Г. Опишите значение процесса, в котором принимают участие данные реакции.

СООН                                                СООН

│            ФАД    ФАДН₂         │

СН₂                                                    СН                     Н₂О

│                                                        ║           

СН₂    Сукцинатдегидрогеназа  СН          Фумараза             

│                                                        │

СООН                                                СООН

 

Сукцинат                                        Фумарат

 

              

 

                 СООН                                         СООН

                 │      НАД+ НАДН₂      │       

                 СН₂                                          СН₂

                 │                                              │

                 С Н О Н Малатдегидрогеназа С=О 

                 │                                              │

                 СООН                                      СООН

 

       Малат                            Оксалоацетат

А.

6 реакция ЦТК: превращение сукцината в фумарат. В ходе реакции восстанавливается ФАД до ФАДН2. Фермент - Сукцинатдегидрогеназа, фермент класса оксидоредуктаз и группы оксидоредуктаз, действующих на CH-CH-группу доноров; катализирует реакцию образования двойной связи в молекуле субстрата за счет прямого дегидрирования по простой углерод — углеродной связи.

7 реакция ЦТК. Превращение фумарата в малат. Происходит присоединение молекулы воды. Фермент - Фумараза - Фермент класса лиаз катализирует присоединение воды к молекуле фумаровой кислоты и образование продукта – яблочной кислоты.

Заключительная 8 реакцияя ЦТК. Проевращение малата в оксалоайцетат. В ходе реакции восстанавливается НАД до НАДН2. Фермент -Малатдегидрогеназа - фермент, катализирующий окислительно-восстановительное превращение малата и оксалоацетата, а также окислительное декарбоксилирование малата до пирувата; относится к оксидоредуктазам, действующим на CH—OH-группу донора водорода, акцептором к-рого являются НАД+ или НАДФ+

коферменты ФАД и НАД.

ФАД – флавинаденидинуклеотид, состоит из рибофлавина (витамин В₂ - изоалоксазиновое кольцо и спирт рибитол), остатка фосфорной кислоты и АМФ, участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Молекула ФАДH2 является переносчиком энергии и восстановленный кофермент может быть использован как субстрат в реакции окислительного фосфорилирования в митохондрии. ФАД может быть восстановлен до ФАДH2, при этом он принимает два атома водорода.Молекула ФАДH2 окисляется в ФАД, при этом выделяется энергия, эквивалентная (запасаемая в форме) двум молекулам ATФ.

НАД - производное витамина РР (В5) – никотинамида. Структура НАД включает пиридиновое кольцо, амидную группу, рибозу, Н3РО4 и АМФ. Функция НАД заключается в том, что он входит в состав ферментов (дегидрогеназ или редуктаз), участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Синтез и окисление карбоновых кислот, аминокислот (глутамат), жиров (холестерол, жирные кислоты) и углеводов, так как НАД и служат коферментами большинства дегидрогеназ. Способность НАД+ и играть роль промежуточного переносчика водорода связана с наличием в их структуре амида никотиновой кислоты. При взаимодействии этих кофакторов с атомами водорода имеет место обратимое гидрирование (присоединение атомов водорода). При этом в молекулу НАД+ включаются 2 электрона и один протон, а второй протон остается в среде

Витамин РР (никотиновая кислота). Входит в состав кофермента НАД. Никотиновая кислота представляет собой соединение пиридинового ряда, содержащее карбоксильную группу (никотинамид отличается наличием амидной группы).

Биологическая роль: Витамин РР входит в состав НАД или НАДФ, являющихся коферментами большого числа обратимо действующих в окислительно-восстановительных реакциях дегидрогеназ.

Основными источниками никотиновой кислоты и ее амида являются рис, хлеб, картофель, мясо, печень, почки, морковь и другие продукты.

Суточная потребность для взрослого человека составляет 18 мг.

Б. Сукцинат → сукцинатдегидрогеназа (ФАДН₂) → QН₂ → цитохром-с-редуктаза (b,c₁) → цитохром c → цитохром-с-оксидаза (а, а₃) → 1/2 О₂ → Н₂О.

Рабочей частью ФАД служит изоаллоксазиновая сопряженная циклическая система. В результате окисления сукцината его электроны переносятся на ФАД, а затем передаются по цепи из железосерных кластеров от кластера [Fe-S] к [3Fe-4S]. Электронный транспорт в комплексе не сопровождается генерацией протонного градиента. Образовавшиеся при окислении сукцината 2H+ остаются на той же стороне мембраны, то есть в матриксе, и затем снова поглощаются при восстановлении хинона. Таким образом комплекс II не вносит вклада в создание протонного градиента на мембране он обеспеченивает передачу электронов от ФАДН2 на железосерные белки внутренней мембраны митохондрий. Далее эти электроны попадают на коэнзим Q.В ходе реакции ФАД присоединяет 2 электрона и оба теряемым субстратом (сукцинатом) протона. ФАД +2Н +2е→ФАДН2.Там эти электроны переносятся на ожидающую в сайте связывания молекулу убихинона. Убихинон выполняет коллекторную функцию, присоединяя электроны от дегидрогеназ. QH2-дегидрогеназа или коэнзим Q-цитохрос-с-редуктаза, комплекс 3 состоит из 2 типов цитохромов(b1 и b2) и цитохорма с1. QH2-дегидрогеназа переносит электроны от убихинола на цитохром с. Внутри комплекс 3 электроны передаются от цитохромов b на FeS-центры, на цитохром с1, а затем на цитохром с. Цитохромоксидаза (комплекс 4) состоит из 2 цитохромов типа аа3, каждый из которых имеет центр связывания с кислородом. Цитохромы а и а3 имеют характерную железопорфириновую простетическую группу, называемую гемом А. Гем А содержит формильную группу и углеводородную цепь. Также комплекс а-а3 характеризуется наличием ионов меди,связанных с белковой частью в СuA-центрах Перенос электронов комплексом а-а3 включает реакции:

Cu+→ Cu 2+ +e

Fe+→ Fe 3++ e

Комплекс цитохромов а-а3 непосредственно реагирует с молекулярным кислородом.

В. 5 АТФ (для ФАДН₂ – 2 АТФ; для НАДН₂ – 3 АТФ).

Если донором водорода для дыхательной цепи является молекула НАДН, то электроны от донора (НАДН) к акцептору (кислород) проходят 3 участка сопряжения окисления и фосфорилирования (I, III и IV ферментные комплексы дыхательной цепи). Таким образом, максимально может образоваться 3 молекулы АТФ (3 АДФ + 3 Н3РО4 → 3 АТФ). Затрачивается 1 атом кислорода (2 Н + О → Н2О). Значение коэффициента Р/О = 3/1 = 3.

Если донором водорода будет молекула ФАДН2, то электроны в дыхательной цепи проходят 2 участка сопряжения окисления и фосфорилирования (III и IV ферментные комплексы дыхательной цепи). Таким образом, максимально может образоваться 2 молекулы АТФ (2 АДФ + 2 Н3РО4 → 2 АТФ). Затрачивается, как и в предыдущем случае, 1 атом кислорода (2 Н + О → Н2О). Значение коэффициента Р/О = 2/1 = 2.

Г.  ЦТК или цикл лимонной кислоты или цикл Кребса – путь окислительных превращений ди- и трикарбоновых кислот, образующихся в качестве промежуточных продуктов при распаде и синтезе белков, жиров и углеводов.

Цикл Кребса выполняет интеграционную, амфиболическую (т.е. катаболическую и анаболическую), энергетическую и водороддонорную роль.

Интеграционная роль состоит в том, что ЦТК представляет собой конечный общий путь окисления топливных молекул – углеводов, жирных кислот и аминокислот.

В ЦТК происходит окисление ацетил-КоА – это катаболическая роль.

Анаболическая роль цикла заключается в том, что он поставляет промежуточные продукты для биосинтетических процессов. Например, оксалоацетат используется для синтеза аспартата, a-кетоглутарат – для образования глутамата, сукцинил-КоА – для синтеза гема.

Одна молекула АТФ образуется в ЦТК на уровне субстратного фосфорилирования – это энергетическая роль.

Водороддонорная роль состоит в том, что ЦТК обеспечивает восстановленными коферментами НАДН(Н+) и ФАДН2 дыхательную цепь, в которой происходит окисление водорода этих коферментов до воды, сопряженное с синтезом АТФ. При окислении одной молекулы ацетил-КоА в ЦТК образуются 3 НАДН(Н+) и 1 ФАДН2

Выход АТФ при окислении ацетил-КоА составляет 12 молекул АТФ (1 АТФ в ЦТК на уровне субстратного фосфорилирования и 11 молекул АТФ при окислении 3 молекул НАДН(Н+) и 1 молекулы ФАДН2 в дыхательной цепи на уровне окислительного фосфорилирования).Окисление ацетил-КоА в ЦТК приводит к образованию 2СО₂, 3НАДН₂, 1ФАДН₂, 1ГТФ.

Кроме этого ЦТК имеет анаболическую функцию, т.к. его метаболиты участвуют в образовании других веществ (аминокислот, глюкозы, гема и др.)

Регуляция ЦТК. Осуществляется с участием 4 регуляторных ферментов: цитратсинтазы, изоцитрат ДГ, α-КГ ДГ и СДГ. ЦТК ингибируется в основном НАДН2 и АТФ, которые являются продуктами ЦТК и цепи окислительного фосфорилирования. Активируют ЦТК в основном НАД+ и АДФ.

57

Суспензию неотмытых митохондрий печени крыс инкубировали в аэробных условиях при оптимальных температуре и рН. Интенсивность дыхания сопоставляли по поглощению кислорода после добавления к суспензии:

а) малата

б) АТФ

в) АДФ

г) салициловой кислоты (протонофора).