Kisik sudjeluje u procesu oksidacije. Prezentacija na temu "biološka oksidacija"

Bez energije ne može postojati nijedno živo biće. Uostalom, svaka kemijska reakcija, bilo koji proces zahtijeva njegovu prisutnost. Svakome je to lako razumjeti i osjetiti. Ako ne jedete hranu cijeli dan, tada će do večeri, a možda i ranije, početi simptomi povećanog umora, letargije, a vaša snaga će se značajno smanjiti.

Kako su se različiti organizmi prilagodili dobivanju energije? Odakle dolazi i koji se procesi odvijaju unutar stanice? Pokušajmo to shvatiti u ovom članku.

Proizvodnja energije od strane organizama

Bez obzira kako stvorenja troše energiju, osnova je uvijek drugačija.Mogu se dati primjeri. Jednadžba za fotosintezu, koju provode zelene biljke i neke bakterije, također je OVR. Naravno, procesi će se razlikovati ovisno o tome na koje živo biće se misli.

Dakle, sve životinje su heterotrofi. Odnosno organizmi koji nisu u stanju samostalno u sebi stvarati gotove organske spojeve za njihovu daljnju razgradnju i oslobađanje energije kemijskih veza.

Biljke su, naprotiv, najsnažniji proizvođač organske tvari na našem planetu. Oni provode složen i važan proces koji se naziva fotosinteza, a sastoji se od stvaranja glukoze iz vode i ugljičnog dioksida pod utjecajem posebne tvari - klorofila. Nusproizvod je kisik, koji je izvor života za sva aerobna živa bića.

Redoks reakcije, čiji primjeri ilustriraju ovaj proces:

• 6CO 2 + 6H 2 O = klorofil = C 6 H 10 O 6 + 6O 2;

• ugljikov dioksid + pod utjecajem pigmenta klorofila (reakcija enzima) = monosaharid + slobodni molekulski kisik.

Postoje i predstavnici biomase planeta koji su sposobni koristiti energiju kemijskih veza anorganskih spojeva. Zovu se kemotrofi. To uključuje mnoge vrste bakterija. Na primjer, vodikovi mikroorganizmi koji oksidiraju molekule supstrata u tlu. Proces se odvija prema formuli: 2H 2 +0 2 = 2H 2 0.

Povijest razvoja znanja o biološkoj oksidaciji

Proces koji je u osnovi proizvodnje energije danas je dobro poznat. oksidacija. Biokemija je tako detaljno proučila suptilnosti i mehanizme svih faza djelovanja da više gotovo da nema misterija. Međutim, to nije uvijek bio slučaj.

Prvi spomen činjenice da se unutar živih bića odvijaju složene transformacije, koje su kemijske reakcije u prirodi, pojavio se oko 18. stoljeća. U to je vrijeme Antoine Lavoisier, slavni francuski kemičar, skrenuo pozornost na to koliko su biološka oksidacija i izgaranje slične. Pratio je približan put kisika apsorbiranog tijekom disanja i došao do zaključka da se procesi oksidacije odvijaju unutar tijela, samo sporije nego izvana tijekom izgaranja različitih tvari. Odnosno, oksidacijsko sredstvo - molekule kisika - reagiraju s organskim spojevima, točnije s vodikom i ugljikom iz njih, te dolazi do potpune transformacije, popraćene razgradnjom spojeva.

No, iako je ova pretpostavka u svojoj biti sasvim realna, mnoge su stvari ostale nejasne. Na primjer:

• budući da su procesi slični, tada bi uvjeti za njihovu pojavu trebali biti identični, ali oksidacija se događa pri niskoj tjelesnoj temperaturi;
• radnja nije popraćena oslobađanjem ogromne količine toplinske energije i ne dolazi do stvaranja plamena;
• Živa bića sadrže najmanje 75-80% vode, ali to ne smeta "izgaranju" hranjivih tvari u njima.

Bilo je potrebno mnogo godina da se odgovori na sva ta pitanja i shvati što je zapravo biološka oksidacija.

Postojale su različite teorije koje su implicirale važnost prisutnosti kisika i vodika u procesu. Najčešći i najuspješniji bili su:

• Bachova teorija, nazvana peroksidna teorija;
• Palladinova teorija, koja se temelji na konceptu "kromogena".

Kasnije je bilo mnogo više znanstvenika, kako u Rusiji tako iu drugim zemljama svijeta, koji su postupno dodavali i mijenjali pitanje što je biološka oksidacija. Biokemija modernog doba, zahvaljujući njihovim radovima, može reći o svakoj reakciji ovog procesa. Neka od najpoznatijih imena u ovom području uključuju sljedeće:

• Mitchell;
• S. V. Severin;
• Warburg;
• V. A. Belitser;
• Leninger;
• V. P. Skulačev;
• Krebs;
• Zelena;
• V. A. Engelhardt;
• Kaylin i drugi.

Vrste biološke oksidacije

Možemo razlikovati dvije glavne vrste procesa koji se razmatraju, a koji se odvijaju pod različitim uvjetima. Stoga je najčešći način pretvorbe primljene hrane među mnogim vrstama mikroorganizama i gljiva anaerobni. Ovo je biološka oksidacija koja se odvija bez pristupa kisiku i bez njegovog sudjelovanja u bilo kojem obliku. Slični se uvjeti stvaraju tamo gdje nema pristupa zraku: pod zemljom, u trulim podlogama, mulju, glini, močvarama, pa čak iu svemiru.

Ova vrsta oksidacije ima još jedno ime - glikoliza. To je također jedna od faza složenijeg i radno intenzivnijeg, ali energetski bogatijeg procesa - aerobne transformacije ili respiracije tkiva. Ovo je druga vrsta procesa koji se razmatra. Javlja se kod svih aerobnih živih heterotrofnih bića koja za disanje koriste kisik.

Dakle, vrste biološke oksidacije su sljedeće.

1. Glikoliza, anaerobni put. Ne zahtijeva prisutnost kisika i završava različitim oblicima fermentacije.
2. Tkivno disanje (oksidativna fosforilacija), ili aerobni tip. Zahtijeva prisutnost molekularnog kisika.

Sudionici u procesu

Prijeđimo na izravno razmatranje samih značajki koje sadrži biološka oksidacija. Definirajmo glavne spojeve i njihove kratice koje ćemo koristiti u budućnosti.

1. Acetil koenzim A (acetil-CoA) je kondenzat oksalne i octene kiseline s koenzimom, koji nastaje u prvoj fazi ciklusa trikarboksilne kiseline.
2. Krebsov ciklus (ciklus limunske kiseline, trikarboksilne kiseline) niz je složenih sekvencijalnih redoks transformacija popraćenih oslobađanjem energije, redukcijom vodika i stvaranjem važnih niskomolekularnih proizvoda. To je glavna karika u kata- i anabolizmu.
3. NAD i NAD*H su enzim dehidrogenaza, što je kratica za nikotinamid adenin dinukleotid. Druga formula je molekula s vezanim vodikom. NADP - nikotinamid adenin dinukleotid fosfat.
4. FAD i FAD*H - flavin adenin dinukleotid - koenzim dehidrogenaza.
5. ATP – adenozin trifosforna kiselina.
6. PVA = pirogrožđana kiselina ili piruvat.
7. Sukcinat ili jantarna kiselina, H 3 PO 4 - fosforna kiselina.
8. GTP je gvanozin trifosfat, klasa purinskih nukleotida.
9. ETC je lanac prijenosa elektrona.
10. Procesni enzimi: peroksidaze, oksigenaze, citokrom oksidaze, flavin dehidrogenaze, razni koenzimi i drugi spojevi.

Svi ovi spojevi izravni su sudionici u procesu oksidacije koji se odvija u tkivima (stanicama) živih organizama.

Faze biološke oksidacije: tablica

Pozornica	Procesi i značenje
Glikoliza	Suština procesa je razgradnja monosaharida bez kisika, koja prethodi procesu staničnog disanja i praćena je oslobađanjem energije koja je jednaka dvjema molekulama ATP-a. Nastaje i piruvat. Ovo je početna faza za bilo koji živi heterotrofni organizam. Značaj u stvaranju PVC-a koji ulazi u kriste mitohondrija i predstavlja supstrat za oksidaciju tkiva kisikom. U anaerobima se nakon glikolize javljaju različiti tipovi fermentacijskih procesa.
Oksidacija piruvata	Ovaj proces uključuje pretvorbu PVK, nastale tijekom glikolize, u acetil-CoA. Provodi se pomoću specijaliziranog enzimskog kompleksa piruvat dehidrogenaze. Rezultat su molekule cetil-CoA koje ulaze u isti proces u kojem se NAD reducira u NADH. Mjesto su mitohondrijske kriste.
Razgradnja beta masnih kiselina	Ovaj proces se odvija paralelno s prethodnim na kristama mitohondrija. Njegova bit je pretvoriti sve masne kiseline u acetil-CoA i staviti ga u ciklus trikarboksilnih kiselina. Ovo također smanjuje NADH.
Krebsov ciklus	Započinje pretvorbom acetil-CoA u limunsku kiselinu, koja se dalje transformira. Jedna od najvažnijih faza koja uključuje biološku oksidaciju. Ova kiselina je izložena: dehidrogenacija; dekarboksilacija; regeneracija. Svaki se postupak izvodi nekoliko puta. Rezultat: GTP, ugljikov dioksid, reducirani oblik NADH i FADH 2. U ovom slučaju, enzimi biološke oksidacije slobodno se nalaze u matrici mitohondrijskih čestica.
Oksidativne fosforilacije	Ovo je posljednja faza transformacije spojeva u eukariotskim organizmima. U ovom slučaju, adenozin difosfat se pretvara u ATP. Energija potrebna za to uzima se iz oksidacije onih molekula NADH i FADH 2 koje su nastale u prethodnim fazama. Uzastopnim prijelazima duž ETC-a i smanjenjem potencijala, energija se zaključuje u visokoenergetskim vezama ATP-a.

Sve su to procesi koji prate biološku oksidaciju uz sudjelovanje kisika. Naravno, oni nisu opisani u cijelosti, već samo u biti, budući da je za detaljan opis potrebno cijelo poglavlje knjige. Svi biokemijski procesi živih organizama izuzetno su višestrani i složeni.

Procesi redoks reakcija

Redoks reakcije, čiji primjeri mogu ilustrirati gore opisane procese oksidacije supstrata, su kako slijedi.

1. Glikoliza: monosaharid (glukoza) + 2NAD + + 2ADP = 2PVK + 2ATP + 4H + + 2H 2 O + NADH.
2. Oksidacija piruvata: PVA + enzim = ugljikov dioksid + acetaldehid. Zatim sljedeći korak: acetaldehid + koenzim A = acetil-CoA.
3. Mnoge uzastopne transformacije limunske kiseline u Krebsovom ciklusu.

Ove redoks reakcije, čiji su primjeri navedeni gore, odražavaju bit procesa koji se odvijaju samo u općem obliku. Poznato je da su dotični spojevi velike molekularne mase ili imaju veliki ugljikov kostur, pa jednostavno nije moguće sve dočarati cjelovitim formulama.

Energija disanja tkiva

Iz gornjih opisa očito je da nije teško izračunati ukupni energetski prinos svih oksidacija.

1. Glikoliza proizvodi dvije molekule ATP-a.
2. Oksidacija piruvata pomoću 12 ATP molekula.
3. Postoje 22 molekule u ciklusu trikarboksilne kiseline.

Rezultat: potpuna biološka oksidacija putem aerobnog puta daje energiju jednaku 36 ATP molekula. Važnost biološke oksidacije je očita. To je energija koju živi organizmi koriste za život i funkcioniranje, kao i za grijanje tijela, kretanje i druge potrebne stvari.

Anaerobna oksidacija supstrata

Drugi tip biološke oksidacije je anaerobna. Odnosno, ona koja se javlja kod svih, ali koja je ograničena na određene vrste mikroorganizama. i upravo s te točke jasno se vide razlike u daljnjoj pretvorbi tvari između aeroba i anaeroba.

Nekoliko je stupnjeva biološke oksidacije na tom putu.

1. Glikoliza, odnosno oksidacija molekule glukoze u piruvat.
2. Fermentacija dovodi do regeneracije ATP-a.

Fermentacija može biti različitih vrsta, ovisno o organizmima koji je provode.

Mliječno kiselo vrenje

Nose ga bakterije mliječne kiseline, kao i neke gljivice. Ideja je reducirati PVA u mliječnu kiselinu. Ovaj se postupak koristi u industriji za dobivanje:

• fermentirani mliječni proizvodi;
• kiselo povrće i voće;
• silaža za životinje.

Ova vrsta fermentacije jedna je od najčešće korištenih za ljudske potrebe.

Alkoholno vrenje

Poznato ljudima od davnina. Suština procesa je pretvaranje PVC-a u dvije molekule etanola i dvije molekule ugljičnog dioksida. Zbog ovakvog prinosa proizvoda, ova vrsta fermentacije se koristi za dobivanje:

• od kruha;
• krivnja;
• pivo;
• slastice i drugo.

Provode ga gljivice, kvasci i mikroorganizmi bakterijske prirode.

Maslačno-kiselo vrenje

Prilično usko specifična vrsta fermentacije. Provode ga bakterije iz roda Clostridium. Suština je pretvaranje piruvata u maslačnu kiselinu koja hrani daje neugodan miris i užegli okus.

Stoga se reakcije biološke oksidacije koje slijede ovaj put praktički ne koriste u industriji. Međutim, te bakterije samostalno inokuliraju prehrambene proizvode i uzrokuju štetu, smanjujući njihovu kvalitetu.

POVIJEST PROUČAVANJA BIOLOŠKE OKSIDACIJE.

Prve ideje o biološkoj oksidaciji izrazio je LAVOISIER, koji je rekao da je biološka oksidacija sporo gorenje. S kemijskog gledišta, izgaranje je interakcija ugljika s kisikom pri čemu nastaje CO2. Ali u tijelu nastajanje CO2 događa se DEKARBOKSILACIJOM, a biološka oksidacija se odvija na niskim temperaturama, a ne nastajanjem CO2 u prisutnosti vode i bez stvaranja plamena.

Na temelju toga iznesene su sljedeće stvarne ideje o biološkom. oksidacija početkom 20. stoljeća.

1. Teorija "aktivacije" kisika akademika BAKH-a. Vodeću ulogu u procesu biološke oksidacije smatrao je stvaranjem PEROKSIDA.

Ova su gledišta podržali botaničari, jer. Postoji mnogo PEROKSIDAZA u biljkama, a znanstvenici koji proučavaju životinjska tkiva nisu podržali te stavove, jer U njima se ne otkrivaju PEROKSIDAZE.

2. Teorija aktivacije vodika akademika PALLADINA. Polazio je od činjenice da životinjska tkiva sadrže mnogo enzima - DG.

Konačni proizvod biološke oksidacije je voda. Gledišta BACHA i PALLADINA su se promijenila. Trenutno se vjeruje da DH i OKSIDAZE sudjeluju u biološkoj oksidaciji.

SUVREMENI POJMOVI O BIOLOŠKOJ OKSIDACIJI.

1. Biološka oksidacija, kao i oksidacija općenito, proces je prijenosa elektrona. Tvar koja predaje elektrone se oksidira, ona koju uzmemo reducira se. Ako je akceptor elektrona kisik, tada se taj proces naziva TKIVNO DISANJE. Biološka oksidacija uključuje DEHIDROGENACIJU do stvaranja vode.

R-H2 ---DG----> R + KoH2

KoH2 +1/2 O2.------> Ko + H2O

Ako vodik reagira s kisikom i formira vodu izvan tijela, to je popraćeno eksplozijom. Biološka oksidacija je višefazni proces - višefazni prijenos elektrona uz postupno oslobađanje energije, čime se eliminira eksplozija. Biološka oksidacija je proces koji zahtijeva mnogo enzima. Da. biološka oksidacija je višefazni proces prijenosa elektrona koji provodi kompleks enzima. Ovaj kompleks enzima naziva se ELEKTRONSKI TRANSPORTNI LANAC (ETC), ili ELEKTRONSKI TRANSPORTNI LANAC (ETC), ili dišni lanac. ETC je svojevrsni TRANSPORTER za prijenos elektrona i protona sa supstrata na kisik.

KOMPONENTE DIŠNOG LANCA.

1. DG OVISNI O NIKOTINU, t.j. koji sadrže koenzime - NAD, NADP

2. DG OVISNI O FLAVINU, t.j. koji sadrže KOENZIME - FMN, FAD.

3. UBIKINON (Co-Q)

4. CITOKROMI: b, c, c1, a, a3.

Gotovo sve ove komponente, s izuzetkom prve, ugrađene su u unutarnju membranu MITOHONDRIJA. U jetri postoji do 5.000 takvih respiratornih lanaca, au srcu - do 20.000.

GRAĐA KOMPONENTI DIŠNOG LANCA.

1. U NAD i NADP radni dio je vitamin PP - NIKOTINAMID.

2. Kod FAD i FMN radni dio je FLAVIN (komponenta vitamina B2)

3. UBIKINON lako prelazi u reducirani oblik KOQ + 2H +2e = KOQ*H2

4. CITOKROMI su HETEROPROTEINI. Njihov proteinski dio je HEM, čiju strukturu čine 4 PIROlična prstena i atom željeza, koji lako mijenja valenciju. Može uključivati ​​i bakar.

ENZIMI DIŠNOG LANCA.

1. DG supstrati nalaze se u citoplazmi stanice, mogli bi biti u MITOHONDRIJSKOM MATRICU.

2.NADH - DG(FMN).

4. Q*H2 - DG (CITOKROMI b, c1).

5. CITOKROM C.

6. CITOKROM OKSIDAZA sudjeluje u prijenosu elektrona na kisik (uključuje CITOKROME a, a3).

FUNKCIONIRANJE DIŠNOG LANCA.

Puni ITD - interakcija supstrata s NAD. Skraćeni ETC - interakcija supstrata s FAD-om i naknadni transport elektrona i protona izravno na KOENZIM Q.

Redoslijed komponenti dišnog lanca određen je veličinom njihovih hed-ox potencijala, koji varira od -0,32 V do + 0,81 V. -0,32 je svojstveno NADH2, +0,81 je svojstveno O2.

OKSIDATIVNE FOSFORILACIJE.

U dišnom lancu stvaraju se uvjeti za sintezu ATP-a, t.j. oslobađa se dovoljna količina energije.

Biološka oksidacija, koji se odvija u živom organizmu, u biti je proces obrnut od fotosinteze. Tijekom reakcija biološke oksidacije, elektroni visoke energije koji se nalaze u molekulama ugljikohidrata i drugih bioloških spojeva smanjuju se na najnižu energetsku razinu kada se vežu na kisik u molekuli vode. Energija koju odaju u ovom slučaju koristi se za stvaranje visokoenergetskih fosfatnih veza. Protok elektrona koji se kreće kroz faze procesa biološke oksidacije nije ništa više od slabe električne struje.

Biološka oksidacija To je proces oksidacije bioloških tvari uz oslobađanje energije.

Tkivno disanje– proces apsorpcije kisika (O 2) tkivima tijekom oksidacije organskog supstrata uz oslobađanje ugljičnog dioksida (CO 2) i vode (H 2 O).

Glavni izvori CO 2 su reakcije dekarboksilacije pirogrožđane i alfa-ketoglutarne kiseline. Drugi izvor je proces dekarboksilacije aminokiselina, koji kataliziraju enzimi ovisni o piridoksalu.

Oksidativne fosforilacije Ovo je sinteza ATP-a povezana s disanjem tkiva.

Glavno gorivo u biološkoj oksidaciji je vodik. Poznato je da je reakcija oksidacije vodika s kisikom u plinovitom okruženju popraćena oslobađanjem velike količine energije, popraćenom eksplozijom i plamenom. Evolucija živih organizama dovela je do činjenice da je reakcija oksidacije vodika u vodu podijeljena u zasebne faze, što osigurava postupno oslobađanje energije u procesu biološke oksidacije. U ovom slučaju, dio primljene energije se raspršuje u obliku topline (oko 60%), a drugi dio (oko 40%) se akumulira u molekulama ATP-a.

Makroergički spojevi- To su tvari koje sadrže energetski bogate veze.

Makroergička veza označena je simbolom ∼ (znak tilda). Koncept visokoenergetske veze prilično je proizvoljan i koristi se za označavanje onih veza koje su hidrolizirane u vodenom okruženju uz oslobađanje značajne energije. Dakle, hidroliza terminalne fosfoanhidridne veze ATP (ATP + H 2 O → ADP + Phn) dovodi do oslobađanja 34,5 kJ/mol energije).

Međutim, ako se reakcija odvija u nevodenom mediju (na primjer, u lipidnom sloju membrane), tada se stvaranje i uništavanje ATP-a odvija bez većeg utroška energije.

Tvari čija hidroliza dovodi do oslobađanja više od 21 kJ/mol energije klasificiraju se kao visokoenergetske ( makroergam), a tvari koje oslobađaju manje količine energije svrstavaju se u niskoenergetske. Makroergi uključuju: ATP, ostale nukleozidne trifosfate (GTP, CTP, UTP, TTP), arginin fosfat, kreatin fosfat, acetil fosfat, 1,3-difosfoglicerat, fosfoenolpiruvat itd. U niskoenergetske spadaju glukoza-6-fosfat, glukoza- 1-fosfat, glicerofosfat i dr. Jedinstvena uloga ATP-a je da ima srednju vrijednost energije hidrolize i djeluje kao poveznica (mod za pregovaranje) između spojeva visoke i niske energije.

Slajd 2

Skup oksidativnih reakcija koje se odvijaju u biološkim objektima i opskrbljuju ih energijom i metabolitima za vitalne procese naziva se biološka oksidacija.

Slajd 3

Funkcije biološke oksidacije

Opskrba energijom:

1. održavanje tjelesne temperature;
2. bioluminiscencija (sjaj);
3. kemijske sinteze;
4. osmotski fenomeni;
5. električni procesi;
6. mehanički rad.

• Sinteza najvažnijih (ključnih) metabolita.
• Regulacija metabolizma.
• Uklanjanje metaboličkih produkata (otpada) štetnih za stanicu.
• Detoksikacija stranih spojeva koji su ušli u tijelo - ksenobiotici (pesticidi, kemikalije za kućanstvo, lijekovi, industrijsko zagađenje itd.).

Slajd 4

Biološki oksidacijski enzimi

• Različite biološke oksidacijske reakcije ubrzavaju brojni enzimi oksidoreduktaze, koji su u pravilu ugrađeni u biološke membrane, često u obliku ansambala.

Podijeljeni su u 5 grupa:

• Oksidaze (kataliziraju uklanjanje vodika iz supstrata, koristeći samo kisik kao akceptor vodika)

Slajd 5

Aerobne dehidrogenaze (za razliku od oksidaza, mogu koristiti ne samo kisik, već i umjetne akceptore kao akceptor vodika).

Slajd 6

• Anaerobne dehidrogenaze (ne mogu koristiti kisik kao akceptor vodika)
• Obavlja dvije glavne funkcije:
  • Prijenos vodika s jednog supstrata na drugi
  • Komponenta dišnog lanca koja prenosi elektrone od supstrata do kisika

Slajd 7

• Hidroksiperoksidaze (koristite vodikov peroksid ili organske perokside kao supstrat)
• Oksigenaze (kataliziraju izravno uvođenje kisika u molekulu supstrata)

Slajd 8

Vrste biološke oksidacije

• Postoje 2 vrste biološke oksidacije:
• Slobodna oksidacija
  • Oksidacija koja nije povezana s fosforilacijom ADP-a i nije popraćena transformacijom energije oslobođene tijekom oksidacije u energiju visokoenergetskih veza.
  • Tijekom slobodne oksidacije oslobođena energija prelazi u toplinu i rasipa se.
• • Ova vrsta biološke oksidacije odvija se na dva načina:
  • fosforilacija supstrata
  • oksidativne fosforilacije

Slajd 9

Slobodna oksidacija

Slajd 10

• Reakcije slobodne oksidacije organskih spojeva u živoj prirodi i enzimski sustavi koji ih ubrzavaju raznoliki su. Na taj se način izravno oksidiraju ne samo brojni prirodni i neprirodni supstrati, već i reducirani koenzimi (NADH, NADPH, FAD H2 i dr.) nastali djelovanjem primarnih i sekundarnih dehidrogenaza.
• Reakcije slobodne oksidacije odvijaju se u citosolu, na membranama različitih substaničnih struktura i u nuklearnom aparatu stanice. Njihov glavni fokus su membrane endoplazmatskog retikuluma (ER).
• Budući da EPS membrane pri homogenizaciji stanica i frakcioniranju substaničnih čestica homogenata daju frakciju mikrosoma, reakcije oksidacije na EPS membranama nazivaju se mikrosomalna oksidacija.

Slajd 11

Značajke mikrosomalnog respiratornog lanca

1. Unatoč prisutnosti enzima lanca prijenosa elektrona, spajanje s ADP fosforilacijom ne događa se ni u jednom trenutku u ovom lancu.
2. Izvornost strukture i funkcionalne aktivnosti citokroma b5 i P-450 uključenih u njegov sastav.
3. Visoki afinitet terminalne oksidaze mikrosomalnih lanaca za kisik, što joj omogućuje da se natječe za kisik s mitohondrijskom citokrom oksidazom.

Slajd 12

Slobodni oksidacijski enzimi

Slajd 13

• Pirokatehaza (katehol: decikliziranje kisik-1,2-oksidoreduktaze)
• U aktivnom centru sadrži dva čvrsto vezana atoma Fe, koji se, prema O. Hayaishiju, spajaju s molekulskim kisikom u kompleks, gdje se kisik dalje aktivira:
• Fe2+ ​​​​+ O2 → Fe2+O2 → Fe3+O2–

Slajd 14

Slajd 15

Primjeri reakcija dioksigenaze

Slajd 16

Slobodna oksidacija uz sudjelovanje monooksigenaza

Slajd 17

Oksidacija povezana s fosforilacijom ADP-a

Slajd 18

Slajd 19

Fosforilacija supstrata

Slajd 20

Fosforilacija supstrata je vrsta biološke oksidacije u kojoj: visokoenergetska veza nastaje u trenutku izravne oksidacije supstrata, zatim se na ovaj ili onaj način prenosi na fosfatni ostatak, koji se zauzvrat koristi za fosforilaciju ADP, tj. sinteza ATP-a. Oksidacija povezana s fosforilacijom ADP-a na razini supstrata.

Slajd 21

Primjeri reakcija fosforilacije supstrata

• Tijekom oksidacije 3-fosfogliceraldehida (3-PGA) u 2-fosfoglicerinsku kiselinu (2-PGA) – glikoliza;
• Kada se fosfoenolpiruvična kiselina (PEP) pretvara u pirogrožđanu kiselinu (piruvat, PVA) - glikoliza;
• Kada se β-ketoglutarna kiselina pretvori u jantarnu kiselinu (reakcija Krebsovog ciklusa).

Slajd 22

Oksidativna dekarboksilacija ketoglutarne kiseline

U ovom dijelu Krebsovog ciklusa donor elektrona je hidroksiacetiltiamin pirofosfat; akceptor elektrona – lipoična kiselina.

Slajd 23

Slajd 24

Slajd 25

U sljedećim fazama, enzim ulazi u reakciju

Slajd 26

Oksidativne fosforilacije

Slajd 27

• To je spajanje oksidacije sa sintezom ATP-a, kada se atomi vodika iz koenzima dehidrogenaza koje sudjeluju u oksidaciji supstrata prenose u lanac oksidoreduktaze, gdje, zajedno s prijenosom H+ iona i elektrona na molekularni kisik, dolazi do aktivacije anorganskih fosfata i preko njega fosforilacije ADP-a uz nastanak ATP-a
• U tom slučaju oksidirani supstrat ne sudjeluje izravno u aktivaciji anorganskog fosfata
• Spajanje oksidacije s fosforilacijom događa se uglavnom na unutarnjim membranama mitohondrija

Slajd 28

Redoks enzimi

Slajd 29

Piridin dehidrogenaze

• Koenzimi – NAD i NADP
• Univerzalni donor H atoma za dišni lanac enzima je NADH2
• Ako se NADPH2 pojavi tijekom oksidacije supstrata, tada dolazi do reakcije:
• NADPH2 + NAD ⇄ NADP + NADH2

Slajd 30

Značajke reakcija koje uključuju piridin dehidrogenaze

• Jednostavna reverzibilnost.
• Koenzimi se lako odvajaju od proteinskog dijela i imaju veliku pokretljivost, što im omogućuje prijenos H atoma, H+ iona i elektrona iz jednog dijela stanice u drugi.
• NAD i NADP mogu prihvatiti H atome iz velikog broja supstrata, čiji je redoks potencijal manji (-0,32V).

Slajd 31

Flavin dehidrogenaze

• Koenzimi – FMN i FAD.
• Flavinski enzimi akceptori su vodikovih atoma i prenose ih iz NADH2:
• NADH2 + FAD ⇄ NAD + FADH2.
• U nekim slučajevima (tijekom oksidacije jantarne kiseline u Krebsovom ciklusu ili oksidacije masnih kiselina) flavinski enzimi mogu imati ulogu primarnih dehidrogenaza.
• FMN i FAD su vrlo čvrsto vezani za apoenzim i ne odvajaju se od njega ni u jednoj fazi katalitičkog ciklusa.
• Aktivni dio molekula FAD i FMN je izoaloksazinski prsten riboflavina, na čije atome dušika mogu biti vezana 2 atoma vodika:

Slajd 36

• Najznačajnija značajka respiratornog lanca enzima je prisutnost u njemu regija u kojima se susjedne komponente oštro razlikuju u vrijednostima redoks potencijala.
• Ovdje dolazi do spajanja oksidacije s fosforilacijom ADP-a, jer razlika u energetskim razinama elektrona transportiranog ogromnom brzinom sasvim je dovoljna za sintezu visokoenergetske veze i iznosi 51 kJ za I, 36 kJ za II i 80,7 kJ za III točku konjugacije.

Slajd 37

Kemiosmotička hipoteza

• Peter Mitchell, Vladimir Petrovich Skulachev
• Reakcije praćene potrošnjom ili stvaranjem H+ odvijaju se na unutarnjoj membrani mitohondrija na način da se protoni prenose s unutarnje membrane na vanjsku, tj. prijenos elektrona prati pojava transmembranskog koncentracijskog gradijenta H+ iona – obavljanje osmotskog rada.
• Ovaj gradijent, koji stvara razliku u kemijskim () i električnim () potencijalima, izvor je energije za endergonski proces stvaranja ATP-a.
• ATPaza je enzim koji može koristiti koncentracijski gradijent H+ iona da preokrene proces hidrolize ATP-a.

Slajd 38

Pogledaj sve slajdove

URALSKA DRŽAVNA MEDICINSKA AKADEMIJA

Zavod za bioorgansku i biološku kemiju

NASTAVNI RAD NA TEMU:

Biološka oksidacija.

Izvođači: učenicima

pedijatrijski

fakultet 223 grupe

Zaruba N.S., Chashchina E.E.

Nadglednik: docent,

dr.sc. Trubačev S.D.

Recenzent:

Ekaterinburg 2002.

I. Uvod………………………………………………………………...3

II. Općenite ideje o biološkoj oksidaciji.

Redoks sustavi i potencijali……..3

III. Načini korištenja kisika u stanici……………………………...5

Put oksidaze za korištenje kisika. Mitohondriji.

Enzimi, njihova lokalizacija i značaj u oksidacijskim procesima…….5

IV. Faze iskorištavanja energije hranjivih tvari…………………...6

V. Oksidativna fosforilacija……………………………………9

Mitchellova kemiosmotička teorija……..……….………………..9

Redoks – lanac oksidativne fosforilacije………………10

VI. Krebsov ciklus…………………………………………………………21

Otvaranje CTK………………………………………………………..22

Reakcije, enzimi. Propis……………………………………...23

VII. Makroergijski spojevi i veze……………………………...29

VIII. Vitamin RR. Sudjelovanje u oksidacijskim procesima…………………….30

IX. Mikrosomalna oksidacija………………………………………………………31

Reakcije monooksigenaze……………………………………31

Dioksigenazne reakcije……………………………………………………….32

Citokromi…………………………………………………………32

X. Peroksidazni put za iskorištavanje kisika…………………..33

XI. Enzimska antioksidativna zaštita…………………………34

Superoksid dismutaza, katalaze, peroksidaze………………….34

XII. Neenzimska antioksidativna zaštita………………………35

Vitamini C, E i P……………………………………….…...35

XIII. Zaključak…………………………………………………………..38

XIV. Literatura………………………………………………………………………..39

Uvod.

U kemiji se oksidacija definira kao uklanjanje elektrona, a redukcija kao dobivanje elektrona; to se može ilustrirati pomoću primjera oksidacije fero iona u fero ion:

Fe 2+ -e → Fe 3+

Slijedi da oksidaciju uvijek prati redukcija akceptora elektrona. Ovaj princip redoks procesa jednako je primjenjiv na biokemijske sustave i karakterizira prirodu bioloških oksidacijskih procesa.

Iako neke bakterije (anaerobi) žive u nedostatku kisika, život viših životinja potpuno ovisi o opskrbi kisikom. Kisik se primarno koristi u procesu disanja - potonji se može definirati kao proces hvatanja stanične energije u obliku ATP-a putem kontroliranog dodavanja kisika s vodikom u vodu. Osim toga, molekularni kisik ugrađen je u različite supstrate uz sudjelovanje enzima koji se nazivaju oksigenaze. Mnogi lijekovi, organizmu strane tvari, kancerogeni (ksenobiotici) napadnuti su enzimima ove klase, koji se zajednički nazivaju citokrom P 450.

Hipoksični poremećaji metabolizma stanica zauzimaju vodeće mjesto u patogenezi kritičnih stanja. Glavna uloga u formiranju ireverzibilnosti patoloških procesa pripisuje se ekstremnim manifestacijama staničnih metaboličkih poremećaja. Adekvatna opskrba stanice kisikom glavni je uvjet za održavanje njezine vitalnosti.

Primjena kisika može spasiti živote pacijenata čije je disanje ili cirkulacija poremećena. Terapija kisikom pod visokim tlakom uspješno se koristila u nekim slučajevima; Međutim, treba napomenuti da intenzivna ili produljena terapija kisikom pod visokim tlakom može uzrokovati toksičnost kisika.

Prilikom pisanja ovog rada imali smo cilj: proučavati biološku oksidaciju i njezino značenje u životu stanice i organizma u cjelini. Da bismo to učinili, pogledali smo:

Upotreba kisika u stanici;

Izvori stanične energije su ciklus limunske kiseline (Krebsov ciklus), oksidativna fosforilacija;

Mikrosomalna oksidacija;

Antioksidativna zaštita

Općenite ideje o biološkoj oksidaciji.

Redoks sustavi i potencijali.

Izvor energije za obavljanje svih vrsta rada (kemijskih, mehaničkih, električnih i osmotskih) je energija kemijskih veza. Oslobađanje energije iz ugljikohidrata, masti, bjelančevina i drugih organskih spojeva događa se tijekom njihove redoks razgradnje. Oslobođena energija troši se na sintezu ATP-a.

Promjena slobodne energije koja karakterizira reakcije oksidacije i redukcije proporcionalna je sposobnosti reaktanata da doniraju ili prihvate elektrone. Posljedično, promjena slobodne energije redoks procesa može se karakterizirati ne samo vrijednošću DG 0 ", već i vrijednošću redoks potencijala sustava (Eo). Obično je redoks potencijal sustava u usporedbi s potencijalom vodikove elektrode, uzimajući da je potonji jednak nuli, 0 V pri pH = 0. Međutim, za biološke sustave prikladnije je koristiti redoks potencijal pri pH = 7,0 (Eo"); pri ovom pH, potencijal vodikove elektrode je -0,42V.

Pomoću tablice 1 možemo predvidjeti u kojem će smjeru ići tok elektrona pri uparivanju jednog redoks sustava.

Tablica 1. Standardni potencijali nekih redoks sustava.

Načini korištenja kisika u stanici.

Postoje tri načina korištenja kisika u stanici, a karakteriziraju ih sljedeće reakcije:

1) put oksidaze (90% ulaznog kisika reducira se u H 2 O uz sudjelovanje enzima citokrom oksidaze)

0 2 +4e+4H + → 2H 2 O

2) oksigenazni put (uključivanje jednog atoma kisika u supstrat - monooksigenazni put, dva atoma kisika - dioksigenazni put) - monooksigenazni put

Dioksigenazni put

3) put slobodnih radikala (odvija se bez sudjelovanja enzima i ne nastaje ATP).

Put oksidaze za korištenje kisika. Mitohondriji. Enzimi, njihova lokalizacija i značaj u procesu oksidacije.

Mitohondriji se s pravom nazivaju "energetskim stanicama" stanice, budući da se u tim organelama uglavnom hvata energija dobivena oksidativnim procesima. Mitohondrijski sustav spajanja oksidativnih procesa s stvaranjem visokoenergetskog intermedijera ATP naziva se oksidativna fosforilacija.

Mitohondriji imaju vanjsku membranu, propusnu za većinu metabolita, i selektivno propusnu unutarnju membranu s mnogo nabora (krista) koje strše prema matriksu (unutarnjem prostoru mitohondrija). Vanjska membrana se može ukloniti tretiranjem digitoninom; karakterizira ga prisutnost monoaminooksidaze i nekoliko drugih enzima (npr. acil-CoA sintetaza, glicerofosfat aciltransferaza, monoacilglicerofosfat aciltransferaza, fosfolipaza A2). Adenilat kinaza i kreatin kinaza nalaze se u intermembranskom prostoru. Fosfolipid kardiolipin je lokaliziran u unutarnjoj membrani.

U matriksu se nalaze topljivi enzimi ciklusa limunske kiseline i enzimi b-oksidacije masnih kiselina, te su stoga potrebni mehanizmi za transport metabolita i nukleotida kroz unutarnju membranu. Sukcinat dehidrogenaza je lokalizirana na unutarnjoj površini unutarnje mitohondrijske membrane, gdje prenosi redukcijske ekvivalente u dišni lanac na razini ubikinona (zaobilazeći prvu redoks petlju). 3-hidroksibutiratdehid rogenaza je lokalizirana na strani matriksa unutarnje mitohondrijske membrane. Glicerol-3-fosfat dehidrogenaza nalazi se na vanjskoj površini unutarnje membrane, gdje sudjeluje u funkcioniranju glicerofosfatnog shuttle mehanizma.

Faze iskorištavanja energije hranjivih tvari.

Iskorištavanje hranjive energije je složen proces koji se odvija u tri faze, prema sljedećoj shemi:

Shema 1. Faze katabolizma hranjivih tvari.

U fazi 1 velike polimerne molekule razgrađuju se na monomerne podjedinice: proteini na aminokiseline, polisaharidi na šećere, a masti na masne kiseline i kolesterol. Ovaj preliminarni proces, nazvan probava, odvija se uglavnom izvan stanica pod djelovanjem enzima koji se izlučuju u šupljinu probavnog trakta. U fazi 2, nastale male molekule ulaze u stanice i podvrgavaju se daljnjoj razgradnji u citoplazmi. Većina atoma ugljika i vodika šećera pretvara se u piruvat, koji, prodirući u mitohondrije, tvori acetilnu skupinu kemijski aktivnog spoja acetil koenzima A (acetil-CoA). Velika količina acetil-CoA nastaje i tijekom oksidacije masnih kiselina. U fazi 3, acetilna skupina acetil-CoA potpuno se cijepa na CO 2 i H 2 O. U ovoj završnoj fazi nastaje većina ATP-a. U nizu povezanih kemijskih reakcija, više od polovice energije koja se, prema teoretskim proračunima, može izdvojiti iz ugljikohidrata i masti tijekom njihove oksidacije u H 2 O i CO 2, koristi se za izvođenje energetski nepovoljne reakcije Fn + ADP ® ATP. Budući da ostatak energije oslobođene tijekom oksidacije stanica oslobađa u obliku topline, rezultat proizvodnje ATP-a je opće povećanje neuređenosti Svemira, što je u potpunosti u skladu s drugim zakonom termodinamike.