Энергетический обмен. (Лекция 4) презентация

фосфорилирование . Сопряжение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования ( Хемиосмотическая гипотеза Митчелла).Коэффициент соряжения.
Дыхательный контроль.
Разобщение. Разобщители.
Ингибиторы тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.

путями: катаболизм — система реакций, ведущих к распаду веществ до конечных продуктов. Сопровождается высвобождением энергии и синтезом АТФ. анаболизм - система реакций, ведущих к синтезу веществ с использованием энергии (как правило, в виде АТФ). амфиболические процессы, чаще циклические, в которых сочетаются анаболические и катаболические процессы ( пример –цикл Кребса). Катаболизм и анаболизм сопряжены энергией в виде молекулы АТФ:

Понятие о метаболизме. Стадии

(восстановительных потенциалов- например НАДФН+); 2.Превращение молекул пищевых веществ ( или тканевых биомолекул) в строительные блоки (промежуточные метаболиты); 3.Синтез из этих блоков биомолекул, необходимых для выполнения специфических функций.

Задачи метаболизма:

способных всасываться; 2.Всасывание веществ; 3. Транспорт всосавшихся веществ к органам по системе кровообращения. 4.Собственно метаболизм (промежуточный метаболизм)- совокупность превращений в слизистой после всасывания, и в клетках всех других тканей после транспорта Основные понятия: метаболический путь, частный метаболический путь, общий метаболический путь, циклический метаболический путь

Стадии метаболизма

для клетки;
2. Механизмы высвобождения энергии из органических соединений - биологическое окисление. Виды биологического окисления
3. Механизмы трансформации и использования энергии в клетке т.е синтез АТФ и ее использование.

работ. Для этого нужна энергия!!!
Превращение энергии в клетке подчиняется законом термодинамики, но с учетом особенностей:
клетка - открытая система и нуждается в постоянном притоке энергии из вне;
Все виды работ – механическая, химическая, осмотическая, электрическая - выполняются за счет энергии, высвобождающейся при гидролизе макроэргической связи АТФ.
АТФ не накапливается в организме. Одна молекула распадается в течении менее минуты.
АТФ непрерывно образуется в клетке за счет подзарядки АДФ - реакции фосфорилирования АДФ. (для подзарядки нужна энергия !!!!!). За сутки синтезируется 50-60 кг АТФ.
Следовательно задачи систем организма:
Высвободить энергию из химических связей потенциальных источников;
Использовать эту энергию на синтез АТФ, т.е. трансформировать энергию химических связей потенциальных источников в макроэргическую связь АТФ.

три механизма синтеза АТФ :
1.фосфорилирование АДФ за счет энергии окисления органических веществ
АДФ+Рн+ энергия,высвобожденая и при окислении органического вещества = АТФ :
А. Окислительное фосфорилирование, сопряженное с тканевым дыханием ( аэробное);!!!!!!
Б. Субстратное фосфорилирование (анаэробное)


2. АДФ +АДФ АТФ+АМФ

аденилаткиназа

образом, биомолекулы - углеводы, липиды, белки. Поступают в составе пищевых продуктов, в процессе переваривания распадаются до мономеров, которые всасываются в кровоток, далее транспортируются к тканям и поступают в клетки. В клетках подвергаются промежуточному метаболизму (метаболизму). Подобным потенциальным источником могут быть тканевые биомолекулы, которые также подвергаются метаболизму.

Потенциальные источники энергии, необходимой для синтеза АТФ в клетках

связей потенциальных источников энергии осуществляется в процессе - биологическое окисление!!!! Непосредственными субстратами процесса являются промежуточные гидрированные метаболиты потенциальных источников энергии (углеводов, липидов, аминокислот).
Эти промежуточные гидрированные метаболиты образуются в клетках в результате различных реакций из углеводов, липидов, аминокислот).

реакций дегидрирования окисляемого вещества ( гидрированный метаболит потенциального источника энергии) с последующим переносом водорода (электронов и протонов) на конечный акцептор.
Процесс может протекать аэробно и анаэробно. Отличие в конечном акцепторе!!!
Если конечный акцептор протонов и электронов кислород – аэробное.
Если, другой акцептор (окислитель) – анаэробное.
3. Аэробное биологическое окисление называют- тканевое дыхание !!!!!
92% вдыхаемого кислорода потребляется в тканевом дыхании. При этом высвобождается энергия из химических связей потенциальных источников и образуется эндогенная вода.

кислород!!!!!

SH2

½ O2

½ О2 - -

2е

2е

2е

2Н+

Н2О

SH2 Х ХН2

2 Н+ е

2. Анаэробное биологическое окисление- конечный акцептор – вещ-во, способное восстановиться

В результате этих процессов высвобождается энергия химических связей потенциальных источников энергии.

субстрата т.е. отщепление водорода (протоны и электроны) от окисляемого субстрата. Это- дегидрирование субстрата. Ферменты -дегидрогеназы
Б. многоэтапный процесс переноса электронов на кислород.
Ферменты – (класс оксидоредуктазы) - дегидрогеназы, убихинон (не фермент), цитохромы.
Перенос сопровождается уменьшением свободной энергии электронов!!!( электроны теряют –высвобождают- свою энергию)
Эта энергия электронов используется на выкачивание протонов из матрикса митохондрий в межмембранное пространство т.к.:
Внутренняя мембрана непроницаема для водорода (Н+ и е)!!

мембраны митохондрии [ H+]; - создание электрохимического потенциала на мембране – μ (т.е. высвободило энергию из химических связей окисляемого вещества). Тканевое дыхание зарядило мембрану!!!!

Значение тканевого дыхания

+ + + + + + +

ФМНН2



ФМН

Q

ВС1

а+а3
2е

НАД НАДН
SH2 S

Н+е

nН+

2е

(I)

2е

С

2е

½ О2 ½ О2--

2е

nH+

nH+

nH+

__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

АДФ+Ф+ µ АТФ

Источник энергии для синтеза АТФ электрохимический потенциал, возникший в результате градиента концентрации Н+, которое создало тканевое дыхание (тканевое дыхание зарядило мембрану

nH+

(III)

(IV)

(V)

Н+

2Н++

Н2О

Коферменты этих ферментов - промежуточные переносчики электронов от субстрата на кислород
Различают первичные дегидрогеназы и ферменты дыхательной цепи (ЦПЭ),которые локализованы во внутренней мембране митохондрии.

дегидрирование первичных субстратов (SH2- промежуточный метаболит ). Их активный центр обращен в матрикс митохондрии.
Два типа:
А. НАД-зависимые дегидрогеназы. Кофермент НАД-никотинамиддинуклеотид. Рабочая часть -никотинамид ( производное РР)
Б. ФАД- зависимые дегидрогеназы. Кофермент ФАД-флавинадениннуклеотид Рабочая часть - производное витамина В2: (рибофлавин)

ферменты сформированы в 3 комплекса. Энергия электронов, освободившаяся при переносе их через эти комплексы обеспечивает перекачивание протонов из матрикса в межмембранное пространство. I. Первый ферментативный комплекс (I) – НАДН-дегидрогеназа Кофермент дегидрогеназы ФМН. Окисляют коферменты первичных дегидрогеназ. ФМН принимает Н+ и 2е от НАДН первичной дегидрогеназы и восстанавливается в ФМНН2 Далее Н+ переносится в межмембранное пространство, а 2е передаются на убихинон. Убихинон (Q)-витаминоподобный липид, способный восстанавливаться. Он принимает электроны от ФМНН2 . Далее отдает электроны на III ферментативный комплекс.

Ферменты тканевого дыхания

В, С1. Кофермент - гем (Fe++ Fe +++ ). Окисляют восстановленный убихинон, принимая на себя электроны, а протоны за счет энергии электронов переносятся в межмембранное пространство. Далее через цитохром с электроны переносятся на IV ферментативный комплекс.

Ферменты тканевого дыхания

кислороду. Представлен двумя цитохромами а + аз. Кофермент - гем. Имеет центры связывания с кислородом. Принимает электроны с цитохрома с и отдает на кислород, заряжая его. (Кислород, связывается с Н+ из матрикса и образуется эндогенная вода.)

Ферменты тканевого дыхания

выделяют три участка, в которых перенос электронов сопровождается относительно большим высвобождением энергии, а следовательно, созданием большим по величине электрохимического потенциала. Эти участки соответствуют расположению в дыхательной цепи ферментативным комплексам (3 участка) энергии Эти этапы способны обеспечивать энергией синтез по одной молекуле АТФ.

происходит в процессе окислительного фосфорилирования, процесса сопряженного с тканевым дыханием.
В основе механизма сопряжения - хемиосмотическая гипотеза Митчелла ( Нобелевская премия 1978).

протонов и потенциала протоны стремятся вернуться обратно в матрикс.
Но мембрана непроницаема для них и протоны возвращаются в матрикс через протонный канал.
Протонный канал (Fo)–это участок мембранного фермента АТФ-синтазы -V-ферментативный комплекс
При движении протонов через протонный канал активируется каталитический участок АТФ-синтазы (F1) путем модификации субъединиц фермента. Активная АТФ-синтаза катализирует реакцию:
АДФ+ Р+ μ= АТФ; Энергия для синтеза АТФ – 40% μ.
60 % μ - высвобождается в виде тепла. КПД – 0,4.
Мембрана разряжена!!!! Протоны связываются с атмосферным кислородом в клетке, образуя эндогенную воду.
Существует строгая зависимость потребления О и Рн.

Сопряжение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования

.
Р – количество фосфата, которое затрачивается на синтез 1М АТФ, при использовании 1 атома атмосферного кислорода.
Коэффициент количественно равен кол-ву АТФ при окислении 1М субстрата.
Каждый из 3-х комплексов ЦПЭ (участков сопряжения) обеспечивает необходимый потенциал для синтеза по 1 Молю АТФ.
Следовательно может быть равен:
Р/О=3 - (Субстрат -SH2 дегидрируется первичной НАД-зависимой ДГ)
Р/О=2 - (Субстрат-SH2 дегидрируется первичной ФАД-зависимой ДГ)
Р/О=О – (Тканевое дыхание заблокировано – цитохромоксидаза)

/ АДФ.
Образованная АТФ покидает митохондрию в обмен на АДФ из цитозоля клетки. Фермент транслоказа. АДФ стимулирует тканевое дыхание.
Регуляция интенсивности тканевого дыхания соотношением АТФ/АДФ - дыхательный контроль. В результате очень точного механизма регуляции скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии.
Увеличение количества АДФ в матриксе увеличивает скорость окисления и, соответственно, синтез АТФ и наоборот.

3. Разобщители тканевого дыхания и окислительного фосфйорилирования.

Вещества, влияющие на интенсивность тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования

дыхательной цепи, обратимо ингибируя ферменты ЦПЭ. Снижается Р/О.
Примеры: лекарственные препараты – барбитураты (успокаивающие средства- снотворные);
антибиотики- антимицин А и другие;
угарный газ;
Необратимо – цианиды блокируют цитохром- оксидазу (процессы прекращаются Р/О равен 0).

АТФ.

Примеры: антибиотики ( Олигомицин).

Это липофильные соединения , анионы, способные связывать протоны в межмембранном пространстве и переносить их через мембрану, минуя протонный канал
(протонофоры) .
Способствуют расходованию потенциала в обход АТФ-синтазы.
Энергия потенциала в большей степени переходит в тепловую энергию. Отключают окислительное фосфорилирование от тканевого дыхания.
Необходимость возникает- когда потребность в тепле возрастает.
У новорожденных имеется ткань – «бурый жир». Природные разобщители – белки мембраны термогенины, тироксин ( в высоких концентрациях) , ВЖК
Лекарственные- антибиотики (валиномицин, грамидицин С)