Біологічне окиснення

УРАЛЬСЬКА ДЕРЖАВНА МЕДИЧНА АКАДЕМИЯ.

Кафедра біоорганічної і біологічної химии.

КУРСОВА РОБОТА НА ТЕМУ:

Біологічна окисление.

Виконавці: студентки педіатричного факультету 223 группы.

Заруба М.С., Чащина Е.Е.

Керівник: доцент, к.м.н. Трубачев С.Д.

Рецензент:

Єкатеринбург 2002.

I.

Введение

…3.

II. Загальні ставлення до біологічному окислении.

Окислювально-відновні системи та потенциалы…3.

III. Шляхи використання кисню в клетке…5.

. Оксидазный шлях використання кисню. Митохондрии.

Ферменти, їх локалізація і значення у процесах окисления…5.

IV. Етапи утилізації енергії поживних веществ…6.

V. Окислительное фосфорилирование…9.

. Хемиосмотическая теорія Митчелла…9.

. Редокс — ланцюг окисного фосфорилирования…10.

VI. Цикл Кребса…21.

. Відкриття ЦТК…22.

. Реакції, ферменти. Регуляция…23.

VII. Макроэргические з'єднання та связи…29.

VIII. Вітамін РР. Участь у процесах окисления…30.

IX. Микросомальное окисление…31.

. Монооксигеназные реакции…31.

. Диоксигеназные реакции…32.

. Цитохромы…32.

X. Пероксидазный шлях використання кислорода…33.

XI. Ферментативна антиоксидантна защита…34.

. Супероксиддисмутаза, каталази, пероксидазы…34.

XII. Неферментативная антиоксидантна защита…35.

. Вітаміни З, Є. і Р…35.

XIII.

Заключение

…38.

XIV.

Список литературы

…39.

У хімії окислювання окреслюється видалення електронів, а відновлення — як приєднання електронів; це можна зробити проілюструвати з прикладу окислення ферро-иона в ферри-ион:

Fe2±e > Fe3+.

Звідси випливає, що окислювання завжди супроводжується відновленням акцептора електронів. Цей принцип окисно-відновних процесів однаково вживають щодо біохімічним системам і характеризує природу процесів біологічного окисления.

Хоча деякі бактерії (анаероби) живуть у відсутність кисню, життя вищих тварин залежить від постачання киснем. Кисень, переважно, використовують у процесі дихання — останнє можна з’ясувати, як процес уловлювання клітинної енергії як АТФ при протікання контрольованого приєднання кисню з воднем з освітою води. З іншого боку, молекулярний кисень входить у різні субстрати з участю ферментів, званих оксигеназами. Багато ліків, сторонні для організму речовини, канцерогени (ксенобіотики) атакуются ферментами цього, що у сукупності дістали назву цитохрома Р450.

Гіпоксичні порушення метаболізму клітини займають чільне місце в патогенезі критичних станів. Головну роль формуванні необоротності патологічних процесів приписують крайнім проявам розлади клітинного метаболізму. Адекватне забезпечення клітини киснем є основним умовою збереження його жизнеспособности. 12,1992].

Запровадженням кисню можна врятувати життя хворих, які мають порушено подих чи кровообіг. Нерідко успішно застосовується терапія киснем під високим тиском; слід проте відзначити, що інтенсивна чи тривала терапія киснем під високим тиском може викликати кисневе отравление. 2,1994].

Під час написання даної роботи маємо стояла мета: вивчити біологічне окислювання та її значення в життєдіяльності клітини, і організму в целом.

І тому ми рассмотрели:

. використання кисню клеткой;

. джерела клітини — цикл лимонної кислоти (цикл Кребса), окислительное фосфорилирование;

. микросомальное окисление;

. антиоксидантну защиту.

Загальні ставлення до біологічному окислении.

Окислювально-відновні системи та потенциалы.

Джерело енергії, використовуваний до виконання всіх видів робіт (хімічної, механічної, електричної і осмотической) — це енергія хімічного зв’язку. Вивільнення енергії вуглеводів, жирів, білків та інших органічних з'єднань відбувається за її окислительно-восстановительном розпаді. Вивільнена енергія витрачається на синтез АТФ.

Зміна вільної енергії, характеризує реакції окислення і відновлення, пропорційно здібності реактантов віддавати чи приймати електрони. Отже, зміна вільної енергії окислительно-восстановительного процесу можна характеризувати як величиною (G0 ", а й величиною окислительно-восстановительного потенціалу системи (Єо). Зазвичай окислительно-восстановительный потенціал системи порівнюють із потенціалом водневого електрода, приймаючи останній за нуль, 0 В при рН=0. Проте задля біологічних систем зручніше використовувати окислительно-восстановительный потенціал при рН=7,0 (Єо "); в такому рН потенціал водневого електрода дорівнює -0,42 В. 10,1993].

Користуючись таблицею 1, можна передбачити, у напрямі піде потік електронів при поєднанні однієї окислительно-восстановительной системы.

Таблиця 1. Стандартні потенціали деяких окислительновідбудовних систем. 10,1993] |Система |Єо (/ Вольт | |Кислород/вода |+0,82 | |Цитохром a: Fe3+/Fe2+ |+0,29 | |Цитохром з: Fe3+/Fe2+ |+0,22 | |Убихинон: окисл./восстан. |+0,10 | |Цитохром b: Fe3+/Fe2+ |+0,03 | |Фумарат/сукцинат |+0,03 | |Флавопротеин: окисл./восстан. |-0,12 | |Оксалоацетат/малат |-0,17 | |Пируват/лактат |-0,19 | |Ацетоацетат/гидрооксибутират |-0,27 | |Липоат: окисл./восстан. |-0,29 | |НАД+/НАДН |-0,32 | |H+/H2 |-0,42 | |Сукцинат/альфакетоглутарат |-0,67 |.

Шляхи використання кисню в клетке.

Існує три шляху використання кисню у клітині, які характеризуються такими реакціями: 1) оксидазный шлях (90% надходження кисню відновлюється до Н2О з участю ферменту цитохромоксидазы).

02+4е+4Н+ > 2Н2О.

2) оксигеназный шлях (включення до субстрат одного атома кисню — монооксигеназный шлях, двох атомів киснюдиоксигеназный путь).

— монооксигеназный путь.

— диоксигеназный путь.

3) свободно-радикальный шлях (йде й без участі ферментів і АТФ не образуется).

Оксидазный шлях використання кисню. Мітохондрії. Ферменти, їх локалізація і значення у процесі окисления.

Мітохондрії справедливо називають «енергетичними станціями «клітини, оскільки саме цих органеллах переважно відбувається уловлювання енергії, яка поставляється окислительными процесами. Митохондриальную систему поєднання окисних процесів з генерацією высокоэнергетического интермедиатора АТФ називають окислительным фосфорилированием.

Мітохондрії мають зовнішню мембрану, проницаемую більшість метаболітів, і вибірково проницаемую внутрішню мембрану з безліччю складок (кріст), які у бік матриксу (внутрішнього простору мітохондрій). Зовнішня мембрана то, можливо видалена шляхом обробки дигитонином; вона характеризується наявністю моноаміноксидази та деякі інших ферментів (наприклад, ацил-КоА-синтетазы, гліцерофосфатацилтрансферазы, моноацилглицерофосфат-ацилтрансферазы, фосфолипазы А2). У межмембранном просторі перебувають аденилаткиназа і креатинкиназа. У внутрішньої мембрані локалізований фосфолипид кардиолипин.

У матриксе перебувають розчинні ферменти циклу лимонної кислоти і ферменти (-окислення жирних кислот, у зв’язку з цим виникла потреба у механізмах транспорту метаболітів і нуклеотидів через внутрішню мембрану. Сукцинатдегидрогеназа локалізована внутрішній поверхні внутрішньої мітохондріальній мембрани, де передає відбудовні еквівалентами дихальної ланцюга лише на рівні убихинона (минаючи перший окислительновосстановительную петлю). 3-гидроксибутиратдегид рогеназа локалізована на матриксной боці внутрішньої мітохондріальній мембрани. Глицерол-3-фосфатдегидрогеназа перебуває в зовнішньої поверхні внутрішньої мембрани, де бере участь у функціонуванні глицерофосфатного човникового механизма. 10,1993].

Етапи утилізації енергії поживних веществ.

Утилізація енергії поживних речовин — складного процесу, який відбувається у три стадії, відповідно до наступній схеме:

Схема 1. Стадії катаболізму поживних веществ. 1,1994].

На стадії 1 великі молекули полімерів розпадаються на мономерные субъединицы: білки на амінокислоти, полісахариди на цукру, а жири на жирні кислоти і холестеоролы. Цей попередній процес, званий травленням, здійснюється переважно поза клітин під дією ферментів, секретируемых в порожнину травлення. На стадії 2 які утворилися невеликі молекули вступають у клітини, і піддаються подальшому розщеплення в цитоплазмі. Більшість вуглецевих і водневих атомів цукрів перетворюється на пируват, який, пробравшись у мітохондрії, утворює там ацетильную групу хімічно активного сполуки ацетилкофермента, А (ацетил-СоА). Багато ацетил-СоА утворюється також за окислюванні жирних кислот. На стадії 3 відбувається повне розщеплення ацетильной групи ацетил-СоА до СО2 і Н2О. На цієї заключній стадії утворюється більшість АТФ. У серії пов’язаних хімічних реакцій понад половину тієї енергії, яку, відповідно до теоретичним розрахунках, можна з вуглеводів і жирів при окислюванні їх до Н2О і СО2, використовується реалізації енергетично невигідною реакції Фн + АДФ (АТФ. Оскільки решта енергії, высвобождающейся при окислюванні, виділяється клітиною як тепла, результатом освіти АТФ є загальне зростання невпорядкованості Всесвіту, що цілком відповідає другому закону термодинамики.

Завдяки освіті АТФ енергія, спочатку піднята шляхом окислення з вуглеводів і жирів, перетворюється на зручніший концентровану форму хімічної енергії. У розчині, розташованому у внутриклеточном просторі типовою клітини, є приблизно млрд. молекул АТФ, гідроліз до АДФ і фосфату забезпечує необхідної енергією безліч енергетично невигідних реакций.

Найважливішим етапом стадії 2 катаболізму є гліколіз — послідовність реакцій, що призводять до розщеплення глюкози. При гликолизе молекула глюкози, яка містить 6 атомів вуглецю, перетворюється на 2 молекули пирувата, містять по 3 атома вуглецю кожна. Для такого перетворення потрібно 9 послідовних ферментативних реакцій, у яких відбувається освіту низки проміжних фосфатсодержащих сполук. (див. малюнок 1.) Логічно міркуючи, послідовність реакцій гликолиза можна розділити втричі етапу: 1) в реакціях 1−4 (см. рисунок 1) глюкоза перетворюється на трехуглеродный альдегид глицеральдегид-3-фосфат (при цьому перетворення потрібні дві фосфатні групи, а необхідна енергія виділяється при гідролізі АТФ); 2) в реакціях 5−6 альдегидная група кожної молекули глицеральдегид-3- фосфату окислюється до карбоксильной, і выделяющаяся у своїй енергія витрачається синтез АТФ з АДФ і Фн; 3) в реакціях 7−9 ті дві молекули фосфату, які приєдналися до цукру на першої стадії, переносяться назад на АДФ, у результаті утворюється АТФ і компенсуються витрати АТФ на етапі 1.

Малюнок 1. Проміжні продукти гликолиза. 1,1994].

Сумарний вихід енергії при гликолизе зводиться до синтезу двох молекул АТФ (однією молекулу глюкози), що утворилися в реакціях 5 і шість. Отже, дані реакції мають вирішальне значення для гликолиза. Ці реакцію — єдині в всім процесі, у яких із Фн формується високоенергетична фосфатная зв’язок. Сумарним результатом цих двох реакцій є окислювання цукрового альдегіду в фосфоглицероловую кислоту, перенесення Фн на АДФ із заснуванням высокоэнергетической зв’язку АТФ і відновлення НАД+ до НАДН.

Більшість клітин тварин гліколіз передує стадії 3 катаболізму, т.к. що настає при гликолизе молочна кислота швидко вступає у мітохондрії, де окислюється до СО2 і Н2О. Проте у анаеробних організмів і тканин, здатних працювати у анаеробних умовах, гліколіз може бути є основним джерелом клітинного АТФ. У таких випадках молекули пирувата залишаються у цитозоле і перетворюються на лактат, який потім виводиться з клітки. Дельнейшее перетворення пирувата у тих энергодающих реакціях, званих заворушеннями, потрібно здобуття права повністю використовувати відбудовний потенціал, отриманий реакції 5 гликолиза, і такою шляхом регенерувати НАД+, необхідний подальшого здійснення гликолиза. 1,1994].

Окислительное фосфорилирование.

Окислительное фосфорилування дозволяє аэробным організмам вловлювати значну частину потенційної вільної енергії окислення субстратів. Можливе пояснення механізму окисного фосфорилювання пропонує хемиосмотическая теорія. Ряд лікарських речовин (наприклад, амобарбитал) і отрут (ціанід, окис вуглецю) придушують окислительное фосфорилування, звичайно з фатальними наслідками. Окислительное фосфорилування є настільки життєво важливих процесом, що порушення його нормального ходу несумісне із життям. Цим можна пояснити, чому виявлено лише незначну кількість генетичних порушень, які зачіпають цю систему.

Хоча цикл лимонної кислоти становить значну частину аэробного метаболізму, ні на одній із реакцій цього циклу, що призводять до освіті НАДН і ФАДH2, молекулярний кисень так само прямої участі; це відбувається в завершальній серії катаболических реакцій, що протікають внутрішній мембрані. Майже вся енергія, отримувана на ранніх етапах окислення від спалювання вуглеводів, жирів та інших поживних речовин, спочатку запасається у вигляді высокоэнергетических електронів, які НАДН і ФАДН. Потім ці електрони взаємодіють із молекулярным киснем в дихальної ланцюга. Taк як дуже багато вивільненої енергії використовується ферментами внутрішньої мембрани для синтезу АТФ з AДФ і Фн, ці останні реакції називають окислительным фосфорилированием.

Синтез АТФ в реакціях окисного фосфорилювання, які протікають в дихальної ланцюга, залежить від хемиосмотического процесу. Механізм цього процесу, вперше запропонований в 1961 року, дозволив дозволити проблему, давно що стала перед біологією клетки.

Раніше думали, що енергію для синтезу АТФ в дихальної ланцюга забезпечує той самий механізм, як і за субстратном фосфорилировании: передбачалося, що енергія окислення використовується для освіти высокоэнергетической зв’язок між фосфатной групою — і якимось проміжним з'єднанням І що перетворення AДФ в АТФ здійснюється з допомогою енергії, виділеної при розриві цьому разі. Проте, попри інтенсивні пошуки, гаданий интермедиат ні обнаружен.

Відповідно до хемиосмотической гіпотезі, замість багатих енергією проміжних продуктів є прямий зв’язок між процесами хімічними («хеми…») і транспортними (осмотическими, від грецького osmos — поштовх, тиск) — хемиосмотическое сопряжение.

Хемиосмотическая гіпотеза, запропонована на початку 1960;х років, включала чотири незалежних постулату, що стосувалися функції митохондрий:

1. Мітохондріальна дихальна ланцюг, які перебувають у внутрішній мембрані, здатна переміщати протони; під час проходження електронів по дихальної ланцюга відбувається «відкачування» М+ з матрикса.

2. Митохондриальный АТФ-синтетазный комплекс теж переміщає протони через внутрішню мембрану. Оскільки це процес звернімо, фермент може лише задіяти енергію гідролізу АТФ для перенесення М + через мембрану, але за досить великому протонному градиенте протони починають «текти» через АТФ-синтетазу у напрямі, що супроводжується синтезом АТФ.

3. Внутрішня мембрана мітохондрій непроникна для М +, ВІНі взагалі всіх аніонів і катионов.

4. Внутрішня мітохондріальна мембрана містить низку білківпереносників, здійснюють транспорт необхідних метаболітів і неорганічних ионов.

Під час проходження высокоэнергетических електронів, що доставляються НАДН і ФАДH2, по дихальної ланцюга внутрішньої мітохондріальній мембрани від одного переносника ось до чого вивільняється енергія, яка використовується для перекачування протонів (М+) через внутрішню мембрану з матриксу в межмембранное простір. (см. рисунок 2).

Малюнок 2. Перенесення протонів з участю АТФ-синтазной системи (модель Митчелла). 10,1993].

У результаті внутрішньої мембрані створюється електрохімічний протонний градієнт; енергію о6ратного струму протонів «вниз» у цій градієнту використовується пов’язані з мембраною фермент АТФ-синтетаза, катализирующий освіту ATФ з АДФ і Фн, тобто. завершальний етап окисного фосфорилирования.

Редокс-цепь окисного фосфорилирования.

Електрони переносяться з НАДН на кисень з допомогою трьох великих ферментних комплексів дихальної ланцюга. Хоча механізми вилучення енергії в дихальної кайдани й посадили за іншими катаболических реакціях різні, у тому основі лежать загальні принципи. Реакція Н2 + ½ О2 (Н2О розбита набагато невеликих «кроків», отже вивільнена енергія може переходити в пов’язані форми, а чи не розсіюється як тепла. Як і разі створення АТФ і НАДH при гликолизе чи циклі лимонної кислоти, це пов’язано з використанням непрямого шляху. Але унікальність дихальної ланцюга у тому, що перед тим всього атоми водню розщеплюються на електрони і протони. Електрони передаються через серію переносників, вбудованих у внутрішнє митохондриальную мембрану. Коли електрони досягають кінця цього электронтранспортной ланцюга, протони виявляються там-таки для нейтралізації негативного заряду, виникає під час переходу електронів на молекулу кислорода.

Простежимо процес окислення, починаючи з освіти НАДH — головного акцептора реактивних електронів, добуваних при окислюванні молекул поживних речовин. Кожен атом водню складається з одного електрона і самого протона. Кожна молекула НАДH несе гидрид-ион (водневий атом + додатковий електрон, М:-), а чи не просто атом водню. Але через присутності навколишньому водному розчині вільних протонів перенесення гидрид-иона у складі НАДH еквівалентний переносу двох атомів водню чи молекули водню (М: — + М+ (Н2).

Перенесення електронів по дихальної ланцюга починається з відібрання гидрид-иона (М:-) від НАДH; у своїй регенерується НАД+, a гидрид-ион перетворюється в протон і двоє електрона (М: — (М+ + 2е-). Ці електрони переходять на перший із більш як 15 різних переносників електронів в дихальної ланцюга. Саме тоді електрони мають дуже великі енергією, запас якої поступово зменшується принаймні проходження по ланцюга. Частіше всього електрони переходять від однієї атома металу до іншого, причому кожен з цих атомів тісно пов’язаний із білкової молекулою, які впливають його спорідненість до електрону. Важливо, що це білки — переносники електронів — групуються у трьох великих комплексу дихальних ферментів, кожен із яких містить трансмембранные білки, міцно котрі закріплюють комплекс у внутрішній мембрані мітохондрії. Кожен наступний комплекс має великим спорідненістю до электронам, ніж попередня. Електрони послідовно переходять із одного комплексу в інший, поки не перейдуть на кисень, має найбільше спорідненість до электрону.

Енергія, вивільнена у процесі перенесення електронів по дихальної ланцюга, запасається у вигляді електрохімічного протонного градієнта на внутрішньої мембрані митохондрий.

Окислительное фосфорилування можливим завдяки тісній асоціації переносників електронів з білковими молекулами. Бєлки направляють електрони по дихальної ланцюга отже вони послідовно переходять від однієї ферментного комплексу до іншого, не «перескакуючи» через проміжні ланки. Особливо важливим є те, що перенесення електронів пов’язане з аллостерическими змінами певних білків молекул, в pезультате чого енергетично вигідний потік електронів викликає перекачування протонів (М+) через внутрішню мем6рану з матриксу в межмембранное простір і далі межі мітохондрії. Рух протонів призводить до двом важливим слідством: 1) між двома сторонами внутрішньої мембрани створюється градієнт рН — в матриксе рН вище, що ж в цитозоле, де значення рН зазвичай близько до 7,0 (оскільки малі молекули вільно проходять через зовнішню мембрану мітохондрії, рН в межмембранном просторі буде так само, як цитозоле); 2) внутрішній мембрані створюється градієнт напруги (мембранний потенціал), причому внутрішня сторона мембрани заряджається негативно, а зовнішня — позитивно. Градієнт рН ((рН) змушує іони М+ переходити знову на матрикс, а іони ВІНз матриксу, що посилює ефект мембранного потенціалу, під впливом котрого кожен позитивний заряд притягається в матрикс, а будь-який негативний виштовхується потім із нього. Спільне цих двох сил призводить до виникнення електрохімічного протонного градієнта. Электорохимический протонний градієнт створює протонодвижущую силу, вимірювану в милливольтах (мВ).

Енергія електрохімічного протонного градієнта використовується для синтезу АТФ і транспорту метаболітів і неорганічних іонів в матрикс.

Внутрішня мембрана мітохондрій відрізняється незвичайно високим змістом білка — у ній на вагу приблизно 70% білка і 30%фосфолипидов. Чимало з цих білків входять до складу электронтранспортной ланцюга, підтримує протонний градієнт на мембрані. Інше важливе компонент — фермент АТФ-синтетаза, катализирующий синтез АТФ. Це був великий білковий комплекс, з якого протони перетікають знову на матрикс по электрохимическому градієнту. Подібно турбіни, АТФ-синтетаза перетворює одну форму енергії до іншої, синтезуючи АТФ з AДФ і Фн в митохондриальном матриксе під час реакції, сопряжённой із течією протонів в матрикс (див. малюнок 3).

Малюнок 3. Загальний механізм окисного фосфорилирования. 1,1994].

Але синтез АТФ — це єдиний процес, що йде за рахунок енергії електрохімічного градієнта. У матриксе, де є ферменти, що у циклі лимонної кислоти та інших метаболічних реакціях, необхідно підтримувати високі концентрації різних субстратів; зокрема, для АТФ-синтетазы потрібні AДФ і фосфат. Тому через внутрішню мембрану повинні транспортуватися різноманітні які мають заряд субстрати. Це досягається з допомогою різних белков-переносчиков, вмонтованих у мембрану, чимало з яких активно перекачують певні молекули проти їх електрохімічних градієнтів, тобто. здійснюють процес, вимагає витрати енергії. Для більшу частину метаболітів джерелом цієї енергії, служить поєднання з переміщенням якихось інших молекул «вниз» по їх электрохимическому градієнту. Наприклад, у сфері транспорту АДФ бере участь система антипорта АДФ-АТФ: під час переходу кожної молекули AДФ в матрикс потім із нього виходить зі свого электрохимическому градієнту одна молекула АТФ. У той самий час система симпорта сполучає перехід фосфату всередину мітохондрії з спрямованим туди потоком М+: протони входить у матрикс зі свого градієнту і навіть «тягнуть» у себе фосфат. Подобны чином переноситься матрикс і пируват. Енергія електрохімічного протонного градієнта застосовується також для перенесення в матрикс іонів Са2+, які, очевидно, відіграють істотне значення в регуляції активності деяких мітохондріальних ферментов.

Чим більший енергії електрохімічного градієнта витрачається на перенесення молекул і іонів в митохондрию, тим менше залишається для синтезу АТФ. Наприклад, якщо ізольовані мітохондрії розмістити у середу ввечері з високим змістом Са2 +, всі вони повністю припинять синтез АТФ; вся енергія градієнта витрачатиметься на транспорт Ca2+ в матьрикс. У деяких спеціалізованих клітинах електрохімічний протонний градієнт «шунтируется» в такий спосіб, що мітохондрії замість синтезу АТФ утворюють тепло. Вочевидь, клітини здатні регулювати використання енергії електрохімічного протонного градієнта і давати в ті процеси, які найважливіші у цей момент.

Бистре перетворення АДФ в АТФ в мітохондріях дозволяє підтримувати високе ставлення концентрацій ATФ/AДФ у клітинах. З допомогою особливого білка, вмонтованого у внутрішнє мембрану, AДФ транспортується в матрикс натомість на АТФ за принципом антипорта. Через війну молекули AДФ, высвобождаемые при гідролізі АТФ в цитозоле, швидко вступають у митохондрию для «перезарядження», тоді як молекули АТФ, які утворюються в матриксе у процесі окисного фосфорилювання, теж швидко виходять у цитозоль, де їх потрібні. У людини молекули АТФ на добу, що дозволяє підтримувати у клітині концентрацію АТФ, більш ніж 10 разів перевищує концентрацію АДФ.

У процесі окисного фосфорилювання кожне подружжя електронів НАДH забезпечує енергією освіту приблизно трьох молекул АТФ. Кілька електронів ФАДH2, що має меншою енергією, дає енергію для синтезу лише двох молекул АТФ. У середньому кожна молекула ацетил-СоА яка надходить цикл лимонної кислоти, дає близько 12-ї молекул АТФ. Це означає, що при окислюванні однієї молекули глюкози утворюються 24 молекули АТФ, а при окислюванні однієї молекули пальмитата — жирною кислоти із 16-го вуглецевими атомами — 96 молекул АТФ. Коли ж врахувати також экзотермические реакції, попередні освіті ацетил-СоА, виявиться, що повне окислювання однієї молекули глюкози дає близько 36 молекул АТФ, тоді як із повному окислюванні пальмитата утворюється приблизно 129 молекул АТФ. Це максимальні величини, оскільки фактично кількість синтезованого в мітохондріях АТФ залежить від цього, яка частина енергії протонного градієнта йде синтез АТФ, а чи не інші процеси. Якщо сравнитъ зміна вільної енергії при згорянні жирів і вуглеводів прямо до СО2 і Н2О із загальним кількістю енергії, запасаемой в фосфатних зв’язках АТРФ в процесах біологічного окислення, виявиться, що ефективність перетворення, енергії окислення в енергію АТФ часто перевищує 50%. Оскільки вся невикористана енергія вивільняється як тепла, великі організми потребували в ефективніших засобах відводу тепла в навколишню среду.

Дуже багато вільної енергії, высвобождаемое при окислюванні, може ефективно застосовуватися лише дрібними порціями. У складному процесі окислення бере участь багато проміжних продуктів, кожен із яких лише трохи відрізняється від попереднього. Завдяки цьому вивільнена енергія дробиться на менші кількості, які можна ефективно перетворювати з допомогою пов’язаних реакцій в високоенергетичні зв’язку молекул АТФ і НАДH .

У 1960 р. було показано, що різні мембранні білки, що у окисному фосфорилировании, можна виділити без втрати активності. Від поверхні субмитохондриальных частинок вдалося відокремити ще й перекласти в розчинну форму усеивающие їх малесенькі білкові структури. Хоча субмитохондриальные частки без цих сферичних структур продовжували окисляти НАДH у присутності кисню, синтезу АТФ у своїй не відбувалося. З іншого боку, виділені структури діяли, як АТФазы, гидролизуя АТФ до АДФ і Фн. Коли сферичні структури (названі F1-АТФазами) додавали до позбавленим їх субмитохондриальным частинкам, реконструйовані частки знову синтезували АТФ з AДФ і Фн. F1- АТФаза — це частина великого, пронизуючого всю товщу мембрани комплексу, яка полягає по меншою мірою з країн різних полипептидных ланцюгів. Цей комплекс отримав назву АТФ-синтетаза; він становить близько 15% всього білка внутрішньо митохондриальнои мембрани. Дуже подібні АТФ-синтетазы є у мембранах хлоропластів і бактерій. Такий білковий комплекс містить трансмембранные канали для протонів, й відбувається тільки тоді ми, коли через ці канали проходять протони вниз зі свого электрохимическому градиенту.

АТФ-синтетаза може діяти у напрямку — розщеплювати АТФ і перекачувати протони. Дія АТФ-синтетазы можна зупинити: онa здатна використовувати як енергію гідролізу АТФ для перекачування протонів через внутрішню митохондриальную мембрану, і енергію потоку протонів по электрохимическому градієнту для синтезу АТФ. Отже, АТФ-синтетаза — це поправна сопрягающая система, яка проводить взаємоперетворенням енергії електрохімічного протонного градієнта і хімічних зв’язків. Напрям її залежить від співвідношень між крутизною протонного градієнта і локальної величиною (G для гідролізу АТФ.

АТФ-синтетаза отримала свою назву у зв’язку з тим, що у звичайних умовах npoтоннoro градієнта, підтримуваного дихальної ланцюгом, синтезує більшу частину всього АТФ клітини. Кількість протонів, необхідне синтезу однієї молекули АТФ, з точністю невідомо. Під час проходження через АТФ-синтетазу протонів синтезується одна молекула АТФ.

Як працювати у цей час АТФ-синтетаза — у бік синтезу чи гідролізу АТФ, — залежить від точного балансу між змінами вільної енергії для проходження трьох протонів через мембрану в матрикc і для синтезу АТФ в матриксе. Як мовилося раніше, величина (Gсинт.АТФ визначається концентраціями трьох речовин, у матриксе мітохондрії - АТФ, AДФ і Фн. При постійної протонодвижущей силі АТФ-синтетаза буде синтезувати ATФ того часу, поки ставлення АТФ до AДФ і Фн не досягне такого значення, у якому величина (Gсинт.АТФ стане у точності дорівнює +15,2ккaл/мoль. При такі умови синтез АТФ буде врівноважуватися його гидролизом.

Припустимо, що у зв’язки Польщі з реакціями, які вимагають витрати енергії, в цитозоле раптово гидролизовалось дуже багато АТФ, і це призвело до падіння відносини АТФ: AДФ в матриксе мітохондрії. І тут (Gсинт. знизиться і АТФ-синтетаза знову переключиться на синтез АТФ, доки відновиться вихідне ставлення АТФ: AДФ. Якщо ж протонодвижущая сила раптово знизиться і підтримуватиметься постійному рівні, то АТФсинтетаза почне розщеплювати АТФ, і це реакція триватиме до тих пір, поки співвідношення між концентраціями ATФ і AДФ не досягне якогось нового значення (у якому (Gсинт.АТФ = +13,8 ккал/моль), й дуже далее.

Якщо АТФ-синтетаза гаразд не транспортує М+ з матриксу, то дихальна ланцюг, які перебувають у внутрішній мітохондріальній мембрані, при нормальних умов переносить цю мембрану протони, створюючи таким чином електрохімічний протонний градієнт, котрий завдавав енергію, для синтезу AТФ.

Більшість переносників електронів, входять до складу дихальної ланцюга, поглинають світло, та його окислювання чи відновлення супроводжується зміною кольору. Зазвичай спектр поглинання і реакционноспособность кожного переносника досить характерні, що дозволяє навіть у неочищенном екстракті простежувати зміни його станів з допомогою спектроскопії. Це дозволило виділити такі переносники задовго перед тим, як стала зрозуміла їх справжня функція. Наприклад, цитохроми відкрили 1925 р. як сполуки, які швидко окислюються часом і відновляються таким різних організмів, як дріжджі, бактерії та комахи. Спостерігаючи клітини, і тканини з допомогою спектроскопа, вдалося ідентифікувати три типу цитохромов, які розрізнялися по спектрам поглинання і було названо цитохромами а, b і з. Клітини містять три «види цитохромов кожного типу, і класифікація по типам не відбиває їхнє функцию.

Найпростіший переносник електронів є невелику гидрофобную молекулу, розчинену в липидном бислое і звану убихиноном чи коферментом Q. Він здатний прийняти або віддати одностайно, так і двоє електрона і тимчасово захоплює з середовища протон при перенесення кожного электрона.

Малюнок 4. Структура убихинона. 10,1993].

Дихальна ланцюг містить три великих ферментних комплексу, вбудованих у внутрішнє мембрану.

Мембранні білки важко як интактных комплексов, так як вони нерозчинні переважно водних розчинів, а такі речовини, як детергенты і сечовина, необхідних їх солюбилизации, можуть порушувати нормальне белок-белковое взаємодія. Проте на початку 1960;х рр. було виявлено, що з допомогою щодо м’яких іонних детергентів, як-от дезоксихолат, можна солюбилизировать деякі компоненти мітохондріальній внутрішньої мембрани в нативной формі. Це дозволило б ідентифікувати і виділити три головних що з мембраною комплексу дихальних ферментів по дорозі від НАДH до кислорода.

Рисунок 5. Дихальні ферментні комплексы. 1,1994].

1. НАДН-дегидрогеназный комплекс — серед дихальних ферментних комплексів — має молекулярну масу понад 800 000 і містить понад 22 полипептидных ланцюгів. Він погоджується на електрони від НАДH і передає їх крізь флавін і з меншою мірою п’ять железо-серных центрів на_ убихинон — невелику жирорастворимую молекулу, передаюшую електрони на другий комплекс дихальних ферментов-комплекс b-c1.

2. Комплекс b-с1 полягає по меншою мірою з 8 різних полипептидных ланцюгів і, мабуть, існує у вигляді димера з молекулярної масою 500 000. Кожен мономер містить три тема, що з цитохромами, і железо-серный білок. Комплекс приймає електрони від убихинона і передає цитохрому з, невеличкому периферичному мембранному білку, і потім переносить їх у цитохром-оксидазный комплекс. 3. Цитохромоксидазный комплекс (цитохром аа3) — найбільш вивчений із трьох комплексів. Вона складається щонайменше ніж із різних полипептидных ланцюгів і виділено як димерс молекулярної масою 300 000; кожен мономер містить два цитохрома і двоє атома меди. этот комплекс приймає електрони від цитохрома сек. і передає їх у кислород.

Цитохроми, железо-серные наукові центри й атоми міді здатні переносить одночасно лише одне електрон. Тим більше що, кожна молекула НАДН віддає два електрона й кожна молекула О2 повинна мати 4 електрона при освіті молекули води. У электронтранспортной ланцюга є кілька электронсобирающих і электронраспределяющих ділянок, де узгоджується різниця у числі електронів. Приміром, цитохромоксидазный комплекс приймає від молекул цитохрома з окремо 4 електрона й у кінцевому результаті передає їх у одну пов’язану молекулу О2, що веде до утворення двох молекул води. На проміжних щаблях цього процесу два електрона, як можливість перейти до ділянці, єднальному кисень, вступають у гем цитохрома чи пов’язані з білком атом міді, Cua. Натомість ділянку зв’язування кисню має ще один атом міді гем цитохрома а3. Проте механізм освіти двох молекул води внаслідок взаємодії пов’язаної молекули О2 з чотирма протонами з точністю не известен.

У багатьох клітин із цитохромоксидазой взаємодіє близько 90 відсотків% всього поглощаемого кисню. Токсичність таких отрут, як ціанід і азид, пов’язані зі своїми здатністю міцно приєднуватися до цитохромоксидазному комплексу і блокувати цим весь транспорт электронов.

Два компонента, які переносять електрони між трьома головними ферментними комплексами дихальної ланцюга, — убихинон і цитохром з — швидко переміщаються шляхом дифузії у площині мембран.

Зіткнення між тими рухливими переносниками і ферментними комплексами цілком дозволяють пояснити спостережувану швидкість перенесення електронів (кожен комплекс віддає та приймає один електрон кожні 5−10 мілісекунд). Тому немає жодного необхідності припускати структурну упорядкованість ланцюга белков-переносчиков в липидном бислое; справді, ферментні комплекси, певне перебувають у мембрані як незалежні компоненти і упорядкований перенесення електронів забезпечено лише специфічністю функціональних взаємодій між компонентами цепи.

На користь цього свідчить той факт, що різні компоненти дихальної ланцюга є у цілком різних кількостях. Наприклад, в мітохондріях серця кожну молекулу НАДН-дегидрогеназного комплексу припадають З молекули | комплексу b-c1 комплексу, 7 молекул цитохромоксидазного комплексу, 9 молекул цитохрома сек. і 50 молекул убихинона; дуже різні співвідношення цих білків виявлено й у деяких інших клетках.

Значний перепад окислительно-восстановительного потенціалу на кожному із трьох комплексів дихальної ланцюга доставляє енергію, необхідну для перекачування протонов.

Таку пару, як Н2О і ЅО2 (чи НАДH і НАД+), називають пов’язаною окислительно-восстановительной парою, оскільки із її членів перетворюється на інший, якщо додати чи кілька електронів і тільки чи кілька протонів (останніх ніколи не бракує у кожному водному розчині). Приміром, ЅО2 + 2е + 2Н+ (Н2О.

Відомо, що суміш сполук, їхнім виокремленням сполучену кислотнолужну пару, у відсотковому співвідношенні 50:50 діє і як буфер, підтримуючий певне «тиск протонів» (рН), величина визначається константою дисоціації кислоти. Точнісінько такою самою самим чином суміш компонентів пари співвідношенні 50:50 відповідно підтримує певне «тиск електронів», чи окислительно-восстановительный потенціал (редокспотенціал) Є, службовець мірою спорідненості молекулы-переносчика до электронам.

Помістивши електроди в розчин з відповідними окислительновідбудовними парами, можна виміряти редокс-потенциал каж-дого переносника електронів, що у біологічних окислительновідбудовних реакціях. Пари сполук з найбільш негативними значеннями редокс-потенциала мають найменшим спорідненістю до электронам, тобто. coдepжaт перенocчики з найменшої тенденцією приймати електрони і найбільшої тенденцією їх віддавати. Наприклад, суміш НАДH і НАД+ (50:50) має редокс-потенциал -320 мВ, що на сильно виражену здатність НАДH віддавати електрони, тоді як редокс-потенциал суміші рівних кількостей Н2О і ЅО2 становить +820 мВ, що означає сильну тенденцію 02 до прийняття электронов.

Різкий перепад має місце у межах кожного із трьох головних дихальних комлексов. Різниця потенціалів між любыми_двумя переносниками електронів прямо пропорційна енергії, вивільненої під час переходу електрона від однієї переносника до іншого. Кожен комплекс діє і як энергопреобразующее пристрій, спрямовуючи цю вільну енергію на переміщення протонів через мембрану, що зумовлює створенню електрохімічного протонного градієнта принаймні проходження електронів по цепи.

Робота энергопреобразующего механізму, лежачого основу окисного фосфорилювання, потрібно, щоб кожен ферментний комплекс дихальної ланцюга була орієнтована у внутрішній мітохондріальній мембрані належним чином — те щоб все протони переміщалися щодо одного напрямі, т. е. з матриксу назовні. Така векторна організація мембранних білків було продемонстровано з допомогою спеціальних зондів, не проходять крізь мембрану, якими мітили комплекс тільки з якийнибудь одного боку мембрани. Специфічна орієнтування у бислоe властива всім мембранным білкам і дуже важливий їхнього функції. Механізми перекачування протонів компонентами дихальної цепи.

У процесі окисного фосфорилювання при окислюванні однієї молекули НАДН (тобто. при проходжень двох електронів крізь ці три ферментних комплексу) утворюється трохи більше трьох молекул АТФ. Якщо припустити, що зворотне проходження трьох протонів через АТФ-синтетазу забезпечує синтез однієї молекули АТФ, можна буде потрапити укласти, що у середньому перенесення одного електрона кожним комплексом супроводжується переміщенням півтора протонів (інакше кажучи, при транспорті одного електрона деякі комплекси перекачують один протон, інші - два протона). Мабуть, в різних компонентів дихальної ланцюга існують різні механізми поєднання транспорту електронів з переміщенням протонів. Аллостерические зміни конформації білкової молекули, пов’язані з транспортом електронів, можуть у принципі супроводжуватися «перекачуванням» протонів, аналогічно як переміщаються протони при зверненні дії АТФ-синтетазы. При перенесення кожного електрона хинон захоплює з водного середовища протон, і потім віддає при вивільненні електрона. Оскільки убихинон вільно пересувається в липидном бислое, може приймати електрони поблизу поверхні мембрани і передавати їх у комплекс b-с1 близько її зовнішньої поверхні, переміщуючи у своїй через бислой за одним протону на кожен перенесений електрон. З допомогою складніших моделей можна пояснити переміщення комплексом b-c1 двох протонів за кожен електрон, припустивши, що убихинон повторно проходить через комплекс b-c1 у певному направлении.

На відміну від надання цього молекули, передають електрони цитохромоксидазному комплексу, очевидно, не переносять протонів, й у разі транспорт електронів, мабуть, пов’язані з певним аллостерическим зміною конформації білкових молекул, у результаті якого певну частину білкового комплексу сама переносить протони. Дія разобщителей.

З 40-х років відомий ряд липофильных слабких кислот, здатних діяти як разобщающие агенти, тобто. порушувати поєднання транспорту електронів з синтезом АТФ. При додаванні до клітинам цих низькомолекулярних органічних сполук мітохондрії припиняють синтез АТФ, продовжуючи при цьому поглинати кисень. У присутності разобщающего агента, швидкість транспорту електронів залишається високої, але протонний градієнт не створюється. Це просто пояснити цього ефекту: разобщающие агенти (наприклад, динитрофенол, тироксин) діють як переносники М+ (Н±ионофоры) і відкривають додатковий шлях — не через АТФ-синтетазу — для потоку М+ через внутрішню митохондриальную мембрану.(13, 2000(Дихальний контроль.

Коли до клітинам додають роз'єднувальний агент, наприклад динитрофенол, поглинання кисню митохондриями значно зростає, оскільки швидкість перенесення електронів збільшується. Таке прискорення пов’язані з існуванням дихального контролю. Вважають, що це контроль грунтується у прямому инги6ирующем вплив електрохімічного протонного градієнта на транспорт електронів. Коли присутності разобщителя електрохімічний градієнт зникає, неконтрольований більш транспорт електронів сягає максимальної швидкості. Зростання градієнта пригальмовує дихальну ланцюг, і транспорт електронів сповільнюється. Більше того, тоді як експерименті штучно створити внутрішній мембрані незвичайно високий електрохімічний градієнт, то нормальний транспорт електронів припиниться зовсім, але в деяких ділянках дихальної ланцюга можна буде потрапити знайти зворотний потік електронів. Це дозволяє припускати, що дихальний контроль відбиває простий баланс між зміною вільної енергії при переміщенні протонів, сполученого з транспортом електронів, і зміною вільної енергії при самому транспорті электронов. Величина електрохімічного градієнта впливає як у швидкість, і на напрям перенесення електронів, як і і напрям дії АТФ-синтетазы.

Дихальний контроль — це лише деякі з складної системи взаємозалежних регуляторних механізмів з зворотними зв’язками, координуючої швидкості гликолиза, розщеплення жирних кислот, реакцій циклу лимонної кислоти і транспорту електронів. Швидкості всіх таких процесів залежить від відносини АТФ: AДФ — вони зростають, коли це ставленням зменшується внаслідок посиленого використання АТФ. Наприклад, АТФ-синтетаза внутрішньої мітохондріальній мембрани працює швидше, коли концентрації її субстратів, т. е. .AДФ і Фн, збільшуються. Що швидкість цієї реакції, то більше вписувалося протонів перетікає в матрикс, швидше розвіюючи цим електрохімічний градієнт; а зменшення градієнта своєю чергою наводить до прискорення транспорту электронов. 1,1994].

Мітохондрії бурої жировій тканини — генератори тепла. Усім дзвінковими молодим для освіти тепла, на додаток до механізму м’язового тремору, необхідно термогенное пристрій. Такі пристрій особливо важливо задля тварин, які впадають у зимову сплячку. М’язи в стані тремору скорочуються за відсутності навантаження, використовуючи скорочувальні білки для гідролізу АТФ звичайним для м’язових клітин чином і звільняючи як тепла всю енергію, потенційно доступну при гідролізі АТФ. Необхідність особливого термогенного устрою визначається міцно сопряженным окислительным фосфорилированием нормальних мітохондрій. Якби той процес міг стати разобщен, як це буває у присутності динитрофенола, міг би б служити у ролі адекватного пристосування, що виробляє тепло; у такий спосіб це відбувається у мітохондріях бурого жиру. Хоча ці мітохондрій мають звичайній оборотного АТФазой, у яких є також трансмембранная протонна транслоказа, з якої протони можуть повертатися в матрикс і електрично шунтировать роботу АТФазы. Якщо це процес достатній у тому, щоб підтримувати окислительновідбудовний потенціал водню значно нижчі від 200 мВ, синтез АТФ стає неможливим і окисний процес протікає вільно, в результаті чого вся енергія звільняється як тепла. 2, 1994].

Цикл лимонної кислоти (цикл трикарбонових кислот, цикл Кребса).

Цикл лимонної кислоти є серію реакцій, які протікають в мітохондріях, у ході здійснюється катаболізм ацетильных груп, і вивільнення водневих еквівалентів; при окислюванні останніх поставляється вільна енергія паливних ресурсів тканин. Ацетильные групи перебувають у складі ацетил-КоА (активного ацетату), тиоэфира коферменту А.

Головна функція циклу лимонної кислоти у тому, що якого є загальним кінцевим шляхом окислення вуглеводів, білків і жирів, що у ході метаболізму глюкоза, жирні кислоти і амінокислоти перетворюються або у ацетил-СоА, або у проміжні сполуки циклу. Цикл лимонної кислоти відіграє й головну роль процесах глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования і липогенеза, Хоча ряд цих процесів протікає у багатьох тканинах, печінку — єдиний орган, у якому йдуть усі перелічені процеси. Тому неабиякі наслідки викликає ушкодження значної частини клітин печінки чи заміщення їх сполучної тканиною. Про життєво важливою ролі циклу лимонної кислоти свідчить і те що, що в людини майже відомі генетичні зміни ферментів, які каталізують реакції циклу, оскільки наявність таких порушень несумісне із нормальним развитием. 10,1993].

Відкриття ЦТК.

Вперше припущення щодо існуванні такого циклу для окислення пирувата в тварин тканинах було висловлено в 1937 року Гансом Кребсом. Ця ідея народилася в нього, що він досліджував вплив аніонів різних органічних кислот на швидкість поглинання кисню суспензиями подрібнених грудних м’язів голуба, у яких відбувалося окислювання пирувата.

Грудні м’язи відрізняються надзвичайно високої інтенсивністю дихання, що зробила їх особливо зручним об'єктом вивчення окислительной активності. Кребс також підтвердив, що виявлені до цього часу тварин тканинах інші органічні кислоти (бурштинова, яблучна, фумаровая і щавелевоуксусная) стимулюють окислювання пирувата. З іншого боку, знайшла, що окислювання пирувата м’язову тканину стимулюється шестиуглеродными трикарбоновыми кислотами — лимонної, цис-аконитовой і изолимонной, і навіть пятиуглеродной (-кетоглутаровой кислотою. Випробувані були й інші які у природі органічні кислоти, та жодна їх не виявила такої активності. Звертав він увагу сам характер стимулюючого дії активних кислот: навіть малої кількості кожній із них цілком достатньо, щоб викликати окислювання в багато разів більшого кількості пирувата. 9, 1991].

Прості експерименти, і навіть логічні міркування дозволили Кребсу припустити, що цикл, названий ним циклом лимонної кислоти, головне шляхом окислення вуглеводів в м’язі. Після, цикл лимонної кислоти виявили практично переважають у всіх тканинах вищих тварин і звинувачують рослин i в багатьох аеробних мікроорганізмів. Про це важливе відкриття Кребс був визнаний гідним 1953 року Нобелівської премії. Юджін Кенеді та Альберт Ленинджер показали пізніше, що це реакції циклу лимонної кислоти протікають у мітохондріях тварин клітин. У ізольованих мітохондріях печінки пацюки були лише всі ферменти і коферменти циклу лимонної кислоти; відразу ж, з’ясувалося, локалізовано все ферменти і білки, потрібних для стадії дихання, тобто. для перенесення електронів і окисного фосфорилювання. Тому мітохондрії які з правом називають «силовими станціями» клетки.

Катаболическая роль циклу лимонної кислоты.

Цикл починається з взаємодії молекули ацетил-СоА з щавелевоуксусной кислотою (оксалоацетатом), у результаті якого утворюється шестиуглеродная трикарбоновая кислота, звана лимонної. Далі йде серія реакцій, у ході відбувається вивільнення двох молекул С02 і регенерація оксалоацетата. Оскільки кількість оксалоацетата, необхідне перетворення значної частини ацетильных одиниць в С02, досить невелика, вважатимуться, що оксалоацетат виконує каталітичну роль.

Цикл лимонної кислоти є механізмом, які забезпечують уловлювання більшу частину вільної енергії, освобождаемой у процесі окислення вуглеводів, ліпідів і білків. У процесі окислення ацетил-СоА завдяки активності низки специфічних дегидрогеназ відбувається освіту відбудовних еквівалентів у вигляді водню чи електронів. Останні вступають у дихальну ланцюг; при функціонуванні цьому ланцюзі відбувається окислительное фосфорилування, тобто синтезується АТФ.

Ферменти циклу лимонної кислоти локалізовано в митохондриальном матриксе, де вони перебувають або у вільному стані, або внутрішній поверхні внутрішньої мітохондріальній мембрани; щодо останнього полегшується перенесення відбудовних еквівалентів на ферменти дихальної ланцюга, локалізовані у внутрішній мітохондріальній мембране. 11, 1989].

Реакції ЦТК.

Початкова реакція — конденсація ацетил-СоА і оксалоацетата, каталізується конденсирующим ферментом, цитратсинтетазой, у своїй відбувається освіту зв’язку углерод-углерод між метальным вуглецем ацетил-СоА і карбонильным вуглецем оксалоацетата. За реакцією конденсації, що призводить до освіті цитрил-СоА, слід гідроліз тиоэфирной зв’язку, що супроводжується втратою великої кількості вільної енергії у вигляді теплоти; це визначає перебіг реакції зліва на право до її завершения:

Ацетил-СоА + Оксалоацетат + Н2О > Цитрат + CoA-SH.

Перетворення цитрата в изоцитрат каталізується аконитазой, що містить залізо в двухвалентном стані. Ця реакція ввозяться стадії: спочатку відбувається дегидратация із заснуванням цис-аконитата (частину його залишається комплексно з ферментом), та був — гідратація й освіту изоцитрата:

Цитрат? цисАконитат? Изоцитрат — Н2О.

Реакція ингибируется фторацетатом, який спершу перетворюється на фторацетил-СоА; останній вони вбирають з оксалоацетатом, створюючи фторцитрат. Безпосереднім ингибитором аконитазы є фторцитрат, при ингибировании накопичується цитрат.

Експерименти з допомогою проміжних сполук показують, що аконитаза взаємодіє зі цитратом ассиметрично: вона завжди діє на частина молекули цитрата, виникнувши з оксалоацетата. Можливо, що цис-аконитат перестав бути обов’язковим интермедиатом між цитратом і изоцитратом й утворюється на бічної гілки основного пути.

Далі изоцитратдегидрогеназа каталізує дегидрогенирование з освітою оксалосукцината. Описано три різних форми изоцитратдегидрогеназы. Один із них, НАД-зависимая, знайдено лише у мітохондріях. Дві інших форм є НАДФ-зависимыми, причому одне з них є також в мітохондріях, а в цитозоле. Окислювання изоцитрата, що з роботою дихальної ланцюга, здійснюється майже НАД-зависимым ферментом: Изоцитрат + НАД+? Оксалосукцинат (комплексно з ферментом)? альфакетоглутарат + СО2+ НАДН2.

Малюнок 5. Реакції циклу Кребса. 10,1993].

Далі йде декарбоксилирование із заснуванням альфакетоглутарата, яка також каталізується изоцитратдегидрогеназой. Важливим компонентом реакції декарбоксилирования є іони Mg2+ (чи Мn2+). Судячи з які є даним, оксалосукцинат, утворений на проміжної стадії реакції, залишається комплексно з ферментом.

Альфакетоглутарат, своєю чергою, піддається окислительному декарбоксилированию, подібному з окислительным декарбоксилированием пирувата: в обох випадках субстратом є альфакетокислота. Реакція каталізується альфакетоглутаратдегидрогеназным комплексом і вимагає участі тієї самої набору кофакторов — тиаминдифосфата, липоата, НАД+, ФАД і СоА; внаслідок утворюється сукцинил-СоА — тиоэфир, у якому высокоэнергетическую связь.

?-кетоглуторат + НАД+ + CoA-SH > Сукцинил-СоА + СО2 + НАДН+Н+.

Рівновага реакції бо так зрушено убік освіти сукцинил-СоА, що яку можна вважати фізіологічно односпрямованої. Як багато і при окислюванні пирувата, реакція ингибируется арсенатом, що зумовлює нагромадженню субстрату (альфакетоглутарат).

Продовженням циклу є перетворення сукцинил-СоА в сукцинат, катализируемое сукцинаттиокиназой (сукцинил-СоА-синтетазой):

Сукцинил-СоА + ФН + ГДФ? Сукцинат + ГТФ + CoA-SH.

Однією з субстратів реакцій є ГДФ (чи ИДФ), із якого присутності неорганічної фосфату утворюється ГТФ (ИТФ). Це — єдина стадія циклу лимонної кислоти, у якої генерується високоенергетична фосфатная зв’язок на субстратном рівні; при окисному декарбоксилировании ?-кетоглутарата потенційне кількість вільної енергії достатньо освіти НАДН і высокоэнергетической фосфатной зв’язку. У реакції, катализируемой фосфокиназой, АТФ може утворюватися що з ГТФ, що з ИТФ. Например:

ГТФ+АДФ (ГДФ+АТФ.

У альтернативної реакції, плинною у внепеченочных тканинах і катализируемой сукцинил-СоА-ацетоацетат-СоА-трансферазой, сукцинил-СоА перетворюється на сукцинат сопряженно з перетворенням ацетоацетата в ацетоацетил-СоА. Впечени є диацилазная активність, забезпечує гідроліз частини сукцинил-СоА із заснуванням сукцината і СоА.

Далі сукцинат дегидрогенируется, потім приєднується молекула води, і треба ще одна стадія дегидрогенирования, яка веде до регенерації оксалоацетата:

Сукцинат + ФАД (Фумарат + ФАДН2.

Перше дегидрогенирование каталізується сукцинатдегидрогеназой, що з внутрішньої поверхнею внутрішньої мітохондріальній мембрани. Це був єдиний дегидрогеназная реакція ЦТК, у якої здійснюється прямий перенесення з субстрату на флавопротеин й без участі НАД+. Фермент містить ФАД і железо-серный білок. Через війну дегидрогенирования утворюється фумарат. Як засвідчили експерименти з допомогою ізотопів, фермент стереоспецифичен до транс-атомам водню метиленовых груп сукцината. Додавання малоната чи оксалоацетата ингибирует сукцинатдегидрогеназу, що зумовлює нагромадженню сукцината.

Фумараза (фумаратгидротаза) каталізує приєднання води до фумарату із заснуванням малата:

Фумарат +Н2О (L-малат.

Фумараза специфічна до L-изомеру малата, вона каталізує приєднання компонентів молекули води по подвійний зв’язку фумарата в транс-конфигурации. Малатдегидрогеназа каталізує перетворення малата в оксалоацетат, реакція йде з участю НАД+:

L-малат + НАД+ (0ксалоацетат + НАДН2.

Хоча рівновагу цієї реакції сильно зрушено у бік малата, реально вона відбувається у напрямі оксалоацетата, оскільки вона разом із НАДН постійно споживається за іншими реакциях.

Ферменти циклу лимонної кислоти, крім альфакетоглутараті сукцинатдегидрогеназы, виявляються й у поза мітохондрій. Проте з цих ферментів (наприклад, малатдегидрогеназа) від відповідних мітохондріальних ферментов.

Энергетика циклу лимонної кислоты.

Через війну окислення, катализируемого дегидрогеназами ЦТК, кожну катаболизируемую у період одного циклу молекулу ацетил-СоА утворюються три молекули НАДН і жодна молекула ФАДН2. Ці відбудовні еквівалентами передаються в дихальну ланцюг, локализованную в мітохондріальній мембрані. Під час проходження по ланцюга відбудовні еквівалентами НАДН генерують три високоенергетичні фосфатні зв’язку у вигляді освіти АТФ з АДФ у процесі окисного фосфорилювання. за рахунок ФАДН2 генерується лише дві високоенергетичні фосфатні зв’язку, оскільки ФАДН2 переносить відбудовні еквівалентами на кофермент Q і, отже, оминаючи першого ділянки ланцюга окисного фосфорилювання в дихальної ланцюга. Ще одна високоенергетичний фосфат генерується одному з ділянок циклу лимонної кислоти, цебто в субстратном рівні, при перетворення сукцинил-СоА в сукцинат. Отже, у період кожного циклу утворюється 12 нових высокоэнергетических фосфатних связей.

Регуляція циклу лимонної кислоты.

Основні процеси, які постачають і запасають енергію у клітинах, можна загальної формі зображені так: глюкоза пируват (ацетил-СоА жирні кислоты.

AДФ.

АТФ.

С02.

Регуляція цією системою inter alia має гарантувати постійне надходження АТФ пропорційно з в момент енергетичними потребами, забезпечувати перетворення надлишку вуглеводів в жирні кислоти через пируват і ацетил-СоА поряд із цим контролювати ощадливе витрачання жирних кислот через ацетил-СоА як ключовий продукт для входу в цикл лимонної кислоты.

Цикл лимонної кислоти поставляє електрони в электронпереносящую систему, у якій потік електронів пов’язане з синтезом АТФ й у меншою ступеня постачає відбудовними еквівалентами системи біосинтезу проміжних продуктів. У принципі так цикл неспроможна протікати швидше, ніж це дозволяє використання образуемой АТФ. Якби весь AДФ клітини перетворився на АТФ, були бути ніякого подальшого потоку електронів від НАДH, який накопичується, до 02. Через відсутність НAД+, необхідного учасника процесів дегидрирования циклу, останній перестав би функціонувати. Існують більш тонші регуляторні пристосування, які модулюють дію ферментів у самому циклі лимонної кислоты.

Сукцинатдегидрогеназа перебуває у внутрішній мітохондріальній мембрані. Решта ферменти растворены в матриксе, заполняющем внутрішнє простір мітохондрії. Вимірювання відносних кількостей цих ферментів і концентрацій їх субстратів в мітохондріях вказують, кожна реакція протікає з однаковим швидкістю. Щойно пируват (або інший потенційний джерело ацетил-СоА) надходить всередину матриксу мітохондрії, весь цикл протікає всередині цього отсека.

У деяких ділянках стимуляція чи ингибирование визначається відносними концентраціями НAДH/НAД, ATФ/AДФ чи АМФ, ацетил-СоА/СоА чи сукцинил-СоА/СоА. Коли ці відносини високі, клітина досить забезпечена енергією і потік через цикл уповільнений; коли вони низькі, клітина відчуває потреба у енергії, і потік через цикл ускоряется.

Як необоротна реакція, з'єднує метаболізм вуглеводів з циклом лимонної кислоти, пируватдегидрогеназная реакція повинна добре контролюватися. Це досягається двома шляхами. По-перше, фермент, який активується кількома интермедиаторами гликолиза, конкурентно ингибируется власними продуктами — НAДH і ацетилСоА. За інших рівних умов збільшення співвідношення НAДH/НAД+ від 1 до 3 викликає 90%-е зниження швидкості реакції, а збільшення відносини ацетилСоА/СоА призводить до кількісно такому ефекту. Ефект проявляється миттєво. Повільніше виникають, але довше діють ефекти іншого регуляторного устрою. З серцевиною кожної молекули дигидролипоилтрансацетилазы пов’язано близько п’яти молекул киназы пируватдегидрогеназы, яка з допомогою АТФ каталізує фосфорилування серинового залишку в (-ланцюга пируватдегидрогеназного компонента. Будучи фосфорилирован, фермент неспроможний декарбоксилировать пируват.

Коли відбувається окислювання жирних кислот, пируватдегидрогеназа помітно ингибируется. Очевидно, це явище пояснюється супутніми процесу окислення високими концентраціями АТФ, ацетил-СоА і НAДH. Більшість тканин містять надлишок пируватдегидрогеназы, отже після прийому корми у печінці, соціальній та м’язі й у жировій тканини у тварин за стані спокою лише 40, 15 і десяти% пируватдегидрогеназы відповідно перебуває у активної, нефосфорилированной формі. Коли зростає потреба у АТФ, концентрації НAД+, СоА і AДФ зростають з допомогою використання НAДH, ацетил-СоА і АТФ, а киназа инактивируется. Проте фосфатаза продовжує функціонувати знову активуючи дегидрогеназу. Підвищення Са2+ може активувати митохондриальную фосфатазу.

Синтез цитрата — стадія, лимитирующая швидкість циклу лимонної кислоти. Регуляція стадії відбувається завдяки невеличкому, але досить значимого ингибированию цитрат-синтетазы у вигляді НAДH і сукцинил-СоА. Основне ж впливом геть швидкість синтезу цитрата надає надходження субстрата.

Активність изоцитратдегидрогеназы регулюється залежно від концентрацій Mg2+, изоцитрата, НAД+, НAДH і АМФ. Крім субстратсвязывающих центрів для НAД+, изоцитрата і Mg2+ фермент має ще позитивні, й негативні ефекторні ділянки. Изоцитрат — позитивний эффектор; його зв’язування кооперативно, т. е. зв’язування на якомусь одній маленькій дільниці полегшує зв’язування інших. Обидва ділянки зв’язування для АМР стимулюють активність фермента.

Отже, ферментна активність визначається відносинами НAД+/НAДH і АМФ/АТФ.

АМФ — позитивний эффектор комплексу (-кетоглутаратдегидрогеназы, що пройшов цього відношенні нагадує изоцитратдегидрогеназу. У області фізіологічних концентрацій і сукцинил-СоА, і НAДH мають ингибирующим дією, причому концентрація сукцинил-СоА, очевидно, головний чинник, управляючий швидкістю процесу. Сукцинатдегидрогеназа нагадує изоцитратдегидрогеназу у цьому відношенні, що субстрат (сукцинат) виконує функцію позитивного аллостерического эффектора. Оксалоацетат — потужний інгібітор, проте неясно, діє цей контроль в нормальних условиях. 5,2000].

У циклі лимонної кислоти виконують специфічні функції чотири водорозчинних вітаміну групи У. Рибофлавін входить до складу ФАД, який є кофактором альфакетоглутаратдегидрогеназного комплексу, й сукцинатдегидрогеназы. Ниацин входить до складу НАД, що є коферментом трьох дегидрогеназ циклу: изоцитратдегидрогеназы, альфакетоглуторатдегидрогеназы і малатдегидрогеназы. Тіамін (вітамін В1) входить до складу тиаминдифосфата, що є коферментом альфакетоглутаратдегидрогеназы. Пантотеновая кислота входить до складу коферменту А, що є кофактором, що зв’язують активні ацильные остатки.

Макроэргические з'єднання та макроэргические связи.

У клітинах, вивільнювана внаслідок катаболических процесів розпаду поживних речовин, вільна енергія можна використовувати для здійснення багатьох хімічних реакцій, що відбуваються з витратою енергії. Запасание енергії відбувається у вигляді багатих енергією хімічних зв’язків особливого класу сполук, більшість із яких є ангідридами фосфорної кислоти (нуклеозидтрифосфаты).

Існують високоенергетичні і низькоенергетичні фосфати. Умовною кордоном тих дві групи сполук є величина вільної енергії гідролізу фосфатной зв’язку. Отже, високоенергетичні фосфати мають багату енергією высокоэргическую (макроэргическую) связь.

Енергію зв’язку визначають як різницю вільних енергій сполук, що містить цей зв’язок, і сполук, які утворюються після його розриву. Макроэргическими (багатими енергією) прийнято вважати ті зв’язку, при гідролізі яких зміни вільної енергії системи перевищують 21 кДж/моль. Центральну роль энергообмене клітин всіх типів здійснює система адениновых нуклеотидів, що включає у собі АТФ, АДФ і АМФ, і навіть неорганічний фосфат і іони магнію. АТФ є термодинамічно нестійкою молекулою і гидролизуется із заснуванням АДФ і АМФ. Саме ця нестійкість дозволяє АТФ виконувати функцію переносника хімічної енергії, яка потрібна на задоволення більшу частину енергетичних потреб клітин. До сполукам, які мають багатою енергією зв’язком, крім АТФ, належить і УТФ, ЦТФ, ГТФ, ТТФ, креатинфосфат, пірофосфат, деякі тиоэфиры (наприклад, ацетил-КоА), фосфоенолпируват, 1,3- бифосфоглицерат й інших соединений.

При гідролізі АТФ в стандартних умовах зміна вільної енергії становить -30,4 кДж/моль. У фізіологічних умов реальна вільна енергія гідролізу кінцевий фосфатной зв’язку АТФ буде інша і наближається до -50,0 кДж/моль.

Можливо кілька варіантів звільнення енергії фосфатних зв’язків АТФ. Основний варіант — це відщеплення концевого фосфату АТФ (АТФ+Н2О (АДФ+Н3РО4). Інший варіант — пирофосфатное розщеплення АТФ (АТФ+Н20 (АМФ+Н4Р2О7). Цей тип реакції значно рідше використовують у біохімічних процессах.

Нагромадження енергії в специфічних фосфатних зв’язках АТФ лежать у основі механізму перенесення енергії на живу клітині. Є також підстави вважати, що у клітині існують три основних типи переходу енергії АТФ: в енергію хімічних зв’язків, в теплову енергію та енергію, затрачиваемую на вчинення роботи (осмотической, електричної, механічної і др.). 15,1997].

Вітамін PP.

Вітамін РР (нікотинова кислота, никотинамид, ниацин) називають антипеллагрическим вітаміном (від італ. Preventive pellagra — «предотвращающий пеллагру»), оскільки його відсутність причина захворювання, званого пеллагрой.

Нікотинова кислота відома давно, проте в 1937 року його було виділено До. Эльвегеймом з екстракту печінці та засвідчили, що нікотинової кислоти (чи його аміду — никотинамида) чи препаратів печінки охороняє з розвитку чи виліковує від пеллагры.

Нікотинова кислота є з'єднання пиридинового низки, що містить карбоксильную групу (никотинамид відрізняється наявністю амидной группы).

Вітамін РР мало розчинний у питній воді (порядку 1%), але добре розчинний в водних розчинах лугів. Нікотинова кислота кристалізується як білих игл.

Найбільш характерними ознаками пелагри (від італ. pelle agraшорстка шкіра), є поразки шкіри (дерматити), шлунково-кишкового тракту (діарея) і порушення нервової діяльності (деменция).

Дерматити найчастіше симетричні і нині вражають ділянки шкіри, які зазнають впливу прямих сонячних променів: тильний поверхню пензлів рук, шию, обличчя; шкіра стає червоною, потім коричневої і шорсткій. Поразки кишечника виражаються у розвитку анарексии, нудоти і болі у сфері живота, проносу. Діарея призводить до зневоднення організму. Слизова оболонка товстого кишечника спочатку запалюється, потім изъязвляется. Специфічними для пелагри є стоматити, гінгівіти, поразки мови зі здуттям і тріщинами. Поразки мозку виражаються у головний біль, запамороченнях, підвищеної дратівливості, депресії та інших симптоми, включаючи психози, психоневрози, галюцинації та інші. Симптоми пелагри особливо різко виражені в хворих з недостатнім білковим харчуванням. Встановлено, що це пояснюється недоліком триптофану, що є попередником никотинамида, частково синтезованого в тканинах чоловіки й тварин, і навіть недоліком інших витаминов.

Вітамін РР ж виконує функцію коферменту в НАД-зависимых дегидрогеназах (учасників тканинного дихання), метаболізмі вуглеводів і амінокислот, НАДФзалежних ферментах (пентозного шунта і синтезу ліпідів), НМН-зависимых энзимах (алкогольдегидрогеназа і маликфермент). Так само важлива роль його, як субстрату поли-АДФ-рибозилирования. Цей процес бере участь у зшивці хромосомних розривів й у роботі репаразной системи, і навіть має (при нестачі НАД) ключове значення у механізмі некробиоза і апоптозу клітин, особливо — высокоаэробных. 6,2000].

Показано, що кілька дегидрогеназ використовують тільки НАД чи НАДФ, інші можуть каталізувати окислювально-відновні реакції у присутності кожного з них. У процесі біологічного окислення НАД і НАДФ виконують роль проміжних переносників електронів і протонів між окисляемым субстратом і флавиновыми ферментами.

Основними джерелами нікотинової кислоти і його аміду є рис, хліб, картопля, м’ясо, печінку, нирки, моркву й інші продукты. 18,1989].

Микросомальное окисление.

Монооксигеназные реакции.

Живі організми містять групу численних і багатьох ферментів, які отримали назву монооксигеназ. У типовому випадку один атом кисневою молекули знаходять у нової гидроксидной групі субстрату, інший — відновлюється до води у процесі реакції. Відповідно до цим реакція має плинути з участю ферменту, субстрату, кислородаи будь-якого восстанавливающего агента.

Допамин-(-монооксигеназа, присутня у мозку й у хромаффинной тканини, каталізує гидроксилирование 3,4-диоксифенилэтиламина до норадреналина.

Фенолмонооксигеназы є в бактерій, рослин, комах, соціальній та печінці та шкірі ссавців. Полімеризація о-хинона, що утворився результаті ланцюжка реакції, катализируемых цими ферментами, є основою освіти меланина. 7,2000].

Диоксигеназные реакции.

Ферменти, катализирующие реакції, у яких обидва атома молекулярного кисню вбудовуються до продуктів реакції, називаються диоксигеназами. Відомі нині ферменти цієї групи можуть утримувати як активної групи гем чи негемовое залізо, а дії деяких необхідний (-кетоглутарат.

Железо-(-кетоглутаратдиоксигеназы — железозависимые ферменти, катализирующие гидроксилирование субстрату під час, у якому (- кетоглутарат піддається окислительному декарбоксилированию до сукцината: М + О2 + (-кетоглутарат[pic] М-ОН + сукцинат + СО2 [5,2000].

Цитохроми — ферменти редокс-цепи.

Подальший перенесення електронів від КоQН2 на О2 здійснює система цитохромов. Ця система складається з низки гемсодержащих білків (гемпротеинов), відкритих в 1886 року До. Мак-Мунном. Усі вони теж мають простетическую геминовую групу, близьку до гему гемоглобіну. Цитохроми відрізняються одна від друга як простетической групою, а й білковими компонентами. Усі цитохроми, особливо у відновленої формі, мають характерні спектри поглинання, величини окисно-відновних потенціалів також неодинаковы.

У що має стала вельми поширеною механізмі гидроксилирования шляхом запровадження одного атома кисню функціональний атом заліза перебуває у гемовой групі цитохрома — цитохрома Р450. Ці цитохроми виявляються мембранах печінкової ЭПС, в мітохондріях кори надниркових залоз, в ниркової щеточной кайме й у плазматичних мембранах різних бактерій. Катализируемая реакція така сама, як в усіх інших монооксигеназ.

МН + О2 + 2е + 2Н+ (МОН + Н2О.

Цитохроми Р450 з печінки ставляться до индуцируемых ферментів; це означає, що його присутнього ферменту може збільшуватися в 25 раз під час введення однієї з численних чужорідних сполук, наприклад фенобарбитала чи метилхолантрена. Цитохроми знешкоджують ксенобіотики, а також лімітують час, протягом його можуть зберігати свою активність деякі наркотики. Лікування деяких форм гострої інтоксикації то, можливо полегшено запровадженням індуктора, що пройшов цього разі взагалі безвреден.

Цитохроми Р450 кори надниркових залоз перебувають у мітохондріальній мембрані, де дві окремі ферменту катализируют відповідно розщеплення бічних ланцюгів холестерину до прегненолона і реакції гидроксилирования різних стероидов. 2,1994].

Цитохром Р450 каталізує освіту гідроксильних груп при синтезі жовчних кислот, стероидных гормонів, при катаболизме низки речовин і обміні чужорідних соединений.

Перша, виявлена в микросомах электронпереносящая система — це система відновлення цитохрома b5 з допомогою NADH; цитохром b5 відновлюється NADH-цитохром b5-редуктазой, що містить на молекулі один FAD, який робить циклічні переходи між повністю відновленої і окисленої формами. Цитохром b5 тісно пов’язаний із ЭПС своєї великої гидрофобной областю. Хоча зовнішня поверхню області цитохрома, де перебуває гем, гидрофильна, вона лежать у глибокої гидрофобной щілини, причому карбоксильные групи пропионовой кислоти орієнтовані назовні. Відновлений цитохром b5 повільно самоокисляется із заснуванням супероксидного аниона. Цей механізм то, можливо основним генератором супероксида у клітинах печени. 11,1989].

Пероксидазный шлях використання кислорода.

Молекулярний кисень є парамагнитным, оскільки він містить два неспаренных електрона з паралельно орієнтованими спинами. Ці електрони перебувають у різних орбиталях, оскільки два електрона що неспроможні займати те ж орбиталь, за умови що їх спини не протилежні. Відповідно відновлення кисню шляхом прямого запровадження пари електронів у його частково заповнені орбитали вимагає «звернення» спина однієї з двох електронів. Спиновой заборона відновлення то, можливо подолано послідовним додаванням одиночних електронів. Повне відновлення О2 до 2Н2О вимагає 4 електрона; при одноэлектронном відновлення на ролі проміжних продуктів виникають супероксид, пероксид водню і гидроксидный радикал. Ці продукти дуже реакционноспособны, та його присутність може становити загрозу для цілісності живих систем. Насправді ВІН — найбільш мутагенний продукт іонізуючої радіації - є надзвичайно потужний окислювач, котрі можуть атакувати все органічні сполуки. Одноэлектронное відновлення кисню ініціює ланцюг реакцій, які ведуть до освіті ОН:

О2 + е (О2[pic] (1).

О2[pic] + Н[pic] (НО2 (2).

О2[pic]+ НО2 + Н[pic] (Н2О2+О2 (3) [14,1996].

Супероксид-анион, утворюваний у реакції (1), може протонироваться до гидропероксидного радикала (2). Реакція (3) є спонтанну дисмутацию, що зумовлює освіті Н2О2+О2. Сукупність цих реакцій дає підстави припускати, будь-яка система, що виробляє О2[pic], буде також невдовзі утримувати Н2О2.

Ксантиноксидаза, альдегидоксидаза і чималі флавопротеиды утворюють О2[pic] і Н2О2, що є і при мимовільному окислюванні гемоглобіну, ферредоксинов, відновлених цитохромом b5 гидрохинонов, тетрагидроптеридинов і адреналіну. Загроза клітин, що виникає через реакционноспособности О2[pic]и Н2О2, усувається дією ферментів, ефективно знешкоджувальних ці соединения. 14,1996].

Ферментативна антиоксидантна защита.

Супероксиддисмутази катализируют реакцию.

О2[pic] + О2[pic]+ 2Н[pic](Н2О2 + О2 Ці ферменти знайдено під всіх дихаючих клітинах, соціальній та різних факультативно анаеробних бактерії. Супероксиддисмутази — металлоферменты. Їх каталітичний цикл включає відновлення та окислювання іона металу, наприклад Cu, Mn чи Fe, на активному центре.

Каталазная активність спостерігається майже переважають у всіх тварин клітках і органах. Печінка, еритроцити нирки — багаті джерела каталаз. Ця активність також можна знайти переважають у всіх рослинних матеріалах немає жодного в більшості мікроорганізмів, крім облигатных анаэробов. У кожній оказії каталаза, мабуть, запобігає акумуляцію шкідливого Н2О2, утвореного при аэробном окислюванні відновлених флавопротеидов і з О2[pic]. Одна молекула каталази може розкласти 44 000 молекули Н2О2 в секунду. Фактично фермент майже вимагає енергії активації, і швидкість реакції повністю визначається дифузією. Каталаза реагує з Н2О2 із заснуванням щодо стабільного фермент-субстратного комплекса.

Хоча пероксидази зустрічаються щодо рідко в тварин тканинах, в печінці та нирках виявлено слабка пероксидазная активність. Лейкоцити містять вердопероксидазу, яка відповідальна за пероксидазную активність гною. Клітини фагоцитів містять миелопероксидазу, яка окисляє іони галогенів, наприклад I[pic], до вільного галогена — ефективного бактерицидного агента.

Каталазную і пероксидазную реакції можна записати наступним образом:

АЛЕ ВІН О.

+ [pic] 2Н2О +.

АЛЕ ВІН О.

АЛЕ ВІН О.

+ R[pic] 2Н2О + R.

АЛЕ ВІН Про [5,2000].

Неферментативная антиоксидантна защита.

Аскорбінова кислота (вітамін С).

Вітамін З легко окислюється до дегидроаскорбиновой кислоти, яка нестабільна в лужної середовищі, у якій відбувається гідроліз лактонного кільця із заснуванням дикетогулоновой кислоты.

Аскорбінова кислота необхідна щодо різноманітних біологічних окисних процесів. Вітамін активує окислювання n-оксифенилпировиноградной кислоти гомогенатами печінки. У присутності кисню розчини, містять ферро-ионы і аскорбат, катализируют гидроксилирование низки сполук. Вітамін є антиоксидантом, бере участь у метаболізмі фенілаланіну, тирозина, пептидних гормонів, в синтезі жирів і білків, необхідний освіти колагену, сприяє збереженню цілісності сполучної і остеоидной тканин, має антиканцерогенным дією, запобігаючи освіту канцерогенних нитрозаминов, бере участь у розподілі і накопиченні железа. 17,1995].

Вітамін Е.

Вітамін було виділено з олії зародків пшеничних зерен в 1936 року і отримав назву токоферол. Сім токоферолов, похідних вихідного сполуки токола, знайдено у природних джерелах; у тому числі найбільше поширення та найбільшу біологічну активність має (-токоферол. Токоферолы позначаються грецькими літерами: альфа, бета, гама і дельта. 18,1989].

Вітамін захищає клітинні структури від руйнації вільними радикалами, бере участь у біосинтезі гема, перешкоджає тромбоутворення, бере участь у синтезі гормонів, підтримує імунітет, має антиканцерогенным ефектом, забезпечує нормальне функціонування мышц.

Малюнок 6. Механізм дії витамина. 8,2000].

Тканини тварин із недостатністю вітаміну Є, особливо серцева і кісткові м’язи, швидше споживають кисень, ніж тканини нормальних тварин. (-Токоферол нелегко піддається обратимому окислювання. Збільшене споживання кисню м’язами при недостатності вітаміну пов’язані, очевидно, з пероксидным окисленням ненасичених жирних кислот. За інших тканинах, наприклад, у печінки, усе веде спричиняє порушення структури мітохондрій та зниження дихання. Є дані про те, що пероксидное окислювання ненасичених жирних кислот в эндоплазматическом ретикулуме м’язових клітин призводить до визволенню лизосомальных гидролаз, в результаті розвивається м’язова дистрофія. Усі прояви недостатності вітаміну є вторинні явища, зумовлені відсутністю гальмування пероксидного окислення поліненасичених жирних кислот.

Класичним проявом недостатності вітаміну Є у лабораторних тварин є безплідність. У самців найбільш раннім піднаглядним ознакою недостатності є нерухомість сперматозоїдів. Спостерігається також низку інших змін: дегенерація епітелію ниркових канальцев, депигментация передніх зубів. Іншим проявом недостатності вітаміну Є є гемоліз еритроцитів in vitro у присутності пероксидов чи похідних аллоксана. У пацюків із тривалою недостатністю вітаміну розвивається м’язова дистрофія з ознаками прогресуючого паралічу задніх кінцівок, знижується зміст креатину в м’язах, виникає креатинурия і кілька знижується экскреция креатинина. Можуть також розвиватися явища недостатності вітаміну, А внаслідок окислительной деструкції останнього через відсутність у раціоні вітаміну, який володіє антиоксидантными властивостями. Проявами гіпервітамінозу є нудота, запаморочення і тахикардия. 6,2000].

Вітамін Р.

Вітамін Р (рутин, цитрин) був виділений у 1936 року А. Сент-Дьёрдьи з шкірки лимона. Під терміном «вітамін Р» об'єднується група речовин зі схожою біологічну активність: катехины, халконы, флавины та інших. Усі вони мають Р-витаминной активністю й у основі їхньої структури лежить дифенилпропановый вуглецевий «скелет» хромона чи флавона (під назвою «биофлавоноиды»).

Біофлавоноїди стабілізують основне речовина сполучної тканини шляхом ингибирования гиалуронидазы, що даними про позитивний вплив Р-витаминных препаратів, як і аскорбінової кислоти, на профілактику і лікування цинги, ревматизму, опіків та інших. Ці дані свідчить про тісну функціональну зв’язок вітамінів З іР в окислительновідбудовних процесів организма.

При недостатності биофлавоноидов чи відсутність в їжі підвищується проникність кровоносних судин, супроводжується кровоизлияниями і кровотечами, відзначається також спільну слабкість, швидка втомлюваність і біль у конечностях.

Основними джерелами вітаміну є рослинні продуктів харчування (зокрема, овочі й фрукти), які містять багато вітаміну З. Вітамінна промисловість випускає ряд препаратів з Р-витаминной активністю: чайні катехины, рутин, гесперидин, нарингин і другие. 18,1989].

Заключение

.

Проблема, освітлена у цій роботі, нині є дуже важливим розділом в біохімії, де, попри досягнуті успіхи, залишається багато запитань і пробелов.

Знання питань біоорганічної хімії є за потрібне і важливим в практиці кожного лікаря, оскільки активний розвиток фармакології й поява безлічі нових препаратів дозволяє, знаючи біохімію процесів, що відбуваються в організмі, впливати ними і починає лікувати багато захворювання на клітинному рівні, стимулюючи енергетичні процеси лише на рівні митохондрий.

Будь-яка раптова смерть пов’язані з гіпоксією, що супроводжується накопиченням в організмі великої кількості молочної кислоти з допомогою придушення функції човникових механізмів, як наслідок — виникає ацидоз. При гіпоксії необмежено утворюються вільні радикали і інтенсивно протікає перикисное окислювання ліпідів з наступним необоротним ушкодженням клітин. Вивчення порушень механізмів біологічного окислення та способів корекції є важливим під час лікування патологій сердечносудинної і дихальної систем, вікових патологіях, запаленнях. Особливо важливого значення мають ці знання на реанімації, при наркозах, оскільки рівень молочної кислоти значно зростає під час операцій під наркозом, наприклад кетамином чи этраном, під впливом наркотичних речовин відбувається роз'єднання процесів окислення і фосфорилювання. Ось так важливо мати у розпорядженні найбільш повні знання і набутий інформативні дані, оцінка яких може забезпечити максимальні можливості прогнозу течії заболевания.

1. Альбертс Б., Голи Д., Льюїс Дж., Рэфф М., Робертс До., Вотсон Дж.

Молекулярна біологія клітини: У 3-х т., 2-е вид., пер. и доп. Т.1.

Пер. з анг. — М.: Світ, 1994 — 517 з., ил.

2. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Біохімія лікарям. Екатеринбург:

Видавничо-поліграфічне підприємство «Уральський робочий». ;

1994 — 384 с.

3. Виноградов А. Д. Мітохондріальна АТФ-синтезирующая машина: п’ятнадцять років спустя.//Биохимия. — 1999 — Т.64. Вып.11 — с.1443;

4. Галкін М.А., Сыроешкин А. В. Кінетичний механізм реакції синтеза.

АТФ, катализируемый мітохондріальній F0-F1-АТФазой.//Биохимия. -.

1999 — Т.64.Вып 10 — с.1393−1403.

5. Гринстейн Б., Гринстейн А. Наочна біохімія. — М.: «Медицина».

2000 — с.68−69, 84−85.

6. Зайчику А. Ш., Чурилов Л. П. Основи загальної патології. Частина 2. Основи патохимии. — СПб. — 2000 — 384 с.

7. Козинец Г.І. Фізіологічні системи людини. — М.: «Триада-Х».

— 2000 — с.156−164.

8. Коровіна Н.А., Захарова І.Н., Заплатников О. Л. Профілактика дефіциту вітамінів і мікроелементів в дітей віком (довідкове посібник для лікарів). — Москва, 2000.

9. Ленинджер А. Основи біохімії. — М.: Світ — 1991 — 384 с.

10. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл У. Біохімія людини: В2- x т. Т.1.Пер з анг.: — М.: Світ — 1993 — 384 с.

11. Миколаїв А.Я. Біологічна хімія. Учеб. для мед. спец. Вузів -.

М.: Вищу школу. — 1989 — 495с.

12. Рябов Г. А. Гіпоксія критичних станів. — М.: Медицина. — 1992.

— 288 с.

13. Самарцев В. М. Масні кислоти як разобщители окисного фосфорилювання.// Біохімія. — 2000 — Т.65.Вып.9 — с.1173−1189.

14. Скулачев В. П. Кисень на живу клітині: добро і зло.// Соросівський освітній журнал. — 1996 — № 3 — с.4−10.

15. Скулачев В. П. Еволюція біологічних механізмів запасания енергії.// Соросівський освітній журнал. — 1997 — № 5 — с.11;

16. Скулачев В. П. Стратегії еволюції і кисень.// Природа. — 1998 ;

№ 12 — с.11−20.

17. Тутельян В. А., Алексєєва І.А. Вітаміни антиоксидантного низки: забезпеченість населення і ще значення профілактики хронічні захворювання.// Клінічна фармакологія і терапія. — 1995 — № 4.

(1) — с.90−95.

18. Шилов П.І., Яковлєв Т.ЗВ. Основи клінічної витаминологии. — Л.:

Медицина — 1989 — 343 с.