визначення проводять будь-яким зручним фізико-хімічним методом: колориметричним,спектрофотометричним, флюорометричним, хроматографічним тощо).

30. Множинні форми ферментів – ізоферменти. Використання ізоферментів для диференціальної діагностики. Ізоферменти (ізозими) — множинні молекулярні форми одного й того ж ферменту. Ізоферменти каталізують одну й ту ж біохімічну реакцію, але розрізняються за своєю первинною структурою і, відповідно, фізико-хімічними (молекулярною масою, рухомістю при електрофорезі тощо) та каталітичними (різною спорідненістю ферменту із субстратом - Кm) властивостями. Різні ізоферменти одного й того ж ферменту можуть бути присутніми в різних органах і тканинах (ізоферменти лактатдегідрогенази), субклітинних структурах (мітохондріальний та цитозольний ізоферменти ізоцитратдегідрогенази).

Ізоферменти належать до більш широкого класу ізобілків — множинних молекулярних форм певного білка, що зустрічаються в різних організмах в межах одного біологічного виду і є результатами експресії різних генетичних локусів або алеломорфами — продуктами одного локусу. В разі, якщо фермент, що представлений ізоферментними формами, має олігомерну будову, його ізоферменти формують за рахунок різних комбінацій неідентичних протомерів. Прикладом такого ізоферментного сімейства можуть бути ізоферменти лактатдегідрогенази (ЛДГ-аза) — ферменту, що каталізує обернену реакцію перетворення піровиноградної кислоти в молочну:

піруват + НАДН + Н = лактат + НАД+

За своєю молекулярною будовою ЛДГ-аза є тетрамером, що побудований із протомерів двох типів: Н (“серцевого”) та М (“м’язового”). В організмі людини присутні п’ять комбінацій зазначених протомерів, які створюють різні ізоферменти ЛДГ-ази: ЛДГ1(Н4), ЛДГ2(Н3М), ЛДГ3(Н2М2), ЛДГ4(НМ3) та ЛДГ5(М4), що розподілені переважно в різних органах (міокарді, печінці, скелетних м’язах, нирках тощо). Ці ізоферменти розрізняються за своєю електрофоретичною рухомістю та їх визначення в сироватці крові хворих має діагностичне значення для виявлення пошкоджень мембранних структур, що спостерігаються при різних захворюваннях (інфаркті міокарда, гепатиті тощо).

31. Регуляція активності ферментів. Активатори, інгібітори. Види інгібування активності ферментів. Інгібітори — хімічнісполуки, щозменшуютькаталітичнуактивністьферментів. На відміну від речовин, які інактивують ферменти за рахунок їх денатурації (концентровані кислоти та луги, солі важких металів у високих концентраціях), дія інгібіторів є специфічною стосовно певних ферментів або груп ферментів, вони мають низьку концентрацію. Залежно від характеру змін, щовідбуваються в молекулі ферменту, розрізняють:

– зворотне інгібірування, що описується таким рівнянням взаємодії ферменту

E + I↔EI

– незворотнеінгібірування:

E + I→EI.

Зворотне поділяється на конкурентне та неконкурентне.

Конкурентне інгібірування.

Конкурентне інгібірування спричиняють ліганди, що за своєю хімічною структурою

близькі до субстрату і взаємодіють із тим самим активним центром на молекулі

ферменту, що і субстрат, утворюючи комплекс EI:

E + I ↔EI

Класичним прикладом конкурентного інгібітора є малонова кислота НООС–СН2–СООН, яка протидієзв’язуваннюактивним центром ферменту сукцинатдегідрогенази справжнього субстрату — янтарної кислоти (сукцинату) НООС–СН2–СН2–СООН. Конкурентне інгібірування викликають різні антиметаболіти, тобто сполуки, близькі за будовою до справжніх клітинних метаболітів: антиітаміни; речовини, близькі до амінокислот, пуринових та піримідинових основ і нуклеотидів. У зв’язку з високою біологічною активністю деякі антиметаболіти застосовують як антибактеріальні засоби (сульфаніламіди, антибіотики), проти пухлинні препарати. Конкурентне інгібірування ферменту можна перебороти за рахунок підвищення концентрації субстрату в інкубаційному середовищі. Кінетичний аналіз за Лайнуівеом-Берком свідчить, що конкурентні інгібітори збільшують константу Міхаеліса Кm ферменту і не впливають на Vmax реакції

Неконкурентне інгібірування.

Неконкурентні інгібітори не мають структурної подібності до субстрату. Вони

реагують з іншими, відмінними від активних центрів, ділянками на молекулі ферменту

і можуть зв’язуватися не тільки з вільним ферментом, а й із фермент-субстратним комплексом:

ES + I↔IES

Приєднання неконкурентного інгібітора до ферменту зменшує його активність

(максимальну швидкість реакції (Vmax), але не впливає на спорідненість ферменту

із субстратом (Кm))

Неконкурентними інгібіторами є іони важких металів (Cu2+, Hg2+, Ag+) та їхпохідні, що зворотно зв’язуються із SH-групами цистеїну в молекулах ферментів:

E–SH + Ag+ →E–S–Ag + H+

Незворотне інгібірування ферментів — процес, що відбувається внаслідок

руйнування або незворотної хімічної модифікації однієї чи декількох функціональних груп ферменту. Незворотні інгібітори мають властивості клітинних отрут. Прикладом такої модифікації молекули ферменту є дія алкілуючих агентів (зокрема, йодацетаміду), що незворотно реагують із каталітично активними SH-групами:

E–SH + ICH2–CO–NH2→E–S–CH2–CO–NH2 + HI

32. Шляхи та механізми регуляції ферментативних процесів: регуляція каталітичної активності ферментів; алостеричні ферменти, ковалентна модифікація ферментів. Існують два принципових шляхи регуляції інтенсивності, або швидкості біохімічних ферментативних реакцій:

А — через зміну каталітичної активності ферменту.

Б — через зміну кількості ферменту (або ферментів), що визначають перебіг ферментативного процесу.

А. Перший шлях регуляції передбачає наявність у ферментному пулі клітини спеціальних регуляторних ферментів, які містяться звичайно на головних, ключових ланках метаболізму. Цей шлях забезпечує термінову адаптацію ферментного апарату організму і реалізується протягом декількох секунд або хвилин - механізм “швидкого реагування”.

Існують чотири основних механізми регуляції каталітичної активності ферментів:

1. Алостерична регуляція активності ферментів.

2. Регуляція активності ферментів за рахунок їх ковалентної модифікації.

3. Активація ферментів шляхом обмеженого протеолізу.

4. Активація та гальмування активностей ферментів за допомогою особливих

регуляторних білків.

Алостеричні ферменти — це різновид регуляторних ферментів, що, крім активного центру, мають додатковий регуляторний (алостеричний) центр, з яким взаємодіють алостеричні регулятори (ефектори, модулятори). Алостеричні ефектори можуть бути як позитивними, тобто такими, що збільшують каталітичну активність ферменту (алостеричні активатори), так і негативними, тобто такими, що її гальмують (алостеричні інгібітори). За своєю молекулярною будовою алостеричні регуляторні ферменти складаються, як правило, з декількох поліпептидних ланцюгів, тобто мають четвертинну

структуру. Активний та регуляторний (алостеричний) центри локалізуються на різних білкових субодиницях — каталітичній та регуляторній, відповідно.

Ковалентна модифікація ферментів

Постсинтетична ковалентна модифікація ферментних білків є одним із поширених

механізмів контролю за перебігом метаболічних процесів. Шляхами такої модифікації є зворотне фосфорилювання - дефосфорилювання (найбільш поширений механізм регуляції), метилування, аденілування, АДФ-рибозилювання білків-ферментів.

33. Шляхи та механізми регуляції ферментативних процесів: протеолітична активація, дія регуляторних білків – ефекторів, компартментація ферментативних процесів. Протеолітична активація ферментів

Активація ферментів шляхом обмеженого протеолізу їх молекул є механізмом незворотної трансформації ферменту в каталітично активний стан. При дії цього механізму від неактивної форми ферменту-попередника (проферменту, зимогену)

відщеплюється певний пептидний ланцюг; у пептиді, що залишається після обмеженого протеолізу, відбуваються конформаційні зміни, які призводять до формування активного центру і створення каталітично активної форми білка-ферменту. Активність деяких ферментів контролюється спеціальними регуляторними білками, що можуть спричиняти активуючі або інгібіторні ефекти. Прикладами таких білків-ефекторів є:

– кальмодулін (КМ) — Са-чутливий протеїн, який є хімічним сенсором, що трансформує збільшення цитозольної концентрації Са2+ в певні біохімічні та фізіологічні реакції клітини; після зв’язування чотирьох іонів кальцію комплекс КМ–4Са2+ стає здатним до активації багатьох ферментних білків, зокрема фосфодіестерази циклічних нуклеотидів, кінази легких ланцюгів міозину тощо;

– протеїназні інгібітори, тобто ефектори, що обмежують (блокують) активність тканинних протеїназ - ферментів, які спроможні розщеплювати власні білки організму; найбільш активними інгібіторами є α2-макроглобулін та α1-антитрипсин (α1-протеїназний інгібітор), які блокують активність серинових та інших протеїназ за рахунок зв’язування з їх активними центрами;

– антигемофільний глобулін А (фактор VIII згортальної системи крові); цей білок бере участь в активації фактора Х, що запускає весь коагуляційний каскад, який призводить до формування кров’яного згустка; спадкова недостатність антигемофільного глобуліну А проявляється схильністю до кровотеч — гемофілією.

34. Шляхи та механізми регуляції ферментативних процесів: зміна кількості ферментів у клітині. Циклічні нуклеотиди в регуляції ферментативних процесів. Циклічні нуклеотиди в регуляції ферментативних процесів

Важливою та поширеною біологічною системою контролю за ферментативними реакціями, що поєднує в собі різні молекулярні механізми регуляції, є система циклічних нуклеотидів. Найбільш поширеними є цАМФ-залежні системи контролю за внутрішньоклітинними біохімічними процесами, зокрема за такими, що підлягають нейрогуморальній регуляції з боку цілісного організму, яка реалізується гормонами та нейромедіаторами. Регуляція ферментативних процесів за участю цАМФ включає декілька послідовних стадій передавання та трансформації хімічного (регуляторного) сигналу

1. Утворення циклічних нуклеотидів у реакціях, що каталізуються ферментами циклазами: аденилатциклазою та гуанілатциклазою з нуклеозидтрифосфатів АТФ та ГТФ. Розщеплення цАМФ та цГМФ до звичайних, нециклічних нуклеозидмонофосфатів каталізується фосфодіестеразою циклічних нуклеотидів. Фермент аденілатциклаза розміщений у плазматичних мембранах клітин і його активація відбувається в результаті взаємодії з рецепторами мембран певних фізіологічно активних сполук, зокрема гормонів адреналіну, глюкагону тощо.

2. Активація циклічним АМФ протеїнкіназ, функцією яких є фосфорилювання інших ферментних білків. Ці цАМФ-залежні протеїнкінази є регуляторними ферментами, що активуються цАМФ за механізмом алостеричного контролю. цАМФ-залежна протеїнкіназа є тетрамером, що складається з двох каталітичних та двох регуляторних субодиниць, як і інші ферменти з алостеричним механізмом регуляції. Взаємодія чотирьох молекул цАМФ із R-субодиницями призводить до дисоціації протеїнкіназного комплексу з вивільненням С-субодиниць,які спроможні до каталізу відповідної реакції (тобто фосфорилювання відповідних клітинних білків. Активована протеїнкіназа може фосфорилювати декілька сотень або тисяч білків-субстратів, що призводить до значного посилення первинного хімічного регуляторного сигналу — каскадна система регуляції.

35. Використання ферментів у медицині. Імобілізовані ферменти. Іммобілізовані ферменти - препарати ферментів, молекули яких брало пов'язані з матрицею, або носієм (як правило, полімером), зберігаючи при цьому повністю або частково свої каталітічні властивості. Іммобілізовані ферменти зазвичай не розчинні у воді; між двома фазами можливий обмін молекулами субстрату, продуктів каталітічної реакції, інгібіторів і активаторів. перевага іммобілізації полягає в тому, що фермент стає більш стабільним, ймовірно, за рахунок обмеження його здатності денатурувати при змінах рН, температури і розчинників. Приміром, іммобілізованих глюкозоізомераза стабільна при 65 ° С протягом року, тоді як в розчині вона денатурує при 45 ° С за кілька годин.

Іммобілізований фермент можна використовувати для безперервного (відкритого) виробництва, пропускаючи реагенти через фермент і збираючи продукт на кінцевому етапі. Використання ферментів у медицині:

Область дослідження ензімопатологіі, хоча і включає назву патології (вчення про причини та механізми розвитку хвороб), насправді є теоретичною, фундаментальною частиною медичної ензимології. Вона покликана вивчати молекулярні основи розвитку патологічного процесу, засновані на даних порушення механізмів регуляції активності або синтезу індивідуального ферменту, або групи ферментів. Ферменти виконують не тільки унікальні каталітичні функції, але і, володіючи вираженої органотропностю і високою специфічністю дії, можуть бути використані в якості самих тонких і виборчих інструментів для спрямованого впливу на патологічний процес. Як відомо, з більш ніж двох тисяч спадкових хвороб людини молекулярний механізм розвитку з'ясований тільки у двох – трьох десятків. Найчастіше розвиток хворобибезпосередньопов'язанеізспадковоюнедостатністюабоповноювідсутністю синтезу одного-єдиного ферменту в організмі хворого.

Крім спадкових захворювань, ензімопатологія успішно вирішує й проблеми патогенезу соматичних хвороб, не стільки причинних факторів, що викликають розвиток хвороби, скільки механізмів розвитку найбільш поширених хвороб людини. Зокрема, організовані великі наукові центри та Науково-дослідні інститути (Онкологічний науковий центр РАМН, Кардіологічний науковий центр РАМН, НДІ ревматології РАМН), у завдання яких входить з'ясування молекулярних основ, наприклад, злоякісного росту, артеріосклерозу або ревматоїдних артритів. Не важко уявити величезну роль ферментних систем або навіть окремих ферментів, порушення регуляції активності або синтезу яких призводить до розвитку, формування патологічного процесу.

Другий напрямок наукових досліджень в галузі медичної ензимології - Ензимодіагностика – покликане займатися розробкою ферментних тестів, заснованих на визначенні активності (рівня) ферментів і ізоферментів в біологічних рідинахо рганізму хворого (сироватка крові, шлунковий або дуоденальний сік, спинномозковарідина, сеча та ін.) Ці дослідження розвиваються в двох напрямках: по-перше, по шляху пошуку органотропності або тканетропних ферментів, специфічних для певного органу, групи органів або цілісного організму людини, по-друге, шляхом удосконалення вже описаних в літературі методів визначення активності ферментів в біосередовищах.

Діагностична ензимологія досягла величезних успіхів, допомагаючи лікарям не тільки в постановці правильного діагнозу захворювання та з'ясування ступеня тяжкості хвороби, але і у визначенні правильності обраного методу лікування. В даний час розроблені кількісні методи аналізу багатьох поширених ферментів, що виявляються в біологічних рідинах при ураженні різних органів. Для кожного з цих ферментів визначені контрольні величини (рівні) активності і межі коливання в нормі як в сироватці крові, так і в самому органі

36. Ензимопатії – уроджені (спадкові) вади метаболізму вуглеводів, амінокислот, порфіринів, пуринів. Ензимопатологія вивчає молекулярні хвороби, причина виникненняякихпов’язана з дефіцитомабоповноювідсутністюферментів (ензимопатії). На сьогоднівідомобільшніж 1000 ензимопатійрізнихвидівобміну (фенілкетонурія, альбінізм, гомоцистинурія, глікогенозитощо).Ензимопатологіявивчає стан ферментативноїактивностівнормі й патології. Встановлено, щобагатоспадковихзахворювань є наслідком дефекту якогось ферменту. Дефектнимиможуть бути ферменти, щокаталізуютьобмінвуглеводів, ліпідів, амінокислоттощо. Так, галактоземія — спадковезахворювання, щопроявляєтьсяпідвищеннямконцентраціїгалактози в крові, розвиваєтьсявнаслідокспадкового дефекту синтезу ключового ферменту — галактозофосфат-уридил- трансферази, якийкаталізуєперетвореннягалактози в глюкозу. Причиною іншоїспадковоїхвороби (фенілкетонурії), яка супроводжуєтьсярозладомпсихічноїдіяльності, є втратаклітинамиздатностісинтезувати фермент, щокаталізуєперетворенняфенілаланіну в тирозин. Зараз виявленобагато форм різнихферментопатій..

37. Ензимодіагностика патологічних процесів та захворювань. дає змогу використовувати визначення активності ферментів у біологічних рідинах людини для встановлення діагнозу. Найчастішевикористовуєтьсявизначенняактивностіферментівкрові.Ферменти кров іумовно поділяють на три групи:

1) індикаторні (клітинні, маркерні) ферменти – локалізовані в клітинах тканин, потрапляють у кров у результаті фізіологічного старіння та руйнації клітин або в результаті підвищення проникності клітинних мембран. У кровізнаходитьсядекількадесятківіндикаторнихферментів. У норміклітинніферменти в кровімаютьневеликуактивність та не виконуютьспецифічнихфункцій. При надходженні в кров вониінактивуються протеазами сироватки та тканин. Активністьцихферментівзростає при ураженніорганів, коли спостерігаєтьсяпотужнаруйнаціяклітинних мембран. Ферментицієїгрупиподіляються на неспецифічні та органоспецифічні. Неспецифічнііндикаторніферментикаталізуютьуніверсальніреакціїметаболізму та локалізовані в більшостіорганів та тканин. Органоспецифічніферментизнаходятьсялише в тих органах і тканинах, де відбуваютьсяспецифічніреакції, властивілише для клітинцього органу. Саме тому підвищенняактивностіцихферментів у кровісвідчить про органнулокалізаціюпатологічногопроцесу;

2) секреторні (плазмоспецифічні) ферменти – синтезуються в печінці, виділяються в кров, де виконують певні фізіологічні функції (ферменти системи згортання крові, фібринолізу, холінестераза, церулоплазмін, протеазиренін-ангіотензинової та калекреїнової систем тощо);

3) екскреторні ферменти – синтезуються в печінці, підшлунковій залозі, слизовій оболонці кишечника. Поява цих ферментів у крові пов’язана з природною руйнацією клітинних структур, в яких вони утворюються (лужна фосфатаза, лейцинамінопептидаза, ентерокіназа, ГГТП, трипсин, ліпаза та ін.).

Для діагностики захворювань внутрішніх органів найчастіше визначають активність таких ферментів сироватки крові, як амінотрансфераз (АСАТ та АЛАТ), лактатдегідрогенази, креатинфосфокінази (КФК, креатинкіназа), альдолази, лужної фосфатази, амілази та деяких інших, а також ізоферментів (ЛДГ, КФК, лужної фосфатази, амілази та ін.).

. Для визначення актив-ностіізоферментів, наприклад, ЛДГ та КФК, використовуютьімунологічні, хроматографічні та електрофоретичніметоди.

38. Ензимотерапія – застосування ферментів, їх активаторів та інгібіторів у медицині. проводиться переважно в тих випадках, коли в організмі не вистачаєякогось ферменту чи коферменту або як допоміжнийзасіб при деякихзахворюваннях.Так, нестачаферментів у шлунково-кишковомутракті через зниженнясекреціїтравнихсоківможе бути компенсованапризначеннямхворимпрепаратів пепсину із соляною кислотою за умов ахіліїабопрепаратів трипсину в капсулах за умов нестачіферментівпідшлунковоїзалози.

Препаратицитохрому с застосовують для лікуванняхворих, отруєнихокисомвуглецю і деякимиіншимисполуками, щопорушуютьпроцеситканинногодихання. Різніпротеолітичніпрепаративикористовують для первинноїобробкинекротичних ран, опіків, гангренознихуражень з метою розщепленнябілківзагиблихклітин. Цесприяєочищенню ран і зменшеннюзапальнихявищ. Нуклеазизастосовують для лікуваннядеякихвіруснихзахворювань. Наприклад, для лікуваннявірусногокон'юнктивітувикористовуютьочнікраплі, щомістятьДНКазу: фермент руйнує ДНК вірусу і цимвиліковуєзахворювання.

Широко застосовуютьсяпротеолітичніферменти в лікуванні й попередженнітромбозів, тобтозакупореньсудинзгусткамикрові. Фер-мент аспарагіназувикористовують для лікуваннядеяких форм лейкозів. Вонополягає в тому, щоамінокислотааспарагін у лейкознихклітинах не синтезується і вони їходержуютьізплазмикрові. Тому введенняхворимаспарагіназипризводить до руйнування в кровіаспарагіну, пригнічення синтезу білків у лейкознихклітинах, щовикликаєїхзагибель. Із метою знешкодженнязбудниківзапальнихпроцесівпід час лікування ран як зовнішнійзасібвикористовуютьглюкозооксидазу.

Крімферментів, у лікувальнійпрактицізастосовуютьтакож ко- ферменти. Наприклад, тіамінпірофосфат (кокарбоксилазу) вводятьхворим на серцевізахворювання, нервовірозладитощо. Хворим на серцевізахворювання, м'язовідистрофії, променеву хворобу призначають АТФ, НАД та інші.

Широко застосовують у лікувальнійсправіінгібіториферментів. Так, для пригніченняактивностіпротеолітичнихферментів у підшлунковійзалозі за умов гострого панкреатиту використовуютьінгібітор протеаз — трасилол. Природніінгібітори протеаз застосовуютьтакож у лікуванніалергічнихзахворювань, гострихартритів, при якихспостерігаєтьсяактиваціяпротеолізу і фібринолізу, щосупроводжуєтьсяутвореннямвазоактивнихкінінів. Використовуються й інгібіториамінооксидаз, які, інгібуючимоноамінооксидази, сприяютьзбереженнюпотрібноїкількостімоноамінів

39. Загальні закономірності обміну речовин: катаболічні, анаболічні та амфіболічні шляхи метаболізму. Анаплеротичні реакції. Стадії катаболізму біомолекул в організмі. Метаболізм (обмінречовин) - сукупністьбіохімічнихперетворень в організмі, якізабезпечуютьнеобхіднимиречовинами та енергією, щонеобхідні для йогожиттєдіяльності. метаболізмпередбачаєтакіпослідовністадії:

1) надходженнябілків, ліпідів, вуглеводів, неорганічнихречовин з продуктами харчування;

2) перетравлюванняорганічнихречовиндобільшпростих та їхусмоктування в ШКТ;

3) транспорт сполуккров'ювід ШКТ до клітинорпіпічму;

4) біохімічніперетворення в клітинахрізнихорганів та систем, у тому числі з утвореннямкніциніЧпродуктів;

5) екскреціякінцевихпродуктіIIобміну(сечовини, сечовоїкислоти, кон'юпп ІII гощо).

Протенайчастішепідцимпоняттямрозуміютьпроміжнийобмін (внутрішньоклітинний), щовідбуваєтьсябезпосередньо в клітинах, тобтосукупністьусіххімічнихперетвореньклітинорганізму. Так, наприклад, виділяютьметаболізмбілків, метаболізмвуглеводів, метаболізмнуклеотидівтощо.Метаболічний шлях -послідовністьбіохімічнихперетворень, пов'язанихзіспецифічнимперетво-реннямсполук у не обхід-ніпродукти.

Метаболіти - проміжніпродуктиметаболічного шляху. Головніметаболічні шляхи - біохімічніперетворення, щопов'язані з розпадом та синтезом найбільшважливихсполук і є загальнимидля більшостіживихорганізмів.Специфічніметаболічні шляхи - біохімічніперетворенняокремихіндивідуальнихсполук, які є специфічними для певного виду обміну.Доголовнихметаболічнихшляхів, наприклад, належать синтез ДНК, РНК, білків, цикл Кребсу, синтез жирних кислот, тощо. До специфічнихметаболічнихшляхівпотрібновіднестиметаболізмглюкуроновоїкислоти, сорбітолу, карнозину, анзеринувметаболізмівиділяють:

Анаболізмсукупністьбіохімічнихпроцесів синтезу складнихбіомолекул з більшпростих.

Катаболізмсукупністьбіохімічнихпроцесіврозщепленняскладних молекул добільшпростих, у тому числі до кінцевихпродуктівобміну.

Відповідновсіметаболічні шляхи в організміподіляютьна:

1) анаболічні — біохімічніперетвореним, якіспрямовані на синтез білків, ліпідів, вуглеводівтощо.

2) катаболічні - біохімічніперетворення, якіміститьреакціїрозщепленнясполук (гідроліз, окисленняПерша стадія

Перша стадіяКатаболізмбіомолекул починається з того, що відбувається розщеплення більш складних молекул до простих їхскладовихбілків до амінокислот

Вуглеводів(полісахаридів) до моносахаридів,

Ліпідів до гліцеролу та жирних кислот.

Реакції цієї стадії відбуваються в цитозолі клітин і не супроводжуються виділенням енергії

Друга стадіяДалі структурні компоненти біополімерів, що утворилися на першій стадії (амінокислоти, моносахариди, жирні кислоти, гліцерил), поступово розщеплюються до спільного ключового метаболіту для всіх видів обміну - ацетил-КоА (активна форма оцтової кислоти).

Реакції другої стадії до утворення піровиноградної кислоти (ІІВК, або піруват) відбуваються в цитозолі, переворенняпірувату в ацетил-КоА - у мітохондріях.

До процесів катаболізму цієї стадії належать: для моносахаридів (основним є глюкоза) - це реакції гліколізу до пірувату і далі до ацетил-КоА; - для амінокислот - це реакції дезамінування, які для деякихз них супроводжуються утворенням пірувату, а потімацетил-КоА; для інших - одразу утворюється ацетил-КоА;

- для жирних кислот - реакції (3-окиснення, кінцевимпродуктом яких є ацетил-КоА;

- для гліцеролу - реакції розщеплення з утворенням піруватуйацетил-КоА. __ АДФ + Ф ►АТФ

.Друга стадія супроводжується виділенням енергії, кіль¬кість якої значно поступається кількості енергії третьої стадії.

Третя стадіяНа цій стадії відбувається окиснення ацетил-КоА до кінцевих продуктів Н20 та С02, що супроводжується генерацією значної кількості енергії (70-80% енергії).

Третя стадія відбувається в мітохондріях і складається з таких процесів, як ЦЛК (цикл лимонної кислоти) та функ¬ціонуванняелектронтранспортногомітохондріального ланцюга (дихальний ланцюг мітохондрій), робота якого пов'язана з окисним фосфорилюванням - основним процесом синтезу АТФ у клітинах.

Перша та друга стадії належать до специфічних шляхів катаболізму розпад паливних молекул до ацети-КоА відбувається власними шляхами, які для білків, вуглеводів та піиідіи не збігаються, тобто є специфічними. Третя стадія - ми пін,ні шляхи катаболізму, оскільки відбувається подальший І н мі під п це і и їм юі о залишку, - загального проміжного метабо- ііі і\ до міщених продуктів. Тобто загальні шляхи катаболізму цс І № ІК їй окисне фосфорилкжаиия. ЦЛК - це циклічний процес, 8 реакцій якого локалізовані у мітохондріях еукаріот. Практично всіферментизнаходяться в матриксімітохондрій у вільномустані, лише один зв'язаний з внутрішньою мембраною, тобтовбудований у біліпідний шар - цесукцинатдегідрогеназа. У прокаріотреакції ІДЛК відбува¬ються у цитозолі.ЦЛК - цециклічнийпроцес, 8 реакційякоголокалізовані у мітохондріяхеукаріот. Практично всіферментизнаходяться в матриксімітохондрій у вільномустані, лише один зв'язаний з внутрішньою мембраною, тобтовбудований у біліпідний шар - цесукцинатдегідрогеназа. У прокаріотреакції ІДЛК відбува¬ються у цитозолі.

Амфіболізм - процескатаболізму, проміжні

метаболітиякогоможуть бути використанідлясинтезу (для анаболізму) іншихсполукАмфіболічні шляхи надаютьметаболізмупевноїгнучкості, щодозволяєздійснюватибільшточнурегуляціюпроцесів.Для підсиленняметаболічнихшляхів, щонеобхідно, наприклад, для утвореннябільшоїкількостіенергії, в клітинахіснуютьанаплеротичніреакції (поповнювальні). Послідовністьтаких реакційпродукуєметаболіт, якийпотімможенадходити в певнийметаболічнийпроцес, робота якого стане більшефективною, тобтопроцес буде підсилений

40. Загальна характеристика циклу лимонної кислоти: внутрішньоклітинна локалізація, біологічна роль, схема функціонування. це циклічний процес, 8 реакцій якого локалізовані у мітохондріях еукаріот. Практично всіферментизнаходяться в матриксімітохондрій у вільномустані, лише один зв'язаний з внутрішньою мембраною, тобтовбудований у біліпідний шар - цесукцинатдегідрогеназа. Упрокаріотреакції ІДЛК відбуваються у цитозолі.Біологічна роль процесуЦикл Кребса є основою метаболізму, тому що виконує функції, життєво необхідні для організму. На важливістьцьогопроцесувказує той факт, що не існуєспадковихзахворювань, причиною яких є дефіцитферментів ІДЛК. Будь-якіпроблемивроботіцього циклу не сумісні з життям.

Цикл виконує такі функції:

1) інтегративну - ІДЛК поєднує шляхи метаболічних перетворень ліпідів, вуглеводів, білків: вказані паливні молекули можуть розщеплюватися до інтермедіатів циклу і синтезуватися з них;

2) енергетичну - в ЦЛК є одна реакція субстратного фосфорилювання, в якійутворюється 1 молекула ГТФ; потім ГТФ бере участь в утворенні 1 молекули АТФ (тобтоенерге¬тичний баланс самого циклу, без подальшихперетвореньвідновнихеквівалентів, становить 1 АТФ);

3) воденъгенеруючу - цикл є головним генератором Н+ для робота дихальноголанцюга, тому що в ЦЛК відбуваєтьсявідновлення НАД+ до НАДНН+ та ФАД до ФАДН2; далі НАДН Н+ та ФАДН2 окиснюються Вдихальномуланцюзі, робо¬таякого приводить до синтезу АТФ (тому сумарнийенергетич¬ний баланс одного циклу більшеніж 1 АТФ і становить 12 мо¬лекул АТФ - розрахунок буде наведений нижче);

4) амфіболічну - інтермедіатицьогокатаболічногопроцесуможуть бути використанідля синтезу іншихсполук. Виведенняпроміжнихметаболітів з циклу повинно бути пов'язане з високоюкатаболічноюактивністю ЦЛК для продукції АТФ. Прикладивикористанняпроміжнихметаболітів ЦЛК для синтезу інших сполук

41. Ферментативні реакції ЦЛК. Анаплеротичні та амфіболічні реакції циклу трикарбонових кислот.

1.Утворення лимонної кислоти (цитрату) за рахунок конденсації ацетил-КоА з шавлевооцтовою кислотою (оксалоацетатом). Реакція каталізується ферментом цитратсинтазою. Вона є регуляторним ферментом

1. Перетворення цитрату на ізоцитрат. Реакція каталізується

ферментом аконітазою і складається з двох етапів:

2.1. Дегідратація лимонної кислоти з утворенням цис-аконітату

2.2. Приєднання до цис-аконітату молекули води.з

утворенням ізоцитрату

3. Дегідрування та декарбоксилювання ізоцитрату. Реакція каталізується НАД-

залежною ізоцитратдегідрогеназою і призводить до утворення а-кетоглутарату.

4. Окислювальне декарбоксилювання а-кетоглутарату з утворенням сукциніл-КоА — стадія, що каталізується

мультиензимним а-кетоглутарат- дегідрогеназним комплексом. Кінцевий продукт — високоенергетичний тіоефір сукциніл-КоА, в макроергічному зв'язку якого акумульовано хімічну енергію окислювально-відновлювальною реакцією

5 Деацилювання сукциніл-КоА (перетворення на (сукцинат).

Реакція каталізується ферментом сукцинілтіокіназою. У результаті розщеп¬люється макроергічний зв'язок у молекулі сукциніл-КоА, та за рахунок цієї енергії утворюється нова макроергічна сполука нуклеозидтрифосфат ГТФ:

6 Окислення янтарної кислоти фумарової кислоти (фумарату^ каталізується ФАД-залежним ферментом сукцинат дегідрогеназою

7 Перетворення фумарової кислоти на малат) внаслідок приєднання до фумарату молекули води.Реакція каталізується ферментом фумаразою

8 Окислення малату до оксалоацетату

Реакція каталізується НАД-залежним ферментом —малатдегідрогеназою мітохондрій:

Амфіболічні реакції - інтермедіати цих катаболічних процесів можуть бути використані для синтезу інших сполук. Виведення проміжних метаболітів з циклу повинно бути пов'язане з високою катаболічною активністю ЦЛК для продукції АТФ. Приклади використання проміжних метаболітів ЦЛК для синтезу інших сполук:

Оксалоацетат —► Аспартат —> Аспарагін

Синтез глюкози Синтез білків

а-Кетоглутарат —> Глутамат —> Глутамін

Синтез білка, нуклеотидів

Сукциніл-КоА ~> Синтез гему

Під час виведення інтермедіатів ЦЛК для синтетичних процесів їх концентрація не повинна суттєво знижуватися, тому що це може нашкодити процесу генерації енергії. Тому в клітині існують «запобіжні клапани», які допомагають підтримувати концентрацію проміжних метаболітів циклу на необхідному рівні - це анаплеротичні реакції:.

- піруваткарбоксилазна реакція, яка каталізує утворення оксалоацетату з пірувату

- аспартат-амінотрансферазна реакція, яка каталізує утворення оксалоацетату з аспартату;

- глутаматдегідрогеназна реакція, яка каталізує утворення а-кетоглутарату з глутамату;

- утворення сукциніл-КоА з пропіоніл-КоА

- утворення фумарату при катаболізмі ароматичних амінокислот (Фен, Тир);

- у-амінобутиратний шунт - процес, який відбувається в мозку і пов'язаний з утворенням ГАМК та її катаболізмом до сукциніл-КоА:

42. Регуляція ЦЛК. Енергетичний баланс ЦЛК. Робота циклу Кребса спряжена з функціонуванням дихального ланцюга мітохондрій. Вивільнення енергії, яка акумульована у відновних еквівалентах НАДНН та ФАДН2, відбувається завдяки роботі дихального ланцюга. По цьому ланцюгу білків-переносників транспортуються електрони з субстратів на кисень, вивільняється енергія, якої достатньо для синтезу АТФ. Перенесення електронів супроводжується окисненням НАДН'Н та ФАДН2, але кількість АТФ, що синтезується в результаті цього, різна. За рахунок окиснення НАДНН завжди утворю¬ється З АТФ, окиснення ФАДН2 супроводжується синтезом ли¬ше 2 АТФ

В одному циклі відбувається відновлення З НАД, 1 ФАД та утворення 1 ГТФ, тому енергетичний баланс циклу з урахуванням окисного фосфорилювання має такий вигляд:

З НАДН Н = 3 * ЗАТФ = 9 АТФ

1 ФАДН2 = 2 АТФ 1 ГТФ = 1 АТФ Загальна кількість 12 АТФ

Сумарне рівняння циклу Кребса з урахуванням лише субстратів та продуктів таке:

Ацетил-КоА + 2Н20 + АДФ + Фн + ЗНАД + ФАД КоА + 2С02 + АТФ + НАДН'Н + ФАДН2.

3.4. Регуляція циклу лимонної кислоти

Активність циклу залежить від надходження окисних форм коферхментів дегідрогеназ (насамперед НАД) та швидкості використання АТФ у клітині (тобто від співвідношення АТФ/АДФ). Робота циклу цілком залежить від енергетичного статусу клітини - при зростанні потреб клітини в енергії цикл активується, при зниженні використання енергетичних субстратів відбувається інгібування цього процесу.

У ЦЛК є регуляторні ферменти, активність яких регулюється алостерично за допомогою активаторів та інгібіторів. Регуляторні ферменти циклу:

1) цитратсинтаза - це основний регуляторний фермент всього циклу; інгібітори - АТФ, жирні кислоти, цитрат, сукциніл-КоА, НАДН'Н; активність цього ферменту також залежить від концентрації субстратів - ацетил-КоА та оксалоацетату;

2) ізоцитратдегідрогеназа — відомо, що з трьох ізоферментів цього ферменту в мітохондріях зустрічається НАД-залежна ізоцитратдегідрогеназа, активність якої залежить від концентрації іонів Мп24 або активатори - Са2+, АДФ та АМФ, інгібітори — АТФ, НАДН'Н, сукциніл-КоА;

3) а-кетоглутаратдегідрогеназний комплекс - цей мультиферменгний комплекс регулюється продуктами реакції: інгібітори - НАДН'Н та сукциніл-КоА, активатор -

Са2+.

Крім того, на швидкість процесу впливає активність сукцинатдегідрогенази та малатдегідрогенази:

-сукцинатдегідрогеназа інгібується оксалоацетатом,

- активність малатдегідрогенази залежить від співвідношення НАДН Н/ НАД.

43. Екзергонічні та ендергонічні біохімічні реакції. Роль АТФ та інших макроергічних фосфатів у поєднанні з екзергонічними та ендергонічними процесами. ендергонічні відбуваються з поглинанням енергії (реакції синтезу та відновлення). Екзергонічні, супроводжуються виділенням енергії, яка акумулюється у високоенергетичних (макроер- гічних) сполуках (наприклад, АТФ, креатин-фосфат тощо); ці сполуки в подальшому використовуються для анаболічних перетворень.

Енергія може бути акумульована в різних субстратах окиснення, проте лише енергія у формі АТФ може бути використана клітинами організму. Саме тому АТФ називають «універсальним джерелом енергії».

44. Біологічне окиснення: типи реакцій (дегідрогеназні, оксидазні, оксигеназні) та їх біологічне значення. Тканинне дихання. БО – це процес окислення біосубстратів з виділенням енергії. Основними субстратами біологічного окиснення є вуглеводи та ліпіди

Окисно-відновні реакції, що відбуваються в процесі

біологічного окиснення, каталізують ферменти класу оксидоредуктаз

1. Реакції дегідрування.

У результаті цих реакцій відбувається перенесення водню з субстрату на акцептор

Ферменти, що каталізують рекції цього класу, мають назву дегідрогенази. Коферментами дегідрогеназ можуть бути НАД, НАДФ, ФАД, ФМН.

Залежно від типу акцептора водню реакції дегідрування поділяють на два підкласи:

- реакції, які каталізують анаеробні дегідрогенази. Акцептором є сполука, яка відмінна від кисню

- реакції, які каталізують оксидази

Акцептором в цих реакціях є кисень

2. Реакції з перенесенням електрона/електронів:

Такі реакції каталізують

3. Оксигеназні реакції.

Реакції цього класу каталізують ферменти оксигенази, які приєднують до субстрату окиснення один або два атоми кисню. Тому залежно від кількості атомів кисню, що приєднуються, ферменти поділяють на:

- монооксигенази -цитохром Р450

- диокисгенази

До диоксигеназних реакцій належать реакції перекисного окиснення ненасичених жирних кислот, що входять до складу ліпідів біомембран

Тканинне дихання - процес поглинання тканинами

кисню, який іде на окиснення субстратів, та виділення

С02 І Н2О з утворенням енергії

У тканинному диханні виділяють три стадії:

1) окиснення субстратів до ацетил-КоА;

2) розпад ацетильного залишку в ЩІК;

3) транспорт електронів по дихальному ланцюгу міто- хондрій та сполучення цього процесу із синтезом АТФ

45. Ферменти біологічного окиснення в мітохондріях: піридин-, флавінзалежні дегідрогенази, цитохроми.

1.Піридинзалежні дегідрогенази - дегідрогенази, які містять нікотинамідні коферменте (НАД+ або НАДФ+)

Піридинзалежні дегідрогенази - це виключно анаеробні дегідрогенази, що каталізують різноманітні реакції в нашому організмі.

НАД-залежні дегідрогенази - це ферменти окисно- відновних реакцій процесів катаболізму, таких як гліколіз, цикл Кребса, р-окиснення жирних кислот, дихальний ланцюг мітохондрій тощо.

НАДФ-залежні дегідрогенази - це ферменти процесів відновного синтезу: синтезу жирних кислот, холестеролу.

2.Флавінзалежні дегідрогенази - дегідрогенази, які містять похідні вітаміну В2 - ФАД, ФМН.Флавінзалежні дегідрогенази можуть бути як анаеробними, так і аеробними дегідрогеназами.

До анаеробних флавін залежних дегідрогеназ належать: сукцинатдегідрогеназа, НАДН- дегідрогеназа, гліцерол-3- фосфатдегідрогеназа .ацил-КоА- дегідрогеназа.

До аеробних флавін залежних дегідрогеназ належать: оксидази L- та D-амінокислот, ксантиноксидаза, глюкозоксидаза

3. Цитохроми - ферменти, що за будовою є гемопротеїнами. Ці білки містять гемінове залізо або іони міді, які здатні змінювати валентність:

Ферменти біологічного окиснення в мітохондріях:піридин-,флавінзалежнідегідрогенази,цитохроми.

1. Дегідрогенази, залежні від нікотинамідних коферментів (НАД(Ф)-залежні дегідрогенази).

Коферментами цих дегідрогеназ є нуклеотиди НАДабо НАДФ , у структурімолекул яких міститься похідне піридину — нікотинамід.

Зв’язок між НАД(або НАДФ ) та білковою частиною ферменту (апофер-

ментом) у складі піридинзалежних дегідрогеназ нестійкий: він утворюється та

руйнується в процесі каталітичного циклу, що дозволяє вважати нікотинамідні

нуклеотиди скоріше субстратами, ніж простетичними групами.

Активною структурою в молекулі НАДабо НАДФ , що акцептує віднов-

лювальні еквіваленти від субстрату, є піридинове кільце никотинаміду. У ході

ферментативної реакції субстрат відщеплює два атоми водню (2Н+ 2е ), один з

яких у формі гідрид-іону: Н(тобто Н + 2е ) приєднується до піридинового кільцяНАД(Ф)

,а другий у вигляді протону (іону Н ) надходить у реакційне середовище.

НАД-залежні дегідрогенази — ці ферменти каталізують окислювально-

відновлювальні реакції, що містяться на окислювальних шляхах метаболізму —

гліколізу, циклу лимонної кислоти, -окислення жирних кислот, окисного

дезамінування амінокислот, дихального ланцюга мітохондрій.

НАДФ-залежні дегідрогенази — ці ферменти беруть участь у процесах від-

новлювального синтезу, що відбуваються в цитозолі, зокрема постачають атоми

водню при синтезі жирних кислот та стероїдів. Головним джерелом відновленого

НАДФ є дегідрогеназні реакції пентозофосфатного шляху окислення глюкози.

2. Флавінзалежні дегідрогенази.

Дегідрогенази цього типу за хімічною природою є флавопротеїнами, просте-

тичними групами, в яких є флавінаденіндинуклеотид (ФАД) та флавінмоно-

нуклеотид (ФАД).

На відміну від піридинзалежних дегідрогеназ, у більшості флавінзалежних

ферментів коферменти (ФАД та ФМН) міцно зв’язані з білковою частиною і не

відщеплюються від неї на жодній стадії каталітичного циклу. Виключенням є ФАД-

залежна оксидаза D-амінокислот, у складі якої білок має низьку спорідненість із

коферментом.

У процесах біологічного окислення певні флавопротеїнові ферменти відігра-

ють роль як анаеробних, так і аеробних дегідрогеназ.

Флавопротеїни — анаеробні дегідрогенази:

– НАДН-дегідрогеназа — ФМН-залежний компонент внутрішньої мембрани

мітохондрій; виконує функцію колектора електронів, що забирає їх від НАДН і

передає на більш електропозитивні компоненти дихального ланцюга мітохондрій;

– сукцинатдегідрогеназа — ФАД-залежний фермент циклу трикарбонових

кислот, що окислює янтарну кислоту;

– дигідроліпоїлдегідрогеназа — ФАД-залежний фермент, що бере участь в

окислювальному декарбоксилюванні піровиноградної кислоти; -окислення

– ацил-КоА-дегідрогеназа — ФАД-залежний фермент системи

жирних кислот;

– гліцерол-3-фосфат-дегідрогеназа — ФАД-залежний фермент, що окислює

гліцерол-3-фосфат у мітохондріях.

Флавопротеїни — аеробні дегідрогенази:

– дегідрогеназа (оксидаза) L-амінокислот — ФМН-залежний фермент нирок,

специфічний до природних L-амінокислот;

– ксантиноксидаза (ксантиндегідрогеназа) — ФАД-залежний фермент, який

окислює пурини до сечової кислоти;

– глюкозоксидаза — ФАД-залежний рослинний фермент, що використовується

для кількісного визначення глюкози в біологічних рідинах.

3. Цитохроми.

Цитохроми — залізовмісні білки мітохондрій, що належать до класу гемо-

протеїнів. У цитохромах іон заліза входить до складу металопорфіринового

комплексу (гемінове залізо), близького за хімічною структурою до простетичних

груп гемоглобіну та міоглобіну.

За рахунок оберненої зміни валентності гемінового заліза цитохроми виконують

функцію транспорту електронів у ланцюгах біологічного окислення в аеробних

клітинах.

46. Молекулярна організація мітохондріального ланцюга біологічного окиснення. Компоненти дихального ланцюга, їх редокс-потенціали, молекулярні комплекси внутрішніх мембран мітохондрій. Дихальний ланцюг мітохондрій — сукупність молекулярних компонентів (ферментів та коферментів), які вбудовані в ліпідний матрикс внутрішніх міто-хондріальних мембран і здійснюють окислення біологічних субстратів та послі-довне, ступеневе транспортування відновлювальних еквівалентів на кисень з утворенням молекули води.

Компоненти дихального ланцюга мітохондрій: НАДН-дегідрогеназаокислює відновлений НАД+ (НАДН); входить до складу молекулярного комплексу внутрішніх мітохондріальних мембран НАДН-коензимQ-редуктази.Сукцинатдегідрогеназа-окислюєянтарну кислоту; входить до складу молекулярного комплексу сукцинат-коензим Q-редуктази. Коензим Q (убіхінон) — ліпідорозчиннийхінон з ізопреноїднимбічнимланцюгом, виконуєфункціюколекторавідновлювальнихеквівалентів, 

 Комплекси: 1)НАДН-коензим Q-редуктаза — ферментний,якийокислює НАДН і передаєвідновлювальніеквіваленти на коензим Q (убіхінон).

2) Сукцинат-коензимQ-редуктаза — ферментний комплекс (ФАД-залежнийфлавопротеїн), який окислює сукцинат, відновлюючи коензимQ.(комплекс ІІ)

3)КоензимQ-цитохромс-редуктаза (убіхінолдегідрогеназа)—ферментний комплекс транспортує електрони з відновленого коензимуQ (QН2) на цитохром с (комплекс ІІІ)

4)Цитохром с-оксидаза—здійснює кінцеву стадію біологічного окислення — відновлення електронами молекулярного кисню.

47. Хеміосмотична теорія окисного фосфорилювання: механізм поєднання. АТФ-синтетаза мітохондрій. Головний постулат Хеміосмотичної – спряження електронного транспорту в мітохондріях з біохімічною системою синтезу АТФ, здійснюеться за рахунок електрохімічного потенціалу протонів, що утв. під час функціонування електронотранспортного ланцюга.

ХМ передбачає :

1. Функціонування дихального ланцюга у внутрішніх мембранах мітохондрій супроводжується генерацією на цих мембранах електрохімічного градієнта протонів.

2. Окремі компоненти електор. Трансп. Ланцюга діють як протонні помпи – спричиняють векторний транспорт протонів, спрямованих у між мембранний простір.

3. Електрохімічний потенціал протонів на спрягуючих мембранах , який створюється завдяки дії протонних помп, є рушійною силою синтезу АТФ з АДФ та Фн.

4. Існує ферментна система, що використовує енергію електрохімічного протонного потенціалу для синтезу АТФ за рахунок транс локації протонів у напрямку зовнішня поверхня -> матрикс. Ця ферментна система – АТФаза складається з субодиниць F₀ і F₁.

5. Фізичні, хімічні та біологічні фактори можуть пошкоджувати цілісність спрягаючи мембран мітохондрій та розсіюють енергію електрохімічного градієнта, порушують синтез АТФ, виступають як роз’єднувачі транспорту електронів та окисного фосфорилювання.

48. Окисне фосфорилювання: коефіцієнт окисного фосфорилювання, пункти поєднання окиснення та фосфорилювання. Роль бурої жирової тканини в термогенезі. Кількість молекул неорганічного фосфату, яке перейшло у зв’язану форму (тобто у АТФ) у перерахунку на один атом кисню має назву коефіцієнт окисного фосфорилювання і позначається Р/O (коефіцієнт фосфорилювання). Коефіцієнт Р/O чисельно дорівнює кількості молекул АТФ, що синтезувалися в результаті транспорту 2 ē на один атом кисню. Тому для субстратів, що окислюються під дією НАД-залежних дегідрогеназ Р/O= 3 (наприклад, для пірувату). Для субстратів, які окислюються за допомогою ФАД-залежних дегідрогеназ, цей коефіцієнт дорівнює 2 (наприклад, для сукцинату, ацил-КоА, гліцерил-3-фосфату).Поєднання окиснення та фосфорилювання дозволяє пояснити чому окисне фосфорилювання на відміну від субстратного можливе лише в замкнутих мембранних структурах. Енергія, окрім синтезу АТФ може використовуватися клітиною для тр-ту метаболітів, руху, відновлення ферментів.В дих.ланцюгу є декілька ділянок, які називаються пунктами поєднання окиснення та фосфорилювання, зазвичай 3: НАД:убіхінон редуктаза; убіхінол: цитохром с редуктаза, цитохром с оксидаза. Кожен із пунктів спряження дихального ланцюга виділений у вигляді індивідуального ферментативного комплексу, який володіє окисно-відновлюваною активністю. Такий комплекс може функціонувати як протонний насос.

49. Регуляція тканинного дихання й окисного фосфорилювання. Дихальний контроль. Інгібітори та роз’єднувачі електронного транспорту й окисного фосфорилювання, їх біомедичне значення. Певні хімічні сполуки здатні специфічним чином порушувати електронний транспорт (інгібітори електронного транспорту) та окисне фосфорилювання (інгібітори та роз’єднувачі окисного фосфорилювання) в мітохондріях. Дані сполуки взаємодіють з певними компонентами дихального ланцюга або системами окисного фосфорилювання, порушуючи їх біохімічні функції.Інгібітори електронного транспортуСполуки цього класу порушують функціонування дихального ланцюга мітохондрій за рахунок зв’язування з окремими ферментними білками або коферментами, що беруть безпосередню участь у переносі електронів від субстратів біологічного окислення на О2. При надходженні в організм людини або тварин ці речовини діють як клітинні отрути, спричиняючи феномен тканинної гіпоксії.Ротенон — інгібітор транспорту електронів через НАДН-коензим Q-редуктазний комплекс. Ротенон застосовується як інсектицид.Амобарбітал (амітал) та близький до нього за структурою секобарбітал(секонал). Ці похідні барбітурової кислоти (барбітурати) застосовуються у фармакології як снодійні засоби. Разом з тим, барбітурати, подібно до ротенону, є активними інгібіторами клітинного дихання, блокуючи електронний транспорт на рівні НАДН-коензим Q-редуктази. Пієрицидин А — антибіотик, що також блокує НАДН-коензим Q-редуктазний комплекс за рахунок конкурентної взаємодії з убіхіноном. Антиміцин А — антибіотик, що блокує дихальний ланцюг мітохондрій на рівні переносу електронів через комплекс III (цитохром b — цитохром c1). Ціаніди (іони CN –) — потужні клітинні отрути, що є інгібіторами транспорту електронів на термінальній ділянці дихального ланцюга мітохондрій (у цитохромоксидазному комплексі). Іони CN – утворюють комплекси з ферри (Fe3+) — формою молекул гему цитохромоксидази, блокуючи їх відновлення до фермо (Fe2+) — форм. Монооксид вуглецю (CO) — інгібірує цитохромоксидазу шляхом зв’язування з ділянкою гему, що взаємодіє з молекулою кисню Інгібітори окисного фосфорилювання Інгібітори окисного фосфорилювання блокують як окислення субстратів, так і фосфорилювання АДФ у мітохондріях. Олігоміцин — антибіотик, що протидіє як фосфорилюванню АДФ до АТФ,

так і стимуляції поглинання О2, що спостерігається після додавання до мітохондрій

АДФ (феномен “дихального контролю”). Механізм дії олігоміцину полягає в інгібі-

руванні функції АТФ-синтетази.

Роз’єднувачі окисного фосфорилювання

Сполуки цього класу спричиняють “неконтрольоване” дихання мітохондрій,

яке не залежить від функціонування системи фосфорилювання АДФ. В присут-

ності роз’єднувачів спостерігається активне поглинання мітохондріями О2, незва-

жаючи на зниження швидкості (або відсутність) генерації АТФ з АДФ та Фн.

Згідно з хеміоосмотичною теорією, роз’єднувачі спричиняють втрату мембраною

протонного потенціалу — рушійної сили генерації макроергічних зв’язків АТФ.

До роз’єднувачів окисного фосфорилювання належать:

– 2,4-динітрофенол та сполуки, близькі до нього за хімічною структурою

(динітрокрезол, пентахлорфенол);

– СССР (карбонілціанід-м-хлорфенілгідразон) — сполука, що в 100 разів пере-

вищує за специфічною активністю 2,4-динітрофенол.

Здатність роз’єднувати дихання та окисне фосфорилювання в мітохондріях

мають також гормони щитовидної залози (тироксин, трийодтиронін).

50. Мікросомальне окиснення: цитохром Р-450, молекулярна організація ланцюга. Основою монооксигеназного окиснення організму є цитохром P-450 , який гідроксилює субстрати, такі як холестерол, лікарські речовини, ксенобіотики та ендогенні токсичні речовини. Окиснення за участю цитохрому P-450 має назву – мікросомальне окиснення, воно відбувається за участю електрон-транспортних ланцюгів, які містять білки переносники, що вбудовані в мембрани. Є два ланцюги:І – до складу входить два ферменти: НАДФН Н+ - цитохром P-450 редуктаза містить два коферменти ФАД та ФМН, які буруть участь у транспорті електронів з НАДФН Н+ на цитохром P-450. цитохром P-450 каталізує гідроксилювання субстратів.ІІ – містить фермент НАДН-цитохром b5 редуктазу та цитохром b5. Коферментом НАДН-цитохром b5 редуктази є ФАД, який бере участь у транспорті електронів з НАДН Н+ на цитохром b5. Наступним акцептором електронів може бути десатураза або цитохром P-450 цитохром.P-450 - гемопротеїн який може звязувати СО.

51. Активні форми кисню і механізми їх інактивації. Активные формы кислорода (АФК, реактивные формы кислорода, РФК,англ. Reactive oxygen species, ROS) — включают ионы кислорода, свободные радикалы и перекиси как неорганического, так и органического происхождения. Это, как правило, небольшие молекулы с исключительной реактивностью благодаря наличию неспаренного электрона на внешнем электронном уровне. К активным формам кислорода (АФК) относятся супероксид (O2), синглетный кислород, Н2О2 ирадикал гидроксила (ОН'). В организме человека и животных первичным АФК служит супероксид, возникающий при одноэлектронном восстановлении молекулярного кислорода. Ферменты антиоксидантного действияК ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супе-роксиддисмутазу, каталазу и глутатионпероксидазу; Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р450 и пероксисом особенно велико. Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидные анионы в пероксид водорода:

2О2 + 2H+ → H2O2 + O2

Изоферменты СОД находятся и в цитозоле и в митохондриях и являются как бы первой линией защиты, потому что супероксидный анион образуется обычно первым из активных форм кислорода при утечке электронов из дыхательной цепи.

СОД - индуцируемый фермент, т.е. синтез его увеличивается, если в клетках активируется перекисное окисление.

Пероксид водорода, который может инициировать образование самой активной формы ОН•, разрушается ферментом каталазой:

2Н2О2 → 2 Н2О + О2.