Існують різні теорії біологічного окислення:
Перекисна теорія біологічного оксісленія Баха
Окислення глюкози - Палладін.
Біологічне окислення. або тканинне дихання - це окислювально-відновний процес розкладання субстратів (S), пов'язаний з утворенням води при перенесенні електронів від Н + до О2 і виділенням Е.
Механізм тканинного дихання був розкритий завдяки дослідженням вчених різних країн: Варбург (Німеччина), Палладін, Бах, (Росія) та ін. (Кінець 19-початок 20 ст.)
Тканинне дихання - це Поліферментний ланцюг перенесення # 8494; ~ і Н + від S (донора водню) на кисень. Цей ланцюг переносників називається дихальної ланцюгом.
Водень використовується організмом як головне паливо для утворення енергії. В мітохондріях потік електронів від водню спрямовується до кінцевого акцептору кисню, при цьому утворюється молекула води, яка є кінцевим продуктом тканинного дихання. # 9552;> Тканинне дихання - окислення субстрату, що приводить до його розпаду і утворення енергії.
Наприклад, розпад ГЛК до кінцевих продуктів обміну сумарно виражається наступним рівнянням: С6 Н12 ПРО6 + 6О2 # 9552;> 6 СО2 +6 Н2 О + 2850 кДж / моль.
Це перетворення здійснюється (як і окислення ін. S). шляхом дегідрування або відщеплення від окисляемого в-ва Н + і # 8494; ~. При кожному дегидрировании Н2 приєднується до дещо (до коферменту ДГ) і дещо відновлюється:
Найчастіше такі реакції відбуваються в мітохондріях. Відновлені коферменти надходять в дихальний ланцюг, де вони знову окислюються.
Напр. НАД • Н2 # 9552;> НАД + 2Н +
Відщепився Н + передається не менше ніж через 5 переносників (до 80) до кінця ланцюга, де поєднаються з молекулою О2 і утворює воду. Перехід Н + по ЕПЦ складається з ряду окислювально-відновних реакцій. У деяких з цих реакцій утворюється досить Е для освіти АТФ.
Сполучення тканинного дихання (освіта Н2О) і фосфорилювання (утворення АТФ) називаетсяокіслітельним фосфорилюванням.
Структура і функції дихальної ланцюга (ЕПЦ).
Дихальна ланцюг складається з наступних переносників. р + і е~
1) Пірідінзавісімие ДГ,
їх коферментом служать НАД або НАДФ, похідні нікотинової кислоти (вітамін РР) і аденіну. Їх> 150.
Субстрат (НАДФ) оксиди. (НАДФ • Н2)
Приєднання і віддача е~ і Н + відбувається за рахунок аміду нікотинової кислоти. НАД головним чином знаходиться в мітохондріях, використовується для перенесення # 8494; ~ і р + від S до О2; НАДФН2 використовується головним чином при синтезі Ж.К.
НАДФ никотинамидадениндинуклеотид нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат
2) Флавіновие ферменти ≈ 30
Простетичної групою є ФАД і ФМН. Це такі після пірідінзавісімих ДГ переносники
НАД # 8729; Н2 + ФАД (ФМН) # 61486; ↔ НАД + Фн # 8729; Н2
Фн 2Н + 2 # 8494; ~
ФАД грає роль первинного переносника р + і е + (окислення сукцинату ЖК) ФАД, ФМН в відрізни від НАД міцно зв'язується з субстратом
3) Убихинон, КоQ10, Q переносник р + і # 8494; ~ від Фн
Фн # 8729; Н2 + # 61486; Q ↔ Фн + Q # 8729; Н2
2Н 2 # 8494; ~ убіхінол
4) Цитохроми переносять тільки електрони, мають простетичної групу подібну гему гемоглобіну, відрізняються білковим компонентом і деякими радикалами в простетической групі. Чи включається в такій послідовності:
b1 c1 c - це проміжні переносники е.
Аа3 (цитохромоксидаза) - кінцевий переносник, називається термінальним дихальним ферментом, тому що безпосередньо взаємодіє з О2 і містить іони Сu + 1 → Сu + 2. основну функцію виконує гемовое залізо
2 Fе +2 + ½ О2 про D 2 Fе +3 + Про -2
На ділянках між НАД і Q відбувається перенос 2 # 8494; ~, а з Q на суtb - тільки 1 # 8494; ~, тому в ланцюзі на 1 НАД беруть участь 2 ряди суt.
Спрощена схема ЕПЦ.
Н2 від первинних донорів (S) вводиться в дихальний ланцюг за участю ФАД- і НАД-залежних ДГ.
НАД залежні ДГ переносять Н + з НАДН2 на Фп, потім на убіхінон, ФАД-залежні ДГ переносять Н + відразу на убіхінон.
На стадії освіти убихинона зливаються обидва потоку Н + вводяться в дихальні ланцюг НАД- і ФАД- залежними ДГ.
Потім шляхи р + і е~ розходяться: р надходять в матрикс, # 8494; ~ через цитохроми передаються на О2. В результаті тканинного дихання в добу утворюється
300-400 мл. води (так звана «метаболічна» вода).
Зазвичай мітохондрії мають форму циліндра з закругленими краями; дл. 1-4 мкм; d = 0,3 - 0,7 мкм. У різних клітинах форма, розміри, число мітохондрій різному. Мітохондрії мають зовнішню і внутрішню мембрани за типом мішок в мішку. Внутрішня мембрана (ВМ) має випинання Крісті. Вміст простору, обмежену вн.м. називається матриксом.
Зовнішня мембрана вільно проникна для молекул з Мr до 5000Да. Проникність ВМ обмежена і вибіркова і визначається наявністю спеціальних транспортних систем. НАД-залежні і деякі ФАД-залежні ДГ вбудовані у ВМ мітахондрію, їх АЦФ звернені всередину матриксу, тому що саме в матриксі знаходяться їх S.
Сполучення тканинного дихання і фосфору суtлірованія.
Для освіти АТФ необхідна витрата енергії. У ЕПЦ вона утворюється на 3-х ділянках
Т.ч. окисне фосфорилювання - це синтез АТФ.
Ф-ти ЕПЦ фіксовані у ВМ мітохондрій т.ч. що їх дія векторне (спрямоване).
Основним проявом векторності в ЕПЦ є перенесення протонів Н + з внутрішньої сторони мембрани на зовнішню.
З НАД • Н2 # 8494; ~ переходять на Фп, Н + звільняються в ММП;
# 8494; ~ з Фн • H2 переходять на Q, а протони знову надходять в ММП
Q • Н2 (убіхінол) також вивільняє Н + в ММП, електрони переходять на цитохроми.
Фп і Q отримують протони з матриксу, а НАД • H2 від S.
Т.ч., при переході за все 2х # 8494; ~ в ММП переходять 6Н +. Ланцюг переносу е~ працює як протонний насос, перекачуючи Н + з матриксу в ММП; В результаті на всі боки мембрани створюється різниця потенціалів зі знаком + на НМ.
Електрохімічний потенціал змушує Н + рухатися в зворотному напрямку, тобто з зовнішньої на внутрішню мембрану. Однак ВМ НЕ проникна для Н +. за винятком спеціальних ділянок, які називаються протонними каналами. У них на внутрішній стороні розташовується фермент Н + -АТФ-синтетаза. каталізує реакцію: АДФ + Ф = АТФ + Н 2 О - утворюється АТФ за допомогою ферменту транслокази транспортується з матриксу на зовнішню сторону мембрани і потрапляє в цитозоль. Транслоказ одночасно переносить АТФ в зворотному напрямку (з цитозолю в матрикс).
Всі ці дані становлять основні положення хеміоосмотіческой теорії Мітчелла (1961р.) - теорії окисного фосфорилювання.
Кожна пара протонів сприяє утворенню 1 мовляв. АТФ.
Роз'єднання процесів тканинного дихання і фосфорилювання спостерігається при наявності в клітинах «протонофоров» - тобто молекул, здатних переносити Н + через мембрану (ВМ). В цьому випадку вирівнюється градієнт концентрації, зникає рушійна сила фосфорилювання. До числа протонів відносяться 2,4 динитрофенол, гормони щитовидної залози, жирні кислоти та ін.
З'єднання, разобращающіе окислення і фосфорилювання, називаються роз'єднувача.
В мітохондріях дихання не завжди пов'язане з фосфорилюванням. Такий шлях окислення S-в в дихальні ланцюги Ленинджер був названий вільним окисленням або нефосфорілірующім окисленням. В іншому випадку ЕПЦ працює «вхолосту», вся енергія окисляються S переходять в теплову. Мітохондрії стають своєрідною клітинної «грубкою». Це необхідно в тих випадках, коли потреба в теплоті для організму важливіше, ніж потреба в енергії (при переохолодженні).
Основні компоненти їжі.
З точки зору законів термодинаміки живі організми - це термодинамічно відкриті системи, тобто такі системи, які постійно обмінюються із зовнішнім середовищем речовинами і енергією (закриті - тільки енергією). Обмін речовин живих організмів включає:
а) надходження речовин із середовища в організм (в результаті харчування і дихання).
б) перетворення речовин в організмі (проміжний обмін або метаболізму).
в) виділення кінцевих продуктів обміну.
Маса тіла дорослої людини зберігається постійною, тобто маса споживаних організмом речовин = масі виділяються з організму речовин за той же час.
У кожній клітині організму відбувається постійний розпад її власних структурно-функціональних компонентів, за рахунок чого утворюється мономери: АК, моносахара, ЖК, нуклеотиди та ін. Вони змішуються з мономерами, що утворюються при розпаді продуктів харчування, і утворюють загальний фонд метаболітів організму. Він витрачається по 2-х напрямках:
а) відбувається відновлення розпалися структурно - функціональних компонентів клітини;
б) перетворення мономерів в кінцеві продукти обміну речовин, які виводяться з організму.
а) на підтримання постійної температури тіла;
б) на вчинення різного роду роботи.
Головну частку органічних речовин їжі становить Ж, Б, У, а також мінорні компоненти їжі, що вимагаються в малих кількостях: вітаміни, мінеральні речовини, вода.
Харчування - складова частина обміну речовин
У здорових У хворих
Гігієна харчування дієтологія
Середньодобовий раціон дорослої людини ≈ 3000ккал (1ккал = 4,19 кДж)
Існує поняття збалансоване раціональне харчування, т.е.соотношеніе Б: Ж: У: 1: 1: 4
Середньодобове споживання енергії з основними харчовими речовинами
у дорослої людини
АК: три 1г, глу 6г, інші 2-6г.
Залежно від статі, віку, кліматичних умов, професії ці показники можуть змінюватися.
Незамінні компоненти їжі:
Багато харчових речовини при їх дефіциті в їжі можуть синтезуватися клітинами організму: жири з вуглеводів, вуглеводи з амінокислот. Такі речовини називаються замінними.
В ході еволюції, коли їжа містила готові вітаміни і АК, у людського організму поступово відпала необхідність утворювати власні ферменти для їх синтезу, в результаті було втрачено відповідні гени. При цьому тепер значно легше метаболічні шляхи, але разом з тим виникала залежність організму від надходження деяких речовин із зовнішнього середовища.
Т.ч. є групи речовин, які є для організму незамінними. Наявність їх в організмі життєво необхідно, синтезувати їх організм не в змозі, тому вони повинні надходити з їжею:
б) деякі ЖК (арахідонової, лінолева, ліноленова)
г) мінеральні речовини
Амінокислоти ділять на 4 групи:
1) незамінні: вал, ліз, мулі, тре, мет, фен, три.
2) частково замінні. гис, арг,
3) умовно замінні. цис, тир.
4) замінні: ала, асп, АСН, глу, ГЛН, про, гли, сер.
Якщо в клітці відсутні замінні АК, організм синтезує її з інших речовин.
Якщо ж в організмі відсутній хоча б 1 незамінна АК, то повністю припиняється синтез білків (!)
Частково замінні АК. Гіс і арг синтезується в організмі, однак швидкість їх утворення недостатня в порівнянні з потребою в них
Умовно замінні АК: можуть синтезуватися з незамінних: тир з фен, цис з мет. Т.ч. вони замінні, якщо в організм в достатній кількості надійшли АК фен і мет.
Незамінні ЖК. більшість Ж.К. при дефіциті їх в їжі можуть синтезуватися з вуглеводів.
Незамінними є деякі поліненасичені Ж.К .:
Лінолева і ліноленова Ж.К. є попередниками арахідонової, а з останньої синтезуються гормоноподобниє речовини - простагландини - високоактивні біологічні речовини.
Мінеральні речовини - це хлориди, фосфати, карбонати Na +. До +. Са +2. Мg +2. а також мікроелементи Cr, Zn, Со, Сu, Мо і т.д. - надходять з водою і рослинною їжею. Їх недостатність виникає рідко (залізодефіцит, анемія, ендемічний зоб)
Вода - невелика кількість води (≈400г. Метаболічної води) утворюється в організмі при обміні Ж, Б, У, добова потреба 1750-2200 мл, вона надходить в організм з продуктами біологічного та небіологічного походження.