Головна
Реферати » Реферати по біології » Біологічне окислення

Біологічне окислення

особливого термогенного пристрою визначається міцно зв'язаним окислювальним фосфорилюванням нормальних мітохондрій. Якби цей процес міг бути роз'єднаний, як це буває у присутності динитрофенола, він міг би служити як адекватного пристосування, що виробляє тепло; саме так це відбувається в мітохондріях бурого жиру. Хоча ці мітохондрій володіють звичайної оборотної АТФазой, в них є також трансмембранная протонна транслоказ, за ??допомогою якої протони можуть повертатися в матрикс і електрично шунтировать роботу АТФази. Якщо цей процес достатній для того, щоб підтримувати окислювально-відновний потенціал водню значно нижче 200 мВ, синтез АТФ стає неможливим і окислювальний процес протікає вільно, в результаті чого вся енергія звільняється у вигляді тепла. [2, 1994]


Цикл лимонної кислоти (цикл трикарбонових кислот, цикл Кребса).

Цикл лимонної кислоти являє собою серію реакцій, що протікають в мітохондріях, в ході яких здійснюється катаболізм ацетильних груп і вивільнення водневих еквівалентів; при окисленні останніх поставляється вільна енергія паливних ресурсів тканин. Ацетильную групи перебувають у складі ацетил-КоА (активного ацетату), тіоефіру коферменту А.

Головна функція циклу лимонної кислоти у тому, що він є загальним кінцевим шляхом окислення вуглеводів, білків і жирів, оскільки в ході метаболізму глюкоза, жирні кислоти і амінокислоти перетворюються або в ацетил-СоА, або в проміжні сполуки циклу. Цикл лимонної кислоти грає також головну роль у процесах глюконеогенезу, переамінування, дезамінування і липогенеза, Хоча ряд цих процесів протікає в багатьох тканинах, печінка - єдиний орган, в якому йдуть всі перераховані процеси. Тому серйозні наслідки викликає пошкодження великого числа клітин печінки або заміщення їх сполучною тканиною. Про життєво важливої ??ролі циклу лимонної кислоти свідчить і той факт, що у людини майже не відомі генетичні зміни ферментів, які каталізують реакції циклу, так як наявність таких порушень несумісне з нормальним розвитком. [10,1993]

Відкриття ЦТК.

Вперше припущення про існування такого циклу для окислення пірувату в тварин тканинах було висловлено в 1937 році Гансом Кребсом. Ця ідея народилася в нього, коли він досліджував вплив аніонів різних органічних кислот на швидкість поглинання кисню суспензиями подрібнених грудних м'язів голуба, в яких відбувалося окислення пірувату.

Грудні м'язи відрізняються надзвичайно високою інтенсивністю дихання, що робить їх особливо зручним об'єктом для вивчення окисної активності. Кребс також підтвердив, що виявлені раніше в тварин тканинах інші органічні кислоти (бурштинова, яблучна, фумарова і щавелевоуксусная) стимулюють окислення пірувату. Крім того, він знайшов, що окислення пірувату м'язовою тканиною стимулюється шестіуглеродних трикарбонових кислот - лимонної, цис-аконітову і ізолімонной, а також пятиуглеродного (-кетоглутаровой кислотою. Випробувані були і деякі інші зустрічаються в природі органічні кислоти, але жодна з них не виявила подібної активності. Звертав на себе увагу сам характер стимулюючої дії активних кислот: навіть малої кількості будь-який з них було достатньо для того, щоб викликати окислення у багато разів більшої кількості пірувату. [9, 1991]

Прості експерименти, а також логічні міркування дозволили Кребсу висловити припущення, що цикл, який він назвав циклом лимонної кислоти, є головним шляхом окислення вуглеводів в м'язі. Після, цикл лимонної кислоти був виявлений практично у всіх тканинах вищих тварин і рослин і у багатьох аеробних мікроорганізмів. За цей важливе відкриття Кребс був удостоєний в 1953 році Нобелівської премії. Юджин Кеннеді і Альберт
Ленинджер показали пізніше, що всі реакції циклу лимонної кислоти протікають в мітохондріях клітин тварин. В ізольованих мітохондріях печінки щура були виявлені не тільки всі ферменти і коферменти циклу лимонної кислоти; тут же, як з'ясувалося, локалізовані всі ферменти і білки, які потрібні для останньої стадії дихання, тобто для переносу електронів і окисного фосфорилювання. Тому мітохондрії з повним правом називають «силовими станціями» клітини.

Катаболічних роль циклу лимонної кислоти

Цикл починається зі взаємодії молекули ацетил-СоА з щавелевоуксусной кислотою (оксалоацетатом), в результаті якого утворюється шестіуглеродних трикарбонових кислот, звана лимонної.
Далі йде серія реакцій, в ході яких відбувається вивільнення двох молекул С02 і регенерація оксалоацетата. Оскільки кількість оксалоацетата, необхідний для перетворення великого числа ацетильних одиниць в С02, досить невелика, можна вважати, що оксалоацетат виконує каталітичну роль.

Цикл лимонної кислоти є механізмом, що забезпечує вловлювання більшої частини вільної енергії, що звільняється в процесі окислення вуглеводів, ліпідів і білків. В процесі окислення ацетил-СоА завдяки активності ряду специфічних дегідрогеназ відбувається утворення відновлювальних еквівалентів у формі водню або електронів. Останні надходять в дихальний ланцюг; при функціонуванні цього ланцюга відбувається окисне фосфорилювання, тобто синтезується АТФ.

Ферменти циклу лимонної кислоти локалізовані в мітохондріальному матриксе, де вони знаходяться або у вільному стані, або на внутрішній поверхні внутрішньої мітохондріальної мембрани; в останньому випадку полегшується перенос відновлювальних еквівалентів на ферменти дихального ланцюга, локалізовані у внутрішній мітохондріальної мембрані. [11, 1989]

Реакції ЦТК.

Початкова реакція - конденсація ацетил-СоА і оксалоацетата, каталізується конденсується ферментом, цітратсінтетазой, при цьому відбувається утворення зв'язку вуглець-вуглець між метальнимі вуглецем ацетил-СоА і карбонільним вуглецем оксалоацетата. За реакцією конденсації, що приводить до утворення цитра-СоА, слід гідроліз тіоефірной зв'язку, що супроводжується втратою великої кількості вільної енергії у формі теплоти; це визначає протікання реакції зліва на право до її завершення:

Ацетил-СоА + оксалоацетата + Н2О> Цитрат + CoA-SH

Перетворення цитрату в ізоцитрат каталізується аконітаза, що містить залізо в двовалентне стані. Ця реакція здійснюється в дві стадії: спочатку відбувається дегідратація з утворенням цис-аконітата (частина його залишається в комплексі з ферментом), а потім - гідратація та освіта ізоцитрату:

Цитрат? цис-Аконітат? Ізоцитрат - Н2О

Реакція ингибируется фторацетат, який спочатку перетворюється на фторацетіл-СоА; останній конденсується з оксалоацетатом, утворюючи фторцітрат. Безпосереднім інгібітором аконітаза є фторцітрат, при інгібуванні накопичується цитрат.

Експерименти з використанням проміжних сполук показують, що аконітаза взаємодіє з цитратом ассиметрично: вона завжди діє на ту частину молекули цитрату, яка утворилася з оксалоацетата.
Можливо, що цис-аконітат не є обов'язковим интермедиатом між цитратом і ізоцитрат і утворюється на бічної гілки основного шляху.

Далі ізоцитратдегідрогеназа каталізує дегідрогенірованіе з утворенням оксалосукціната. Описано три різних форми ізоцитратдегідрогенази. Одна з них, НАД-залежна, знайдена тільки в мітохондріях. Дві інші форми є НАДФ-залежними, причому одна з них також знаходиться в мітохондріях, а інша в цитозолі. Окислення ізоцитрату, пов'язане з роботою дихального ланцюга, здійснюється майже виключно
НАД-залежним ферментом:
ізоцитрат + НАД +? Оксалосукцінат (в комплексі з ферментом)? альфакетоглутарат + СО2 + НАДН2

Малюнок 5. Реакції циклу Кребса. [10,1993]

Далі слід декарбоксилирование з утворенням альфакетоглутарата, яке також каталізується ізоцитратдегідрогенази. Важливим компонентом реакції декарбоксилювання є іони Mg2 + (або Мn2 +). Судячи з наявних даних, оксалосукцінат, що утворюється на проміжній стадії реакції, залишається в комплексі з ферментом.

Альфакетоглутарат, в свою чергу, піддається окислювальному декарбоксилюванню, подібному з окислювальним декарбоксилюванням пірувату: в обох випадках субстратом є альфакетокіслота. Реакція каталізується альфакетоглутаратдегидрогеназным комплексом і вимагає участі того ж набору кофакторов - тіаміндифосфату, ліпоат, НАД +, ФАД і
СоА; в результаті утворюється сукцинил-СоА - тіоефір, що містить високоенергетичну зв'язок.

?-Кетоглуторат + НАД + + CoA-SH> сукцініл-СоА + СО2 + НАДН + Н +

Рівновага реакції настільки сильно зрушено убік освіти сукцинил-СоА , що її можна вважати фізіологічно односпрямованої. Як і при окисленні пірувату, реакція інгібується арсенатом, що призводить до накопичення субстрату (альфакетоглутарат).

Продовженням циклу є перетворення сукцинил-СоА в сукцинат, каталізуються сукцінаттіокіназой (сукцинил-СоА-синтетазой):

сукцініл-СоА + ФН + ГДФ? Сукцинат + ГТФ + CoA-SH

Одним з субстратів реакцій є ГДФ (або ІДФ), з якого в присутності неорганічного фосфату утворюється ГТФ (ІТФ). Це - єдина стадія циклу лимонної кислоти, в ході якої генерується високоенергетична фосфатна зв'язок на субстратном рівні; при окислювальному декарбоксилюванні?-кетоглутарата потенційна кількість вільної енергії достатньо для утворення НАДН і високоенергетичної фосфатного зв'язку. У реакції, що каталізується фосфокінази, АТФ може утворюватися як з ГТФ, так і з ІТФ. Наприклад:

ГТФ + АДФ (ГДФ + АТФ.

В альтернативній реакції, що протікає у позапечінкових тканинах і катализируемой сукцинил-СоА-ацетоацетат-СоА-трансферазой, сукцинил-СоА перетворюється на сукцинат сопряженно з перетворенням ацетоацетата в ацетоацетил-СоА. Впечені мається діацілазная активність, що забезпечує гідроліз частини сукцинил-СоА з утворенням сукцината і СоА.

Далі сукцинат дегідрогеніруется, потім приєднується молекула води, і слід ще одна стадія дегідрогенірованія, що приводить до регенерації оксалоацетата:

Сукцинат + ФАД (Фумарат + ФАДН2

Перше дегідрогенірованіе каталізується сукцинатдегідрогенази, пов'язаної з внутрішньою поверхнею внутрішньої мітохондріальної мембрани.
Це єдина дегідрогеназну реакція ЦТК, в ході якої здійснюється прямий перенос з субстрату на флавопротеїнів без участі НАД +. Фермент містить ФАД і залізо-сірчаний білок. В результаті дегідрогенірованія утворюється фумарат. Як показали експерименти з використанням ізотопів, фермент стереоспеціфічен до транс-атомам водню метиленових груп сукцината. Додавання малоната або оксалоацетата інгібує сукцинатдегидрогеназу, що призводить до накопичення сукцината.

Фумарази (фумаратгідротаза) каталізує приєднання води до фумарату з утворенням малата:

Фумарат + Н2О (L-малат

фумарази специфічна до L-ізомеру малата, вона каталізує приєднання компонентів молекули води по подвійному зв'язку фумарату в транс-конфігурації.
малатдегідрогеназа каталізує перетворення малата в оксалоацетат, реакція йде за участю НАД +:

L-малат + НАД + (0ксалоацетат + НАДН2

Хоча рівновагу цієї реакції сильно зрушено в напрямку малата, реально вона протікає в напрямку оксалоацетата, оскільки він разом з
НАДН постійно споживається в

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7 8