Биоэнергетический обмен. Общие пути метаболизма. Биологическое окисление

Понятие об обмене веществ. Процессы ката- и анаболизма, их характеристика, отличия и взаимосвязь

Обмен веществ– совокупность процессов превращения веществ и энергии в организме и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Включает 3 этапа:

Поступление
Метаболизм
Выделение конечных продуктов из организма

Метаболизм:

Катаболизм	Анаболизм
Распад ВМС до мономеров с выделением энергии АТФ и НАДН₂	Синтез макромолекул с затратой энергии

Отличаются по:

Локализации
Количеству реакций
Локализации

Взаимосвязь катаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей организма.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия или временного превалирования одного из них.

Преобладание анаболических процессов	катаболических
приводит к росту, накоплению массы тканей	к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии

Состояние равновесного или неравновесного соотношения зависит от возраста:

В детском возрасте	У взрослых людей	в старческом
Преобладает анаболизм	находятся в равновесии	катаболизм

Их соотношение зависит также от состояния здоровья, физической или психоэмоциональной деятельности.

Метаболические пути, их виды

Общий путь катаболизма– реакция окислительного декарбоксилирования ПВК и цикла Кребса. Метаболические пути:

Главные	Добавочные	Побочные
Универсальны Поставляют энергию Синтез основных биополимеров клетки	Менее универсальны Синтез важных веществ Энергия НАДФН2 В определенных тканях	Пути происходят при патологии В норме иногда

Пример1:

Глюкоза
Главный	Добавочный	Побочный
Дихотомический (аэробный) распад: 38АТФ из 1 глюкозы	Пентозный цикл: В эритроцитах, эндокринных железах, печени (т.е. в определенных тканях) Синтез пентоз, Энергия НАДФН2	Лактоза (пример нормы)

Пример2:

Фенилаланин
Главный	Добавочный	Побочный
Биосинтез белка	Синтез тироксина (только в щитовидной железе)	ФенилПВК (токсичное соединение)

Основные фазы унификации питательных веществ в организме. Центральные метаболиты

Фазы:

Подготовительная – не является поставщиком энергии (1%).

ВМС распадаются в ЖКТ до мономеров.

Образование центральных метаболитов – протекает в цитоплазме, завершается в митохондриях (20-30% энергии)
Полное окисление – Цикл Кребса (70-80% энергии) – в аэробных условиях полное окисление поступивших с пищей веществ.

Цикл Кребса, как основной «метаболический котел» клетки (формулы). Регуляция и локализация цикла Кребса

Цикл Кребса (ЦТК, цикл трикарбоновых кислот, лимоннокислый цикл) Циклический, в аэробных условиях, в матриксе митохондрий Реакции:

Цитрат-синтетазная (цитрат-синтетаза: класс 4 – лиазы)	Изомеризация цитрата
Изоцитрат-дегидрогеназная (класс 1 – оксидоредуктазы) Кофактор: С, Мg²⁺ Кофермент: НАД, НАДФ	Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутаровой кислоты Кофактор: Мg²⁺ Коферменты(5): ТПФ, HS-KoA, ФАД, НАД⁺, амид липоевой кислоты
Реакция субстратного фосфорилирования (за счет энергии субстрата)	Сукцинат-дегидрогеназная (встроена в мембрану митохондрии) Кофермент: ФАД
Фумаразная реакция (класс – гидролазы)	Малат-дегидрогеназная

При окислении 1 молекулы Ацетил-КОА в цикле Кребса и в системе окислительного фосфорилирования образуется 12АТФ:

1АТФ – субстратное фосфорилирование, 11АТФ – окислительное

СН₃СоSКоА + 2Н₂О + 3НАД + ФАД + АДФ + Р_н= > 2СО₂+ 3НАДН₂+ АТФ + ФАДН₂+ НSКоА

Функции ЦТК (Цикла Кребса):

Интегрирующая (взаимосвязь БЖУ)
Энергообразующая (12АТФ)
Анаболитическая (синтез соединений из метаболитов ЦТК)

Пример:

сукцинилКОА	Оксало-ацетат	α-кетоглутарат
Синтез гема	Глюкоза	глу

Регуляция цикла.

Регуляторные энзимы:

Цитратсинтаза
Изоцитрат-дегидрогеназа
α-кетоглутарат-дегидрогеназный комплекс

Роль витаминов:

Витамин	Рибофлавин (В2)	РР	Тиамин (В1)	Пантотеновая кислота
В составе кофермента	ФАД	НАД	ТПФ	КоА
Кофермент реакции	СДГ, α-кетоглутарат-ДГ комплекс	МДГ, ИДГ, α-кетоглутаратДГ	α-кетоглутаратДГ	ацетилКоА, сукцинилКоА

Понятие о биологическом окислении, его отличие от горения

Биологическое окисление– совокупность реакций окисления субстратов в живых клетках. Главные функцииокислительных процессов:

Запас энергии в утилизируемой форме
Рассеяние энергии в виде теплоты
Образование полезных соединений
Расщепление вредных веществ

Отличие БО от горения:

БО	Горение
Не является одноступенчатой реакцией	Одноступенчатая реакция
Ферментативный процесс
Только в мягких условиях
Освобождение энергии за счет восстановления водорода + Н₂О	Освобождение энергии за счет С => СО₂
Часть энергии переходит в тепло, Часть - в энергию макроэргических связей АТФ	Вся энергия переходит в тепловую
Окисление в основном частичное	Окисление полное

Сущность окисления:

Fe³⁺+ электрон ↔Fe²⁺

Fe³⁺	Fe²⁺
Окислитель, акцептор, антиоксидант	Восстановитель, донор, прооксидант

Каждая редокс-пара – имеет свой потенциал.

Редокс-потенциал указывает направление движения электронов

Тканевое дыхание. Субстраты тканевого дыхания

Тканевое дыхание– вид биологического окисления, при котором акцептором электронов. СубстратыТД:

кислоты цикла Кребса

(коферменты реакций НАД,ФАД: изоцитрат, α-кетоглутарат, сукцинат, малат)

ПВК
Лактат
АК
α-глицерофосфат
жирные кислоты

Осуществляется благодаря оксидоредуктазам дыхательной цепи.

Дыхательная цепь, ее структура, локализация, биологическая роль

Дыхательная цепь– последовательность оксидоредуктаз во внутренней мембране митохондрий, осуществляющих перенос электронов и протонов от субстрата на молекулярный кислород.

Функции:

Поставщик энергии для синтеза АТФ
50% энергии – выделяется в виде тепла

Поступление водорода в виде НАДН₂либо ФАДН₂

Характеристика ферментных комплексов дыхательной цепи

КомплексыДЦ:

Комплекс	Функция	Состав	Реакция
НАДН-КоQ-редуктаза	Перенос электронов от НАДН к KoQ	Белки и липиды негемовые [FeS]Pt, НАДН-ДГ(является флавопротеином => в составе кофермента ФМН)	ФМН+НАДН₂=>ДМНН₂+НАД (димононуклеотидаш2)
Сукцинат-KoQ-редуктаза	Перенос электронов от сукцината к KoQ	СДГ (кофермент ФАД), негемое железо, липиды и белкиКоQ (убихинон): Источники – витамин К и Е (антиоксиданты) Убихинон коллектор (собирает на себя электроны и протоны)	КоQ+ФМНН₂=>КоQН₂+ФМН
КоQН₂-цитС-редуктаза	Катализирует перенос электронов от КоQH₂к цитС	цитВ, цитС, негемовое железо, липиды и белки В центре цитохрома железо, которое меняет валентность (редокс-пара)
Цитохром-оксидаза	Катализирует перенос электронов от цитС к О₂	Цит а, цит а3, негемовое железо, липиды и белки	Отличия от других: аутокситабельность (перенос электронов на О₂), наряду сFeестьCu

Использование цитоплазматического НАДН2 в дыхательной цепи. Характеристика челночных механизмов

Челночные механизмы– переносят восстановленные нуклеотиды (НАДН₂) из цитоплазмы в митохондрии. Челнок – малат. В цитоплазме происходит восстановление оксоло-ацетата до малата, который проникает в митохондрию. В митохондрии по действием митохондриальной МДТ малат переходит в ЩУК, а НАДН₂передает электроны и протоны дыхательной цепи.

Ингибиторы тканевого дыхания

Ингибиторы: Барбитураты – блокируют переход электронов от первого комплекса к убихинону. Ряд антибиотиков блокирует переход электронов от цитохромаВ к цитохромуС (комплекс3). Цианиды, угарный газ – ингибиторы цитохромоксидазы (комплекс4) Цианиды – ингибиторы Fe²⁺ Угарный газ - ингибитор Fe³⁺

Окислительное фосфорилирование. Свободнорадикальное окисление

Окислительное фосфорилирование, его механизм и значение

Фосфорилирование– образование АТФ из АДФ и неорганического фосфата за счет энергии. Различают 2 вида (в зависимости от вида энергии):

Окислительное фосфорилирование	Субстратное фосфорилирование
Энергия дыхательной цепи (тканевого дыхания)	Энергия субстрата

Для образования 1 молекулы АТФ необходимо:

затрата 7,3ккал
перепад редокс-потенциалов между соседними участками дыхательной цепи 0,2В

Р/О (фосфор/кислород) – коэффициент фосфорилирования – число моль неорганического фосфата переведенных в органическую форму (АТФ) в расчете на каждый поглощенный атом кислорода.

1 2

Подборка статей по вашей теме: