Дыхательная цепь


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

УГЛЕВОДЫ ГЛЮКОЗА ПВК БЕЛКИ Аминокислоты ПВК КЕТОКИСЛОТЫ ЖИРЫ ГЛИЦЕРИН ВЖК Ацетил-КоА ПВК Ацетил-КоА Ацетил-КоА Цикл Кребса Биологическим окислением или тканевым дыханием называется процесс потребления кислорода Окислительное фосфорилирование – синтез АТФ, который использует энергию электрохимического потенциала переноса электронов мембраны митохондрий. Для этого пути синтеза АТФ необходим кислород. Общая реакция синтеза АТФ:АДФ+НАДН Н+О2 +Н3 РО4 АТФ + НАД+ +Н2О Дыхательная цепь это комплекс специфических белков, встроенных в мембрану митохондрий, способных транспортировать электроны от восстановленных эквивалентов на кислород. Электроны, поступающие в эту цепь переносчиков, богаты энергией, по мере продвижения их по цепи, от одного переносчика к другому, они теряют свободную энергию. Значительная часть этой энергии запасается в виде АТФ. Дыхательная цепь состоит из:Пиридинзависимых дегидрогеназ, которые в качестве коферментов содержат НАД либо НАДФФлавинзависимых дегидрогеназ, у которых роль простетической группы выполнят ФАД или ФМН.Убихинона - коэнзим QЦитохромов – белков содержащих гем. переносчики Простетическая группа Донор электронов Акцептор электронов NADH-дегидрогеназа, комплекс I FMN, FeS NADH КоQ СукцинатдегидрогеназаКомплекс II FAD, FeS сукцинат КоQ Коэнзим Q, убихинон NADH Комплекс III,Цит b c1 QH2-дегидрогеназа,Комплекс III NADH, цит bс1 QH2 Цитохром с Цитохром с Гем с комплекс III Комплекс IV ЦитохромоксидазаКомплекс IV Гем а Cu2+ Цитохром с O2 Общая характеристика белков дыхательной цепи Окисленные и восстановленные формы НАД и ФАД УбихинонУбихинон Q является производным бензохинона с длинной боковой цепью, которая в большинстве тканей млекопитающих состоит из 10 изопреновых единиц. Восстановленная форма флавиновых ферментов в цепи дыхательных катализаторов передает атомы водорода КоQ. Как всякий хинон КоQ может существовать в окисленной и восстановленной формах Окисленная и восстановленная форма убихинона ЦитохромыДальнейший перенос электронов от КоQ на кислород осуществляет система цитохромов. Цитохромы это гемопротеины 5 типов b, c, c1, a, a3, Внутри комплекса III электроны передаются от цитохромов b   на железосерные центры, потом на цитохром с1, а затем на цитохром с. Цитохромы а и а3 (цитохромоксидаза) образуют IV комплекс переносчиков электронов. Особенность химического строения цитохромоксидазы заключается в наличии ионов меди, меняющих свою валентность. Цитохромоксидаза непосредственно реагирует с молекулярным кислородом. Последовательность белков определяется их окислительно-восстановительными потенциалами В каждом из 3 пунктов:1-й пункт - это НАДН-дегидрогеназный комплекс; 2-й пункт - QН2-цитохром -с-редуктазный комплекс; 3-й пункт - цитохром-с-оксидазный комплекс при переносе пары электронов от НАДН2 одновременно на наружную поверхность внутренней мембраны Мх, т.е. в межмембранное пространство выносится по паре протонов. Теории сопряжения окисления (переноса электронов) и фосфорилирования (синтеза АТФ)Каким же образом энергия электронов запасается в виде АТФ? Самыми первыми гипотезами сопряжения окисления и фосфорилирования были химическая и механохимическая гипотезы, предполагавшие наличие некого промежуточного, высокоэнергетического вещества преобразующего энергию электронов в энергию АТФ. В настоящее время эти гипотезы представляют исторический интерес. Современной теорией сопряжения является хемиосмотическая теория английского биохимика Питера Митчелла (1961 г.). Суть этой теории заключается в том, что при прохождении электронов по дыхательной цепи высвобождается энергия, которая используется для перемещения протонов из матрикса в межмембранное пространство. Особое значение в транспорте водорода в межмембранное пространство отводится КоQ, который является липофильным веществом и может легко перемещаться по мембране В результате между двумя сторонами внутренней мембраны создается электрохимический протонный градиент:  н =   + z рН,  - мембранный потенциал (разница зарядов наружной и внутренней, отрицательной поверхности мембраны) z рН – градиент рН ( формируется за счет более кислой среды межмембранного пространства) Электрохимический потенциал заставляет протоны двигаться в обратном направлении – с наружной поверхности внутрь. Однако внутренняя мембрана непроницаема для них, за исключением специальных пор – протонных каналов. В области этих каналов на внутренней поверхности внутренней мембраны располагается АТФ-синтетаза. Энергия обратного тока электронов по этому градиенту используется АТФ-синтетазой, катализирующей образование АТФ по следующей реакции:АДФ + Н3 РО4  АТФ + Н2 О АТФ синтетаза – интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи. АТФ-синтетаза состоит из 2 белковых комплексов, обозначаемых как F0 и F1. Гидрофобный комплекс F0 погружен в мембрану. Он служит основанием, которое фиксирует АТФ-синтетазу в мембране. Комплекс F0 состоит из нескольких субъединиц, образующих канал, по которому протоны переносятся в матрикс. Комплекс F1 выступает в митохондриальный матрикс. Он состоит из 9 субъединиц, которые образуют сферический вырост. Повышение концентрации протонов в межмембранном пространстве активирует АТФ-синтетазу. Электрохимический потенциал заставляет протоны двигаться по каналу АТФ-синтетазы в матрикс. Параллельно под действием электрохимического потенциала происходит конформационное изменение субъединиц F1 комплекса, в результате чего из АДФ и неорганического фосфата образуется АТФ. Образующаяся АТФ, при участии фермента адениннуклеотидтранслоказы с абсолютной специфичностью, транспортируется из матрикс на наружную сторону мембраны и попадает в цитозоль. АДФ транспортируется за счет антипорта АТФ. Фосфат транспортируется по типу симпорта с ионами водорода при участии фермента фосфаттранслоказы. ИНГИБИТОРЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ И ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ Ингибиторы можно разделить на 3 группы:1) Ингибиторы собственно дыхательной цепи;2)Ингибиторы окислительного фосфорилирования;3)Разобщители окислительного фосфорилирования. 1) Ингибиторы, блокирующие дыхательную цепь, могут действовать в 3 местах, соответствующих трем комплексам дыхательной цепи: В первом комплексе дыхательная цепь ингибируется барбитуратами (например, амобарбиталом), а также ротеноном (высокотоксичное в-во, добываемое из растений, которое использовалось американскими индейцами в качестве яда при ловле рыб). Эти ингибиторы препятствуют НАД-зависимому окислению субстратов. Второй участок, где может блокироваться дыхательная цепь - это участок между цитохромом b и цитохромом с, т.е. во втором комплексе. Таким ингибитором является антибиотик антимицин А.Третий участок - это цитохромоксидаза. Он ингибируется классическими ядами - сернистым водородом, окисью углерода и цианидом. 2) К ингибиторам, подавляющим стадию фосфорилирования относится антибиотик олигомицин. Он полностью блокирует окисление и фосфорилирование в интактных митохондриях за счет того, что не пропускает протоны через канал F0.Атрактилозид также ингибирует окислительное фосфорилирование. Он ингибирует фермент - транслоказу, который производит поступление АДФ в митохондрию и выход АТФ из митохондрий. Разобщители отличаются тем, что они нарушают систему сопряжения процессов окисления в дыхательной цепи и фосфорилирования. В этих условиях процесс дыхания происходит неконтролируемым образом. Т.е. концентрации АДФ и Рi в этом случае не являются лимитирующими.Различают разные типы разобщения Механизм разобщения: Снижение электрохимического градиента н. Устранение мембранного потенциала и/или протонного градиента.Динитрофенол - градиент протоновВалиномицин – перенос ионов калияГрамицидин – перенос ионов калия, натрия Разобщители, как правило легко растворимы в липидном слое мембран, этим и объясняется их действие как разобщителей.Среди разобщителей надо назвать некоторые лекарственные вещества: строфантин, папаверин, салицилаты.Разобщителями могут быть и собственные соединения организма, его естественные метаболиты, например, жирные кислоты. Это имеет большое значение для организма на холоде. Снижение температуры возбуждает терморецепторы, это ведет к повышению выделения норадреналина. Затем увеличивается липолиз, повышается содержание ВЖК, увеличивается концентрация ацетил-КоА. Это ведет к повышению активности цикла Кребса, повышению содержания НАДН и ФАДН2. Увеличивается активность тканевого дыхания, возрастает электрохимический потенциал . ВЖК снижают электрохимический потенциал, синтез АТФ снижается, но н будет расходоваться на согревание. При этом на холоде человек дрожит. Рефлекторно возникает возбуждение терморецепторов, снижается содержание АТФ, увеличивается - АДФ. Активируется ЦТК. Увеличивается концентрация НАДН, повышается электрохимический потенциал - человек согревается. Гормоны это химические соединения, синтезируемые специализированными (эндокринными) железами в очень малых концентрациях (нмоль/л,пмоль/л), оказывающие действие вдали от места синтеза (дистантность), обладающие высокой биологической активностью (эффект усиления). Гипоталамуслиберины и статины Гипофизтропные гормоны Тиреотропный АКТГ пролактин Щитовидная железа надпочечники Молочные железы Гонадотропный гормон Половые железы Тиролиберин кортиколиберин гонадолиберин Периферические железы Классификация и механизм действия гормоновСуществует несколько видов классификации гормонов:По железам внутренней секреции разделяют: гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной, паращитовидной, поджелудочной желез и т.д. По биологическому действию можно выделить гормоны, влияющие на углеводный, белковый, липидный обмен, минеральный, водно-солевой обмены. 3. По химической природе гормоны делят на:а) Белки и пептиды– к ним относятся, например, гормоны гипоталамуса, гипофиза, инсулин, глюкагонб) Гликопротеины – тиреотропный гормон, ФСГ, ЛГв) Производные аминокислот – адреналин, тироксин, трийодтиронинг) Стероидные: гормоны коры надпочечников, половые гормоны По механизму действия гормоны подразделяют на:мембранный механизм действия – для гормонов, влияющих на структуру и проницаемость мембраны клеток, например белковые гормоны, адреналин, инсулин.внутриклеточный механизм действия - для гидрофобных гормонов, которые могут приникать внутрь клетки (стероиды и гормоны щитовидной железы) Классификация является условной, т.к. практически очень трудно выявить механизм действия гормонов. В последнее время в молекулярной биологии используется классификация гормонов по физико-химическим свойствам (полярности). Все гормоны подразделяются на две неравные группы:полярные, или гидрофильные гормоны — белки, пептиды и производные аминокислот (кроме тиреоидных гормонов). неполярные, или гидрофобные гормоны — стероиды (половые гормоны и гормоны коры надпочечников.) и тиреоидные гормоны. Механизм действия гормоновПодразделение гормонов на гидрофильные и гидрофобные имеет принципиальное значение, т.к. связано с механизмом действия. а)Гидрофильные гормоны не способны проникать через плазмолемму. Должен существовать специальный механизм для восприятия сигнала и передачи его на эффекторные структуры.б)Гидрофобные же гормоны проходят через мембраны клетки и действуют внутриклеточно (в «сопровождении» специального рецепторного белка, достигают определенных областей хромосом). Общая схема действия гидрофильных гормоновДля каждого гидрофильного (полярного) гормона на по­верхности клеток-мишеней имеются белки-рецепторы. Возбуждение рецептора гормоном ведет к изменению концентрации в клетке определенного внутриклеточного медиатора. Такими медиаторами (вторичным посредником) могут быть цАМФ, цГМФ, Инозитолтрифосфатоксид азота (N0), эйкозаноиды, и т. д. цАМФГормоны, взаимодействие которых с рецепторами клетки-мишени приводит к образованию цАМФ, действуют через трехкомпонентную систему. Эта система (еще ее называют аденилатциклазной) включает белок-рецептор, G-белок и фермент аденилатциклазу.G белок состоит из 3 субъединиц - , , . В отсутствии гормонального сигнала эти субъединицы связаны между собой, а - субъединица еще связана с ГМФ. -Субъединица бывает двух типов стимулирующего (s) и ингибирующего (I) . G-белок контактирует с рецептором, воспринимающим внешний сигнал. Связывание гормона с рецептором приводит к изменению структуры G-белка:вначале -субъединица теряет сродство к ГМФ и заменяет его на ГТФ В связанном с ГТФ состоянии -субъединица высвобождается из комплекса, диффундирует по внутренней поверхности и активирует (если это s) или ингибирует ( если I) аденилатциклазучерез некоторое время ГТФ гидролизуется до ГМФ, в результате чего -субъединица отделяется от АЦ и связывается с другими субъединицами G-белка (т.е. возвращается в исходное состояние)Аденилатциклаза синтезирует из АТФ циклический аденозинмонофосфат (цАМФ)цАМФ активирует протеинкиназу Протеинкиназы (ПК) — специальные регуляторные ферменты, способные фосфорилировать (за счет фосфатных групп АТФ) строго определенные белки, причем по строго определенным аминокислотным остаткам серина, треонина или тирозина (все эти аминокислоты содержат в радикале гидроксильную группу).Фосфорилирование (и обратное ему дефосфорилирование под действием протеинфосфатаз) — один из наиболее универсальных способов регуляции активности белков — как структурных, так и ферментов (см. регуляцию активности ферментов). Такая химическая модификация белка меняет его конфигурацию. В итоге в одних случаях активность белка в результате фосфорилирования повышается, в других — напротив, снижается.цАМФ гидролизуется фосфодиэстеразой. Ингибиторы фосфодиэстеразы (кофеин, например), увеличивая внутриклеточный уровень цАМФ, усиливают действие гормонов. ИнозитолтрифосфатИнозитолтрифосфат является вторичным посредником для гормонов, связывающихся с рецептором подобному 2-адренорецептору, который активирует G-белок, последний, в свою очередь, стимулирует фосфолипазу С. Основным субстратом этого фермента является мембранный липид – фосфатидилинозитолдифосфат (см химию липидов). При действии гормона в мембране клеток-мишеней увеличивается активность фосфолипазы С, которая расщепляет фосфатидилинозитол-4-5-дифосфат на инозитол-1,4,5-трифосфат (ИТФ) и диацилглицерол (ДАГ). ИТФ как полярное вещество легко диффундирует внутри клетки, связываясь с кальцевыми каналами плазмолеммы и эндоплазматического ретикулума. В результате чего повышается концентрация кальция. Кальций активирует белки-ферменты, кальмодулин. Кальций-зависимыми ферментами являются, например, киназа фосфорилазы, пируваткарбоксилаза, дегидрогеназы, киназа гликогенсинтетазы. Диацилглицерол неполярное гидрофобное вещество, которое способно лишь к латеральной диффузии в составе плазмолеммы. Он активирует еще один мембраносвязанный регуляторный фермент – протеинкиназу С (ПК-С). У ПК-С множество белков-мишеней, что и определяет физиологический ответ. В регуляторной цепочке нередко имеется не одна ПК (протеинкиназа), а каскад из двух или даже более протеинкиназ. Первая из них (которая непосредственно активируется вторичным посредником фосфорилирует другую ПК, а эта вторая ПК действует уже на непосредственные объекты регуляции. В качестве последних могут быть ключевые ферменты метаболизма, структурные белки, факторы транскрипции или трансляции. Фосфорилирование или дефосфорилирование каких-то из этих белков и вызывает тот конечный эффект, который «требовал» от клетки действующий на нее гормональный сигнал:изменяется активность соответствующих ферментов или структурных белков,изменяется активность соответствующих генов и скорость синтеза ферментов или структурных белков. Общая схема действия гидрофобных гормоновДля гидрофобных (неполярных) гормонов мембранные рецепторы не требуются: как уже отмечалось, эти гормоны диффундируют через плазмолемму клетки-мишени. Правда, отсюда следует, что они могут проникать и в любые другие клетки. Но в цитоплазме (или в ядрах) клеток-мишеней содержатся специфические рецепторные белки, связывающие соответствующие гормоны. Благодаря этому, диффузия гормона в клетку-мишень оказывается значительно более интенсивной, чем в прочие клетки. Комплекс рецептор-гормон (если он образуется в цитоплазме) проникает в клеточное ядро, достигая тех или иных генов, причем активность одних генов может возрастать, а других (в той же клетке) — уменьшаться. Комплекс рецептор-гормон влияет на сродство определенных транскрипционных факторах (ТЕ) к соответствующим участкам ДНК (энхансерам). В каких-то случаях это сродство повышается и тогда РНК-полимераза с большей скоростью связывается с промотором регулируемого гена, начинает считывать информацию, т.е. стимулируется транскрипция, а с ней и синтез определенного белка. В других случаях, напротив, сродство ТР к энхансеру снижается и синтез белка тормозится. Не исключено также, что комплекс рецептор-гормон и сам может выступать в роли транскрипционного фактора. Гормон проникает через мембрану, связывается с рецептором, активирует экспрессию определённого гена Итак, если гидрофильные гормоны могут влиять как на активность ферментов (белков), так и на их синтез, то гидрофобные гормоны - лишь на синтез белков, реализуемое на генном уровне.

Приложенные файлы

  • ppt 14664006
    Размер файла: 979 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий