Метаболизм. Энергетический обмен

Усиление процессов метаболизма

Методы биохимического изучения метаболизма
Биохимический процесс
субстрат M1 M2 M3 продукт
Содержание метаболитов (промежуточных веществ) в биологических жидкостях характеризует протекание обменных процессов.

Энергетический обмен
Это совокупность биохимических процессов в результате которых синтезируется АТФ
Пути синтеза АТФ
1. Окислительное фосфорилирование
(аэробный путь)
АДФ + Н3 РО4 + энергия = АТФ
2. Субстратное фосфорилирование (анаэробный путь)
АДФ + S ~ Ф = АТФ + S

Биологическое окисление
Это основной способ распада соединений в клетке
Виды реакций биологического окисления:
- присоединение атомов О2
- отщепление атомов Н2
- перенос электронов (е)

Варианты окисления веществ в клетке
1. При аэробном окислении на последнем этапе водород передается на О2 , который мы получаем при дыхании, и образуется вода - конечный продукт обмена.
2НАДН2 + О = Н2О + 2 НАД
2. При анаэробном окислении (гликолизе) происходит восстановление пировиноградной кислоты (ПВК) до молочной кислоты:
СН3-СО- СООН + НАДН2 = СН3-СНОН- СООН + НАД
ПВК молочная кислота

Этапы энергетического обмена
1 этап - гидролитический
Протекает в пищеварительной системе. Молекулы белков, жиров и углеводов пищи расщепляются до мономеров пищеварительными ферментами – гидролазами .
Белки + Н2О аминокислоты
пептидаза
Жиры + Н2О ВЖК + церин
липаза
Крахмал + Н2О n (глюкоза)
амилаза
Выделенная энергия рассеивается в виде тепла

2 этап - межуточный

3 этап - Цикл трикарбоновых кислот

Итог цикла Кребса
Суммарная реакция цикла Кребса: АцSKoA+ 3НАД + ФАД + ГДФ + Ф
2СО2 + 3 НАДН2 + ФАДН2 + ГТФ
Образующаяся в цикле Кребса ГТФ дает АТФ по реакции :
ГТФ + АДФ = ГДФ + АТФ
Регуляция цикла Кребса. Цикл Кребса активируется адреналином и инсулином, и ингибируется высокой концентрацией АТФ в митохондриях.

4 этап. Тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование
(ТД и ОФ)
Протекает на внутренней мембране митохондрий. Состоит из двух сопряженных процессов: тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.
Тканевое дыхание – это процесс переноса электронов по цепи дыхательных ферментов на кислород с образованием электрохимического потенциала и тепла.
Окислительное фосфорилирование – синтез АТФ на внутренней мембране митохондрий из АДФ и фосфорной кислоты (Н3РО4) за счет энергии электрохимического потенциала.

Ферменты тканевого дыхания
1 комплекс - флавопротеид и кофермент Q. 2 комплекс - цитохромы В1, С и С1, содержат катионы железа
3 комплекс - цитохромы А и А3, содержат катионы меди.
Хемиосмотическая теория П. Митчелла
НАДН2 подает 2 протона и 2 электрона в 1 комплекс, а ФАДН2 во второй комплекс ТД. При движении электронов по цепи дыхательных ферментов на кислород выделяется энергия, которая используется для выброса протонов (Н+) из матрикса в межмембранное пространство. За счет возникновения разницы в концентрации протонов по обе стороны внутренней мембраны митохондрий создается электрохимический потенциал (ΔμΗ+).

Механизм сопряжения ТД и ОФ

Выводы
Электрохимический потенциал, создающийся в тканевом дыхании используется протонзависимой АТФ-синтетазой для синтеза АТФ.
При окислении 1 молекулы НАДН2 образуется
3 АТФ, а при окислении ФАДН2 - 2 молекулы АТФ.
Основная энергия катаболизма выделяется на 4 этапе и аккумулируется в АТФ.
В мышечной клетке митохондрии связаны в единую цепь в виде гигантской разветвленной митохондрии.
Цианиды и угарный газ связываются с 3 комплексом цитохромов и подавляют синтез АТФ