вопрос. Разобщение дыхания и фосфорилирования.

Ряд соединений может вызвать разобщение дыхания и фосфорилирования. Например, 2,4—динитрофенол в ионизированной и неионизированной форме легко диффундирует через мембрану, перенося протоны в сторону их меньшей концентрации в обход протонных каналов. Так он уничтожает электрохимический потенциал, и синтез АТФ становится невозможным, но окисление субстратов при этом идет. Энергия дыхательной цепи в этом случае полностью рассеивается в виде теплоты. Этим и объясняется пирогенное действие разобщителей. Разобщающим действием обладают также гормон тироксин, дикумарин и его производные, + антибиотики (валиномицин, грамицидин). Разобщение окислительного фосфорилирования и тканевого дыхания может быть биологически полезным. В качестве разобщителя могут выступать и жирные кислоты. Они накапливаются в бурой жировой ткани. Такой бурый жир есть у новорожденных. Он позволяет поддерживать температуру тела при еще несовершенной системе терморегуляции.

8 вопрос. Биологический смысл нефосфорилирующего (свободного) окисления. Свободное окисление обеспечивает поддержание температуры тела на более высоком уровне, чем температура окружающей среды. Терморегуляторную функцию у человека выполняет бурый жир (он поддерживает температуру тела за счет разобщения окисления и фосфорилирования). Процесс разобщения контролируется также гормонами. Биологический смысл нефосфорилирующего (свободного) окисления можно видеть в многочисленных реакциях окисления, не связанных с циклом Кребса и переносом водорода и электронов по дыхательной цепи. Сюда относятся, например, внемитохондриальные процессы окисления, окислительное удаление токсических веществ, регуляция количественного содержания БАВ (некоторых аминокислот, биогенных аминов, адреналина ит.д.) путем более или менее интенсивного их окисления.

9 вопрос. Цикл Кребса. Сначала под действием цитратсинтазы ацетилКоА взаимодействует с оксалоацетатом, при этом образуется цитрил-КоА, которая под действием воды превращается в цитрат. При этом освобождается кофермент А.

 

Под действием а конитазы идегидрирования цитрат превращается в цис-аконитат. Вода присоединяется по месту двойной связи в транс-положении цис-аконитата. Под действием того же фермента цис-аконитат превращается в изоцитрат.

 

Изоцитрат под действием и зоцитратдегидрогеназы и дегидрирования превращается в оксалосукцинат, а он под действием того же фермента и декарбоксилирования превращается в альфакетоглутарат. Эта стадия лимитирует скорость цикла Кребса. На изоцитратдегидрогеназной стадии образуется 3 молекулы АТФ за счет перехода НАД в НАДН⁺.

Альфакетоглутарат в свою очередь под действием 2-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса превращается в сукцинил-КоА под действием окислительного декарбоксилирования. Оно включает 3 кофермента: ТПФ (производное В₁), липоевая кислота, ФАД (В₂) и 2 свободных кофактора: НАД⁺ (В₅), HS КоА. В результате выделяется СО₂ и НАДН. На альфакетоглутаратдегидрогеназной стадии также выделяется 3 молекулы АТФ.

 

Из сукцинил-СоА под действием сукцинат тиокиназы получается сукцинат и выделяется 1 молекула АТФ.

 

С укцинатдегидрогеназа окисляет сукцинат в фумарат. Происходит дегидрирование и ФАД превращается в восстановленную форму ФАДН₂. На сукцинатдегидрогеназной стадии образуется 2 молекулы АТФ.

 

Фумараза присоединяет воду к фумарату. В результате образуется малат.

 

С помощью малатдегидрогеназы происходит дегидрирование малата до оксалоацетата, и тем самым ре генерируется акцептор ацетата. На малатдегидрогеназной стадии НАД переходит в НАДН и образуется 3 молекулы АТФ.

 

10 вопрос. За один оборот цикла Кребса происходит полное окисление 1 молекулы ацетил-КоА. Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-КоА, а коферменты (НАД⁺ и ФАД), перешедшие в восстановленное состояние, должны снова и снова окисляться. Это окисление осуществляется в системе переносчиков электронов в дыхательной цепи

 

11 вопрос. Полное и неполное восстановление кислорода. Молекулярный О₂ в обычных условиях не вступает в прямые неферментативные реакции. Реакции с участием О₂ в живой клетке зачастую протекают в активных центрах оксидаз или оксигеназ. Свободные радикалы - это атомы или группы атомов, которые имеют неспаренные электроны на внешней валентной орбитали. Полное восстановление молекулы кислорода до воды требует 4 электрона:

1) Во время переноса 1-ого электрона на молекулу О₂ формируется супероксид-радикал (О₂^-·) – (О₂+е=О₂^-);

2) При переносе 2-ого электрона формируется перекись водорода (Н₂О₂) – О₂ +2Н⁺ + 2е = Н₂О₂;

3) Г идроксил-радикал (ОН) - результат 3-его переноса (О₂^- + Н₂О₂ + Н⁺ = О₂ + Н₂О + ОН^-);

4) Вследствие 4-ого переноса образуется вода (Н₂О).

Эти соединения обладают высокой реакционной способностью и получили название активных форм кислорода (АФК). Они образуются в результате неполного восстановления О₂ . Процесс полного восстановления О₂ до Н₂О более энергозависимый, чем процесс неполного, и осуществляется цитохромоксидазой. Акцепторы свободных радикалов – это вещества с низкой молекулярной массой, расположенные в цитоплазме или на клеточных мембранах. В качестве антиоксидантов действуют супероксиддисмутаза, глутатион, глутатион-пероксидаза, каталаза, витамин A, Е, С. Кислородные радикалы – очень реакционноспособные молекулы. Они ускоряют реакции пероксидного окисления ненасыщенных липидов, могут реагировать с белками, НК, вызывая нарушение их функций. Активные формы кислорода повреждают структуру ДНК, белков, мембранные структуры клеток. В результате в билипидном слое появляются гидрофильные зоны, через которые в клетку могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и их разрушению.

 

12 вопрос. Механизм образования радикалов - потеря или приобретение 1 электрона во внешнем электронном облаке атома кислорода. Источники активных форм О₂: 1) Утечка электронов из ЦПЭ и их взаимодействие с О₂ - основной путь образования активных форм кислорода; 2)Убихинон в ЦПЭ принимает от доноров по 1 электрону, превращаясь в семихинон - KoQH^•. Этот радикал может взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион ; 3) Ионизирующее излучение.

Антиоксидантная система защиты организма подразделяется на 2 группы: ферментативную (супероксидисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза) и неферментативную: витамины С, E, каротиноиды (бета‐каротин), полифенолы. Активные формы кислорода образуются в результате последовательного одноэлектронного присоединения 4 электронов к 1 молекуле кислорода. Конечный продукт этих реакций - вода, но по ходу реакций образуются химически активные формы кислорода. Наиболее активен гидроксильный радикал. Он отнимает от органических молекул электрон и инициирует цепные реакции окисления. Они могут выполнять полезные функции (лейкоциты при участии АФК разрушают фагоцитированные клетки бактерий). В остальных клетках свободнорадикальное окисление приводит к разрушению мембранных структур, что часто заканчивается гибелью клетки. Поэтому в организме функционирует эффективная система ингибирования перекисного окисления липидов (ПОЛ). ПОЛ - окислительная деградация липидов, происходящая под действием свободных радикалов. При высоком содержании антиоксидантов в организме продукты перекисного окисления липидов, участвуют в регуляции многих ф изиологических процессов: клеточного деления, ионного транспорта, обновления мембран, участвуют в биосинтезе гормонов, осуществлении окислительного фосфорилирования. Уменьшение содержания антиоксидантов приводит к тому, что продукты перекисного окисления липидов начинают производить патологический эффект (развиваются стрессовые заболевания с воспалительными реакциями, гипоксическим и ишемическим состояниями).

13вопрос. Роль ферментов и антиоксидантов. В антиоксидантной защите организма задействованы 3 механизма:

1) антиоксиданты-"чистильщики" - вступают в реакцию с любыми свободными радикалами, превращая их в свободные неактивные молекулы;
2) антиоксиданты-«частицы» - нацелены на конкретный тип свободных радикалов;
3) антиоксиданты-"протекторы" - способны разрывать цепочки реакций с участием свободных радикалов.

К антиоксидантам относятся ферменты: супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, полифенолы, витамины А, С, Е, каротиноиды, токоферол и другие.

Витамин С - инактивирует свободные радикалы, образуя неактивный радикал. Витамин С - кофактор пероксидазы.

Глутатион - является акцептором гидроксильного иона и синглетного кислорода. Также является кофактором глутатион - пероксидазы и глутатион - редуктазы.

Супероксиддисмутазы - удаляет супероксид с образованием пероксида водорода
Каталаза -разлагает пероксид водорода с выделением кислорода

Глутатион-пероксидаза - удаляет пероксид водорода за счет окисления глутатиона. Удаляет гидроперекиси липидов
Глутатион - редуктаза - восстанавливает окисленный глутатион