Пути высвобождения энергии питательных в-в

Химическая энергия, накопленная в питательных в-вах, высвобождается в результате разрыва определённых химических связей в этих соединениях, т.е. человек относится к гетеротрофам,  

Основные способы расщепления данных связей:

1. Гидролиз – разрыв связей с участием молекул воды. (присоединение воды по месту разрыва одинарных связей) – гидролизуются белки, липиду и др

2. Фосфоролиз – разрыв связей с участием фосфорной кислоты.(отщепление мономерных звеньев от гликогена)

3. Лиазное расщепление – разрыв связей с участием ферментов лиаз (негидролитическим путем, р-ии присоединения с разрывом кратных связей)

4. Тиолиз – разрыв связей с участием серосодержащих соединений, главным образом КoA.

5. Окислительные распад

В первых четырех типах суммарное выделение энергии составляет 3-5% от общего запаса энергии в питательных в-вах. Т.к. расщепляется небольшое кол-во связей,

Например, при гидролизе белков расщепляются только пептидные связи,

А при дальнейшем разрыве АК происходит разрыв уже огромного кол-ва связей, при этом образуются конечные продукты СО2 и аммиак, при этом выделяется значительно большее количество энергии

Основным путем получения энергии является окислительный распад, поскольку именно путем окислительного распада происходит разрыв подавляющего большинства связей питательных в-в

Способы окисления в-в в биологических системах

Различные соединения в к-ках могут окисляться различными способами

1. Дегидрирование – отщепление 2-х атомов водорода от окисляемого субстрата

2 вида дегедгирования:

1. Аэробное

2. Анаэробное

Суть различий сводится к вопросу о первичном акцепторе атомов водорода, отщепленных от окисляемого субстрата

Если первичным акцептором служит О2, такое дегидрирование аэробное, т.е. зависимое от О2

Если первичным акцептором является, отщепляемых атомов водорода служит другое соединение (НАД, НАДФ, ФМН, ФАД, Глютатион (Г-S-S-Г), Дегидроаскорбиновая кислота), то дегидрирование анаэробное, т.е. независимое от О2

2. р-ии оксигенирования (оксигенация) непосредственное присоединение О2 к окисляемому субстрату. Используется 5% поглощаемого О2

Дело в том, что основное кол-во О2 95% выполняет ф-ии конечного акцептора электронов и протонов, которые перебрасываются переносчиками дыхательных цепей митохондрий (?)

3. путем отдачи электронов

Все живые организмы делят на аэробные и анаэробные

Аэробные нуждаются в О2, которые используются во-первых в р-ях оксигенирования и во-вторых служит акцептором атомов водорода, отщепленных окисляемым субстратом (95% всего О2 служит конечным акцептором водорода от различных окисляемых субстратов

Что касается анаэробных организмов, то  конечным акцептором атомов водорода или электронов у этих организмов служат другие соединения, а источником атомов О2, появляющихся в составе различных соединений таких организмов, является вода, т.е. анаэробные организмы не нуждаются в О2

 

Особенности процессов окисления в живых системах

Процессы окисления питательных в-в в организме человека и процессы горения имеют много общего, поскольку образуются одинаковые конечные продукты, выделяется почти одинаковое кол-во энергии

Лавуазье в 19 веке назвал окислительные процессы – «медленным горением», тем самым он подчеркивает не только сходства, но и различия

Различия

1. Конечным продукты окисления не всегда одинаковы (н-р, при окислении азотсодержащих органических соединений у живых организмов процесс не идет до конца, нитраты не образуются, поэтому кол-во энергии, выделяющейся при окислении 1 г белка составляет 1,4 ккал/моль, при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 5,3 ккал/моль) 

2. Процессы окисления в к-ках идут путем дегидрирования, в небиологических системах в присутствии О2 идет оксигенация

3. Основной чертой процессов биологического окислений является их многоступенчатый характер.. Процесс окисления в организме человека разделен на ряд стадий и на каждом этапе выделяется небольшое количество энергии, тем самым предупреждается тепловое повреждение клеточных структур, создаются условия для аккумуляции энергии

4. Регулируемый характер биологического окисления.

5. Процессы биоокисления идут в мягких условиях, (t = 37, pH = 7), окисление идет в присутствии воды, и она даже в этом участвует, поэтому для достижения необходимой скорости требуется высоко эффективная роль катализаторов-ферментов.

 

Оксидоредуктазы – все ферменты, участвующие в ОВР

1. Дегидрогеназы – ферменты, катализирующие р-ии дегидрирования, в зависимости от характера акцепторов, отщепляемых от субстратов атомов водорода различают: аэробные (оксидазы) – акцептор О2, анаэробные – акцепторы: НАД, НАДФ, ФМН, ФАД, Глютатион (Г-S-S-Г), Дегидроаскорбиновая кислота

2. Оксигеназы - ферменты, катализирующие р-ии оксигенирования,

a. Монооксиденазы (гидроксилазы) – катализируют р-ии присоединения 1 атома О2 к окисляемому субстрату, второй атом идет на образование воды

b. Диоксигеназы – катализируют р-ии присоединения обоих атомов О2 из молекулы.

В ходе р-ии в молекуле окисляемого субстрата появляются дополнительные кислородсодержащие группировки - карбонильные или гидроксильные

3. Цитохромы – ферменты, катализирующие отщепление электронов от окисляемого субстрата.

Содержат диминовые группировки, имеющие в своей структуре атомы железа, которые легко меняют валентность, принимая электроны от окисляемого субстрата атомы железа в диминовой группировке восстанавливаются, а затем окисляются, предавая электрон дальше, поэтому их часто называют «электронотранспортеры»

4. Группа вспомогательных ферментов (каталазы и пероксидазы) – играют защитную роль в к-ках, разрушая перекись водорода или органические гидроперекиси, которые образуются в к-ках, но, т.к. они являются агрессивными соединениями, могут повреждать клеточную структуру