АТФ. Антидридные связи

1.

АТФ
NH2
O
HO
P
OH
O
O
O
P
OH
Ангидридные связи
O
P
N
OH
N
O
CH2
H
N
O
H
H
H
OH
OH
N

2.

В конце XIX века русские исследователи А.Н. Бах и В.И. Палладин,
работая независимо друг от друга, предложили 2 основные теории для
объяснения процессов, протекающих в ходе биологического окисления.
II.
Алексей Николаевич Бах (1857 – 1946).
В 1897г сформулировал «ПЕРЕКИСНУЮ ТЕОРИЮ МЕДЛЕННОГО
ОКИСЛЕНИЯ», согласно которой молекула О2 сначала
активируется в результате разрыва одной его связи (-О-О-) и
присоединения к органическим веществам – оксидазам.
Активированный О2 при взаимодействии с окисляемым
веществом образует перекись.
O
O
+ оксидаза
O
O
оксидаза + S
оксидаза + SO2

3.

III. В.И. Палладин (1859–1922) – русский ученый ботаник и биохимик –
создал теорию «АКТИВАЦИИ ВОДОРОДА», предположив, что окисление
субстратов может происходить в 2 стадии:
Анаэробная фаза: особые вещества хромогены (R)
отщепляют Н от субстратов и восстанавливаются (RH2).
Аэробная фаза: Восстановленные хромогены RH2 передают Н
на О2.
O
O
R
S
H
H
R
S
OH 1
/2O2
H2O
O
R
R
аэробная
анаэробная OH
фаза
фаза
RH2
O
R

4.

Этапы унифицирования энергии пищевых веществ
и образования субстратов тканевого дыхания
Углеводы
Жирные Глицерин
кислоты
Глюкоза Аминокислоты
П ируват
А ц е т и л -К о А
HS-KoA
II
ЭТАП
Белки
I
ЭТАП
Омыляемые
липиды

5.

III
ЭТАП
Ацетил-КоА
ПВК
ЩУК
+
ЦТК
+
е
2 2н
+
Д ы хательная цепь
АДФ + Фн
+
-
2е 2н
-
2е 2н
-
О2
н2о
IV
ЭТАП
2е 2н
-
АТФ

6.

II этап. Образование Ацетил-КоА
+
НАД
COOH HSKoA
C
НАДН2 CO2
C
O
Пируватдегидрогеназа
CH3
ПВК
CH3
ПВК
O
CH3
АцетилКоА
COOH
C
SKoA
O
CO2 АТФ
АДФ + Фн COOH
C
Пируваткарбоксилаза
O
CH2
COOH
ЩУК

7.

Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса).
Н2 О
Н2 О
Цис-аконитат
Цитрат
Аконитаза
Аконитаза
Изоцитрат
Н2 О
НАД+
Изоцитрат ДГ
HS-KoA
НАДН2
Цитратсинтетаза
Ацетил-КоА
Оксалоацетат
СО2
НАДН2
-кетоглутарат
12 АТФ
НАД+
Малат ДГ
НАД+
Малат
-кетоглутарат ДГ
НАДН2
НS-KoA
Фумараза
Н2 О
CO2
Фумарат
Е-ФАДН2
Е-ФАД
Сукцинил - КоА
Сукцинат ДГ
HS-KoA
Сукцинил – КоА
синтетаза
Сукцинат
H3PO4 + ГДФ
ГТФ

8.

1. Цитратсинтазная реакция
Синтез жирных кислот, ТГ, ФЛ
O
C
H2C
ЩУК
COOH + H3C
COOH
O
C
SKoA
H2C
COOH
C
COOH
H2C
COOH
HO
ацетил-SКоА цитратсинтаза
цитрат
цитрат:ацетилКоА-лиаза
+ H SKoA
HS-КоА
Активаторы: ЩУК, НАД+, АМФ, АДФ;
Ингибиторы: АТФ, НАДН2, Сукцинил-КоА, цитрат.

9.

2. Аконитазная реакция
H2O
HO
H2O
H2C
COOH
H2C
COOH
H2C
COOH
C
COOH
C
COOH
HC
COOH
H2C
COOH
HC
COOH
CH
COOH
HO
изоцитрат
цитрат аконитаза
цис-аконитат аконитаза
цитрат: гидро-лиаза
цитрат: гидро-лиаза

10.

2. Аконитазная реакция
H2O
HO
H2O
H2C
COOH
H2C
COOH
H2C
COOH
C
COOH
C
COOH
HC
COOH
H2C
COOH
HC
COOH
CH
COOH
HO
изоцитрат
цитрат аконитаза
цис-аконитат аконитаза
цитрат: гидро-лиаза
цитрат: гидро-лиаза

11.

3. Изоцитратдегидрогиназная реакция
Синтез Глу
HO
H2C
COOH
HC
COOH
CH
COOH
НАД+ НАДН2
СО2
H2C
COOH
CH2
Mn2+ (Mg2+)
O
C
COOH
изоцитрат
КГ
изоцитрат ДГ
изоцитрат:НАД+ оксидоредуктаза (декарбоксилирующая)
Активаторы: АДФ;
Ингибиторы: НАДН2
Самая медленная реакция ЦТК

12.

3. Изоцитратдегидрогиназная реакция
Синтез Глу
HO
H2C
COOH
HC
COOH
CH
COOH
НАД+ НАДН2
СО2
H2C
COOH
CH 2
Mn2+ (Mg2+)
O
C
COOH
изоцитрат
КГ
изоцитрат ДГ
изоцитрат:НАД+ оксидоредуктаза (декарбоксилирующая)
Активаторы: АДФ;
Ингибиторы: НАДН2
Самая медленная реакция ЦТК

13.

4.α-Кетоглутаратдегидрогиназная
Синтез гема
реакция
H2C
COOH
НАД+ НАДН2 НSКоА
СО2
C
КГ
COOH
CH2
CH2
O
H2C
COOH В , РР,В , пантотеновая к-та, липоевая к-таO
1
2
-кетоглутарат ДГ
C
SKoA
Сукцинил-КоА
-КГ:НАД+ оксидоредуктаза (декарбоксилирующая)
Активаторы: ионы Са;
Ингибиторы: АТФ, сукцинил-КоА, НАДH2;
α-КГДГ комплекс состоит из 3 ферментов и содержит 5
коферментов: тиаминдифосфат, кофермент А, липоевая
кислота, НАД+, ФАД.

14.

4.α-Кетоглутаратдегидрогиназная
Синтез гема
реакция
H2C
COOH
НАД+ НАДН2 НSКоА
СО2
C
КГ
COOH
CH 2
CH 2
O
H2C
COOH В , РР,В , пантотеновая к-та, липоевая к-таO
1
2
-кетоглутарат ДГ
C
SKoA
Сукцинил-КоА
-КГ:НАД+ оксидоредуктаза (декарбоксилирующая)
Активаторы: ионы Са;
Ингибиторы: АТФ, сукцинил-КоА, НАДH2;
α-КГДГ комплекс состоит из 3 ферментов и содержит 5
коферментов: тиаминдифосфат, кофермент А, липоевая
кислота, НАД+, ФАД.

15.

5. Сукцинил-КоА-синтетазная реакция
H2C
COOH
CH2
O
C
Рн + ГДФ ГТФ
HSКоА
H2C
COOH
CH2
SKoA
Сукцинил-КоА
Mg2+
COOH
сукцинат
Сукцинил-КоА-синтетаза
сукцинат:НКоА-лигаза (ГТФ-ГДФ+Рн)
Субстратное фосфорилирование
Это - единственная стадия ЦТК, в ходе которой генерируется
высокоэнергетическая фосфатная связь на субстратном уровне;
Это реакция субстратного фосфорилирования.

16.

5. Сукцинил-КоА-синтетазная реакция
H2C
COOH
CH 2
O
C
Рн + ГДФ ГТФ
HSКоА
H2C
COOH
CH 2
SKoA
Сукцинил-КоА
Mg2+
COOH
сукцинат
Сукцинил-КоА-синтетаза
сукцинат:НКоА-лигаза (ГТФ-ГДФ+Рн)
Субстратное фосфорилирование
Это - единственная стадия ЦТК, в ходе которой генерируется
высокоэнергетическая фосфатная связь на субстратном уровне;
Это реакция субстратного фосфорилирования.

17.

6. Сукцинатдегидрогиназная реакция
ФАД
H2C
COOH
H2C
COOH
сукцинат
ФАДН2
HC
HOOC
COOH
CH
Сукцинат ДГ (СДГ)
фумарат
сукцинат:ФАД-оксидоредуктаза
СДГ является флавопротеином, состоящим из 2 субъединиц:
Fe2S2 и Fe4S4, одна из которых связана с ФАД;
Ингибитор: ЩУК и Сукцинил–КоА.

18.

6. Сукцинатдегидрогиназная реакция
ФАД
H2C
COOH
H2C
COOH
сукцинат
ФАДН2
HC
HOOC
COOH
CH
Сукцинат ДГ (СДГ)
фумарат
сукцинат:ФАД-оксидоредуктаза
СДГ является флавопротеином, состоящим из 2 субъединиц:
Fe2S2 и Fe4S4, одна из которых связана с ФАД;
Ингибитор: ЩУК и Сукцинил–КоА.

19.

7. Фумаразная реакция
Н2О
HC
HOOC
CH
фумарат
COOH
HO
фумараза
малат:гидро-лиаза
H
C
COOH
H2C
COOH
L-малат
Фумараза специфична к L-изомеру малата;
Она катализирует присоединение компонентов молекулы воды
по двойной связи фумарата в транс-конфигурации;

20.

7. Фумаразная реакция
Н2О
HC
HOOC
CH
фумарат
COOH
HO
фумараза
малат:гидро-лиаза
H
C
COOH
H2C
COOH
L-малат
Фумараза специфична к L-изомеру малата;
Она катализирует присоединение компонентов молекулы воды
по двойной связи фумарата в транс-конфигурации;

21.

8. Малатдегидрогиназная реакция
Синтез Асп
HO
НАД
H
C
COOH
H2C
COOH
L-малат
+
НАДН2
C
COOH
H2C
COOH
O
малат ДГ
малат: НАД+ окидоредуктаза
Ингибитор: НАДН2
ЩУК
Активатор: НАД+

22.

8. Малатдегидрогиназная реакция
Синтез Асп
HO
+
НАДН2
НАД
H
C
COOH
H2C
COOH
L-малат
C
COOH
H2C
COOH
O
малат ДГ
+
ЩУК
малат: НАД окидоредуктаза
Ингибитор: НАДН2
Активатор: НАД+

23.

Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса).
Н2 О
Цитрат
Н2 О
Н2 О
Цис-аконитат
Аконитаза
Аконитаза
Изоцитрат
Цитратсинтетаза
АДФ
ЩУК, НАД+, АМФ, АДФ
HS-KoA
НАД+
Изоцитрат ДГ
НАДН2
НАДН2
АТФ, НАДН2,
Сукцинил-КоА, цитрат.
Ацетил-КоА
Оксалоацетат
СО2
НАДН2
-кетоглутарат
12 АТФ
НАД+
Малат ДГ
НАД+
Малат
-кетоглутарат ДГ
АТФ, сукцинил-КоА,
НАДH2
Фумараза
Н2 О
Фумарат
Е-ФАДН2
Сукцинат ДГ
Сукцинил – КоА
синтетаза
Оксалоацетат
Сукцинил–КоА.
НАДН2
НS-KoA
CO2
Сукцинил - КоА
HS-KoA
H3PO4 + ГДФ
Е-ФАД
Сукцинат
ГТФ

24.

Цикл Кребса. Энергетический контроль.
Н2 О
Н2 О
Цис-аконитат
Цитрат
Аконитаза
Аконитаза
Изоцитрат
Цитратсинтетаза
Н2 О
+ АДФ
- АТФ
HS-KoA
НАД+
Изоцитрат ДГ
НАДН2
Ацетил-КоА
Оксалоацетат
СО2
НАДН2
-кетоглутарат
12 АТФ
НАД+
Малат ДГ
НАД+
Малат
-кетоглутарат ДГ
НS-KoA
- АТФ
Фумараза
НАДН2
Н2 О
Фумарат
Сукцинат ДГ
Сукцинил – КоА
синтетаза
CO2
Сукцинил - КоА
HS-KoA
Е-ФАДН2
H3PO4 + ГДФ
Е-ФАД
Сукцинат
ГТФ

25.

Цикл Кребса. Дыхательный контроль.
Н2 О
Цитрат
Н2 О
Н2 О
Цис-аконитат
Аконитаза
Аконитаза
Изоцитрат
Цитратсинтетаза
-
HS-KoA
НАД+
Изоцитрат ДГ
- НАДН2
НАДН2
НАДН2
Ацетил-КоА
Оксалоацетат
СО2
НАДН2
-кетоглутарат
12 АТФ
НАД+
Малат ДГ
НАД+
Малат
-кетоглутарат ДГ
-
Фумараза
НАДН2
НАДН2
НS-KoA
Н2 О
Фумарат
Е-ФАДН2
Сукцинат ДГ
Сукцинил – КоА
синтетаза
Оксалоацетат
Сукцинил–КоА.
CO2
Сукцинил - КоА
HS-KoA
H3PO4 + ГДФ
Е-ФАД
Сукцинат
ГТФ

26.

Метаболизм спирта
СН3 – СН2 – ОН
NAD+
СН3 – СН=О
NADH2
NAD+
NADH2
СН3 – СООН
ATФ + НS-KoA
АДФ+Фн
Глюкоза
СН3 – СО – S-KoA

27.

Цикл Кребса. Метаболический контроль.
Н2 О
Цитрат
Н2 О
Н2 О
Цис-аконитат
Аконитаза
Аконитаза
Изоцитрат
НАД+
Изоцитрат ДГ
Цитратсинтетаза
Сукцинил-КоА, цитрат.
HS-KoA
НАДН2
Ацетил-КоА
Оксалоацетат
СО2
НАДН2
-кетоглутарат
12 АТФ
НАД+
Малат ДГ
НАД+
Малат
-кетоглутарат ДГ
Сукцинил-КоА
Фумараза
НАДН2
НS-KoA
Н2 О
Фумарат
Сукцинат ДГ
Оксалоацетат
Сукцинил – КоА
синтетаза
CO2
Сукцинил - КоА
HS-KoA
Е-ФАДН2
H3PO4 + ГДФ
Е-ФАД
Сукцинат
ГТФ

28.

АСТ
СООН
СООН
НС – NH2 + С = О
CH2
CH2
CH2
CООН
CООН
АСП
а-КГ
СООН
СООН
НС = О + НС – NH2
CH2
CH2
CH2
CООН
ЩУК
CООН
ГЛУ

29.

АСТ
СООН
СООН
НС – NH2 + С = О
CH2
CH2
CH2
CООН
CООН
АСП
а-КГ
СООН
СООН
НС = О + НС – NH2
CH2
CH2
CH2
CООН
ЩУК
CООН
ГЛУ

30.

окисление
Межмембранное пространтво
Комплекс Ι
Комплекс ΙΙ
ФМН
5FеS
Q
ē
НАД+
Н+
НАДН2
Изоцитрат
α-КГ
малат
В562
В562
В566
В566
С1
С1
FeS
FeS
ФАД
FeS
сукцинат
α-КГ
сукцинилКоА
ЩУК
Комплекс ΙV
Комплекс ΙΙΙ
а
а
а3
а3
Сu2+ Сu2+
C
О2
фумарат
О22
Н2 О
матрикс
АТФ
синтетаза
Фн + АДФ
АТФ

31.

Комплексы дыхательной цепи
митохондрий
Матрикс
НАД Н2
НАД+
2Н+
Iк
2еFeS
ФМН
ММП
FeS
Q
2Н+
Образование электро-химического потенциала
в межмембранном пространстве (ММП)

32.

Комплексы дыхательной цепи
митохондрий
Матрикс
НАД Н2
НАД+
2Н+
IIIк
Iк
2еFeS
ФМН
FeS
Q
Цит.
b, c1
2e-2H+
2еЦит. С
ММП
2Н+
2Н+
Образование электро-химического потенциала
в межмембранном пространстве (ММП)

33.

Комплексы дыхательной цепи
митохондрий
Матрикс
НАД Н2
НАД+
2Н+
1/2 O2
H2O
2Н+
2Н+
IIIк
Iк
2еFeS
ФМН
FeS
Q
Цит.
b, c1
2e-2H+
IVк
2е-
2е-
Цит.
А, А2
Цит. С
ММП
2Н+
2Н+
2Н+
Образование электро-химического потенциала
в межмембранном пространстве (ММП)

34.

Комплексы дыхательной цепи
митохондрий
Матрикс
Сукцинат Фумарат
НАД Н2
НАД+
2Н+
IIк
Iк
2еFeS
ФМН
FeS
2Н+
СДГ
eS
(ФАД)
2e-2H+
Q
IIIк
Цит.
b, c1
2e-2H+
1/2 O2
H2O
2Н+
IVк
2е-
2е-
Цит.
А, А3
Цит. С
ММП
2Н+
2Н+
2Н+
Образование электро-химического потенциала
в межмембранном пространстве (ММП)

35.

Комплексы дыхательной цепи
митохондрий
АТФ-синтетаза
АДФ
Матрикс
АТФ
Н+
Сукцинат Фумарат
НАД Н2
НАД+
2Н+
1/2 O2
IIк
Iк
2еFeS
ФМН
FeS
СДГ
eS
(ФАД)
2e-2H+
Q
2e-2H+
H2O
2Н+
IIIк
Цит.
b, c1
IVк
2е-
2е-
Цит.
А, А2
Цит. С
ММП
2Н+
2Н+
2Н+
электро-химического
потенциала Н+

36.

Модель F1 и F0 компонентов АТФ-синтазы –
молекулярной машины
a, b, альфа, бета и
дельта субъединицы
образуют статор
машины
с, гамма и ипсилон
субъединицы образуют
ротор

37.

Внешний вид АТФ-синтетазы
Электронная фотография
Слайд 29
Фотография
атомно-силового микроскопа

38.

Слайд 30
F1
H+
Fo
H+
Показано вращение ротора (красный) за счет
движения протонов из ММП в матрикс

39.

Ротор АТФ-синтетазы (вид сверху) и его действие
Слайд 31

40.

Слайд 32
Комплексы дыхательной цепи
митохондрий и разобщители
Матрикс
Сукцинат Фумарат
Н+
НАД Н2
НАД+
2Н+
1/2 O2
IIк
Iк
2еТермоЖК
генин
Н+
FeS
ФМН
FeS
2Н+
Электро-химический
потенциал
СДГ
eS
(ФАД)
2e-2H+
Q
H2O
2Н+
IIIк
Цит.
b, c1
2e-2H+
2Н+
IVк
2е-
2е-
Цит.
А, А2
Цит. С
2Н+
ММП

41.

Разобщители дыхания и
фосфорилирования
Н+
Na+
Термогенин
- белок бурой
жировой ткани
ИОНОФОРЫ
ПРОТОНОФОРЫ
R-СООН
R-СОО-
Н+
Свободные
жирные кислоты
- в печени
Н+