Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь

Оксигеназы

Окислительное фосфорилирование

Общепризнаной теорией синтеза АТФ в ЭТЦ является теория хемиоосмотического сопряжения, выдвинутая П. Митчелом. Сущность ее следующая: процесс окислительного фосфорилирования осуществляется пятым комплексом дыхательной цепи митохондрий — протонной АТФ-синтазой. В процессе тра­нспорта электронов по дыхательной цепи образуется градиент ионов водорода по разные стороны внутренней мембраны митохондрий. Возникший градиент концентрации заставляет протоны проходить через АТФ-синтазу на ту сторону мембраны, где концентрация протонов ниже. На АТФ-синтазе удерживаются АДФ и Ф_н. Проход протонов через АТФ-синтазу приводит к её конформационным изменениям и соответственно взаимодействию АДФ и Ф_н. Реакция синтеза такова:

АДФ + Ф_н → АТФ + H₂O

Это наиболее распространенный способ окисления субстрата в кле­тках, осуществляемый путем дегидрирования. Эффективность этого способа характеризуется высоким коэффициентом полезного действия. Примерно 40% энергии, заключенной в химической связи окисляемых веществ, концентриру­ется в макроэргических связях АТФ, а остальная энергия рассеивается в виде тепла.

Второй способ окисления веществ - присоединение кислорода к субстрату. Такое окисление имеет место в микросомах и катализируется оксигеназами.

В процессе окисления к субстрату может присоединяться атом кислоро­да, и образуется гидроксильная группа. Ферменты, осуществляющие эти реакции, называются монооксигеназами. В других случа­ях к субстрату присоединяется молекула кислорода. Ферменты, катали­зирующие присоединение молекулы кислорода, называются диоксигена­зами.

Оксигеназы - сложные ферменты, содержащие гем, рибофлавин или негеминовое железо. Такое окисление не сопровождается синтезом АТФ. Это редкий способ окисления, не более 10% кислорода, посту­пающего в организм, используется оксигеназами. 90% кислорода восстанавливает­ся с участием цитохромоксидазы, т.е. в дыхательной цепи.

Оксигеназы участвуют при генерации тепла, для обезвреживания токсических веществ.

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме. Биологи разделяют его на пластический (анаболизм) и энергетический обмены (катаболизм), которые связаны между собой. Все синтетические процессы нуждаются в веществах и энергии, поставляемых процессами расщепления. Процессы расщепления катализируются ферментами, синтезирующимися в ходе пластического обмена, с использованием продуктов и энергии энергетического обмена.

Для отдельных процессов, происходящих в организмах, используются следующие термины:

Анаболизм (ассимиляция) – синтез более сложных мономеров из более простых с поглощением и накоплением энергии в виде химических связей в синтезированных веществах.

Катаболизм (диссимиляция) – распад более сложных мономеров на более простые с освобождением энергии и ее запасанием в виде макроэргических связей АТФ.

Живые существа для своей жизнедеятельности используют световую и химическую энергию. Зеленые растения – автотрофы, – синтезируют органические соединения в процессе фотосинтеза, используя энергию солнечного света. Источником углерода для них является углекислый газ. Многие автотрофные прокариоты добывают энергию в процессе хемосинтеза – окисления неорганических соединений. Для них источником энергии могут быть соединения серы, азота, углерода. Гетеротрофы используют органические источники углерода, т.е. питаются готовыми органическими веществами. Среди растений могут встречаться те, которые питаются смешанным способом (миксотрофно) – росянка, венерина мухоловка или даже гетеротроф– но – раффлезия. Из представителей одноклеточных животных миксотрофами считаются эвглены зеленые.

Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме. Ферменты – это всегда специфические белки – катализаторы. Термин «специфические» означает, что объект, по отношению к которому этот термин употребляется, имеет неповторимые особенности, свойства, характеристики. Каждый фермент обладает такими особенностями, потому что, как правило, катализирует определенный вид реакций. Ни одна биохимическая реакция в организме не происходит без участия ферментов. Особенности специфичности молекулы фермента объясняются ее строением и свойствами. В молекуле фермента есть активный центр, пространственная конфигурация которого соответствует пространственной конфигурации веществ, с которыми фермент взаимодействует. Узнав свой субстрат, фермент взаимодействует с ним и ускоряет его превращение.

Ферментами катализируются все биохимические реакции. Без их участия скорость этих реакций уменьшилась бы в сотни тысяч раз. В качестве примеров можно привести такие реакции, как участие РНК – полимеразы в синтезе – и-РНК на ДНК, действие уреазы на мочевину, роль АТФ – синтетазы в синтезе АТФ и другие. Обратите внимание на то, что названия многих ферментов оканчиваются на «аза».

Активность ферментов зависит от температуры, кислотности среды, количества субстрата, с которым он взаимодействует. При повышении температуры активность ферментов увеличивается. Однако происходит это до определенных пределов, т.к. при достаточно высоких температурах белок денатурируется. Среда, в которой могут функционировать ферменты, для каждой группы различна. Есть ферменты, которые активны в кислой или слабокислой среде или в щелочной или слабощелочной среде. В кислой среде активны ферменты желудочного сока у млекопитающих. В слабощелочной среде активны ферменты кишечного сока. Пищеварительный фермент поджелудочной железы активен в щелочной среде. Большинство же ферментов активны в нейтральной среде.

Дата добавления: 2015-07-13