Шпаргалка по биохимии

Комплекс F0 состоит из нескольких субъединиц, образующих канал, по которому протоны переносятся в матрикс.

Комплекс F1 выступает в матрикс. Он состоит из 9 субъединиц. Между α- и β- субъединицами располагаются три активных центра, в которых происходит синтез АТФ.

Повышение концентрации протонов в межмембранном пространстве активирует АТФ-синтазу. Электрохимический потенциал ΔμН+ заставляет протоны двигаться по каналу АТФ-синтазы в матрикс. Параллельно под действием ΔμН+ происходят конформационные изменения в парах α- и β- субъединиц белка F1 , в результате чего из АДФ и Н3РО4 образуется АТФ. Электрохимический потенциал, генерируемый в 3 пунктах сопряжения в ЦПЭ, используется для синтеза одной молекулы в каждом пункте.

 

 

Отношение количества Н3РО4, использованной на фосфорилирование АДФ, к атому поглощенного кислорода, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О.

Для субстратов, которые отдают протоны и электроны на НАД-зависимые дегидрогеназы, коэффициент фосфорилирования равен 3/1=3АТФ, так как протоны и электроны транспортируются через 3 пункта сопряжения (I, III, IV комплексы).

Например, изоцитрат, малат, ПВК и др.

Для субстратов, которые отдают протоны и электроны на ФАД-зависимые дегидрогеназы и сукцинат-фумарат-дегидрогеназу (II комплекс), коэффициент фосфорилирования равен 2/1=2АТФ, так как электроны поступают на III комплекс, минуя первый пункт сопряжения (I комплекс). Например, сукцинат, глицерол-3-фосфат и др.

Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем.

6.6.Разобщение  окисления и фосфорилирования, разобщающие  факторы. Биологическая роль термогенина бурой жировой ткани в детском организме.  Гипоэнергетические состояния как результат гипоксии, голодания, авитаминозов и других. причин. Микросомальное окисление. Биологическая роль.

На синтез молекулы АТФ расходуется примерно 40-45% всей энергии электронов, переносимых по ЦПЭ, 25% тратится на работу по переносу веществ через мембрану. Остальная часть энергии рассеивается в виде теплоты и используется на поддержание температуры тела. Дополнительное образование теплоты происходит при разобщении дыхания и фосфорилирования, которое может быть биологически полезным. Оно позволяет генерировать тепло для поддержания температуры у новорожденных, у зимнеспящих животных и у всех млекопитающих в процессе адаптации к холоду. У них существует бурый жир – особая ткань, специализирующаяся на теплопродукции посредством разобщения дыхания и фосфорилирования. Бурый жир содержит много митохондрий. Около 10% всех белков приходится на так называемый разобщающий белок (РБ-1) – термогенин.

Окисление субстратов и фосфорилирование АДФ в митохондриях прочно сопряжены. Скорость использования АТФ регулирует скорость потока электронов в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его концентрация в клетках возрастает, то прекращается и поток электронов к кислороду. С другой стороны, расход АТФ и превращение его в АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода.

Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем.

Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны и другие ионы (ионофоры) из мембранного пространста через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается, что приводит к возрастанию скорости окисления НАДН и ФАДН2, возрастает и количество поглощенного кислорода, но энергия выделяется в виде тепла, и коэффициент Р/О резко снижается (свободное окисление).

Разобщители – липофильные вещества, легко проходящие через липидный слой мембраны:

- 2,4-динитрофенол,

- дикумарол (антивитамин вит. К);

- билирубин (продукт распада гема);

- тироксин (гормон щитовидной железы).

Все эти вещества проявляют разобщающее действие только при их высокой концентрации.

 

Для постоянного синтеза АТФ клетками необходим приток метаболитов как субстратов дыхания и кислорода как конечного акцептора электронов в реакциях окисления, сопряженных с синтезом АТФ.

Нарушения какого-либо этапа метаболизма, приводящие к прекращению синтеза АТФ, гибельны для клетки.

Состояния, при которых синтез АТФ снижен, объединяют термином «гипоэнергетические».

Причины «гипоэнергетических состояний»:

• Голодание (недостаток субстратов дыхания);
• Гиповитаминозы В1, В2, В3, РР – эти витамины входят в состав ферментов, участвующих в транспорте электронов на кислород.
• Гипоксия может возникнуть: при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе; при заболеваниях легких и нарушении легочной вентиляции; при нарушениях кровообращения, вызванных заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом сосудов, кровопотерей; при наследственных и приобретенных нарушениях структуры гемоглобина (анемии) и др.
• Протекает в микросомах эндоплазматического ретикулума.
• 10% молекулярного кислорода не является акцептором протонов Н+ , а непосредственно включается в молекулу субстрата;
• В процессе микросомального окисления АТФ не синтезируется.

 

Функции.

• Детоксикационная (обезвреживающая) функция. В реакциях микросомального окисления субстраты гидроксилируются, повышается их растворимость, что способствует их выведению или снижению их токсичности (вывод лекарственных веществ из организма, избытка холестерина и т.д.);
• Пластическая функция – синтез различных соединений:

- из холестерина образуются желчные кислоты, стероидные гормоны (гормоны коры надпочечников, половые гормоны);

- из пролина         оксипролин;

- из лизина             оксилизин;

- из фенилаланина                тирозин и др.

В реакциях микросомального окисления участвуют ферменты- гидроксилазы (оксигеназы), которые делятся на монооксигеназы, катализирующие включение одного атома кислорода в молекулу субстрата и диоксигеназы- включение двух атомов кислорода в молекулу субстрата.

7.6.Образование токсических  форм кислорода ( супероксиданион, гидроксилрадикал, пероксид водорода), их повреждающее действие. Антиоксиданты (витамины Е,А,С, убихинон и др.) и антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза).

В большинстве реакций с участием молекулярного кислорода его восстановление происходит поэтапно с переносом одного электрона на каждом этапе. При одноэлектронном переносе происходит образование промежуточных высокореактивных форм кислорода.

В невозбужденном состоянии кислород нетоксичен. Образование токсических форм кислорода связано с особенностями его молекулярной структуры. О2 содержит 2 неспаренных электрона с параллельными спинами, которые не могут образовывать термодинамическую стабильную пару и располагаются на разных орбиталях. Каждая из этих орбиталей может принять ещё один электрон.

Полное восстановление О2 происходит в результате 4 одноэлектронных переходов:

  

    ē

О2            О2ˉ  - супероксид 

                +ē , Н+ 

О2-                                   Н2О2  - пероксид

 

                      +ē , Н+                                  +ē , Н+ 

Н2О2                                    Н2О + ОН-                      2Н2О

                                 гидроксильный радикал

 

Супероксид, пероксид и гидроксильный радикал- активные окислители, представляют серьезную опасность для многих структурных компонентов клетки.

Активные формы кислорода могут отщеплять электроны от многих соединений, превращая их в новые свободные радикалы, инициируя цепные окислительные реакции. Активные формы О2 вызывают окисление липидов, белков мембраны клеток, ДНК, РНК. Все это приводит к разрушению клеток.

Большая часть активных форм О2 образуется при переносе электронов в ЦПЭ, прежде всего, при функционировании QН2– дегидрогеназного комплекса. Это происходит в результате неферментативного переноса («утечки») электронов с QН2 на кислород.

Супероксид может образовываться:

1. При спонтанном окислении гемоглобина. В норме гемоглобин обратимо связывает кислород в оксигемоглобин, однако оксигемоглобин превращается в метгемоглобин (Fе3+) и супероксид О2ˉ.
2. Вирус гриппа взаимодействует с нейтрофилами легочной ткани и образует О2ˉ, который поддерживает воспаление, деструктивные процессы.
3. Нейтрофилы, в избытке накапливающиеся в воспаленных суставах, также образуют О2ˉ, которые участвуют в развитии артритов.

В организме существуют защитные механизмы:

- гемсодержащие ферменты: пероксидаза, которая расщепляет Н2О2:

              пероксидаза

Н2О2            Н2О+О 

В организме существуют защитные механизмы:

- гемсодержащие ферменты: каталаза, которая расщепляет Н2О2:

                 каталаза

2Н2О2                            2Н2О + 2О2

 

- супероксиддисмутаза (СД), глутатионпероксидаза, обезвреживающие О2ˉ:

 

                          СД

2О2-  + 2Н+                        2Н2О2 + О2

 

              каталаза

2Н2О2  2Н2О + 2О2

 

- антиоксиданты, обезвреживающие  свободные радикалы – витамины Е, А, С; глутатион, цистеин, биофлавоноиды, Q10 , мочевая кислота, янтарная кислота, селенит натрия и др.

1.7.Углеводы, классификация: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, и их производные (аминосахара, уроновые кислоты, фосфорные эфиры);дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза); гомополисахариды, гетерополисахариды. Химическое строение, биологическая роль.

    

 

 Углеводы вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами входят в состав живых организмов и определяют специфичность их строения и функционирования. На долю углеводов приходится около 75% массы пищевого рациона и более 50% от суточного количества необходимых калорий. Углеводы являются поставщиками энергии и  выполняют структурную роль. Из углеводов в процессе метаболизма образуются вещества, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов.

Углеводы – это альдегидо- или кетоноспирты.

Функции углеводов:

1. Энергетическая;
2. Углеводы ( рибоза, дезоксирибоза) входят в состав нуклеиновых кислот, свободных мононуклеотидов (АТФ, ГТФ, цАМФ и др.), коферментов (НАД, НАДФ, ФАД);
3. Структурная: гликопротеины – коллаген; белки-рецепторы; гликокаликс, белки определяющие принадлежность к группе крови; факторы свертывания крови; ферменты, гормоны; гликозаминогликаны и др;
4. Защитная: иммуноглобулины, интерферон, муцины, фибриноген, гликозаминогликаны и др.;
5. Дезинтоксикационная - входят в состав ФАФС (фосфоаденозинфосфосульфат) и УДФГК (уридиндифосфоглюкуроновая кислота).

           Суточная  потребность – 500 грамм.

 

Классификация:

 

1. Моносахариды – производные многоатомных спиртов, содержащих альдегидную или кетонную группу. В

зависимости от количества углеродных атомов моносахариды делятся на:

Истинные:

- триозы

- тетрозы

- пентозы (рибоза, дезоксирибоза)

- гексозы (глюкоза, галактоза, фруктоза) и др.

Производные моносахаридов:

- уроновые кислоты – если  вместо СН2ОН группы в 6 положении – СООН группа (у глюкозы – глюкуроновая 

   кислота; у галактозы –  галактоуроновая кислота). Они входят в состав гликозаминогликанов;

- аровые кислоты – если в 6 и 1 положениях – СООН группы (у глюкозы – глюкаровая, у галактозы –

   галактаровая);

- аминосахара – если во 2 положении – NН2группа (у глюкозы – глюкозамин, у галактозы – галактозамин). Они

   входят в состав гликозамингликанов;

- N-гликозиды (рибоза, дезоксирибоза, соединенные с азотистым основанием  в нуклеотиде - N-гликозидной 

  связью). Входят в состав РНК, ДНК, АТФ, НАД, ФАД и др.;

- фосфорные эфиры моносахаридов  – замещение атомов Н на  остатки фосфорной кислоты: глюкозо-6-фосфат;

  фруктозо-1,6-дифосфат; рибозо-5-фосфат и др.

 

2. Олигосахариды (в их состав  входят от 2 до 10 остатков моносахаридов)

Дисахариды:

 

- мальтоза состоит из 2 молекул  α-Dглюкозы, соединенных α-1,4-гликозидной  связью. Она имеет свободный    

  полуацетальный гидроксил, обладает  восстанавливающими свойствами;

- лактоза (молочный сахар) состоит  из β-Dгалактозы и α-Dглюкозы  соединенные β-1,4-гликозидной связью.

  Имеет свободный полуацетальный  гидроксил и обладает восстанавливающими свойствами.