28. Напишите реакции образования перекиси водорода в процессе биологического окисления. Каковы механизмы его обезвреживания?
Чтобы предотвратить повреждающее действие в клетке существуют специальные антиоксидантные (АО) системы.
Антиоксиданты (АО). 1. Водорастворимые. 2. Жирорастворимые. 1. Водорастворимые АО (ферменты): 1) утилизирующие супероксидный радикал – супероксиддисмутаза (СОД) (в клетках), церулоплазмин (в сыворотке крови). Эти ферменты содержат ионы меди. супероксиддисмутаза (СОД): O2 -. + O2 -. + 2 Н+ → О2 + Н2О2 Церулоплазмин O2 -. + O2 -. + 4 Н+ → О2 + 2 Н2О 2) утилизирующие перекись водорода – каталаза, пероксидаза, глутатионпероксидаза, аскорбатпероксидаза.
Каталаза (гемопротеин) находится в основном в пероксисомах, где образуется наибольшее количество пероксида водорода. Каталаза обезвреживает пероксид водорода до воды и молекулярного кислорода.
2. Пероксидаза (гемопротеин) защищает Гем гемоглобина от окисления в эритроцитах при участии восстановленного кофермента R-H2 (глутатиона, аскорбата и др.):
3. Глутатионпероксидаза (ГПО) содержит 4 молекулы Se и является важнейшим ферментом, обезвреживающим активные формы кислорода, т.к. ГПО разрушает не только пероксид водорода, но и гидропероксиды липидов. ГПО восстанавливает пероксиды с помощью восстановленного глутатиона Г-SH (γ-глу-цис-гли): 2Н2О2 + 2Г-SH → H2O + Г-S-S-Г Регенерация глутатиона идёт с участием НАДФН2, катализирует ее фермент глутатионредуктаза. Г-S-S-Г + НАДФН2 → 2Г-SH + НАДФ
29. Какой процесс называется окислительным фосфорилированием? Каковы гипотезы, объясняющие механизм этого процесса?
Окислительным фосфорилированием называют синтез АТФ путем фосфорилирования АДФ за счет энергии трансмембранного электрохим потенциала, возникающего при освобождении энергии электронами окисленного субстрата в процессе миграции этих электронов по дыхательной цепи к вдыхаемому кислороду. То есть окисл фосфорилирование – это синтез АТФ, связанный с переносом электронов по дыхательной цепи, это синтез АТФ за счет энергии окисления субстрата. Происходит в аэробных условиях.
1) гипотеза химического сопряжения (Е. Слейтер, 1953 г.): перенос электронов вызывает серию химических реакций, в ходе которых образуется некий высокоэнергетический продукт. Расщепление этого продукта сопровождается высвобождением энергии, достаточной для синтеза молекулы АТР;
2) гипотеза конформационного сопряжения (П. Бойер, 1964 г.): транспорт электронов вызывает конформационные изменения в белковых компонентах в мембране, что связано с переходом их в высокоэнергетическую форму. Эти изменения передаются АТР-синтазе, которая активируется и катализирует синтез АТР;
3) хемиосмотическая гипотеза (предложена Питером Митчеллом в 1961 г.): перенос электронов сопровождается выводом протонов в межмембранное пространство митохондрий. Так на внутренней мембране создается электрохимический градиент, который и запускает работу АТР-синтазы. Иными словами, синтез АТР осуществляется за счет осмотической энергии протонного градиента.
Из всех рассмотренных гипотез наиболее состоятельной и подтвержденной многими экспериментальными данными является гипотеза Митчелла. Она, в частности, объясняет необходимость целостности мембраны для синтеза АТР.
30.Какое количество молекул АТФ синтезируется в полной и укороченной цепях переноса электронов? Дайте схемы этих путей. ??
Цепь переноса электронов (дыхательная цепь) – это сложная система переносчиков, при участии которой происходит процесс последовательного переноса электронов от NADH и FADH2 на O2.
Главная дыхательная цепь - это три мультиферментных комплекса, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрии. Обозначаются они латинскими цифрами – I, III и IV.
СОКРАЩЕННАЯ (УКОРОЧЕННАЯ) ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ
Известны два субстрата. Главным из них является сукцинат (янтарная кислота).
31. Механизмы образования и обезвреживания в клетках перекиси водорода.
Супероксид может образовываться:
1. При спонтанном окислении гемоглобина. В норме гемоглобин обратимо связывает кислород в оксигемоглобин, однако оксигемоглобин превращается в метгемоглобин (Fе3+) и супероксид О2ˉ.
32. Микросомальное окисление, его биологическая роль. Ферменты микросомального окисления.
Микросомальное окисление не связано с синтезом АТФ. Механизм данного типа окисления субстрата кислородом предусматривает такое взаимодействие субстрата (S) с молекулярным кислородом, при котором один атом кислорода включается в окисляемый субстрат, другой – в молекулу воды. За счёт включения кислорода в молекуле окисляемого субстрата возникает гидроксильная группа (-ОН), поэтому данный вид окисления называется гидроксилированием.
SН + О2 + А∙Н2 → S-ОН + Н2О + А
где SН – окисляемый субстрат; А∙Н2 – донор водорода (аскорбиновая кислота или НАДФ∙Н2).
Биологическая роль микросомального окисления:
1. Синтез различных веществ. Растворимые ферменты с участием аскорбиновой кислоты в качестве донора водорода осуществляют синтез адреналина и норадреналина в хромаффинной ткани; пигмента меланина из тирозина в коже, радужке и сетчатке глаза; основного белка соединительной ткани – коллагена. Ферменты микросом участвуют в образовании ненасыщенных жирных кислот; желчных кислот и стероидных гормонов надпочечников из холестерина, лейкотриенов из арахидоновой кислоты.
2. Обезвреживание различных токсических веществ в печени. Особенно это относится к чужеродным веществам не природного происхождения, называемым ксенобиотиками. При микросомальном окислении токсические вещества становятся водорастворимыми, в результате они не накапливаются в клетке, а легко выводятся с мочой. Известно свыше 7000 наименований соединений, окисляющихся микросомальной системой печени. Одна из главных особенностей цитохрома Р450 – это способность его белка изменять свою конформацию в ответ на появление в организме того или иного ксенобиотика, обеспечивая тем самым эффективное взаимодействие с ним. За счёт такой приспособляемости цитохром Р450 является универсальным ферментом детоксикации, способным взаимодействовать почти с любыми соединениями. Единственной требование к окисляемому субстрату – он должен быть неполярным, поскольку цитохром Р450 находится в липидном слое мембран.
Ферменты, участвующие в оксигеназном окислении, называются гидроксилазами, либо оксигеназами. Эти ферменты содержат в активном центре ионы металлов с переменной валентностью (Fe, Cu). Гидроксилазы могут существовать в растворимом виде в клеточном соке, или в виде специальных групп окислительных ферментов, расположенных в мембранах цитоплазматической сети печёночных клеток, митохондрий клеток коры надпочечников и т.д. При растирании ткани фрагменты цитоплазматической сети самопроизвольно замыкаются в пузырьковидные структуры, называемые микросомами, поэтому данный тип окисления называют микросомальным. Группа окислительных ферментов микросом представляет собой циклическую цепь транспорта электронов и протонов, источником которых служит преимущественно НАДФ∙Н2. Главным компонентом этой системы является цитохром Р450 с катионом железа (Fe3+ ↔ Fe2+) в активном центре, где начинается окисление субстратов. Название цитохрома связано с тем, что его восстановленная форма связывает оксид углерода СО и приобретает характерное поглощение света при 450 нм.
При взаимодействии цитохрома Р450 с субстратом и кислородом происходит их активация и окисление не только субстрата, но и НАДФ∙Н2. Благодаря этому цитохром Р450 отдаёт молекуле кислорода четыре электрона. В результате один из атомов кислорода внедряется по связи С-Н молекулы окисляемого субстрата, а другой – восстанавливается с образованием воды.