Обмін енергії в організмі (стр. 1 из 6)

План

1. Обмін речовин – функція живого

2. Перетворення хімічної енергії в організмі:

2.1. Перекисна теорія

2.2. Теорія Паладіна

2.3. Сучасні уявлення про механізм процесу біологічного окислення

3. Механізм переносу протонів і електронів по дихальному ланцюгу:

3.1. Аеробне та анаеробне окислення

3.2. Окислювальне фосфорилювання

3.3. Вільне та спряжене окислення

4. Макроергічні зв‘язки та макроергічні сполуки

Починаючи вивчення курсу біохімії ми визначили основні характеристики живого організму. На відміну від предметів неживої природи живі об‘єкти здатні до самовідтворення з передачею генетичної інформації. Являючись відкритими системами – активно взаємодіють з навколишнім середовищем, підтримуючи тим самим власну внутрішню рівновагу (гомеостаз). В основі останнього лежить надходження енергії харчових субстратів з оточуючого середовища в організм і виведення з нього кінцевих продуктів внутрішнього обміну. Сукупність обмінних процесів між живою системою та оточуючим середовищем отримали назву метаболізму, а реакції що приводять до утворення кінцевих продуктів життєдіяльності організму називають внутрішнім обміном.

Реакції внутрішнього обміну за напрямками їх протікання та характером кінцевих продуктів поділяють на:

Проміжний обмін – комплекс хімічних перетворень речовин які щойно потрапи-ли в організм ззовні.

Пластичний обмін – сукупність хімічних процесів що приводять до синтезу специфічних для організму речовин: ферментів, гормонів, енерговмісних сполук, структурних елементів клітини.

Функціональний обмін – включає біохімічні реакції які забезпечують функціональну активність клітин, тканин та органів.

Обмін речовинами в живій системі забезпечується взаємопов‘язаними але протилежними процесами асиміляції та дисиміляції.

Асиміляція – засвоєння та перетворення речовин оточуючого середовища у специфічні для організму сполуки.

Дисиміляція – розпад речовин організму до кінцевих продуктів та виведення їх з організму.

Сонячна енергія, у глобальному понятті, єдине джерело енергії планети Земля. Сонце виділяє 13 10²³ Ккалорій енергії на рік. Кількість енергії що падає на Зелю щоденно, еквівалентна 1000000 атомних зарядів що впали на Хіросіму. Частина енергії затримується у верхніх шарах атмосфери, частина, відбиваючись від поверхні, розсіюється у вигляді тепла і лише 1 % її перетворюється в енергію хімічних зв‘язків органічних сполук завдяки процесам фотосинтезу. Людина як не фотосинтезуюча система не має можливості безпосередньо засвоювати cонячну енергію для підтримання процесів життя. Функціональна активність організму забезпечується зовнішнім надходженням енергії у вигляді хімічної енергії харчових продуктів.

2. Перетворення хімічної енергії в організмі

Питання про трансформацію енергії хімічних зв‘язків у фізіологічні функції давно хвилювало вчених. Ще у 18 сторіччі Лавуазьє помітив подібність процесів дихання організму та горіння органічних речовин. Для підтримання обох процесів необхідним є кисень, а кінцевими продуктами являються вода і вуглекислий газ.

Після відкриття Лавуазьє за короткий проміжок часу виникло багато теорій біологічного окислення органічних речовин.

2.1 Перекисна теорія Шенбайна–Баха

Передумовою створення послужило відкриття Шенбайном озону, який здатний окислювати деякі речовини при звичайній температурі утворюючи пероксиди.

Суть:

1. Кисень повітря попадаючи в організм активується під дією легкоокисних речовин ( оксигеназ) з утворенням пероксидів.

оксигеназа + О₂ ОКСИГЕНАЗА

2. Кисень пероксиду оксигенази, під впливом ферменту пероксидази, переноситься на більш важкоокисні субстрати окислюючи їх.

ОО О
ОКСИГЕНАЗА + SS + оксигеназа.

2.2 Теорія Паладіна–Віланда (окислення речовин шляхом їх дегідрування)

Передумовою виникнення було відкриття в рослинах особливих пігментів, що здатні окислювати субстрати без кисню.

Суть:

1. Окислення субстратів проходить завдяки їх дегідруванню ( відщеп-ленню від молекул субстрату атомів водню), що здійснюється за допомогою де-гідрогеназних ферментних систем:

H H

S + D S + D

H H

Red. Ox Ox Red

2. Кисень безпосередньо з субстратом не взаємодіє, а окислюючи відновлену форму дегідрогеназ запобігає зупинці процесів біологічного окислення:

H H

D + O D + O + Е

H H

Red Ox Ox Red

Подальший розвиток науки довів справедливість обох теорій які і лягли в основу сучасних уявлень про механізм біологічного окислення.

2.3 Сучасна теорія біологічного окислення

Біологічне окислення – сукупність хімічних реакцій у яких проходить перенос електронів і протонів від окислювальної речовини ( донора ) до речовини що відновлюється (акцептора). Процес відбувається з виділенням енергії.

Перенос електронів і протонів водню між речовинами (компонентами дихального ланцюга мітохондрій) відбувається згідно їх величин спорідненості до електрону (сила притягання електрона до ядра). Кількісною мірою останньої є величина окисно-відновного потенціалу Е.о.: – від‘ємна величина Е.о. характеризує низьку спорідненість до електрона, речовина добре віддає електрони і протони, тобто є їх донором; – позитивна величина Е.о. характеризує високу спорідненість до електрона, речовина краще приєднує електрони і протони ніж віддає їх, тобто є акцептором протонів і електронів.

Перенос електронів і протонів відбувається за допомогою різноманітних ферментних систем.

Дегідрогенази – складні білки які каталізують відщеплення атомів водню та електронів від окислювальних субстратів. Складаються з білкової частини – апоферменту, та небілкової – коферменту чи простетичної групи. В організмі налічується біля 150 видів дегідрогеназних ферментних систем.

В процесах окислення найчастіше беруть участь три типи систем які відрізняються будовою небілкової частини.

1). Якщо коферментом дегідрогеназної системи є вітамін РР (амід нікотинової кислоти), то говорять про НАД– та НАДФ-залежні дегідрогенази.

НАД і НАДФ–залежні дегідрогенази: легко окислюють вуглеводневі, жирові та білкові субстрати; високорухливі носії протонів водню між різними дегідрогеназними системами; Е.о. = –0.3 В.

Нікотинамідаденіндинуклеотид Нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат

CONH₂CONH₂

O–CH₂ O O–CH₂ O