Биологическое окисление. Окислительное фосфорилирование

1.

Лекция: Биологическое
окисление. Окислительное
фосфорилирование.

2. ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ

3. Биологическое окисление

- Это
совокупность
окислительновосстановительных реакций,
сопровождающихся передачей
протонов и электронов.

4. ОСНОВНАЯ РОЛЬ:

Обеспечить
организм
энергией в доступной для
использования форме
(АТФ).

5. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

6.

7.

8.

9. Тканевое дыхание

Вдыхаемый
О2
используется для синтеза
Н2О за счет Н2
окисляемых S:
SH2 + ½ O2 ==> S + H2O

10.

11.

12.

Переносчики электронов и
протонов образуют цепь
переноса электронов (ЦПЭ)
или дыхательную цепь
(ДЦ).

13. ЦПЭ и МИТОХОНДРИИ

Все
ферменты ЦПЭ связаны с
МХ.
1 гепатоцит содержит около
1000 МХ.

14.

15. ФЕРМЕНТЫ НАРУЖНОЙ МЕМБРАНЫ

Моноаминооксидаза
Система
удлинения цепи
жирных кислот
Фосфолипаза А

16. ФЕРМЕНТЫ ВНУТР.МЕМБРАНЫ

НАДН-дегидрогеназа
Сукцинатдегидрогеназа
Цитохромы
в,с1, с, а, а3
Н+-АТФ-синтаза
АДФ-АТФ-транслоказа

17. ФЕРМЕНТЫ МАТРИКСА

Ферменты
ЦТК (кроме
сукцинатдегидрогеназы)
Ферменты бета-окисления
ЖК
Глутаматдегидрогеназа

18. ЦПЭ

* НАД-зависимых ДЕГИДРОГЕНАЗ,
ФАД-зависимых ДЕГИДРОГЕНАЗ,
УБИХИНОНА,
ЦИТОХРОМОВ.
Последовательность
расположения определяется
их редокс-потенциалами.

19.

20. Комплексы цепи переноса электронов

ЦПЭ
состоит из
комплексов, каждый из них
осуществляет
определенную стадию ЦПЭ.

21.

22.

23. Комплексы

Обозначают комплексы I, II, III и IV.
I - НАДН-дегидрогеназа
II - Сукцинатдегидрогеназа
III - Убихинол-цитохром средуктаза
IV - Цитохромоксидаза

24.

25.

26.

Комплексы ДЦ построены из белков и
окислительно-восстановительных
коферментов ( ФМН и ФАД, в
комплексах I и II), железо-серные центры
(в I, II и III) и группы гема (в II, III и IV).

27.

28.

Электроны поступают в ДЦ
различными путями.
При окислении НАДН + Н+
комплекс I переносит электроны
через ФМН и Fe/S-центры на
убихинон.

29.

Образующиеся при окислении
сукцината, ацил-КоА электроны
переносятся на убихинон комплексом II
через ФАДН2.
При этом окисленная форма кофермента
Q восстанавливается в QH2.

30.

31. Строение убихинона (коэнзима Q)

O
CH3O
OH
CH3
CH3O
CH3
CH3
CH3O
(CH2–CH=C–CH2)10H
O
Хиноидная форма
CH3
CH3O
(CH2–CH=C–CH2)10H
OH
Гидрохинонная форма

32. Восстановленный коэнзим Q

переносит электроны в
комплекс III, который
поставляет на цитохром
с. Последний переносит
электроны к комплексу IV,
цитохромоксидазе.
QH2

33. Комплекс I

Комплекс
I катализирует
окисление NADH
переносчиком электронов —
убихиноном (коферментом Q).

34.

35. НАД

+
НАД

36. НАДН.Н

+
НАДН.Н

37. Убихинон

существует в окисленной и
восстановленной формах CoQ и CoQH2:

38. Восстановленный коэнзим Q

переносит электроны в
комплекс III, который
поставляет на цитохром
с. Последний переносит
электроны к комплексу IV,
цитохромоксидазе.
QH2

39. Комплекс II

• Суммарный процесс, катализ. комплексом I
NADH
+
H
+
CoQ
NAD
+
CoQH2
• Комплекс II катализирует окисление
сукцината в фумарат по реакции:
OOC–CH2–CH2–COO
Cукцинат
+
OOC
CoQ
H
C C
H
Фумарат
COO
+
CoQH2

40.

41. ФАД

42.

43. Комплекс III

Комплекс III катализирует окисление
QН2 цитохромом с.
Уравнение реакции:
CoQH2
2e
+
2Fec(III)
2Fec(II)
+
2H
+
CoQ

44.

45.

46.

47. Комплекс IV

Комплекс IV - цитохромоксидаза,
катализирует перенос электронов
от цитохрома с непосредственно
на кислород по реакции:
2e
2Fec(II)
+
1/2O2
+
2H
2Fec(III)
+
H2O

48.

При восстановлении О2
образуется сильный
основной анион О2-,
который связывает два
протона и переходит в
воду.

49.

50. Дыхательная цепь

51.

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ
ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

52.

53.

54. Окислительное фосфорилирование

55.

56. Окислительное фосфорилирование

Синтез
АТФ из АДФ и Н3РО4 за
счет энергии окисления
веществ, связанный с
переносом электронов по
ЦПЭ наз. ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ
ФОСФОРИЛИРОВАНИЕМ.

57.

58.

59.

Поток электронов сопряжен с
образованием комплексами I,
III и IV протонного градиента.

60.

Большая часть
выделяющейся энергии
используется для создания
градиента протонов и,
наконец, для образования АТФ
с помощью АТФ-синтазы.

61. АТФсинтаза

Главная функция фермента
заключается в
фосфорилировании AДФ
ортофосфатом с
образованием АТФ.

62. Механизм сопряжения фосфорилирования

Объясняет
хемиосмотическая гипотеза
Митчелла.

63.

64. Гипотеза Митчелла

Реакции,
сопровождающиеся
образованием протонов,
протекают на вн. МХ мембране
таким образом, что протоны
переносятся с внутренней
стороны мембраны на
внешнюю.

65.

66.

67.

Энергия
переноса электронов
и протонов вдоль ДЦ
сосредотачивается в виде
протонного потенциала или
электрохимического градиента
Н+.

68.

Диффузия
протонов
обратно через мембрану
сопряжена с
фосфорилированием,
которое осуществляет
АТФсинтаза.

69. Дыхательная цепь

70. ЦПЭ, ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ

71.

Трансмембранная
разность
электрических потенциалов
(протонный потенциал).
Трансмембранная разность
концентраций ионов Н+

72.

Н+- АТФ-синтаза состоит из:
протонного канала (F0) и
каталитической субъединицы
(F1), образованной тремя α- и
тремя β-субъединицами, между
которыми расположены γ-, δ- и εсубъединицы.

73. АТФ-синтаза

74. АТФ-синтаза

75.

76. Коэффициент Р/О

При окислении каждой молекулы
НАДН образуется 3 молекулы АТФ
(по одной в комплексе I, III и IV), а
при окислении одной молекулы
ФАДН2 — 2 молекулы АТФ (в
комплексе III и IV).

77.

78.

79.

80. Точки сопряжения

81.

82.

83.

84.

Механизм регуляции образования и
потребления АТФ наз. дыхательным
контролем.
Скорость О.Ф. зависит от
содержания АДФ.

85.

Разобщающие агенты
Вещества, которые функционально
разделяют между собой окисление и
фосфорилирование, наз.
разобщающими агентами.
Они содействуют переносу протонов
из ММП в матрикс без участия
АТФсинтазы.

86.

87. Разобщение

в результате
- механического повреждения
внутренней мембраны;
- действия протонофоров –
(2,4-динитрофенол, тироксин).

88.

89.

90. Динитрофенол как разобщитель

91. Гипертермия

Если создание протонного
градиента подавлено, процессы
окисления субстрата и переноса
электронов протекают
значительно быстрее, однако
вместо синтеза АТФ выделяется
тепло (гипертермия).

92.

93.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!