12 Цикл Кребса – биологическое значение, схема реакций, ферменты, коферменты, энергетический баланс одного оборота. Регуляция

Биологическая роль цикла Кребса 1. Посредством реакций цикла Кребса происходит объедине-ние в единое целое всех метаболических путей, обеспечивающих энергетический обмен с участием веществ пищи (углеводов, липи-дов, белков). 2. Промежуточные метаболиты цикла трикарбоновых кислот используются во многих пластических процессах: сукцинилКоА не-обходим для синтеза гема, кислоты ЩУК и а-кетоглутарат участву-ют в многочисленных реакциях трансаминирования (синтез амино-кислот. ЩУК превращается в аспарагиновую кислоту, а-кетоглутарат – в глутаминовую). 3. Цикл Кребса создает предпосылки для синтеза АТФ в электронтранспортной цепи митохондрий при окислении НАДН и ФАДН2. Собственный энергетический выход ЦТК невелик, в про-цессе субстратного фосфорилирования образуется 1 моль ГТФ. 4.Выделение СО2 в двух реакциях играет большую роль для активации дыхательного центра, поддержания кислотно-основного равновесия, для многих пластических процессов. К ним следует от-нести синтез пуриновых азотистых оснований (аденин, гуанин), жирных кислот, мочевины, карбоксилирование ПВК и многие дру-гие.

Энергетический баланс одного оборота цтк

В 4 окислительно-восстановительных реакциях ЦТК образуются 3 НАДН₂ и 1 ФАДН₂, которые направляются далее в дыхательную цепь окислительного фосфорилирования. В процессе окислительного фосфорилирования ДЦ из 1 НАДН₂ образуется 3 АТФ, из 1 ФАДН₂ - 2 АТФ. Из 1 ГТФ, образующейся в ЦТК за счет субстратного фосфорилирования, синтезируется 1 АТФ. Таким образом, за 1 цикл ЦТК из 3 НАДН₂, 1 ФАДН₂ и 1 ГТФ получается 12 АТФ.

13 Оксидазный путь использования кислорода в клетке - митохондриальное окислительное фосфорилирование. Состав дыхательных комплексов редокс-цепи, локализация и функции. Регуляция.

Оксидазный путь использования кислорода в клетке

Оксидазный путь потребления кислорода протекает в митохондриях, потребляет 90% О₂ и обеспечивает процесс окислительного фосфорилирования.

Окислительным фосфорилированием называют синтез АТФ из АДФ и Н₃РО₄ за счет энергии движении электронов по дыхательной цепи.

Окислительное фосфорилирование является основным источником АТФ в аэробных клетках.

Хемиосмотическая теория Митчелла

Для объяснения механизма окислительного фосфорилирования в 1961 году Митчеллом была предложена хемиосмотическая теория, которая включала четыре независимых постулата, касавшиеся функции митохондрий:

1. Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для всех ионов.

2. Она содержит ряд белков-переносчиков, осуществляющих транспорт необходимых метаболитов и неорганических ионов.

3. При прохождении электронов по дыхательной цепи внутренней мембраны происходит перемещение Н⁺ из матрикса в межмембранное пространство.

4. При достаточно большом протонном градиенте протоны начи­нают «течь» через АТФ-синтетазу, что сопровож­дается синтезом АТФ.

В соответствие с изменением редокс – потенциала перенос-чики электронов располагаются в последовательности, которая представлена на схеме 6. В составе ЭТЦ выделяют 4 мультиферментных комплекса, их обозначают 1, 2,3, 4. Коэнзим Q (убихинон) и цит.с не входят в названные комплексы.

Все компоненты дыхательной цепи – сложные белки (за ис-ключением коэнзима Q). Они содержат небелковые коферменты, способные участвовать в окислительно-восстановительных реакци-ях: флавинмононуклеотид ФМН, железосульфидные белки FeS, гем, содержащий ионы железа (цитохромы в, с1, с, а) и меди (цит. а3). Изменение окислительно – восстановительного потенциала цито-хромов обеспечивается фосфолипидным окружением. Комплекс I включает в себя НАД, ФМН, FeS . Дегидроге-наза НАД+ - зависимая окисляет в матриксе МХ субстраты цикла Кребса (изоцитрат, кетоглутарат и малат), свободно перемещается в матриксе митохондрии, передает электроны остальным переносчи-кам комплекса I, который прочно связан с внутренней мембраной. Комплекс II - ФАД - зависимая ДГ, которая локализована во внутренней мембране МХ, окисляет янтарную кислоту, АцилКоА - активные формы карбоновых кислот, 3-фосфоглицериновый альде-гид.90

Коэнзим Q принимает электроны от комплексов I и II. Комплексы III и IV – представлены системами цитохро-мов. Комплекс 3 –содержит цит. в и с1, комплекс IV –цит а/а3. Комплекс IV, включающий в себя цит. а/а3, передает электроны ки-слороду, осуществляет конечный этап переноса электронов - вос-становление кислорода, участвующие в реакции протоны забирают-ся из матрикса митохондрии. О2 + 4Н+ + 4 е → 2 Н2О Перенос электронов в ЭТЦ сопровождается «выбросом» протонов из матрикса в межмембранное пространство: I и III ком-плекс «выбрасывают» по 4 Н+ каждый, а IV комплекс – 2 Н+. В об-щей сложности при восстановлении молекулы О2 в межмебранном пространстве локализуются 10Н+. Возникает разность в значениях рН и зарядов по обе сторо-ны внутренней мембраны. Формируются химический и электро-химический потенциалы, которые обеспечивают работу АТФ - синтетазы.

14 Механизмы сопряжения и разобщения дыхания и фосфорилирования, эндогенные и экзогенные разобщители в полости рта и тканях организма человека.

Сопряжения и разобщения окислительного фосфорилирования

Процесс окисления создает электрохимический потенциал, а процесс фосфорилирования его использует. Таким образом, электрохимический потенциал обеспечивает сопряжение (связывание) процессов окисления и фосфорилирования (окислительного фосфорилирования).

Так как необходимый для сопряжения электрохимический потенциал создают I, III и IV комплексы дыхательной цепи, их называют пунктами сопряжения окисления и фосфорилирования.

Повреждение внутренней мембраны митохондрий или увеличение ее проницаемости под действием разобщителей вызывает исчезновение электрохимического потенциала, разобщение процессов окисления и фосфорилирования, и прекращение синтеза АТФ.

Разобщение дыхания и фосфорилирова­ния назы­вают явление исчезновения на мембране электрохимического потенциала под действием разобщителей и прекращение синтеза АТФ.

Разобщителями являются вещества, которые могут переносить протоны (протонофоры) или другие ионы (ионофоры) через мембрану минуя каналы АТФ-синтетазы. В результате разобщения количество АТФ снижается, АДФ увеличивается, возра­стает скорость потребления О₂, окисления НАДН₂, ФАДН₂, а образовавшаяся свободная энергия выделяется в виде теп­лоты.

Как правило, разобщители — липофильные веще­ства, легко проходящие через мембраны. Например, вещество 2,4-динитрофенол (переносит Н⁺), лекарство - дикумарол, метаболит - билирубин, гормон щитовидной железы - ти­роксин, антибиотики - валиномицин и грамицидин.