29. Этапы унификации энергетических субстратов в процессах катаболизма.

ЦТК начинается с подготовительного этапа – окислительное декарбоксилирование ПВК до ацетил –КоА. ПВК является одним из рех конечных продуктов гидролиза при гликолизе – анаэробного процесса распада глюкозы. Ацетил – КоА – при окислении аминокислот и жирных кислот, т.е. не только углеводов. Таким образом, в качестве энергетического субстрата могут выступать все основные запасные вещества – углеводы, белки, жиры.

Наиболее важный процесс деградации жирных кислот – β – окисление, которое происходит в митохондриях. При этом жирные кислоты активируются в цитоплазме и присоединяются к ацетил – КоА, а затем с помощью транспортной системы попадают в митохондриальный матрикс, где разрушаются в β – окислении до ацетил –КоА, который в свою очередь полностью окисляется до СО2 в ЦТК.

Таким образом, β – окисление тесно связано с ЦТК и дыхательной цепью. Так при каждом цикле такого окисления образуется 1 молекула ФАДН2 и 1 молекула НАДН2. В дыхательной цепи ФАДН2 через КоА дает 2 молекулы АТФ, а НАДН2 – 3 молекулы АТФ. А весь цикл дает 5 молекул АТФ.

При β – окислении пальмитиновой кислоты происходит 7 циклов; в итоге 35 молекул АТФ.

8 молекул ацетил – КоА. Сгорая в ЦТК, каждая дает 12 молекул АТФ; в итоге 96 молекул АТФ.

Таким образом, при полном окислении: 35+96=131 молекула АТФ, но на активирование пальмитиновой кислоты ушла 1 молекула, поэтому 130 молекул АТФ.

130 АТФ*35,4= 4602 кДж\моль*Е

При сгорании пальмитиновой кислоты образуется 9797 кДж энергии.

η=4602/9797 * 100%=47%

47 % энергии идет на синтез АТФ, остальная часть энергии рассеивается в виде теплоты

30.Энергетическая сущность окислительного фосфорилирования. Коэффициент Р/О.

Окислительное фосфорилирование осуществляет в живых клетках синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты за счет энергии окисления молекул органических веществ (субстратов). В результате о.ф. в клетка накапливается АТФ – макроэргическое соединение, расходуемое затем на обеспечение энергией различных процессов жизнедеятельности. Основные субстраты о.ф. – органические кислоты, образующиеся в цикле трикарбоновых кислот.

Энергия, образующаяся при прохождении потока электронов по дыхательной цепи, используется для сопряженного фосфорилирования АДФ. Соотношение окисления и фосфорилирования определяется коэфф Р/О – количество моль фосфорилированного АДФ на ½ моль кислорода. Коэфф Р/О зависит от точки вхождения восстановительных эквивалентов в цепь транспорта электронов. Для НАДН₂ и субстратов (малат), которые окисляются НАДН-дегидрогеназами. Р/О=3. Для ФАДН_{2 ,} когда происходит превращение сукцината в фумарат в ЦТК

Р/О=2. Т.е. и от НАДН₂ И ФАДН₂ проходят через 3 или 2 участка сопряжения, соответственно. Т.е при переносе 1 пары от НАДН₂ НА О₂ образуется 3 АТФ, а от ФАДН₂ -2 АТФ. Чтобы найти максимальное значение Р/О необходимо разделить количество , перенесенных из матрикса в межмембранное пространство митохондрий при восстановлении 1 атома О₂ НА 3.(синтез 1 молекулы внутри митохондр. АТФ сопряжён с возвращением в матрикс 2-х Н⁺, а антипорт АТФ вн/ нар-1 Н⁺).

Цепь транспорта электронов функционирует как протонная (Н⁺)-помпа, осуществляя перенос протонов из матрикса ч/з внутреннюю мембрану в межмембранное пространство. Перенос протонов приводит к возникновению разности концентрации Н⁺ с двух сторон митохондриальной мембраны: более высокая концентрация будет снаружи и более низкая – внутри.

Электрохим потенциал способен заставлять протоны двигаться в обратном направлении, но мембрана непроницаема для них кроме отдельных участков, называемых протонными каналами. Обратный перенос протонов в матрикс является экзоорганическим процессом, высвобождающаяся при этом энергия используется на фосфорилирование АДФ. Этот процесс катализирует Н⁺-АТФ-синтетаза. Дыхательная цепь является частью процесса окислительного фосфорилирования.

31. Современное представление о строении и переносе электронов в дыхательной цепи митохондрий.

Последовательность расположения компонентов дыхательной цепи определяется величиной их RedOx-потенциала и способностью переносить только электроны (e) либо одновременно и электроны, и протоны (p). Электроны переносятся от элементов с более низкими стандартными потенциалами (т.е. от более активных восстановителей) к элементам с более высокими стандартными потенциалами.

I комплекс – НАДН2:CoQ-оксидоредуктаза (ФМН-зависимая, с FeS-центрами). Принимает на стороне митохондриального матрикса 2 Н (2 e + 2 p) от НАДН2, имеющего самый низкий стандартный потенциал (Е0= - 0,32 В), окисляя его до НАД, высвобождает 2 p в межмембранное пространство МТХ, а 2 e передает дальше по e-транспортной цепи – на III комплекс.

II комплекс – сукцинат-дегидрогеназа (ФАД-зависимая, с FeS-центрами), принимает 2 e и 2 p от ФАДН2 с Е0= - 0,15 В (окисляя его до ФАД) на стороне митохондриального матрикса и передает их напрямую на CoQ III комплекса, минуя I комплекс.

III комплекс – CoQН2:cyt c-оксидоредуктаза (с FeS-центром; включает в себя убихинон, FeS-белок и цитохромы b, c1, c), принимает e от комплексов I и II и передает на IV комплекс e-транспортной цепи, а также высвобождает в межмембранное пространство 2 p, полученных от II комплекса либо захваченных из митохондриального матрикса сопряжено с переносом пары e от I комплекса.

IV комплекс – цитохромоксидаза (комплекс цитохромов a, a3), переносит e с cyt c III комплекса на конечный акцептор – О2, восстанавливая его до Н2О с Е0= + 0,82 В в митохондриальном матриксе.

НАДН2-дегидрогеназа и CoQ – способны переносить как e, так и р. Поэтому являются 2 точками сопряженной перекачки р. Механизм третьей точки сопряжения не ясен. В итоге переносятся по цепи 2 e и с одной стороны внутренней митохондриальной мембраны на другую – 6 р. В случае, когда донор e – ФАДН2, только 4 р, т.к. минуется первая точка сопряжения.

32. Современные представления о механизме сопряжения окисления и фосфорилирования в биосистемах.

В начале исследования этого механизма выдвигаемые гипотезы формировались в две группы: химическую и конформационную.

Сторонники химической гипотезы, к которым относилось подавляющее число исследователей, отталкивались от прецедента субстратного фосфорилирования, которое реализуется на предварительных стадиях гликолиза. Это обычная ферментативная реакция между водорастворимыми субстратами.

Конформационная гипотеза опиралась на представление о том, что процесс окисления НАДН может привести к формированию локальных напряжений внутренней мембраны митохондрий, запасающих часть энергии, выделяемой в процессе окисления. Затем, возвращаясь к исходному состоянию, мембрана подобно расправляющейся пружине может передать свободную энергию участникам реакции фосфорилирования. Такие изменения структуры митохондриальной мембраны могли бы быть опосредованы, например, каким-либо мембранно-связанным белком.

Затем появилась альтернативная гипотеза, получившая название хемиосмотической. В 1961 году английский биохимик П. Митчел высказал предположение, что для сопряжения окисления НАДН₂ с синтезом АТФ из АДФ и Ф необходима целостность внутренней мембраны митохондрий, т. е. она должна чётко отделять внутреннее пространство митохондрии («матрикс») от цитоплазмы клетки. Это была качественно новая идея. То, что многие ферменты в клетке нормально функционируют только в тесном контакте с мембраной или даже встроены внутрь мембраны, было известно, но топология мембранной системы никогда не считалась важной для протекания биохимических реакций.