Биологическое окисление
виях реальная свободная
энергия гидролиза концевой фосфатной связи АТФ будет иная и приближается к
-50,0 кДж/моль.
Возможно несколько вариантов освобождения энергии фосфатных связей
АТФ. Основной вариант - это отщепление концевого фосфата АТФ (АТФ+Н2О
(АДФ+Н3РО4). Другой вариант - пирофосфатное расщепление АТФ (АТФ+Н20
(АМФ+Н4Р2О7). Этот тип реакции значительно реже используется в
биохимических процессах.
Накопление энергии в специфических фосфатных связях АТФ лежит в
основе механизма переноса энергии в живой клетке. Есть основания считать,
что в клетке существуют три основных типа перехода энергии АТФ:
в энергию химических связей, в тепловую энергию и энергию, затрачиваемую на
совершение работы (осмотической, электрической, механической и
др.).[15,1997]
Витамин PP.
Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин) называют
антипеллагрическим витамином (от итал. Preventive pellagra –
«предотвращающий пеллагру»), поскольку его отсутствие является причиной
заболевания, называемого пеллагрой.
Никотиновая кислота известна давно, однако только в 1937 году она была
выделена К. Эльвегеймом из экстракта печени и было показано, что введение
никотиновой кислоты (или ее амида - никотинамида) или препаратов печени
предохраняет от развития или излечивает от пеллагры.
Никотиновая кислота представляет собой соединение пиридинового ряда,
содержащее карбоксильную группу (никотинамид отличается наличием амидной
группы).
Витамин РР мало растворим в воде (порядка 1%), но хорошо растворим в
водных растворах щелочей. Никотиновая кислота кристаллизуется в виде белых
игл.
Наиболее характерными признаками пеллагры (от итал. pelle agra
-шершавая кожа), являются поражения кожи (дерматиты), желудочно-кишечного
тракта (диарея) и нарушения нервной деятельности (деменция).
Дерматиты чаще всего симметричны и поражают те участки кожи, которые
подвержены влиянию прямых солнечных лучей: тыльную поверхность кистей рук,
шею, лицо; кожа становится красной, затем коричневой и шершавой. Поражения
кишечника выражаются в развитии анарексии, тошноты и болей в области
живота, поноса. Диарея приводит к обезвоживанию организма. Слизистая
оболочка толстого кишечника сначала воспаляется, затем изъязвляется.
Специфичными для пеллагры являются стоматиты, гингивиты, поражения языка со
вздутием и трещинами. Поражения мозга выражаются в головных болях,
головокружениях, повышенной раздражимости, депрессии и других симптомах,
включая психозы, психоневрозы, галлюцинации и другие. Симптомы пеллагры
особенно резко выражены у больных с недостаточным белковым питанием.
Установлено, что это объясняется недостатком триптофана, который является
предшественником никотинамида, частично синтезируемого в тканях человека и
животных, а также недостатком ряда других витаминов.
Витамин РР играет роль кофермента в НАД-зависимых дегидрогеназах
(участниках тканевого дыхания), метаболизме углеводов и аминокислот, НАДФ-
зависимых ферментах (пентозного шунта и синтеза липидов), НМН-зависимых
энзимах (алкогольдегидрогеназа и маликфермент). Не менее важна роль его,
как субстрата поли-АДФ-рибозилирования. Данный процесс участвует в сшивке
хромосомных разрывов и в работе репаразной системы, а также имеет (при
нехватке НАД) ключевое значение в механизме некробиоза и апоптоза клеток,
особенно – высокоаэробных.[6,2000]
Показано, что ряд дегидрогеназ используют только НАД или НАДФ, другие
могут катализировать окислительно-восстановительные реакции в присутствии
любого из них. В процессе биологического окисления НАД и НАДФ выполняют
роль промежуточных переносчиков электронов и протонов между окисляемым
субстратом и флавиновыми ферментами.
Основными источниками никотиновой кислоты и ее амида являются рис,
хлеб, картофель, мясо, печень, почки, морковь и другие продукты.[18,1989]
Микросомальное окисление.
Монооксигеназные реакции.
Живые организмы содержат группу многочисленных и разнообразных
ферментов, получивших название монооксигеназ. В типичном случае один атом
кислородной молекулы обнаруживается в новой гидроксидной группе субстрата,
другой – восстанавливается до воды в процессе реакции. В соответствии с
этим реакция должна протекать при участии фермента, субстрата, кислородаи
какого-либо восстанавливающего агента.
Допамин-(-монооксигеназа, присутствующая в мозге и в хромаффинной
ткани, катализирует гидроксилирование 3,4-диоксифенилэтиламина до
норадреналина.
Фенолмонооксигеназы имеются у бактерий, растений, насекомых, а также в
печени и коже млекопитающих. Полимеризация о-хинона, образовавшегося в
результате цепочки реакции, катализируемых этими ферментами, лежит в основе
образования меланина.[7,2000]
Диоксигеназные реакции.
Ферменты, катализирующие реакции, в которых оба атома молекулярного
кислорода встраиваются в продукты реакции, называются диоксигеназами.
Известные в настоящее время ферменты этой группы могут содержать в качестве
активной группы гем или негемовое железо, а для действия некоторых
необходим (-кетоглутарат.
Железо-(-кетоглутаратдиоксигеназы – железозависимые ферменты,
катализирующие гидроксилирование субстрата в ходе процесса, в котором (-
кетоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию до сукцината:
М + О2 + (-кетоглутарат[pic] М-ОН + сукцинат + СО2 [5,2000]
Цитохромы – ферменты редокс-цепи.
Дальнейший перенос электронов от КоQН2 на О2 осуществляет система
цитохромов. Данная система состоит из ряда гемсодержащих белков
(гемпротеинов), открытых в 1886 году К. Мак-Мунном. Все они имеют
простетическую геминовую группу, близкую к гему гемоглобина. Цитохромы
отличаются друг от друга не только простетической группой, но и белковыми
компонентами. Все цитохромы, особенно в восстановленной форме, имеют
характерные спектры поглощения, величины окислительно-восстановительных
потенциалов также неодинаковы.
В имеющем широкое распространение механизме гидроксилирования путем
введения одного атома кислорода функциональный атом железа находится в
гемовой группе цитохрома – цитохрома Р450. Эти цитохромы обнаруживаются в
мембранах печеночной ЭПС, в митохондриях коры надпочечников, в почечной
щеточной кайме и в плазматических мембранах различных бактерий.
Катализируемая реакция такая же, как у всех других монооксигеназ.
МН + О2 + 2е + 2Н+ (МОН + Н2О
Цитохромы Р450 из печени относятся к числу индуцируемых ферментов; это
означает, что количество присутствующего фермента может увеличиваться в 25
раз при введении одного из многочисленных чужеродных соединений, например
фенобарбитала или метилхолантрена. Цитохромы обезвреживают ксенобиотики, а
также лимитируют время, в течение которого могут сохранять свою активность
некоторые наркотики. Лечение некоторых форм острой интоксикации может быть
облегчено введением индуктора, который в этом случае вообще безвреден.
Цитохромы Р450 коры надпочечников находятся в митохондриальной
мембране, где два отдельных фермента катализируют соответственно
расщепление боковых цепей холестерина до прегненолона и реакции
гидроксилирования различных стероидов.[2,1994]
Цитохром Р450 катализирует образование гидроксильных групп при синтезе
желчных кислот, стероидных гормонов, при катаболизме ряда веществ и обмене
чужеродных соединений.
Первая, обнаруженная в микросомах электронпереносящая система – это
система восстановления цитохрома b5 за счет NADH; цитохром b5
восстанавливается NADH-цитохром b5-редуктазой, содержащей на молекуле один
FAD, который совершает циклические переходы между полностью восстановленной
и окисленной формами. Цитохром b5 прочно связан с ЭПС своей обширной
гидрофобной областью. Хотя наружная поверхность области цитохрома, где
находится гем, гидрофильна, она лежит в глубокой гидрофобной щели, причем
карбоксильные группы пропионовой кислоты ориентированы наружу.
Восстановленный цитохром b5 медленно самоокисляется с образованием
супероксидного аниона. Этот механизм может быть основным генератором
супероксида в клетках печени.[11,1989]
Пероксидазный путь использования кислорода.
Молекулярный кислород является парамагнитным, потому что он содержит
два неспаренных электрона с параллельно ориентированными спинами. Эти
электроны находятся на разных орбиталях , поскольку два электрона не могут
занимать одну и ту же орбиталь, если только их спины не противоположны.
Соответственно восстановление кислорода путем прямого введения пары
электронов в его частично заполненные орбитали невозможно без «обращения»
спина одного из двух электронов. Спиновой запрет восстановления может быть
преодолен последовательным добавлением одиночных электронов. Полное
восстановление О2 до 2Н2О требует 4 электрона; при одноэлектронном
восстановлении в качестве промежуточных продуктов возникают супероксид,
пероксид водорода и гидроксидный радикал. Эти продукты очень
реакционноспособны, и их присутствие может представлять угрозу для
целостности живых систем. На самом деле ОН – наиболее мутагенный продукт
ионизирующей радиации – представляет собой чрезвычайно мощный окислитель,
который может атаковать все органические соединения. Одноэлектронное
восстано
| |  скачать работу |
Биологическое окисление |
