Динамическая биохимия. Биологическое окисление. (Лекция 8)

1.

Динамическая
биохимия
Биологическое окисление
1

2. Биологическое окисление

Перенос
электронов
(цитохромы)
Присоединение
кислорода
(оксидазы и
оксигеназы)
Отщепление Н2
(дегидрогеназы)

3. Основные пути использования кислорода

4.

В биохимии и клеточной биологии под тканевым (клеточным)
дыханием понимают молекулярные процессы, в результате
которых происходит поглощение клеткой кислорода и выделение
углекислого газа. Оно включает 3 стадии:
1. Органические молекулы - глюкоза, жирные кислоты и
некоторые аминокислоты - окисляются с образованием
СН3СО~SКоА.
2. Ацетил-КоА вступает в ЦТК, где его ацетильная группа
ферментативно окисляется до СО2 и выделяется HS-KoA. Энергия,
высвобождающаяся при окислении, накапливается в
восстановленных переносчиках электронов НАДН и ФАДН2.
3. Электроны переносятся к О2, как конечному акцептору, через
цепь переносчиков электронов, которая называется дыхательная
цепь или цепь переноса электронов (ЦПЭ). При переносе
электронов по дыхательной цепи выделяется большое количество
энергии, которая используется для синтеза АТФ путем
окислительного фосфорилирования.
4

5.

Процесс тканевого дыхания оценивают с
помощью дыхательного коэффициента:
RQ = число молей образованного СО2 /
число молей поглощенного О2
Этот показатель позволяет оценить тип топливных молекул,
используемых организмом: при полном окислении углеводов
дыхательный коэффициент равен 1, белков - 0,80, жиров - 0,71;
при смешанном питании величина RQ= 0,85.
5

6.

6

7. Транспортеры веществ через внутреннюю мембрану митохондрий

8. Функциональная компартментализации митохондрий

1. Внешняя мембрана MX отграничивает внутреннее пространство;
проницаема для О2 и ряда низкомолекулярных веществ. Содержит
ферменты метаболизма липидов и моноаминов.
2. Межмембранное пространство (ММП) содержит аденилаткиназу
(АТФ + АМФ ↔ 2 АДФ) и ферменты фосфорилирования АДФ, не
связанные с дыхательными цепями.
3. Внутренняя мембрана митохондрий (ВМП): 20-25 % от всех белков
составляют ферменты цепей переноса протонов и электронов и
окислительного фосфорилирования. Проницаема лишь для малых
молекул (О2, мочевина) и содержит специфические трансмембранные
переносчики.
4. Матрикс содержит ферменты цикла трикарбоновых кислот, рокисления жирных кислот (основные поставщики субстратов
окисления). Здесь находят ферменты автономного митохондриального синтеза ДНК, РНК, белков и др.
8

9.

10. Структура НАД+ (НАДФ+)

Структура
+
НАД
+
(НАДФ )

11. ФМН и ФАД

12. Убихи-нон

Убихинон

13.

Гем b
Гем а
Гем С

14.

Железо-серные кластеры (центры)

15.

16. Движение электрона от НАД, сукцината, ацил-КоА и глицерол-3-фосфата к убихинону

Движение электрона от НАД, сукцината, ацилКоА и глицерол-3-фосфата к убихинону

17. НАДН-КоQ-редуктаза

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

Краткая схема перекисного окисления липидов
НАДФН+Н+
Н2О2
Fe2+
О2
О2
НО2 НО
Fe3+
Н
Х
НО2
Н
ФП
Радикал ЖК
(R )
Цитохром Р450
RO
Генерация в дыхательной
цепи микросом, митохондрий
и других процессах
Н
NH2-содержащие
соединения
Fe3+
НО
ПНЖК
Гидроксильный
радикал
ROOH
O2
ПНЖК
Гидропероксид ЖК
Альдегиды и
кетоны
Основания
Шиффа
Fe2+
Пероксидный
ROO радикал
Радикал ЖК
(R )
Белки,
нуклеиновые
кислоты,
углеводы
Алкоксильный
радикал
АФК
О С
О
О С
О
О Ф
и т.д.
Радикал ЖК
(R )

26.

Факторы антиоксидантной защиты
Ферментативной природы:
Неферментативной природы:
- супероксиддисмутаза (СОД)
- каталаза
жирорастворимые: водорастворимые:
- токоферолы
- витамин С
- глутатионпероксидаза
- витамины А, К
- глутатион
-глутатионредуктаза
- убихинон
- цистеин
- полифенолы
- бензойная кислота
- холестерол
- мочевина
- другие
- другие
-церулоплазмин

27.

Ri + SH
Радикал
инициатора
Субстрат
RiH
+
Молекулярный
продукт
Радикал
субстрата
Механизм действия антиоксидантов
неферментативной природы
Ri
S +
X
Любые
радикалы
Ri-H
A-H
Антиоксидант
S-H
X-H
+
A
Стабильный радикал
антиоксиданта
Молекулярные
продукты
S

28.

Дисбаланс в системе «перекисное окисление липидов антиоксиданты» является важным патогенетическим
звеном следующих заболеваний:
- Атеросклероза (ИБС и др.)
- Бронхолегочных заболеваний
- Злокачественных опухолей
- Радиационных поражений
- Сахарного диабета
- Нейродегенеративных заболеваний
- Холодовой и термической травм
- Интоксикаций различного генеза
- и многих других