Презентация на тему "Энергетический обмен. Взаимосвязь обмена веществ и энергии"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Энергетический обмен. Взаимосвязь обмена веществ и энергии

• 
  Слайд 2

  Обмен веществ включает

  Поступление веществ в организм Метаболизм или промежуточный обмен Выделение конечных продуктов

• 
  Слайд 3

  Обмен веществ в организме

• 
  Слайд 4
  

  ПИЩЕВАРЕНИЕ Глюкоза Глицерол Аминокислоты Жирные кислоты КАТАБОЛИЗМАНАБОЛИЗМ АДФ + Н3РО4 СО2 ; Н2ОГликоген Мочевина Жиры Белки АТФ ДНК, РНК ПИЩЕВЫЕ ВЕЩЕСТВА (углеводы, жиры, белки)

• 
  Слайд 5
  

  Метаболизм – представляет собой совокупность двух разнонаправленных процессов: катаболизма и анаболизма В процессе катаболизма сложные органические молекулы превращаются в конечные продукты: СО2 и мочевину. Анаболизм представляет собой совокупность реакций синтеза сложных полимеров

• 
  Слайд 6
  

  Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции). Использование энергии происходит в реакциях анаболизма и при выполнении различных видов работы (эндергонические реакции).

• 
  Слайд 7
  

  Наиболее важными экзергоничскими реакциями метаболизма являются реакции окисления органических веществ, в которых используется кислород и образуется вода и СО2 Совокупность этих реакций называется тканевым дыханием.

• 
  Слайд 8
  

  Биологическое окисление-совокупность окислительно-восстановительных реакций, протекающих во всех живых клетках. Основная функция биологического окисления – обеспечение организма Е (энергией) в доступной для использования форме (прежде всего АТФ).

• 
  Слайд 9

  Особенности процесса биологического окисления

  Протекает постепенно, через многочисленные промежуточные стадии; Требует участия ферментов; Происходит многократная передача протонов Н+ и электронов ē или только ē от донора к акцептору; Освобождение Е в живой клетке осуществляется постепенно; Е может аккумулироваться в виде АТФ; Основная реакция дегидрирования.

• 
  Слайд 10

  Типы биологического окисления

  анаэробное окисление (акцептором Н+ и ē служит не О2, а другой субстрат «субстратное окисление») аэробное окисление (акцептором Н+ и ē является О2 и образуется Н2О – называют «тканевое дыхание»)

• 
  Слайд 11
  

  Окисление органических веществ в организме кислородом с образованием Н2О и СО2 называется «тканевым дыханием» SH2 + 1/2O2 S + H2O АДФ + H3PO4 АТФ + H2O энергия

• 
  Слайд 12
  

  Первый этап тканевого дыхания – дегидрирование различных субстратов, образующихся в реакциях катаболизма Ферменты, отщепляющие водород от субстратов (дегидрогеназы), находятся в основном в матриксе митохондрий.

• 
  Слайд 13
  

  В зависимости от строения коферментов дегидрогеназы делятся на две группы: 1. NAD – зависимые дегидрогеназы 2. FAD – зависимые дегидрогеназы

• 
  Слайд 14
  

  В NAD – зависимых дегидрогеназахNAD непрочно связан с ферментом: в восстановленной форме (NADH) он отделяется от апофермента и служит донором водорода для другого фермента

• 
  Слайд 15
  

  В FAD – зависимых дегидрогеназахFADковалентно связан с апоферментом, поэтому в реакциях, катализируемых FAD– зависимыми дегидрогеназами, участвует второй субстрат (акцептор водорода). Для всех флавиновых ферментов этим субстратом служит убихинон (коэнзимQ).

• 
  Слайд 16
  

  Перенос электронов на кислород происходит при участии системы переносчиков локализованных во внутренней мембране митохондрий и образующих цепь переноса электронов (ЦПЭ).

• 
  Слайд 17

  В состав ЦПЭ входят:

  NADH – дегидрогеназа (комплекс I) сукцинатдегидрогеназа (комплекс II) QH2 – дегидрогеназа (комплекс III) цитохромоксидаза (комплекс IV) низкомолекулярные переносчики (кофермент Q и цитохром С)

• 
  Слайд 18
  
• 
  Слайд 19

  Митохондриальная цепь переноса электронов.

• 
  Слайд 20

  Структурная организация митохондриальной ЦПЭ

• 
  Слайд 21
  

  Все компоненты ЦПЭ расположены в митохондриальной мембране в порядке возрастания редокс потенциалов: самый высокий редокс потенциал у кислорода. Это обеспечивает последовательное перемещение электронов от дегидрируемых субстратов на кислород, сопровождающееся освобождением части свободной энергии электронов.

• 
  Слайд 22
  

  Окислительно-восстановительный потенциал (Е0) некоторых коферментов и компонентов ЦПЭ

• 
  Слайд 23
  

  А – перенос электронов с субстратом NAD+-зависимой дегидрогеназы Б - перенос электронов с субстратом FAD-зависимой дегидрогеназы.

• 
  Слайд 24

  Центральную роль в энергетическом обмене играет АТФ

• 
  Слайд 25
  

  За сутки в организме образуется и распадается около 60 кг АТФ. Однако в клетке АТФ не накапливается, а расходуется в течении 1 минуты, после образования, что требует ее непрерывно пополнения (АТФ – АДФ цикл)

• 
  Слайд 26
  

  В зависимости от источника Е (энергии), обеспечивающего присоединение Фн выделяют два типа фосфорилированияАДФ окислительное субстратное

• 
  Слайд 27

  Субстратное фосфорилирование АДФ

  S-O~PO3H2киназаS-OH происходит за счет энергии макроэргических связей некоторых соединений (1,3-бисфосфоглицерат, ФЕП, сукцинил-КоА, креатинфосфат) АДФ АТФ

• 
  Слайд 28

  Особенности субстратного фосфорилирования

  процесс может идти в матриксе митохондрий и в цитоплазме; не зависит от присутствия О2; используется реже, чем окислительное фосфорилирование.

• 
  Слайд 29
  

  Синтез АТФ из АДФ и Н3РО4 за счет энергии выделяющейся при тканевом дыхании, называется окислительным фосфорилированием.

• 
  Слайд 30

  Окислительное фосфорилирование АДФ

  Превращение АДФ в АТФ происходит с использованием энергии переноса электронов от органических веществ к О2 Особенности: энергию дают ОВ реакции; происходит в аэробных условиях; участвуют ферменты ЦПЭ и АТФ-синтетаза; протекает в митохондриях; основной механизм синтеза АТФ в организме

• 
  Слайд 31

  Механизм образования АТФ согласно хемиосмотической теории

• 
  Слайд 32
  

  Перенос электронов с окисляемых субстратов на кислород (дыхание) Перенос протонов их матрикса митохондрий в межмембранное пространство и образование трансмембранного электрохимического потенциала Синтез АТР за счет потока протонов из межмембранного пространства в матрикс Н3РО4 Н2О Н3РО4 Н2О ADP ADP ATP ATP Цитоплазма Митохондрии Трансформация энергии электронов в макроэргические связи АТФ

• 
  Слайд 33

  Этапы трансформации энергии

  Энергия химических связей субстратов Энергия электронов в составе коферментов NADHиFADH Энергия электронов, переносимых по ЦПЭ на кислород Энергия трансмембранного электрохимического потенциала Энергия химических связей АТФ

• 
  Слайд 34
  

  HADH АТФ - 51,4 кДж АТФ - 41,4 кДж АТФ -99,6 кДж Q с1 b а О2 Е0 Направление потока электронов -0,4 -0,2 0 +0,2 +0,4 +0,6 +0,8 ФАД

• 
  Слайд 35
  

  НАД-Н+ + ½О2 НАД+ + Н2О 3АДФ + 3Н3РО4 3АТФ + Н2О ФАДН2 + ½О2 ФАД + Н2О 2АДФ + Н3РО4 2АТФ + 2Н2О Р/О = 3 Р/О = 2

• 
  Слайд 36

  Коэффициент окислительного фосфорилирования Р/О

  Показывает, какое количество неорганического фосфата затрачивается для фосфорилированияАДФ при использовании 1 атома кислорода на образование 1 молекулы воды. Коэффициент окислительного фосфорилирования численно равен количеству молей АТФ, синтезированных в результате окислительной реакции.

• 
  Слайд 37

  Дыхательный контроль

  В норме скорость окисления первичных доноров протонов (Н+) и электронов (ē) регулируется содержанием АДФ. Выполнение клеткой работы с затратой АТФ приводит к накоплению АДФ, это активирует окисление субстратов (SH2) и поглощение кислорода митохондриями клетки. Таким образом клетки реагируют на интенсивность метаболизма поддерживают соотношение АТФ/АДФ на необходимом уровне. Зависимость интенсивности поглощения кислорода от концентрации АДФ называется дыхательным контролем.

• 
  Слайд 38

  Распределение энергии, выделяемой ЦПЭ

  ~20% ~30% 40-50%

• 
  Слайд 39

  Причины нарушения биологического окисления

  Недостаток субстрата (голодание, пищеварение, межуточное нарушение обменов белков, углеводов, липидов) Недостаток О2 (сердечно-сосудистые заболевания, кровь, легкие) Недостаточная активность ферментов дыхательной цепи (генетические дефекты апоферментов, синтеза кофакторов, недостаток железа, гиповитаминоз) Ингибиторы дыхания

• 
  Слайд 40
  

  Ингибиторы ферментов ЦПЭ подавляют активность ферментных комплексов I, III, и IV. Скорость восстановления коферментов NAD+ и FAD+ при этом снижается, что уменьшает скорость окислительных процессов, потребления кислорода и коэффициент Р/О: ингибиторы NADH-дегидрогеназы – лекарственные препараты со снотворным действием – барбитураты (веронал, гексенал, нембутал, амитал); ротенон; ингибиторы QH2-дегидрогеназы – антимицин А; ингибиторы цитохром-с-оксидазы – цианиды (СN-), угарный газ (СО), сероводород (Н2S) Ингибиторы АТФ-синтазыснижают активность фермента, скорость фосфорилирования АДФ и коэффициент Р/О – олигомицин.

• 
  Слайд 41
  

  Разобщители окисления и фосфорилирования– липофильныепротонофоры способны легко проникать через липидный бислой и переносить протоны через внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс, минуя АТФ-синтазу. Скорость образования метаболической воды и дыхания не изменяется или даже возрастает, но сопряжение окисления и фосфорилирования АДФ при этом ослабевает, Р/О снижается. Энергия окисления рассеивается в виде тепла, что приводит к повышению температуры тела человека (пирогенное действие). Экзогенные разобщители – 2,4-динитрофенол, дикумарол, стрептомицин; Эндогенные разобщители – жирные кислоты, гормоны щитовидной железы (тироксин), желчный пигмент билирубин, белок термогенин.

• 
  Слайд 42

  Ингибиторы дыхания

  НАД ФАД Q в с а/а1 О2 цианиды барбамил Актиномицин А ротенонПирицидил H+ в жкт НСl + KCN KCl + HCN CN- связывает Fe2+ Актиномицин А – противонрибковый антибиотик Пирицидин – антибиотик Барбамил – (снотворное, успокаивающее, противосудорожное)

• 
  Слайд 43
  

  АДФ АТФ ½ О2 ½ О2 2- v bc1 III aa1 IV nH+ nH+ nH+ c Сукцинат Фумарат II FAD Q QH2 2 e- 2 H+ H2O Межмембранное пространство Внутренняя мембрана Матрикс

• 
  Слайд 44

  Схема ЦПЭ

  bc1 III nH+ c NADH NAD+ S SH2 I FMN nH+ Q QH2 2 e- 2 H+ АДФ АТФ ½ О2 ½ О2 2- v aa1 IV nH+ nH+ 2 H+ H2O Межмембранное пространство Внутренняя мембрана Матрикс

• 
  Слайд 45

  Причины нарушения окислительного фосфорилирования

  При этом тканевое дыхание усиливается, но идет рассеивание энергии в виде тепа – свободное окисление. Набухание митохондрий Тиреотоксикоз Жирные кислоты с длинной углеродной цепью Нитрофенол Антикоагулянты производные дикумарина Ионофоры (некоторые антибиотики) Ингибиторы

• 
  Слайд 46
  

  Биоэнергетика– раздел биохимии, занимающийся вопросами преобразования и использования энергии. Полезная энергия– энергия производящая работу ТепловаяСвободная (работа производится (работа производится при при повышении t и Р) постоянной t и Р) идет на обеспечение различных видов биологической работы (синтез, механическое движение, осмос перенос через мембрану передача нервных импульсов)