Реферати » Реферати з біології » Біологічне окислення

Біологічне окислення

УРАЛЬСЬКА ДЕРЖАВНА МЕДИЧНА АКАДЕМІЯ

Кафедра біоорганічної та біологічної хімії

Курсова робота НА ТЕМУ:

Біологічне окислення.

Виконавці: студентки педіатричного факультету 223 групи

Заруба Н.С., Чащина Е.Е.

Керівник: доцент, к.м.н. Трубачов С.Д.

Рецензент:

Єкатеринбург 2002.

Зміст.

I. Введення ........................................................................ ... 3

II . Загальні уявлення про біологічне окисленні.

Окислювально-відновні системи та потенціали ........ 3

III. Шляхи використання кисню в клітині .................................... 5

. Оксидазний шлях використання кисню. Мітохондрії.

Ферменти, їх локалізація і значення в процесах окислення ...... .5

IV. Етапи утилізації енергії поживних речовин ........................ 6

V. Окисне фосфорилювання .......................................... 9

. Хеміосмотична теорія Мітчелла ...................................... 9

. Редокс - ланцюг окисного фосфорилювання .................. 10

VI. Цикл Кребса .................................................................. 21

. Відкриття ЦТК .............................................................. 22

. Реакції, ферменти. Регуляція .......................................... 23

VII. Макроергічні з'єднання і зв'язку .................................... 29

VIII. Вітамін РР. Участь у процесах окислення ......................... 30

IX. Мікросомальне окислення ................................................ 31

. Монооксигеназну реакції ............................................. 31

. Діоксигеназна реакції ................................................ .32

. Цитохроми .................................................................. 32

X. пероксидазного шлях використання кисню ..................... ..33

XI. Ферментативна антиоксидантний захист .............................. 34

. Супероксиддисмутаза, каталази, пероксидази ..................... .34

XII. Неферментативная антиоксидантний захист ........................... 35

. Вітаміни С, Е і Р .................................................... ... ... 35

XIII. Висновок .................................................................. ..38

XIV. Список літератури ........................................................... 39

Введення.

В хімії окислення визначається як видалення електронів, а відновлення - як приєднання електронів; це можна проілюструвати на прикладі окислення феро-іона в Феррі-іон:

Fe2 +-e> Fe3 +

Звідси випливає, що окислення завжди супроводжується відновленням акцептора електронів. Цей принцип окислювально-відновних процесів в рівній мірі можна застосувати до біохімічних системам і характеризує природу процесів біологічного окислення.

Хоча деякі бактерії (анаероби) живуть за відсутності кисню, життя вищих тварин повністю залежить від постачання киснем. Кисень, головним чином, використовується в процесі дихання - останнє можна визначити як процес уловлювання клітинної енергії у вигляді АТФ при протіканні контрольованого приєднання кисню з воднем з утворенням води. Крім того, молекулярний кисень включається в різні субстрати за участю ферментів, званих оксигеназ. Багато ліків, сторонні для організму речовини, канцерогени (ксенобіотики) атакуются ферментами цього класу, які в сукупності одержали назву цитохрому
Р450.

Гипоксические порушення метаболізму клітини займають провідне місце в патогенезі критичних станів. Головну роль у формуванні незворотності патологічних процесів приписують крайнім проявам розлади клітинного метаболізму. Адекватне забезпечення клітини киснем є основною умовою збереження її життєздатності. [12,1992]

Введенням кисню можна врятувати життя хворих, у яких порушено дихання або кровообіг. У ряді випадків успішно застосовується терапія киснем під високим тиском; слід однак зазначити, що інтенсивна або тривала терапія киснем під високим тиском може викликати кисневе отруєння. [2,1994]

При написанні даної роботи перед нами стояла мета: вивчити біологічне окислення і його значення в життєдіяльності клітини і організму в цілому.

Для цього ми розглянули:

. використання кисню клітиною;

. джерела енергії клітини - цикл лимонної кислоти (цикл Кребса), окисне фосфорилювання;

. мікросомальне окислення;

. антиоксидантний захист

Загальні уявлення про біологічне окисленні.

Окислювально-відновні системи та потенціали.

Джерело енергії, використовуваний для виконання всіх видів робіт
(хімічної, механічної, електричної та осмотичної) - це енергія хімічного зв'язку. Вивільнення енергії вуглеводів, жирів, білків та інших органічних сполук відбувається при їх окисно-відновному розпаді. Вивільнена енергія витрачається на синтез АТФ.

Зміна вільної енергії, що характеризує реакції окислення і відновлення, пропорційно здатності реактантов віддавати або приймати електрони. Отже, зміна вільної енергії окислювально-відновного процесу можна характеризувати не тільки величиною (G0 ', але і величиною окисно-відновного потенціалу системи (Ео). Зазвичай окислювально-відновний потенціал системи порівнюють з потенціалом водневого електрода, приймаючи останній за нуль,
0В при рН = 0. Однак для біологічних систем зручніше використовувати окислювально-відновний потенціал при рН = 7,0 (Ео '); при такому рН потенціал водневого електрода дорівнює-0,42 В. [10,1993]

Користуючись таблицею 1, можна передбачити, в якому напрямку піде потік електронів при сполученні однієї окислювально-відновної системи.

Таблиця 1. Стандартні потенціали деяких окисно-відновних систем. [10,1993]
| Система | Ео (/ Вольт |
| Кисень / вода | +0,82 |
| Цитохром a: Fe3 + / Fe2 + | +0,29 |
| Цитохром з: Fe3 + / Fe2 + | +0,22 |
| Убіхінон: окисл. / восстан. | +0,10 |
| Цитохром b: Fe3 + / Fe2 + | +0,03 |
| Фумарат / сукцинат | +0,03 |
| флавопротеїнів: окисл. / відновл. |-0,12 |
| Оксалоацетата / малат |-0,17 |
| Пируват / лактат |-0,19 |
| Ацетоацетат / гідрооксібутірат |-0,27 |
| Ліпоат: окисл. / восстан. |-0,29 |
| НАД + / НАДН |-0,32 |
| H + / H2 |-0,42 |
| Сукцинат / альфакетоглутарат |-0,67 |

Шляхи використання кисню в клітині.

Існує три шляхи використання кисню в клітині, які характеризуються такими реакціями:
1) оксидазний шлях (90% надійшов кисню відновлюється до Н2О за участю ферменту цитохромоксидази)

02 + 4е + 4Н +> 2Н2О

2) оксігеназной шлях (включення в субстрат одного атома кисню - монооксигеназної шлях, двох атомів кисню-діоксігеназний шлях)

-монооксігеназний шлях

-діоксігеназний шлях

3) вільно-радикальний шлях (йде без участі ферментів і АТФ не утворюється).

Оксидазний шлях використання кисню. Мітохондрії. Ферменти, їх локалізація і значення в процесі окислення.

Мітохондрії справедливо називають "енергетичними станціями" клітини, оскільки саме в цих органелах в основному відбувається уловлювання енергії, що поставляється окисними процесами. Мітохондріальну систему сполучення окислювальних процесів з генерацією високоенергетичного інтермедіатора АТФ називають окислювальним фосфорилюванням.

Мітохондрії мають зовнішню мембрану, проникну для більшості метаболітів, і вибірково проникну внутрішню мембрану з безліччю складок (крист), що виступають у бік матриксу (внутрішнього простору мітохондрій). Зовнішня мембрана може бути вилучена шляхом обробки дигітоніну; вона характеризується наявністю моноаміноксидази і деяких інших ферментів (наприклад, ацил-КоА-синтетази, гліцерофосфат-ацілтрансферази, моноацілгліцерофосфат-ацілтрансферази, фосфоліпази А2).
В межмембранном просторі знаходяться аденілаткіназа і креатинкиназа. У внутрішній мембрані локалізована фосфолипид кардіоліпін.

В матриксі знаходяться розчинні ферменти циклу лимонної кислоти і ферменти (-Окислення жирних кислот, у зв'язку з цим виникає необхідність у механізмах транспорту метаболітів і нуклеотидів через внутрішню мембрану. Сукцинатдегідрогеназа локалізована на внутрішній поверхні внутрішньої мітохондріальної мембрани, де вона передає відновні еквіваленти дихального ланцюга на рівні убихинона (минаючи першу окислительно-відновну петлю). 3-гідроксібутіратдегід рогеназа локалізована на матриксной стороні внутрішньої мітохондріальної мембрани. Гліцерол-3-фосфат-дегидрогеназа знаходиться на зовнішній поверхні внутрішньої мембрани, де вона бере участь у функціонуванні гліцерофосфатного човникового механізму. [10,1993]

Етапи утилізації енергії поживних речовин.

Утилізація енергії поживних речовин - складний процес, який протікає в три стадії, згідно з наступною схемою :

Схема 1 Стадії катаболізму поживних речовин. [1,1994]

На стадії 1 великі молекули полімерів розпадаються на мономерні субодиниці: білки на амінокислоти, полісахариди на цукру , а жири на жирні кислоти і холестеороли. Цей попередній процес, званий травленням, здійснюється головним чином поза клітин під дією ферментів, секретується в порожнину травного тракту. На стадії 2 утворилися невеликі молекули надходять в клітини і піддаються подальшому розщепленню в цитоплазмі. Велика частина вуглецевих і водневих атомів цукрів перетворюється на піруват, який, проникнувши в мітохондрії, утворює там ацетильную групу хімічно активного з'єднання ацетилкофермента А (ацетил-СоА). Велика кількість ацетил-СоА утворюється також при окисленні жирних кислот. На стадії 3 відбувається повне розщеплення ацетильной групи ацетил-СоА до СО2 і Н2О. Саме на цій заключній стадії утворюється велика частина АТФ. У серії сполучених хімічних реакцій більше половини тієї енергії, яку, згідно з теоретичними розрахунками, можна витягти з вуглеводів і жирів при окисленні їх до Н2О і СО2, використовується для здійснення енергетично невигідною реакції Фн + АДФ (АТФ. Оскільки решта енергії, що вивільняється при окисленні , виділяється клітиною у вигляді тепла, результатом утворення АТФ є загальне зростання невпорядкованості Всесвіту, що повністю відповідає другому закону термодинаміки.

Завдяки утворенню АТФ енергія, спочатку витягнута шляхом окислення з вуглеводів і жирів, перетвориться в більш зручну концентровану форму хімічної енергії. У розчині, що знаходиться у внутрішньоклітинному просторі типової клітини, є приблизно 1 млрд. молекул АТФ, гідроліз яких до АДФ і фосфату забезпечує необхідною енергією безліч енергетично невигідних реакцій.

Найважливішим етапом стадії 2 катаболізму є гліколіз - послідовність реакцій, що призводять до розщеплення глюкози. При гліколізі молекула глюкози, що містить 6 атомів вуглецю, перетворюється на 2 молекули пірувату, що містять по 3 атома вуглецю кожна. Для такого перетворення потрібно 9 послідовних ферментативних реакцій, в яких відбувається утворення ряду проміжних Фосфатсодержащій сполук. (Див. малюнок
1.)
Логічно міркуючи, послідовність реакцій гліколізу можна розділити на три етапи: 1) в реакціях 1-4 (см.рисунок 1) глюкоза перетворюється в трьохвуглецеві альдегід гліцеральдегід-3-фосфат (для цього перетворення потрібні дві фосфатні групи, а необхідна енергія виділяється при гідролізі
АТФ); 2) в реакціях 5-6 альдегідна група кожної молекули гліцеральдегід-3-фосфату окислюється до карбоксильної, і виділяється при цьому енергія витрачається на синтез АТФ з АДФ і Фн; 3) в реакціях 7-9 ті дві молекули фосфату, які приєдналися до цукру на першій стадії, переносяться назад на АДФ, в результаті чого утворюється АТФ і компенсуються витрати
АТФ на етапі 1.

Малюнок 1. Проміжні продукти гліколізу. [1,1994]

Сумарний вихід енергії при гліколізу зводиться до синтезу двох молекул
АТФ (на одну молекулу глюкози), які утворилися в реакціях 5 і 6.
Таким чином, дані реакції мають вирішальне значення для гліколізу. Ці дві реакції - єдині у всьому процесі, в яких з Фн формується високоенергетична фосфатна зв'язок. Сумарним результатом цих двох реакцій є окислення цукрового альдегіду в фосфогліцероловую кислоту, перенесення Фн на АДФ з утворенням високоенергетичної зв'язку АТФ і відновлення НАД + до НАДН.

Для більшості клітин тварин гліколіз передує стадії 3 катаболізму, тому що утворюється при гликолизе молочна кислота швидко надходить у мітохондрії, де окислюється до СО2 і Н2О. Тим не

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7 8

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар