. Oxidarea biologică a substraturilor la produsele finale se realizează printr-un lanț de reacții succesive, ai căror produse intermediare includ acizi tricarboxilici - acizi citric, cisaconitic și izocitric, prin urmare întregul lanț de reacții se numește ciclul acidului tricarboxilic sau ciclul Krebs. (după cercetătorul care a stabilit acest ciclu).

Reacția inițială a ciclului Krebs este condensarea acidului oxaloacetic cu o formă activată de acid acetic (acetat), care este un compus cu coenzima de acetilare - acetil-CoA. În urma reacției se formează acid citric, care după dehidrogenare de patru ori (eliminarea a 2 atomi de hidrogen din moleculă) și decarboxilare dublă (eliminarea moleculei de CO2), formează acid oxaloacetic. Sursele de acetil-CoA utilizate în ciclul Krebs sunt acidul acetic, acidul piruvic - unul dintre produsele glicolizei (vezi), acizii grași (vezi), etc. Alături de oxidarea acetil-CoA în ciclul Krebs, alte substanțele pot fi, de asemenea, oxidate, capabile să fie transformate în produși intermediari ai acestui ciclu, de exemplu, mulți dintre aminoacizii formați în timpul descompunerii proteinelor. Datorită reversibilității majorității reacțiilor ciclului Krebs, produsele de descompunere a proteinelor, grăsimilor și carbohidraților (intermediari) din acesta pot fi nu numai oxidate, ci și obținute în timpul circulației sale. Așa se realizează relația dintre metabolismul grăsimilor, proteinelor și carbohidraților.

Reacțiile de oxidare care apar în ciclul Krebs nu sunt de obicei însoțite de formarea de compuși bogați în energie. O excepție este conversia succinil-CoA în succinat (vezi Acid succinic), care este însoțită de formarea de guanozin trifosfat. Majoritatea ATP-ului se formează în lanțul de enzime respiratorii (vezi), unde transferul de electroni (și în stadiile incipiente și protoni) la oxigen este însoțit de eliberarea de energie.

Reacțiile de eliminare a hidrogenului sunt efectuate de enzime din clasa dehidrogenazei, iar atomii de hidrogen (adică protoni + electroni) sunt atașați la coenzime: nicotinamidă adenin dinucleotidă (NAD), nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat (NADP), flavin adenin dinucleotide (FAD), etc.

Procesele de oxidare biologică asociate ciclului Krebs și lanțului de enzime respiratorii au loc în principal în mitocondrii și sunt localizate pe membranele acestora.

Astfel, procesele de oxidare biologică asociate ciclului Krebs sunt importante atât în ​​formarea de compuși bogați în energie, cât și în legătură cu metabolismul carbohidraților, grăsimilor și proteinelor. Alte tipuri de oxidare biologică par să aibă un sens mai restrâns, cum ar fi furnizarea de energie a celulelor. Aceasta este etapa glicolizei, care constă în oxidarea unui număr de compuși ai fosforului cu reducerea simultană a NAD și formarea de ATP sau reacția ciclului pentozei (adică conversia oxidativă a glucozei-6-fosfat), însoțită de formarea fosfopentozei și a NADP redus. Ciclul pentozei joacă un rol important în țesuturile caracterizate prin sinteza intensivă de acizi nucleici, acizi grași, colesterol etc. Vezi și Metabolism și energie.

Oxidare biologică - un set de reacții redox care apar în obiectele biologice. Procesul de oxidare este înțeles ca pierderea de electroni sau electroni și protoni simultan printr-o substanță (pierderea atomilor de hidrogen) sau adăugarea de oxigen. Reacțiile de sens opus caracterizează procesul de recuperare. Agenții reducători sunt substanțe care pierd electroni, agenții oxidanți sunt substanțe care câștigă electroni. Oxidarea biologică este baza respirației tisulare sau celulare (procesul prin care țesuturile și celulele absorb oxigenul și eliberează dioxid de carbon și apă) - principala sursă de energie pentru organism. Substanța care acceptă (acceptă) electroni, adică este redusă, este oxigenul molecular, care se transformă într-un anion de oxigen O -. Atomii de hidrogen desprinși din materia organică - substratul oxidării (SH2), sunt transformați, la pierderea electronilor, în protoni sau cationi de hidrogen încărcați pozitiv:

SH2→S→2H; 2Н→2H + + 2e: ½O2→О; О→2е→O -- ; 2H + + O -- →H2O + 55 kcal. Ca urmare a reacției dintre cationii de hidrogen și anionii de oxigen, se formează apă, iar reacția este însoțită de eliberarea unei cantități semnificative de energie pentru fiecare 18 g de apă). Dioxidul de carbon se formează ca un produs secundar al oxidării biologice. Unele dintre reacțiile lui O. duce la formarea peroxidului de hidrogen, sub influența descompunerii catalazei în H2O și O2.

Furnizorii de energie din corpul uman sunt alimentele - proteinele, grăsimile și carbohidrații. Cu toate acestea, aceste substanțe nu pot servi drept substraturi pentru O. Ele sunt scindate preliminar în tractul digestiv, unde aminoacizii sunt formați din proteine, acizi grași și glicerol din grăsimi, iar monozaharidele, în primul rând hexoze, din carbohidrați complecși. Toți acești compuși sunt absorbiți și intră (direct sau prin sistemul limfatic) în sânge. Împreună cu substanțe similare formate în organe și țesuturi, ele constituie un „fond metabolic” din care organismul extrage material pentru biosinteză și pentru satisfacerea nevoilor energetice. Principalele substraturi ale lui O. sunt produse ale metabolismului tisular al aminoacizilor, carbohidraților și grăsimilor, numite substanțe ale „ciclului acidului citric”. Acestea includ acizi:

citric, cisaconit, izocitric, succinic oxalic, α-cetoglutaric, succinic, fumaric, malic, oxaloacetic.

Acidul piruvic CH3-CO-COOH nu este implicat direct în ciclul acidului citric, dar joacă un rol semnificativ în acesta, precum și produsul decarboxilării sale - forma activă a acidului acetic CH3COCoA (acetil-coenzima A).

Procesele incluse în „ciclul acidului citric” (“ciclul Krebs”, „ciclul acidului tricarboxilic”) se desfășoară sub acțiunea enzimelor conținute în organele celulare numite mitocondrii. Actul elementar de oxidare al oricărei substanțe incluse în ciclul acidului citric este îndepărtarea hidrogenului din această substanță, adică actul de dehidrogenare datorită activității enzimei dehidrogenază corespunzătoare care acționează specific (Fig. 1).

Orez. 1. Schema ciclului acidului citric Krebs.

Dacă procesul începe cu acid piruvic, atunci eliminarea a doi atomi de hidrogen (2H) în ciclul Krebs se repetă de 5 ori și este însoțită de trei etape succesive de decarboxilare. Primul act - dehidrogenarea - are loc atunci când acidul piruvic este transformat în acetil-CoA, care se condensează cu acidul oxaloacetic în acid citric. Dehidrogenarea a doua oară duce la formarea acidului oxalosuccinic din acidul izocitric. Al treilea act - separarea a doi atomi de hidrogen - este asociat cu conversia acidului ketoglutaric în succinil-CoA; a patra - cu dehidrogenarea acidului succinic și, în final, a cincea - cu conversia acidului malic în acid oxalacetic, care poate condensa din nou cu acetil-CoA și poate asigura formarea acidului citric. În timpul descompunerii succinil-CoA, se formează o legătură bogată în energie (~ P) - aceasta este așa-numita fosforilare a substratului: Succinil-CoA + H3PO4 + ADP → acid succinic + CoA + ATP.

Orez. 2. Schema de dehidrogenare a substraturilor ciclului acidului citric prin enzime specifice formate din complexe disociante: proteine ​​- b1, b2, b3 si b4 cu NAD si NADH2 si proteina b5, care formeaza un complex cu FAD (succin dehidrogenaza); CAA este acid cisaconitic.

Patru dintre aceste acte de dehidrogenare sunt efectuate cu participarea unor dehidrogenaze specifice, a căror coenzimă este nicotinamidă adenin dinucleotida (NAD). Un act - transformarea acidului succinic în fumaric - are loc sub influența succindehidrogenazei - flavoproteina I. În acest caz, coenzima este flavin adenin dinucleotida (FAD). Ca urmare a cinci acte repetate de dehidrogenare (Fig. 2), reacțiile care apar în ciclul acidului citric au ca rezultat formarea unor forme reduse de coenzime: 4-NADH2 1-FADH2. NAD dehidrogenaza redusă, adică acceptarea hidrogenului din NADH2, aparține și enzimelor flavină - aceasta este flavoproteina II. Cu toate acestea, diferă de succindehidrogenază în structura atât a proteinei, cât și a componentei flavine. Oxidarea ulterioară a formelor reduse de flavoproteine ​​I și II care conțin FADH2 are loc cu participarea citocromilor (vezi), care sunt proteine ​​complexe - cromoproteine, care conțin porfirine de fier - hem.

Când FADH2 este oxidat, căile protonului și electronilor diverg: protonii intră în mediu sub formă de ioni de hidrogen, iar electronii printr-o serie de citocromi (Fig. 3) sunt transferați la oxigen, transformându-l într-un anion de oxigen O - . Între FADH2 și sistemul citocrom, aparent, este implicat un alt factor - coenzima Q. Fiecare verigă următoare a lanțului respirator de la NADH2 la oxigen este caracterizată de un potențial redox mai mare (vezi). De-a lungul lanțului respirator de la NADH2 la ½O2, potențialul se modifică cu 1,1 V (de la -0,29 V la + 0,81 V). Cu oxidarea completă, de exemplu, a acidului piruvic, însoțită de o eliminare de cinci ori a hidrogenului, eficiența energetică a procesului va fi de aproximativ 275 kcal (55X5). Această energie nu este complet disipată sub formă de căldură; aproximativ 50% din acesta se acumulează sub formă de bogate în energie

compuși ai fosforului, în principal adenozin trifosfat (ATP).

Procesul de transformare a energiei de oxidare în legături bogate în energie (~P) ale reziduului final de fosfat al moleculei de ATP este localizat în membranele mitocondriale interioare și este asociat cu anumite etape de transfer de hidrogen și electroni de-a lungul lanțului respirator (Fig. 4). Este în general acceptat că prima fosforilare este asociată cu transportul hidrogenului de la NADH2 la FAD, a doua este asociată cu transferul de electroni în citocromul c1 și, în sfârșit, a treia, cel mai puțin studiată, este situată între citocromii c și a. .

Mecanismul de formare a legăturilor bogate în energie nu a fost încă descifrat. S-a constatat, totuși, că procesul constă din mai multe reacții intermediare (în Fig. 4 - de la J ~ X la ATP), dintre care numai ultima este formarea unui reziduu de fosfat bogat în energie de ATP. Legătura bogată în energie a grupului fosfat terminal din ATP este estimată la 8,5 kcal pe gram-moleculă (în condiții fiziologice, aproximativ 10 kcal). În timpul transferului de hidrogen și electroni prin lanțul respirator, începând cu NADH2 și terminând cu formarea apei, se eliberează 55 kcal și se acumulează sub formă de ATP cel puțin 25,5 kcal (8,5X3). Prin urmare, eficiența energetică a procesului de oxidare biologică este de aproximativ 50%.

Orez. 3. Schema transferului hidrogenului și electronilor prin lanțul respirator; E0 - potenţial redox.

Orez. 5. Schema de utilizare a energiei legăturilor ATP fosfat (AMP-R~R) pentru diverse funcții fiziologice.

Semnificația biologică a oxidării fosforilante este clară (Fig. 5): toate procesele vitale (munca musculară, activitate nervoasă, biosinteză) necesită cheltuială energetică, marginile sunt asigurate de ruperea legăturilor de fosfat bogate în energie (~P). Semnificația biologică a nefosforilării - liberă - oxidare poate fi văzută în numeroase reacții de oxidare care nu sunt asociate cu ciclul acidului citric și cu transferul de hidrogen și electroni de-a lungul lanțului respirator. Aceasta include, de exemplu, toate procesele de oxidare non-mitocondrială, îndepărtarea oxidativă a substanțelor active toxice și multe acte de reglare a conținutului cantitativ al compușilor biologic activi (anumiți aminoacizi, amine biogene, adrenalină, histidină, serotonină etc., aldehide). , etc.) prin oxidare mai mult sau mai puţin intensă. Raportul dintre oxidarea liberă și fosforilarea este, de asemenea, una dintre modalitățile de termoreglare la oameni și animalele cu sânge cald. Vezi și Metabolism și energie.

Fără energie, nicio ființă vie nu poate exista. La urma urmei, fiecare reacție chimică, fiecare proces necesită prezența sa. Este ușor pentru oricine să înțeleagă și să simtă acest lucru. Dacă nu mănânci mâncare toată ziua, atunci până seara, și posibil chiar mai devreme, vor începe simptomele de oboseală crescută, letargia, puterea va scădea semnificativ.

Cum s-au adaptat diferitele organisme pentru a obține energie? De unde provine și ce procese au loc în interiorul celulei? Să încercăm să ne dăm seama în acest articol.

Obținerea energiei de către organisme

Indiferent de modul în care creaturile consumă energie, aceasta se bazează întotdeauna pe exemple diferite. Ecuația fotosintezei, care este efectuată de plante verzi și unele bacterii, este, de asemenea, OVR. Desigur, procesele vor diferi în funcție de ce ființă vie este vorba.

Deci, toate animalele sunt heterotrofe. Adică, astfel de organisme care nu sunt capabile să formeze în mod independent compuși organici gata pregătiți în sine pentru divizarea lor ulterioară și eliberarea energiei legăturilor chimice.

Plantele, dimpotrivă, sunt cel mai puternic producător de materie organică de pe planeta noastră. Ei sunt cei care efectuează un proces complex și important numit fotosinteză, care constă în formarea de glucoză din apă, dioxid de carbon sub acțiunea unei substanțe speciale - clorofila. Produsul secundar este oxigenul, care este sursa vieții pentru toate viețuitoarele aerobe.

Reacții redox, dintre care exemple ilustrează acest proces:

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

• dioxid de carbon + sub influența pigmentului clorofilei (enzima de reacție) = monozaharid + oxigen molecular liber.

Există, de asemenea, astfel de reprezentanți ai biomasei planetei care sunt capabili să folosească energia legăturilor chimice ale compușilor anorganici. Se numesc chimiotrofe. Acestea includ multe tipuri de bacterii. De exemplu, microorganismele cu hidrogen care oxidează moleculele substratului din sol. Procesul are loc după formula: 2H 2 +0 2 \u003d 2H 2 0.

Istoria dezvoltării cunoștințelor despre oxidarea biologică

Procesul care stă la baza producerii de energie este acum bine cunoscut. oxidare. Biochimia a studiat subtilitățile și mecanismele tuturor etapelor de acțiune atât de detaliat încât aproape că nu mai există mistere. Cu toate acestea, nu a fost întotdeauna cazul.

Prima mențiune despre cele mai complexe transformări care au loc în interiorul ființelor vii, care sunt reacții chimice în natură, a apărut în jurul secolului al XVIII-lea. În acest moment, Antoine Lavoisier, celebrul chimist francez, și-a îndreptat atenția asupra cât de asemănătoare sunt oxidarea biologică și arderea. El a trasat calea aproximativă a oxigenului absorbit în timpul respirației și a ajuns la concluzia că procesele de oxidare au loc în interiorul corpului, doar mai lent decât în ​​exterior atunci când sunt arse diferite substanțe. Adică, agentul de oxidare - moleculele de oxigen - reacționează cu compușii organici, și în mod specific, cu hidrogenul și carbonul din aceștia și are loc o transformare completă, însoțită de descompunerea compușilor.

Cu toate acestea, deși această presupunere este în mod inerent destul de reală, multe lucruri au rămas de neînțeles. De exemplu:

• deoarece procesele sunt similare, atunci condițiile pentru apariția lor ar trebui să fie identice, dar oxidarea are loc la o temperatură scăzută a corpului;
• acțiunea nu este însoțită de eliberarea unei cantități colosale de energie termică și nu are loc formarea unei flăcări;
• la ființele vii, cel puțin 75-80% din apă, dar asta nu împiedică „arderea” nutrienților din ele.

Pentru a răspunde la toate aceste întrebări și a înțelege ce reprezintă de fapt oxidarea biologică, a fost nevoie de mai mult de un an.

Au existat diferite teorii care au implicat importanța prezenței oxigenului și hidrogenului în proces. Cele mai comune și cele mai de succes au fost:

• teoria lui Bach, numită peroxid;
• Teoria lui Palladin, bazată pe un astfel de concept precum „cromogenii”.

În viitor, au existat mult mai mulți oameni de știință, atât în ​​Rusia, cât și în alte țări ale lumii, care au făcut treptat completări și modificări la întrebarea ce este oxidarea biologică. Biochimia modernă, datorită muncii lor, poate spune despre fiecare reacție a acestui proces. Printre cele mai cunoscute nume din acest domeniu se numără următoarele:

• Mitchell;
• S. V. Severin;
• Warburg;
• V. A. Belitser;
• Lehninger;
• V. P. Skulachev;
• Krebs;
• Verde;
• V. A. Engelhardt;
• Kaylin și alții.

Tipuri de oxidare biologică

Există două tipuri principale de proces luate în considerare, care apar în condiții diferite. Deci, cea mai comună modalitate de transformare a alimentelor primite în multe specii de microorganisme și ciuperci este anaerobă. Aceasta este oxidarea biologică, care se realizează fără acces la oxigen și fără participarea sa sub nicio formă. Condiții similare sunt create acolo unde nu există acces la aer: subteran, în substraturi în descompunere, nămoluri, argile, mlaștini și chiar în spațiu.

Acest tip de oxidare are o altă denumire - glicoliză. Este, de asemenea, una dintre etapele unui proces mai complex și laborios, dar bogat energetic - transformarea aerobă sau respirația tisulară. Acesta este al doilea tip de proces luat în considerare. Apare la toate creaturile vii heterotrofe aerobe care folosesc oxigenul pentru respirație.

Astfel, tipurile de oxidare biologică sunt următoarele.

1. Glicoliza, cale anaerobă. Nu necesită prezența oxigenului și se termină cu diferite forme de fermentație.
2. Respirație tisulară (fosforilare oxidativă) sau de tip aerob. Necesită prezența oxigenului molecular.

Participanții la proces

Să ne întoarcem la considerarea însăși caracteristicile pe care le conține oxidarea biologică. Definim compușii principali și abrevierile lor, pe care îi vom folosi în viitor.

1. Acetilcoenzima-A (acetil-CoA) este un condensat de acid oxalic și acetic cu o coenzimă, format în prima etapă a ciclului acidului tricarboxilic.
2. Ciclul Krebs (ciclul acidului citric, acizi tricarboxilici) este o serie de transformări redox secvențiale complexe, însoțite de eliberarea de energie, reducerea hidrogenului și formarea de produse importante cu greutate moleculară mică. Este veriga principală în cata- și anabolism.
3. NAD și NAD * H - enzimă dehidrogenază, descifrată ca nicotinamidă adenin dinucleotidă. A doua formulă este o moleculă cu un hidrogen atașat. NADP - nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat.
4. FAD și FAD * H - flavin adenin dinucleotide - coenzima dehidrogenazelor.
5. ATP este adenozin trifosfat.
6. PVA este acid piruvic sau piruvat.
7. Succinat sau acid succinic, H 3 RO 4 - acid fosforic.
8. GTP este trifosfat de guanozină, o clasă de nucleotide purinice.
9. ETC - lanț de transport de electroni.
10. Enzime de proces: peroxidaze, oxigenaze, citocrom oxidaze, flavin dehidrogenaze, diverse coenzime și alți compuși.

Toți acești compuși sunt participanți direcți la procesul de oxidare care are loc în țesuturile (celulele) organismelor vii.

Etapele oxidării biologice: tabel

Etapă	Procese și semnificație
glicoliza	Esența procesului constă în scindarea anoxică a monozaharidelor, care precede procesul de respirație celulară și este însoțită de o producție de energie egală cu două molecule de ATP. Se formează și piruvat. Aceasta este etapa inițială pentru orice organism viu al unui heterotrof. Semnificație în formarea PVC-ului, care pătrunde în cresta mitocondriilor și este un substrat pentru oxidarea țesuturilor de către oxigen. La anaerobi, după glicoliză, încep diferite tipuri de procese de fermentație.
Oxidarea piruvatului	Acest proces constă în transformarea PVC-ului format în timpul glicolizei în acetil-CoA. Se efectuează folosind un complex enzimatic specializat piruvat dehidrogenază. Rezultatul sunt molecule cetil-CoA care intră în proces NAD este redus la NADH în același proces. Locul de localizare - cristalele mitocondriilor.
Defalcarea acizilor grași beta	Acest proces se desfășoară în paralel cu cel anterior pe cresta mitocondriilor. Esența sa este de a procesa toți acizii grași în acetil-CoA și de a-l introduce în ciclul acidului tricarboxilic. De asemenea, restabilește NADH.
Ciclul Krebs	Începe cu conversia acetil-CoA în acid citric, care suferă transformări ulterioare. Una dintre cele mai importante etape care include oxidarea biologică. Acest acid este supus: dehidrogenare; decarboxilare; regenerare. Fiecare proces se repetă de mai multe ori. Rezultat: GTP, dioxid de carbon, formă redusă de NADH și FADH 2 . În același timp, enzimele de oxidare biologică sunt localizate liber în matricea particulelor mitocondriale.
Fosforilarea oxidativă	Aceasta este ultima etapă în conversia compușilor în organismele eucariote. În acest caz, adenozin difosfatul este transformat în ATP. Energia necesară pentru aceasta este preluată din oxidarea acelor molecule NADH și FADH 2 care s-au format în etapele anterioare. Prin tranziții succesive de-a lungul ETC și o scădere a potențialelor, energia se încheie în legături macroergice ale ATP.

Acestea sunt toate procesele care însoțesc oxidarea biologică cu participarea oxigenului. Desigur, ele nu sunt descrise pe deplin, ci doar în esență, deoarece este nevoie de un întreg capitol al cărții pentru o descriere detaliată. Toate procesele biochimice ale organismelor vii sunt extrem de multiple și complexe.

Proces de reacție redox

Reacțiile redox, exemple ale cărora pot ilustra procesele de oxidare a substratului descrise mai sus, sunt după cum urmează.

1. Glicoliza: monozaharidă (glucoză) + 2NAD + + 2ADP = 2PVK + 2ATP + 4H + + 2H 2 O + NADH.
2. Oxidarea piruvatului: PVA + enzimă = dioxid de carbon + acetaldehidă. Apoi următorul pas: acetaldehidă + Coenzima A = acetil-CoA.
3. Multe transformări succesive ale acidului citric în ciclul Krebs.

Aceste reacții redox, dintre care exemple sunt date mai sus, reflectă esența proceselor în curs doar într-un mod general. Se știe că compușii în cauză sunt fie cu greutate moleculară mare, fie au un schelet mare de carbon, așa că pur și simplu nu este posibil să se reprezinte totul cu formule complete.

Producția de energie a respirației tisulare

Din descrierile de mai sus, este clar că nu este dificil să se calculeze randamentul total de energie al întregii oxidări.

1. Prin glicoliză sunt produse două molecule de ATP.
2. Oxidarea piruvatului 12 molecule de ATP.
3. 22 de molecule cad pe ciclul acidului tricarboxilic.

Concluzie: oxidarea biologică completă de-a lungul căii aerobe oferă o producție de energie egală cu 36 de molecule de ATP. Importanța oxidării biologice este evidentă. Această energie este folosită de organismele vii pentru viață și funcționare, precum și pentru încălzirea corpului, mișcarea și alte lucruri necesare.

Oxidarea anaerobă a substratului

Al doilea tip de oxidare biologică este anaerobă. Adică unul care este efectuat de toată lumea, dar asupra căruia se opresc microorganismele anumitor specii. și tocmai din ea sunt urmărite clar diferențele în transformarea ulterioară a substanțelor între aerobi și anaerobi.

Există puțini pași de oxidare biologică de-a lungul acestei căi.

1. Glicoliza, adică oxidarea unei molecule de glucoză la piruvat.
2. Fermentarea care duce la regenerarea ATP.

Fermentația poate fi de diferite tipuri, în funcție de organismele care o desfășoară.

fermentarea acidului lactic

Este realizat de bacterii lactice, precum și de unele ciuperci. Concluzia este de a restabili PVC-ul la acid lactic. Acest proces este utilizat în industrie pentru a obține:

• lactate;
• legume și fructe murate;
• silozuri pentru animale.

Acest tip de fermentație este unul dintre cele mai utilizate în nevoile umane.

Fermentația alcoolică

Cunoscut de oameni încă din antichitate. Esența procesului este conversia PVC-ului în două molecule de etanol și două dioxid de carbon. Datorită randamentului acestui produs, acest tip de fermentație este utilizat pentru a obține:

• de pâine;
• vinovăţie;
• bere;
• cofetărie și multe altele.

Este realizat de ciuperci, drojdii și microorganisme de natură bacteriană.

Fermentația butirică

Un tip de fermentație destul de restrâns specific. Efectuat de bacterii din genul Clostridium. Concluzia este conversia piruvatului în acid butiric, care conferă alimentelor un miros neplăcut și un gust rânced.

Prin urmare, reacțiile de oxidare biologică care au loc pe această cale practic nu sunt utilizate în industrie. Cu toate acestea, aceste bacterii seamănă în mod independent produse alimentare și provoacă daune, scăzând calitatea acestora.

În procesul de metabolism, produsele alimentare (carbohidrați, lipide) suferă catabolism.

Catabolism- acesta este procesul de scindare a substanțelor cu molecul mare în substanțe cu molecularitate scăzută, care merge odată cu eliberarea de energie. În procesul de catabolism, structura substanțelor macromoleculare este simplificată.

Energia eliberată în procesul de catabolism este folosită pentru sinteza de noi substanțe, adică. în timpul anabolismului.

Interacțiunea transformării materiei și energiei se numește metabolism.

Procesele de oxidare au loc în organism și în afara corpului. Aceste procese au asemănări și diferențe.

Asemănări între oxidarea în organism și în afara corpului.

1. Ca rezultat al oxidării, se formează aceiași produși fini CO 2 și H 2 O.
2. Este eliberată aceeași cantitate de energie.

Diferențele dintre oxidarea în organism și în afara corpului.

1. În afara corpului, energia este eliberată din cauza oxidării atomilor de carbon, iar în organism datorită oxidării atomilor de hidrogen.

1. În afara corpului, oxigenul se combină cu substratul oxidat. În organism, oxigenul nu se combină cu substratul.
2. În afara corpului, energia este eliberată simultan și nu se acumulează, adică. nu face stocuri. În organism, energia este eliberată în porțiuni, „în cascadă” și acumulată (stocat). Eliberarea de energie „în cascadă” protejează celula de supraîncălzire.
3. Principala reacție de oxidare din organism este reacția de dehidrogenare, adică. eliminarea hidrogenului (protonilor). Reacțiile auxiliare sunt reacțiile de deshidratare și decarboxilare.
4. Procesul de oxidare în organism este un proces enzimatic în mai multe etape.

Procesul de oxidare a substraturilor din obiectele biologice se numește oxidare biologică.

Tipuri de oxidare biologică.

1. respirația tisulară
2. oxidarea substratului

Respirația tisulară este un proces enzimatic în mai multe etape în care oxigenul este acceptorul final de electroni.

În procesul de respirație tisulară sunt implicate enzimele - oxidoreductaze, care formează lanțul respirator.

Lanțul respirator este un complex de oxidoreductaze implicate în transferul de protoni și electroni de la substratul oxidat la oxigen.

Lanțul respirator este situat în cresta mitocondrială.

Structura lanțului respirator.

Lanțul respirator include 4 grupe de enzime:

1. Dehidrogenaze piridin-dependente - coenzima este NAD, NADP.

2. Dehidrogenaze dependente de flavin – coenzima este FAD, FMN.

3. Coenzima Q sau ubichinona.

4. Citocromii b, c, a, a 3.

Citocromii sunt proteine ​​hem, care conțin hem ca parte neproteică. Hemul conține un atom de fier, care își poate schimba starea de oxidare de la +3 la +2 prin câștigarea sau donarea unui electron.

Lanțul respirator este format din două secțiuni:

1. Un situs care include dehidrogenaze piridin-dependente - coenzima Q asigură transferul de protoni și electroni. La nivelul coenzimei Q, protonii intră în mediul mitocondriilor, deoarece Citocromii sunt structural capabili să transporte doar electroni.

2. O secțiune de citocromi care asigură transferul numai de electroni.

Semnificația principală a sistemului citocrom este transferul de electroni de la un substrat oxidat la oxigen molecular cu formarea apei:

Schema transportului de electroni și protoni de-a lungul lanțului respirator.

Doi protoni și doi electroni sunt transferați de-a lungul lanțului respirator de la substratul oxidat la oxigen.

Coenzimele lanțului respirator, acceptând protoni și electroni, se transformă într-o formă redusă, iar donarea acestora se transformă din nou într-o formă oxidată.

Forța motrice care asigură transferul de protoni și electroni de la substrat la oxigen este diferența de potențiale redox. În lanțul respirator are loc o creștere a potențialului redox (de la -0,32 la +0,81 în O2)

Pentru sinteza unei legături macroergice de ATP, o diferență de potențial redox între secțiunile lanțului respirator este de aproximativ 0,22 V per pereche de electroni transferați.

Lungimea lanțului respirator (numărul de enzime) poate fi diferită și depinde de natura substratului oxidat.

Este important pentru celulă ca molecula de oxigen, după ce a adăugat 4 electroni, să fie complet restaurată la două molecule de apă. În cazul reducerii incomplete a oxigenului, în cazul adăugării a doi electroni, se formează peroxid de hidrogen, iar în cazul adăugării unui electron, radical superoxid. Peroxidul de hidrogen și radicalul superoxid sunt toxice pentru celulă, deoarece deteriora membranele celulare prin interacțiunea cu reziduurile de acizi grași nesaturați ale lipidelor membranare.

Celulele aerobe se protejeaza de actiunea peroxidului si a superoxidului cu ajutorul a doua enzime: superoxid dismutaza si catalaza.

Modalități de utilizare a energiei transferului de electroni.

Când o pereche de electroni este transferată, are loc o schimbare a energiei libere și această energie este utilizată în două moduri:

1. Energia transferului de electroni este folosită pentru sinteza ATP.

2. Energia transferului de electroni este folosită pentru a genera căldură.

Când o pereche de electroni este transferată de-a lungul lanțului respirator, are loc o modificare a energiei libere, egală cu 52,6 kcal. Această energie este suficientă pentru sinteza a 3 molecule de ATP. Sinteza a trei molecule de ATP în condiții standard necesită cheltuiala de kcal.

În cele trei puncte de transfer de electroni are loc cea mai mare modificare a energiei libere și aceste puncte sunt numite puncte de conjugare a respirației tisulare și fosforilarea oxidativă.

Fosforilarea oxidativă este procesul de resinteză a ATP din ADP și Fn, asociat cu respirația tisulară.

Punctele de împerechere sunt situate în zonele:

1. OVER/FAD

3. c a / a 3 O 2

Punctele de conjugare sunt constante, dar numărul lor depinde de natura substratului oxidat.

În timpul oxidării substraturilor dependente de NAD, au loc 3 puncte de conjugare, adică. Se eliberează 3ATP, când substraturile dependente de FAD sunt oxidate, au loc 2 puncte de conjugare și se eliberează 3 ATP, când substraturile dependente de citocrom sunt oxidate, cantitatea de ATP depinde de pe ce electroni citocrom sunt aruncați: când electronii sunt aruncați pe citocrom b, 2ATP este eliberat în procesul de fosforilare oxidativă și pe citocromul c - 1ATP.

Coeficientul de fosforilare este raportul P/O ca indicator al conjugării respirației și fosforilării.

S-a constatat că atunci când un atom de oxigen este absorbit (sau când o pereche de electroni este transferată de la substrat în oxigen), nu este absorbit un atom de fosfat anorganic, ci aproximativ trei, adică. coeficientul P/O este aproximativ egal cu 3. I.e. există cel puțin trei puncte de joncțiune în lanțul respirator în care fosfatul anorganic este implicat în formarea ATP.

Procesul de oxidare biologică poate să nu fie însoțit de sinteza ATP.

Oxidarea care nu este însoțită de sinteza ATP se numește oxidare liberă. În acest caz, energia este eliberată sub formă de căldură. Acest lucru poate fi observat sub acțiunea toxinelor și este însoțit de o creștere a temperaturii corpului.

Cauzele încălcării oxidării biologice.

1. Lipsa substraturilor de oxidare (glucide, lipide, adică alimente).

2. Încălcarea activității enzimelor din lanțul respirator:

1. Defect de apoenzimă (sinteza părții proteice a enzimei este afectată).

2. Defect coenzimatic (sinteza deteriorată a coenzimelor din cauza lipsei vitaminelor B 2, B 5, K).

3. Lipsa oxigenului.

4. Acţiunea inhibitorilor.

Aminobarbitalul inhibă transferul de protoni și electroni în situsul NAD / FAD, oxidarea substraturilor dependente de NAD se oprește.

Antimicina inhibă transferul de electroni la locul citocromului b, citocromului c.

Cianadele inhibă transferul de electroni la locul citocrom oxidază/oxigen.

În majoritatea condițiilor fiziologice, transferul de electroni este asociat cu fosforilarea oxidativă.

O serie de compuși pot provoca decuplarea respirației tisulare și fosforilarea oxidativă. Decuplatorii acestor procese sunt următorii compuși: 2,4 - dinitrofenol, hormon tiroidian - tiroxina, dicumarină și derivații săi, acizi grași.

Decuplarea fosforilării oxidative și a respirației tisulare poate fi benefică din punct de vedere biologic. Decuplarea este o modalitate de a genera căldură pentru a menține temperatura corpului la animalele care hibernează și la mamiferele adaptate la frig. Acizii grași, care se acumulează în țesutul adipos maro, acționează ca un decuplant. Nou-născuții au și o astfel de grăsime maro, ceea ce face posibilă menținerea temperaturii corpului cu un sistem încă imperfect de termoreglare.

La pacienții cu hiperfuncție a glandei tiroide, se observă o creștere a temperaturii corpului, care se datorează decuplării proceselor de respirație tisulară și fosforilării oxidative cauzate de tiroxină.

Cu o lipsă de oxigen în țesuturi, procesul de respirație a țesuturilor este dificil și oxidarea substratului are loc în țesuturi.

Oxidarea substratului este un proces de oxidare în care acceptorul final de electroni este mai degrabă substratul decât oxigenul.

Oxidarea substratului este o sursă de energie de urgență în absența oxigenului.

Lipsa de oxigen (hipoxie) apare în organism în timpul muncii fizice, la urcarea munților, la coborârea sub apă, în boli ale aparatului respirator, ale sistemului cardiovascular și ale sistemului hematopoietic.

Oxidarea substratului este energetic mai puțin favorabilă decât respirația tisulară, deoarece potenţialele redox ale substraturilor diferă nesemnificativ.

În organism, împreună cu fosforilarea oxidativă, procesul de producere a energiei este fosforilarea substratului.

Fosforilarea substratului este procesul de formare a compușilor macroergici datorită legăturilor macroergice ale substratului.

Cel mai important compus macroergic este ATP.

Energia legăturilor macroergice este acumulată într-un număr de compuși: creatină fosfat, 1,3-difosfoglicerat, GTP etc.

oxidare biologică

Respirația tisulară Oxidarea liberă Oxidarea substratului

Legat de Energie

oxidativ secretat

fosforilarea sub formă de căldură

Energia este eliberată

sub formă de ATP

Fosforilarea

Fosforilarea oxidativă Fosforilarea substratului

asociate cu membrane mitocondriale neasociate cu membrane

ACADEMIA MEDICALĂ DE STAT URAL

Catedra de Chimie Bioorganică şi Biologică

LUCRARE LA CURS PE TEMA:

oxidare biologică.

Artiști: elevi

pediatric

facultate 223 grupe

Zaruba N.S., Chashchina E.E.

supraveghetor: profesor asistent,

dr Trubaciov S.D.

Referent:

Ekaterinburg 2002.

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

II. Idei generale despre oxidarea biologică.

Sisteme și potențiale redox……..3

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

Calea oxidazei pentru utilizarea oxigenului. mitocondriile.

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

IV. Etapele utilizării energetice a nutrienților………………………………6

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

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

Redox - lanț de fosforilare oxidativă………………10

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

Deschiderea CTC……………………………………………………..22

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

VII. Compuși și legături macroergice……………………………….29

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

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

Reacții monooxigenaze………………………………………………31

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

Citocromi…………………………………………………………………32

X. Calea peroxidazei de utilizare a oxigenului………..33

XI. Protecție antioxidantă enzimatică…………………………34

Superoxid dismutază, catalază, peroxidază……….34

XII. Protecție antioxidantă neenzimatică……………35

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

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

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

Introducere.

În chimie, oxidarea este definită ca îndepărtarea electronilor, în timp ce reducerea este definită ca adăugarea de electroni; acest lucru poate fi ilustrat prin exemplul oxidării unui ferion la un ferion:

Fe 2+ -e → Fe 3+

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

Deși unele bacterii (anaerobe) trăiesc în absența oxigenului, viața animalelor superioare depinde în întregime de aprovizionarea cu oxigen. Oxigenul este utilizat în principal în procesul de respirație - acesta din urmă poate fi definit ca procesul de captare a energiei celulare sub formă de ATP în timpul adăugării controlate de oxigen cu hidrogen pentru a forma apă. În plus, oxigenul molecular este inclus în diferite substraturi cu participarea enzimelor numite oxigenaze. Multe medicamente, substanțe străine organismului, agenți cancerigeni (xenobiotice) sunt atacate de enzime din această clasă, care împreună sunt numite citocrom P 450.

Tulburările hipoxice ale metabolismului celular ocupă un loc de frunte în patogeneza stărilor critice. Rolul principal în formarea ireversibilității proceselor patologice este atribuit manifestărilor extreme ale tulburărilor metabolismului celular. Aportul adecvat de oxigen a celulei este principala condiție pentru menținerea viabilității acesteia.

Introducerea oxigenului poate salva viața pacienților care au respirație sau circulație sanguină afectate. Terapia cu oxigen de înaltă presiune a fost folosită cu succes în unele cazuri; cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că terapia intensivă sau prelungită cu oxigen de înaltă presiune poate provoca toxicitate pentru oxigen.

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

Utilizarea oxigenului de către celulă;

Surse de energie celulară - ciclul acidului citric (ciclul Krebs), fosforilarea oxidativă;

oxidare microzomală;

Protectie antioxidanta

Idei generale despre oxidarea biologică.

Sisteme și potențiale redox.

Sursa de energie folosită pentru a efectua toate tipurile de lucrări (chimice, mecanice, electrice și osmotice) este energia legăturii chimice. Eliberarea de energie din carbohidrați, grăsimi, proteine ​​și alți compuși organici are loc în timpul degradării lor redox. Energia eliberată este cheltuită pentru sinteza ATP.

Modificarea energiei libere, care caracterizează reacțiile de oxidare și reducere, este proporțională cu capacitatea reactanților de a dona sau accepta electroni. Prin urmare, modificarea energiei libere a procesului redox poate fi caracterizată nu numai prin valoarea DG 0”, ci și prin valoarea potențialului redox al sistemului (Eo). De obicei, potențialul redox al sistemului este în comparație cu potențialul electrodului de hidrogen, luându-l pe acesta din urmă ca zero, 0V la pH \u003d 0. Cu toate acestea, pentru sistemele biologice este mai convenabil să se utilizeze potențialul redox la pH \u003d 7,0 (Eo "); la acest pH, potențialul electrodului de hidrogen este de -0,42V.

Folosind Tabelul 1, se poate prezice în ce direcție va merge fluxul de electroni atunci când se conjugă un sistem redox.

Tabelul 1. Potențialele standard ale unor sisteme redox.

Modalități de utilizare a oxigenului în celulă.

Există trei moduri de utilizare a oxigenului în celulă, care sunt caracterizate prin următoarele reacții:

1) calea oxidazei (90% din oxigenul primit este redus la H2O cu participarea enzimei citocrom oxidazei)

0 2 + 4e + 4H + → 2H 2 O

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

Calea dioxigenazei

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

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

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

Mitocondriile au o membrană exterioară care este permeabilă la majoritatea metaboliților și o membrană interioară permeabilă selectiv, cu multe pliuri (cristae) care ies în afară spre matrice (spațiul interior al mitocondriilor). Membrana exterioară poate fi îndepărtată prin tratament cu digitonină; se caracterizează prin prezența monoaminoxidazei și a altor enzime (de exemplu, acil-CoA sintetaza, glicerofosfat aciltransferaza, monoacilglicerofosfat aciltransferaza, fosfolipaza A2). Spațiul intermembranar conține adenilat kinază și creatin kinază. Cardiolipina fosfolipidă este localizată în membrana internă.

Matricea conține enzime solubile ale ciclului acidului citric și enzime de b-oxidare a acizilor grași; prin urmare, este nevoie de mecanisme pentru transportul metaboliților și nucleotidelor prin membrana interioară. Succinat dehidrogenaza este localizată pe suprafața interioară a membranei mitocondriale interioare, unde transferă echivalentele reductive ale lanțului respirator la nivelul ubichinonei (ocolind prima buclă redox). 3-hidroxibutirat dehidrogenaza este localizată pe partea matricei a membranei mitocondriale interioare. Glicerol-3-fosfat dehidrogenaza este situată pe suprafața exterioară a membranei interioare, unde participă la funcționarea mecanismului de transfer al glicerofosfatului.

Etapele utilizării energetice a nutrienților.

Utilizarea energetică a nutrienților este un proces complex care se desfășoară în trei etape, conform următoarei scheme:

Schema 1. Etapele catabolismului nutrienților.

În etapa 1, moleculele mari de polimer se descompun în subunități monomerice: proteinele în aminoacizi, polizaharidele în zaharuri și grăsimile în acizi grași și colesterol. Acest proces preliminar, numit digestie, se desfășoară în principal în afara celulelor prin acțiunea enzimelor secretate în cavitatea tractului digestiv. În stadiul 2, moleculele mici rezultate intră în celule și suferă o scindare suplimentară în citoplasmă. Majoritatea atomilor de carbon și hidrogen ai zaharurilor sunt transformați în piruvat, care, pătruns în mitocondrii, formează acolo grupa acetil a compusului reactiv al acetil coenzimei A (acetil-CoA). O cantitate mare de acetil-CoA se formează și în timpul oxidării acizilor grași. În etapa 3, gruparea acetil a acetil-CoA este complet scindată la CO2 și H20. În această etapă finală se formează cea mai mare parte a ATP. Într-o serie de reacții chimice cuplate, mai mult de jumătate din energia care, conform calculelor teoretice, poate fi extrasă din carbohidrați și grăsimi atunci când acestea sunt oxidate la H 2 O și CO 2 este utilizată pentru realizarea reacției defavorabile energetic F n + ADP® ATP. Deoarece restul energiei eliberate în timpul oxidării este eliberată de celulă sub formă de căldură, rezultatul formării ATP este o creștere generală a tulburării universului, care este pe deplin în concordanță cu cea de-a doua lege a termodinamicii.

Prin formarea de ATP, energia extrasă inițial prin oxidare din carbohidrați și grăsimi este transformată într-o formă concentrată mai convenabilă de energie chimică. Într-o soluție situată în spațiul intracelular al unei celule tipice, există aproximativ 1 miliard de molecule ATP, a căror hidroliză la ADP și fosfat oferă energia necesară pentru multe reacții nefavorabile din punct de vedere energetic.

Cel mai important pas în etapa 2 a catabolismului este glicoliza, o secvență de reacții care duc la descompunerea glucozei. În glicoliză, o moleculă de glucoză care conține 6 atomi de carbon este transformată în 2 molecule de piruvat care conțin 3 atomi de carbon fiecare. Această transformare necesită 9 reacții enzimatice consecutive, în care se formează un număr de compuși intermediari care conțin fosfat. (Vezi figura 1.)

În mod logic, secvența reacțiilor de glicoliză poate fi împărțită în trei etape: 1) în reacțiile 1-4 (vezi Figura 1), glucoza este transformată în aldehidă cu trei atomi de carbon gliceraldehidă-3-fosfat (pentru această transformare sunt necesare două grupe fosfat, iar energia necesară este eliberată în timpul hidrolizei ATP); 2) în reacțiile 5-6, gruparea aldehidă a fiecărei molecule de gliceraldehidă-3-fosfat este oxidată la carboxil, iar energia eliberată în acest caz este cheltuită pentru sinteza ATP din ADP și Fn; 3) în reacțiile 7-9, acele două molecule de fosfat care au fost atașate de zahăr în prima etapă sunt transferate înapoi în ADP, în urma căruia se formează ATP și costurile ATP sunt compensate în etapa 1.

Figura 1. Intermediari de glicoliză.

Produsul total de energie în timpul glicolizei este redus la sinteza a două molecule de ATP (pe o moleculă de glucoză), care s-au format în reacțiile 5 și 6. Astfel, aceste reacții au o importanță decisivă pentru glicoliză. Aceste două reacții sunt singurele din întregul proces în care din Fn se formează o legătură fosfat de înaltă energie. Rezultatul combinat al acestor două reacții este oxidarea aldehidei de zahăr la acid fosfoglicerolic, transferul de Fn la ADP pentru a forma o legătură ATP de înaltă energie și reducerea NAD+ la NADH.

Pentru majoritatea celulelor animale, glicoliza precede etapa 3 a catabolismului, ca acidul lactic format în timpul glicolizei pătrunde rapid în mitocondrii, unde este oxidat la CO 2 și H 2 O. Cu toate acestea, în organismele și țesuturile anaerobe capabile să lucreze în condiții anaerobe, glicoliza poate deveni principala sursă de ATP celular. În aceste cazuri, moleculele de piruvat rămân în citosol și sunt transformate în lactat, care este apoi excretat din celulă. Conversia ulterioară a piruvatului în aceste reacții de producere a energiei, numită fermentație, este necesară pentru a utiliza pe deplin potențialul de reducere obținut în reacția 5 de glicoliză și astfel pentru a regenera NAD+ necesar pentru implementarea ulterioară a glicolizei.

fosforilarea oxidativă.

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

Deși ciclul acidului citric face parte din metabolismul aerob, niciuna dintre reacțiile din acest ciclu care conduc la formarea NADH și FADH 2 nu este direct implicată în oxigenul molecular; aceasta are loc numai în seria finală de reacții catabolice care au loc pe membrana interioară. Aproape toată energia câștigată în etapele incipiente ale oxidării din arderea carbohidraților, grăsimilor și altor nutrienți este stocată inițial sub formă de electroni de mare energie transportați de NADH și FADH. Acești electroni interacționează apoi cu oxigenul molecular din lanțul respirator. Deoarece o mare cantitate din energia eliberată este utilizată de enzimele membranei interioare pentru a sintetiza ATP din ADP și Pn, aceste din urmă reacții se numesc fosforilare oxidativă.

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

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

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

Ipoteza chemiosmotică, propusă la începutul anilor 1960, a inclus patru postulate independente privind funcția mitocondriilor:

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

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

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

4. Membrana mitocondrială internă conține o serie de proteine ​​purtătoare care transportă metaboliții necesari și ionii anorganici.

Trecerea electronilor de înaltă energie eliberați de NADH și FADH 2 prin lanțul respirator al membranei mitocondriale interioare de la un purtător la altul eliberează energie, care este folosită pentru a pompa protoni (H +) prin membrana interioară din matrice în spaţiul intermembranar. (vezi poza 2)

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

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

Lanț redox de fosforilare oxidativă.

Electronii sunt transferați de la NADH la oxigen prin trei complexe mari de enzime ale lanțului respirator. Deși mecanismele de extragere a energiei în lanțul respirator și în alte reacții catabolice sunt diferite, ele se bazează pe principii comune. Reacția H 2 + 1/2 O 2 ® H 2 O este împărțită în mai multe „etape” mici, astfel încât energia eliberată să poată fi convertită în forme legate, mai degrabă decât să fie disipată sub formă de căldură. Ca și în cazul formării de ATP și NADH în glicoliză sau în ciclul acidului citric, acest lucru se datorează utilizării unei căi indirecte. Dar unicitatea lanțului respirator constă în faptul că aici, în primul rând, atomii de hidrogen sunt împărțiți în electroni și protoni. Electronii sunt transferați printr-o serie de purtători , înglobat în membrana mitocondrială internă. Când electronii ajung la capătul acestui lanț de transport de electroni, protonii sunt acolo pentru a neutraliza sarcina negativă care apare atunci când electronii trec către molecula de oxigen.

Să urmărim procesul de oxidare, începând cu formarea NADH, principalul acceptor al electronilor reactivi extrași în timpul oxidării moleculelor de nutrienți. Fiecare atom de hidrogen este format dintr-un electron și un proton. Fiecare moleculă NADH poartă un ion hidrură (atom de hidrogen + electron suplimentar, H:-) și nu doar un atom de hidrogen. Cu toate acestea, datorită prezenței protonilor liberi în soluția apoasă din jur, transferul unui ion hidrură în compoziția NADH este echivalent cu transferul a doi atomi de hidrogen sau a unei molecule de hidrogen (H: - + H + ® H 2) .

Transferul de electroni de-a lungul lanțului respirator începe cu îndepărtarea unui ion hidrură (H: -) din NADH; în acest caz, NAD + este regenerat, iar ionul hidrură se transformă într-un proton și doi electroni (H: - ® H + + 2e -). Acești electroni merg la primul dintre cei peste 15 purtători de electroni diferiți din lanțul respirator. În acest moment, electronii au o energie foarte mare, al cărei stoc scade treptat pe măsură ce trec prin circuit. Cel mai adesea, electronii se deplasează de la un atom de metal la altul, fiecare dintre acești atomi fiind strâns legat de o moleculă de proteină, ceea ce îi afectează afinitatea electronică. Este important de reținut că toate proteinele purtătoare de electroni sunt grupate în trei complexe mari de enzime respiratorii, fiecare dintre ele conține proteine ​​transmembranare care fixează ferm complexul în membrana mitocondrială interioară. Fiecare complex ulterior are o afinitate mai mare pentru electroni decât cel anterior. Electronii trec succesiv de la un complex la altul, până în cele din urmă trec la oxigen, care are cea mai mare afinitate electronică.

Energia eliberată în timpul transportului electronilor de-a lungul lanțului respirator este stocată sub forma unui gradient electrochimic de protoni de-a lungul membranei mitocondriale interioare.

Fosforilarea oxidativă este posibilă datorită asocierii strânse a purtătorilor de electroni cu moleculele proteice. Proteinele direcționează electronii de-a lungul lanțului respirator, astfel încât să treacă secvenţial de la un complex de enzime la altul fără să „sare” prin legături intermediare. Este deosebit de important ca transferul de electroni să fie asociat cu modificări alosterice ale anumitor proteine ​​ale moleculelor, în urma cărora un flux energetic favorabil de electroni determină pomparea protonilor (H +) prin membrana interioară din matrice în intermembrană. spațiu și mai departe dincolo de mitocondrii. Mișcarea protonilor duce la două consecințe importante: 1) se creează un gradient de pH între cele două părți ale membranei interioare - în matrice, pH-ul este mai mare decât în ​​citosol, unde valoarea pH-ului este de obicei apropiată de 7,0 (deoarece moleculele mici trec liber prin membrana exterioară a mitocondriilor, pH-ul în spațiul intermembranar va fi același ca în citosol); 2) se creează un gradient de tensiune (potențial de membrană) pe membrana interioară, iar partea interioară a membranei este încărcată negativ, iar partea exterioară este încărcată pozitiv. Gradientul pH (DрН) face ca ionii H+ să se deplaseze înapoi în matrice și ionii OH în afara matricei, ceea ce sporește efectul potențialului de membrană, sub influența căruia orice sarcină pozitivă este atrasă de matrice și orice sarcină negativă. este împins afară din ea. Acțiunea combinată a acestor două forțe duce la apariția unui gradient de protoni electrochimic. Gradientul electrochimic de protoni creează o forță motrice a protonilor, măsurată în milivolți (mV).

Energia gradientului electrochimic de protoni este utilizată pentru sinteza ATP și transportul metaboliților și ionilor anorganici în matrice.

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

Figura 3. Mecanismul general al fosforilării oxidative.

Dar sinteza ATP nu este singurul proces care are loc datorită energiei gradientului electrochimic. În matrice, unde se află enzimele implicate în ciclul acidului citric și în alte reacții metabolice, este necesar să se mențină concentrații mari ale diferitelor substraturi; în special, ATP sintetaza necesită ADP și fosfat. Prin urmare, o varietate de substraturi purtătoare de sarcină trebuie transportate prin membrana interioară. Acest lucru se realizează prin diferite proteine ​​transportoare încorporate în membrană, dintre care multe pompează activ molecule specifice împotriva gradienților lor electrochimici, de exemplu. efectuează un proces care necesită energie. Pentru majoritatea metaboliților, sursa acestei energii este conjugarea cu mișcarea altor molecule „în jos” de-a lungul gradientului lor electrochimic. De exemplu, sistemul antiport ADP-ATP este implicat în transportul ADP: când fiecare moleculă de ADP intră în matrice, o moleculă de ATP o părăsește de-a lungul gradientului său electrochimic. În același timp, sistemul de simport cuplează tranziția fosfatului în mitocondrii cu fluxul de H+ direcționat acolo: protonii intră în matrice de-a lungul gradientului lor și, în același timp, „trage” fosfatul împreună cu ei. Este transferat în mod similar în matrice și piruvat. Energia gradientului electrochimic de protoni este folosită și pentru a transfera ionii de Ca 2+ în matrice, care aparent joacă un rol important în reglarea activității unor enzime mitocondriale.

Cu cât este cheltuită mai multă energie a gradientului electrochimic pentru transferul de molecule și ioni către mitocondrii, cu atât mai puțină rămâne pentru sinteza ATP. De exemplu, dacă mitocondriile izolate sunt plasate într-un mediu cu un conținut ridicat de Ca 2 +, acestea vor opri complet sinteza ATP; toată energia gradientului va fi cheltuită pentru transportul Ca 2+ către matrice. În unele celule specializate, gradientul electrochimic de protoni este „suntat” în așa fel încât mitocondriile produc căldură în loc de sinteza ATP. Evident, celulele sunt capabile să regleze utilizarea energiei gradientului electrochimic de protoni și să o direcționeze către acele procese care sunt cele mai importante în acest moment.

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

În procesul de fosforilare oxidativă, fiecare pereche de electroni NADH furnizează energie pentru formarea a aproximativ trei molecule de ATP. O pereche de electroni FADH 2, care are o energie mai mică, furnizează energie pentru sinteza a doar două molecule de ATP. În medie, fiecare moleculă de acetil-CoA care intră în ciclul acidului citric produce aproximativ 12 molecule de ATP. Aceasta înseamnă că atunci când o moleculă de glucoză este oxidată, se formează 24 de molecule de ATP, iar când o moleculă de palmitat, un acid gras cu 16 atomi de carbon, este oxidată, se formează 96 de molecule de ATP. Dacă luăm în considerare și reacțiile exoterme care preced formarea acetil-CoA, rezultă că oxidarea completă a unei molecule de glucoză produce aproximativ 36 de molecule de ATP, în timp ce oxidarea completă a palmitatului produce aproximativ 129 de molecule de ATP. Acestea sunt valorile maxime, deoarece, de fapt, cantitatea de ATP sintetizată în mitocondrii depinde de ce fracție din energia gradientului de protoni merge la sinteza ATP și nu la alte procese. Dacă comparăm modificarea energiei libere în timpul arderii grăsimilor și carbohidraților direct la CO 2 și H 2 O cu cantitatea totală de energie stocată în legăturile fosfatice ale ATRP în procesele de oxidare biologică, se dovedește că eficiența transformarea energiei de oxidare în energie ATP depășește adesea 50%. Deoarece toată energia neutilizată este eliberată sub formă de căldură, organismele mari ar avea nevoie de modalități mai eficiente de a elimina căldura în mediu.

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

În 1960, s-a demonstrat pentru prima dată că diferite proteine ​​​​membranare implicate în fosforilarea oxidativă pot fi izolate fără pierderea activității. De la suprafața particulelor submitocondriale, a fost posibil să se separe și să se transforme într-o formă solubilă structurile minuscule de proteine ​​care le punctează. Deși particulele submitocondriale fără aceste structuri sferice au continuat să oxideze NADH în prezența oxigenului, sinteza ATP nu a avut loc. Pe de altă parte, structurile izolate au acționat ca ATPaze, hidrolizând ATP la ADP și Pn. Când structurile sferice (numite F1-ATPaze) au fost adăugate particulelor submitocondriale lipsite de acestea, particulele remodelate au resintetizat ATP din ADP și Fn.

F 1 - ATPaza face parte dintr-un complex de membrană mare, care pătrunde în toată grosimea, care constă din cel puțin nouă lanțuri polipeptidice diferite. Acest complex se numește ATP sintetaza; reprezintă aproximativ 15% din proteina totală a membranei mitocondriale interioare. ATP sintetaze foarte asemănătoare se găsesc în membranele cloroplastelor și bacteriilor. Un astfel de complex proteic conține canale transmembranare pentru protoni și apare numai atunci când protonii trec prin aceste canale în josul gradientului lor electrochimic.

ATP sintetaza poate funcționa în direcția opusă - divizarea ATP-ului și pomparea protonilor. Acțiunea ATP sintetazei este reversibilă: este capabilă să folosească atât energia hidrolizei ATP pentru a pompa protoni prin membrana mitocondrială interioară, cât și energia fluxului de protoni de-a lungul gradientului electrochimic pentru a sintetiza ATP. Astfel, ATP sintetaza este un sistem de conjugare reversibil care realizează interconversia energiei gradientului electrochimic de protoni și a legăturilor chimice. Direcția funcționării acestuia depinde de relația dintre abruptul gradientului de protoni și valoarea locală a DG pentru hidroliza ATP.

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

Cum va funcționa ATP sintetaza la un moment dat - în direcția sintezei sau hidrolizei ATP - depinde de echilibrul exact dintre modificările energiei libere pentru trecerea a trei protoni prin membrană în matrice și pentru sinteza ATP în matrice. După cum sa menționat deja, valoarea DG syn.ATP este determinată de concentrațiile a trei substanțe din matricea mitocondrială - ATP, ADP și Fn. Cu o forță motor-proton constantă, ATP sintetaza va sintetiza ATP până când raportul dintre ATP și ADP și Fn atinge o valoare la care valoarea DG a syn.ATP devine exact +15,2 kcal/mol. În astfel de condiții, sinteza ATP va fi echilibrată precis prin hidroliza acestuia.

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

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

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

Cel mai simplu purtător de electroni este o moleculă hidrofobă mică dizolvată în stratul dublu lipidic și numită ubichinonă sau coenzima Q. Este capabil să accepte sau să doneze unul sau doi electroni și captează temporar un proton din mediu cu fiecare transfer de electroni.

Figura 4. Structura ubichinonei.

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

Proteinele membranare sunt greu de izolat ca complexe intacte, deoarece sunt insolubile în majoritatea soluțiilor apoase, iar substanțele precum detergenții și ureea necesare pentru solubilizarea lor pot interfera cu interacțiunile normale proteină-proteină. Cu toate acestea, la începutul anilor 1960. s-a descoperit că detergenții ionici relativ blânzi, cum ar fi deoxicolat, pot solubiliza anumite componente ale membranei interioare mitocondriale în formă nativă. Acest lucru a făcut posibilă identificarea și izolarea celor trei complexe majore de enzime respiratorii asociate membranei pe calea de la NADH la oxigen.

Figura 5. Complexe de enzime respiratorii.

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

2. Complexul b-c 1 constă din cel puțin 8 lanțuri polipeptidice diferite și probabil există ca un dimer cu o greutate moleculară de 500 000. Fiecare monomer conține trei teme legate de citocrom și o proteină fier-sulf. Complexul acceptă electroni de la ubichinonă și îi transmite către citocromul c, o proteină mică din membrană periferică, care apoi îi transferă în complexul citocrom oxidază.

3. Complexul de citocrom oxidază (citocrom aa 3) este cel mai studiat dintre cele trei complexe. Este format din cel puțin opt lanțuri polipeptidice diferite și este izolat ca un dimer cu o greutate moleculară de 300.000; fiecare monomer conţine doi citocromi şi doi atomi de cupru.Acest complex acceptă electroni din citocromul c şi îi transferă în oxigen.

Citocromii, centrii fier-sulf și atomii de cupru sunt capabili să transporte doar un electron la un moment dat. Între timp, fiecare moleculă de NADH donează doi electroni și fiecare moleculă de O 2 trebuie să accepte 4 electroni pentru a forma o moleculă de apă. Există mai multe secțiuni care colectează și distribuie electroni în lanțul de transport de electroni, unde diferența de număr de electroni este coordonată. De exemplu, complexul de citocrom oxidază acceptă 4 electroni din moleculele de citocrom c individual și, în cele din urmă, îi transferă într-o moleculă de O2 legată, ceea ce duce la formarea a două molecule de apă. În etapele intermediare ale acestui proces, doi electroni intră în citocromul a hem și în atomul de cupru legat de proteine, Cu a, înainte de a se muta la locul de legare a oxigenului. La rândul său, locul de legare a oxigenului conține încă un atom de cupru și citocrom a 3 hem. Cu toate acestea, mecanismul de formare a două molecule de apă ca rezultat al interacțiunii unei molecule de O 2 legate cu patru protoni nu este cunoscut cu exactitate.

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

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

Ciocnirile dintre acești purtători mobili și complexele enzimatice sunt suficiente pentru a explica rata de transfer de electroni observată (fiecare complex donează și acceptă un electron la fiecare 5-10 milisecunde). Prin urmare, nu este nevoie să se asume o ordine structurală în lanțul de proteine ​​purtătoare din stratul dublu lipidic; de fapt, complexele enzimatice există aparent în membrană ca componente independente, iar transferul ordonat de electroni este asigurat doar de specificitatea interacțiunilor funcționale dintre componentele lanțului.

Acest lucru este susținut și de faptul că diferite componente ale lanțului respirator sunt prezente în cantități complet diferite. De exemplu, în mitocondriile inimii, pentru fiecare moleculă complexă NADH-dehidrogenază, există 3 molecule | complex b-c 1 complex, 7 molecule din complexul de citocrom oxidază, 9 molecule de citocrom c și 50 de molecule de ubichinonă; s-au găsit rapoarte foarte diferite ale acestor proteine ​​în alte celule.

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

O pereche precum H 2 O și ½O 2 (sau NADH și NAD +) se numește pereche redox conjugată, deoarece unul dintre membrii săi se transformă în altul dacă se adaugă unul sau mai mulți electroni și unul sau mai mulți protoni (aceștia din urmă sunt întotdeauna suficienți). în orice soluţie apoasă). Deci, de exemplu, ½O 2 + 2e + 2H + ® H 2 O

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

Prin plasarea electrozilor într-o soluție cu perechile redox corespunzătoare, se poate măsura potențialul redox al fiecărui purtător de electroni implicat în reacțiile redox biologice. Perechile de compuși cu cele mai negative valori ale potențialului redox au cea mai mică afinitate electronică, adică. conțin purtători cu cea mai mică tendință de a accepta electroni și cea mai mare tendință de a-i dona. De exemplu, un amestec de NADH și NAD + (50:50) are un potențial redox de -320 mV, ceea ce indică o capacitate foarte pronunțată a NADH de a dona electroni, în timp ce potențialul redox al unui amestec de cantități egale de H 2 O iar ½O 2 este +820 mV, ceea ce înseamnă o tendință puternică de 0 2 de a accepta electroni.

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

Pentru ca mecanismul de conversie a energiei care stă la baza fosforilării oxidative să funcționeze, este necesar ca fiecare complex enzimatic al lanțului respirator să fie orientat într-un anumit mod în membrana mitocondrială interioară - astfel încât toți protonii să se miște într-o singură direcție, adică în afara matricei. . Această organizare vectorială a proteinelor membranei a fost demonstrată folosind sonde speciale care nu trec prin membrană, care etichetează complexul doar dintr-o parte a membranei. Orientarea specifică în stratul dublu este caracteristică tuturor proteinelor membranare și este foarte importantă pentru funcția lor.

Mecanisme de pompare a protonilor de către componente ale lanțului respirator.

În procesul de fosforilare oxidativă, atunci când o moleculă de NADH este oxidată (adică, când doi electroni trec prin toate cele trei complexe enzimatice), nu se formează mai mult de trei molecule de ATP. Dacă presupunem că trecerea inversă a trei protoni prin ATP sintetaza asigură sinteza unei molecule de ATP, se va putea concluziona că, în medie, transferul unui electron de către fiecare complex este însoțit de mișcarea unuia și a unui jumătate de protoni (cu alte cuvinte, în timpul transportului unui electron, unele complexe transferă un proton, în timp ce altele - doi protoni). Probabil, diferite componente ale lanțului respirator au mecanisme diferite de conjugare a transportului de electroni cu mișcarea protonilor. Modificările alosterice ale conformației unei molecule proteice asociate cu transportul de electroni pot fi, în principiu, însoțite de o „pompare” a protonilor, la fel cum protonii se mișcă atunci când acțiunea ATP sintetazei este inversată. Odată cu transferul fiecărui electron, chinona captează un proton din mediul apos, care apoi îl cedează atunci când este eliberat un electron. Deoarece ubichinona se mișcă liber în stratul dublu lipidic, poate accepta electroni în apropierea suprafeței interioare a membranei și îi poate transfera în complexul b-c 1 de lângă suprafața sa exterioară, mișcând un proton prin stratul dublu pentru fiecare electron transferat. Folosind modele mai complexe, se poate explica și mișcarea a doi protoni pe electron de către complexul b-c 1, presupunând că ubichinona trece în mod repetat prin complexul b-c 1 într-o anumită direcție.

În schimb, moleculele care donează electroni complexului de citocrom oxidază nu par a fi transportatori de protoni, caz în care transportul de electroni este probabil asociat cu o anumită modificare alosterică a conformației moleculelor proteice, în urma căreia o parte a complexului proteic în sine transferă protoni.

Acțiune perturbatoare.

Din anii 1940, se cunosc o serie de acizi slabi lipofili care pot actiona ca agenti de decuplare, de ex. perturbă cuplarea transportului de electroni cu sinteza ATP. Atunci când acești compuși organici cu greutate moleculară mică sunt adăugați celulelor, mitocondriile opresc sinteza ATP, în timp ce continuă să absoarbă oxigenul. În prezența unui agent de decuplare, viteza de transport de electroni rămâne ridicată, dar nu se creează un gradient de protoni. Aceasta este o explicație simplă pentru acest efect: agenții de decuplare (de exemplu, dinitrofenol, tiroxina) acționează ca transportori H+ (ionofori H+) și deschid o cale suplimentară – nu mai este prin ATP sintetaza – pentru fluxul H+ prin membrana mitocondrială interioară.

Controlul respirator.

Când un agent de decuplare, cum ar fi dinitrofenolul, este adăugat celulelor, absorbția de oxigen de către mitocondrii este mult crescută pe măsură ce crește viteza de transfer de electroni. Această accelerare este asociată cu existența controlului respirator. Se crede că acest control se bazează pe efectul inhibitor direct al gradientului electrochimic de protoni asupra transportului de electroni. Când gradientul electrochimic dispare în prezența unui decuplator, transportul necontrolat de electroni atinge viteza maximă. O creștere a gradientului încetinește lanțul respirator, iar transportul de electroni încetinește. Mai mult, dacă un gradient electrochimic neobișnuit de mare este creat în mod artificial în experimentul pe membrana interioară, atunci transportul normal de electroni se va opri cu totul, iar în unele părți ale lanțului respirator va fi posibil să se detecteze un flux invers de electroni. . Acest lucru sugerează că controlul respirator reflectă un echilibru simplu între modificarea energiei libere în timpul mișcării protonilor asociate cu transportul de electroni și modificarea energiei libere în timpul transportului de electroni în sine.Mărimea gradientului electrochimic afectează atât viteza, cât și direcția electronului. transfer, precum și și pe direcția de acțiune a ATP sintetazei.

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

Mitocondriile din țesutul adipos maro sunt generatoare de căldură.

Toate vertebratele la o vârstă fragedă necesită un dispozitiv termogenic pentru a genera căldură, în plus față de mecanismul de tremor muscular. Un astfel de dispozitiv este deosebit de important pentru animalele care hibernează. Mușchii aflați într-un tremur se contractă chiar și în absența efortului, folosind proteine ​​contractile pentru a hidroliza ATP în modul obișnuit pentru celulele musculare și eliberând sub formă de căldură toată energia posibilă disponibilă din hidroliza ATP-ului. Necesitatea unui dispozitiv termogenic special este determinată de fosforilarea oxidativă puternic cuplată a mitocondriilor normale. Dacă acest proces ar putea fi decuplat, așa cum se întâmplă în prezența dinitrofenolului, ar putea servi ca un dispozitiv adecvat de producere a căldurii; așa se întâmplă în mitocondriile de grăsime brună. Deși aceste mitocondrii au ATPaza obișnuită reversibilă, ele au și o translocază de protoni transmembranară, prin care protonii se pot întoarce în matrice și pot ocoli electric activitatea ATPazei. Dacă acest proces este suficient pentru a menține potențialul redox al hidrogenului cu mult sub 200 mV, sinteza ATP devine imposibilă și procesul de oxidare se desfășoară liber, cu rezultatul că toată energia este eliberată sub formă de căldură.

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

Ciclul acidului citric este o serie de reacții care au loc în mitocondrii în timpul cărora grupările acetil sunt catabolizate și echivalenții de hidrogen sunt eliberați; în timpul oxidării acestora din urmă este furnizată energia liberă a resurselor de combustibil ale țesuturilor. Grupările acetil se găsesc în acetil-CoA (acetat activ), tioesterul coenzimei A.

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

Deschiderea CTC.

Existența unui astfel de ciclu pentru oxidarea piruvatului în țesuturile animale a fost sugerată pentru prima dată în 1937 de Hans Krebs. Această idee s-a născut de el când a studiat efectul anionilor diferiților acizi organici asupra ratei de absorbție a oxigenului prin suspensii de mușchi pectorali de porumbei zdrobiți, în care piruvatul a fost oxidat. Mușchii pectorali se caracterizează printr-o rată de respirație extrem de ridicată, ceea ce îi face un obiect deosebit de convenabil pentru studiul activității oxidative. Krebs a confirmat, de asemenea, că alți acizi organici găsiți anterior în țesuturile animale (succinic, malic, fumaric și oxaloacetic) stimulează oxidarea piruvatului. În plus, el a descoperit că oxidarea piruvatului de către țesutul muscular este stimulată de acizi tricarboxilici cu șase atomi de carbon - citric, cis-aconitic și izocitric, precum și acid a-cetoglutaric cu cinci atomi de carbon. Au fost testați câțiva alți acizi organici naturali, dar niciunul dintre ei nu a prezentat o activitate similară. Însăși natura efectului de stimulare al acizilor activi a atras atenția: chiar și o cantitate mică din oricare dintre ei a fost suficientă pentru a provoca oxidarea de multe ori mai mult piruvat.

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

Rolul catabolic al ciclului acidului citric

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

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

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

Reacții CTC.

Reacția inițială, condensarea acetil-CoA și a oxalacetatului, este catalizată de enzima de condensare, citrat sintetaza, și se formează o legătură carbon-carbon între carbonul metil al acetil-CoA și carbonul carbonil al oxaloacetatului. Reacția de condensare care duce la formarea citril-CoA este urmată de hidroliza legăturii tioeter, însoțită de pierderea unei cantități mari de energie liberă sub formă de căldură; aceasta determină fluxul reacției de la stânga la dreapta până când este finalizată:

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

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

Citrat ↔ cis-Aconitat ↔ Izocitrat - H 2 O

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

Experimentele cu intermediari arată că aconitaza interacționează cu citratul într-o manieră asimetrică: acționează întotdeauna asupra acelei părți a moleculei de citrat care s-a format din oxalacetat. Este posibil ca cis-aconitatul să nu fie un intermediar obligatoriu între citrat și izocitrat și să se formeze pe ramura laterală a căii principale.

Mai mult, izocitrat dehidrogenaza catalizează dehidrogenarea cu formarea de oxalosuccinat. Au fost descrise trei forme diferite de izocitrat dehidrogenază. Una dintre ele, dependentă de NAD, se găsește doar în mitocondrii. Celelalte două forme sunt dependente de NADP, dintre care una se găsește și în mitocondrii și cealaltă în citosol. Oxidarea izocitratului, asociată cu activitatea lanțului respirator, este efectuată aproape exclusiv de o enzimă dependentă de NAD:

Izocitrat + NAD + ↔ Oxalosuccinat (în complex cu enzima) ↔ alfa-cetoglutarat + CO 2 + NADH 2

Figura 5. Reacțiile ciclului Krebs.

Aceasta este urmată de decarboxilare cu formarea de alfa-cetoglutarat, care este, de asemenea, catalizat de izocitrat dehidrogenază. O componentă importantă a reacției de decarboxilare sunt ionii de Mg 2+ (sau Mn 2+). Judecând după datele disponibile, oxalosuccinatul format în etapa intermediară a reacției rămâne într-un complex cu enzima.

Alfacetoglutaratul, la rândul său, suferă o decarboxilare oxidativă similară cu cea a piruvatului: în ambele cazuri, substratul este alfacetoacid. Reacția este catalizată de complexul alfa-cetoglutarat dehidrogenază și necesită participarea aceluiași set de cofactori - tiamină difosfat, lipoat, NAD + , FAD și CoA; ca urmare, se formează succinil-CoA - un tioeter care conține o legătură de înaltă energie.

α-cetoglutorat + NAD + + CoA-SH → Succinil-CoA + CO 2 + NADH + H +

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

Ciclul continuă cu conversia succinil-CoA în succinat, catalizată de succinat tiokinaza (succinil-CoA sintetaza):

Succinil-CoA + PH + GDP↔ Succinat + GTP + CoA-SH

Unul dintre substraturile de reacție este GDP (sau IDP), din care se formează GTP (ITP) în prezența fosfatului anorganic. Acesta este singurul pas din ciclul acidului citric care generează o legătură de fosfat de mare energie la nivelul substratului; în decarboxilarea oxidativă a α-cetoglutaratului, cantitatea potențială de energie liberă este suficientă pentru a forma NADH și o legătură fosfat de înaltă energie. Într-o reacție catalizată de fosfokinază, ATP poate fi format atât din GTP, cât și din ITP. De exemplu:

GTP+ADP «GDP+ATP.

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

Succinat + FAD « Fumarat + FADH 2

Prima dehidrogenare este catalizată de succinat dehidrogenază legată de suprafața interioară a membranei mitocondriale interioare. Aceasta este singura reacție de dehidrogenază a CTK, în timpul căreia are loc transferul direct de la substrat la flavoproteină fără participarea NAD +. Enzima conține FAD și proteină fier-sulf. Ca urmare a dehidrogenării, se formează fumarat. Experimentele folosind izotopi au arătat că enzima este stereospecifică pentru atomii de hidrogen trans ai grupărilor metilen de succinat. Adăugarea de malonat sau oxalacetat inhibă succinat dehidrogenaza, ducând la acumularea de succinat.

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

Fumarat + H2O „L-malat

Fumaraza este specifică izomerului L al malatului; catalizează adăugarea de componente ale moleculei de apă la dubla legătură fumarat în configurația trans. Malat dehidrogenaza catalizează conversia malatului în oxalacetat, reacția continuă cu participarea NAD +:

L-malat + NAD + "0xaloacetat + NADH 2

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

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

Energetica ciclului acidului citric.

Ca rezultat al oxidării catalizate de TCA dehidrogenaze, pentru fiecare moleculă de acetil-CoA catabolizată în timpul unui ciclu, se formează trei molecule NADH și o moleculă FADH 2. Acești echivalenți de reducere sunt transferați în lanțul respirator situat în membrana mitocondrială. Pe măsură ce trec prin lanț, echivalenții reducători de NADH generează trei legături fosfat de înaltă energie prin formarea de ATP din ADP prin fosforilarea oxidativă. Doar două legături fosfat de înaltă energie sunt generate de FADH 2 deoarece FADH 2 transferă echivalenți reducători la coenzima Q și, prin urmare, ocolește prima parte a lanțului de fosforilare oxidativă din lanțul respirator. Un alt fosfat de înaltă energie este generat la unul dintre situsurile ciclului acidului citric, adică la nivelul substratului, când succinil-CoA este transformat în succinat. Astfel, în perioada fiecărui ciclu, se formează 12 noi legături fosfatice de înaltă energie.

Reglarea ciclului acidului citric.

Principalele procese care furnizează și stochează energie în celule pot fi rezumate după cum urmează:

glucoză piruvat ® acizi grași acetil-CoA

Reglementarea acestui sistem ar trebui, printre altele, să asigure o aprovizionare constantă cu ATP, proporțional cu nevoile actuale de energie, să asigure că excesul de carbohidrați este transformat în acizi grași prin piruvat și acetil-CoA și, în același timp, să controleze utilizarea economică a acizilor grași prin acetil. -CoA ca produs cheie de intrare în ciclul acidului citric.

Ciclul acidului citric furnizează electroni unui sistem de transport de electroni în care fluxul de electroni este cuplat cu sinteza ATP și, într-o măsură mai mică, furnizează echivalenți reducători sistemelor biosintetice intermediare. În principiu, ciclul nu poate decurge mai repede decât permite utilizarea ATP-ului generat. Dacă tot ADP-ul celulei ar fi convertit în ATP, nu ar mai exista un flux suplimentar de electroni din NADH care se acumulează la 0 2 . Datorită absenței NAD + , un participant necesar la procesele de dehidrogenare ale ciclului, acesta din urmă ar înceta să mai funcționeze. Există dispozitive de reglare mai subtile care modulează acțiunea enzimelor în ciclul acidului citric în sine.

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

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

Ca o reacție ireversibilă care leagă metabolismul carbohidraților de ciclul acidului citric, reacția piruvat dehidrogenazei trebuie să fie bine controlată. Acest lucru se realizează în două moduri. În primul rând, enzima, care este activată de câțiva intermediari de glicoliză, este inhibată în mod competitiv de propriile produse, NADH și acetil-CoA. Ceteris paribus, o creștere a raportului NADH/NAD + de la 1 la 3 determină o scădere cu 90% a vitezei de reacție, iar o creștere a raportului acetil-CoA/CoA duce la un efect similar cantitativ. Efectul este afișat instantaneu. Efectele unui alt dispozitiv de reglementare apar mai lent, dar durează mai mult. Aproximativ cinci molecule de piruvat dehidrogenază kinază sunt asociate cu miezul fiecărei molecule de dihidrolipoiltransacetilază, care, datorită ATP, catalizează fosforilarea unui reziduu de serină din lanțul a al componentei piruvat dehidrogenază. Fiind fosforilată, enzima nu este capabilă să decarboxileze piruvatul.

Când are loc oxidarea acizilor grași, piruvat dehidrogenaza este inhibată semnificativ. Aparent, acest fenomen se explică prin concentrațiile mari de ATP, acetil-CoA și NADH care însoțesc procesul de oxidare. Majoritatea țesuturilor conțin un exces de piruvat dehidrogenază, astfel încât, după hrănirea în ficat, precum și în țesutul muscular și adipos la animalele în repaus, doar 40, 15 și, respectiv, 10% din piruvat dehidrogenază se află în formă activă, nefosforilată. . Când nevoia de ATP crește, concentrațiile de NAD+, CoA și ADP cresc datorită utilizării NADH, acetil-CoA și ATP, iar kinaza este inactivată. Cu toate acestea, fosfataza continuă să funcționeze prin reactivarea dehidrogenazei. O creștere a Ca 2+ poate activa fosfataza mitocondrială.

Sinteza citratului este o etapă care limitează rata ciclului acidului citric. Reglarea acestei etape se datorează unei mici, dar semnificative inhibiții a citrat sintetazei de către NADH și succinil-CoA. Influența principală asupra vitezei de sinteză a citratului este exercitată de furnizarea substratului.

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

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

AMP este un efector pozitiv al complexului de α-cetoglutarat dehidrogenază, care în acest sens seamănă cu izocitrat dehidrogenază. În intervalul concentrațiilor fiziologice, atât succinil-CoA, cât și NADH au un efect inhibitor, iar concentrația de succinil-CoA pare a fi principalul factor care controlează viteza procesului. Succinat dehidrogenaza seamănă cu izocitrat dehidrogenaza prin aceea că substratul (succinat) funcționează ca un efector alosteric pozitiv. Oxaloacetatul este un inhibitor puternic, cu toate acestea, nu este clar dacă acest control funcționează în condiții normale.

În ciclul acidului citric, patru vitamine B solubile în apă îndeplinesc funcții specifice.Riboflavina face parte din FAD, care este un cofactor al complexului alfa-cetoglutarat dehidrogenază și succinat dehidrogenază. Niacina face parte din NAD, care este coenzima dehidrogenazelor cu trei cicluri: izocitrat dehidrogenază, alfa-cetoglutorat dehidrogenază și malat dehidrogenază. Tiamina (vitamina B 1) face parte din tiamin difosfat, care este o coenzimă a alfa-cetoglutarat dehidrogenazei. Acidul pantotenic face parte din coenzima A, care este un cofactor care leagă reziduurile acil active.

Compuși macroergici și legături macroergice.

În celule, eliberată ca urmare a proceselor catabolice de descompunere a nutrienților, energia liberă poate fi folosită pentru a desfășura multe reacții chimice care necesită energie. Stocarea energiei are loc sub formă de legături chimice bogate în energie ale unei clase speciale de compuși, dintre care majoritatea sunt anhidride fosforice (trifosfați nucleozidici).

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

Energia de legătură este definită ca diferența dintre energiile libere ale compușilor care conțin această legătură și compușii rezultați din ruperea acesteia. Legăturile macroergice (bogate în energie) sunt considerate a fi acele legături, în timpul hidrolizei cărora modificările energiei libere a sistemului sunt mai mari de 21 kJ/mol.

Rolul central în schimbul de energie al celulelor de toate tipurile este jucat de sistemul de nucleotide de adenină, care include ATP, ADP și AMP, precum și ioni anorganici de fosfat și magneziu. ATP este o moleculă instabilă termodinamic și se hidrolizează pentru a forma ADP și AMP. Această instabilitate este cea care permite ATP să funcționeze ca un purtător al energiei chimice necesare pentru a satisface majoritatea nevoilor de energie ale celulelor. Compușii cu o legătură energetică bogată, pe lângă ATP, includ și UTP, CTP, GTP, TTP, creatină fosfat, pirofosfat, unii tioeteri (de exemplu, acetil-CoA), fosfoenolpiruvat, 1,3-bifosfoglicerat și o serie de alți compuși.

În timpul hidrolizei ATP în condiții standard, modificarea energiei libere este de -30,4 kJ/mol. În condiții fiziologice, energia liberă reală de hidroliză a legăturii fosfatice terminale a ATP va fi diferită și se apropie de -50,0 kJ/mol.

Există mai multe opțiuni pentru eliberarea energiei legăturilor ATP fosfat. Opțiunea principală este scindarea fosfatului terminal al ATP (ATP + H 2 O ® ADP + H 3 RO 4). O altă opțiune este scindarea pirofosfatului de ATP (ATP + H20® AMP + H4P2O7). Acest tip de reacție este mult mai puțin utilizat în procesele biochimice.

Acumularea de energie în legăturile specifice de fosfat ale ATP stă la baza mecanismului de transfer de energie într-o celulă vie. Există motive să credem că există trei tipuri principale de transfer de energie ATP în celulă:

în energia legăturilor chimice, în energia termică și în energia cheltuită pentru efectuarea muncii (osmotică, electrică, mecanică etc.).

Vitamina PP .

Vitamina PP (acid nicotinic, nicotinamidă, niacină) este numită o vitamină antipelagric (din italiană Preventive pelagra - „prevenirea pelagrei”), deoarece absența ei este cauza bolii numite pelagra.

Acidul nicotinic este cunoscut de multă vreme, dar abia în 1937 a fost izolat de K. Elveheim dintr-un extract de ficat și s-a demonstrat că introducerea acidului nicotinic (sau a amidei acestuia - nicotinamida) sau a preparatelor hepatice împiedică dezvoltarea sau vindecarea. pelagră.

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

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

Cele mai caracteristice semne de pelagra (din italianul pelle agra - piele aspra) sunt leziunile cutanate (dermatita), tractul gastrointestinal (diaree) si tulburarile activitatii nervoase (dementa).

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

Vitamina PP joacă rolul unei coenzime în dehidrogenazele dependente de NAD (participanți la respirația tisulară), metabolismul carbohidraților și aminoacizilor, enzimele dependente de NADP (shunt pentoză și sinteza lipidelor), enzimele dependente de HMH (alcool dehidrogenaza și enzima malică). Nu mai puțin important este rolul său ca substrat pentru poli-ADP-ribozilarea. Acest proces este implicat în legarea încrucișării cromozomilor și în activitatea sistemului de reparare și, de asemenea, (în absența NAD) are o importanță cheie în mecanismul de necrobioză și apoptoză a celulelor, în special a celor puternic aerobe.

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

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

oxidare microzomală.

reacții de monooxigenază.

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

Dopamin-b-monooxigenaza, prezentă în creier și țesutul cromafin, catalizează hidroxilarea 3,4-dioxifeniletilaminei la norepinefrină.

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

reacții de dioxigenază.

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

Fier-a-cetoglutarat dioxigenazele sunt enzime dependente de fier care catalizează hidroxilarea substratului în timpul procesului în care a-cetoglutaratul suferă decarboxilarea oxidativă la succinat: M + O2 + a-cetoglutarat M-OH + succinat + CO2

Citocromii sunt enzime ale lanțului redox.

Transferul suplimentar de electroni de la KoQH2 la O2 este realizat de sistemul citocrom. Acest sistem constă dintr-un număr de proteine ​​care conțin hem (hemproteine), descoperite în 1886 de K. McMunn. Toate au un grup de hem protetic apropiat de hemul hemoglobinei. Citocromii diferă unul de celălalt nu numai prin grupul protetic, ci și prin componentele proteice. Toți citocromii, în special în forma redusă, au spectre de absorbție caracteristice, valorile potențialelor redox nu sunt, de asemenea, aceleași.

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

MH + O2 + 2e + 2H + ®MON + H2O

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

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

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

Primul sistem purtător de electroni găsit în microzomi este sistemul de reducere a citocromului b5 datorat NADH; citocromul b5 este redus de NADH-citocrom b5-reductază, care conține un FAD pe moleculă, care face tranziții ciclice între formele complet reduse și cele oxidate. Citocromul b5 este puternic asociat cu ER prin regiunea hidrofobă extinsă. Deși suprafața exterioară a regiunii hem a citocromului este hidrofilă, se află într-un gol hidrofob profund, cu grupări carboxil ale acidului propionic orientate spre exterior. Citocromul b5 redus se autooxidează lent pentru a forma anionul superoxid. Acest mecanism poate fi principalul generator de superoxid în celulele hepatice.

Peroxidază modul de utilizare a oxigenului.

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

O2 + e ® O2 (1)

O2 + H®HO2 (2)

O2 + HO2 + H ® H2O2 + O2 (3)

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

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

Protecție antioxidantă enzimatică.

Superoxid dismutaza catalizează reacția

O2 + O2+ 2H® H2O2 + O2

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

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

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

Reacțiile catalazei și peroxidazei pot fi scrise după cum urmează:

DAR OH O

Protectie antioxidanta non-enzimatica.

Acid ascorbic (vitamina C).

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

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

Vitamina E.

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

Vitamina protejează structurile celulare de distrugerea de către radicalii liberi, participă la biosinteza hemului, previne tromboza, participă la sinteza hormonilor, susține imunitatea, are un efect anticancerigen și asigură funcționarea normală a mușchilor.

Figura 6. Mecanismul de acțiune al vitaminei.

Țesuturile animalelor cu deficit de vitamina E, în special mușchii cardiaci și scheletici, consumă oxigen mai rapid decât țesuturile animalelor normale. a-Tocoferolul nu este ușor supus oxidării reversibile. Consumul crescut de oxigen de către mușchii în deficiență de vitamine este asociat, aparent, cu oxidarea cu peroxid a acizilor grași nesaturați. În alte țesuturi, cum ar fi ficatul, acest lucru duce la perturbarea structurii mitocondriale și la reducerea respirației. Există dovezi că oxidarea cu peroxid a acizilor grași nesaturați din reticulul endoplasmatic al celulelor musculare duce la eliberarea de hidrolaze lizozomale, ducând la distrofie musculară. Toate manifestările carentei de vitamine sunt fenomene secundare datorate lipsei de inhibare a oxidării peroxidului a acizilor grași polinesaturați.

Infertilitatea este o manifestare clasică a deficitului de vitamina E la animalele de laborator. La bărbați, cel mai timpuriu semn observabil al deficienței este imobilitatea spermatozoizilor. Se observă și o serie de alte modificări: degenerarea epiteliului tubilor renali, depigmentarea dinților anteriori. O altă manifestare a deficitului de vitamina E este hemoliza eritrocitelor in vitro în prezența peroxizilor sau a derivaților aloxanilor. La șobolanii cu deficit prelungit de vitamine, distrofia musculară se dezvoltă cu simptome de paralizie progresivă a membrelor posterioare, conținutul de creatină în mușchi scade, apare creatinuria și excreția creatininei scade ușor. Deficitul de vitamina A se poate dezvolta și din cauza degradării oxidative a acesteia din urmă din cauza lipsei unei vitamine cu proprietăți antioxidante din alimentație. Simptomele hipervitaminozei sunt greață, amețeli și tahicardie.

Vitamina R.

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

Bioflavonoidele stabilizează substanța de bază a țesutului conjunctiv prin inhibarea hialuronidazei, ceea ce este confirmat de datele privind efectul pozitiv al preparatelor cu vitamina P, precum și al acidului ascorbic, asupra prevenirii și tratamentului scorbutului, reumatismului, arsurilor etc. Aceste date indică o relație funcțională strânsă între vitaminele C și P în procesele oxidative - de recuperare ale organismului.

În caz de insuficiență a bioflavonoidelor sau absența acestora în alimente, permeabilitatea vaselor de sânge crește, însoțită de hemoragii și sângerări, slăbiciune generală, oboseală și durere la nivelul membrelor.

Principalele surse de vitamine sunt alimentele vegetale (în special, legumele și fructele), care conțin multă vitamina C. Industria vitaminelor produce o serie de preparate cu activitate de vitamina P: catechine din ceai, rutina, hesperidină, naringină și altele.

Concluzie.

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

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

Orice moarte subită este asociată cu hipoxie, care este însoțită de acumularea unei cantități mari de acid lactic în organism datorită suprimării funcției mecanismelor de transfer și, ca urmare, apare acidoza. În timpul hipoxiei, radicalii liberi se formează pe termen nelimitat, iar peroxidarea lipidelor are loc intens, urmată de deteriorarea ireversibilă a celulelor. Studiul încălcărilor mecanismelor de oxidare biologică și a metodelor de corecție este important în tratamentul patologiilor sistemului cardiovascular și respirator, al patologiilor legate de vârstă și al inflamației. Această cunoaștere are o importanță deosebită în resuscitare, în timpul anesteziei, deoarece nivelul de acid lactic crește semnificativ în timpul operațiilor sub anestezie, de exemplu, cu ketamina sau etran, sub influența substanțelor narcotice, procesele de oxidare și fosforilare sunt decuplate. De aceea este atât de important să aveți la dispoziție cele mai complete cunoștințe și date informative, a căror evaluare poate oferi posibilități maxime de prezicere a evoluției bolii.

Bibliografie:

1. Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J. Molecular biology of the cell: In 3 vol., 2nd ed., per. and add. T.1. Pe. din engleza. - M.: Mir, 1994 - 517 p., ill.

2. Byshevsky A.Sh., Tersenov O.A. Biochimie pentru medic. Ekaterinburg: Întreprindere de editare și tipografie „Lucrătorul din Ural”. - 1994 - 384 p.

3. Vinogradov A.D. Mașină de sinteză mitocondrială de ATP: cincisprezece ani mai târziu.//Biochimie. - 1999 - T.64. Numărul 11 ​​- p.1443-1456

4. Galkin M.A., Syroeshkin A.V. Mecanismul cinetic al reacției de sinteză a ATP catalizată de F 0 -F 1 -ATPaza mitocondrială.//Biochimie. - 1999 - T.64.Numărul 10 - p.1393-1403

5. Grinstein B., Grinstein A. Biochimie vizuală. - M .: „Medicina” 2000 - p.68-69, 84-85

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

7. Kozinets G.I. Sistemele fiziologice ale omului. - M .: "Triada-X" - 2000 - p.156-164

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

9. Lehninger A. Fundamentele biochimiei. - M.: Mir - 1991 - 384 p.

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

11. Nikolaev A.Ya. Chimie biologică. Proc. pentru miere. specialist. Universități - M .: Liceu. - 1989 - 495s.

12. Ryabov G.A. Hipoxia stărilor critice. – M.: Medicină. - 1992 - 288 p.

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

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

15. Skulachev V.P. Evoluția mecanismelor biologice de stocare a energiei.// Jurnal educațional Soros. - 1997 - Nr 5 - p.11-19

16. Skulachev V.P. Strategii de evoluție și oxigen.// Natura. - 1998 - Nr. 12 - p.11-20

17. Tutelyan V.A., Alekseeva I.A. Vitamine antioxidante: asigurarea populatiei si importanta in prevenirea bolilor cronice.// Farmacologie si terapie clinica. – 1995 - №4 (1) – p.90-95

18. Shilov P.I., Yakovlev T.N. Fundamente ale vitaminologiei clinice. - L .: Medicină - 1989 - 343 p.