1 .Механизм окислительного фосфорилирования.
2.Альтернативные пути биологического окисления.
3.Свободно-радикальное окисление.
МЕХАНИЗМ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ.
Теория ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ выдвинута английским учёным П. МИТЧЕЛОМ в 1961 г. и названа ХЕМИООСМОТИЧЕСКОЙ ТЕОРИЕЙ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ. Он объяснил процесс синтеза АТФ с биохимической позиции, но его взгляды не получили признания. Однако в последующем его теория подтвердилась, и через 17 лет он был удостоен Нобелевской премии.
Основные положения теории:
1.Мембрана митохондрий не проницаема для протонов.
2.Образуется протонный потенциал в процессе транспорта электронов и протонов.
3.Обратный транспорт протонов в матрикс сопряжен с образованием атф.
Процесс транспорта электронов происходит во внутренней мембране. Первые реакции окисления происходят в матрице. Протоны переносятся в межмембранное пространство, а электроны продвигаются по дыхательной цепи. В процессе работы дыхательной цепи внутренняя мембрана со стороны матрицы заряжается отрицательно, а со стороны межмембранного пространства положительно. Следовательно, возникает разность потенциалов, градиент концентрации ионов, и, соответственно, градиент РН. Т.о. РН со стороны матрицы будет менее кислая. Во время дыхания создаётся ЭЛЕКТРО-ХИМИЧЕСКИЙ градиент: концентрационный и разности потенциалов. Электрический и концентрационный градиент составляет ПРОТОНДВИЖУЩУЮ силу, которая даёт силу для синтеза АТФ. На определённых участках внутренней мембраны есть протонные каналы, образованные АТФ-СИНТЕТАЗОЙ. Протоны могут проходить обратно в матрицу, при этом образующаяся энергия идёт на синтез АТФ.
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АТФ.
1. Целостность мембраны - непроницаемость её для протонов.
2. Наличие специальных каналов.
3. Движение протонов в матрицу сопровождается выделением энергии, используемой для синтеза АТФ.
Вопрос о том, что позволяет протонам переходить в межмембранное пространство остаётся не вполне ясным.
Основные компоненты ЭТЦ представляют собой интегральные белки и фиксированные в мембране: 1.НАДН-ДГ.
2.QН2-ДГ.
3.ЦИТОХРОМОКСИДАЗА.
4.KOQ не связан с белками.
5.ЦИТОХРОМ с - не фиксирован к мембране.
Выдвигается теория Q-цикла транспорта протонов.
2Н + 2е + KOQ KOQ*H2
KOQ*H2 KOQ + 2Н + 2е - на наружной поверхности внутренней мембраны.
Т.о. в соответствии с ХЕМООСМОТИЧЕСКОЙ теорией МИТЧЕЛА окисление НАДН2 и ФАДН2 в дыхательной цепи создаёт сначала ЭЛЕКТРОНО-ХИМИЧЕСКИЙ протонный потенциал, градиент концентрации ионов на внутренней мембране, а обратный транспорт протонов через мембрану сопряжен с ФОСФОРИЛИРОВАНИЕМ, т.е. образованием АТФ.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПУТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ.
В организме возможен и ОКСИГЕНАЗНЫЙ путь биологического окисления. Он не относится к процессам, сопровождающимся выделением энергии, он не снабжает клетку энергией. Ферменты этого пути включают кислород и субстрат. Этот путь характерен для ДЕГИДРАТАЦИИ различных метаболитов, чаще всего чужеродных.
Стадии ОКСИГЕНАЗНОГО ПУТИ:
1.Связывание кислорода с активным центром фермента.
2.Восстановление кислорода и перенос его на субстрат.
Выделяют 2 типа ОКСИГЕНАЗ:
1.ДИОКСИГЕНАЗЫ - ферменты, включающие в субстрат молекулу кислорода.
А + О2 = АО2
В живых тканях этот процесс практически не встречается.
2.МОНООКСИГЕНАЗЫ - они катализируют включение в субстрат 1 атома кислорода, др. атом кислорода восстанавливается до воды. Для реакций катализируемых МОНООКСИГЕНАЗАМИ необходим КОСУБСТРАТ - донор электронов.
А-Н + О2 + ZH2 А-ОН + Z + Н2О
Где А-Н - субстрат
ZH2 - КОСУБСТРАТ
А-ОН - окисленный субстрат.
В организме есть несколько видов МОНООКСИГЕНАЗ и прежде всего МИКРОСОМАЛЬНЫЕ МОНООКСИГЕН АЗЫ, содержащие ЦИТОХРОМ Р-450.Т.к. образуется -ОН группа, то реакции называются ещё реакциями ГИДРОКСИЛИРОВАНИЯ. МИКРОСОМАЛЬНАЯ система участвует в деградации многих умеренно токсических соединений, лекарственных веществ. Восстановленным КОСУБСТРАТОМ в этих реакциях является НАДФ*Н2. Этот путь окисления иногда называют ГИДРОКСИЛАЗНЫМ ЦИКЛОМ.
СВОБОДНОЕ РАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ.
Свободные радикалы - это молекулярные частицы, у которых на внешней оболочке имеется не спаренный электрон. Они могут образовываться: при окислении (отрывании атома водорода)
при восстановлении
О2 + е О2-
Атомарный кислород имеет на внешнем электронном уровне 2 неспареных электрона. Он
не слишком активный, но может образовывать высоко активные формы.
О2+4е + 4Н 2Н2О
Этот процесс, в тканях, идёт постепенно, с переносом 1е на каждом этапе.
О2 + е = 02- - СУПЕРОКСИДНЫЙ АНИОН
2-02 + 2е = 022- - ПЕРОКСИДНЫЙ АНИОН
НО, - ГИДРОКСИЛ РАДИКАЛ
Н2О2, О2-, О22-, ОН, - активные формы кислорода (АФК)
Они образуются в организме при различных физиологических и патологических процессах. Все свободные радикалы в организме классифицируют:
1. Первичные радикалы (О2, N,O). Они образуются в результате ферментативных реакций. Они являются физиологическими. Способствуют образованию РАДИКАЛОБРАЗНЫХ молекул, к которым относятся НООН, они вызывают образование вторичных радикалов.