- •Тема: Биологическое окисление: этапы, цикл Кребса, пути использования кислорода в тканях.
- •Современные представления о биологическом окислении
- •Этапы унифицирования энергии пищевых веществ и образования субстратов тканевого дыхания
- •Цикл Кребса
- •Реакции цтк
- •Энергетический баланс одного оборота цтк
- •Оксидазный путь использования кислорода в клетке
- •Хемиосмотическая теория Митчелла
- •Современные представления о механизме окислительного фосфорилирования
- •Механизм окислительного фосфорилирования
- •Процесс окисления
- •Процесс фосфорилирования
- •Сопряжения и разобщения окислительного фосфорилирования
- •Коэффициент окислительного фосфорилирования
- •Транспорт веществ через мембрану митохондрий
- •Теплопродукция
- •Дыхательный контроль
- •Лекция № 6 Тема: Биологическое окисление. Механизмы оксигеназного и свободно - радикального окисления веществ. Аоз клетки.
- •Оксигеназный путь использования кислорода
- •Монооксигеназные реакции
- •1. Микросомальные монооксигеназные системы
- •2. Митохондриальные монооксигеназные системы
- •Диоксигеназные реакции
- •Пероксидазный и радикальный пути использования кислорода
- •Образование активных форм кислорода
- •Свойства активных форм кислорода
- •Использование активных форм кислорода в организме
- •Повреждающее действие активных форм кислорода в организме
- •Антиоксидантная система
- •1. Ферментативная антиоксидантная система
- •2. Неферментативная антиоксидантная система
2. Митохондриальные монооксигеназные системы
Митохондриальные монооксигеназные системы локализованы на внутренней поверхности внутренней мембране митохондрий и катализируют высокоспецифичные реакции.
Компонентами этих систем могут быть: НАДН2-зависимые ФАД-содержащее редуктазы, Fe2S2-белки (адренодоксин), цитохромы Р450, b5, элонгазы и т.д.
Митохондриальные монооксигеназные системы:
в коре надпочечников, семенниках, яичниках и плаценте участвуют в синтезе стероидных гормонов из холестерина (гидроксилирование по С22 и С20 при отщеплении боковой цепи и по положениям 11β и 18);
в почках участвуют в синтезе 1,25-диоксихолекальциферола (Витамин Д3) из 25-гидроксихолекальциферола;
в печени участвуют в синтезе желчных кислот из холестерина;
Диоксигеназные реакции
Диоксигеназы это ферменты, которые включают в субстрат оба атома молекулы кислорода:
S + О2 → SО2
Таким путем окисляются циклические трудноокисляемые структуры, реакции идут с разрывом цикла. Диоксигеназные реакции протекают на цитоплазматической поверхности гладкого ЭПР.
Гомогентизатдиоксигеназа печени, содержит Fe2+, участвует в катаболизме тирозина:
L-триптофандиоксигеназа печени, содержит гем, участвует в катаболизме триптофана:
Пероксидазный и радикальный пути использования кислорода
Кислород - потенциально опасное вещество. Молекулярный О2 является бирадикалом (˙О::О˙), но он стабилен так как, 2 неспаренных е- внешней орбиты имеют параллельные спины, (подавляют радикальную активность друг друга).
Кислород в составе молекулы Н2О стабилен, потому что его внешняя электронная орбита укомплектована е- (Н:О:Н). Химические соединения, в составе которых кислород имеет промежуточную степень окисления, имеют высокую реакционную способность и называются активными формами кислорода (АФК). К активным формам кислорода относятся свободные радикалы кислорода и перекиси. Свободный радикал - свободный атом или частица с неспаренным электроном.
Образование активных форм кислорода
АФК во многих клетках образуются в основном в ферментативных и неферментативных реакциях в результате последовательного присоединения е- к кислороду:
О2 + 1е- → О∙2 супероксидный анион-радикал (˙О::О:).
О∙2 +1е- → О2-2 пероксидный анион (:О::О:), он быстро протонируется с образованием перекиси водорода О2-2 + 2Н+ → Н2О2 (Н:О::О:Н)
Н2О2 + 1е- → НО∙ + ОН- гидроксильный радикал, ОН- протонируется с образованием воды ОН- + Н+ → Н2О
ОН∙ + 1е- → Н2О (Н:О:Н)
Ферментативные реакции образования АФК
Электроны, необходимые для образования АФК могут давать ЦПЭ. Утечка е- из ЦПЭ на кислород является основным путем образования АФК в большинстве клеток:
В цепи окислительного фосфорилирования Q принимая 1 е- превращается в свободный радикал семихинон НQ∙, который при реоксигенации ишемических тканей может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O2 → Q+ О∙2 + H+;
в монооксигеназных реакциях е- с цитохрома Р450 переходит на кислород с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра.
Аэробные дегидрогеназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е- и Н+ с субстрата на кислород с образованием перекиси водорода. Примеры таких оксидаз — оксидазы аминокислот, супероксид дисмутаза, оксидазы, локализованные в пероксисомах.
Неферментативные реакции образования АФК
Электроны, необходимые для образования АФК могут давать:
1). Металлы переменной валентности. Наличие в клетках Fe2+ или ионов других переходных металлов катализирует образования АФК. Например, в эритроцитах окисление иона железа гемоглобина способствует образованию супероксидного анион-радикала.
Hb(Fe2+) + O2 → MetHb(Fe3+) + О∙2
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + HO- + HO· (реакция Фентона)
HOCl + Fe2+ → Fe3+ + Cl- + HO· (реакция Осипова)
2). Радикалы. АФК, обмениваясь электроном, легко переходят друг в друга: О∙2 + Н2О2 → О2 + НО∙ + ОН-
АФК также могут образовываться в организме неферметативно при гомолитическом разрыве связей под действием ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение вызывает например, радиолиз воды с образованием Н2; Н2О2 и свободных радикалов: Н·, НО∙, О·. Это процесс в основном происходит на поверхности тела - в коже (понятие фотостарения).