4.2. Краткая история учения о биологическом окислении

На первых этапах изучения процессов окисления были предложены теории активации кислорода,в которых предполагался какой-то механизм активации кислорода, поскольку кислород в организме является более активным окислителем, чем вне организма. К теориям данного направления относится, в частности,перекисная теория А.Н. Баха (1847 г.). Согласно ей, в организме есть вещества, которые, взаимодействуя с молекулярным кислородом, образуют перекисные вещества, в которых кислород становится более активным.

Впоследствии кислород в составе перекиси окисляет многие субстраты в организме. В результате к окисленному веществу присоединяется кислород. Эта теория носит частный характер.

Позже (1911 г.) возникла теория дегидрирования А.В. Палладина. Согласно ей, вещества окисляются не путём присоединения кислорода, а путём потери атомов водорода. В первую анаэробную фазу окисления происходит перенос атомов водорода с субстрата (RH₂) на акцептор (X) при участии ферментов дегидрогеназ:

Во вторую аэробную стадию окисления атомы водорода переносятся с восстановленного акцептора (ХН₂) на кислород. Акцептор при этом окисляется и повторно участвует в дегидрировании субстрата.

По теории Палладина допускалось участие в окислительных процессах кислорода воды. Теория Палладина более универсальна и положена в основу современных представлений о биологическом окислении.

4.3. Виды биологического окисления

Процессы биологического окисления могут протекать в разных отделах клетки. Принято выделять 2 вида окисления: внутримитохондриальное и внемитохондриальное.

Внутримитохондриальноеокисление протекает в матриксе и на внутренней мембране митохондрий, выполняет энергетическую функцию.

Внемитохондриальное окисление протекает в цитозоле, эндоплазматической сети, пероксисомах и на внешней мембране митохондрий. Оно в основном участвует в биосинтетических и детоксикационных процессах.

4.4. Ферменты и коферменты биологического окисления

В процессах окисления участвует большое количество ферментов, коферментов, переносчиков электронов. К ферментам участвующим в биологическом окислении относятся дегидрогеназы, цитохромы, оксигеназы, пероксидазы.

Дегидрогеназы в зависимости от состава небелковой части фермента делят на никотинамидзависимые и флавиновые ферменты.

4.4.1. Никотинамидзависимые дегидрогеназы (над, надф-зависимые)

Никотинамидзависимые дегидрогеназы - сложные белки, состоящие из белковой и небелковой части. Белковая часть дегидрогеназ определяет их специфичность, имеет молекулярную массу, порядка 70 – 100 тыс. д. В активном центре дегидрогеназ присутствуют SHгруппы. Кофермент дегидрогеназ представлен динуклеотидами НАД и НАДФ.

НАД– никотинамидадениндинуклеотид

В состав НАД входят два нуклеотида:

1. аденин – рибоза – Н₃ РО₄

2. никотинамид – рибоза - Н₃ РО₄

НАДФ– никотинамидадениндинуклеотидфосфат.

Состав НАДФ:

1. аденин - рибоза (Н₃ РО₄) - Н₃ РО₄

2. никотинамид – рибоза - Н₃ РО₄

Коферменты НАД и НАДФ влияют на третичную структуру дегидрогеназ, придают активность белковой части фермента и участвуют в переносе водорода. В организме встречаются дегидрогеназы, активные только в присутствии НАД: лактатдегидрогеназа, малатдегидрогеназа. Имеются ферменты, где коферментом является только НАДФ: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа. Для фермента глютаматдегидрогеназы в качестве кофермента может выступать как НАД, так и НАДФ,

Общий вид реакции, катализируемой НАД (НАДФ)- дегидрогеназами заключается в отщеплении водорода от окисляемого субстрата и переносе его на кофермент:

НАД и НАДФ непрочно связаны с белковой частью фермента. В данной реакции непосредственным акцептором протонов и электронов в составе НАД или НАДФ является никотинамид (витамин РР).

В последующем НАДН₂используется в энергетических процессах, а НАДФН₂служит источником водорода для восстановительных синтезов (синтез жирных кислот, стероидных гормонов, холестерина).

Механизм восстановления кофермента