Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Все лк биомембраны.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
03.02.2025
Размер:
32.36 Mб
Скачать

МИТХТ

Строение фермента Н+-АТФ-синтазы

 

 

 

 

 

Н+-АТФ-синтазы эукариот и бактерий – сложные F1 · F0 мембранные комплексы, имеющие сходную структурную организацию.

М = 450 000 – 500 000 Д.

F1 – водорастворимая каталитическая часть комплекса F1 · F0

F1 состоит из 9 субъединиц 5 типов: 3α, 3β, γ, δ и ε.

Размеры F1 - 8 нм × 10 нм, длина γ - 9 нм.

Субъединицы γ и ε подвижны.

F0 мембранная часть, комплекса F1 · F0 содержит протонный канал

F0 состоит из субъединиц 3 типов: а, b, с

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

МИТХТ Структура Н+- АТФ-синтазы

В 1997г. Джеймс Уокер и Поль Бойер получили Нобелевскую премию за установление структуры АТФ-синтазы и биохимические

механизмы образования АТФ из АДФ и неорганического фосфора.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

МИТХТ

Н+-АТФ-синтаза – молекулярный мотор

Каталитическая активность фермента связана с вращением “ротора” (γ и ε) относительно неподвижного “статора”.

Считается, что поворот субъединицы γ вызывает одновременное изменение конформации всех 3-х каталитических субъединиц β и

обеспечивает работу фермента.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

МИТХТ

КПД работы Н+-АТФ-азы ~ 100 %

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

МИТХТ

Активный транспорт, сопряженный с поглощением

 

 

 

 

света и бактериородопсин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бактериородопсин - основной белок бактерии

Halobacterium halobium. Его функция - активный транспорт протонов через бактериальную цитоплазматическую мембрану при поглощении кванта света.

В.П.Скулачевым была предложена следующая схема работы бактериородопсина:

1.Поглощение фотона транс-ретиналем родопсина вызывает его изомеризацию в β-цис-ретиналь. Шиффово основание перемещается из области протонирования в область депротонироваания;

2.Шиффово основание освобождает протон, который транспортируется по Н+ - проводящему пути к периплазматической

поверхности мембраны;

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

Активируйте PRO версию, чтобы3убрать. Депротонированныйводяной знак. остаток β-цис-ретиналя переходит в исходное положение , протонируется и изомеризуется в транс-ретиналь;

ЗАНЯТИЕ 15

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Межклеточная сигнализация

Химическая межклеточная сигнализация

Электрическая передача сигнала

Внутриклеточная сигнализация

Типы мембранных рецепторов

G- белки, вторичные мессенджеры, протеинкиназы

ц- АМФ – опосредованный путь передачи сигнала

ц- ГМФ – в процессе зрительного восприятия

Фосфатидилинозит-4,5-дифосфатный путь передачи сигнала

Роль ионов Са2+

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Межклеточная химическая сигнализация

Три способа межклеточной химической сигнализации

Клетки поддерживают связь друг с другом для:

-организации клеток в ткани;

-контроля роста и деления;

-координации разнообразных активностей.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Три стратегии химической сигнализации: использование гормонов, локальных химических медиаторов и нейромедиаторов

Гормоны – разносятся кровью и влияют на клетки, находящиеся в различных частях организма (белки - инсулин, производные аминокислот - адреналин, тироксин, стероиды – кортизол, эстрадиол, тестостерон); Локальные химические медиаторы – воздействуют на клетки ближайшего

окружения (1мм) (белки – фактор роста нервов, производные жирных кислот –

простагландины) ;

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

НейромедиаторыАктивируйте PRO версию, чтобы убратьводянойдействуютзнак. на очень малые расстояния (нм) (аминокислоты и их производные – глицин, ацетилхолин, пептиды – энкефалин) .

Межклеточная сигнализация

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Механизм действия гидрофильных и гидрофобных сигнальных молекул

Гидрофильные молекулы не способны проходить через плазматическую мембрану, поэтому они связываются с рецепторами на поверхности клеткимишени.

Гидрофобные молекулы переносят специальные белки переносчики. Далее гидрофобные молекулы могут продиффундировать через плазматическую мембрану и связаться с рецепторами внутри

Этотклеткидокумент был. отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Схема действия гидрофильных гормонов

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Схема действия гидрофобных гормонов

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Электрическая система передачи информации

Служит для передачи нервного раздражения

Осуществляется нервными клетками – нейронами

Нейроны двух видов:

сенсорные (передают импульсы, возникающие на рецепторных мембранах под влиянием внешних раздражителей к высшим центрам нервной системы)

двигательные (передают импульсы от высших центров нервной системы к мышечным клеткам и секреторным органам)

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Строение нервной клетки

Дендриты

Концевые

 

веточки

 

аксона

Аксон (длина от долей мм до 1 м и более)

Тело нейрона

Нервная клетка

тело клетки - сома (органеллы - ядро, митохондрии, ЭПР и др.)

дендриты - ветвящиеся отростки различной длины

аксон - самый длинный из отростков (0,1мм – 1,5 м)

шванновские клетки изолируют аксон (до 100 слоев)

сегменты миелиновой оболочки (длина ~ 1 мм)

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

АктивируйтеперехватыPRO версию, чтобыРанвьеубрать водяной- открытыезнак. участки аксона (длина ~ 1 мкм)

Синаптическая передача

Окончание аксона нейрона А (пресинаптической клетки)

 

Пресинаптическая мембрана

Высвобождаемый

Синаптическая щель

нейромедиатор

 

Рецепторы

 

Постсинаптическая

 

мембрана

Дендрит нейрона Б

Этот(постсинаптическойдокумент был отредактирован с Icecreamклетки)PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Ацетилхолиновый рецептор

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Механизм передачи нервного импульса

Потенциал действия (нервный импульс)

Электрический стимул, сила которого превышает определенную пороговую величину, вызывает взрыв электрической активности, который распространяется с большой скоростью вдоль плазматической мембраны нейрона.

Эту бегущую волну возбуждения называют

потенциалом действия или нервным импульсом.

Потенциал действия передает информацию с одного конца нейрона на другой без затухания со скоростью до

100 м/с, а в некоторых случаях еще быстрее.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Механизм передачи нервного импульса

1. Потенциал покоя (ΔΨ) - суммарный ток различных ионов, пересекающих

мембрану, равен нулю.

на мембране “-”, ΔΨ = – 70 мВ.

повышение ΔΨ = –60 мВ - возбуждение аксона: открываются потенциалзависимые каналы для катионов Na+ и K+ (Na+-канал считается быстрым, а K+-канал медленным).

2.Вначале через мембрану аксона проникают в основном ионы Na+

резкое увеличение мембранного потенциала

достижение максимального значения ΔΨ

поступление Na+ из наружной среды прекращается

Na+-канал закрывается.

3.Через K+-канал во внешнюю среду вытекают ионы K+ по концентрационному градиенту (пока внутри аксона не восстанавливается ΔΨ = –70 мВ)

поступления K+ во внешнюю среду продолжается, потенциал падает до уровня меньшего, чем ΔΨ = –70 мВ, аксон становится невозбудимым

4. Градиенты концентраций катионов Na+ и K+ восстанавливает фермент Na+,K+- АТФаза, аксон вновь готов к дальнейшему проведению импульса.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Потенциал действия

Мембранный потенциал, мВ

0

Потенциал

действия

-70

Потенциал

покоя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время, мс

0

1

2

3

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Механизм передачи нервного импульса

В результате перехода внутрь аксона большого количества ионов Na+, в аксоне возникают продольные токи - ионы Na+ мигрируют в следующий соседний отсек аксона, находящийся в состоянии покоя.

Потенциал в этом отсеке повышается, при достижении его значения – 60 мВ открываются Na+-каналы, потенциал достигает максимального значения и повторяется вся приведенная выше цепь событий в аксоне.

Таким образом, по всей длине аксона распространяется волна потенциала действия. Скорость распространения - от 1 до 100 м/с.

Потенциал действия достигает конца аксона и дает сигнал для выброса в синаптическую щель нейромедиатора, который в следующей клетке возбуждает ту же цепь событий.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Изменение проницаемости мембраны аксона лежит в основе проведения нервного импульса

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Схема нервно-мышечного соединения

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Этапы передачи сигнала через биомембраны

Молекулярные основы внутриклеточной коммуникации

Внешний

Первичный мессенджер

сигнал

 

 

Активация рецептора

1. Взаимодействие сигнала с рецептором

Преобразование сигнала

2. Изменение конформации мембранных

белков-посредников (G – белки)

 

Усиление сигнала

3. Активация (синтез) вторичных

мессенджеров (Аденилатциклаза)

 

Вторичные мессенджеры

Клеточный ответ

4. Белки-эффекторы фосфорилируют

субстраты в клетке (Протеинкиназы)

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

 

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Основные типы мембранных рецепторов

Рецепторы, ассоциированные

Рецепторы – ионные каналы

с ферментативной активностью

 

Рецепторы, сопряженные с G-белками

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

G - белки мембранные белки-посредники

Идентифицировано ~ 20 различных G-белков:

Gs и Gi-белки стимулируют и ингибируют аденилатциклазу

Gq-белки активируют фосфолипазу С

G – белки сенсорных клеток (Gt (трансдуцин) фоторецепторных,

Golf обонятельных и Gg вкусовых клеток)

G-белки – гетеромеры,

состоят из субъединиц 3-х типов – α, β, γ

В отсутствии сигнала G-белок – αβγ-комплекс, α-субъединица связана с ГДФ

ГДФ/ГТФ обмен приводит к диссоциации

G-белка на α и βγ-комплекс

α –субъединица/ГТФ активирует

усилительный фермент, синтезирующий вторичный посредник

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. АктивируйтеОбратимостьPRO версию, чтобыГДФ/ГТФубрать водяной знакобмена. обеспечивает

выключение сигнала

 

 

Вторичные мессенджеры

цАМФ

Сфингозинфосфат

цГМФ

NO

1,4,5-трифосфат sn-мио- инозита (IP3)

1,2-диацил-sn-глицерин (DAG)

катионы Са

Низкомолекулярные соединения

Небольшое число молекул

Универсальные для всех клеток

Вырабатываются внутри клетки в ответ на внешний сигнал

Короткое время жизни в клетке –

 

способ выключение сигнала

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

 

 

 

Этапы передачи сигнала через биомембраны

Молекулярные основы внутриклеточной коммуникации

Внешний

Первичный мессенджер

сигнал

 

 

Активация рецептора

1. Взаимодействие сигнала с рецептором

Преобразование сигнала

2. Изменение конформации мембранных

белков-посредников (G – белки)

 

Усиление сигнала

3. Активация (синтез) вторичных

мессенджеров (Аденилатциклаза)

 

Вторичные мессенджеры

Клеточный ответ

4. Белки-эффекторы фосфорилируют

субстраты в клетке (Протеинкиназы)

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

 

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Протеинкиназы (ПК) - регуляторные белки-

ферменты

Функция ПК – фосфорилирование белков

(АТФ) по остаткам Ser, Thr, Tyr. Фосфорилирование и дефосфорилирование белков в клетке – универсальный способ регуляции активности белков.

Объекты регуляции в клетке:

Ключевые ферменты метаболизма

Структурные белки

Факторы транскрипции

Факторы трансляции

Результат регуляции - клеточный ответ:

Изменение активности ферментов и

структурных белков

Изменение активности генов и скорости Этотбиосинтезадокумент был отредактированферментовс Icecream PDFиEditorдругих. белков

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Протеинкиназы

Неактивная

протеинкиназа

R2C2

R - Регуляторная субъединица

C - Каталитическая субъединица

Активная

протеинкиназа R2, 2C

Связывание 4 цАМФ с 2 R субъединицами приводит к отделению и активации 2С субъединиц фермента

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Известные сигнальные пути в клетках

1.цАМФ-опосредованный

2.цГМФ-опосредованный

3.цГМФ- и NO-опосредованный

2+

4. ДАГ, ИТФ и Са –опосредов.

5. Другие липиды

6. Белок Ras-опосредованный

7. Без вторичного мессенджера

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

1. цАМФ-опосредованный путь передачи сигнала

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Механизмы передачи информации - цАМФ-опосредованный путь

Гормон

 

 

Аденилатциклаза

 

Рецептор

 

 

 

 

 

γ β

α

α

+

 

 

 

Регуляторный

GDP

 

 

 

 

GTP

 

 

 

G-белок

 

 

 

 

 

β

 

 

 

cAMP

 

 

 

P

 

 

 

γ

ATP

P

 

 

 

Центры связывания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для cAMP

4

cAMP

 

 

 

R R

CC

Неактивная протеинкиназа R - Регуляторная субъединица

Этот документC - Каталитическаябыл отредактирован с IcecreamсубъединицаPDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

R

R

Активная

 

 

протеинкиназа

2

C

 

 

ADP

P

ATP

 

 

 

Белок

Клеточный

эффект

цАМФ – вездесущий внутриклеточный медиатор

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Расщепление гликогена – участие цАМФ в этом процессе

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

цАМФ-опосредованный путь

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Нарушение функционирования аденилатциклазной системы передачи сигнала

Холерный токсин “выключает” ГТФ-азную активность α-субъединицы G-белка – аденилатциклазная система все время остается включенной.

Интенсивная работа К, Na – насоса приводит к обезвоживанию организма.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Вторичные мессенджеры

1,4,5-трифосфат sn-мио- инозита (IP3)

1,2-диацил-sn-глицерин (DAG)

катионы Са

Низкомолекулярные соединения

Небольшое число молекул

Универсальные для всех клеток

Вырабатываются внутри клетки

вответ на внешний сигнал

Короткое время жизни в клетке – способ выключение сигнала (форболовые эфиры – аналоги

ДАГ, не расщепляются в клетке)

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

2+

ДАГ, ИТФ и Са –опосредованный путь

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Фосфоинозитидный путь передачи сигнала внутрь клетки.

1,4,5-трифосфат sn-мио-инозита и 1,2-диацил-sn- глицерин

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Вторичные мессенджеры :

1,2-диацил-sn-глицерин (ДАГ) -

гидрофобная молекула, располагающаяся в липидном бислое активирует фермент протеинкиназу С при участии мембранного липида фосфатидилсерина и ионов Са2+.

Протеинкиназа С фосфорилирует ряд белков, изменяя их функциональную активность.

Активация протеинкиназы кратковременна, т.к. ДАГ фосфорилируется с образованием фосфатидной кислоты или гидролизуется, высвобождая арахидоновую кислоту.

1,4,5-трифосфат sn-мио-инозита (ИТФ) -

небольшая водорастворимая молекула, которая высвобождает ионы Са2+ из внутриклеточных хранилищ (саркоплазматического ретикулума).

ИТФ дезактивируется дефосфорилированием.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Роль ионов Са2+

Концентрация ионов Са2+ в цитозоле клетки в покое 10*-7 М, а в стимулированной клетке 10*-5 М.

Повышение концентрации Са2+ происходит в результате открывания :

- кальциевых каналов плазматической мембраны (деполяризация мембран, действие нейромедиаторов – глутамата ),

-внутриклеточных кальциевых депо (действие

ИТФ, вещества растительного происхождения рианодина.)

Действие Са2+ опосредовано специальными Са2+ связывающими белками – аннексином, кальмодулином и тропонином.

Тропонин - белок клеток скелетной

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйтемускулатуры,PRO версию, чтобыучаствуетубрать водяной знакв. мышечном

сокращении

Кальмодулин – внутриклеточный рецептор для ионов Са2+

Кальмодулин – полипептид (148 а.к.) присутствует во всех животных клетках. Молекула имеет форму гантели с двумя глобулярными концами, представляющими собой петли из 12 а.к., где боковые цепи аспартата и глутамата связывают ионы Са2+

Кальмодулин, связывая 4 иона Са2+, претерпевает значительные конформационные изменения и переходит в активную форму, способную взаимодействовать с многочисленными белками.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Са2+/кальмодулин зависимые протеинкиназы

Процессы передачи сигнала, осуществляющиеся с помощью фосфоинозитидного каскада

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Нарушения функционирования ДАГ, ИТФ и Са2+- системы передачи сигнала

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Использование вторичных посредников и ферментных каскадов – позволяют значительно усиливать реакцию на внеклеточный сигнал

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Резюме

1.Известны семейства поверхностных клеточных рецепторов, передающих внеклеточные сигналы различными способами: -каталитические белки-рецепторы – тирозинспецифические киназы;

-рецепторы, образующие ионные каналы при связывании с нейромедиатором, изменяющие концентрацию ионов в клетке

-рецепторы, сопряженные с G- белками, опосредованно активируют или дезактивируют ферменты.

2.Некоторые белки-рецепторы активируют или дезактивируют аденилатциклазу, изменяя концентрацию внутриклеточного посредника

цАМФ

3.Другие активируют фосфатидилинозитспецифическую фосфолипазу С,

Этотобразуядокумент был отредактировандва внутриклеточныхс Icecream PDF Editor. посредника – ИТФ и ДАГ

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

ЗАНЯТИЕ 16

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Перекисное окисление липидов

•Свободные радикалы (первичные и вторичные)

•Активные формы кислорода (образование и утилизация)

•Цепная реакция окисления липидов

•Продукты перекисного окисления липидов

•Биологические последствия перекисного окисления

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Повреждение компонентов биологических мембран и развитие патологических процессов

Повреждение липидного бислоя

приводит к нарушению регуляции внутриклеточных процессов.

От таких свойств липидной фазы мембран, как вязкость, поверхностный заряд, полярность зависит работа ферментов и рецепторов.

Повреждение белковых компонентов и цитоскелета, вызываемое многими бактериальными токсинами и др. токсическими соединениями (ионы тяжелых металлов) приводят к развитию заболеваний.

Повреждение гликокаликса приводит к

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. АктивируйтеизменениюPRO версиюиммунных, чтобы убрать водянойсвойствзнак. клеточной

поверхности.

Основные механизмы нарушения барьерных свойств липидного слоя

Перекисное окисление

липидов;

Действие мембранных

фосфолипаз;

Механическое (осмотическое)

растяжение мембраны;

Адсорбция на бислое

полиэлектролитов, включая некоторые белки и пептиды.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Sources and effects of oxidative stress on a molecular and cellular level.

Alejandro Gella* and Nuria Durany

ЭтотSpecialдокументFocus:был отредактированMolecularс Icecreamand CellularPDF Editor.Events Controlling Neuronal and Brain Function and Dysfunction

АктивируйтеOxidativePROstressверсию, чтобыin Alzheimerубрать водянойdiseaseзнак.

Cell Adhesion & Migration 3:1, 88-93; January/February/March 2009

Перекисное окисление липидов (ПОЛ)

ПОЛ – процесс, идущий с участием свободных радикалов.

Свободные радикалы молекулярные частицы, имеющие

непарный электрон на внешней орбитали и обладающие высокой реакционной способностью.

Первичные радикалы, образующиеся в организме человека

 

Название

Структура

Ферментная система,

Биологическая

 

радикала

радикала

ответственная за

роль радикала

 

 

 

 

образование

 

 

 

 

 

радикала

 

 

Супероксид

·OO-

НАДФН-оксидаза

Антимикробная

 

анион

 

 

 

защита

 

 

 

 

 

 

Нитроксид

· NO

NO-синтаза

Фактор

 

 

 

 

 

расслабления

 

 

 

 

 

сосудов

 

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

 

 

 

 

 

Дыхательная цепь

Переносчик

 

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

 

 

Убихинол

·Q

 

 

(семихинон)

 

 

митохондрий

электронов

 

 

 

 

 

 

 

Вторичные радикалы: образование, биологическое

 

 

 

H O

2

+ Fe2+ -> Fe3+ +

 

действие

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Гидроксильный радикал

 

 

HO- + HO· (реакция

 

Повреждение ДНК и

 

 

 

 

 

 

 

 

Фентона)

 

РНК, цепное

 

 

 

 

 

HOCl + Fe2+ -> Fe3+

 

 

 

HO·

 

 

 

окисление липидов

 

 

 

 

+ Cl- + HO·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(реакция Осипова)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Повреждение

 

Радикалы липидов

Цепное окисление

 

липидного бислоя и

 

 

 

липидов

 

мембранных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ферментов

 

Радикалы

Цепное окисление

 

Иногда оказывают

 

 

прооксидантное

 

антиоксидантов

 

 

липидов

 

 

 

 

 

действие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Радикалы,образующие-

Промышленные

 

Образование

 

ся при метаболизме

 

 

токсины и

 

вторичных

 

 

 

некоторые

 

 

ксенобиотиков

 

 

 

радикалов

 

 

 

лекарства

 

 

 

 

 

 

 

 

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

 

Поглощающие свет

 

Образование

 

Радикалы,образующие-

 

 

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вторичных

 

ся при действии

 

 

вещества

 

света

 

 

 

радикалов

Активные формы кислорода (АФК) –

продукты восстановления кислорода, образующиеся при окислительно - восстановительных процессах в организме.

к АФК относят:

Супероксид O2•- (супероксид анион-радикал),

Гидроксильный радикал HO· , Перекись водорода H2О2 , Алкоксильный радикал RO ·, Алкилдиоксид радикал ROO ·, Алкилгидропероксид ROOH, Гипохлорит HOCI

Монооксид азота NO

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Образование АФК

восстановлении кислорода до воды в качестве промежуточных продуктов могут возникать супероксид анион, перекись водорода и гидроксидный радикал:

10% потребляемого кислорода превращается в перекись водорода; свыше 5% восстанавливается в радикал.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Супероксид анион-радикал O2•-

Образование супероксида:

1.Клетки – фагоциты (моноциты, гранулоциты и тканевые макрофаги) выделяют супероксид в реакции, катализируемой ферментным комплексом НАДФН-оксидазой:

НАДФН + 2O2 НАДФ+ + 2 O2•-

2. Молекула кислорода может активироваться при взаимодействии с ионами железа:

Fe2+ + O2 Fe3+ + O2•-

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Гидроксил-радикал HO·

Образование гидроксил-радикала

1. При взаимодействии электрона с перекисью водорода

H2O2 + 2 е- 2 НО·

2. Реакция перекиси водорода с ионами двухвалентного железа

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO- + HO·

3. Реакция гипохлорита с ионами двухвалентного железа

Fe2+ + ClO- + H+ Fe3+ + Cl- + HO·

HO· химически активен и вызывает повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов биологических мембран,

вызывает разрыв нитей ДНК, обладая, в зависимости от

 

ситуации, мутагенным, канцерогенным или цитостатическим действием;

Этот документ был отредактированинициируетс Icecream PDFцепнуюEditor. реакцию перекисного окисления, реагируя с

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

ненасыщенными жирными кислотами, входящими в состав мембранных липидов.

Образование перекиси водорода в клетке

1.Неферментативное образование H2О2 за счет аутоокисления субстратов (гидродиоксил-радикал с ненасыщенной жирной кислотой)

НО2 · + RH H2О2 + R ·

2.Энзиматическое образование H2О2

-Оксидазы D и L – аминокислот, уратоксидаза, ксантиноксидаза, моноаминооксидаза и др.

RH2 + O2 R + H2О2

-Супероксиддисмутаза

СОД

2O2•- + 2Н + H2O2 + O2

-Процесс с участием оксидоредуктаз

НАДН + O2•- + Н+ НАД · + H2О2

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Утилизация перекиси водорода

1.Фермент каталаза использует перекись водорода для окисления различных субстратов (фенолов, этанола, метанола)

H2O2 + RH2 R + 2H2О

2H2O2 H2О + О2

2.Фермент глутатионпероксидаза

3.Фермент миелопероксидаза в клетках фагоцитах превращает перекись водорода в гипохлорит

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. H2O2 + Cl-

 

H2O + ClO-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свободнорадикальный механизм

 

 

 

 

 

 

 

 

перекисного окисления липидов – цепная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реакция окисления

 

 

 

 

 

 

 

 

Инициирование цепи

 

 

Продолжение цепи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разветвление цепи

 

 

 

Обрыв цепей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Инициирование цепи:

Гидроксил-радикал проникает в

Fe2+ + H2O2

 

 

Fe3+ + HO- + HO· толщу гидрофобного слоя и вступает

 

 

HO· + LH

 

 

H2O +

во взаимодействие с ПНЖ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кислотами

2. Продолжение цепи:

Липидный радикал вступает в реакцию

L· + O2

 

 

LOO·

с кислородом, при этом образуется

 

LOO· + LH

 

 

LOOH + L·

алкилдиоксидный радикал, который

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

атакует соседнюю молекулу липида

3. Разветвление цепи:

Fe2+ + LOOH

 

 

Fe3+ + HO- + LO·

 

LO· + LH

 

LOH + L·

 

L· + O2

LOO·

и т. д.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Образующиеся радикалы LO·, инициируют новые цепи окисления липидов

Схема иницирования и развития цепной реакции при ПОЛ

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Цепная реакция окисления

4. Обрыв цепей (спонтанный)

L· + L· LL Рекомбинация радикалов

L· + LOO· LOOL

LOO· + LOO· + H+ LOH + L=О + О2 + фотон

Последняя реакция сопровождается свечением (хемилюминисценцией). Интенсивность этой хемилюминесценции (ХЛ) очень мала,

поэтому ее иногда называют "сверхслабым свечением".

Измерение ХЛ часто используется при изучении перекисного окисления липидов в различных объектах.

Измерение ХЛ применяется для изучения образования активных Этотформдокумент былкислородаотредактирован с IcecreamклеткамиPDF Editor. крови и макрофагами.

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Цепная реакция окисления

4. Обрыв цепей

при взаимодействии с железом Fe2+

LOO· + Fe2+ + H+

 

 

LOOH + Fe3+

 

 

L· +

Fe2+ + H+

 

 

LH + Fe3+

 

 

при взаимодействии с ингибиторами

окисления (антиоксидантами)

InH

+ L·

 

 

 

 

 

 

 

 

In· + LH

 

InH

+ LOO·

 

 

 

 

 

 

In· + LOOH

 

 

 

In·

+ LOO·

 

 

 

 

не активные продукты

 

 

 

In·

+ In·

 

 

 

 

не активные продукты

 

 

 

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Продукты перекисного окисления липидов

на примере линоленовой кислоты

•Диеновые конъюгаты

•Гидроперекиси липидов

•Перекисные радикалы

•Альдегиды

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте•МалоновыйPRO версию, чтобыдиальдегидубрать водяной знак.

ПОЛобразование лизо-фосфолипидов и нарушение структуры мембраны

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Биологические последствия перекисного окисления

Наиболее важные изменения в мембранных структурах при ПО - окислительный стресс

 

Действие перекисного

Действие перекисного окисления

 

окисления на мембранные

на липидный слой мембран

 

белки

 

 

Окисление тиоловых групп

Изменение микровязкости мембран

 

мембранных белков

 

 

Повреждение белков

Изменение поверхностного заряда

 

переносчиков

мембран и липопротеинов

 

Появление проницаемости для

Уменьшение гидрофобного объема

 

ионов

молекулы липида

 

Повреждение транспортных

Увеличение полярности липидной

 

АТФ-аз

фазы

 

 

 

Увеличение проницаемости для

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

 

 

ионов водорода или ионов кальция

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

 

Регуляция перекисного окисления в клетке

Состояние ПОЛ в клетке определяется следующими факторами:

Качественным составом жирных кислот и фосфолипидов

мембран (спектр ФЛ изменяется таким образом, что при усилении ПОЛ мембраны обогащаются фракциями ФЛ более устойчивыми к окислению).

Наличием количества кислорода, его активных форм

Наличием катализаторов или прооксидантов (АФК и ионы Fe2+

участвуют в реакциях инициирования и разветвления цепей, в биологических системах содержание Fe2+ составляет 10*-5 – 10*-4 М

витамин Е, аскорбиновая кислота в присутствии ионов Fe2+ ).

Наличием антиоксидантов (ферментативных и не ферментативных).

Факторами инициации.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

АктивируйтеРедоксPRO версию-чувствительные, чтобы убрать водяной знак. факторы транскрипции (OxyR и SoxRS)

усиливается биосинтез каталазы, глутатионредуктазы, супероксиддисмутазы

Антиоксиданты – вещества, способные в малых

концентрациях тормозить свободнорадикальное окисление, а также веществасинергисты, которые сами не обладают выраженными противоокислительными свойствами, но способны усиливать антиоксидантный эффект.

1.Ферментативные антиоксиданты :

-супероксиддисмутаза (СОД), катализирующая реакцию дисмутации О 2 -

вперекись водорода,

-каталаза, разлагающая Н2О2,

-глутатион-зависимые пероксидазы,

-трансферазы, удаляющие органические перекиси.

2.Неферментативные антиоксиданты – низкомолекулярные соединения,

содержащие, как правило, функциональные ОН-группы (фенолы)

или SH-группы (аминокислоты : глутатион, цистеин, цистин);

Аскорбиновая кислота, убихинон, каротиноиды.

3. Хелатные соединения, связывающие ионы металлов переменной валентности (сидерофилины, ферритин, гемосидерин и трансферрины;

Этот документцерулоплазмин;был отредактирован с IcecreamмолочнаяPDF Editor. и мочевая кислоты; некоторые пептиды)

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Антиоксиданты, содержащие ОНгруппу

Наличие в структуре ароматического кольца обобщенной системы -электронов происходит смещение отрицательного заряда на кислород, результатом чего становится легким отрыв атома водорода от гидроксила с образованием разных изомерных форм фенокси-радикала

-токоферол

производные фенола

LO + АrOН LOH + АгO , LO 2 + АrOН LOOH + АrO .

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Ионол. Взаимодействие ионола с пероксидным радикалами.

Взаимодействие фенольных антиоксидантов с органическими радикалами приводит к образованию феноксильных радикалов (АгО ), которые в дальнейшем могут участвовать в реакциях диспропорционирования с образованием хинолидных перекисей:

АгО + RO 2 RO2 АrO, АгО + АгО Aг2О2.

Примером таких реакций является реакция феноксильного радикала ионола с пероксидным радикалом:

Этот документ былИонолотредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO2,6версию-ди, чтобы-третубрать-бутилводяной знак-4. -

метил-фенол

Антиоксиданты, содержащие SНгруппу

Глутатион находится в клетке как в окисленной – G-SS-G, так и в восстановленной форме G-SH..

Окисление глутатиона и инактивацию перекисей обеспечивает

глутатионпероксидаза. Система глутатион – глутатионпероксидаза обладает антирадикальным и антиперекисным действием:

ЭтотСубстратамидокумент был отредактированданныхс Icecream PDF Editorпроцессов. являются гидроперекиси

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

фосфолипидов или гидроперекиси свободных жирных кислот

Аскорбиновая кислота - антиоксидант плазмы крови

Аскорбиновая кислота может выступать в качестве донора и акцептора атомов водорода благодаря наличию в молекуле двух енольных групп:

В биологических субстратах аскорбиновая кислота способна

инактивировать большинство АФК и регенерировать другие

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

Активируйтеантиоксиданты,PRO версию, чтобы убрать водянойнапример,знак. -токоферол и некоторые радикалы глутатиона

Липоевая кислота –

универсальный

антиоксидант

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Наиболее изученные антиоксидантные системы

Антиоксидант

Действие

 

 

 

Апо-белок трансферрина (плазма крови)

Связывает Fe3+

Ферритин (цитоплазма)

Окисляет Fe2+ и депонирует Fe3+

Карнозин

Связывает Fe2+

Супероксиддисмутазы (повсеместно)

Удаляет супероксид с образованием

пероксида водорода

 

 

Каталаза (внутри клеток)

Разлагает пероксид водорода с выделением

кислорода

 

 

 

 

Удаляет пероксид водорода за счет

Глутатион-пероксидазы (в цитоплазме)

окисления глутатиона

 

 

Удаляет гидроперекиси липидов

Глутатионредуктаза

Восстанавливает окисленный глутатион

Токоферол, тироксин, стероиды

Перехватывают радикалы липидов

Аскорбиновая кислота

Регенерирует окисленные токоферол и

убихинон

 

 

 

Регенерирует окисленные токоферол и

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

 

Альфа липоевая кислота

 

аскорбиновую кислоту, хелатирует

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

 

 

 

 

железо

 

 

 

 

 

Биологическое значение перекисного окисления липидов

Процесс ПОЛ – нормальный биохимический процесс. Через стадию образования перекисей липидов в клетке осуществляется синтез: простагландинов;

стероидных гормонов; желчных кислот; холестерина.

ПОЛ необходимо для нормальной работы цепи переноса электронов при микросомальном окислении.

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Участие АФК в защите организма от чужеродных элементов или поврежденных клеток

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Макрофаги мигрируют в очаг воспаления

Активируются с помощью специальной оксидазы

Генерируют АФК ( супероксид – анион, гидроксильный радикал, гипохлорид)

Создаются условия для ликвидации инфекции

Роль перекисного окисления липидов при патологии

Основными заболеваниями, связанными с окислением липидов, считаются :

сердечно-сосудистые заболевания (атеросклероз, ишемическая болезнь сердца и головного мозга, гипертоническая болезнь, стенокардия),

заболевания органов зрения - окисление белков, связанное с окислением липидов, и образование белковых агрегатов в хрусталике глаза заканчивается его помутнением; этот процесс играет важную роль в развитии старческой и других видов катаракты у человека.

диабет,

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.

Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

злокачественное перерождение тканей.

Перекисное окисление липидов в мышечной ткани

Показано, что ПОЛ интенсифицируется в мышечной ткани при тяжелых нагрузках. При этом:

повреждаются эритроциты и мышечные клетки; высвобождаются Fe – содержащие белки –гемоглобин и миоглобин – эффективные катализаторы распада перекиси водорода с образованием гидроксильного радикала. Происходит развитие «анемии бегунов», что характерно для марафонцев.

К сожалению , далеко не всегда установлены первичность накопления АФК и их значение в патогенезе. Иногда не учитывают, что эти нарушения могут быть не причиной, а следствием развития

Этотболезнейдокумент был отредактирован. с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Болезнь Альцгеймера – окисление липидов

A redox model of Alzheimer’s disease pathogenesis.

Amyloid β-peptide(Aβ) is generated by proteolytic cleavage of Amyloid Precursor Protein (APP) by secretases. Aβ undergoes aggregation, with the formation of oligomers,which undergo a conformational transitionto β- structured diffusible oligomers and eventually deposit as amyloid plaques in the ECM. Aβ oligomer sinsertin the plasma membrane, wherethey initiate lipid peroxidation, leading to the formation of reactive aldehydes, such as acrolein, MDA and HNE. Adduct formation compromises the function of critical proteins in a number of functional subsets of neurotransmission, energetic metabolism, mitochondrial function, antioxidant defenses, represented here by collapsin response mediated protein 2 (CRMP2), α-enolase, ATP synthase α subunit and heme oxygenase1.Such process is self-feeding and ultimately leads to Alzheimer’sdisease

[StefaniaPizzimenti , EricCiamporcero, MartinaDaga, PiergiorgioPettazzoni, AlessiaArcaro, Gianpaolo Cetrangolo, RosalbaMinelli, ChiaraDianzani, AlessioLepore, FabrizioGentile and

Giuseppina Barrera

Interaction of aldehydes derived from lipid peroxidation and membrane proteins

REVIEW ARTICLE published:04September2013 doi: 10.3389/fphys.2013.00242 *].

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Роль перекисного окисления липидов при патологии

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.

Уровень гидроперокиоктадекадиеновой кислоты при различных паталогиях в плазме крови и эритроцитах

Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.