Биологическое окисление

Это совокупность окислительных процессов протекающих в живых организмах.

Оно выполняет ряд важных функций:

1. Энергетическая – сменные процессы снабжают биологические процессы энергией.

2. Биосинтетическая – путем окислительных реакций могут синтезироваться новые вещества необходимые для организма.

3. Обезвреживающая (детоксикационная) заключается в том, что путем окислительных реакций многие вещества лишаются своей токсичности.

По современным представлениям процесс окисления сводится к потере электрона. Вещество теряющее электрон – донор, вещество присоединяющее электрон – акцептор. Все живые организмы в зависимости от того, что является конечным акцептором делятся на аэробные и анаэробные. У аэробов конечным акцептором электронов служит кислород. У анаэробных организмов электрон присоединяется не на кислород, а на какое-то другое вещество, акцептор.

История. Теории:

1. Теория активации кислорода, она предполагает какой-то механизм активации кислорода, так как кислород в организме является окислителем.

2. П

   

   ерекисная теория Баха 1847. Согласно ей в организме есть вещества, которые взаимодействуя с молекулярным кислородом образуют перекисные вещества, в которых кислород становится более активным.

В последствии эта перекись окисляет субстрат. В результате окисленное вещество восстанавливается и к нему присоединяется кислород. Эта теория носит частный характер.

3. Теория дегидрирования Палладина. Согласно ей вещества окисляются не путем присоединения кислорода, а путем потери атомов водорода.

По теории Палладина допускалось участие в окислительных процессах кислорода воды. Теория Палладина универсальна и она легла в основу современного представления о биологическом окислении.

Процессы биологического окисления могут протекать в разных отсеках клетки. Принято выделять 2 вида окисления: внутримитохондриальное и внемитохондриальное.

Внутримитохондриальное протекает на внутренней мембране митохондрий, оно выполняет энергетическую функцию.

Внемитохондриальное протекает в цитозоле, ЭПС, пероксисомах и на внешней мембране митохондрий. Оно в основном участвует в биосинтетических и детоксикационных процессах.

В обоих окислениях участвует большое количество ферментов, коферментов, переносчики электронов. К ферментам участвующим в биологическом окислении относятся: дегидрогеназы, оксигеназы, пероксидазы.

Дегидрогеназы

Двух видов. В зависимости от небелковой части делят на никотинзависимые и флавиновые.

Никотинзависимые – сложные белки состоящие из белковой и небелковой части. Небелковая часть представлена 2 нуклеотидами НАД, НАДФ. Белковая часть определяет специфичность фермента, имеет молекулярную массу =70 тыс. В активном центре присутствуют SH группы. Кофермент представлен динуклеотидами.

НАД – никотинамид аденин динуклеотид

НАДФ – никотинамид аденин динуклеотид фосфат.

Состав НАД включает два нуклеотида:

1. аденин – рибоза – Н₃ РО₄

2. Никотинамид – рибоза - Н₃ РО₄

Состав НАДФ:

1. рибоза (Н₃ РО₄) - Н₃ РО₄

НАД и НАДФ определяют третичную структуру дегидрогеназ, придают активность белковой части и участвуют в переносе кислорода. Могут встречаться дегидрогеназы активные только в присутствии НАД: лактатдегидрогеназа, малатдегидрогеназа. Есть ферменты где коферментом является только НАДФ: глюкоза-6-фосфат ДГ, 6-фосфоглюконат ДГ.

Общий вид реакции катализирующие НАД (НАДФДГ):

Субстрат Н₂ + кофермент (НАД,НАДФ)→ субстрат + НАДН₂ (водород отрывается от субстрата, а кофермент восстанавливается).

НАД и НАДФ отщепляются от белковой части легко. В этой реакции из НАДФ непосредственным акцептором протонов и электронов в составе НАД или НАДФ являются частью никотинамида.

Механизм окисления

В последующем НАДН₂ используется в энергетических процессах, а НАДН используется как источник Н₂ для восстановительных синтезов (синтез ЖК).

В составе НАД и НАДФ содержится витамин РР (никотиновая кислота) – противопеллагрический .Содержится в злаках, суточная потребность до 10мг.

Биологическая роль – входит в состав НАД и НАДФ участвует в процессах биологического окисления. Авитаминоз проявляется в заболевании пеллагра (шершавая кожа), симптомы дерматит, слабоумие, расстройства функций кишечника, диарея, болезнь трех Д.

Флавопротеиды

Это сложные белки, состоящие из белка и небелковой части представленной ФМН (ФАД). Белковая часть имеет большую молекулярную массу=200тыс и прочно связывается с небелковой частью. Нуклеотиды: ФМН – флавин моно нуклеотид. Он состоит из флавина, рибитола, Н₃ РО_4. ФАД – флавин аденин динуклеотид

Общий вид реакции:

В качестве субстратов для флавопротеидов является янтарная кислота, активные формы жирных кислот. В этом случае Флавопротеиды являются первичными акцепторами протонов и электронов для этих веществ. Донором Н₂ для флавопротеидов является молекула НАДН₂. В этом случае Флавопротеиды являются промежуточными акцепторами протонов и электронов. В качестве акцепторов могут быть убихинон, или непосредственно кислород. Переносчиком протонов и электронов в составе флавопротеидов служит флавил.

В составе ФМН и ФАД содержится витамин В₂ (рибофлавин) – витамин роста. Он включает флавин и рибитол. Распространен в оболочке злаков, дрожжах. Суточная потребность 1-2мг. Биологическая роль – входит в состав ФМН и ФАД, участвует в биологическом окислении.

Авитаминоз – дерматит, катаракта, анемия, поражение сердечной мышцы.