Бх FiBO-2012
.pdf
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Биомедицинское значение БО
Основа жизнедеятельности обеспечивает антиэнтропийную функцию организма
•O2 внедряетсяв структуру различных субстратов
спомощью ферментов оксигеназ
–Многиелек-ва,поллютанты,хим.канцерогеныидр. ксенобиотики метаболизируютспомощью ферментовэтогокласса-системы цитохрома
P450
•Пероксидным путемобразуются многиеБАВ
(гормоны,медиаторы, Pg, LT, TXA идр.)
•Применение O2 мбжизненно необходимым для лечения дыхательной исерд.недостаточности
08.03.2012 |
243 |
244
Превращениеэнергии: Митохондрии
•ПослецитозольнойстадииБО,энергияпроизводитсяиз частичноокисленных молекулуглеводовииспользуется дляпроизводстваАТФ
•Производстваэнергииболееэффективнона сопрягающих мембранах
•Приаэробном окислениипродукцияАТФиз«пищевых» молекул08.03.2012 max эффективно 245
81
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Цикл Кребса
ГансАдольф Кребс, 1937.
ЦТК:
общий финальный путь окисления всех субстратов БО
Находится в матриксе Мх
246
РольЦТК
• Энергетическая |
12ATP |
–1 оборотЦТК= 12 ATP.
•Пластическая
a-KG glu.
–OA asp.
–Succinyl-CoA heme.
•Регуляторная
–ЦСМ (образованиемочевинывпеченм) связан сЦТК.
247
08.03.2012
Пластическая рольЦТК
248
82
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Регуляторнаяроль«велосипедаКребса»
Ацетил-KoA
NH3, CO2 
аспартат
OA
ЦСМ ЦТК
Мочевина
фумарат 
249
08.03.2012
Пути утилизации О2 в организме
|
Митохондриальное |
|
дыхание |
O2 |
Микросомальное |
окисление |
|
|
Перекисное |
|
окисление |
08.03.2012 |
250 |
Митохондриальное окисление
(Iпуть потребления О2)
•ЛокализуетсявовнутреннеймембранеМхна митохондриальнойДЦ(ЭТЦ),основнаяфункция которой:
– Генерацияпротонногопотенциала μН+ - трансформацияэнергиихимическойсвязивэнергию потенциала(электрическую) и далеевэнергию химическойсвязи АТФ
Восновереакциймитохондриальногоокисления
реакцийлежитдвуе- восстановление О |
|
||
|
|
2 |
|
08.03.2012 |
1/2О +2е- + 2Н+ →Н О |
251 |
|
2 |
2 |
||
83
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Митохондрии: локализация в клетке
•Митохондрии:вытянутыецилиндры, 0.5 - 1.0 mm.
•ВживыхклеткахМхмобмльныеипластичныеорганеллы, постоянно изменяющиеформу,способныекделениюи слияниювсоответствиисфизиологическимсостоянием ткани
08.03.2012 |
252 |
ОбщаяструктураМх
•В печени около 67% общего белка Мх находится в матриксе, 21% - во внутренней мембране, по 6% - в межмембранном пространстве и в наружной мембране.
•Каждые из этих компартментов содержит специфические белки, выполняющие определенные функции
08.03.2012 |
253 |
Структура Мх
08.03.2012 |
254 |
84
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Сравнительная характеристика мембран Мх
|
|
Признак |
Внутренняя |
Наружная |
1 |
|
Форма |
Складчатая |
Гладкая |
2 |
|
Плотность |
1,2 |
1,1 |
3 |
|
ФЛ/Б |
0.27/0,73 |
0,82/18 |
4 |
|
Проницае- |
Высоко- |
Низко- |
|
|
мость |
селективная |
селективная |
|
|
|
Содержание |
|
5 |
|
Кардиолипин |
Высокое |
Низкое |
6 |
|
Холестерин |
Низкое |
Выше |
7 |
|
Ферменты |
СДГ, комп. ДЦ |
МАО,ф.с.ЖК. |
|
08.03.2012 |
|
255 |
|
Сравнительная характеристика ферментов мембран Мх
Наружная мембрана
–МАО (моноаминооксидаза)
–Элонгаза ЖК
–Холинфосфотрансфераза
–Фосфолипаза А
Maтрикс
–Ферменты ЦТК
–Ферменты ˘β-окисл ЖК
–ПВК-карбоксилаза
–ГДГ
08.03.2012
Внутренняя мембрана
•NADH ДГ
•СДГ
•Цитохромы b, c1, c, a, a3
•транслоказы (трансфераза)
–Ацил-карнитин
–АДФ-ATФ
–Фосфат
–Глу-асп
–Глу-OH-
–ПВК
–Малат-цитрат
–Малат-α-КГ
256
Липидный состав мембран Мх
Внутренняя мембрана:
• 70% белка и 30% липидов
• Специф. ФЛ - кардиолипин
• Мало хол и сфинголипидов
• Много ФХ и ФЭ
Внешняя мембрана:
• 70% липидов и 30% белка
• Мало кардиолипина
• Много ФХ и ФЭ
• Больше хол и сфинголипидов
08.03.2012 |
257 |
85
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Электрон-транспортная(дыхательная) цепь ЭТЦ (ДЦ)
•В Мх содержатся ферментные ансамбли -ЭТЦ ДЦ (до70 белков) транспортирующие восстановленные эквиваленты и направляющие ихна финальную реакцию с О2с образованием воды
•Компоненты ДЦ иммобилизованы вовнутренней мембране Мх
•Движущей силой транспорта электронов поДЦ является разница ОВП (редокс-потенциала) ее компонентов
NAD/NADH – 0.32V
KoQ/KoQH2 |
+ 0.04 v |
O2/H2O |
+ 0.82 |
08.03.2012 |
258 |
Схема ДЦ и действие ингибиторов
-ОНацил-КоА, ПВК,изоцитрат,
-КГ,малат,глу
сукцинат
a-глицерофосфат
*
|
NAD+ |
|
FP1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
амитал |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FP2 |
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
* |
|
O2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
малонат |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
CoQ |
|
b – c1– c |
|
aa3 |
|
||||||||
|
|
|
FP3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ацил КоА |
|
FP4 |
|
|
|
|
|
08.03.2012 |
259 |
||
УчасткисвязыванияингибиторовДЦиОФ
08.03.2012 |
260 |
86
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Структура ДЦ: Обзор
08.03.2012 |
261 |
МеханизмобразованияАТФвМх
(гипотезы сопряжения ТДиОФ)
• Химического сопряжения (Э. Слейтер)при
транспорте е- вДЦобразуется интермедиант с(~) макроэрг связью,идущейнасинтезАТФ
• Конформационного сопряжения (П.Бойер)
измененияконформациибелковпри транспортее- вДЦ депонируютэнергию (модельмышсокращение)
•Хемиосмотического сопряжения (П. Митчел, 1961) Нобелевская премия 1978 г
08.03.2012 |
262 |
Хемиосмотического сопряжения
(П. Митчел, 1961)
08.03.2012 |
263 |
87
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Общая
структура ДЦМх
|
М А Т Р |
И К С |
М еж мембранное прост ранст во |
|||
N A D - |
|
|
|
|
|
|
зависим ы е |
|
|
-0,32v |
|
|
|
И зоцитрат |
N A D |
+ |
I |
|
|
|
М алат |
|
|
|
|
||
α-кетоглутар |
S H |
|
N A D H •H + |
FM N |
FeS- |
H + |
П ируват |
H |
|
-0,30v |
|
бел ки |
|
Глутам ат |
|
|
|
|
||
S |
|
|
|
|
||
О кси-Ж К -ты |
|
|
|
|
|
|
|
FA D - |
H |
|
|
|
|
|
зав исим ы е |
S |
FAD |
|
|
|
|
С укци нат |
H |
FeS |
2 |
|
|
|
Ж К -ты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 0,04v |
Q |
H + |
|
|
|
|
|
||
|
+ 0,23v |
Ц ит b |
3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
Ц ит C 1 |
|
|
|
+ 0,25v |
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ц ит a |
4 |
+0,55v |
|
|
Ц ит a3 |
|
|
|
4 e, 4H + |
|
|
+ 0,82v |
H 2O |
|
2O 2 |
|
F 1 |
|
|
|
|
A D P+ P |
|
F0 |
|
|
|
|
H + |
|
|
|
|
|
H + |
|
|
|
|
|
|
A T P |
|
|
H + |
|
H + 
H + 
08.03.2012 |
264 |
Д ы хательная ц еп ь и 5-й к ом п лекс
Коэффициент P/O
•P/Oколичественныйпоказательстепени сопряжения
(эффективности)ОФ
•КоэффициентP/O отражаетотношениекол-вамолекул Фн,пошедшихнасинтез АТФ ккол-вупоглощенных атомовО2
АДФ+ Фн→АТФ
•ПритранспортеэлектроновсNADHвДЦ образуется ≈3 молейАТФ
•ПритранспортеэлектроновсFADH2 вДЦ образуется ≈2 молейАТФ
– |
NADH зависимыесубстраты |
P/O = 3 |
– |
FADH2 зависимыесубстраты |
P/O = 2 |
– |
Адреналин,аскорбат |
P/O = 1 |
08.03.2012 |
265 |
|
Электрон-транспортная(дыхательная)цепь ЭТЦ (ДЦ)
08.03.2012 |
266 |
88
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Функции ДЦ Мх
ДЦМх- общая финальная стадия БО всех аэробных клеток
1.ЗасчетэнергииокисленияNADH+ H+ и FADH2 до
NAD+ и FAD вДЦобразуется μН+,
2.СопряжениеТДиОФ-всопрягающихкомплексах(I,III
иIV)ДЦМхэнергиятранспортаэлектронов( μН+) конвертируетсявэнергиюАТФидрвиды:
3.ГлавныйисточникАТФ идр.видовбиологически конвертируемойэнергииаэробныхклеток
Энхимсвязи →Эн |
μН+ →др виды Эн |
(химсвязи АТФ,механич,осмотич,световая,t ) |
|
08.03.2012 |
267 |
Хемиосмотическое сопряжение
•ОбщийпутьиспользуетсяМх,ХП ипрокариотами для
|
|
производстваэнергиина |
|
|
биологическиенужды |
солнце |
пища |
Хемиосмотическое сопряжение |
|
• |
|
|
NADH, FADH2 |
отражаетсвязьмежду |
энергизованные электроны |
химическимиреакциями(«хеми») |
|
генерацииАТФимембранным
транспортом(«осмотическое»)
μН+
(ΔΨ и рН+ )
Активный
мембранный транспорт
• Процесссопряженияпротекаетв двесвязанныестадии,каждаяиз t которыхпроисходитсучастием
комплексовДЦвнутренней мембраныМх
|
Вращение |
|
|
|
|
|
Свечение |
|
|
08.03.2012Синтез |
жгутиков и |
|
268 |
|
АТФ |
др. |
|
|
|
Структура протонногоградиента
• μН+ состоит из Ψ и рН+
•
•Величина μН+ ≈180 мВ (≈250 кВ/см2
внутрмембраны Мх)
•рН+ составляет ≈ 1 рН
•Общая площадь внутр мембр Мх
клеток H.s. ≈ 100 000 м2
• Рассеитьэнергию μН+(разобщитьОФ)можно воздействуянаобакомпонента
08.03.2012 |
269 |
89
Кафедра биохимии ГомГМУ, 2012 |
08.03.2012 |
Протонный циклМх
|
4H+ |
|
4H+ |
|
2H+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F-цикл |
QH2 |
Q-цикл |
|
O-цикл |
|
NADH + H+ |
|
|
ATP |
|||
|
|
|
|
4H+ + O2 |
||
NAD+ |
FADH2 |
|
|
H2O |
synthase |
|
|
|
|
||||
|
4H+ |
FAD |
2H+ |
|
2H+ |
|
TCA
•ВДЦимеется3 цикла: F-цикл, Q-цикл и O-цикл.
•ПротонныенасосыформируютDmH+
•Энергия DmH+ используетсядлясовершения полезной работы(синтез АТФ, осмотической, механической идр.)
08.03.2012
ADP + Pi ATP
H+
270
Комплекс I (NADH-CoQ reductase)
• Содержит: 1. FMN
2. FeS центры
(22-24 (Fe-S)
белкав 5-7 кластерах
• Акцептор электронов КоQ
08.03.2012 |
271 |
Коэнзим Q10 (КoQ10) или Убихинон
O
H3C O 
CH3
H3C O
O |
CH3 10 |
•КoQ10 компонентрасположенныйв«середине»ДЦ
•транспортируетэлектронысNADH,ссукцината,ацил-КоА и
α-глицерофосфата
08.03.2012 |
272 |
90