Реакции окисления и восстановления биоорганических соединений. Структура и функции биолекул

Метаболизм (обмен веществ)
Живая клетка - открытая система, постоянно обменивающаяся с внешней средой веществами и энергией: в неё поступают питательные вещества, которые подвергаются превращениям и используются в качестве строительного и энергетического материала, из клетки выводятся конечные продукты метаболизма.
В клетке постоянно происходит большое количество разнообразных химических реакций, которые формируют метаболические пути - последовательное превращение одних соединений в другие.
Метаболизм - совокупность всех метаболических путей, протекающих в клетках организма.
Среди всех метаболических путей, протекающих в организме, выделяют противоположно направленные процессы: катаболизм и анаболизм.
Катаболизм - распад сложных веществ до простых с высвобождением энергии.
Анаболизм - синтез из простых более сложных веществ.
Пути катаболизма и анаболизма сопряжены через переносчиков энергии.

Метаболизм (обмен веществ)

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции
В ходе реакций катаболизма образуются первичные доноры электронов, которые окисляются ферментами NAD+-зависимыми и FAD-зависимыми дегидрогеназами.
Дегидрогеназы доставляют электроны универальным акцепторам электронов - никотинамиднуклеотидам (NAD+ или NADР+) или флавиннуклеотидам (FAD или FMN).
Запасание энергии в ходе окисления субстратов связано с восстановлением NAD+ и FAD.
NAD-зависимые дегидрогеназы отщепляют от окисляемых субстратов 2 атома водорода: 1 в форме гидрид-иона присоединяется к NAD+, другой в виде иона Н+ переходит в среду.
В восстановленной форме NADH (или NADPH) – водорастворимые переносчики, могут отсоединяться от фермента и служат донорами электронов для других ферментов (NADH в реакциях катаболизма, NADPH в реакциях анаболизма).
Флавиннуклеотиды FMN или FAD связанны с белком прочными связями. Поэтому в реакциях участвует 2ой субстрат – как правило убихинон. Окисленные формы флавиннуклеотидов могут принимать 1 электрон или 2 электрона с образованием FADH2 или FMNН2.

Механизмы окисления и восстановления

Механизмы окисления и восстановления
Микросомальное окисление - совокупность реакций первой фазы биотрансформации ксенобиотиков и эндогенных соединений, катализируемых ферментными системами мембран эндоплазматического ретикулума при участии цитохрома Р-450. Эта система наиболее активна в печени. В клетках некоторых тканей (кора надпочечников) окислительная система локализована в мембранах митохондрий.

Механизмы окисления и восстановления
Наиболее типичная ферментативная активность микросомальной системы — окисление липофильных субстратов, осуществляемое с помощью активации молекулярного кислорода (монооксигеназные реакции):

Окисление гидроскильных и оксогрупп

Окисление гидроскильных и оксогрупп

Окислительное дезаминирование

Окисление непредельных и ароматических соединений

Окисление непредельных и ароматических соединений

Реакции восстановления

Реакции восстановления

Обратимые окислительно-восстановительные системы организма

Обратимые окислительно-восстановительные системы организма
Убихинон

Обратимые окислительно-восстановительные системы организма
Организация дыхательной электрон-транспортной цепи

Обратимые окислительно-восстановительные системы организма

Обратимые окислительно-восстановительные системы организма