Окислительным фосфорилированием называют синтез АТФ путем фосфорилирования АДФ за счет энергии трансмембранного электрохим потенциала, возникающего при освобождении энергии электронами окисленного субстрата в процессе миграции этих электронов по дыхательной цепи к вдыхаемому кислороду. То есть окисл фосфорилирование – это синтез АТФ, связанный с переносом электронов по дыхательной цепи, это синтез АТФ за счет энергии окисления субстрата. Происходит в аэробных условиях.
1) гипотеза химического сопряжения (Е. Слейтер, 1953 г.): перенос электронов вызывает серию химических реакций, в ходе которых образуется некий высокоэнергетический продукт. Расщепление этого продукта сопровождается высвобождением энергии, достаточной для синтеза молекулы АТР;
2) гипотеза конформационного сопряжения (П. Бойер, 1964 г.): транспорт электронов вызывает конформационные изменения в белковых компонентах в мембране, что связано с переходом их в высокоэнергетическую форму. Эти изменения передаются АТР-синтазе, которая активируется и катализирует синтез АТР;
|
|
3) хемиосмотическая гипотеза (предложена Питером Митчеллом в 1961 г.): перенос электронов сопровождается выводом протонов в межмембранное пространство митохондрий. Так на внутренней мембране создается электрохимический градиент, который и запускает работу АТР-синтазы. Иными словами, синтез АТР осуществляется за счет осмотической энергии протонного градиента.
Из всех рассмотренных гипотез наиболее состоятельной и подтвержденной многими экспериментальными данными является гипотеза Митчелла. Она, в частности, объясняет необходимость целостности мембраны для синтеза АТР.
30.Какое количество молекул АТФ синтезируется в полной и укороченной цепях переноса электронов? Дайте схемы этих путей.??
Цепь переноса электронов (дыхательная цепь) – это сложная система переносчиков, при участии которой происходит процесс последовательного переноса электронов от NADH и FADH2 на O2.
Главная дыхательная цепь - это три мультиферментных комплекса, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрии. Обозначаются они латинскими цифрами – I, III и IV.
СОКРАЩЕННАЯ (УКОРОЧЕННАЯ) ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ
Известны два субстрата. Главным из них является сукцинат (янтарная кислота).
31. Механизмы образования и обезвреживания в клетках перекиси водорода.
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.
32. Микросомальное окисление, его биологическая роль. Ферменты микросомального окисления.
|
|
Микросомальное окисление не связано с синтезом АТФ. Механизм данного типа окисления субстрата кислородом предусматривает такое взаимодействие субстрата (S) с молекулярным кислородом, при котором один атом кислорода включается в окисляемый субстрат, другой – в молекулу воды. За счёт включения кислорода в молекуле окисляемого субстрата возникает гидроксильная группа (-ОН), поэтому данный вид окисления называется гидроксилированием.
SН + О2 + А∙Н2 → S-ОН + Н2О + А
где SН – окисляемый субстрат; А∙Н2 – донор водорода (аскорбиновая кислота или НАДФ∙Н2).
Биологическая роль микросомального окисления:
1. Синтез различных веществ. Растворимые ферменты с участием аскорбиновой кислоты в качестве донора водорода осуществляют синтез адреналина и норадреналина в хромаффинной ткани; пигмента меланина из тирозина в коже, радужке и сетчатке глаза; основного белка соединительной ткани – коллагена. Ферменты микросом участвуют в образовании ненасыщенных жирных кислот; желчных кислот и стероидных гормонов надпочечников из холестерина, лейкотриенов из арахидоновой кислоты.
2. Обезвреживание различных токсических веществ в печени. Особенно это относится к чужеродным веществам не природного происхождения, называемым ксенобиотиками. При микросомальном окислении токсические вещества становятся водорастворимыми, в результате они не накапливаются в клетке, а легко выводятся с мочой. Известно свыше 7000 наименований соединений, окисляющихся микросомальной системой печени. Одна из главных особенностей цитохрома Р450 – это способность его белка изменять свою конформацию в ответ на появление в организме того или иного ксенобиотика, обеспечивая тем самым эффективное взаимодействие с ним. За счёт такой приспособляемости цитохром Р450 является универсальным ферментом детоксикации, способным взаимодействовать почти с любыми соединениями. Единственной требование к окисляемому субстрату – он должен быть неполярным, поскольку цитохром Р450 находится в липидном слое мембран.
Ферменты, участвующие в оксигеназном окислении, называются гидроксилазами, либо оксигеназами. Эти ферменты содержат в активном центре ионы металлов с переменной валентностью (Fe, Cu). Гидроксилазы могут существовать в растворимом виде в клеточном соке, или в виде специальных групп окислительных ферментов, расположенных в мембранах цитоплазматической сети печёночных клеток, митохондрий клеток коры надпочечников и т.д. При растирании ткани фрагменты цитоплазматической сети самопроизвольно замыкаются в пузырьковидные структуры, называемые микросомами, поэтому данный тип окисления называют микросомальным. Группа окислительных ферментов микросом представляет собой циклическую цепь транспорта электронов и протонов, источником которых служит преимущественно НАДФ∙Н2. Главным компонентом этой системы является цитохром Р450 с катионом железа (Fe3+ ↔ Fe2+) в активном центре, где начинается окисление субстратов. Название цитохрома связано с тем, что его восстановленная форма связывает оксид углерода СО и приобретает характерное поглощение света при 450 нм.
При взаимодействии цитохрома Р450 с субстратом и кислородом происходит их активация и окисление не только субстрата, но и НАДФ∙Н2. Благодаря этому цитохром Р450 отдаёт молекуле кислорода четыре электрона. В результате один из атомов кислорода внедряется по связи С-Н молекулы окисляемого субстрата, а другой – восстанавливается с образованием воды.