Презентация на тему: Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры

Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии СибГМУ
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Пути расходования энергии Δ  Н
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
3) Разобщители
типы разобщения
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры
1/42
Средняя оценка: 4.2/5 (всего оценок: 86)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (895 Кб)
1

Первый слайд презентации: Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии СибГМУ

Изображение слайда
2

Слайд 2

Клетки превращают питательные вещества в клеточные компоненты и извлекают энергию из окружающей среды при помощи высоко интегрированной системы химических реакций, называемой « обмен веществ » или « метаболизм ». Здесь «вещества» – это метаболиты. Все процессы жизнедеятельности сопровождаются переносом веществ и энергии, которые тесно связаны между собой : 1) Пластические процессы – структурное обеспечение клеток и организма (биомембраны, рост…) 2) Энергетические процессы – обеспечение энергией Метаболизм основан на высоко интегрированной мультиферментной системе

Изображение слайда
3

Слайд 3

ВИДЫ ОБМЕНа веществ Внешний включает процессы ассимиляции, т.е. поглощения химических соединений из внешней среды (белки, жиры, углеводы, соли, О 2, Н 2 О…) Промежуточный ( тканевой ) состоит из 2 фаз : 1) катаболизм, в котором происходит расщепление сложных органических молекул до простых конеч-ных продуктов; при этом высвобождается энергия, заключённая в сложной структуре больших органических молекул. На определённых этапах эта энергия реализуется ( трансформируется ): • в макроэргические связи остатков фосфорной кислоты молекул АТФ ; • в восстановительные эквиваленты (запас в виде НАДФН·Н), обеспечивающие процессы синтеза.

Изображение слайда
4

Слайд 4

2) анаболизм, в котором из малых молекул-предшес-твенников (строительных блоков) синтезируются сложные органические макромолекулярные компо-ненты клеток (белки, нуклеиновые кислоты, жиры, углеводы), что сопровождается расходом энергии. Эти 2 фазы протекают в клетках одновременно и связаны веществом и энергией: (Б,У,Л) (Б,У,Л) специфические катаболизм АТФ (~Р) анаболизм низкомолекулярные продукты энергия в-ва НАДФН·Н молекулы-предшественники

Изображение слайда
5

Слайд 5

АТФ – молекула, богатая энергией, поскольку её трифосфатный компонент содержит две фосфо-ангидридные связи. При гидролизе АТФ→ АДФ+Ф н высвобождается большое количество свободной энергии Δ G = 7,3 ккал / моль АТФ – главный непосредственный донор свободной энергии, а не форма запасания энергии. Весь АТФ расходуется в клетке в течение 1 минуты Чтобы получить необходимые ежедневно средне-статистическому человеку 2500 ккал нужно 40 кг АТФ, а в организме всего 50 г = АТФ+АДФ+АМФ → каждая молекула АТФ в сутки тысячи раз фосфорилируется и дефосфорилируется, что снижает её время жизни → постоянный синтез АМФ

Изображение слайда
6

Слайд 6

Существует 3 стадии генерирования энергии при окислении питательных веществ: Белки углеводы липиды(жиры) I стадия ( специфи - 20 АК глюкоза глицерол+СЖК ческая ) ДОАФ пируват (СН 3 -СО-СООН) II стадия СО 2 ( неспецифи - ацетил ~ КоА (СН 3 -СО ~ S КоА ) ческая ) III стадия ЦТК 2 СО 2 (общий этап ẽ ẽ (ФАДН 2 3 НАДН·Н) обмена Б,Ж,У) дыхательная цепь митохондрий О 2 +2 H + →Н 2 О

Изображение слайда
7

Слайд 7

I стадия – превращение полимеров в мономеры, осуществляют пищеварительные ферменты. II стадия – превращение мономеров в ключевые метаболиты (ацетилКоА и пируват), одинаковые вещества образуются в разных видах обмена, за счёт них обменные процессы взаимосвязаны. III стадия – ЦТК и окислительное фосфорилирование. Представляют собой конечные общие пути в окислении топливных молекул. ЦТК – циклическая последовательность из 8 реакций, начинается с ОА. Тканевое дыхание (биологическое окисление) – процесс превращения Б,У,Ж в аэробных условиях до конечных продуктов СО 2 и Н 2 О, а энергия химических связей этих соединений реализуется в виде макроэргических связей остатков Н 3 РО 4 молекул АТФ. СО 2 образуется в ПДГ-комплексе и ЦТК (две реакции декарбоксилирования), Н 2 О образуется в конце дыхательной цепи при переносе ẽẽ и H + на кислород.

Изображение слайда
8

Слайд 8

Аэробное декарбоксилирование пирувата СН 3 СОСООН(окислительное) заканчивается: 1) переносом части окисляемых H + на НАД с образованием НАДН·Н → в дыхательную цепь ; 2) переносом образуемой в результате удаления СО 2 уксус-ной кислоты на коэнзим А с образованием Ас~КоА → в ЦТК. Большинство топливных молекул вступают в ЦТК после превращения в Ас~КоА. В ЦТК идёт катаболизм (распад) Ас~КоА до 2СО 2, часть энергии аккумулируется в виде ГТФ→АТФ за счет субстратного фосфорилирования, а 4 H + переносятся на 1 молекулу ФАДН 2 и 3 молекулы НАДН·Н и поступают → в дыхательную цепь. ЦТК выполняет ещё и анаболическую функцию – поставляет промежуточные продукты для биосинтезов: - для глюкозы (в процесс глюконеогенеза), - для аминокислот (в процесс переаминирования)

Изображение слайда
9

Слайд 9

СН 3 -СООН 2С → 2СО 2 4Н → 4 дегидрогеназы ЦТК (1 ФАДН 2 и 3 НАДН·Н) СН 3 -СО ~ S КоА

Изображение слайда
10

Слайд 10

НАДН·Н и ФАДН 2 - богатые энергией молекулы, т.к.содержат по 2 ẽ с высоким потенциалом переноса: у НАДН·Н редокс-потенциал=-0,32В ( первичный донор дыхательной цепи), у молекулы О 2 редокс-потенциал=+0,82В (конечный акцептор цепи), остальные компоненты дыхательной цепи занимают промежуточное положение. Перепад энергии используется для генерирования АТФ. Процесс образования АТФ сопряжён с транспортом ẽ по цепи переносчиков от НАДН·Н или ФАДН 2 к О 2, называется « окислительное фосфорилирование ».

Изображение слайда
11

Слайд 11

БАХ. В окислительных процессах принимает участие активный кислород (О 2 ) Палладин. Окисление субстратов идёт за счёт дегидрирования, т.е. без непосредственного участия О 2, который присоединяется только на последнем этапе Механизм протекания процесса окислительного фосфорилирования предложил П.Митчел, сформулировав его в виде хемиосмотической теории

Изображение слайда
12

Слайд 12

МАТРИКС МЕЖМЕБРАННОЕ ПРОСТРАНСТВО ВНУТРЕННЯЯ МЕМБРАНА КРИСТЫ

Изображение слайда
13

Слайд 13

Основная идея процесса: 1. Окислительное фосфорилирование идёт на внутренней мембране митохондрии. 2. ЦТК протекает в матриксе митохондрий и поставляет большую часть НАДН·Н и ФАДН 2. 3. Окисление и фосфорилирование – процессы сопряжённые, характеризуются отношением Р / О (это число молекул неорганического фосфат а, включающегося в органические формы в расчёте на 1 атом потребляемого О 2 ). При окислении НАДН·Н индекс Р / О=3, т.е. НАДН·Н даёт 3 молекулы АТФ. При окислении ФАДН 2 индекс Р / О=3, т.е. ФАДН 2 даёт 2 молекулы АТФ.

Изображение слайда
14

Слайд 14

4. Работают дыхательные ансамбли, включаю-щие в себя многочисленные переносчики ẽ. Многоступенчатый транспорт ẽ от НАДН·Н и ФАДН 2 к О 2 способствует выбросу H + из матрикса митохондрии в межмембранное пространство и генерированию мембранного потенциала (протон-движущей силы). H + перекачиваются 3-мя видами ẽ -переносящих комплексов. В процессе обратного тока H + в митохонд-риальный матрикс через трансмембранный ферментный комплекс АТФ-синтетазу происходит синтез АТФ.

Изображение слайда
15

Слайд 15

В дыхательной цепи митохондрий работает 4 комплекса (ансамбля): I – НАДН·Н - коэнзим Q II – сукцинат(ФАДН 2 ) - коэнзим Q III – коэнзим Q - цитохром с - редуктазный IV – цитохром с - оксидазный АТФ-синтазную систему считают V комплексом.

Изображение слайда
16

Слайд 16

Изображение слайда
17

Слайд 17

Схема дыхательной цепи митохондрий Далее механизмы работы цепи более подробно матрикс митохондрии межмембранное пространство

Изображение слайда
18

Слайд 18

I комплекс ( НАДН·Н - коэнзим Q ) С НАДН протоны и электроны поступают на ФМН. На ФМН.H 2 происходит разделение H + и ẽ : перенос H + на другую сторону мембраны, а ẽ идут через железосерные комплексы ( железо-серные белки – это негемовые железопротеины ) на коэнзим Q II комплекс ( сукцинат(ФАДН 2 ) - коэнзим Q ) H + H + FeS ФМН.H 2 ẽẽ Q--- QH 2 ẽẽ ФМН НАДН·Н ФАДН 2 В итоге работы первых двух комплексов ẽ через флавопротеины поступают на Ко Q и следуют далее на комплексы цитохромов I I I

Изображение слайда
19

Слайд 19

Электроны при своём окислительном движе-нии вдоль внутренней мембраны митохондрий трижды ( в 3-х комплексах: I, III, IV ) пересекают мембрану от внутренней поверхности к наруж-ной и при этом в межмембранное пространство выбрасывается по 2 H +. Комплексы цитохромов переносят только ẽ, используя FeS- белки. H + H + H + H + H + H + I III IV

Изображение слайда
20

Слайд 20

В результате переноса ẽ по дыхательной цепи идёт выброс H + из матрикса в межмембранное пространство, где концентрация Н + возрастает. Протонный градиент, образованный окислительным транспортом электронов, представляет собой резервуар свободной энергии. Теперь, если обеспечить поток Н + обратно сквозь мембрану, можно получить энергию.

Изображение слайда
21

Слайд 21

Энергия накапливается в протонном градиенте за счет 2 компонентов: 1-й компонент – разница в концентрации ионов H + на противоположных сторонах мембраны. К онцентрационный градиент протонов обозначают как дельта рН ( Δ рН). Энергия концентрационного градиента не зависит от абсолютной величины рН. Она обусловлена разницей рН по обе стороны мембраны и составляет около 60 мэВ ( Δ рН = 60 мэВ ).

Изображение слайда
22

Слайд 22

• 2 компонент Протон Н + является заряженной частицей, поэтому вторым компонентом энергии протонного градиента является градиент электрического заряда Н +. Движение зарядов через мембрану создает разницу в электрическом потенциале. В итоге возникает электростатическое поле, которое действует на все заряженные частицы. Второй компонент обозначают как мембранный потенциал – дельта пси ( Δ  ), он составляет 160-180 мэВ.

Изображение слайда
23

Слайд 23

Общая энергия протонного градиента, т.е. разность электрохимического потенциала протонов – это сумма концентрационного (или осмотического) и электрического компонентов: Δ  Н = Δ рН + Δ  = 230-240 мэВ Таким образом, основной смысл хемиосмотического механизма в том, что первичным актом, запасающим энергию, является перенос протонов через внутреннюю мембрану митохондрии

Изображение слайда
24

Слайд 24

Сопряжение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования определяется уникальными свойствами внутренней мембраны митохондрии, которая плотнее наружной мембраны, поэтому 1) имеет высокое электрическое сопротивление 2) выдерживает высокое электрическое напряжение Мембрана находится под огромным напряжением = 400 000 мэ В/см Такое напряжение может выдерживать только неповрежденная мембрана

Изображение слайда
25

Слайд 25

Повреждение мембраны по любой причине - гипоксия (недостаток кислорода) - гипероксия (подача большого количества О 2 ) - активация перекисного окисления липидов - набухание митохондрий ведет к пробою мембраны В этом случае Н + не могут накапливаться в межмембранном пространстве, и митохондрия не выполняет своей главной функции – производства энергии и снабжения этой энергией всей клетки

Изображение слайда
26

Слайд 26: Пути расходования энергии Δ  Н

1) на механическую работу ( вращение жгутиков, движение сперматозоидов, диапедез лейкоцитов ) 2) на осмотическую работу ( перенос частиц через мембраны – например ионов Са 2+ в матрикс митохондрий или секреция ионов Н + в полость желудка при образовании соляной кислоты ) 3) на теплообразование (механизм см. в конце лекции) 4) на образование АТФ. В виде АТФ энергия используется для внутриклеточных процессов. Всего в 3-х точках дыхательной цепи создается достаточный уровень энергии Δμ Н +, поэтому только за счёт этих 3-х точек происходит образование АТФ

Изображение слайда
27

Слайд 27

Изображение слайда
28

Слайд 28

V комплекс Синтез АТФ осуществляет АТФ-аза митохондрий (АТФ-синтетаза) АТФ-синтетаза состоит из 2-х частей: 1 часть – сопрягающий фактор1 (F 1 ) = голова F 1 - это белок с массой в 360 кДа, содержит 5 видов полипептидных цепей Физиологическая роль F 1 – катализ синтеза АТФ 2 часть – протонный канал (F 0 ) АТФ-синтезирующего механизма

Изображение слайда
29

Слайд 29

протонный канал комплекса (F 0 ) сопрягающий фактор (F 1 ) стебелек ТРАНСЛОКАЗА Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ АДФ + Р i = АТФ АДФ

Изображение слайда
30

Слайд 30

Гипотеза П.Митчелл а: ток Н + непосредственно действует на реакцию синтеза АТФ. Сначала свободная фосфатная группа связывается с ферментом в активном участке F 1 -компонента комплекса, (вблизи конца протонного канала через F 0 ). По каналу под действием мембранного потенциала и градиента рН переходят два Н +. Эти два Н + воздействуют на один из кислородов фосфата и соединяются с ним, образуя молекулу воды. Фосфатная группа при этом становится активной и легко связывается непосредственно с АДФ, образуя АТФ.

Изображение слайда
31

Слайд 31

протонный канал комплекса или F 0 сопрягающий фактор 1 или F 1 стебелёк ТРАНСЛОКАЗА Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ АДФ + Р i = АТФ АДФ ТРАНС- ЛОКАЗА

Изображение слайда
32

Слайд 32

Пути расходования АТФ 1) на осмотическую работу; 2) на механическую работу; 3) на химическую работу: а) аллостерический регулятор, б) пластический материал для синтеза нуклеиновых кислот, коферментов, в) источник цАМФ, г) источник фосфатных групп для образования фосфорных эфиров, д) источник энергии для процессов синтеза.

Изображение слайда
33

Слайд 33

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ. Скорость дыхания митохондрий, а, следова-тельно, и скорость образования энергии – регулируемый процесс. Скорость может контролироваться концентрацией АДФ. Если в митохондриях весь АДФ→АТФ, то это ведёт к торможению переноса ẽ в дыхательной цепи. Это обусловлено тем, что окисление и фосфорилирование жестко сопряжены, т.е. функционирование дыхательной цепи по окислению Н + и ẽ не может осуществляться, если оно не сопровождается фосфорилированием АДФ.

Изображение слайда
34

Слайд 34

Окисление и фосфорилирование могут быть не только сопряжены, но и разобщены или заингибированы ГРУППЫ ИНГИБИТОРОВ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ И ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ОСФОРИЛИРОВАНИЯ 3 группы: 1) Ингибиторы собственно дыхательной цепи 2) Ингибиторы окислительного фосфорилирования 3) Разобщители окислительного фосфорилирования

Изображение слайда
35

Слайд 35

Ингибиторы, блокирующие дыхательную цепь действуют в 3 местах, соответствующих трем комплексам дыхательной цепи: Первый участок блокирования – в 1 - ом комплексе дыхательной цепи, где ингибиторы препятствуют НАД-зависимому окислению субстратов. И нгибиторы: барбитураты ( амобарбитал ), ротенон (очень токсичен; американские индейцы добывали его из растений и использовали в качестве яда при ловле рыб).

Изображение слайда
36

Слайд 36

Второй участок блокирования дыхательной цепи локализован в 3-м комплексе между цитохромами b и с. Ингибитором является антибиотик антимицин А Третий участок блокирования – 4-й комплекс, т.е. цитохромоксидаза, локализованная в конце цепи. Ингибируется классическими ядами – сернистым водородом окисью углерода цианидом

Изображение слайда
37

Слайд 37

2) Ингибиторы, подавляющие стадию фосфорилирования : антибиотик олигомицин, который полностью блокирует окисление и фосфорилирование в интактных митохондриях за счет того, что не пропускает протоны через канал F 0. Атрактилозид блокирует окислительное фосфорилирование за счёт ингибирования фермента транслоказы, производящей поступление АДФ в митохондрию и выход АТФ из митохондрии.

Изображение слайда
38

Слайд 38: 3) Разобщители

отличаются тем, что нарушают в дыхательной цепи систему сопряжения процессов окисления и фосфорилирования. В этих условиях процесс дыхания происходит неконтролируемым образом, т.е. концентрации АДФ и Ф н в этом случае не являются лимитирующими. Разобщители обычно легко растворимы в липидном слое мембран, этим объясняется их разобщающее действие

Изображение слайда
39

Слайд 39: типы разобщения

1) Разобщители увеличивают проницаемость митохондриальной мембраны для протонов (протонофоры), тогда не может набраться достаточно водородных ионов для создания необходимой Δ μ Н +, и энергия рассеивается. К этому типу относят динитрофенол и другие нитро- и галогенные производные фенола (связывают Н + и переносят через мембрану), некоторые кислые продукты метаболизма, продукты ПОЛ. 2) Разобщители сами проникают через мембрану митохондрии и нейтрализуют заряд протонов, чем снижают Δ μ Н +. К ним относят многие антибиотики.

Изображение слайда
40

Слайд 40

РАЗОБЩИТЕЛИ БЫВАЮТ ЭКЗОГЕННЫМИ И ЭНДОГЕННЫМИ лекарственные вещества – строфантин, папаверин, салицилаты естественные метаболиты организма: - белок термогенин бурой жировой ткани (у страдающих ожирением бурого жира мало) - тиреоидные гормоны - жирные кислоты Эндогенные разобщители важны для согревания организма на холоде (см. ниже механизм согревания)

Изображение слайда
41

Слайд 41

Снижение температуры тела возбуждает терморецепторы, что ведёт к повышению выделения гормона норадреналина. В результате увеличивается липолиз и повышается содержание жирных кислот. Активируется бета-окисление жирных кислот и увеличивается количество ацетил-КоА, что способствует возрастанию активности цикла Кребса, повышению содержания НАДН и ФАДН 2, поступающих в дыхательную цепь, где растёт активность тканевого дыхания и увеличивается электрохимический потенциал

Изображение слайда
42

Последний слайд презентации: Биологическое окисление (тканевое дыхание) лекции Т.В. ЖАВОРОНОК доцент кафедры

Однако сами жирные кислоты снижают Δμ Н + за счёт сброса Н + в обход V комплекса, создающего АТФ, поэтому энергия Δμ Н + рассеивается, расходуясь на согревание. При этом на холоде человек дрожит, дополнительно идёт рефлекторное возбуждение терморецепторов. При дрожании снижается содержание АТФ и увеличивается АДФ, которые регулируют активность цитратсинтазы, запускающей ЦТК. В ЦТК растёт концентрация НАДН и ФАДН 2, что повышает разность электрохимического потенциала, расходуемого на согревание. Итог: человек согревается

Изображение слайда