Механизм окислительного фосфорилирования
НАД-зависимые дегидрогеназы и многие ФАД-зависимые находятся в матриксе митохондрий, Ферменты дыхательной цепи фиксированы во внутренней мембране митохондрий, при этом они организованы так, что способны переправлять протоны водорода с внутренней стороны мембраны (из матрикса) на наружную (в межмембранное пространство). В результате, внешняя сторона мембраны митохондрий получает положительный заряд, а внутренняя - отрицательный. Таким образом, возникает разность электрических потенциалов, то есть внутренняя мембрана заряжается.
Поскольку протонов водорода много в межмембранном пространстве, среда здесь кислая, а в матриксе - щелочная. В результате создается разность концентрации протонов водорода (протонный градиент или разность рН). На мембране митохондрий возникает мембранный или электрохимический потенциал. Так, энергия окисления превращается в электрохимическую и накапливается в виде мембранного потенциала. Протоны водорода стремятся вернуться в матрикс, но внутренняя мембрана для них не проницаема. В мембране есть специальные участки (протонные каналы), через которые протоны могут вернуться. В этих участках расположена Н+-АТФ-синтетаза, которая катализирует синтез АТФ из АДФ и фосфата за счет энергии потока протонов. Таким образом, энергия электрохимического потенциала переходит в энергию химической связи АТФ. АТФ с помощью фермента транслоказы переносится из митохондрий в цитозоль, где и используется.
|
|
|
Сопряжение и разобщение в дыхательной цепи
Сопряжение в дыхательной цепи - это такое состояние, когда окисление (перенос электронов) сопровождается фосфорилированием, то есть синтезом АТФ.
Разобщение - это такое состояние дыхательной цепи, когда окисление идет, а фосфорилирование не происходит, то есть пункты фосфорилирова-ния выключены полностью или частично. В этом случае вся или какая-то часть образующейся энергии выделяется в виде тепла. Сопряженность дыхательной цепи можно оценить по коэффициенту Р/О. Коэффициент Р/О равен числу молей АТФ, образующихся из АТФ и Н3РО4 , на 1 грамм-атом поглощенного кислорода.
Разобщение в дыхательной цепи могут вызывать липофильные вещества, которые способны переносить протоны водорода с внешней стороны внутренней мембраны митохондрий на внутреннюю, минуя АТФ-синтетазу. В результате вся энергия мембранного потенциала будет рассеиваться в виде тепла.
Разобщение вызывают: 2,4-ДНФ (динитрофенол), многие яды промышленных производств, бактериальные токсины, набухание митохондрий, жирные кислоты, ионофоры (вещества, переносящие ионы через мембрану).
|
|
|
Возрастные особенности:
Особенности и возрастные изменения энергетического обмена связаны с ростом ребенка и дифференцировкой тканей, формированием механизмов терморегуляции, развитием скелетной мускулатуры и двигательной активности, зрелостью нейроэндокринного аппарата и т.д.
Потребность в продуктах питания и кислороде меняется с возрастом. У детей при сниженном общем количестве питательных веществ в суточной диете потребность на 1 кг веса значительно превышает уровень взрослых, что свидетельствует о высокой интенсивности обменных процессов. Об этом также свидетельствует высокое потребление кислорода. Наибольшие величины приходятся на период 1 год.
Установлено, что концентрация АТФ в крови у новорожденных выше, чем у детей старше 1 года. Уровень АТФ на 31% выше, чем у взрослых.
Об интенсивном обмене макроэргических соединений в эритроцитах у детей раннего возраста свидетельствует высокая активность АТФазы. В норме активность этого фермента наиболее высокая у трехдневных новорожденных, а затем она снижается и к 14-16 годам достигает уровня взрослых.
Регуляция дыхательной цепи
1. АДФ стимулирует работу дыхательной цепи. Это явление называется дыхательным контролем.
|
|
|
2. АТФ тормозит работу дыхательной цепи и потребление кислорода.
3. Разобщители повышают скорость переноса электронов по дыхательной цепи и выводят ее из под контроля АТФ.
4. Ротенон блокирует дыхательную цепь на участке НАДН - КоQ;
Амитал, антимицин - на участке между цитохромами b и c;
цианиды и окись углерода блокируют цитохромоксидазу, при этом вся дыхательная цепь не работает.
5. Адреналин и глюкагон активируют работу дыхательной цепи.
Свободное окисление
Это окисление без образования АТФ.
Ферменты свободного окисления: оксидазы, оксигеназы, некоторые дегидрогеназы.
Значение свободного окисления:
- терморегуляция;
-эндогенный метаболизм (синтез катехоламинов, глюкокортико-стероидов, коллагена, активация витамина Д и т.д);
- обезвреживание ксенобиотиков (ядов, токсинов, лекарств, веществ бытовой химии).
Тканевые и возрастные особенности окислительных процессов:
Анаэробные ткани могут получать энергию без кислорода. Такими тканями являются: мышцы, эритроциты, периферические нервы, мозговое вещество почек, кость, хрящ, соединительная ткань.
Аэробные ткани получают энергию с использованием кислорода и полностью зависят от кровотока. К таким тканям относятся: головной мозг, сетчатка глаза, сердце, кора почек, печень, слизистая тонкого кишечника.
|
|
|
Потребление кислорода, а значит, и интенсивность окислительных процессов с возрастом падают.
Возрастные особенности:
Основным источником энергии во внутриутробном периоде являются углеводы, а с первых часов постнатального периода – жиры. Глюкоза стимулирует липогенез, особенно в грудном возрасте.
Бурая жировая ткань участвует в процессе терморегуляции и является важным источником тепла, которое идет на разогревание спинного мозга и крупных сосудов. Бурый жир выполняет свою теплорегулирующую роль не только у новорожденных, но и у человека при акклиматизации к холоду.
Несмотря на то, что жировая ткань обнаруживается у человеческих плодов уже на ранних стадиях развития, источником энергии она становится только после рождения ребенка, когда потребность в энергии резко возрастает.
8. Вопросы по теме занятия:
1. Что такое дыхательная цепь? Ее назначение.
2. Что такое дыхательные переносчики? Какова их химическая природа?
3. Каково строение дыхательной цепи?
4. Какие компоненты дыхательной цепи выполняют коллекторную функцию?
5. Что является движущей силой передвижения электронов по дыхательной цепи?
6. На каких этапах дыхательной цепи происходит наибольший выброс энергии? На что эта энергия тратится?
7. Что такое окислительное фосфорилирование?
8. Что такое свободное окисление?
9. Перечислите пункты сопряжения окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи.
10. В чем заключается механизм окислительного фосфорилирования?
11. Значение внутренней мембраны митохондрий в механизме окислительного фосфорилирования.
12. Расшифруйте понятия: сопряжение дыхательной цепи, разобщение дыхательной цепи.
13. По какому критерию можно судить о сопряженности дыхательной цепи?
14. Как зависит работа дыхательной цепи от концентрации АТФ и АДФ?
15. Приведите примеры разобщителей окислительного фосфорилирования. Как они влияют на работу дыхательной цепи?
16. Как влияют ингибиторы на работу дыхательной цепи? Приведите примеры таких ингибиторов.
17. Как регулируется работа дыхательной цепи гормонами?
18. Расскажите о путях использования АТФ.
19. Каковы тканевые особенности окислительных процессов?
20. Каковы возрастные особенности окислительных процессов?
9. Тестовые задания по теме с эталонами ответов:
ТЕСТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ
01. В СОСТАВ ФАД ВХОДИТ ВИТАМИН
1) В1
2) В2
3) РР
4) В6
02. ЦИТОХРОМЫ - ЭТО
1) дыхательные переносчики
2) простые белки
3) гликопротеиды
4) компоненты крови
03. ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНОВ С КОQ НА ЦИТОХОМ С КАТАЛИЗИРУЕТ ФЕРМЕНТ
1) цитохромоксидаза
2) СДГ
3) убихинолдегидрогеназа
4) НАДН-ДГ
04. К ИНГИБИТОРАМ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ОТНОСИТСЯ
1) 2,4-динитрофенол
2) валиномицин
3) антимицин А
4) жирные кислоты
05. ЛИПИДНУЮ ПРИРОДУ ИМЕЕТ ПЕРЕНОСЧИК ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ
1) цитохромоксидаза
2) кофермент Q
3) убихинолдегидрогеназа
4) НАДН-ДГ
06. ПРИ ОКИСЛЕНИИ НАДН В ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ОБРАЗУЕТСЯ
1) 4 АТФ
2) 3 АТФ
3) 2 АТФ
4) 1 АТФ
07. СТИМУЛИРУЕТ РАБОТУ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ
1) АТФ
2) АДФ
3) инсулин
4) глюкагон
08. ЗНАЧЕНИЕ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ
1) терморегуляция
2) синтез АТФ
3) синтез биологически важных соединений
4) обезвреживание ксенобиотиков
09. ФЕРМЕНТЫ И МЕТАБОЛИТЫ ЦИКЛА КРЕБСА НАХОДЯТСЯ
1) в матриксе митохондрий
2) во внутренней мембране митохондрий
3) в лизосомах
4) во внешней мембране митохондрий
10. ЦИКЛ КРЕБСА ПОСТАВЛЯЕТ В ДЫХАТЕЛЬНУЮ ЦЕПЬ
1) фосфорную кислоту
2) воду
3) восстановленные коферменты
4) кислород
ОТВЕТЫ:
01-2; 02-1; 03-3; 04-3; 05-2; 06-2; 07-2; 08-2; 09-1; 10-3.
ТЕСТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНЕЧНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ
01. ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПЬЮ НАЗЫВАЕТСЯ
1) цепь биосинтетических ферментов
2) цепь окислительно-восстановительных ферментов
3) цепь ферментов – трансфераз
4) цепь ферментов – изомераз
5) цепь ферментов – лиаз
02. ФЕРМЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ В МИТОХОНДРИЯХ РАСПОЛАГАЮТСЯ
1) в матриксе
2) во внутренней мембране
3) в межмембранном пространстве
4) во внешней мембране митохондрий
03. ЦИТОХРОМЫ ПО ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ – ЭТО
1) сложные липиды
2) сложные белки
3) гликопротеиды
4) простые белки
5) липопротеиды
04. ДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ ПЕРЕНОСА ПРОТОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ ПО ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ЯВЛЯЕТСЯ
1) изменение электрохимического потенциала
2) изменение окислительно-восстановительного потенциала
3) изменение рН
4) гидролиз АТФ
5) окисление-восстановление
05. ПОСТУПЛЕНИЕ В ДЫХАТЕЛЬНУЮ ЦЕПЬ АТОМОВ ВОДОРОДА ОТ НАДН И СУКЦИНАТА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПРИ УЧАСТИИ
1) флавопротеидов
2) гемпротеидов
3) оксидаз
4) гидроксилаз
06. ПРОЦЕСС СИНТЕЗА АТФ, ИДУЩИЙ СОПРЯЖЕННО С РЕАКИЯМИ ОКИСЛЕНИЯ ПРИ УЧАСТИИ СИСТЕМЫ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ МИТОХОНДРИЙ, НАЗЫВАЕТСЯ
1) субстратным фосфорилированием
2) свободным окислением
3) окислительным фосфорилированием
4) фотосинтетическим фосфорилированием
07. QН2 + 2 С (Fе 3+) → Q + 2Н+ + 2 С (Fе 2+)
ДАННУЮ РЕАКЦИЮ ЦЕПИ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ КАТАЛИЗИРУЕТ
1) ФАД-зависимая дегидрогеназа
2) НАДН-дегидрогеназа
3) QН2 – дегидрогеназа
4) цитохромоксидаза
08. С (Fе 2+) + 1/2 О2 → С (Fе 3+) + Н2О
ДАННАЯ РЕАКЦИИ ЦЕПИ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ КАТАЛИЗИРУЕТСЯ
1) НАД-зависимой дегидрогеназой
2) ФАД-зависимой дегидрогеназой
3) QН2-дегидрогеназой
4) цитохромоксидазой
09. К РЕГУЛЯТОРАМ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ОТНОСИТСЯ
1) АДФ
2) 2,4-ДНФ
3) бактериальный токсин
4) КСN
5) ДНК
10. РАЗОБЩИТЕЛИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
1) увеличивают синтез АТФ
2) ингибируют работу дыхательной цепи
3) снижают потребление кислорода
4) увеличивают выработку тепла, снижают синтез АТФ, увеличивают потребление кислорода
5) усиливают выработку тепла, снижают синтез АТФ, снижают потребление кислорода
ОТВЕТЫ:
01-2; 02-2; 03-2; 04-2; 05-1; 06-3; 07-3; 08-4; 09-1; 10-4.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 1662; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!