Презентация на тему "Биологическое окисление"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Биологическое окисление

  «Окислительные процессы принадлежат к разряду тех процессов живого организма, которые не только больше всего бросаются в глаза, но и оказываются самыми важными, т.к. служат источником энергии живых существ» (Леонор Михаэлис, 1936 г.)

• 
  Слайд 2
  

  Совокупность окислительных реакций, происходящих в биологических объектах и обеспечивающих их энергией и метаболитами для осуществления процессов жизнедеятельности, называется биологическим окислением.

• 
  Слайд 3

  Функции биологического окисления

  Энергетическое обеспечение:

  1. поддержания температуры тела;
  2. биолюминесценции (свечения);
  3. химических синтезов;
  4. осмотических явлений;
  5. электрических процессов;
  6. механической работы.

  • Синтез важнейших (ключевых) метаболитов.
  • Регуляция обмена веществ.
  • Устранение вредных для клетки продуктов обмена (шлаков).
  • Детоксикация проникших в организм чуждых соединений – ксенобиотиков (пестицидов, препаратов бытовой химии, лекарственных средств, промышленных загрязнений и т.п.).
• 
  Слайд 4

  Ферменты биологического окисления

  • Разнообразные реакции биологического окисления ускоряются многочисленными ферментами оксидоредуктазами, которые, как правило, встроены в биологические мембраны, причем очень часто в виде ансамблей.

  Их разделяют на 5 групп:

  • Оксидазы (катализируют удаление водорода из субстрата, используя при этом в качестве акцептора водорода только кислород)
• 
  Слайд 5
  

  Аэробные дегидрогеназы (в отличие от оксидаз они могут использовать в качестве акцептора водорода не только кислород, но и искусственные акцепторы).

• 
  Слайд 6
  

  • Анаэробные дегидрогеназы (не способны использовать кислород в качестве акцептора водорода)
  • Выполняют две главные функции:
    • Перенос водорода с одного субстрата на другой
    • Компонент дыхательной цепи, обеспечивающий транспорт электронов от субстрата на кислород
• 
  Слайд 7
  

  • Гидроксипероксидазы (используют в качестве субстрата перекись водорода или органические перекиси)
  • Оксигеназы (катализируют прямое введение кислорода в молекулу субстрата)
• 
  Слайд 8

  Типы биологического окисления

  • Существуют 2 типа биологического окисления:
  • Свободное окисление
    • Окисление, не сопряженное с фосфорилированием АДФ и не сопровождающееся трансформацией энергии, выделяющейся при окислении, в энергию макроэргических связей.
    • При свободном окислении высвобождающаяся энергия переходит в тепловую и рассеивается.
  • Окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ
    • Этот тип биологического окисления осуществляется двумя путями:
    • субстратное фосфорилирование
    • окислительное фосфорилирование
• 
  Слайд 9

  Свободное окисление

• 
  Слайд 10
  

  • Реакции свободного окисления органических соединений в живой природе и ускоряющие их ферментные системы многообразны. Этим путем непосредственно окисляются не только многочисленные природные и неприродные субстраты, но и восстановленные коферменты (НАДН, НАДФН, ФАД·Н2 и др.), образовавшиеся при действии первичных и вторичных дегидрогеназ.
  • Реакции свободного окисления протекают в цитозоле, на мембранах различных субклеточных структур, в ядерном аппарате клетки. Основным средоточием их являются мембраны эндоплазматической сети (ЭПС).
  • Так как мембраны ЭПС при гомогенизации клеток и фракционировании субклеточных частиц гомогената дают фракцию микросом, то реакции окисления на мембранах ЭПС называются микросомальным окислением.
• 
  Слайд 11

  Особенности микросомальной дыхательной цепи

  1. Несмотря на наличие ферментов цепи переноса электронов, ни в одном пункте этой цепи не происходит сопряжения с фосфорилированием АДФ.
  2. Своеобразие структуры и функциональной активности цитохромовb5 и Р–450, входящих в ее состав.
  3. Высокое сродство терминальной оксидазы микросомальных цепей к кислороду, позволяющее ей конкурировать за кислород с митохондриальнойцитохромоксидазой.
• 
  Слайд 12

  Ферменты свободного окисления

• 
  Слайд 13

  Примеры диоксигеназных реакций

  • Пирокатехаза (катехол: кислород -1,2-оксидоредуктаза дециклизующая)
  • Она содержит в активном центре два прочно связанных атома Fе, которые, согласно О. Хайаиши, соединяются с молекулярным кислородом в комплекс, где кислород далее активируется:
  • Fe2+ + О2 → Fе2+О2 → Fе3+О2–
• 
  Слайд 14
  
• 
  Слайд 15

  Примеры диоксигеназных реакций

• 
  Слайд 16

  Свободное окисление при участии монооксигеназ

• 
  Слайд 17

  Окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ

• 
  Слайд 18
  
• 
  Слайд 19

  Субстратное фосфорилирование

• 
  Слайд 20
  

  Субстратное фосфорилирование – такой вид биологического окисления, при котором: макроэргическая связь возникает в момент непосредственного окисления субстрата, затем тем или иным путем передается на фосфатный остаток, который, в свою очередь, используется для фосфорилирования АДФ, т.е. синтеза АТФ. Окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ на уровне субстрата.

• 
  Слайд 21

  Примеры реакций субстратного фосфорилирования

  • При окислении 3-фосфоглицеринового альдегида (3-ФГА) в 2-фосфоглицериновую кислоту (2-ФГК) – гликолиз;
  • При превращении фосфоенолпировиноградной кислоты (ФЕП) в пировиноградную (пируват, ПВК) – гликолиз;
  • При превращении -кетоглутаровой кислоты в янтарную (реакция цикла Кребса).
• 
  Слайд 22

  Окислительное декарбоксилирование кетоглутаровой кислоты

  На этом участке цикла Кребса донором электронов является оксиацетилтиаминпирофосфат; акцептором электронов – липоевая кислота.

• 
  Слайд 23
  
• 
  Слайд 24
  
• 
  Слайд 25

  На следующих этапах в реакцию вступает фермент

• 
  Слайд 26

  Окислительное фосфорилирование

• 
  Слайд 27
  

  • Это сопряжение окисления с синтезом АТФ, когда атомы водорода с коферментов дегидрогеназ, принимающих участие в окислении субстратов, передаются в оксидоредуктазную цепь, где сопряжено с переносом ионов Н+ и электронов на молекулярный кислород происходит активирование неорганического фосфата и при его посредстве – фосфорилирование АДФ с образованием АТФ
  • Окисляемый субстрат в этом случае непосредственного участия в активировании неорганического фосфата не принимает
  • Сопряжение окисления с фосфорилированием идет главным образом на внутренних мембранах митохондрий
• 
  Слайд 28

  Окислительно-восстановительные ферменты

• 
  Слайд 29

  Пиридиновые дегидрогеназы

  • Коферменты – НАД и НАДФ
  • Универсальный донор атомов Н для дыхательной цепи ферментов – НАДН2
  • Если при окислении субстрата возникает НАДФН2, то осуществляется реакция:
  • НАДФН2 + НАД ⇄ НАДФ + НАДН2
• 
  Слайд 30

  Особенности реакций с участием пиридиновых дегидрогеназ

  • Легкая обратимость.
  • Коферменты легко отделяются от белковой части, обладают высокой подвижностью, что позволяет им переносить атомы Н, ионы Н+ и электроны из одной части клетки в другую.
  • НАД и НАДФ способны принимать атомы Н от большого числа субстратов, окислительно-восстановительные потенциалы которых ниже (-0,32В).
• 
  Слайд 31

  Флавиновые дегидрогеназы

  • Коферменты – ФМН и ФАД.
  • Флавиновые ферменты являются акцепторами атомов водорода и осуществляют перенос их от НАДН2:
  • НАДН2 + ФАД ⇄ НАД + ФАДН2.
  • В некоторых случаях (при окислении янтарной кислоты в цикле Кребса или при окислении жирных кислот) флавиновые ферменты могут играть роль первичных дегидрогеназ.
  • ФМН и ФАД очень прочно связаны с апоферментом и не отщепляются от него ни на одной стадии каталитического цикла.
  • Активной частью молекул ФАД и ФМН является изоаллоксазиновое кольцо рибофлавина, к атомам азота которого могут присоединяться 2 атома водорода:
• 
  Слайд 32
  
• 
  Слайд 33

  Кофермент Q (убихинон)

• 
  Слайд 34

  Цитохромы

  • Дальнейший перенос электронов от КоQ на кислород осуществляет система цитохромов, состоящая из ряда гемопротеидов, расположенных в порядке возрастания окислительно-восстановительных потенциалов, что обеспечивает упорядоченную передачу электронов. Цитохромы а и а3 содержат в своем составе еще и атомы меди.
  • При транспорте электронов в направлении увеличения окислительно-восстановительных потенциалов происходят процессы:
  • Fe2+⇄ Fe3+ (в цит. b, c1, с)
  • Cu+⇄Cu2+ (в цит. а, а3).
• 
  Слайд 35

  Схема дыхательной цепи

• 
  Слайд 36
  

  • Самой примечательной особенностью дыхательной цепи ферментов является наличие в ней участков, где соседние компоненты резко отличаются значениями окислительно-восстановительных потенциалов.
  • Именно здесь происходит сопряжение окисления с фосфорилированием АДФ, т.к. разность энергетических уровней электрона, транспортируемого с огромной скоростью, вполне достаточна для синтеза макроэргической связи и составляет 51 кДж для I, 36 кДж – для IIи 80,7 кДж – для III точки сопряжения.
• 
  Слайд 37

  Хемиосмотическая гипотеза

  • Питер Митчелл, Владимир Петрович Скулачев
  • Реакции, сопровождающиеся расходованием или образованием Н+, протекают на внутренней мембране митохондрий таким образом, что протоны переносятся с внутренней мембраны на внешнюю, т.е. перенос электронов сопровождается возникновением трансмембранного градиента концентрации ионов Н+ – совершением осмотической работы.
  • Этот градиент, создающий разность химических () и электрических () потенциалов, является источником энергии для протекания эндэргонического процесса образования АТФ.
  • АТФаза является ферментом, способным использовать градиент концентрации ионов Н+ для обращения процесса гидролиза АТФ.
• 
  Слайд 38