Бх FiBO-2012

Применение ферментов в лабораторной практике

Высокая специфичность ферментов позволяет использовать их как хим. реагенты (точное определение в тканях и биол. жидкостях конц. глюкозы, лактата, мочевины и др метаболитов).

Для этого создают сопряженные реакции из нескольких ферментов

1 2

глюкоза --> Г6ф −---> 6 Ф глюконат

1. гексокиназа, 2. NADPзависимая Г6ф ДГ

Измеряя количество образованного NADPН можно судит о конц. глюкозы.

08.03.2012

Применение ферментов в производстве быту и ….

Биотехнология производства лекарств, препаратов высокой степени чистоты

Пищевые технологии в хлебопечении, пивоварении, производства табака и т.д.

Кожевенном производстве

Стиральные порошки

08.03.2012

71

Биологическое окисление 1 Цикл Кребса

Лекция 6

Лектор

д.м.н., проф. Грицук А. И.

зав. кафедрой биохимии Гомельского государственного медицинского университета

Содержание

•Биоэнергетика: История развития

•Биологическое окисление

•ЦТК (Цикл Кребса)

Биоэнергетика

•Термин введен лауреатом Нобелевской премии Альбертом Сент-Дьерди

•Биоэнергетика - раздел биохимии изучающей механизмы и пути превращения энергии в живых системах

72

История учения о БО

•Античные авторы: Учение о 4 стихиях обсуждали роль воздуха в БО Платон (воздух необходим для

поддержания внутреннего огня) «Могущественные

боги, предоставив нам, немощным пищу, разделили тело наше каналами, чтобы оно могло орошаться как бы из некого идущего сверху потока… Получив орошение и освежение, оно имеет возможность питаться и жить. Ибо когда воздух входит внутрь и выходит вон, то и соединенный с ним внутренний огонь охватывает пищу и питье, расплавляя их, разлагает на мелкие частицы и затем приносит к жилам» Платон

•Аристотель (воздух для охлаждения внутренностей и крови)

•XVII в. Georg Ernst Stahl создал теорию

флогистона.

•1770 годы . Carl Scheele и Joseph Priestley

открыли бесфлогистонный воздух, который впоследствии А. Лавуазье назвал кислородом

Antoine Lavoisier

•В конце XVIII в. A.

Лавуазье ввел в

химические исследования количественный метод и создал кислородную теорию горения

•A. Лавуазье установил сходство горения и дыхания на основании количественного анализа конечных продуктов

Теория активации кислорода

•В 1840 Ф. Шёнбайн открыл озон, более активную форму О2

•В конце XIX в. – почти одновременно A.Н. Бах (Россия) и К. Энглер (Германия) создали теорию активации кислорода :

73

Оценка теории Баха-Энглера

1.Теория основана на некорректном представлении о том, что окисление это только реакция с О2

2.Не найдена в живых организмах высокие:

–активность оксигеназ и

–концентрация H2O2.

3.Были обнаружены ферменты деградации H2O2 в живых организмах (каталаза и пероксидаза), но их активность не соотв. уровню БО.

H2O2 + 2GSH 2H2O + G-S-S-G (GSH пероксидаза)

Научная революция на рубеже ХIХХХ вв

•1896 – А. Беккерель открыл явление радиоактивности (атом делим)

•1911 - Э. Резерфорд создал модель строения атома (ядро, электроны)

•1913 – Н. Бор, создал первую квантовую модель строения атома (ядро, электроны)

•……………..

Т.о., возникло иное представление об О-В процессах:

•как о реакции переноса е-иН+

•возможности бескислородное окисление)

Теория Палладина-Виланда

1912 – В.И. Палладин и Г. Виланд создали теорию «активации водорода», предполагающую 2 стадии:

– Анаэр. стадия:

–Аэр. стадия :

RnH2 + 1/2O2 Rn + H2O

74

Хромогены и гистогематины

•Переносчики электронов назвали хромогенами изза окраски зависящей от О-В состояния

•В качестве хромогенов позднее идентифицированы коферменты FMN, FAD, NAD+, NADP+.

•1925 –открыты гистогематины (цитохромы) – переносчики электронов и протонов

•1932 – акад В.А. Энгельгардт открыл сопряженное

окислительное фосфорилирование (ADP + Pi

ATP).

Редокс-реакции, редокс потенциал

• Реакции переноса электронов от донора к акцептору.

• Редокс потенциал создает напряжение в цепи.

• Редокс потенциал пары H+:H2 принят за 0.

• ATP – основной макроэрг всех живых клеток «универсальная энергетическая валюта»

• Содержит 2 макроэргические связи.

75

Maкроэргичность ATФ

1.Отрицательно заряженный «хвост» создает сильное отталкивание

2.ATФ4- ADФ3- + Фн2- + H+

–[ATФ4-] = [ADФ3-] = [] = [H+] = 10-3 M

–Если [H+] будет 10-3 M, pH=3. Но pH=7, значит [H+] =10-7, и хим равновесие сильно сдвинуто влево

–ADФ3- и Фн2- резонансные гибриды, для которых характерна высокая устойчивость

В результате

G(ATФ4-) >> G(ADФ3-) + G(Фн2-) + G(H+)

08.03.2012 228

Mg2+ стабилизирует структуру АТФ NH2

ATФ-азный (ATФ/AДФ) цикл

предложен в 1940 Ф. Липманом

Тепло

CO2 ATФ

Термогенез и др.

O2 AДФ + Фн

76

Образование субстратов БО

• Стадия I:

Б, Ж, У расщепляются на относительно небольшое кол-во мономеров

• Стадия II:

Полученные строительные блоки превращаются в унифицированные метаболиты (ПВК, ацетил КоА и др.).

• Стадия III:

Катаболиз унифицированныех метаболитов до СО2 и Н2О с выделением полезной конвертируемой энергии

Схема энергетического метаболизма

Stages 1 and 2

77

Stage 3

Ферменты и коферменты БО

•Оксидоредуктазы

–оксидазы

–ДГ

•Пиризин-зависимые (NAD+, NADH+)

•Флавин-зависимые (FMN, FAD)

–Гидропероксидазы

–Окигеназы

NAD(P)+

78

FAD,

FMN

Структура FAD и FMN

FMN consists of the structure above the dashed line on the FAD (oxidized form).

The flavin nucleotides accept two hydrogen atoms (two electrons and two protons), both of which appear in the flavin ring system.

When FAD or FMN accepts only one hydrogen atom, the semiquinone, a stable free radical, forms.

Современные представления о БО

Базируются на современном представлении об ОВП, а также на законах термодинамики:

1 закон - закон сохранения энергии: энергия никуда не исчезает, а только переходит из одной формы в другую, т. е. сохраняется.

2 закон - все тела и химические процессы стремятся к минимуму энергии, к состоянию покоя и беспорядка, т. е. к энтропии.

79

Биологическоеокисление -2

Лекция 7

Тканевоедыхание, окислительноефосфорилирование.

Лектор: д.м.н., проф. А. И. Грицук,

зав. кафедрой биохимии Гомельского государственного медицинского университета

Содержание

•Роль ирегуляция ЦТК

•Пути потребления О2 в организме

•Структура ифункция Мх

•Окислительное фосфорилирование

•Микросомальное окисление

•Пероксидазный путь

•Монооксигеназные системы Диоксигеназные системы

•Свободные радикалы, Перекисное окисление иантиоксиданты

Биологическоеокисление(БO)

•Окисление – процесс отнятия е-

•Восстановление – ихприсоединение

•БО может происходить без участия молекулярного О2

•Тканевое дыхание – процесс производства клетками энергии вформе АТФ путем контролируемой реакции:

2Н+ + 2е- +½О―> Н2О

80