Hansı sənaye omeqa 3-dən istifadə edir. Omeqa-3 poli doymamış yağ turşularının ürək-damar xəstəliklərinin hallarının azaldılmasına təsiri haqqında fərziyyə

Buna dissimilyasiya deyilir. Bu, müəyyən miqdarda enerjinin ayrıldığı üzvi birləşmələr toplusudur.

Dissimilyasiya canlı orqanizmlərin növündən asılı olaraq iki və ya üç mərhələdə baş verir. Belə ki, aeroblarda hazırlıq, oksigensiz və oksigen mərhələlərindən ibarətdir. Anaeroblarda (anoksik mühitdə fəaliyyət göstərə bilən orqanizmlər) dissimilyasiya son addımı tələb etmir.

Aeroblarda enerji mübadiləsinin son mərhələsi tam oksidləşmə ilə başa çatır. Bu zaman qlükoza molekullarının parçalanması enerjinin əmələ gəlməsi ilə baş verir ki, bu da qismən ATP əmələ gəlməsinə gedir.

Qeyd etmək lazımdır ki, ATP sintezi fosforlaşma prosesində, ADP-yə qeyri-üzvi fosfat əlavə edildikdə baş verir. Eyni zamanda, ATP sintazasının iştirakı ilə mitoxondriyada sintez olunur.

Bu enerji birləşməsinin əmələ gəlməsi zamanı hansı reaksiya baş verir?

Adenozin difosfat və fosfat birləşərək ATP əmələ gətirir və onun əmələ gəlməsi təxminən 30,6 kJ/mol çəkir. Adenozin trifosfat, çünki onun əhəmiyyətli bir hissəsi ATP-nin yüksək enerjili bağlarının hidrolizi zamanı ayrılır.

ATP sintezindən məsul olan molekulyar maşın xüsusi bir sintazadır. İki hissədən ibarətdir. Onlardan biri membranda yerləşir və protonların mitoxondriyaya daxil olduğu kanaldır. Bu, ATP-nin F1 adlı başqa bir struktur hissəsi tərəfindən tutulan enerjini buraxır. Bir stator və bir rotordan ibarətdir. Membrandakı stator sabitdir və delta bölgəsindən, həmçinin ATP-nin kimyəvi sintezindən məsul olan alfa və beta alt bölmələrindən ibarətdir. Rotorda qamma, eləcə də epsilon alt bölmələri var. Bu hissə protonların enerjisindən istifadə edərək fırlanır. Xarici membrandan gələn protonlar mitoxondriyanın ortasına doğru yönəldilirsə, bu sintaza ATP sintezini təmin edir.

Qeyd etmək lazımdır ki, hüceyrə məkan nizamı ilə xarakterizə olunur. Maddələrin kimyəvi qarşılıqlı təsirinin məhsulları asimmetrik şəkildə paylanır (müsbət yüklü ionlar bir istiqamətə, mənfi yüklü hissəciklər isə digər istiqamətə gedir), membranda elektrokimyəvi potensial yaradır. Kimyəvi və elektrik komponentindən ibarətdir. Demək lazımdır ki, mitoxondrilərin səthindəki bu potensial enerjinin saxlanmasının universal formasına çevrilir.

Bu nümunəni ingilis alimi P.Mitçel kəşf etmişdir. O, oksidləşmədən sonra maddələrin molekullara deyil, mitoxondrial membranın əks tərəflərində yerləşən müsbət və mənfi yüklü ionlara bənzədiyini təklif etdi. Bu fərziyyə adenozin trifosfatın sintezi zamanı fosfatlar arasında makroergik bağların əmələ gəlməsinin təbiətini aydınlaşdırmağa, həmçinin bu reaksiyanın kimyosmotik fərziyyəsini formalaşdırmağa imkan verdi.

işıq mərhələsi

Dissimilyasiya prosesində maddələrin və enerjinin çevrilməsi aşağıdakı addımları əhatə edir:

mən səhnə- hazırlıq: həzm fermentlərinin təsiri altında mürəkkəb üzvi maddələr sadə olanlara parçalanır, yalnız istilik enerjisi ayrılır.
Proteinlər ® amin turşuları

Yağlar ® qliserin və yağ turşuları

Nişasta ® qlükoza

II mərhələ- glikoliz (oksigensiz): membranlarla əlaqəli olmayan hialoplazmada aparılır; fermentləri ehtiva edir; qlükoza parçalanır:

III mərhələ- oksigen: mitoxondriyada həyata keçirilir, mitoxondrial matriks və daxili membranla əlaqələndirilir, fermentlər orada iştirak edir, piruvik turşusu parçalanır.

CO 2 (karbon dioksid) mitoxondriyadan ətraf mühitə buraxılır. Hidrogen atomu son nəticəsi ATP sintezi olan reaksiyalar zəncirinə daxildir. Bu reaksiyalar aşağıdakı ardıcıllıqla gedir:

1. Hidrogen atomu H daşıyıcı fermentlərin köməyi ilə krista əmələ gətirən mitoxondriyanın daxili membranına daxil olur və burada oksidləşir:

2. Proton H + (hidrogen kation) daşıyıcılar tərəfindən kristalların membranının xarici səthinə aparılır. Protonlar üçün bu membran, eləcə də mitoxondrilərin xarici membranı keçirməzdir, ona görə də onlar membranlararası boşluqda toplanır və proton anbarı əmələ gətirir.

3. Hidrogen elektronları kristal membranın daxili səthinə keçir və oksidaz fermentinin köməyi ilə dərhal oksigenə bağlanaraq mənfi yüklü aktiv oksigen (anion) əmələ gətirir:

4. Membranın hər iki tərəfindəki kationlar və anionlar əks yüklü elektrik sahəsi yaradır və potensial fərq 200 mV-a çatdıqda proton kanalı işləməyə başlayır. Kristaları meydana gətirən daxili membrana daxil olan ATP sintetazasının ferment molekullarında baş verir.

5. Proton kanalı vasitəsilə H+ protonları mitoxondriyaya daxil olaraq yüksək səviyyədə enerji əmələ gətirir, onların böyük hissəsi ADP və F-dən ATP sintezinə gedir ( ) və H + protonlarının özləri aktiv oksigenlə qarşılıqlı əlaqədə olur, su və molekulyar O2 əmələ gətirir:

Beləliklə, orqanizmin tənəffüsü zamanı mitoxondriyaya daxil olan O 2 H+ protonlarının əlavə edilməsi üçün lazımdır. Bu olmadıqda, mitoxondriyadakı bütün proses dayanır, çünki elektron daşıma zənciri fəaliyyətini dayandırır. III mərhələnin ümumi reaksiyası:

Bir qlükoza molekulunun parçalanması nəticəsində 38 ATP molekulu əmələ gəlir: II mərhələdə - 2 ATP və III mərhələdə - 36 ATP. Yaranan ATP molekulları mitoxondriyadan kənara çıxır və enerjiyə ehtiyac duyulan bütün hüceyrə proseslərində iştirak edir. Parçalandıqda ATP enerji verir (bir fosfat bağı 46 kJ ehtiva edir) və ADP və F (fosfat) şəklində mitoxondriyaya qayıdır.

Tənəffüs fermentlərinin işi adlanan təsirlə tənzimlənir tənəffüs nəzarəti.

- bu, elektrokimyəvi gradientin tənəffüs zənciri boyunca elektronların hərəkət sürətinə (yəni tənəffüs miqdarına) birbaşa təsiridir. Öz növbəsində, gradientin böyüklüyü birbaşa asılıdır ATP / ADP nisbətləri, hüceyrədə kəmiyyət cəmi praktiki olaraq sabitdir ([ATP] + [ADP] = const). Katabolizm reaksiyaları daim yüksək səviyyədə ATP və aşağı ADP səviyyəsini saxlamağa yönəldilmişdir.

Proton qradiyentində artım ADP miqdarının azalması və ATP-nin yığılması ilə baş verir ( yuxusuz vəziyyət), yəni. nə vaxt ATP sintaza öz substratından məhrumdur və H + ionları mitoxondrial matrisə nüfuz etmir.. Bu halda, gradientin inhibitor təsiri güclənir və zəncir boyu elektronların hərəkəti yavaşlayır. Ferment kompleksləri azalmış vəziyyətdə qalır. Nəticə I və II komplekslərdə NADH və FADH 2-nin oksidləşməsinin azalması, NADH və NADH-nin iştirakı ilə TCA fermentlərinin inhibə edilməsidir. katabolizmin yavaşlaması qəfəsdə.

Elektrokimyəvi Qradientin Elektron Sürətindən asılılığı

Proton gradientində azalma ATP ehtiyatları tükəndikdə və ADP artıq olduqda baş verir, yəni. hüceyrə əməliyyatı zamanı. Bu halda ATP sintaza aktiv şəkildə işləyir və H + ionları F o kanalından matrisə keçir. Bu vəziyyətdə proton qradiyenti təbii olaraq azalır, zəncir boyunca elektronların axını artır və nəticədə H + ionlarının membranlararası boşluğa pompalanması və yenidən ATP sintaza vasitəsilə ATP ilə mitoxondriyaya sürətlə "düşməsi" baş verir. sintezi artır. I və II ferment kompleksləri NADH və FADH 2-nin oksidləşməsini gücləndirir (elektron mənbələri kimi) və NADH-nin inhibitor təsiri aradan qaldırılır limon turşusu dövrü və piruvat dehidrogenaz kompleksi. Nəticə olaraq - katabolizm reaksiyaları aktivləşir karbohidratlar və yağlar.

Qlikoliz zamanı ATP sintezinin mexanizmi nisbətən sadədir və sınaq borusunda asanlıqla təkrarlana bilər. Bununla belə, laboratoriya şəraitində ATP-nin tənəffüs sintezini simulyasiya etmək heç vaxt mümkün olmayıb. 1961-ci ildə ingilis biokimyaçısı Peter Mitchell təklif etdi ki, fermentlər - tənəffüs zəncirindəki qonşular - yalnız ciddi reaksiyalar ardıcıllığını deyil, həm də hüceyrənin məkanında aydın bir nizamı müşahidə edirlər. Tənəffüs zənciri, nizamını dəyişmədən, mitoxondriyanın daxili qabığında (membranında) bərkidilir və onu tikiş kimi bir neçə dəfə “tikir”. ATP-nin tənəffüs sintezini bərpa etmək cəhdləri uğursuz oldu, çünki membranın rolu tədqiqatçılar tərəfindən düzgün qiymətləndirilmədi. Lakin reaksiya membranın daxili hissəsində göbələk formalı böyümələrdə cəmlənmiş fermentləri də əhatə edir. Bu böyümələr çıxarılsa, ATP sintez edilməyəcəkdir.

Oksidləşdirici fosforlaşma, adenozin difosfat və qeyri-üzvi fosfatdan ATP sintezi, org-un oksidləşməsi zamanı ayrılan enerji hesabına canlı hüceyrələrdə həyata keçirilir. hüceyrə tənəffüsü zamanı maddələr. Ümumiyyətlə, oksidləşdirici fosforlaşma və onun maddələr mübadiləsində yeri sxemlə təmsil oluna bilər:

AN2 - tənəffüs zəncirlərinə oksidləşən üzvi maddələr (oksidləşmə və ya tənəffüs substratları adlanır), ADP-adenozin difosfat, P-qeyri-üzvi fosfat.

ATP enerji sərfiyyatı tələb edən bir çox proseslərin (biosintez, mexaniki iş, maddələrin daşınması və s.) həyata keçirilməsi üçün zəruri olduğundan, oksidləşdirici fosforlaşma aerob orqanizmlərin həyatında həlledici rol oynayır. Hüceyrədə ATP-nin əmələ gəlməsi digər proseslər nəticəsində də baş verir, məsələn, qlikoliz və müxtəlif növ fermentasiya zamanı. oksigenin iştirakı olmadan davam edir. Onların aerob tənəffüs şəraitində ATP sintezinə töhfəsi oksidləşdirici fosforlaşmanın töhfəsinin əhəmiyyətsiz bir hissəsidir (təxminən 5%).

Heyvanlarda, bitkilərdə və göbələklərdə oksidləşdirici fosforlaşma xüsusi hüceyrəaltı strukturlarda - mitoxondriyalarda baş verir (şəkil 1); bakteriyalarda bu prosesi həyata keçirən ferment sistemləri hüceyrə membranında yerləşir.

Mitoxondriya zülal-fosfolipid membranı ilə əhatə olunmuşdur. Mitoxondriyanın içərisində (sözdə matrisdə) Naibin oksidləşdirici fosforlaşması üçün AH2-nin oksidləşməsi üçün substratları təmin edən qida maddələrinin parçalanmasının bir sıra metabolik prosesləri var. bu proseslərin mühüm trikarboksilik turşu dövrü və sözdə deyil. -yağ turşularının oksidləşməsi (yağ turşusunun oksidləşdirici parçalanması asetil-koenzim A və orijinaldan 2 C atomu az olan turşu əmələ gətirir; yeni əmələ gələn yağ turşusu da oksidləşməyə məruz qala bilər). Bu proseslərin aralıq məhsulları dehidrogenaz fermentlərinin iştirakı ilə dehidrogenləşmədən (oksidləşmədən) keçir; elektronlar daha sonra mitoxondrial tənəffüs zəncirinə, daxili mitoxondrial membrana daxil edilmiş redoks fermentlərinin ansamblına köçürülür. Tənəffüs zənciri substratlardan oksigenə elektronların çoxmərhələli ekzerqon ötürülməsini (sərbəst enerjinin azalması ilə müşayiət olunur) həyata keçirir və ayrılan enerji ADP-nin ATP-yə fosforilləşməsi üçün eyni membranda yerləşən ATP sintetaza fermenti tərəfindən istifadə olunur. Sağlam (bütöv) mitoxondrial membranda tənəffüs zəncirində elektron köçürmə və fosforlaşma bir-biri ilə sıx bağlıdır. Beləliklə, məsələn, ADP və ya qeyri-üzvi fosfatın tükənməsindən sonra fosforlaşmanın dayandırılması tənəffüsün inhibəsi ilə müşayiət olunur (tənəffüs nəzarətinin təsiri). Çox sayda mitoxondrial membrana zərər verən təsirlər oksidləşmə və fosforlaşma arasındakı əlaqəni pozur, hətta ATP sintezi olmadıqda belə elektron ötürülməsinə imkan verir (açılma effekti).

Oksidləşdirici fosforlaşma mexanizmi sxemlə təmsil oluna bilər: Elektron ötürülməsi (tənəffüs) A ~ B ATP A ~ B yüksək enerjili ara məhsuldur. Güman edilirdi ki, A ~ B makroergik bağa malik kimyəvi birləşmədir, məsələn, tənəffüs zəncirinin fosforlanmış fermenti (kimyəvi birləşmə fərziyyəsi) və ya oksidləşdirici fosforlaşmada iştirak edən bəzi zülalın gərgin konformasiyası (konjuqasiya hipotezi). Lakin bu fərziyyələr eksperimental təsdiqini almamışdır. 1961-ci ildə P.Mitçel tərəfindən təklif edilən konyuqasiyanın kimyosmotik konsepsiyası ən çox tanınır (o, bu konsepsiyanın inkişafına görə 1979-cu ildə Nobel mükafatına layiq görülüb). Bu nəzəriyyəyə görə tənəffüs zəncirində elektron nəqlinin sərbəst enerjisi H+ ionlarının mitoxondridən mitoxondri membranı vasitəsilə onun xarici tərəfinə köçürülməsinə sərf olunur (şək. 2, proses 1). Nəticədə membranda elektrik fərqi yaranır. potensiallar və kimyəvi fərq. H+ ionlarının fəaliyyəti (mitoxondriyanın daxilində pH xaricdən daha yüksəkdir). Ümumilikdə, bu komponentlər mitoxondrial matris ilə membranla ayrılmış xarici sulu faza arasında hidrogen ionlarının elektrokimyəvi potensialında transmembran fərqini verir:

burada R universal qaz sabiti, T mütləq temperatur, F Faraday ədədidir. Qiymət adətən təxminən 0,25 V-dir, əsas hissəsi (0,15-0,20 V) elektrik komponentidir. Protonlar mitoxondriya daxilində elektrik sahəsi boyunca aşağı konsentrasiyaya doğru hərəkət etdikdə ayrılan enerji (Şəkil 2, proses 2) ATP sintezi üçün ATP sintetaza tərəfindən istifadə olunur. Beləliklə, bu konsepsiyaya görə oksidləşdirici fosforlaşmanın sxemi aşağıdakı kimi təqdim edilə bilər:

Elektron nəqli (tənəffüs) ATP

Oksidləşmə və fosforlaşmanın birləşməsi, məhlulda baş verən qlikolitik ("substrat") fosforlaşmadan fərqli olaraq, oksidləşdirici fosforlaşmanın nə üçün yalnız qapalı membran strukturlarında mümkün olduğunu, həmçinin elektrik müqavimətini azaldan və artıran bütün təsirləri izah etməyə imkan verir. membranın proton keçiriciliyi oksidləşdirici fosforlaşmanı boğur (açır) Enerji, ATP sintezindən əlavə, hüceyrə tərəfindən birbaşa başqa məqsədlər üçün istifadə edilə bilər - metabolitlərin daşınması, hərəkət (bakteriyalarda), nikotinamid koenzimlərinin azalması və s.

Tənəffüs zəncirində redoks potensialının əhəmiyyətli dərəcədə azalması ilə xarakterizə olunan və enerjinin saxlanması (generasiya) ilə əlaqəli olan bir neçə bölmə var. Adətən nöqtələr və ya konyuqasiya nöqtələri adlanan üç belə yer var: NADH: ubiquinone reduktaza vahidi (0,35-0,4 V), ubiquinol: sitoxrom-c-reduktaza vahidi (~ ~ 0,25 V) və sitoxrom-c-oksidaza kompleksi (~ 0,6 V). ) - konjugasiya nöqtələri 1, 2 və 3 cavab. (Şəkil 3). Tənəffüs zəncirinin birləşmə nöqtələrinin hər biri redoks aktivliyi olan fərdi ferment kompleksi şəklində membrandan təcrid edilə bilər. Fosfolipid membrana daxil olan belə bir kompleks proton pompası kimi fəaliyyət göstərə bilir.

Adətən, oksidləşdirici fosforlaşmanın effektivliyini xarakterizə etmək üçün bir cüt elektronun daşınması zamanı membrandan neçə protonun (və ya elektrik yükünün) ötürüldüyünü göstərən H + / 2e və ya q / 2e dəyərləri istifadə olunur. tənəffüs zəncirinin müəyyən bir hissəsi, həmçinin 1 ATP molekulunun sintezi üçün ATP sintetaza vasitəsilə mitoxondriyanın içərisinə xaricdən neçə protonun köçürülməsi lazım olduğunu göstərən H + / ATP nisbəti vasitəsilə. q/2e dəyəri müvafiq olaraq 1, 2 və 3 birləşmə nöqtələri üçündür. 3-4, 2 və 4. Mitoxondriya daxilində ATP sintezi zamanı H+/ATP-nin qiyməti 2-dir; lakin daha bir H+ ADP-3 müqabilində adenin nukleotidlərinin daşıyıcısı tərəfindən sintez edilmiş ATP4--nin matrisdən sitoplazmaya çıxarılmasına sərf oluna bilər. Beləliklə, H + / ATP-nin zahiri dəyəri 3-dür.

Orqanizmdə oksidləşdirici fosforlaşma bir çox zəhərli maddələr tərəfindən yatırılır, onları təsir yerinə görə üç qrupa bölmək olar: 1) tənəffüs zəncirinin inhibitorları və ya tənəffüs zəhərləri deyilənlər. 2) ATP sintetaza inhibitorları. Laboratoriya tədqiqatlarında istifadə edilən bu sinfin ən ümumi inhibitorları antibiotik oliqomisin və protein karboksil qrupu dəyişdiricisi disikloheksilkarbodiimiddir. 3) Oksidləşdirici fosforlaşmanın birləşmələri deyilənlər.Onlar nə elektron köçürməni, nə də ADP-nin fosforlaşmasını lazımi şəkildə boğmur, lakin onlar membrandakı dəyəri azaltmaq qabiliyyətinə malikdirlər, bunun sayəsində tənəffüs və ATP sintezi arasında enerji konyuqasiyası pozulur. Ayırma effekti ən müxtəlif kimyəvi quruluşun çoxlu sayda birləşmələri ilə nümayiş olunur. Klassik ayırıcılar zəif asidik xüsusiyyətlərə malik olan və həm ionlaşmış (deprotonlaşdırılmış), həm də neytral (protonlaşdırılmış) formada membrana nüfuz edə bilən maddələrdir. Belə maddələrə, məsələn, 1-(2-disiyanometilen)hidrazino-4-triflorometoksibenzol və ya karbonil siyanid-p-triflorometoksifenilhidrazon və 2,4-dinitrofenol (müvafiq olaraq I və II düsturlar; protonlaşdırılmış və protonlaşdırılmış formalar göstərilmişdir) daxildir.

İonlaşdırılmış formada bir elektrik sahəsində membrandan keçərək, ayırıcı azalır; protonlanmış vəziyyətə qayıdaraq, ayırıcı aşağı düşür (şək. 4). Beləliklə, arr., ayırıcının belə bir "məkik" hərəkət növü azalmağa səbəb olur

İon kanallarının əmələ gəlməsi və ya membranı məhv edən maddələrin (məsələn, yuyucu vasitələr) əmələ gəlməsi nəticəsində membranın elektrik keçiriciliyini artıran ionoforlar (məsələn, qramisidin) də ayırıcı təsir göstərir.

Oksidləşdirici fosforlaşmanı 1930-cu ildə V. A. Engelqardt quş eritrositləri ilə işləyərkən kəşf etmişdir. 1939-cu ildə V. A. Belitser və E. T. Tsıbakova oksidləşdirici fosforlaşmanın tənəffüs zamanı elektronların ötürülməsi ilə əlaqəli olduğunu göstərdilər; GM Kalkar bir qədər sonra eyni nəticəyə gəldi.

ATP sintez mexanizmi. Daxili mitoxondrial membran vasitəsilə protonların geri diffuziyası, birləşmə faktoru F adlanan ATPase kompleksi tərəfindən ATP sintezi ilə birləşir. Elektron mikroskopik görüntülərdə bu amillər mitoxondrilərin daxili membranında qlobulyar göbələk formalı formasiyalar kimi görünür və onların “başları” matrisə çıxır. F1 suda həll olunan zülaldır və beş müxtəlif növdən ibarət 9 alt bölmədən ibarətdir. Zülal ATPazdır və membranı bağlayan başqa bir F0 protein kompleksi vasitəsilə membrana bağlanır. F0 katalitik aktivlik nümayiş etdirmir, lakin H+ ionlarının membrandan Fx-ə daşınması üçün kanal rolunu oynayır.

Fi ~ F0 kompleksində ATP sintezinin mexanizmi tam aydınlaşdırılmamışdır. Bununla bağlı bir sıra fərziyyələr mövcuddur.

ATP-nin sözdə birbaşa mexanizm vasitəsilə əmələ gəlməsini izah edən fərziyyələrdən biri Mitçel tərəfindən irəli sürülmüşdür.

Bu sxemə görə, fosforlaşmanın birinci mərhələsində fosfat ionu və ADP ferment kompleksinin (A) r komponenti ilə birləşir. Protonlar F0 komponentindəki kanaldan keçir və su molekulu (B) kimi çıxarılan oksigen atomlarından biri ilə fosfatda birləşir. ADP-nin oksigen atomu fosfor atomu ilə birləşərək ATP əmələ gətirir, bundan sonra ATP molekulu (B) fermentindən ayrılır.

Dolayı mexanizm üçün müxtəlif variantlar mümkündür. ADP və qeyri-üzvi fosfat fermentin aktiv yerinə sərbəst enerji axını olmadan bağlanır. Elektrokimyəvi potensialının qradiyenti boyunca proton kanalı boyunca hərəkət edən H + ionları Fb-nin müəyyən sahələrində birləşərək konformasiya yaradır. fermentdə dəyişikliklər (P. Boyer), bunun nəticəsində ATP ADP və Pi-dən sintez olunur. Protonların matrisə buraxılması ATP-sintetaza kompleksinin orijinal konformasiya vəziyyətinə qayıtması və ATP-nin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur.

Enerji verildikdə, F1 ATP sintetaza kimi fəaliyyət göstərir. H+ ionlarının elektrokimyəvi potensialı ilə ATP sintezi arasında konyuqasiya olmadıqda, matrisdə H+ ionlarının tərs daşınması nəticəsində ayrılan enerji istiliyə çevrilə bilər. Bəzən bu faydalıdır, çünki hüceyrələrdə temperaturun artması fermentlərin işini aktivləşdirir.