Презентация на тему "Биологическое окисление и биоэнергетика клеток.Общие пути катаболизма. Тканевое дыхание. Электронно-транспортная цепь."

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Биологическое окисление и биоэнергетика клеток.Общие пути катаболизма. Тканевое дыхание. Электронно-транспортная цепь.

  Доцент кафедры химии и биохимии, к.б.н. Бондаревич Е.А.

• 
  Слайд 2
  

  План лекции: Понятие о биоэнергетике или биохимической термодинамике. Основные понятия термодинамики, необходимые для понимания биоэнергетики. Понятия о катаболизме и анаболизме. Понятие о макроэргах, энергетика их гидролиза. Пути расходования и синтеза АТФ. ОВ равновесие и ОВ потенциал. Понятие о биологическом окислении и его биомедицинское значение. Клеточная локализация дыхательных процессов. Строение ферментных комплексов ЭТЦ. Организация дыхательной цепи (ЭТЦ). Природа и структура отдельных ферментных комплексов ЭТЦ. Механизм окислительного фосфорилирования. Дыхательный контроль и регуляция ЭТЦ. Патология тканевого дыхания.

• 
  Слайд 3
  

  Биоэнергетика, или биохимическая термодинамика, занимается изучением превращений энергии, сопровождающих биохимические реакции.

• 
  Слайд 4
  

  Клетка, как термодинамическая система обладает следующими свойствами: открытая; находится в стационарном состоянии; обладает максимальным запасом информации и минимум энтропии;

• 
  Слайд 5

  Некоторые понятия термодинамики

  ΔG=ΔH-TΔS где ΔG – изменение свободной энергии, т.е. способность произвести ту или иную форму работы; ΔH - изменение энтальпии (теплосодержания); T - абсолютная температура и ΔS - изменение энтропии. ΔG > 0 – эндэргонический процесс (не самопроизвольный) ΔG

• 
  Слайд 6
  

  Метаболизм (обмен веществ) – совокупность химических процессов, обеспечивающих жизнедеятельность организма. Вещества участвующие в метаболизме называются метаболитами.

• 
  Слайд 7
  

  Внешний обмен веществ– внеклеточное переваривание веществ на путях их поступления и выделения из организма. Промежуточный обмен веществ(внутриклеточный метаболизм) - превращение веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов. Последовательность биохимических реакций, направленных на модификацию того или иного субстрата до конечного продукта in vivo, называется метаболическим путём или в случае замкнутых процессов – циклом.

• 
  Слайд 8
  

  Катаболизм – это процессы распада, окисления, выведения веществ, которые сопровождаются высвобождением свободной энергии. Реакции катаболизма экзэргонические (ΔG 0). Реакции, сопрягающие процессы анаболизма и катаболизма, называют амфиболическими.

• 
  Слайд 9
  
• 
  Слайд 10
  

  Выделяют следующие фазы катаболизма

• 
  Слайд 11
  

  Пути метаболизма Экзэргонический процесс (ΔG 0) конечные

• 
  Слайд 12

  Принцип энергетического сопряжения

  1) АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4; ∆G = 30,5 кДж/моль, 2) глюкоза + Н3РО4 → глюкозо-6-фосфат; ∆G = +13,1 кДж/моль. _____________________________________________ Глюкоза + АТФ → гюкозо-6-фосфат + АДФ ∆Gреакц.=30,5кДж/моль + 13,1 кДж/моль = 16,1 кДж/моль.

• 
  Слайд 13
  

  Понятие о макроэргических соединениях (макроэргах) - это биологические молекулы, которые способны накапливать и передавать энергию в ходе биохимических реакций. Принято разделять соединения на высокоэнергетические и низкоэнергетичесекие. Условной границей служит значение гидролиза фосфатной связи – более 30 кДж/моль. Макроэрги бывают следующей природы: Нуклеотидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, УТФ) и креатинфосфат. Тиоэфиры – ацетил-КоА, ацил-КоА. Енолфосфаты – фофсфоенолпируват.

• 
  Слайд 14
  

  Стандартная свободная энергия гидролиза некоторых высоко- и низкоэнергетических соединений

  Макроэрг или «высокоэнергетическое» соединение имеет макроэргическую связь, энергия гидролиза которой более 30 кДж/моль

• 
  Слайд 15
  

  Аденозинтрифосфат (АТФ) – главный высокоэнергетический интермедиант Аденин Рибоза три остатка фосфорной кислоты

• 
  Слайд 16

  Аденозинтрифосфат (АТФ) – главный высокоэнергетический интермедиант

• 
  Слайд 17

  Освобождение энергии при гидролизе тиоэфира (ацетил-КоА)

• 
  Слайд 18

  Освобождение энергии при гидролизе фосфоенолпирувата

• 
  Слайд 19
  

  Пути гидролиза высокоэнергетических фосфатов: АТФ + Н2О → АДФ+ Н3РО4 – наиболее частый вариант гидролиза макроэрга; АТФ + Н2О → АМФ + Н4Р2О7 – более редкий процесс гидролиза; АДФ+ Н2О → АМФ + Н3РО4 - реакция приводит к выделению только тепла; Макроэрги Низкоэнергетический фосфат

• 
  Слайд 20

  Структура различных аденозинполифосфатов

• 
  Слайд 21

  Механизм гидролиза АТФ и освобождающаяся при этом энергия

• 
  Слайд 22

  Освобождение энергии при гидролизе фосфоенолпирувата

• 
  Слайд 23

  Освобождение энергии при гидролизе 1,3-бисфосфоглицерата

• 
  Слайд 24

  Освобождение энергии при гидролизе фосфокреатина

• 
  Слайд 25
  

  Исключительное (промежуточное) положение АТФ среди богатых энергией соединений

• 
  Слайд 26
  

  Пути образования АТФ: Окислительное фосфорилирование АДФ + Н3РО4 + Е биоокисления→ АТФ; Субстратное фосфорилирование АДФ+ креатинфосфат → АТФ + креатин; Трансфосфорилированиеили «путь спасения» АДФ + АДФ → АТФ + АМФ;

• 
  Слайд 27
  

  Механизмы ресинтеза АТФ в мышцах Указаны механизмы и энергетические субстраты (в рамках)

• 
  Слайд 28
  

  Выделяют следующие фазы катаболизма

• 
  Слайд 29
  

  БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ Окисление питательных веществ может протекать: с отщеплением водорода, от окисляемого субстрата (S) - дегидрирование; с потерей электрона; с присоединением кислорода. Все три типа реакций равнозначны и могут протекать в живой клетке при участии ферментов и называются биологическим окислением. Если акцептором водорода и электронов в ОВР в клетке служит не кислород, совокупность таких реакций называют анаэробным окислением. Этот тип окисления является процессом генерации водорода с никотинзависимыми(НАД+ и НАДФ+) и флавинзависимымидегидрогеназами (ФМН и ФАД). Если акцептором водорода и электронов служит кислород, такую совокупность ОВР называют аэробным окислением или тканевым дыханием. Таким образом, тканевое дыхание – это распад субстрата в клетках, сопровождающийся потреблением кислорода. Процесс аэробного окисления можно представить следующим уравнением: SH2 + 1/2 O2 = S + H2O. Окисляемые различные органические вещества (S - субстраты), представляют собой метаболиты катаболизма, их дегидрирование является экзоэргическим процессом. Энергия, освобождающаяся в ходе реакций окисления, либо полностью рассеивается в виде тепла, либо частично тратится на фосфорилирование ADP с образованием АТР.

• 
  Слайд 30
  

  Окислительно-восстановительные или редокс пары и их стандартные red/ox потенциалы

• 
  Слайд 31
  

  Структура митохондрий

• 
  Слайд 32
  

  Схема митохондрии

• 
  Слайд 33
  

  Схема электронно-транспортной цепи митохондрии

• 
  Слайд 34
  

  Схема электронно-транспортной цепи митохондрии

• 
  Слайд 35
  
• 
  Слайд 36
  

  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. Около 40% этой энергии трансформируется в энергию химических связей в процессе окислительного фосфорилирования.

• 
  Слайд 37
  
• 
  Слайд 38
  

  Питер Деннис Митчелл, (29 сентября 1920 - 10 апреля 1992 года) британский биохимик, который был удостоен в 1978 году Нобелевской премии по химии за открытие хемиосмотического механизма ATP-синтеза

• 
  Слайд 39
  

  Структура АТФ-синтазного комплекса

• 
  Слайд 40
  

  Коэффициент окислительного фосфорилирования (Р/О) этот число молекул неорганического фосфата (Фн), которое перешло в в форму АТФ в расчете на каждый поглощенный атом кислорода. Он равняется числу молекул АТФ, которые образуются при перенесении 2-х электронов по ЭТЦ на один атом кислорода (максимальное значение Р/О – 3). При окисления субстратов через НАДН-КоQ-редуктазу (через I, III, IV комплексы), образуется 3 молекулы АТФ (Р/О = 3). При окислении субстратов через сукцинат-КоQ–редуктазу (II, III, IV комплексы) образуется 2 молекулы АТФ (Р/О = 2). В сутки человек потребляет в среднем 27 моль кислорода. Основное его количество (примерно 25 моль) используется в митохондриях в дыхательной цепи. Следовательно, ежесуточно синтезируется 125 моль ATP или 62 кг (при расчете использовали коэффициент Р/О=2,5, то есть среднее значение коэффициента фосфорилирования). Масса всей АТР, содержащейся в организме, составляет примерно 20-30 г. Следовательно, можно сделать вывод, что каждая молекула АТР за сутки 2500 раз проходит процесс гидролиза и синтеза, что и характеризует интенсивность обмена АТР .

• 
  Слайд 41
  

  Ингибиторы дыхательной цепи

• 
  Слайд 42
  

  Ингибиторы дыхательной цепи