Вопрос 15.

Строение и биологическая роль АТФ.

Аденозинтрифосфат (АТФ) является нуклеотидом. В состав молекулы АТФ входят азотистое основание -аденин,углевод -рибозаи три остатка фосфорной кислоты(аденин, связанный с рибозой, называетсяаденозином).

Особенностью молекулы АТФ является то, что второй и третий остатки фосфорной кислоты присоединяются связью, богатой энергией. Такая связь называется высокоэнергетической или макроэргической и обозначается знаком~. Соединения, имеющие макроэргические связи, обозначаются термином «макроэрги» Структурная формула АТФ имеет следующий вид:

В упрощенном виде строение АТФ можно отразить схемой:

аденозин

При использовании АТФ в качестве источника энергии обычно происходит отщепление путем гидролиза последнего остатка фосфорной кислоты: АТФ + Н₂О -> АДФ + Н₃РО₄ + Q(энергия)

Главными потребителями энергии АТФ в организме являются:

· Реакции синтеза

· Мышечная деятельность

· Транспорт молекул и ионов через мембраны (например, всасывание веществ из кишечника, образование мочи в почках, формирование и передача нервного импульса и др.).Биологическая роль АТФ заключается в том, что это вещество является универсальным аккумулятором энергии, своего рода энергетической «валютой» клетки.Основным поставщиком АТФ является тканевое дыхание - завершающий этап катаболизма, протекающий в митохондриях всех клеток, кроме красных клеток крови (эритроцитов).

16. Ферменты тканевого дыхания.

Тканевое дыхание - основной способ получения АТФ, используемый всеми клетками организма (кроме эритроцитов).

Ферменты тканевого дыхания:

1. Никатинонамидные дегидрогеназы: отнимают 2 атома водорода от окисляемого субстрата временно присоединяют их к своему никатинамидадениндинуклеотиду (НАД). При этом присоединении НАД превращается в свою восстановленную форму:

АН2+НАД=А + НАД*Н2,

где А - окисляемый субстрат.

2. Флавиновые дегидрогеназы: отщепляют 2 атома водорода от НАД*Н2 и временно присоединяет их к флавинмононуклеотиду (ФМН). Является мононуклеотидом, содержащим рибофлавин (витамин В2). В результате образуется восстановленная форма кофермента - ФМН*Н2:

НАД*Н2 + ФМН = НАД + ФМН*Н2.

В некоторых случаях флавиновые дегидрогеназы отнимают атомы водорода непосредственно от окисляемого вещества. Они используют кофермент ФАД (флавинадениндинуклеотид). Отнимаемые от окисляемого вещества атомы водорода также присоединяются к флавину:

АН2 + ФАД = А + ФАД*Н2.

3. Цитохромы: участвуют только в переносе электронов. По строению похожи на одну из субъединиц гемоглобина, состоит из полипептида и гема. В состав гема входит железо с переменной валентностью, что и отличает от гема эритроцитов. Именно эта особенность железа даёт возможность переносить электроны:

Fe3+ + e = Fe2+

С помощью цитохромов b, c, a, a3 электрроны от восстановленных коферментов ФМН*Н2 или ФАД*Н2 передаются на молекулярный кислород О2, который при этом переходит в активную, анионную форму О2-.

Далее этот кислород связывается с ионами водорода, который отщепляется от ФМН*Н2 или ФАД*Н2. Это приводит к образованию воды.

Некоторые субстраты имеют более высокий редокс-потенциал, чем НАД. Поэтому они не могут окисляться никотинамидными дегидрогеназами. В этом случае отнятие атомов водорода происходит флавиновыми дегидрогеназами. В таком случае образуется только 2 молекулы АТФ.

17. Схема дыхательной цепи. Синтез АТФ в процессе тканевого дыхания.

Н а всём протяжении схемы видно передвижение электронов. оно вызвано тем, что в дыхательной цепи все участники расположены по увеличению своего окислительно-восстановительного потенциала, или редокс-потенциала. Это способность вещества принимать и удерживать электроны. Электроны переносятся от вещества с низким потенциалом к веществу с более высоким.

Движение электронов сопровождается выделением энергии. Около половины энергии аккумулируется в макроэнергетических связях АТФ. Другая часть энергии рассеивается в виде тепла.

Количество выделяемой энергии зависит от величина редокс-потенциала, поэтому синтез АТФ происходит на участках цепи с большой разностью редокс-потенциала:

• При переносе электронов с НАД*Н2 на ФМН.

• С цитохрома b на цитохром с.

• С цитохрома а на а3.

Итого при переносе двух атомов водорода на кислород синтезируется 3 молекулы АТФ.

Некоторые субстраты имеют более высокий редокс-потенциал, чем НАД. Поэтому они не могут окисляться никотинамидными дегидрогеназами. В этом случае отнятие атомов водорода происходит флавиновыми дегидрогеназами. В таком случае образуется только 2 молекулы АТФ.

В сутки в организме образуется не менее 40 кг АТФ, у спортсменов ещё больше.

Чем больше клетка использует АТФ, тем больше скорость окислительного фосфорилирования. Причина: активатором ферментов процесса тканевого дыхания является избыточный уровень АДФ (аденозиндифосфат), который выделяется при использовании АТФ.

Дыхательный ансамбль - отдельные скопления ферментов тканевого дыхания на внутренней мембране митохондрии.

18. Анаэробное окисление.

В некоторых случаях отнятие атомов водорода происходит в цитоплазме и присоединение происходит не к атомам кислорода, а к другим веществам. Наиболее часто акцептором является ПВК (пировиноградная кислота), возникающая при распаде аминокислот и углеводов.

В результате ПВК превращается в лактат (молочную кислоту). Этот процесс происходит без потребления кислорода, т.е.анаэробно. За счёт выделяющейся энергии в цитоплазем происходит синтез АТФ, который называется анаэробное фосфорилирование.

19 вопрос Микросомальное окисление

Происходит когда при окислении атомы кислорода включаются в молекулы окисляемых веществ. Такое окисление протекает в мембранах цитоплазматической сети и носит название микросомальное окисление. А когда в молекуле окисляемого субстрата включается кислород возникает гидроксилиная группа(-ОН) ,а само окисление называют гидросилированием.В нем принимает участие витамин С.

Биологическая роль микросомального окисления:

1)включение атомов кислорода в синтезируемого вещества

2)обезвреживание различных токсических соединений, поступающих в организм из вне или образующихся в процессе метаболизма. Включение кислорода в молекулу яда и снижает его токсичность, делая его более водорастворимыми и облегчая выведения из организма почками.

20 вопрос.Cвободнорадикальное окисление

Незначительная часть кислорода ,поступающего из воздуха в организм превращается в активные формы(О2-,НО2-,НО,)называют свободными радикалами или оксидантами Свободнорадикальное окисление вызывает реакцию окисления, затрагивающую белки, липиды и нуклеиновые кислоты свободнорадикальной.В процессе свободнорадикального окисления в жирных кислотах возникает группировка из двух атомов кислорода (перекись жирной кислоты)

Перекись

водорода Участок молекулы жирной кислоты

Подвергшейся СРО

 I  I

H – H – C – C–

 I  I I  I

O – O O – O

Далее в этом месте происходит расщепление жирной кислоты. Перекисное возникновение липидов(ПОЛ) –это свободнорадикальное окисление жирных кислот ,входящих в состав липидов, возникших в связи перекисной группировки .

Образование свободных радикалах кислорода в тканях организма происходит постоянно. За счет этого процесса осуществляется обновление липидного слоя биологических мембран.

Свободные радикалы выполняют также защитную функцию,окисляя различные чужеродные вещества, поступающие в организм из вне, в том числе мембранные белки и липойды патогенных микроорганизмов.

В физиологических условиях свободнорадикальное окисление протекает с низкой скоростью, так как ему противостоит защитная антиоксидантная система организма,предупреждающая накопление свободных радикалов кислорода и ограничивающая тем самым скорость СРО.Главным компонентом антиоксидантной системы является витамин Е(токоферол).

Активные формы кислорода могут возникать в процессе тканевого дыхания. Для нормального течения тканевого дыхания необходимо одновременное присоединение к молекуле кислорода четырех электронов. В этом случае образуются две молекулы воды. Иногда к молекуле кислорода присоединяется два или один электрон и возникает перекись водорода и раксид-анион кислорода, которые очень токсичны для клеток, так как являются сильными окислителями и повреждают биомембраны

Для защиты этих опасных соединений в состав антиоксидантной системы входят специальные ферменты. Под действием фермента супероксиддисмутазы супероксид-анион превращается в перекись водорода

2О2+ 2Н→Н2О2+ О2

Далее перекись водорода разрушается ферментом католазой.

21вопрос.Строение и биологическая роль глюкозы.

Важнейшим природным углеродом является глюкоза,которая может находиться как и в свободном виде (моносахарид) так и в составе олигосахаров (сахароза,лактоза и др.) и полисахоридов(клечастка ,крахмал,гликоген)

Формула глюкозы C6H12O6

Свободная глюкоза в организме человека в основном находится в крови, где ее содержание довольно постоянно и колеблется в узком диапазоне от 3,9 до 6,1 ммоль/л(70-110мг%,или 07-1,1г/л).Глюкоза в организме в первую очередь выполняет энергетическую функцию и является главным источником энергии.