18. Современные представления о биологическом окислении. Компоненты дыхательной цепи и их характеристика.

Биологическое окисление - процесс переноса электронов.

Биологическое окисление протекает: • при низкой температуре; • в присутствии воды; • без образования пламени.

В организме механизм образования СО₂ – декарбоксилирование. Если акцептором электронов является кислород, то такой процесс называется тканевым дыханием.

Если акцептором электронов является другое вещество, кроме кислорода, то такой процесс называется анаэробным окислением.

Биологическое окисление: • Процесс транспорта электронов; • Процесс многоступенчатый; • Процесс полиферментативный; • Конечный продукт тканевого дыхания – Н₂О; • Энергия выделяется постепенно.

Биологическое окисление - многоступенчатый процесс транспорта электронов (на начальных этапах и протонов) осуществляемый комплексом ферментов, сопряженный с образованием энергии.

Биологическое окисление начинается с дегидрирования.

Этап осуществляется с помощью: НАД – зависимые дегидрогеназы; ФАД – зависимые дегидрогеназы. Это первичные акцепторы водорода.

В НАД рабочей частью является витамин РР - НИКОТИНАМИД.

-2ē -2Н⁺

+2ē +2Н⁺

НАДН (НАДФН) + Н⁺ Восстановленная форма

НАД⁺ (НАДФ⁺) окисленная форма

Окисленная форма

НАД⁺ + 2Н⁺ + 2е НАДН + Н⁺

В ФАД и ФМН рабочей частью является флавин (изоаллоксазин) – компонент В2.

-2ē -2Н⁺

+2ē +2Н⁺

ФАД⁺ + 2Н + 2е ФАДН₂

Компоненты дыхательной цепи: в основном сложные белки, локализованные во внутренней мембране митохондрий и объединенные в комплексы.

Комплекс ферментов переноса электронов и протонов от субстрата к кислороду называется электронтранспортная цепь (ЭТЦ), или цепь переноса электронов (ЦПЭ), или дыхательная цепь (ДЦ).

Компоненты дыхательной цепи: • в основном сложные белки, локализованные во внутренней мембране митохондрий и объединенные в комплексы; • комплекс I (НАДН-дегидрогеназа); • комплекс II (СДГ); • убихинон (кофермент Q); • комплекс III (цитохромы b, с1); • цитохром с; • комплекс IV (цитохромы а, а3 – цитохромоксидаза).

К омплекс I (НАДН-дегидрогеназа): • флавинзависимый фермент (кофермент ФМН); • субстрат – кофермент НАДН₂; • содержит железо-серные белки; • донор протонов и электронов для убихинона.

Комплекс II (СДГ): • флавинзависимый фермент (кофермент ФАД); • донор протонов и электронов для убихинона.

Убихинон (кофермент Q): • Quinone – хинон; • Ubiquitos – вездесущий; • производное бензохинона с боковой цепью из 10 звеньев изопрена (коэнзим Q10); • небелковый компонент ДЦ; • подвижный компонент; • акцептор протонов и электронов от флавинзависимых дегидрогеназ; • донор электронов для комплекса III; • переносит протоны в межмембранное пространство митохондрий.

+е

• цитохромы – сложные белки, небелковая часть – гем; • каждый цитохром транспортирует только 1 электрон; • главную роль в транспорте играет железо, способное обратимо менять валентность.

-е

Fe³⁺ Fe²⁺

Комплекс III (коэнзим Q – дегидрогеназа): • в составе цитохромы b, с1; • акцептор электронов от коэнзима Q; • донор электронов для цитохрома с.

Цитохром с: • не объединяется в комплекс; • акцептор электронов от комплекса III; • донор электронов для комплекса IV.

Комплекс IV (цитохромоксидаза): • содержит цитохромы а, а3,способные взаимодействовать с кислородом, ионы меди; • акцептор электронов от комплекса III; • донор электронов для кислорода.

Полная ЭТЦ - взаимодействие субстрата с НАД. Укороченная ЭТЦ - взаимодействие субстрата с ФАД. Порядок компонентов дыхательной цепи обусловлен величиной их red-ox потенциалов.

Окислительно-восстановительный потенциал: - выражается в вольтах; - чем отрицательнее E0´, тем меньше сродство к электронам; - связан с изменением свободной энергии системы *E0´ - табличная величина; - в дыхательной цепи E0´ изменяется от -0,32В до +0,81В; - -0,32 характерно для НАД⁺ + 2H⁺ + 2ē → НАДН₂ (НАД⁺ /НАДН₂); - +0,81 характерно для ½ О₂ + 2H⁺ + 2ē → H₂О (О₂ /О^2-).