Биологического окисление

или более электронов.

Всегда является частью реакции ОКИСЛЕНИЯ-ВОССТАНОВЛЕНИЯ, при которой эти

электроны приобретаются другим атомом или молекулой.

Раньше этот термин использовался в более узком смысле для обозначения реакции, при которой кислород взаимодействует с другим элементом или веществом, в результате чего образуется оксид.

организма энергией в доступной для использования форме (АТФ).

Окисление органических соединений

может быть связано:
1) с потерей электрона;
2) с отрывом водорода от окисляемого субстрата;
3) с замещением атомов на другие, более электроотрицательные атомы.

Особенность биологического окисления:
многократность передачи Н+ и ē (или только ē) от одного
соединения (донора, восстановителя) к другому (акцептору, окислителю).
Это обеспечивает постепенное высвобождение энергии: без взрыва и пламени, в водной среде, при нормальном давлении.

акцептором водорода в реакциях дегидрирования служит не кислород, а какой-либо
другой

субстрат, то совокупность таких реакций называют анаэробным окислением.
Анаэробное окисление – это процесс генерации водорода с участием никотинзависимых и флавинзависимых дегидрогеназ.

Если же акцептором водорода является кислород и в продуктах реакции присутствует вода, то
такие реакции называют аэробным окислением, или тканевым дыханием.
Тканевое дыхание – это распад органических веществ в живых тканях, сопровождающийся потреблением кислорода

химик.

указал на то, что жизнь возможна только в присутствии кислорода,

отметил сходство между процессами горения угля и тканевым дыханием.

Но уже тогда было очевидно, что биологическое окисление во многом отличается от процессов горения, а именно: оно протекает в необычных, очень «мягких» условиях - при сравнительно низкой температуре (370С), без образования пламени и в присутствии воды как главного компонента человеческого организма.

Николаевич Бах (1857-1946)

Согласно теории А.Н. Баха, в организме есть ферменты

(оксигеназы), которые активируют кислород, образуя
пероксиды, окисляя таким образом субстрат.

Кислород воздуха не является активным окислителем, так как обе валентности кислорода взаимно насыщают друг друга: О=О.
Для того чтобы кислород мог быть активным окислителем, он должен быть сперва активизирован, т. е. должна получиться молекула с подобного рода связями:
— О — О — .

присоединяя кислород воздуха, образуют перекисеобразные соединения.
Под действием ферментов пероксидаз

отщепляется активный атомарный кислород.
Пероксидазы разлагают перекись водорода Н2О2 на воду и активный атомарный кислород:
Н2О2 = Н2О + О
Выделенный кислород уже окисляет соответственное вещество.

активировать молекулярный кислород и использовать его для окисления ряда веществ.

Существуют ферменты монооксигеназы, которые присоединяют к субстрату один атом кисло рода (SH +1/2 O2 → SOH ) и диоксигеназы, которые присоединяют к субстрату 2 атома кислорода (S + O2 → SO2).

Монооксигеназы и диоксигеназы катализируют реакции гидроксилирования стероидов, ксенобиотиков, но не принимают участия в процессах биологического окисления в митохондриях.

Палладин (1859-1922)

По теории В.И. Палладина, окисление может происходить путем дегидрирования

без участия кислорода при помощи
посредников – акцепторов водорода, т.е. окисление происходит как в аэробных условиях, так и в анаэробных.

Отнятие от веществ (субстратов) водорода происходит с участием специальных ферментов - хромогенов. После этого водород, по Палладину, может передаваться или на молекулу кислорода с образованием воды, или на другие молекулы, восстанавливая их.

наряду с окисляемым субстратом выполняет роль донора водорода.

3. В процессе

дыхания участвуют специфические активаторы водорода, отнимающие водород от субстрата.

4. Первые этапы дыхания являются анаэробными и не требуют присутствия молекулярного кислорода.

5. Молекулярный кислород используется на заключительном этапе дыхания для регенерации акцепторов водорода с образованием воды.

ферменты, принимающие непосредственное участие в отнятии водорода от субстратов, в

настоящее время называются дегидрогеназами.

чередуется с присоединением воды, которая отдает кислород на окисление.
5)

Теория Варбурга

Согласно этой теории окисление невозможно без наличия
железа (Fe), которое транспортирует электроны.
Варбург открыл флавиновые ферменты.

накапливаются молекулы АТФ, т.е. показал связь тканевого дыхания с накоплением

органического
фосфата.

7) Белицер и Цыбакова показали, что тканевое дыхание связано с транспортом электронов и ввели коэффициент Р/О, который показывает число молекул АТФ, которое образуется на каждый поглощенный атом кислорода.

8) В 1961 – 1966г.г. английский биохимик П. Митчел описал теорию окислительного фосфорилирования, связанную с транспортом протонов через сопряженную мембрану митохондрий, за что в 1978 г. получил Нобелевскую премию.
Теория называется хемиосмотической.

субстратов к кислороду происходит в несколько этапов.

В нём участвует

большое количество промежуточных переносчиков, каждый из которых способен присоединять электроны от предыдущего компонента и передавать следующему.

Так возникает цепь окислительно-восстановительных реакций.

типам дегидрогеназ:

никотинамидзависимым, содержащим в качестве коферментов производные никотиновой кислоты,

флавинзависимым, содержащим производные рибофлавина.

и NADP+ - производные витамина PP. (никотиновой кислоты).

могут обратимо диссоциировать из комплекса с апоферментами и включаются в

состав фермента в ходе реакции.

Субстраты NAD- и NADP-зависимых дегидрогеназ находятся в матриксе митохондрий и в цитозоле.

Рабочей частью никотинамидных коферментов служит никотинамид

реакции типа:

R-CHOH-R1 + NAD+↔ R-CO-R1 + NADH + Н+.

NAD+, присоединяя

протоны и электроны от различных субстратов, служит главным коллектором энергии окисляемых веществ и главным источником электронов, обладающих высоким энергетическим потенциалом, для ЭТЦ.
NADPH не является непосредственным донором электронов в ЦПЭ, а используется почти исключительно в восстановительных биосинтезах.
Однако возможно включение электронов с NADPH в ЭТЦ благодаря действию пиридиннуклеотид трансгидрогеназы, катализирующей реакцию:
NADPH + NAD+ ↔ NADP+ + NADH.

коферменты образуются в организме человека из витамина В2.

служит изоаллоксазиновая сопряжённая циклическая система:

+ Е (FAD) ↔ R-CH=CH-R1 + Е (FADH2),
где Е -

белковая часть фермента.

Большинство FAD-зависимых дегидрогеназ - растворимые белки, локализованные в матриксе митохондрий. Исключение составляет сукцинат-дегидрогеназа, находящаяся во внутренней мембране митохондрий.

К FMN-содержащим ферментам принадлежит NADH-дегидрогеназа, которая также локализована во внутренней мембране митохондрий; она окисляет NADH, образующийся в митохондриальном матриксе.
Реакция протекает по уравнению:
NADH + Н+ + Е (FMN) → NAD+ + Е (FMNH2)