Transcript скачати

Лекція 3. Обмін речовин та енергії.
Тканинне дихання
1.Етапи обміну речовин та
енергії.
2.Біологічне окиснення. Тканинне
дихання.
3. Окисне фосфорилування.
4.Патологія тканинного дихання
та окисного фосфорилування.
Макроергічні сполуки - речовини,
що
містять
багаті
енергією
(макроергічні) зв’язки, при гідролізі
яких виділяється > 21 кДж/моль енергії.
Класифікація:
1.Ангідриди
фосфатної кислоти:
2.Тіоефірні похідні:
АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ
2-фосфоенолпіруват
1,3-дифосфогліцерат
креатинфосфат
ацетил ~ SКоА
сукциніл ~ SКоА
Основні етапи катаболізму
Жири
Полісахариди
Білки
1 етап: перетворення
полімерів на мономери.
(1% енергії).
I
Жирні
кислоти
Гліцерол Моносахариди Амінокислоти
Піруват
II
окисне
декарбоксилування
2 етап: перетворення
Ацетил-КоА
мономерів до ацетил-КоА.
(25-30% енергії)
Цитратний
цикл
СО2
2Н 2Н 2Н 2Н
3 етап: окиснення ацетилКоА до СО2 та Н2О.
(70-80% енергії).
Тканинне дихання
Окисне фосфорилування
III
Н2О
АТФ
Цикл трикарбонових
кислот Кребса
(цитратний цикл) циклічний процес,
в якому ацетил-КоА
окиснюється до 2 мол.
СО2 та вивільняються
атоми водню для
дихального ланцюга
Локалізація: матрикс мітохондрій
Ацетил-КоА
Оксалоацетат H2O HS-KoA Цитрат
НАД+
Ізоцитрат
8
НАДН2
НАД+
Малат
СО2
НАДН2
-кетоглутарат
Н2О
СО2
Фумарат
НАДН2
ФАДН2
ФАД
Сукциніл-КоА
Сукцинат
Фн + ГДФ
ГТФ
АДФ
ГДФ
АТФ
НАД+
Значення ЦТК
 Інтегративне: об’єднує катаболізм
вуглеводів, ліпідів, білків
 Енергетичне: 1 ацетил-КоА = 12 АТФ
 Гідрогендонорне: 3 НАДН2, ФАДН2
 Амфіболічне
Біологічне окиснення - це процес окиснення
біомолекул, що супроводжується виділенням енергії
Окиснення
 Відщеплення водню
від субстрату
 Втрата субстратом
електрону
 Приєднання кисню
до субстрату
Відновлення
 Приєднання водню
до субстрату
 Приєднання електрону
до субстрату
Будова мітохондрій та маркерні ферменти
АТФ-синтетаза
Міжмембранний простір
Матрикс
Кристи
Гранули
ДЛ, ЦХО
ДНК
ПДГ, ЦТК,
β-окиснення ЖК
Внутрішня мембрана
Зовнішня мембрана
МАО
Тканинне дихання - процес окиснення
біомолекул, що супроводжується
поглинанням тканинами О2 та
виділенням СО2 та Н2О
Дихальний ланцюг (ДЛ) - система
ферментів та коферментів, які
транспортують е- та Н+ від субстрату, що
окиснюється, на О2
“електронно-транспортна система”
Комплекси дихального ланцюга:
I - НАДН-КоQ-оксидоредуктаза
•НАДН-дегідрогеназа (ФМН), FeS-білки
•транспорт Н+ та е- від НАДН на КоQ
II - сукцинат-КоQ-оксидоредуктаза
•СДГ (ФАД), FeS-білки
•транспорт Н+ та е- від ФАДН2 на КоQ
III - КоQН2-цитохром С-оксидоредуктаза
•цитохроми b, c1, FeS-білок
•транспорт е- від КоQН2 на цитохром с
IV - Цитохромоксидаза
•цитохроми а і а3, CuA ,CuВ
•відновлює О2 електронами
Структура дихального ланцюга
ІІІ. КоQН2-Цитохром Средуктаза
2H+
FeS
ФМН
KoQ
+
ФМНH2
І
2H
- KoQН2
2e2H+ 2e
FeS ІІІ
2e-
2e-
Міжмембранний простір
IV.Цитохромоксидаза
с
2e
-
-
b
2e с
1
а
2e
2e-
-
а3
FeS
2H+ 2eНАДН2
НАД+
2H 2e
SH2
+
-
Матрикс
мітохондрії
ФАД
ФАДН2
2H+ 2e-
ІІ
2H+ + 1/2O2 + 2e
-
H2O
SH2
І → ІІІ → IV комплекс – повний ДЛ
ІІ → ІІІ → IV комплекс – неповний ДЛ
ІV
CuA
2eCuВ
ВММ
І. НАДН-КоQ-редуктаза
Значення редокс-потенціалу:
компоненти ДЛ
розташовані – в порядку ↑
РП !!!
-0,7V
SH2
НАД+
АДФ + Фн
е-
напрямок руху
по ДЛ від сполук з меншим РП до
сполук з більшим РП !!!
ФМН
АТФ
КоQ
АДФ + Фн
АТФ
цитохроми в-с1
в ділянках ДЛ, де перепад
РП > 0,22 V, рух еспряжений з синтезом АТФ
цитохром аа3
АДФ + Фн
+0,8V
О2
АТФ
Продукти тканинного дихання
Н2О, СО2
Супероксид-аніон (О2-) - ФМНН2 віддає е- на
О2, минаючи цитохроми
Супероксиддисмутаза перетворює О2- у Н2О2
Допоміжні ферменти тканинного дихання
2Н2О2 → 2 Н2О + О2 (каталаза)
Н2О2 → Н2О + О (пероксидаза)
Окисне фосфорилування
- синтез АТФ з АДФ та
неорганічного фосфату (Фн) за
рахунок енергії, що виділяється
при транспорті електронів по ДЛ
Це синтез АТФ, спряжений з
тканинним диханням!!!
Пункти спряження ділянки ДЛ, в яких кількість енергії,
що виділяється під час руху 2е,
достатня для синтезу АТФ (> 30,2 кДж):
1. НАДН2–КоQ (комплекс I)
2. цит. b – цит.с1 (комплекс III)
3. цит. аа3 – О2 (комплекс IV)
Механізм окисного фосфорилування
АДФ + Фн
Н2О
ВММ
Матрикс
---------
nН+
Н++ОН-
nН
nН+
nН+
F1
лужне середовище
------------------------
2eІ комплекс
++++++
+
ІІІ комплекс
ІV комплекс
Fo
+++++++
+++++++
середовище +
кисле
+
nН
nН
+++++++++
nН+
Міжмембранний простір
p
nН+
АТФ
Коефіцієнт окисного фосфорилування
(Р/О, Р/2е-)
- це число молекул Фн, які перетворились в АТФ при
поглинанні тканинами одного атому О (при перенесенні
2е- по ДЛ)
(Беліцер і Цибакова, 1939)
Р/О = 3 - при окисненні НАДН2 → 3 АТФ
Р/О = 2 - при окисненні ФАДН2→ 2 АТФ
Патологія тканинного дихання
1. Зниження активності ферментів ДЛ
 дефіцит вітамінів В2 та РР, Fe та Cu
 ізоніазид
- інгібітор НАД-залежних
дегідрогеназ
 малонова кислота - інгібітор СДГ
2. Інгібування тканинного диханнях на етапах
фосфорилування
 І комплекс - ротенон, барбітурати (амітал)
 ІІІ – антиміцин А
 IV – інгібітори ЦХО
ціаніди (КСN, NaСN)
азиди (NaN3), СО, Н2S
Інгібітори окисного фосфорилування:
Олігоміцин - зв’язує Fо-фрагмент Н+-АТФсинтетази та припиняє синтез АТФ.
Роз’єднувачі тканинного дихання та
окисного фосфорилування:
знижують ΔμН+ , інгібують синтез АТФ,
енергія руху е- переходить в тепло.
!!! Пірогенна дія (↑t тіла)
Роз’єнувачі – протонофори
 тиреоїдні гормони, жирні кислоти,
прогестерон, білки термогеніни
 дикумарини, саліцилати
 2,4-динітрофенол
Іонофори – валіноміцин, граміцидин