Биологическое окисление

лекция №

6
лектор доцент Свергун В.Т.

за счет деградации компонентов пищи.
Принципиальной особенностью БО является то, что

оно протекает постепенно, через многочисленные промежуточные стадии, т.е. происходит многократная передача протонов и электронов от донора к акцептору.

также провели параллель между дыханием и горением.
Платон утверждал, что воздух

нужен для охлаждения внутреннего жара
Аристотель полагал, что воздух нужен для поддержания внутреннего горения.
В 17-18 веках получила признание теория горючего начала- флогистона(Штамм) и объясняла процессы горения выделением особого невесомого вещества, но эта теория была опровергнута М.В.Ломоносовым и А.Л.Лавуазье.

воздушной
среде с высокой температурой,
дыхание – в

среде с пониженной
температурой;
2. при дыхании, как и при горении
выделяется тепло, но в
незначительном количестве;
3.конечные продукты окисления –углекислый газ и
вода.
В 1751 году М.В. Ломоносов подробно рассмотрел процессы горения и окисления. В 1774 году Лавуазье повторил опыты Ломоносова и показал, что процессы горения и дыхания идентичны, т.к. образуются идентичные продукты.
Лавуазье назвал дыхание медленным горением и предположил,что процесс сгорания Глюкозы в организме протекает:
С6Н12О6 + 6О2 ---------6СО2+ 6Н2О + Q

которых осуществлялись процессы
окисления. Это были металлы, обладающие

«внутренней
силой».
В середине 19 века ученый Шейнбах, открывший
озон, предположил, что в организме образуется
озон и, он используется в реакциях окисления.
После работ Лавуазье стало ясно, что БО протекает
в необычайных условиях:
- при пониженной температуре
- без пламени
- и в присутствии большого количества воды (75-
80%).
В 19 веке появилось понятие о ферментах и причину своеобразного течения БО попытались объяснить « активацией» кислорода в клетках организма.

+ О2 =А02.Но это предполагало наличие высокой концентрации перекиси водорода

и высокооактивной оксидазы, что не нешло пдтверждения.
К концу 19 века с развитием физики ядра и накоплением знаний о структуре веществ, было установлено, что не все процессы окисления требуют для своей реализации кислород.
Согласно современным представлениям ОВР- это процесс перемещения электронов и протонов от донора ( восстановителя)- к акцептору( окислителю).
Количественной мерой является ОВП. Точной отсчета взят ОВП водорода.

организме есть промежуточные вещества, способные акцептировать электроны и протоны от

субстрата с последующей передачей электронов и протонов на кислород. По этой теории весь процесс БО можно разбить на 2 этапа:
1. анаэробный- передача электронов и
протонов с субстрата на промежуточное
вещество;
2. аэробный – передача электронов и
протонов с промежуточного вещества на
кислород.
Палладин предполагал, что существует несколько промежуточных переносчиков, позволяющих организму поэтапно освобождать химическую энергию , и кислород выступает в качестве конечного акцептора электронов и протонов.
1. анаэробный этап:
SH2 + R --- S + RH2
2. аэробный этап
RH2 + ½ O2 ------R + H2O
Роль промежуточных переносчиков ( хромогенов) выполняют коферменты ( NAD, NADF, FMN,FAD) оксидоредуктазы.
Начиная с 1925г изучение БО протекало в направлении изучения структуры
хромогенов.

идут с образованием
АТФ ( окислительное фосфорилирование).
В 1945

г А. Ленинджер и Кеннеди впервые показали,
что процесс окисления веществ, цикл Кребса
локализован в митохондриях.
Современные представления о БО базируются на
основах термодинамики.
1-Закон- сохранения энергии: энергия никуда не
исчезает , а только переходит из одной формы в
другую, т.е. сохраняется.
2-Закон- все тела и химические процессы стремятся
к состоянию с минимумом энергии, т.е. к состоянию
покоя и беспорядка, т.е. к энтропии
С термодинамической точки зрения организм человека- антиэнтропийная среда, открытая система, которая обменивается с окружающей средой веществом и энергией. Основой жизнедеятельности организма является обмен веществ –МЕТАБОЛИЗМ.

и протоны, энергия которых трансформируется в полезную форму.
Субстраты БО: метаболиты,

восстанавливающие NAD, FAD, служащие предшественниками субстратов, зависящие от дегидрогеназ Глюкоза и АмК.

Схема энергетического обмена. Основные компоненты пищи-белки, липиды, углеводы проходят три этапа энергетического обмена:

Энергия
АК Глюкоза

Гл+ ЖК 1этап 0.5%
---------------------------------------------------------
3ФГА
ПВК?лактат 2этап 2,5%
ЩУК АцКоА
-------------------------------------------------------
Цикл Цитрат
Кребса
NAD --- NAD.H2 3этап 97%
½ 02-------? H2O
АДФ+Фн---? АТФ
--------------------------------------------------------------------

АТФ-азного цикла, состоящая в том, что в процессе фото или

хемосинтеза энергия депонируется в форме АТФ.
Фн
АМФ + Фн------? АДФ---------? АТФ
Н2О

макроэргические связи, и при их расщеплении выделяется 32 кДж энергии.
АТФ

-4 присутствует в клетках в диссоциированной форме:
АТФ-4-----?А
Для молекулы АТФ характерна высокая конформационная неустойчивость ( напряженность), поэтому возникает сила электростатического отталкивания и АТФ отдает молекулу фосфата.

АТФ реализуется в виде осмотической работы, электрической, химической, тепловой, механической,

световой,а также расходуется на биосинтезы и работу транспортных систем.

Кребсом в 1937г. Ученый использовал измельченные мышцы голубя, добавляя в

них трикарбоновые кислоты и изучая скорость дыхания, установил, какие именно кислоты активируют процесс дыхания.
Цикл Кребса протекает в митохондриях (МХ), относительно автономных органеллах, способных окислять вещества и регенерировать АТФ.

молекулы СН3СО-SКоА
Для непрерывной работы цикла необходимо

постоянное поступление ацетил-КоА, а коферменты NAD и FAD должны постоянно окисляться. Это и происходит в ЦТК.
В дегидрогеназных рекциях образуются 4 пары атомов водорода. Три из них переносятся через NAD и одна пара через FAD. На каждую пару атомов водорода в системе БО образуется 3АТФ (1NADH2=1ATP).Всего одна пара атомов Н2 попадает в систему БО через FAD, образуя только 2 ATP. Сукцинаттиокиназная реакция образует 1ГТФ=1АТФ.( GTP=ATP)
Поэтому в цикле Кребса образуется 12 АТФ

унификации биологических субстратов, что имеет огромное значение, потому, что организм

не может точно дозировать потребность в каждом субстрате. Унификация позволяет уравновешивать и оптимизировать соотношение основных субстратов, т.е. при избытке углеводов, часть их может прекачиваться в липиды, а при избытке белка, также в липиды и углеводы.

окисляются унифицированные соединения различного происхождения
2. Пластическая функция. Поскольку ЦТК «

питается» субстратами различного происхождения, то он может быть источником углеродных скелетов для различных веществ.
Так цитрат идет на биосинтез ЖК,т.е. избыток углеводов может депонироваться в форме нейтрального жира.
Сукцинил-КоА идет на биосинтез гема в структуре Нb, цитохром, каталазы, пероксидазы.
Альфа- кетоглутаровая кислота- используется клетками для биосинтеза ГЛУ, АРГ, ПРО, О-ПРО, ГИС.
3.Регуляторная функция ЦТК. –Перекачка субстратов с одного направления на другое.

ЖК и АК), поэтому механизмы регуляции этих процессов будут справедливы

и для ЦТК:
1. ретроингибирование
2.путем изменения концентрации субстрата входе в ЦТК
3. аллостерическая регуляция ( с помощью NAD, NADH, ATP).
4. ионная -рН,[Ca++].