Биологическое окисление презентация

Биологическое окисление
Биологическое окисление – все реакции окисления, протекающие в организме.
Основным типом биологического окисления является тканевое дыхание
Тканевое дыхание протекает в митохондриях всех клеток (кроме красных клеток крови) и поэтому еще называется митохондриальным окислением.
Практически весь потребляемый организмом кислород используется в тканевом дыхании.

Упрощенная схема тканевого дыхания

Субстраты тканевого дыхания
В качестве субстратов окисления, т.е. веществ, от которых отнимаются атомы водорода, являются разнообразные промежуточные продукты распада белков, жиров и углеводов.
Чаще всего окислению подвергаются промежуточные продукты цикла Кребса (лимонная, α-кетоглутаровая, янтарная и яблочная кислоты).

Ферменты тканевого дыхания
Тканевое дыхание - сложный ферментативный процесс.
Ферменты тканевого дыхания делятся на три группы:
1. Никотинамидные дегидрогеназы
2. Флавиновые дегидрогеназы
3. Цитохромы

Никотинамидные дегидрогеназы
Эти ферменты отнимают два атома водорода от окисляемого вещества и временно присоединяют их к своему коферменту НАД;
Коферменты – низкомолекулярные небелковые соединения, являющиеся производными витаминов. Коферменты вместе с ферментами ускоряют некоторые реакции
НАД по строению является динуклеотидом, содержащим витамин РР - никотинамид

Схема строения НАД

Первая стадия тканевого дыхания
2Н
А∙Н2 + НАД А + НАД∙Н2
Окисляемое Окисленное вещество вещество

Флавиновые дегидрогеназы
Эти ферменты отщепляют два атома водорода от образовавшегося НАД∙Н2 и временно присоединяют к своему коферменту – ФМН;
ФМН по строению является нуклеотидом, содержащим в своем составе витамин В2 – рибофлавин.

Схема строения ФМН
Флавин – Рибитол - Фосфат
Рибофлавин
(Витамин В2)

Вторая стадия тканевого дыхания
2Н
НАД∙Н2 + ФМН → НАД + ФМН∙Н2

Цитохромы
Участвуют только в переносе электронов;
Состоят из полипептида и гема;
Гем - сложное циклическое соединение, содержащее железо;
Железо, входящее в цитохромы, может обратимо переходить из окисленной формы (Fe3+) в восстановленную форму (Fe2+):
Fe3+ + е Fe2+

Гем

Завершающие стадии тканевого дыхания
2 Fe2+ + ½ O2 2 Fe3+ + O2- 2 H+ + O2- H2O

Схема дыхательной цепи

Характеристика дыхательной цепи
Все участники тканевого дыхания (ферменты и коферменты) располагаются в определенной последовательности и составляют дыхательную цепь;
На всем протяжение дыхательной цепи происходит передвижение электронов;
Движение электронов происходит только в одном направлении: от окисляемого вещества к кислороду.

Однонаправленное движение электронов вызвано тем, что все участники дыхательной цепи располагаются по мере возрастания их окислительно-восстановительных потенциалов;
Окислительно-восстановительный потенциал, или редокс-потенциал, характеризует способность молекул принимать и удерживать электроны;
Поэтому электроны переносятся от вещества с низким редокс-потенциалом к молекулам, имеющим бóльшую величину редокс-потенциала.

В дыхательной цепи самое низкое значение редокс-потенциала имеет окисляемое вещество, а самая большой величиной редокс-потенциала обладает кислород;
В связи с этим кислород является окончательным акцептором электронов;
По мере движения электронов по дыхательной цепи выделяется энергия;
Около половины энергии аккумулируется в макроэргических связях молекул АТФ, другая часть энергии выделяется в виде тепла;
Количество выделяющейся энергии зависит от разности редокс-потенциалов;

Синтез АТФ осуществляется только участках дыхательной цепи с большой разностью редокс-потенциалов;
В дыхательной цепи имеются три таких участка, где происходит синтез АТФ: при переносе электронов от НАД∙Н2 к ФМН, от цитохрома b к цитохрому c и от цитохрома а к цитохрому а3;
Всего при переносе двух атомов водорода на кислород (в расчете на одну образовавшуюся молекулу воды) синтезируется три молекулы АТФ.

Упрощенная схема тканевого дыхания

Митохондрии
Имеются во всех клетках, кроме красных клеток крови;
Представляют собой вытянутые микроскопические пузырьки длиной 2-3 мкм и толщиной около 1 мкм (1мкм = 1∙10-6 м);
Количество митохондрий в клетках может достигать тысячи и более и зависит от потребности клеток в энергии;
В мышечных клетках под влиянием систематических тренировок количество митохондрий возрастает;

Митохондрии окружены двойной мембраной;
Внешняя мембрана гладкая, внутренняя складчатая с большой поверхностью;
Ферменты тканевого дыхания встроены во внутреннюю мембрану и располагаются в ней в виде отдельных скоплений, называемых дыхательными ансамблями;
Благодаря строго упорядоченному расположению ферментов в дыхательных ансамблях, передвижение электронов в дыхательной цепи происходит с большой скоростью.

Митохондрии в клетке

Строение митохондрии

Внемитохондриальное окисление
Анаэробное окисление
Микросомальное окисление
Свободнорадикальное окисление

Анаэробное окисление
Протекает в цитоплазме клеток;
Отщепляемый от окисляемого вещества водород присоединяется не кислороду, а к другому веществу;
Чаще всего таким акцептором кислорода является пировиноградная кислота (пируват), возникающая при распаде углеводов;
В результате присоединения атомов водорода пируват превращается в молочную кислоту (лактат).

Образование молочной кислоты
СН3 СН3
С = О + НАД∙Н2 Н-С-ОН + НАД
СООН СООН
Пируват Лактат

Биологическая роль анаэробного окисления
Синтез АТФ без участия митохондрий и потребления кислорода;
Обычно протекает в мышцах при интенсивной физической работе.

Микросомальное окисление
Протекает на мембранах цитоплазматической сети клеток
Кислород включается в состав молекул окисляемого вещества с образованием гидроксильной группы
R-H + ½ O2 R-OH
Часто обозначается термином гидроксилирование;
В гидроксилировании участвует витамин С – аскорбиновая кислота.

Биологическая роль микросомального окисления
Включение атомов кислорода в синтезируемые вещества (синтез коллагена, гормонов надпочечников);
Обезвреживание токсичных соединений;
Включение кислорода в молекулу яда уменьшает его токсичность и делает его более водорастворимым, что облегчает его выведение из организма почками.

Свободнорадикальное окисление
Незначительная часть поступающего в организм кислорода превращается в очень активные формы, являющиеся сильнейшими окислителями;
Такие формы кислорода называются оксидантами или свободными радикалами;
Образование свободных радикалов увеличивается при облучении (радиоактивном, ультрафиолетовом), при стрессе, при поступлении в организм большого количества кислорода (например, во время тренировки).

Свободные радикалы кислорода, являясь сильными окислителями, вызывают реакции окисления, затрагивающие основные классы органических соединений;
Чаще всего свободнорадикальному окислению подвергаются непредельные жирные кислоты, входящие в состав липоидов, образующих липидный слой биологических мембран, что приводит к повышению проницаемости мембран и делает их неполноценными;
Повреждение мембран во время мышечной работы является одним из механизмов развития утомления.

Антиоксидантная система
Образование свободных радикалов в организме происходи постоянно, так как в организм всегда поступает кислород;
В физиологических условиях свободнорадикальное окисление протекает с низкой скоростью, так как ему противостоит защитная антиоксидантная система, главным компонентом которой является витамин Е – токоферол;
При чрезмерном образовании свободных радикалов антиоксидантная система может не справиться с их нейтрализацией, что приводит к повреждению мембран и возникновению заболеваний.

Тест 1
В клетке тканевое дыхание протекает в:
а) митохондриях
б) рибосомах
в) цитоплазме
г) ядре

Тест 2
В состав кофермента НАД входит витамин:
а) А
б) В1
в) В2
г) РР

Тест 3
Витамин рибофлавин (В2) входит
в состав кофермента:
а) КоА б) НАД
в) НАДФ
г) ФМН

Тест 4
В состав ферментов тканевого дыхания – цитохромов входит металл: а) алюминий
б) железо
в) калий
г) хром

Тест 5
Никотинамидные дегидрогеназы используют в качестве кофермента:
а) гем
б) кофермент А
в) НАД
г) ФМН

Тест 6
Наименьшую величину редокс-потенциала имеет:
а) кислород
б) НАД
в) окисляемое вещество
г) ФМН

Тест 7
В дыхательной цепи митохондрий ферменты и коферменты располагаются:
а) в алфавитном порядке
б) по мере увеличения их редокс-
потенциалов
в) по мере уменьшения их редокс-
потенциалов
г) в произвольном порядке

Тест 8
В процессе тканевого дыхания образуется:
а) аммиак
б) вода в) мочевина
г) углекислый газ

Тест 9
Образование одной молекулы воды в процессе тканевого дыхания сопровождается синтезом:
а) одной молекулы АТФ
б) трех молекул АТФ
в) пяти молекул АТФ
г) десяти молекул АТФ

Тест 10
В клетке анаэробное окисление
протекает в:
а) митохондриях б) рибосомах
в) цитоплазме
г) ядре

Тест 11
Наибольшую величину редокс-потенциала имеет:
а) кислород
б) НАД
в) окисляемое вещество
г) ФМН

Тест 13
Чрезмерному росту скорости свободнорадикального окисления препятствуют:
а) антивитамины
б) антикоагулянты
в) антиоксиданты
г) антитела