ჟანგბადი მონაწილეობს ჟანგვის პროცესში. პრეზენტაცია თემაზე "ბიოლოგიური დაჟანგვა"

ენერგიის გარეშე ვერც ერთი ცოცხალი არსება ვერ იარსებებს. ყოველივე ამის შემდეგ, ყველა ქიმიური რეაქცია, ნებისმიერი პროცესი მოითხოვს მის არსებობას. ვინმესთვის ადვილია ამის გაგება და შეგრძნება. თუ მთელი დღე საჭმელს არ მიირთმევთ, მაშინ საღამოს და შესაძლოა ადრეც დაიწყება მომატებული დაღლილობის სიმპტომები, ლეტარგია და თქვენი ძალა საგრძნობლად შემცირდება.

როგორ ადაპტირდნენ სხვადასხვა ორგანიზმები ენერგიის მისაღებად? საიდან მოდის და რა პროცესები ხდება უჯრედის შიგნით? შევეცადოთ გაერკვნენ ამ სტატიაში.

ენერგიის წარმოება ორგანიზმების მიერ

არ აქვს მნიშვნელობა, თუ როგორ მოიხმარენ არსებები, საფუძველი ყოველთვის განსხვავებულია. ფოტოსინთეზის განტოლება, რომელსაც ახორციელებენ მწვანე მცენარეები და ზოგიერთი ბაქტერია, ასევე არის OVR. ბუნებრივია, პროცესები განსხვავდება იმისდა მიხედვით, თუ რა ცოცხალი არსება იგულისხმება.

ასე რომ, ყველა ცხოველი ჰეტეროტროფია. ანუ ორგანიზმებს, რომლებსაც არ შეუძლიათ დამოუკიდებლად შექმნან მზა ორგანული ნაერთები მათში შემდგომი დაშლისა და ქიმიური ობლიგაციების ენერგიის გასათავისუფლებლად.

მცენარეები, პირიქით, ორგანული ნივთიერებების ყველაზე ძლიერი მწარმოებელია ჩვენს პლანეტაზე. ისინი ახორციელებენ რთულ და მნიშვნელოვან პროცესს, რომელსაც ეწოდება ფოტოსინთეზი, რომელიც შედგება წყლისა და ნახშირორჟანგის გლუკოზის წარმოქმნისგან სპეციალური ნივთიერების - ქლოროფილის გავლენის ქვეშ. გვერდითი პროდუქტია ჟანგბადი, რომელიც სიცოცხლის წყაროა ყველა აერობული ცოცხალი არსებისთვის.

რედოქსის რეაქციები, რომელთა მაგალითები ასახავს ამ პროცესს:

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

• ნახშირორჟანგი + ქლოროფილის პიგმენტის გავლენით (ფერმენტული რეაქცია) = მონოსაქარიდი + თავისუფალი მოლეკულური ჟანგბადი.

ასევე არსებობენ პლანეტის ბიომასის წარმომადგენლები, რომლებსაც შეუძლიათ გამოიყენონ არაორგანული ნაერთების ქიმიური ბმების ენერგია. მათ ქიმიოტროფებს უწოდებენ. მათ შორისაა მრავალი სახის ბაქტერია. მაგალითად, წყალბადის მიკროორგანიზმები, რომლებიც ჟანგავს ნიადაგის სუბსტრატის მოლეკულებს. პროცესი ხდება ფორმულის მიხედვით: 2H 2 +0 2 = 2H 2 0.

ბიოლოგიური დაჟანგვის შესახებ ცოდნის განვითარების ისტორია

პროცესი, რომელიც ეფუძნება ენერგიის წარმოებას, დღეს კარგად არის ცნობილი. დაჟანგვა. ბიოქიმიამ ისე დეტალურად შეისწავლა მოქმედების ყველა ეტაპის დახვეწილობა და მექანიზმი, რომ თითქმის აღარაფერი საიდუმლო დარჩა. თუმცა, ეს ყოველთვის ასე არ იყო.

პირველი ნახსენები იმისა, რომ რთული გარდაქმნები ხდება ცოცხალი არსებების შიგნით, რომლებიც ბუნებაში ქიმიური რეაქციებია, მე-18 საუკუნეში გაჩნდა. სწორედ ამ დროს ანტუან ლავუაზიემ, ცნობილმა ფრანგმა ქიმიკოსმა, ყურადღება მიიპყრო იმაზე, თუ რამდენად მსგავსია ბიოლოგიური დაჟანგვა და წვა. მან მიაკვლია სუნთქვის დროს შთანთქმის ჟანგბადის მიახლოებით გზას და მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ ჟანგვის პროცესები ხდება სხეულის შიგნით, მხოლოდ უფრო ნელა, ვიდრე გარეთ სხვადასხვა ნივთიერების წვის დროს. ანუ, ჟანგვის აგენტი - ჟანგბადის მოლეკულები - რეაგირებს ორგანულ ნაერთებთან და კონკრეტულად მათგან წყალბადთან და ნახშირბადთან და ხდება სრული ტრანსფორმაცია, რასაც თან ახლავს ნაერთების დაშლა.

თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ ეს ვარაუდი თავისი არსით საკმაოდ რეალურია, ბევრი რამ გაურკვეველი დარჩა. Მაგალითად:

• ვინაიდან პროცესები მსგავსია, მაშინ მათი წარმოშობის პირობები უნდა იყოს იდენტური, მაგრამ დაჟანგვა ხდება სხეულის დაბალ ტემპერატურაზე;
• მოქმედებას არ ახლავს თერმული ენერგიის კოლოსალური რაოდენობის გამოყოფა და არ ხდება ალის წარმოქმნა;
• ცოცხალი არსებები შეიცავს მინიმუმ 75-80% წყალს, მაგრამ ეს ხელს არ უშლის მათში საკვები ნივთიერებების „დაწვას“.

მრავალი წელი დასჭირდა ყველა ამ კითხვაზე პასუხის გაცემას და იმის გაგებას, თუ რა არის სინამდვილეში ბიოლოგიური დაჟანგვა.

არსებობდა სხვადასხვა თეორიები, რომლებიც გულისხმობდნენ პროცესში ჟანგბადისა და წყალბადის არსებობის მნიშვნელობას. ყველაზე გავრცელებული და წარმატებული იყო:

• ბახის თეორია, სახელწოდებით პეროქსიდის თეორია;
• პალადინის თეორია, რომელიც ეფუძნება "ქრომოგენების" კონცეფციას.

შემდგომში კიდევ ბევრი მეცნიერი იყო, როგორც რუსეთში, ისე მსოფლიოს სხვა ქვეყნებში, რომლებმაც თანდათან შეიტანეს დამატებები და ცვლილებები კითხვაზე, რა არის ბიოლოგიური დაჟანგვა. თანამედროვეობის ბიოქიმიას, მათი ნაშრომების წყალობით, შეუძლია თქვას ამ პროცესის ყველა რეაქციაზე. ზოგიერთი ყველაზე ცნობილი სახელი ამ სფეროში მოიცავს შემდეგს:

• მიტჩელი;
• S. V. Severin;
• ვარბურგი;
• ვ.ა.ბელიცერი;
• ლენინჯერი;
• ვ.პ.სკულაჩევი;
• კრებსი;
• მწვანე;
• ვ.ა. ენგელჰარდტი;
• კაილინი და სხვები.

ბიოლოგიური დაჟანგვის სახეები

ჩვენ შეგვიძლია განვასხვავოთ განსახილველი პროცესის ორი ძირითადი ტიპი, რომლებიც ხდება სხვადასხვა პირობებში. ამრიგად, მიღებული საკვების გარდაქმნის ყველაზე გავრცელებული მეთოდი მიკროორგანიზმებსა და სოკოებს შორის არის ანაერობული. ეს არის ბიოლოგიური დაჟანგვა, რომელიც ხდება ჟანგბადის წვდომის გარეშე და მისი რაიმე ფორმით მონაწილეობის გარეშე. მსგავსი პირობები იქმნება იქ, სადაც არ არის ჰაერზე წვდომა: მიწისქვეშა, გახრწნილ სუბსტრატებში, სილაში, თიხაში, ჭაობებში და კოსმოსშიც კი.

ამ ტიპის დაჟანგვას სხვა სახელი აქვს - გლიკოლიზი. ეს არის ასევე უფრო რთული და შრომატევადი, მაგრამ ენერგიით მდიდარი პროცესის - აერობული ტრანსფორმაციის ან ქსოვილის სუნთქვის ერთ-ერთი ეტაპი. ეს არის მეორე ტიპის პროცესი, რომელიც განიხილება. ის გვხვდება ყველა აერობულ ცოცხალ ჰეტეროტროფულ არსებაში, რომელიც იყენებს ჟანგბადს სუნთქვისთვის.

ამრიგად, ბიოლოგიური დაჟანგვის ტიპები შემდეგია.

1. გლიკოლიზი, ანაერობული გზა. არ საჭიროებს ჟანგბადის არსებობას და მთავრდება დუღილის სხვადასხვა ფორმით.
2. ქსოვილის სუნთქვა (ოქსიდაციური ფოსფორილირება), ან აერობული ტიპი. მოითხოვს მოლეკულური ჟანგბადის არსებობას.

პროცესის მონაწილეები

მოდით გადავიდეთ უშუალოდ იმ თვისებების განხილვაზე, რომლებსაც შეიცავს ბიოლოგიური დაჟანგვა. განვსაზღვროთ ძირითადი ნაერთები და მათი შემოკლებები, რომლებსაც მომავალში გამოვიყენებთ.

1. აცეტილ კოენზიმი A (აცეტილ-CoA) არის ოქსილისა და ძმარმჟავას კონდენსატი კოენზიმთან ერთად, რომელიც წარმოიქმნება ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის პირველ ეტაპზე.
2. კრებსის ციკლი (ლიმონმჟავას ციკლი, ტრიკარბოქსილის მჟავები) არის რთული თანმიმდევრული რედოქს გარდაქმნების სერია, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა, წყალბადის შემცირება და მნიშვნელოვანი დაბალმოლეკულური წონის პროდუქტების წარმოქმნა. ეს არის კატა- და ანაბოლიზმის მთავარი რგოლი.
3. NAD და NAD*H არის ფერმენტ დეჰიდროგენაზა, რომელიც ნიშნავს ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდს. მეორე ფორმულა არის მოლეკულა წყალბადით. NADP - ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდ ფოსფატი.
4. FAD და FAD*H - ფლავინის ადენინ დინუკლეოტიდი - დეჰიდროგენაზების კოენზიმი.
5. ATP - ადენოზინის ტრიფოსფორის მჟავა.
6. PVA = პირუვინის მჟავა ან პირუვატი.
7. სუქცინატი ან სუქცინის მჟავა, H 3 PO 4 - ფოსფორის მჟავა.
8. GTP არის გუანოზინტრიფოსფატი, პურინის ნუკლეოტიდების კლასი.
9. ETC არის ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი.
10. პროცესის ფერმენტები: პეროქსიდაზები, ოქსიგენაზები, ციტოქრომ ოქსიდაზები, ფლავინის დეჰიდროგენაზები, სხვადასხვა კოენზიმები და სხვა ნაერთები.

ყველა ეს ნაერთი უშუალო მონაწილეა ჟანგვის პროცესში, რომელიც ხდება ცოცხალი ორგანიზმების ქსოვილებში (უჯრედებში).

ბიოლოგიური დაჟანგვის ეტაპები: ცხრილი

სცენა	პროცესები და მნიშვნელობა
გლიკოლიზი	პროცესის არსი არის მონოსაქარიდების ჟანგბადის გარეშე დაშლა, რომელიც წინ უსწრებს უჯრედული სუნთქვის პროცესს და თან ახლავს ორი ATP მოლეკულის ტოლი ენერგიის გამოყოფა. პირუვატიც იქმნება. ეს არის საწყისი ეტაპი ნებისმიერი ცოცხალი ჰეტეროტროფული ორგანიზმისთვის. მნიშვნელობა PVC-ის წარმოქმნაში, რომელიც შედის მიტოქონდრიის კრისტებში და წარმოადგენს სუბსტრატს ჟანგბადით ქსოვილის დაჟანგვისთვის. ანაერობებში, გლიკოლიზის შემდეგ, ხდება სხვადასხვა ტიპის დუღილის პროცესები.
პირუვატის დაჟანგვა	ეს პროცესი გულისხმობს გლიკოლიზის დროს წარმოქმნილი PVK-ის გარდაქმნას აცეტილ-CoA-ად. იგი ხორციელდება სპეციალიზებული ფერმენტული კომპლექსის პირუვატ დეჰიდროგენაზას გამოყენებით. შედეგი არის ცეტილ-CoA მოლეკულები, რომლებიც შედიან იმავე პროცესში, სადაც NAD მცირდება NADH-მდე. მდებარეობა არის მიტოქონდრიული კრისტა.
ბეტა ცხიმოვანი მჟავების დაშლა	ეს პროცესი წინა პროცესის პარალელურად ტარდება მიტოქონდრიის კრისტაზე. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ყველა ცხიმოვანი მჟავა გარდაიქმნას აცეტილ-CoA-ში და მოათავსოს იგი ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში. ეს ასევე ამცირებს NADH-ს.
კრებსის ციკლი	იგი იწყება აცეტილ-CoA-ს ლიმონმჟავად გარდაქმნით, რომელიც შემდგომ გარდაქმნებს განიცდის. ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპი, რომელიც მოიცავს ბიოლოგიურ დაჟანგვას. ეს მჟავა ექვემდებარება: დეჰიდროგენაცია; დეკარბოქსილაცია; რეგენერაცია. თითოეული პროცესი რამდენჯერმე ხორციელდება. შედეგი: GTP, ნახშირორჟანგი, შემცირებული ფორმა NADH და FADH 2. ამ შემთხვევაში ბიოლოგიური დაჟანგვის ფერმენტები თავისუფლად განლაგებულია მიტოქონდრიული ნაწილაკების მატრიცაში.
ოქსიდაციური ფოსფორილირება	ეს არის ევკარიოტულ ორგანიზმებში ნაერთების ტრანსფორმაციის ბოლო ეტაპი. ამ შემთხვევაში ადენოზინის დიფოსფატი გარდაიქმნება ატფ-ად. ამისათვის საჭირო ენერგია აღებულია NADH-ისა და FADH 2-ის იმ მოლეკულების დაჟანგვიდან, რომლებიც წარმოიქმნება წინა ეტაპებზე. ETC-ის გასწვრივ თანმიმდევრული გადასვლებით და პოტენციალის შემცირებით, ენერგია იდება ATP-ის მაღალენერგეტიკულ ობლიგაციებში.

ეს არის ყველა პროცესი, რომელიც თან ახლავს ბიოლოგიურ დაჟანგვას ჟანგბადის მონაწილეობით. ბუნებრივია, ისინი არ არის აღწერილი სრულად, არამედ მხოლოდ არსებითად, ვინაიდან დეტალური აღწერა მოითხოვს წიგნის მთელ თავს. ცოცხალი ორგანიზმების ყველა ბიოქიმიური პროცესი უკიდურესად მრავალმხრივი და რთულია.

რედოქსის რეაქციების პროცესი

რედოქსის რეაქციები, რომელთა მაგალითები ასახავს ზემოთ აღწერილი სუბსტრატის დაჟანგვის პროცესებს, არის შემდეგი.

1. გლიკოლიზი: მონოსაქარიდი (გლუკოზა) + 2NAD + + 2ADP = 2PVK + 2ATP + 4H + + 2H 2 O + NADH.
2. პირუვატის დაჟანგვა: PVA + ფერმენტი = ნახშირორჟანგი + აცეტალდეჰიდი. შემდეგ შემდეგი ნაბიჯი: აცეტალდეჰიდი + კოენზიმი A = აცეტილ-CoA.
3. ლიმონმჟავას მრავალი თანმიმდევრული ტრანსფორმაცია კრებსის ციკლში.

ეს რედოქსული რეაქციები, რომელთა მაგალითები მოცემულია ზემოთ, ასახავს მხოლოდ ზოგადი ფორმით მიმდინარე პროცესების არსს. ცნობილია, რომ განსახილველი ნაერთები მაღალი მოლეკულური წონისაა ან აქვთ დიდი ნახშირბადის ჩონჩხი, ამიტომ უბრალოდ შეუძლებელია ყველაფრის სრული ფორმულებით გამოსახვა.

ქსოვილის სუნთქვის ენერგიის გამომუშავება

ზემოაღნიშნული აღწერებიდან აშკარაა, რომ ძნელი არ არის გამოთვალოთ ყველა დაჟანგვის მთლიანი ენერგიის გამოსავალი.

1. გლიკოლიზი წარმოქმნის ორ ATP მოლეკულას.
2. პირუვატის დაჟანგვა 12 ATP მოლეკულით.
3. ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში 22 მოლეკულაა.

შედეგი: სრული ბიოლოგიური დაჟანგვა აერობული გზის საშუალებით იძლევა ენერგიის გამომუშავებას, რომელიც ტოლია 36 ATP მოლეკულას. აშკარაა ბიოლოგიური დაჟანგვის მნიშვნელობა. სწორედ ამ ენერგიას იყენებენ ცოცხალი ორგანიზმები სიცოცხლისა და ფუნქციონირებისთვის, ასევე სხეულის გასათბობად, გადაადგილებისთვის და სხვა საჭირო ნივთებისთვის.

სუბსტრატის ანაერობული დაჟანგვა

ბიოლოგიური დაჟანგვის მეორე ტიპი არის ანაერობული. ანუ ის, რაც გვხვდება ყველაში, მაგრამ რომელიც შემოიფარგლება გარკვეული ტიპის მიკროორგანიზმებით. და სწორედ ამ წერტილიდან ჩანს აერობებსა და ანაერობებს შორის ნივთიერებების შემდგომი ტრანსფორმაციის განსხვავებები.

ბიოლოგიური დაჟანგვის ეტაპები ამ გზაზე ცოტაა.

1. გლიკოლიზი, ანუ გლუკოზის მოლეკულის დაჟანგვა პირუვატამდე.
2. დუღილი, რომელიც იწვევს ატფ-ის რეგენერაციას.

დუღილი შეიძლება იყოს სხვადასხვა ტიპის, ეს დამოკიდებულია ორგანიზმებზე, რომლებიც ახორციელებენ მას.

რძემჟავა ფერმენტაცია

მას ახორციელებენ რძემჟავა ბაქტერიები, ასევე ზოგიერთი სოკო. იდეა არის PVA-ს შემცირება რძემჟავამდე. ეს პროცესი გამოიყენება ინდუსტრიაში, რათა მიიღონ:

• ფერმენტირებული რძის პროდუქტები;
• მწნილი ბოსტნეული და ხილი;
• სილოსი ცხოველებისთვის.

ამ ტიპის დუღილი ერთ-ერთი ყველაზე მეტად გამოიყენება ადამიანის საჭიროებებისთვის.

ალკოჰოლური დუღილი

ხალხისთვის ცნობილია უძველესი დროიდან. პროცესის არსი არის PVC-ის გადაქცევა ეთანოლის ორ მოლეკულად და ნახშირორჟანგის ორ მოლეკულად. ამ პროდუქტის მოსავლიანობის გამო, ამ ტიპის დუღილი გამოიყენება:

• პურის;
• დანაშაულის გრძნობა;
• ლუდი;
• საკონდიტრო ნაწარმი და სხვა.

მას ახორციელებენ სოკოები, საფუარი და ბაქტერიული ხასიათის მიკროორგანიზმები.

ბუტირის მჟავას დუღილი

დუღილის საკმაოდ ვიწრო სპეციფიკური ტიპი. მას ახორციელებენ Clostridium გვარის ბაქტერიები. არსი არის პირუვატის გარდაქმნა ბუტირის მჟავად, რაც საკვებს აძლევს უსიამოვნო სუნს და მჟავე გემოს.

ამიტომ, ბიოლოგიური დაჟანგვის რეაქციები, რომლებიც მიჰყვება ამ გზას, პრაქტიკულად არ გამოიყენება ინდუსტრიაში. თუმცა, ეს ბაქტერიები დამოუკიდებლად აყოვნებენ საკვებ პროდუქტებს და ზიანს აყენებენ, ამცირებენ მათ ხარისხს.

ბიოლოგიური ოქსიდაციის კვლევის ისტორია.

პირველი იდეები ბიოლოგიური დაჟანგვის შესახებ გამოთქვა LAVOISIER-მა, რომელმაც თქვა, რომ ბიოლოგიური დაჟანგვა ნელა იწვის. ქიმიური თვალსაზრისით, წვა არის ნახშირბადის ურთიერთქმედება ჟანგბადთან CO2-ის წარმოქმნით. მაგრამ ორგანიზმში CO2-ის წარმოქმნა ხდება დეკარბოქსილაციით, ხოლო ბიოლოგიური დაჟანგვა ხდება დაბალ ტემპერატურაზე და არა CO2-ის წარმოქმნით წყლის თანდასწრებით და ალის წარმოქმნის გარეშე.

ამის საფუძველზე წამოაყენეს შემდეგი რეალური იდეები ბიოლოგიურის შესახებ. დაჟანგვა XX საუკუნის დასაწყისში.

1. ჟანგბადის „გააქტიურების“ თეორია აკადემიკოს BAKH-ის მიერ. მან წარმოიდგინა წამყვანი როლი ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესში პეროქსიდების წარმოქმნაზე.

ამ მოსაზრებებს მხარი დაუჭირეს ბოტანიკოსებმა, რადგან. მცენარეებში ბევრი პეროქსიდაზაა და მეცნიერები, რომლებიც სწავლობენ ცხოველურ ქსოვილებს, ამ მოსაზრებებს არ უჭერდნენ მხარს, რადგან პეროქსიდაზები მათში არ არის გამოვლენილი.

2. წყალბადის აქტივაციის თეორია აკადემიკოს პალადინის მიერ. ის გამომდინარეობდა იქიდან, რომ ცხოველური ქსოვილები შეიცავს უამრავ ფერმენტს - DG.

ბიოლოგიური დაჟანგვის საბოლოო პროდუქტი წყალია. BACH-ისა და PALLADIN-ის შეხედულებები შეიცვალა. ამჟამად ითვლება, რომ DH და OXIDASES მონაწილეობენ ბიოლოგიურ დაჟანგვაში.

თანამედროვე ცნებები ბიოლოგიური ჟანგვის შესახებ.

1. ბიოლოგიური დაჟანგვა, ისევე როგორც დაჟანგვა ზოგადად, არის ელექტრონების გადაცემის პროცესი. ნივთიერება, რომელიც აძლევს ელექტრონებს, იჟანგება, ის, რასაც ჩვენ ვიღებთ, მცირდება. თუ ელექტრონის მიმღები არის ჟანგბადი, მაშინ ამ პროცესს ეწოდება ქსოვილის სუნთქვა. ბიოლოგიური დაჟანგვა გულისხმობს დეჰიდროგენაციას წყლის წარმოქმნის მიზნით.

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

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

თუ წყალბადი რეაგირებს ჟანგბადთან და წარმოქმნის წყალს სხეულის გარეთ, ამას თან ახლავს აფეთქება. ბიოლოგიური დაჟანგვა არის მრავალსაფეხურიანი პროცესი - ელექტრონების მრავალსაფეხურიანი გადაცემა ენერგიის თანდათანობითი გამოყოფით, რაც გამორიცხავს აფეთქებას. ბიოლოგიური დაჟანგვა არის პროცესი, რომელიც მოითხოვს ბევრ ფერმენტს. რომ. ბიოლოგიური დაჟანგვა არის ელექტრონის ტრანსპორტირების მრავალსაფეხურიანი პროცესი, რომელიც ხორციელდება ფერმენტების კომპლექსით. ფერმენტების ამ კომპლექსს ეწოდება ELECTRON TRANSPORT CHAIN ​​(ETC), ან ELECTRON TRANSFER CHAIN ​​(ETC), ან რესპირატორული ჯაჭვი. ETC არის ერთგვარი კონვეიერი ელექტრონების და პროტონების სუბსტრატიდან ჟანგბადში გადასატანად.

რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტები.

1. ნიკოტინზე დამოკიდებული დგ-ები, ე.ი. კოენზიმების შემცველი - NAD, NADP

2. ფლავინზე დამოკიდებული დგ-ები, ე.ი. შემცველი COENZYMS - FMN, FAD.

3. UBIQUINONE (Co-Q)

4. ციტოქრომები: b, c, c1, a, a3.

თითქმის ყველა ეს კომპონენტი, გარდა პირველისა, ჩადგმულია მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაში. ღვიძლში 5000-მდე ასეთი სასუნთქი ჯაჭვია, ხოლო გულში - 20000-მდე.

რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტების სტრუქტურა.

1. NAD-ში და NADP-ში სამუშაო ნაწილია ვიტამინი PP - NICOTINAMIDE.

2. FAD და FMN-ში სამუშაო ნაწილია FLAVIN (ვიტამინ B2-ის კომპონენტი)

3. UBIQUINONE ადვილად გარდაიქმნება შემცირებულ ფორმაში KOQ + 2H +2e = KOQ*H2

4. ციტოქრომები არის ჰეტეროპროტეინები. მათი ცილოვანი ნაწილია HEM, რომლის აგებულებაა 4 PYRROLic რგოლი და რკინის ატომი, რომელიც ადვილად ცვლის ვალენტობას. შეიძლება ასევე შეიცავდეს სპილენძს.

რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტები.

1. DG სუბსტრატები განლაგებულია უჯრედის ციტოპლაზმაში, ისინი შეიძლება იყვნენ მიტოქონდრიის მატრიქსში.

2.NADH - DG(FMN).

4. Q*H2 - DG (ციტოქრომები b, c1).

5. ციტოქრომი C.

6. ციტოქრომ ოქსიდაზა მონაწილეობს ელექტრონების ჟანგბადში გადატანაში (მოიცავს ციტოქრომებს a, a3).

რესპირატორული ჯაჭვის ფუნქციონირება.

სრული ETC - სუბსტრატის ურთიერთქმედება NAD-თან. შემცირებული ETC - სუბსტრატის ურთიერთქმედება FAD-თან და ელექტრონების და პროტონების შემდგომი ტრანსპორტირება პირდაპირ COENZYME Q-ში.

რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტების რიგი განისაზღვრება მათი ჰედ-ოქსი პოტენციალის სიდიდით იგი მერყეობს -0,32 V-დან + 0,81 V-მდე.

ოქსიდაციური ფოსფორილაცია.

რესპირატორულ ჯაჭვში იქმნება პირობები ატფ-ის სინთეზისთვის, ე.ი. გამოიყოფა საკმარისი ენერგია.

ბიოლოგიური დაჟანგვაცოცხალ ორგანიზმში, არსებითად არის ფოტოსინთეზის საპირისპირო პროცესი. ბიოლოგიური დაჟანგვის რეაქციების დროს, ნახშირწყლებისა და სხვა ბიოლოგიური ნაერთების მოლეკულებში ნაპოვნი მაღალი ენერგიის ელექტრონები მცირდება ენერგიის ყველაზე დაბალ დონემდე, როდესაც ისინი აკავშირებენ წყლის მოლეკულაში ჟანგბადს. ენერგია, რომელსაც ისინი აძლევენ ამ შემთხვევაში, გამოიყენება მაღალენერგეტიკული ფოსფატური ბმების ფორმირებისთვის. ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესის ეტაპებზე მოძრავი ელექტრონების ნაკადი სხვა არაფერია, თუ არა სუსტი ელექტრული დენი.

ბიოლოგიური დაჟანგვაეს არის ბიოლოგიური ნივთიერებების დაჟანგვის პროცესი ენერგიის გამოყოფით.

ქსოვილის სუნთქვა– ქსოვილების მიერ ჟანგბადის (O 2) შეწოვის პროცესი ორგანული სუბსტრატის დაჟანგვის დროს ნახშირორჟანგის (CO 2) და წყლის (H 2 O) გამოყოფით.

CO 2-ის ძირითადი წყაროა პირუვინი და ალფა-კეტოგლუტარის მჟავების დეკარბოქსილირების რეაქციები. კიდევ ერთი წყაროა ამინომჟავების დეკარბოქსილაციის პროცესი, რომელიც კატალიზებულია პირიდოქსალზე დამოკიდებული ფერმენტებით.

ოქსიდაციური ფოსფორილირებაეს არის ATP-ის სინთეზი ქსოვილის სუნთქვასთან ერთად.

ბიოლოგიური დაჟანგვის ძირითადი საწვავი წყალბადია. ცნობილია, რომ წყალბადის დაჟანგვის რეაქციას ჟანგბადთან აირისებრ გარემოში თან ახლავს დიდი რაოდენობით ენერგიის გამოყოფა, რასაც თან ახლავს აფეთქება და ალი. ცოცხალი ორგანიზმების ევოლუციამ განაპირობა ის, რომ წყალბადის დაჟანგვის რეაქცია წყალზე დაყოფილია ცალკეულ ეტაპებად, რაც უზრუნველყოფს ენერგიის თანდათანობით გამოყოფას ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესში. ამ შემთხვევაში მიღებული ენერგიის ნაწილი იფანტება სითბოს სახით (დაახლოებით 60%), ხოლო მეორე ნაწილი (დაახლოებით 40%) გროვდება ატფ-ის მოლეკულებში.

მაკროერგიული ნაერთები- ეს არის ენერგიით მდიდარი ობლიგაციების შემცველი ნივთიერებები.

მაკროერგიული კავშირი მითითებულია სიმბოლოთი ∼ (ტილდის ნიშანი). მაღალი ენერგიის ბმის კონცეფცია საკმაოდ თვითნებურია და გამოიყენება იმ ობლიგაციების აღსანიშნავად, რომლებიც ჰიდროლიზდება წყლის გარემოში მნიშვნელოვანი ენერგიის გამოყოფით. ამრიგად, ATP-ის ტერმინალური ფოსფოანჰიდრიდის ბმის ჰიდროლიზი (ATP + H 2 O → ADP + Phn) იწვევს 34,5 კჯ/მოლ ენერგიის გამოყოფას.

თუმცა, თუ რეაქცია ხდება არაწყლიან გარემოში (მაგალითად, მემბრანების ლიპიდურ შრეში), მაშინ ATP-ის წარმოქმნა და განადგურება ხდება დიდი ენერგიის დახარჯვის გარეშე.

ნივთიერებები, რომელთა ჰიდროლიზი იწვევს 21 კჯ/მოლზე მეტი ენერგიის გამოყოფას, კლასიფიცირდება როგორც მაღალენერგეტიკული ( მაკროერგამი), და ნივთიერებები, რომლებიც გამოყოფენ უფრო მცირე რაოდენობით ენერგიას, კლასიფიცირდება როგორც დაბალი ენერგიით. მაკროენერგები მოიცავს: ATP, სხვა ნუკლეოზიდური ტრიფოსფატები (GTP, CTP, UTP, TTP), არგინინის ფოსფატი, კრეატინ ფოსფატი, აცეტილფოსფატი, 1,3-დიფოსფოგლიცერატი, ფოსფოენოლპირუვატი და ა.შ. 1-ფოსფატი, გლიცეროფოსფატი და სხვა. ATP-ის უნიკალური როლი არის ის, რომ მას აქვს ჰიდროლიზის ენერგიის შუალედური მნიშვნელობა და მოქმედებს როგორც დამაკავშირებელი (გარიგების ჩიპი) მაღალი და დაბალი ენერგიის ნაერთებს შორის.

სლაიდი 2

ბიოლოგიურ ობიექტებში წარმოქმნილი ჟანგვითი რეაქციების ერთობლიობას და მათ ენერგიითა და მეტაბოლიტებით უზრუნველყოფს სასიცოცხლო პროცესებისთვის, ეწოდება ბიოლოგიური დაჟანგვა.

სლაიდი 3

ბიოლოგიური დაჟანგვის ფუნქციები

Ენერგიის წყარო:

1. სხეულის ტემპერატურის შენარჩუნება;
2. ბიოლუმინესცენცია (ნათება);
3. ქიმიური სინთეზები;
4. ოსმოსური ფენომენები;
5. ელექტრო პროცესები;
6. მექანიკური მუშაობა.

• ყველაზე მნიშვნელოვანი (საკვანძო) მეტაბოლიტების სინთეზი.
• მეტაბოლიზმის რეგულირება.
• უჯრედისთვის მავნე მეტაბოლური პროდუქტების (ნარჩენების) აღმოფხვრა.
• ორგანიზმში მოხვედრილი უცხო ნაერთების - ქსენობიოტიკების დეტოქსიკაცია (პესტიციდები, საყოფაცხოვრებო ქიმიკატები, მედიკამენტები, სამრეწველო დაბინძურება და ა.შ.).

სლაიდი 4

ბიოლოგიური დაჟანგვის ფერმენტები

• ბიოლოგიური დაჟანგვის მრავალფეროვან რეაქციას აჩქარებს მრავალი ოქსიდორედუქტაზას ფერმენტი, რომლებიც, როგორც წესი, ჩაშენებულია ბიოლოგიურ გარსებში, ხშირად ანსამბლების სახით.

ისინი იყოფა 5 ჯგუფად:

• ოქსიდაზები (კატალიზებს წყალბადის მოცილებას სუბსტრატიდან, წყალბადის მიმღებად მხოლოდ ჟანგბადის გამოყენებით)

სლაიდი 5

აერობული დეჰიდროგენაზები (ოქსიდაზებისგან განსხვავებით, მათ შეუძლიათ გამოიყენონ არა მხოლოდ ჟანგბადი, არამედ ხელოვნური მიმღები წყალბადის მიმღებად).

სლაიდი 6

• ანაერობული დეჰიდროგენაზები (არ შეუძლიათ ჟანგბადის გამოყენება წყალბადის მიმღებად)
• შეასრულეთ ორი ძირითადი ფუნქცია:
  • წყალბადის გადატანა ერთი სუბსტრატიდან მეორეზე
  • რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტი, რომელიც გადააქვს ელექტრონებს სუბსტრატიდან ჟანგბადში

სლაიდი 7

• ჰიდროქსიპეროქსიდაზები (გამოიყენეთ წყალბადის ზეჟანგი ან ორგანული პეროქსიდები, როგორც სუბსტრატი)
• ოქსიგენაზები (კატალიზებს ჟანგბადის პირდაპირ შეყვანას სუბსტრატის მოლეკულაში)

სლაიდი 8

ბიოლოგიური დაჟანგვის სახეები

• არსებობს ბიოლოგიური დაჟანგვის 2 ტიპი:
• თავისუფალი დაჟანგვა
  • ოქსიდაცია, რომელიც არ არის დაკავშირებული ADP-ის ფოსფორილირებასთან და არ ახლავს ჟანგვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის ტრანსფორმაცია მაღალენერგეტიკული ობლიგაციების ენერგიად.
  • თავისუფალი დაჟანგვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია გადაიქცევა სითბოდ და იფანტება.
• • ამ ტიპის ბიოლოგიური დაჟანგვა ხდება ორი გზით:
  • სუბსტრატის ფოსფორილირება
  • ოქსიდაციური ფოსფორილირება

სლაიდი 9

თავისუფალი დაჟანგვა

სლაიდი 10

• ორგანული ნაერთების თავისუფალი დაჟანგვის რეაქციები ცოცხალ ბუნებაში და მათ აჩქარებულ ფერმენტულ სისტემებში მრავალფეროვანია. ამ გზით არა მხოლოდ უამრავი ბუნებრივი და არაბუნებრივი სუბსტრატი პირდაპირ იჟანგება, არამედ შემცირებული კოენზიმები (NADH, NADPH, FAD H2 და სხვ.) წარმოიქმნება პირველადი და მეორადი დეჰიდროგენაზების მოქმედებით.
• თავისუფალი ჟანგვის რეაქციები ხდება ციტოზოლში, სხვადასხვა უჯრედული სტრუქტურის მემბრანებზე და უჯრედის ბირთვულ აპარატში. მათი ძირითადი აქცენტი არის ენდოპლაზმური ბადის მემბრანები (ER).
• ვინაიდან EPS მემბრანები, უჯრედების ჰომოგენიზაციისა და ჰომოგენატის სუბუჯრედული ნაწილაკების ფრაქციებისას, იძლევა მიკროზომების ნაწილს, EPS მემბრანებზე ჟანგვის რეაქციებს ეწოდება მიკროსომური დაჟანგვა.

სლაიდი 11

მიკროსომური რესპირატორული ჯაჭვის მახასიათებლები

1. ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვის ფერმენტების არსებობის მიუხედავად, ADP ფოსფორილირებასთან შეერთება ამ ჯაჭვის არცერთ წერტილში არ ხდება.
2. მის შემადგენლობაში შედის ციტოქრომების b5 და P-450 სტრუქტურისა და ფუნქციური აქტივობის ორიგინალობა.
3. მიკროსომური ჯაჭვების ტერმინალური ოქსიდაზას მაღალი მიდრეკილება ჟანგბადთან, რაც საშუალებას აძლევს მას კონკურენცია გაუწიოს ჟანგბადს მიტოქონდრიულ ციტოქრომ ოქსიდაზასთან.

სლაიდი 12

თავისუფალი დაჟანგვის ფერმენტები

სლაიდი 13

• პიროკატეჩაზა (კატექოლი: ჟანგბად-1,2-ოქსიდორედუქტაზას დეციკლირება)
• ის შეიცავს აქტიურ ცენტრში ორ მჭიდროდ შეკრულ Fe ატომს, რომლებიც, ო. ჰაიაიშის თქმით, ერწყმის მოლეკულურ ჟანგბადს კომპლექსში, სადაც ჟანგბადი შემდგომში აქტიურდება:
• Fe2 + + O2 → Fe2 + O2 → Fe3 + O2 -

სლაიდი 14

სლაიდი 15

დიოქსიგენაზას რეაქციების მაგალითები

სლაიდი 16

თავისუფალი დაჟანგვა მონოოქსიგენაზების მონაწილეობით

სლაიდი 17

ოქსიდაცია ადფ-ის ფოსფორილირებასთან ერთად

სლაიდი 18

სლაიდი 19

სუბსტრატის ფოსფორილირება

სლაიდი 20

სუბსტრატის ფოსფორილირება არის ბიოლოგიური დაჟანგვის სახეობა, რომელშიც: მაღალენერგეტიკული ბმა ხდება სუბსტრატის პირდაპირი დაჟანგვის მომენტში, შემდეგ ამა თუ იმ გზით გადადის ფოსფატის ნარჩენზე, რომელიც, თავის მხრივ, გამოიყენება ფოსფორილირებისთვის. ADP, ე.ი. ATP სინთეზი. სუბსტრატის დონეზე ADP-ის ფოსფორილირებასთან ერთად დაჟანგვა.

სლაიდი 21

სუბსტრატის ფოსფორილირების რეაქციების მაგალითები

• 3-ფოსფოგლიცერალდეჰიდის (3-PGA) 2-ფოსფოგლიცერინის მჟავაში (2-PGA) დაჟანგვის დროს – გლიკოლიზი;
• როდესაც ფოსფოენოლპირუვინის მჟავა (PEP) გარდაიქმნება პირუვან მჟავად (პირუვატი, PVA) - გლიკოლიზი;
• როდესაც β-კეტოგლუტარის მჟავა გარდაიქმნება სუქცინის მჟავად (კრების ციკლის რეაქცია).

სლაიდი 22

კეტოგლუტარის მჟავას ოქსიდაციური დეკარბოქსილაცია

კრებსის ციკლის ამ ნაწილში ელექტრონის დონორი არის ჰიდროქსიაცეტილთიამინის პიროფოსფატი; ელექტრონის მიმღები - ლიპოის მჟავა.

სლაიდი 23

სლაიდი 24

სლაიდი 25

მომდევნო ეტაპებზე ფერმენტი შედის რეაქციაში

სლაიდი 26

ოქსიდაციური ფოსფორილირება

სლაიდი 27

• ეს არის ჟანგვის დაწყვილება ATP სინთეზთან, როდესაც წყალბადის ატომები დეჰიდროგენაზას კოენზიმებიდან, რომლებიც მონაწილეობენ სუბსტრატების დაჟანგვაში, გადადის ოქსიდორედუქტაზას ჯაჭვში, სადაც H+ იონების და ელექტრონების მოლეკულურ ჟანგბადში გადატანასთან ერთად, ხდება არაორგანული აქტივაცია. ხდება ფოსფატი და მისი მეშვეობით ADP-ის ფოსფორილირება ATP წარმოქმნით
• ამ შემთხვევაში, დაჟანგული სუბსტრატი პირდაპირ არ მონაწილეობს არაორგანული ფოსფატის გააქტიურებაში.
• ჟანგვის დაწყვილება ფოსფორილირებასთან ძირითადად ხდება მიტოქონდრიის შიდა გარსებზე.

სლაიდი 28

რედოქს ფერმენტები

სლაიდი 29

პირიდინდეჰიდროგენაზები

• კოენზიმები - NAD და NADP
• H ატომების უნივერსალური დონორი ფერმენტების რესპირატორული ჯაჭვისთვის არის NADH2
• თუ NADPH2 ჩნდება სუბსტრატის დაჟანგვის დროს, მაშინ რეაქცია ხდება:
• NADPH2 + NAD ⇄ NADP + NADH2

სლაიდი 30

რეაქციების მახასიათებლები, რომლებიც მოიცავს პირიდინდეჰიდროგენაზას

• მარტივი შექცევადობა.
• კოენზიმები ადვილად გამოიყოფა ცილოვანი ნაწილისგან და აქვთ მაღალი მობილურობა, რაც მათ საშუალებას აძლევს გადაიტანონ H ატომები, H+ იონები და ელექტრონები უჯრედის ერთი ნაწილიდან მეორეში.
• NAD-ს და NADP-ს შეუძლიათ მიიღონ H ატომები დიდი რაოდენობით სუბსტრატებიდან, რომელთა რედოქს პოტენციალი უფრო დაბალია (-0,32V).

სლაიდი 31

ფლავინის დეჰიდროგენაზები

• კოენზიმები - FMN და FAD.
• ფლავინის ფერმენტები წყალბადის ატომების მიმღებები არიან და გადასცემენ მათ NADH2-დან:
• NADH2 + FAD ⇄ NAD + FADH2.
• ზოგიერთ შემთხვევაში (კრებსის ციკლში სუქცინის მჟავას დაჟანგვის ან ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვის დროს), ფლავინის ფერმენტებს შეუძლიათ პირველადი დეჰიდროგენაზების როლი შეასრულონ.
• FMN და FAD ძალიან მჭიდროდ არის დაკავშირებული აპოენზიმთან და არ არის გამოყოფილი მისგან კატალიზური ციკლის არცერთ ეტაპზე.
• FAD და FMN მოლეკულების აქტიური ნაწილია რიბოფლავინის იზოალოქსაზინის რგოლი, რომლის აზოტის ატომებს შეიძლება მიმაგრდეს წყალბადის 2 ატომი:

სლაიდი 36

• ფერმენტების რესპირატორული ჯაჭვის ყველაზე თვალსაჩინო მახასიათებელია მასში რეგიონების არსებობა, სადაც მეზობელი კომპონენტები მკვეთრად განსხვავდება რედოქს პოტენციალის მნიშვნელობებში.
• სწორედ აქ ხდება ჟანგვის შეერთება ADP-ის ფოსფორილირებასთან, რადგან უზარმაზარი სიჩქარით ტრანსპორტირებული ელექტრონის ენერგეტიკული დონეების განსხვავება საკმაოდ საკმარისია მაღალი ენერგიის ბმის სინთეზისთვის და შეადგენს 51 კჯ-ს I-სთვის, 36 კჯ-ს II-სთვის და 80,7 კჯ-ს III კონიუგაციის წერტილისთვის.

სლაიდი 37

ქიმიოსმოტიკური ჰიპოთეზა

• პიტერ მიტჩელი, ვლადიმერ პეტროვიჩ სკულაჩევი
• რეაქციები, რომელსაც თან ახლავს H+-ის მოხმარება ან წარმოქმნა მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაზე ხდება ისე, რომ პროტონები შიდა მემბრანიდან გარეში გადადის, ე.ი. ელექტრონის გადაცემას თან ახლავს H+ იონების ტრანსმემბრანული კონცენტრაციის გრადიენტის გამოჩენა - ოსმოსური სამუშაოს შესრულება.
• ეს გრადიენტი, რომელიც ქმნის განსხვავებას ქიმიურ () და ელექტრულ () პოტენციალებს შორის, არის ენერგიის წყარო ატფ-ის წარმოქმნის ენდრგონიული პროცესისთვის.
• ATPase არის ფერმენტი, რომელსაც შეუძლია გამოიყენოს H+ იონების კონცენტრაციის გრადიენტი ATP ჰიდროლიზის პროცესის შესაცვლელად.

სლაიდი 38

ყველა სლაიდის ნახვა

ურალის სახელმწიფო სამედიცინო აკადემია

ბიოორგანული და ბიოლოგიური ქიმიის კათედრა

კურსის მუშაობა თემაზე:

ბიოლოგიური დაჟანგვა.

შემსრულებლები:სტუდენტები

პედიატრიული

ფაკულტეტი 223 ჯგუფი

ზარუბა ნ.ს., ჭაშჩინა ე.ე.

ხელმძღვანელი:ასისტენტ - პროფესორი,

დოქტორი ტრუბაჩოვი ს.დ.

მიმომხილველი:

ეკატერინბურგი 2002 წ.

I. შესავალი………………………………………………………………………...3

II. ზოგადი იდეები ბიოლოგიური დაჟანგვის შესახებ.

რედოქსის სისტემები და პოტენციალი……..3

III. უჯრედში ჟანგბადის გამოყენების გზები……………………………………….5

ოქსიდაზას გზა ჟანგბადის გამოყენებისთვის. მიტოქონდრია.

ფერმენტები, მათი ლოკალიზაცია და მნიშვნელობა ჟანგვის პროცესებში…….5

IV. საკვები ნივთიერებების ენერგიის გამოყენების ეტაპები……………………6

V. ოქსიდაციური ფოსფორილირება………………………………………9

მიტჩელის ქიმიოსმოტური თეორია…………………………………..9

რედოქსი – ჟანგვითი ფოსფორილირების ჯაჭვი…………………10

VI. კრებსის ციკლი…………………………………………………………21

CTK-ის გახსნა………………………………………………………..22

რეაქციები, ფერმენტები. რეგულაცია………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

VII. მაკროენერგიული ნაერთები და კავშირები……………………………………………………………………………

VIII. ვიტამინი RR. მონაწილეობა ჟანგვის პროცესებში…………………….30

IX. მიკროსომური დაჟანგვა………………………………………………………………………………………………………………………

მონოოქსიგენაზას რეაქციები……………………………………… 31

დიოქსიგენაზას რეაქციები…………………………………………………………….32

ციტოქრომები………………………………………………………… 32

X. პეროქსიდაზას გზა ჟანგბადის გამოყენებისთვის……………………..33

XI. ფერმენტული ანტიოქსიდანტური დაცვა…………………………… 34

სუპეროქსიდის დისმუტაზა, კატალაზები, პეროქსიდაზები…………………….34

XII. არაფერმენტული ანტიოქსიდანტური დაცვა…………………………35

ვიტამინები C, E და P…………………………………………...35

XIII. დასკვნა………………………………………………………..38

XIV. გამოყენებული ლიტერატურა…………………………………………………………………………..39

შესავალი.

ქიმიაში, დაჟანგვა განისაზღვრება, როგორც ელექტრონების მოცილება და შემცირება, როგორც ელექტრონების მომატება; ეს შეიძლება ილუსტრირებული იყოს ფეროიონის ფერი იონში დაჟანგვის მაგალითის გამოყენებით:

Fe 2+ -e → Fe 3+

აქედან გამომდინარეობს, რომ დაჟანგვას ყოველთვის ახლავს ელექტრონის მიმღების შემცირება. რედოქს პროცესების ეს პრინციპი თანაბრად გამოიყენება ბიოქიმიურ სისტემებზე და ახასიათებს ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესების ბუნებას.

მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი ბაქტერია (ანაერობები) ცხოვრობს ჟანგბადის არარსებობის პირობებში, უმაღლესი ცხოველების სიცოცხლე მთლიანად დამოკიდებულია ჟანგბადის მიწოდებაზე. ჟანგბადი ძირითადად გამოიყენება სუნთქვის პროცესში - ეს უკანასკნელი შეიძლება განისაზღვროს, როგორც უჯრედული ენერგიის აღების პროცესი ატფ-ის სახით წყალბადთან ჟანგბადის კონტროლირებადი დამატების გზით წყლის წარმოქმნის მიზნით. გარდა ამისა, მოლეკულური ჟანგბადი შედის სხვადასხვა სუბსტრატებში ფერმენტების მონაწილეობით, რომელსაც ეწოდება ოქსიგენაზა. ბევრ წამალს, ორგანიზმისთვის უცხო ნივთიერებას, კანცეროგენებს (ქსენობიოტიკებს) ესხმის ამ კლასის ფერმენტები, რომლებსაც ერთობლივად უწოდებენ ციტოქრომ P 450.

კრიტიკული პირობების პათოგენეზში წამყვანი ადგილი უჭირავს უჯრედული მეტაბოლიზმის ჰიპოქსიურ დარღვევებს. პათოლოგიური პროცესების შეუქცევადობის ფორმირებაში მთავარი როლი მიეკუთვნება უჯრედული მეტაბოლური დარღვევების უკიდურეს გამოვლინებებს. უჯრედისთვის ჟანგბადის ადეკვატური მიწოდება მისი სიცოცხლისუნარიანობის შენარჩუნების მთავარი პირობაა.

ჟანგბადის შეყვანამ შეიძლება გადაარჩინოს იმ პაციენტების სიცოცხლე, რომელთა სუნთქვა ან სისხლის მიმოქცევა დაქვეითებულია. ზოგიერთ შემთხვევაში წარმატებით იქნა გამოყენებული მაღალი წნევის ოქსიგენოთერაპია; თუმცა უნდა აღინიშნოს, რომ ინტენსიურმა ან გახანგრძლივებულმა მაღალი წნევის ჟანგბადის თერაპიამ შეიძლება გამოიწვიოს ჟანგბადის ტოქსიკურობა.

ამ ნაშრომის წერისას ჩვენ გვქონდა მიზანი: შეგვესწავლა ბიოლოგიური დაჟანგვა და მისი მნიშვნელობა უჯრედისა და მთლიანად ორგანიზმის ცხოვრებაში. ამისათვის ჩვენ გადავხედეთ:

უჯრედის მიერ ჟანგბადის გამოყენება;

უჯრედის ენერგიის წყაროებია ლიმონმჟავას ციკლი (კრების ციკლი), ჟანგვითი ფოსფორილირება;

მიკროსომური დაჟანგვა;

ანტიოქსიდანტური დაცვა

ზოგადი იდეები ბიოლოგიური დაჟანგვის შესახებ.

რედოქსის სისტემები და პოტენციალი.

ენერგიის წყარო, რომელიც გამოიყენება ყველა სახის სამუშაოს შესასრულებლად (ქიმიური, მექანიკური, ელექტრული და ოსმოსური) არის ქიმიური ბმების ენერგია. ნახშირწყლების, ცხიმების, ცილებისა და სხვა ორგანული ნაერთებისგან ენერგიის განთავისუფლება ხდება მათი რედოქსის დაშლის დროს. გამოთავისუფლებული ენერგია იხარჯება ATP სინთეზზე.

თავისუფალი ენერგიის ცვლილება, რომელიც ახასიათებს ჟანგვის და შემცირების რეაქციებს, პროპორციულია რეაქტანტების უნარის დონორაციის ან მიღების ელექტრონების. შესაბამისად, რედოქს პროცესის თავისუფალი ენერგიის ცვლილება შეიძლება ხასიათდებოდეს არა მხოლოდ DG 0 "-ის მნიშვნელობით, არამედ სისტემის რედოქს პოტენციალის მნიშვნელობით (Eo). ჩვეულებრივ, სისტემის რედოქს პოტენციალი არის წყალბადის ელექტროდის პოტენციალთან შედარებით, ამ უკანასკნელის აღება ნულოვანია, 0V pH =0-ზე, თუმცა, ბიოლოგიური სისტემებისთვის უფრო მოსახერხებელია რედოქსის პოტენციალის გამოყენება pH = 7.0 (Eo"); ამ pH-ზე წყალბადის ელექტროდის პოტენციალი არის -0,42 ვ.

ცხრილი 1-ის გამოყენებით შეგვიძლია ვიწინასწარმეტყველოთ, თუ რომელი მიმართულებით წავა ელექტრონების ნაკადი ერთი რედოქსული სისტემის დაწყვილებისას.

ცხრილი 1. ზოგიერთი რედოქს სისტემის სტანდარტული პოტენციალი.

უჯრედში ჟანგბადის გამოყენების გზები.

უჯრედში ჟანგბადის გამოყენების სამი გზა არსებობს, რომლებიც ხასიათდება შემდეგი რეაქციებით:

1) ოქსიდაზას გზა (შემავალი ჟანგბადის 90% მცირდება H2O-მდე ფერმენტ ციტოქრომ ოქსიდაზას მონაწილეობით)

0 2 +4e+4H + → 2H 2 O

2) ოქსიგენაზას გზა (ჟანგბადის ერთი ატომის ჩართვა სუბსტრატში - მონოოქსიგენაზას გზა, ჟანგბადის ორი ატომი - დიოქსიგენაზას გზა) - მონოოქსიგენაზას გზა

დიოქსიგენაზას გზა

3) თავისუფალი რადიკალების გზა (წარმოიქმნება ფერმენტების მონაწილეობის გარეშე და ატფ არ იქმნება).

ოქსიდაზას გზა ჟანგბადის გამოყენებისთვის. მიტოქონდრია. ფერმენტები, მათი ლოკალიზაცია და მნიშვნელობა ჟანგვის პროცესში.

მიტოქონდრიებს სამართლიანად უწოდებენ უჯრედის „ენერგეტიკულ სადგურებს“, რადგან სწორედ ამ ორგანელებში იჭერს ძირითადად ჟანგვითი პროცესებით მიწოდებული ენერგია. ჟანგვითი პროცესების დაწყვილების მიტოქონდრიულ სისტემას მაღალენერგეტიკული შუალედური ატფ-ის წარმოქმნასთან ეწოდება ოქსიდაციური ფოსფორილირება.

მიტოქონდრიებს აქვთ გარე მემბრანა, გამტარი მეტაბოლიტების უმეტესობისთვის და შერჩევით გამტარი შიდა მემბრანა მრავალი ნაკეცებით (კრისტაები), რომლებიც მატრიქსისკენ (მიტოქონდრიის შიდა სივრცე) გამოდის. გარე გარსის ამოღება შესაძლებელია დიგიტონინით დამუშავებით; მას ახასიათებს მონოამინ ოქსიდაზას და რამდენიმე სხვა ფერმენტის არსებობა (მაგ., აცილ-CoA სინთეზა, გლიცეროფოსფატ აცილტრანსფერაზა, მონოაცილგლიცეროფოსფატ აცილტრანსფერაზა, ფოსფოლიპაზა A2). ადენილატკინაზა და კრეატინკინაზა განლაგებულია მემბრანთაშორის სივრცეში. ფოსფოლიპიდური კარდიოლიპინი ლოკალიზებულია შიდა მემბრანაში.

მატრიცა შეიცავს ლიმონმჟავას ციკლის ხსნად ფერმენტებს და ცხიმოვანი მჟავების b-დაჟანგვის ფერმენტებს და, შესაბამისად, საჭიროა შიდა მემბრანის მეშვეობით მეტაბოლიტების და ნუკლეოტიდების ტრანსპორტირების მექანიზმები. სუქცინატდეჰიდროგენაზა ლოკალიზებულია შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის შიდა ზედაპირზე, სადაც ის გადააქვს შემცირებულ ეკვივალენტებს რესპირატორულ ჯაჭვში უბიქინონის დონეზე (პირველი რედოქს მარყუჟის გვერდის ავლით). 3-ჰიდროქსიბუტირატედეჰიდის როგენაზა ლოკალიზებულია შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის მატრიცის მხარეს. გლიცეროლ-3-ფოსფატდეჰიდროგენაზა განლაგებულია შიდა მემბრანის გარე ზედაპირზე, სადაც მონაწილეობს გლიცეროფოსფატის შატლის მექანიზმის ფუნქციონირებაში.

საკვები ნივთიერებების ენერგიის გამოყენების ეტაპები.

მკვებავი ენერგიის გამოყენება რთული პროცესია, რომელიც მიმდინარეობს სამ ეტაპად, შემდეგი სქემის მიხედვით:

სქემა 1. საკვები ნივთიერებების კატაბოლიზმის ეტაპები.

1 ეტაპზე პოლიმერის დიდი მოლეკულები იშლება მონომერულ ქვედანაყოფებად: ცილები ამინომჟავებად, პოლისაქარიდები შაქრებად და ცხიმები ცხიმოვან მჟავებად და ქოლესტერინად. ეს წინასწარი პროცესი, რომელსაც ეწოდება მონელება, ძირითადად ტარდება უჯრედების გარეთ, საჭმლის მომნელებელი ტრაქტის ღრუში გამოყოფილი ფერმენტების მოქმედებით. მე-2 სტადიაზე, მიღებული მცირე მოლეკულები შედიან უჯრედებში და განიცდიან შემდგომ დეგრადაციას ციტოპლაზმაში. შაქრის ნახშირბადის და წყალბადის ატომების უმეტესობა გარდაიქმნება პირუვატად, რომელიც მიტოქონდრიაში შეღწევის შემდეგ ქმნის ქიმიურად აქტიური ნაერთის აცეტილ კოენზიმის A (აცეტილ-CoA) აცეტილ ჯგუფს. ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვის დროს ასევე წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით აცეტილ-CoA. მე-3 სტადიაზე აცეტილ-CoA-ს აცეტილ ჯგუფი მთლიანად იშლება CO 2-მდე და H 2 O-მდე. სწორედ ამ ბოლო ეტაპზე იქმნება ATP-ის უმეტესი ნაწილი. დაწყვილებული ქიმიური რეაქციების სერიაში, ენერგიის ნახევარზე მეტი, რომელიც თეორიული გამოთვლებით, შეიძლება ამოღებულ იქნას ნახშირწყლებიდან და ცხიმებიდან მათი H 2 O და CO 2-მდე დაჟანგვის დროს, გამოიყენება ენერგიულად არახელსაყრელი რეაქციის განსახორციელებლად Fn + ADP ® ATP. ვინაიდან დაჟანგვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის დანარჩენ ნაწილს უჯრედი ათავისუფლებს სითბოს სახით, ATP წარმოების შედეგი არის სამყაროს არეულობის ზოგადი ზრდა, რაც სრულად შეესაბამება თერმოდინამიკის მეორე კანონს.