Гаврилов И.В.
Факультет: лечебно-профилактический,
Курс: 2
- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Биологическое окисление-1.Лекция № 4 презентация
Содержание
- 1. Биологическое окисление-1.Лекция № 4
- 2. Обмен энергии
- 3. Катаболизм – реакции, в которых сложные вещества
- 4. АТФ Ангидридные связи
- 5. Синтез АТФ Синтез АТФ в
- 6. АДФ + Фн
- 7. Митохондрии Ключевую роль в энергетическом обмене клетки
- 8. Митохондрии Митохондрии млекопитающих обычно содержат от двух
- 9. История развития учения о биологическом окислении Антуан
- 10. В конце XIX века русские
- 11. В.И. Палладин (1859–1922) – русский
- 12. Отто Генрих Варбург открыл фермент(E) – цитохромоксидазу,
- 13. Генрих Отто Виланд установил, что процесс
- 14. Современные представления о биологическом окислении Согласно
- 15. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции, в которых
- 16. В ОВР вступают 2 вещества и 2
- 17. Каждое вещество обладает определенным запасом внутренней
- 18. Биологическое окисление (БО) - совокупность окислительно-восстановительных
- 19. Дыхательная цепь – цепь переноса электронов.
- 20. -0,42В +0,82В
- 21. В настоящее время выделено 4 основные пути
- 22. Диоксигеназный путь (Обеспечивает включение молекулы кислорода в
- 23. Этапы унифицирования энергии пищевых веществ и
- 24. АДФ + Фн О2 н2о АТФ
- 25. II этап. Образование Ацетил-КоА
- 26. ЦТК является процессом окисления Ацетил–КоА - универсального
- 27. Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса). Цис-аконитат Изоцитрат
- 28. 1. Цитратсинтазная реакция Активаторы: ЩУК, НАД+,
- 29. 2. Аконитазная реакция 3. Изоцитратдегидрогиназная реакция Самая медленная реакция ЦТК Синтез Глу
- 30. 4.α-Кетоглутаратдегидрогиназная реакция Активаторы: ионы Са; Ингибиторы: АТФ,
- 31. 5. Сукцинил-КоА-синтетазная реакция Это - единственная стадия
- 32. 6. Сукцинатдегидрогиназная реакция СДГ является флавопротеином, состоящим
- 33. 7. Фумаразная реакция Фумараза специфична к L-изомеру
- 34. 8. Малатдегидрогиназная реакция Ингибитор: НАДН2
- 35. Энергетический баланс одного оборота ЦТК В 4
- 36. Регуляция ЦТК Регуляторные (ключевые, лимитирующие) ферменты:
- 37. Стимулирует ЦТК гормон инсулин,
- 38. Биологическое значение ЦТК 1. образование водородных эквивалентов,
- 39. IV этап. Окислительное фосфорилирование В 1966г. английский
- 40. цепь реакций, осуществляющихся в процессе дыхания, представляет
- 41. Окислительное фосфорилирование Q ½О2
- 42. ФМН 5FеS ФАД FeS В562 В566
- 43. ФМН FeS НАДН2
- 44. Н+ Н+ Н+ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
- 45. Н+
- 46. Модель F1 и F0 компонентов АТФ-синтазы –
- 47. Н+
- 48. Разобщители дыхания и фосфорилирования
- 49. 2,4-Динитрофенол 2,4-динитрофенол является классическим разобщителем окислительного
- 50. Дыхательный контроль - Зависимость интенсивности дыхания
- 51. Спасибо за внимание!
Обмен энергии
Слайд 1ЛЕКЦИЯ № 4
Биологическое
окисление-1
ГБОУ ВПО УГМУ Минздрава РФ
Кафедра биохимии
Екатеринбург, 2014г
Дисциплина: Биохимия
Лектор:
Слайд 3Катаболизм – реакции, в которых сложные вещества распадаются на более простые.
Сопровождаются выделением энергии.
Анаболизм – реакции, в которых из простых веществ синтезируются сложные вещества. Сопровождаются потреблением энергии.
Анаболизм – реакции, в которых из простых веществ синтезируются сложные вещества. Сопровождаются потреблением энергии.
Энергия
Тепло
АТФ
Слайд 5Синтез АТФ
Синтез АТФ
в митохондриях
β-окисление ЖК
Цикл Кребса
Цепь ОФ
Синтез АТФ
в
цитоплазме
гликолиз
Слайд 6АДФ + Фн
АТФ
Механизмы синтеза АТФ
Энергия электрохимического потенциала
2. Окислительное фосфорилирование
АДФ (А-Ф~Ф) АТФ (А-Ф~Ф~Ф )
Энергия химической связи
1. Субстратное фосфорилирование
Субстрат~Ф Продукт
НАДН2 + ½О2 НАД+ + Н2О
Субстрат-H2
Продукт
НАД+
~
Слайд 7Митохондрии
Ключевую роль в энергетическом обмене клетки играют митохондрии
Наружная мембрана (содержит белок
порин – поры 2-3нм, высокая проницаемость молекул до 5кДа. Также есть переносчики для крупных молекул)
Межмембранное пространство (10-20нм, состав похож на цитоплазму)
Внутренняя мембрана (имеет складки, содержит белки 70% (ферменты ЦОФ, транспортные), фосфолипид кардиолипин с 4 ЖК, непроницаема для протонов)
Матрикс (до 50% белков: ферменты ЦТК, β-окисления ЖК, АТ и др., мтДНК, мтРНК, рибосомы)
Межмембранное пространство (10-20нм, состав похож на цитоплазму)
Внутренняя мембрана (имеет складки, содержит белки 70% (ферменты ЦОФ, транспортные), фосфолипид кардиолипин с 4 ЖК, непроницаема для протонов)
Матрикс (до 50% белков: ферменты ЦТК, β-окисления ЖК, АТ и др., мтДНК, мтРНК, рибосомы)
Слайд 8Митохондрии
Митохондрии млекопитающих обычно содержат от двух до десяти идентичных копий кольцевых
молекул ДНК
NADH-дегидрогеназа (комплекс I)
Кофермент Q
цитохром c редуктаза/Цитохром b (комплекс III)
цитохром c оксидаза (комплекс IV)
АТФ-синтаза (комплекс V)
рРНК
тРНК
У человека в митохондриях 16565 пар нуклеотидов и содержит 37 генов:
13 кодируют биосинтез белков,
22 являются матрицей для тРНК,
2 являются матрицей для рРНК
Слайд 9История развития учения о биологическом окислении
Антуан Лоран Лавуазье (1743 – 1794)
– французский химик – в 1777г. впервые правильно истолковал явление горения как процесс соединения веществ с О2. Т.к. горение и дыхание сопровождаются потреблением О2 и выделение СО2, он предположил что, в их основе лежит один процесс.
Но у дыхания были существенные отличия от горения, идёт:
при низкой температуре;
без пламени;
в присутствии воды.
Но у дыхания были существенные отличия от горения, идёт:
при низкой температуре;
без пламени;
в присутствии воды.
Слайд 10
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.
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.
Слайд 11
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.
Анаэробная фаза: особые вещества хромогены (R) отщепляют Н от субстратов и восстанавливаются (RH2).
Аэробная фаза: Восстановленные хромогены RH2 передают Н на О2.
Слайд 12Отто Генрих Варбург открыл фермент(E) – цитохромоксидазу, работающую на заключительном этапе
БО. Процесс БО представляет не только процессы дегидрирования, но и активирования О2 железосодержащими E.
Кейлин Дейвид (1881-1963) открыл цитохромы. Установил, что они способны передавать H+ и e- с окисляемого S на O2.
Шенбайн показал, что БО – каталитический процесс, в котором используется активный кислород.
В дальнейшем значительный вклад в исследование БО внесли ряд и других учёных.
Вот некоторые из них:
Слайд 13
Генрих Отто Виланд установил, что процесс окисления может реализоваться в анаэробных
условиях с использованием элементов воды.
Слайд 14Современные представления
о биологическом окислении
Согласно современной теории БО:
окисление происходит как
в аэробных, так и в анаэробных условиях;
в аэробных организмах существует несколько путей использования О2;
реакции БО необходимы для:
получения энергии;
синтеза новых веществ;
разрушения чужеродных веществ;
БО является сложным, многостадийным процессом, в котором ведущую роль играют ферменты -оксидоредуктазы.
в аэробных организмах существует несколько путей использования О2;
реакции БО необходимы для:
получения энергии;
синтеза новых веществ;
разрушения чужеродных веществ;
БО является сложным, многостадийным процессом, в котором ведущую роль играют ферменты -оксидоредуктазы.
Слайд 15Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции, в которых меняется степень окисления субстрата
за счет присоединения / отщепления:
1) 1 е-;
2) 2е- и 2Н+;
3) атомов кислорода
1) 1 е-;
2) 2е- и 2Н+;
3) атомов кислорода
Субстрат-H2 + R Продукт + RH2
Субстрат-H2 + ½O2 Продукт + H2O
Цит1(Fe3+) + Цит2(Fe2+) Цит1(Fe2+) + Цит2(Fe3+)
Основные понятия БО
Слайд 16В ОВР вступают 2 вещества и 2 вещества образуются.
Одно вещество окисляется
другое восстанавливается:
Субстрат-H2 + R Продукт + RH2
Окисленная и восстановленная формы одного соединения, образуют сопряженную окислительно-восстановительную или редокс-пару
редокс-пара
редокс-пара
Редокс-пары отличаются сродством к е-,
мерой сродства служит окислительно-восстановительный потенциал, или редокс-потенциал: Ео' (Вольт)
Субстрат БО
Окислитель
Слайд 17
Каждое вещество обладает определенным запасом внутренней энергии (Е).
Часть внутренней энергии,
которая может быть использована для совершения полезной работы, называют свободной (G).
∆G = Ео'(SH2/S) – Ео'(R/RH2)
-0,42В
НАДН2
О2
+0,82В
е-
∆G =-1,12= 0,82- (-0,32)
Слайд 18 Биологическое окисление (БО) - совокупность окислительно-восстановительных реакций в живых клетках.
Особенности
реакций БО:
протекают в аэробных и анаэробных условия;
катализируются оксидоредуктазами;
являются многостадийным процессом;
Существует несколько путей их использования: основной - синтез АТФ (90%), а также синтез новых веществ, разрушения ксенобиотиков и продуктов метаболизма.
протекают в аэробных и анаэробных условия;
катализируются оксидоредуктазами;
являются многостадийным процессом;
Существует несколько путей их использования: основной - синтез АТФ (90%), а также синтез новых веществ, разрушения ксенобиотиков и продуктов метаболизма.
Субстрат БО – вещество, способное отдавать электрон. (вещества, способные вступать в реакции окисления)
Субстрат-H2
Слайд 19Дыхательная цепь – цепь переноса электронов.
В переносе электронов от субстратов
БО к О2 принимают участие:
НАД– и НАДФ– зависимые ДГ;
ФАД– и ФМН– зависимые ДГ;
Цитохромы;
Коэнзим Q;
Белки, содержащие негеминовое железо.
НАД– и НАДФ– зависимые ДГ;
ФАД– и ФМН– зависимые ДГ;
Цитохромы;
Коэнзим Q;
Белки, содержащие негеминовое железо.
Слайд 21В настоящее время выделено 4 основные пути использования О2 в организме:
Оксидазный путь
Функция: 90% О2 используется для синтеза АТФ;
Монооксигеназный путь (Обеспечивает включение 1 атома кислорода в молекулу субстрата)
Функции:
синтез новых веществ (стероидные гормоны),
обезвреживание ксенобиотиков и токсических продуктов обмена в митохондриях и ЭПР;
Пути использования О2 в клетке
Слайд 22Диоксигеназный путь (Обеспечивает включение молекулы кислорода в молекулу субстрата)
Функция:
деградация АК;
синтез новых веществ;
Свободно-радикальный путь
Функции:
внутриклеточное пищеварение;
разрушение бактерий, вирусов, онко- и стареющих клеток;
образование БАВ.
Слайд 23 Этапы унифицирования энергии пищевых веществ
и образования субстратов тканевого дыхания
Омыляемые липиды
Углеводы
Белки
Глицерин
Глюкоза
А
м
и
н
о
к
и
с
л
о
т
ы
Жирные
кислоты
Слайд 26ЦТК является процессом окисления Ацетил–КоА - универсального продукта катаболизма углеводов, белков
и омыляемых липидов;
ЦТК протекает в митохондриях с участием 8 ферментов, которые локализованы в матриксе в свободном состоянии, или на внутренней поверхности внутренней мембраны;
В ЦТК участвуют 5 витаминов В1, В2, РР, пантотеновая кислота и липоевая кислота в виде коферментов тиаминпирофосфата, ФАД, НАД+, КоА и липоата.
ЦТК протекает в митохондриях с участием 8 ферментов, которые локализованы в матриксе в свободном состоянии, или на внутренней поверхности внутренней мембраны;
В ЦТК участвуют 5 витаминов В1, В2, РР, пантотеновая кислота и липоевая кислота в виде коферментов тиаминпирофосфата, ФАД, НАД+, КоА и липоата.
III этап. Цикл Кребса
(цикл трикарбоновых кислот)
Слайд 27Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса).
Цис-аконитат
Изоцитрат
Сукцинил - КоА
Сукцинат
Цитрат
Оксалоацетат
Малат
Фумарат
12 АТФ
МДГ
СДГ
ИДГ
α-кетоглутарат
Слайд 281. Цитратсинтазная реакция
Активаторы: ЩУК, НАД+, АМФ, АДФ;
Ингибиторы: АТФ, НАДН2, Сукцинил-КоА, цитрат.
Синтез
жирных кислот, ТГ, ФЛ
Слайд 292. Аконитазная реакция
3. Изоцитратдегидрогиназная реакция
Самая медленная реакция ЦТК
Синтез Глу
Слайд 304.α-Кетоглутаратдегидрогиназная реакция
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.
Синтез гема
Слайд 315. Сукцинил-КоА-синтетазная реакция
Это - единственная стадия ЦТК, в ходе которой генерируется
высокоэнергетическая фосфатная связь на субстратном уровне;
Это реакция субстратного фосфорилирования.
Это реакция субстратного фосфорилирования.
Субстратное фосфорилирование
Слайд 326. Сукцинатдегидрогиназная реакция
СДГ является флавопротеином, состоящим из 2 субъединиц: Fe2S2 и
Fe4S4, одна из которых связана с ФАД;
Ингибитор: ЩУК и Сукцинил–КоА.
Ингибитор: ЩУК и Сукцинил–КоА.
Слайд 337. Фумаразная реакция
Фумараза специфична к L-изомеру малата;
Она катализирует присоединение компонентов
молекулы воды по двойной связи фумарата в транс-конфигурации;
Слайд 35Энергетический баланс одного оборота ЦТК
В 4 ОВР ЦТК образуются 3 НАДН2
и
1 ФАДН2, которые направляются далее в
дыхательную цепь окислительного
фосфорилирования.
В процессе окислительного фосфорилирования из 1 НАДН2 образуется 3 АТФ, из 1 ФАДН2 – 2 АТФ.
Из ГТФ, образующейся в ЦТК, синтезируется 1 АТФ:
ГТФ + АДФ ГДФ + АТФ
Таким образом, за 1 цикл ЦТК из 3 НАДН2, 1 ФАДН2 и 1 ГТФ получается 12 АТФ.
1 ФАДН2, которые направляются далее в
дыхательную цепь окислительного
фосфорилирования.
В процессе окислительного фосфорилирования из 1 НАДН2 образуется 3 АТФ, из 1 ФАДН2 – 2 АТФ.
Из ГТФ, образующейся в ЦТК, синтезируется 1 АТФ:
ГТФ + АДФ ГДФ + АТФ
Таким образом, за 1 цикл ЦТК из 3 НАДН2, 1 ФАДН2 и 1 ГТФ получается 12 АТФ.
Слайд 36Регуляция ЦТК
Регуляторные (ключевые, лимитирующие) ферменты:
Цитратсинтаза
изоцитрат ДГ
α-КГ ДГ
СДГ
Ингибирует – НАДН2 и АТФ, которые являются продуктами ЦТК и дыхательной цепи
Активируют – НАД+ и АДФ
Первая - пусковая реакция ЦТК зависит от концентрации ЩУК, Ацетил-КоА
Слайд 37Стимулирует ЦТК гормон инсулин,
а ингибирует – глюкагон
O2 активирует ЦТК, переводя восстановленные формы НAДH2, ФAДH2 в окисленные
Аммиак связывает α–КГ и цикл блокируется
O2 активирует ЦТК, переводя восстановленные формы НAДH2, ФAДH2 в окисленные
Аммиак связывает α–КГ и цикл блокируется
Слайд 38Биологическое значение ЦТК
1. образование водородных эквивалентов, которые в цепи ОФ обеспечивают
синтез АТФ;
2. выполняет ведущую роль в:
глюконеогенезе;
переаминировании и дезаминировании АК;
синтезе жирный кислот и липогенезе;
синтезе гема.
2. выполняет ведущую роль в:
глюконеогенезе;
переаминировании и дезаминировании АК;
синтезе жирный кислот и липогенезе;
синтезе гема.
3. интегрирует все виды обмена веществ
Слайд 39IV этап. Окислительное фосфорилирование
В 1966г. английский ученый Питер Денис Митчелл сформулировал
хемиосмотическую гипотезу объясняющую принцип окислительного фосфорилирования.
В 1979г. - Нобелевская премия
В 1979г. - Нобелевская премия
История окислительного фосфорилирования
Слайд 40цепь реакций, осуществляющихся в процессе дыхания, представляет собой последовательность сменяющих друг
друга протонов и электронов.
Белковые носители таким образом организованы во внутренней митохондриальной мембране, что переносят протоны через мембрану.
Поскольку митохондриальная мембрана не допускает пассивного тока протонов, в процессе дыхания генерируется электрохимическая разность потенциалов – мембранный потенциал.
Под ее действием протоны с внешней поверхности стремятся назад во внутриклеточное пространство. Именно этот поток протонов, который можно сравнить с электрическим током в батарее, и выполняет всю работу.
Белковые носители таким образом организованы во внутренней митохондриальной мембране, что переносят протоны через мембрану.
Поскольку митохондриальная мембрана не допускает пассивного тока протонов, в процессе дыхания генерируется электрохимическая разность потенциалов – мембранный потенциал.
Под ее действием протоны с внешней поверхности стремятся назад во внутриклеточное пространство. Именно этот поток протонов, который можно сравнить с электрическим током в батарее, и выполняет всю работу.
Положения хемиосмотической теории
Слайд 41Окислительное фосфорилирование
Q
½О2 ½О2*
Н2О
НАДН2 НАД+
nН+
е-
QН2
nН2О
nОН-
nН+
АТФ синтаза
nН+
МЕЖМЕМБРАННОЕ ПРОСТРАНСТВО
Фн + АДФ
АТФ
C
Комплекс I
Комплекс III
Комплекс IV
е-
-0,32В
-0,30В
+0,04В
+0,25В
+0,55В
+0,82В
ФМН
5 FeS
B562 B566
C1
FeS
B562 B566
C1
FeS
a
a3
Cu2+
a
a3
Cu2+
МАТРИКС
е-
е-
+0,23В
Протекает на внутренней мембране митохондрий
Окисления
Электро
Химический
потенциал
Фосфорилирования
Комплекс II
Слайд 42
ФМН
5FеS
ФАД
FeS
В562
В566
С1
FeS
В562
В566
С1
FeS
а
а3
Сu2+
а
а3
Сu2+
АТФ
синтетаза
Q
C
НАД+
НАДН2
Изоцитрат
α-КГ
малат
α-КГ
сукцинилКоА
ЩУК
сукцинат
фумарат
½О2
½О2*
Н2О
АТФ
Фн + АДФ
КомплексΙΙ
КомплексΙ
комплексΙΙΙ
комплексΙV
Межмембранное пространтво
матрикс
окисление
ē
Н+
Слайд 43
ФМН
FeS
НАДН2 НАД+
S SH2
Глюкоза Углеводы
2Н+, 2е-
е-
2Н+
FeS
2Н+, 2е-
е-
2Н+
Н2О ОН-
О2 2О2-
Н+
Н+
Фн + АДФ АТФ
Н2О
Слайд 44
Н+
Н+
Н+
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
Межмембранное пространство
Химический потенциал 60мВ
матрикс
+
+
+
+
Электрический потенциал 160мВ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ 220мВ
Слайд 46Модель 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
с, гамма и ипсилон субъединицы образуют ротор
Слайд 47
Н+
Н+
Н+
ē
Сопряжение и разобщение
Окислительного фосфорилирования
АДФ+ФН
АТФ
сопряжение
Н+
разобщение
ПРОТОНОФОР
Слайд 492,4-Динитрофенол
2,4-динитрофенол является классическим разобщителем окислительного фосфорилирования. При действии на митохондрии стимулирует
их дыхание, но ингибирует сопряженное с ним фосфорилирование, т.е. синтез АТФ из АДФ и фосфата.
Слайд 50Дыхательный контроль
- Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ.
В
результате дыхательного контроля скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии.
Общее содержание АТФ в организме 30—50 г Молекула АТФ «живёт» меньше минуты.
В сутки у человека синтезируется 40—60 кг АТФ и столько же распадается.
Общее содержание АТФ в организме 30—50 г Молекула АТФ «живёт» меньше минуты.
В сутки у человека синтезируется 40—60 кг АТФ и столько же распадается.
