Строение пируватдегидрогеназного комплекса:

3 фермента:

1) пируватдегидрогеназа (Е1)

2) дигидролипоамидацелтрансфераза (Е2)

3) дигидролипоамиддегидрогеназа (Е3)

5 коферментов:

1) тиаминдифосфат (ТДФ)

2) липоевая кислота, связанная с Е2 - липоамид

3) ФАД

4) НАД+

5) СоА

Витамины и коферменты, используемые в процессе:

1 реакция

Пируватдегидрогеназа (Е1), кофермент – тиаминдифосфат(включает витамин В1),

функция – окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты.

2 и 3 реакции

Дигидролипоамидацетилтрансфераза (Е2), кофермент – липоевая кислота, функция – перенос ацетильной группы на HS-КоА и образование ацетил-SКоА

4 и 5 реакции

Дигидролипоамиддегидрогеназа (Е3), кофермент – ФАД, функция – регенерация окисленной формы липоамида, образование НАДН + Н+ и возвращение комплекса в исходное состояние.

Регуляция комплекса:

Активность пируватдегидрогеназного комплекса регулируется различными способами: доступностью субстратов, ингибированием продуктами реакции, аллостерическим путем, путем ковалентной модификации.

На примере ковалентной модификации:

В состав ПДК входят 2 регуляторных субъединицы - киназа ПДК (фосфорилирует ферменты комплекса и инактивирует ПДК; а фосфатаза (дефосфорилирует ферменты, превращая комплекс в активную форму). Они действуют на фермент Е1(киназа активируется при избытке АТФ, а фосфатаза активируется при поступлении ионов кальция или инсулином).

2. Опишите состав, структуру, номенклатуру и функции дыхательных комплексов и других компонентов цепи переноса электронов.

I комплекс,
НАДН-KoQ-оксидоредуктаза

I комплекс носит рабочее название НАДН-дегидрогеназа, кофермент – ФМН,

Функция

1. Принимает электроны от НАДН и передает их на коэнзим Q (убихинон).

2. Переносит 4 иона Н⁺ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.

II комплекс

Включает в себя ФАД-зависимые ферменты (напр. сукцианатдегидрогеназа ), расположенные на внутренней мембране.

Функция

1. Восстановление ФАД в окислительно-восстановительных реакциях.

2. Обеспечение передачи электронов от ФАДН₂ на железосерные белки внутренней мембраны митохондрий. Далее эти электроны попадают на коэнзим Q.

III комплекс

КоQ-цитохром С – оксидоредуктаза

Это комплекс цитохромов b-c ₁.

Функция

1. Принимает электроны от коэнзима Q и передает их на цитохром с.

2. Переносит 4 иона Н⁺ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.

IV комплекс,
цитохром с – кислород-оксидоредуктаза

IV комплекс – цитохромоксидаза или комплекс цитохромов аа₃.

Функция

1. Принимает электроны от цитохрома с и передает их на кислород с образованием воды.

2. Переносит 2 иона Н⁺ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.

V комплекс
фермент АТФ-синтаза

Состоит из множества белковых цепей, подразделенных на две большие группы:

субъединица F_о – ее функция каналообразующая, по ней выкачанные наружу протоны водорода устремляются в матрикс.

субъединица F₁ – ее функция каталитическая. Она, используя энергию протонов, синтезирует АТФ.

3. Напишите ферментативные реакции образования супероксид анион-радикала, активных форм азота и хлора. Какова дальнейшая судьба и роль этих активных форм?

а) образование супероксид анион-радикала

не обладает сильными окислительными свойствами, но представляет большую опасность, поскольку является источником образования более активных АФК

б) образование активных форм хлора

в) образование активных форм азота

 

Билет 5

1. Охарактеризуйте цикл трикарбоновых кислот. Укажите его функции и энергетическое значение. Дайте характеристику витаминов и коферментов, используемых в процессе.

ЦТК – заключительный этап катаболизма, в котором углерод ацетильного остатка ацетил Ко-А окисляется до 2 молекул СО2. Атомы водорода, освобождающиеся в ОВР, доставляются в ЦПЭ при участии NAD- и FAD-зависимых дегидрогеназ, в результате чего происходят синтез воды и окислительные фосфорилирование АДФ. Связь между атомами углерода в ацетил Ко-А устойчива к окислению. В условиях организма окисление ацетильного остатка происходит в несколько этапов, образующих циклический процесс из 8 реакций.

Каждый оборот цикла лимонной кислоты сопровождается синтезом 11 молекул АТФ путем окислительного фосфорилирования. Одна молекула АТФ образуется путем субстратного фосфорилирования. В итоге на каждый ацетильный остаток, включенный в ЦТК, образуется 12 молекул АТФ.

Значение этого процесса в том, что он является главным генератором водорода для цепей транспорта электронов, то есть именно он в основном обеспечивает их функционирование, а, следовательно, и синтез АТФ. Локализован цикл Кребса в матриксе митохондрий. Этот процесс является интегративным – он объединяет пути катаболизма углеводов, белков и липидов: в ходе распада всех этих соединений появляется ацетил Ко-А, который и расщепляется до конца в ЦТК.

 

Ферменты и коферменты:

1 реакция

Пируватдегидрогеназа (Е1), кофермент – тиаминдифосфат, функция – окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты,

2 и 3 реакции

Дигидролипоат-ацетилтрансфераза (Е2), кофермент – липоевая кислота, функция – перенос ацетильной группы на HS-КоА и образование ацетил-SКоА

4 и 5 реакции

Дигидролипоат-дегидрогеназа (Е3), кофермент – ФАД, функция – регенерация окисленной формы липоамида, образование НАДН+Н+ и возвращение комплекса в исходное состояние.

Регуляторными являются следующие ферменты ЦТК: цитратсинтаза (ингибируется НАДН и АТФ), изоцитратдегидрогеназа (ингибируется НАДН и АТФ, активируется АДФ), сукцинатдегидрогеназа (ингибируется ЩУК, активируется сукцинатом, фумаратом, Н3РО4)

2. Дайте характеристику процессу окислительного фосфорилирования. Поясните механизм сопряжения окисления и фосфорилирования.

Окислительным фосфорилированием называют синтез АТФ путем фосфорилирования АДФ за счет энергии трансмембранного электрохим потенциала, возникающего при освобождении энергии электронами окисленного субстрата в процессе миграции этих электронов по дыхательной цепи к вдыхаемому кислороду. То есть окисл фосфорилирование – это синтез АТФ, связанный с переносом электронов по дыхательной цепи, это синтез АТФ за счет энергии окисления субстрата. Происходит в аэробных условиях

Основные этапы окислительного фосфорилирования:

1. Образующиеся в реакциях катаболизма НАДН и ФАДН2 передают атомы водорода (т.е. протоны водорода и электроны) на ферменты дыхательной цепи.

2. Электроны движутся по ферментам дыхательной цепи и теряют энергию.

3. Энергия электронов используется на выкачивание протонов Н+ из матрикса в межмембранное пространство.

4. В конце дыхательной цепи электроны попадают на кислород и восстанавливают его до воды.

5. Протоны Н+ стремятся обратно в матрикс и проходят через АТФ-синтазу.

6. При этом они теряют энергию, которая используется для синтеза АТФ.

Под сопряжением окисления с фосфорилированием понимают превращение энергии электронов окисленного субстрата, проходящих по дыхательной цепи, в промежуточную форму – в энергию трансмембранного потенциала с последующим использованием ее для фосфорилирования АДФ, то есть для синтеза АТФ. Протонный градиент создается путем выталкивания ионов водорода в межмебранное пространство в 3 участках дых цепи: при переходе электронов с ФМНН2 через FeS-белок на KoQ, при переходе электронов с KoQH2 через FeS-белок на цитохром Ci при переходе электронов от цитохрома, а через цитохром а3 к кислороду. Эти участки цепи транспорта электронов обозначают как пункты сопряжения дыхания с фосфорилированием.

3. Напишите ферментативные реакции образования пероксида водорода. Какова дальнейшая судьба и роль пероксида водорода?

Пероксид водорода образуется с помощью фермента супероксидазы из:
а) диоксида 2∙О2- + 2H+ → Н2О2 + О2
б) протонированной формы диоксида 2 НО2∙ → Н2О2 + О2

Пероксид водорода не является радикалом и, будучи нейтральной молекулой, легко проникает через гидрофобные мембраны. Токсические эффекты перекиси водорода проявляются при концентрации более 5х10^-5, которая наблюдается в очагах воспаления благодаря активации фагоцитирующих клеток. Пероксид водорода занимает особое место в генерации АФК в лейкоцитах для уничтожения инфицирующих микроорганизмов.
Н2О2 в присутствии миэлопероксидазы и перксидазы эозинофилов служит источником гипогалогенидов (например, HClO), которые тоже токсичны и подавляют микрофлору:
HCl + Н2О2 → HClO + H2O

В организме пероксид водорода постоянно разрушается за счет ферментов каталазы
(2Н2О2 → 2Н2О +О2) и пероксидазы (SH2 + Н2О2 → S + 2H2O).

Свободно проникая внутрь клетки, перокисид водорода взаимодействует с ионами металлов (железо, медь), в результате чего образуется гидроксид-радикал (гидроксильный радикал) НО∙:

Н2О2+ Cu+ → Cu2+ + ОН- + НО∙

Билет 6

1.Напишите последовательность реакций цикла трикарбоновых кислот. Поясните анаболические функции цикла трикарбоновых кислот. Отметьте анаплеротические реакции и их значение.

Анаплеротические пути

Промежуточные соединения цикла трикарбоновых кислот, покинувшие цикл и задействованные в синтезе различных соединений, замещаются за счёт специальных анаплеротических реакций. В нормальных условиях реакции, в ходе которых промежуточные соединения цикла вовлекаются в другие метаболические пути, и реакции, возмещающие их уход, находятся в динамическом равновесии, поэтому концентрация промежуточных соединений цикла трикарбоновых кислот поддерживается постоянно.

Ниже в таблице представлены важнейшие анаплеротические реакции:

 

Реакция	Фермент	Ткань/организм
пируват + НСО3− + ATP ⇌ оксалоацетат + ADP + Pi	пируваткарбоксилаза	печень, почки
фосфоенолпируват + СО2 + GDP ⇌ оксалоацетат + GTP	фосфоенолпируваткарбоксикиназа	сердце,скелетные мышцы
фосфоенолпируват + НСО3− ⇌ оксалоацетат + Pi	фосфоенолпируваткарбоксилаза	высшие растения,дрожжи, бактерии
пируват + НСО3− + NAD(P)H ⇌ малат + NAD(P)+	малик-энзим	широко распространена среди эукариот и бактерий