Галерея диаграмм связей Глава 7. Биологическое окисление.
Это интеллектуальная карта главы 7 «Биологическое окисление». Основное содержание включает: окислительное фосфорилирование, митохондрии и их систему окисления, обзор.
Отредактировано в 2024-02-09 14:00:22Глава 7. Биологическое окисление.
Обзор
концепция биологического окисления
Процесс, при котором органические соединения (сахар, жир и белок) окисляются и разлагаются внутри биологических клеток с образованием CO2 и H2O и выделением энергии.
3 главных вопроса
Как клетки преобразуют углерод органических соединений в CO2 посредством химических изменений?
Метаболиты, такие как сахара, липиды и белки, превращаются в соединения с карбоксильными группами посредством ряда реакций дегидрирования, присоединения воды и других реакций под катализом ферментов, а затем в результате реакций декарбоксилирования образуется CO2.
Как клетки используют O для окисления H в органических молекулах до H2O?
H на метаболитах отводится под действием дегидрогеназы, принимается соответствующими переносчиками водорода (НАД, НАДФ, ФАД, ФМН и т. д.), а затем переносится на кислород через ряд тел переноса водорода или тел переноса электрона на генерировать H2O
Как выделяется энергия при окислении органических соединений внутри собранных клеток?
Большое количество энергии, выделяемой цепью переноса электронов, преобразуется в АТФ посредством фосфорилирования.
Свободная энергия
Свободная энергия G: относится к части энергии, которая может быть использована для выполнения полезной работы в системе, обозначается символом G.
△G: Свободное изменение энергии при любых данных условиях. △G<0 является необходимым условием самопроизвольного протекания реакции. Ферменты могут катализировать только реакции, в которых △G имеет отрицательное значение.
△G◦′: Это изменение свободной энергии при стандартных условиях, то есть начальная концентрация реагентов составляет 1 моль/л, температура 25 ℃ и △G при pH=7,0. Каждая химическая реакция имеет свое стандартное изменение свободной энергии (т.е. △G◦′), которое является фиксированной величиной.
Расчет ΔG
Реакция A→B: ΔG = ΔGº′ RT ln[B]/[A]
Реакция aA bB→cC dD:
Константа равновесия реакции K'
[Продукт]/[Субстрат], когда реакция достигает равновесия в стандартных условиях. K' для конкретной реакции является константой
ΔGº ′= -2,303 RT lgK′= -5706 lgK′ (Дж/моль)
K'<1, ΔGº' положителен, это эндотермическая реакция и не может протекать самопроизвольно.
K'>1, ΔGº' отрицательная, экзергоническая реакция, может протекать спонтанно.
Окислительно-восстановительный потенциал E
Указывает, насколько легко восстановителю терять электроны (насколько легко окислителю получать электроны),
E0: стандартный окислительно-восстановительный потенциал
В стандартных условиях сравните разность потенциалов, полученную со стандартным водородным электродом.
Е0'
E0 биологической окислительно-восстановительной пары, измеренный при pH=7.
ΔE0': потенциальное изменение
ΔE0'= E0' высокий − E0' низкий
Связь между ΔG0' и ΔE0'
ΔG0'=-nF.
Высокоэнергетические фосфатные соединения
Фосфатные соединения, которые при гидролизе могут выделять более 25 кДж энергии на моль фосфатной группы. Высокоэнергетические связи представлены ~
Классификация
Тип фосфорно-кислородной связи -O~P
①Ацилфосфатные соединения: такие как карбамоилфосфат.
② енолфосфатные соединения: такие как фосфоенолпируват.
③ Пирофосфатные соединения: такие как пирофосфат, АТФ (аденозинтрифосфат).
Тип связи фосфор-азот -N~P: например, креатинфосфат, который играет роль в хранении энергии в организме.
СПС
Свободная энергия, выделяющаяся при гидролизе и расщеплении двух фосфатных групп (β, γ) в молекуле АТФ, составляет -32,2 кДж/моль и -30,5 кДж/моль соответственно.
Функция
Это химический связующий агент для реакций производства энергии и энергозатратных реакций в клетках.
Валюта энергии в живых организмах, а не материал для хранения энергии.
Это промежуточный переносчик внутриклеточного переноса фосфатных групп.
Митохондрии и их окислительная система
структура митохондрий
адвентиция
интима
межмембранное пространство
матрица
цепь переноса электронов
основная концепция
Во время биологического окисления дыхательных субстратов (метаболитов) в митохондриальном матриксе H на субстрате переносится через ряд переносчиков водорода или переносчиков электронов и, наконец, переносится на O2 с образованием H2O. Вся система называется цепью переноса электронов. своей функции. Непосредственно связана с дыханием, также известна как дыхательная цепь.
тип
1. Дыхательная цепь окисления НАДН (большинство)
НАДН → Комплекс I → CoQ → Комплекс III → Цит с → Комплекс IV → O2
2. Дыхательная цепь FADH2 (некоторые из них, такие как янтарная кислота, жирный ацил-КоА, альфа-глицеринфосфат и т. д.)
Янтарная кислота →Комплекс II →CoQ →Комплекс III →Cyt c →Комплекс IV →O2
Окислительного фосфорилирования
концепция
Во время процесса переноса электронов в дыхательной цепи свободная энергия, высвобождаемая при переносе электронов от окисленного субстрата к кислороду (т. е. H окисляется с образованием H2O), приводит к фосфорилированию АДФ с образованием АТФ.
основной механизм
Когда электроны из промежуточного метаболита НАДН или ФАДН2 передаются кислороду через цепь переноса электронов для образования воды, высвобождается большое количество энергии. Эта часть энергии может заставить АДФ и Пи синтезировать АТФ.
Сочетание окислительно-фосфорилирования
Соотношение фосфора и кислорода P/O
Понятие: Во время процесса окислительного фосфорилирования количество молей потребленного неорганического фосфора (или АДФ) или количество молей АТФ, образующегося на каждый 1 моль потребленного кислорода.
P/O дыхательной цепи НАДН составляет 2,5, а P/O дыхательной цепи ФАДН составляет 1,5.
место сцепления
соединительный механизм
теория химического осмоса
① В дыхательной цепи тела, передающие водород и тельца, передающие электроны, поочередно располагаются на внутренней мембране интактных митохондрий, обеспечивая направленные окислительно-восстановительные реакции.
②Цепь переноса электронов выполняет функцию протонного насоса, который может перекачивать протоны изнутри внутренней мембраны митохондрий наружу внутренней мембраны.
③Интактная внутренняя мембрана митохондрий избирательно проницаема для ионов и не может позволить протонам, перекачиваемым за пределы внутренней мембраны, свободно возвращаться во внутреннюю мембрану. Это приводит к разнице в концентрации протонов и потенциалу на мембране, что становится движущей силой. для протонов вернуться внутрь внутренней мембраны (протоны).
④Когда протоны на внешней стороне мембраны управляются динамическим потенциалом протонов и проходят через специальный канал FO фермента комплекса АТФ, встроенного во внутреннюю мембрану митохондрий, высвобождается свободная энергия, которая заставляет АДФ и Pi образовывать АТФ.
АТФаза (АТФ-синтаза протонной помпы, F1F0-АТФаза, комплекс V)
Функция F1 — катализировать образование АТФ, а функция F0 — формировать канал для протонов.
регуляция окислительного фосфорилирования
контроль дыхания
В связи с регулирующим влиянием изменения соотношения АДФ/АТФ на окислительное фосфорилирование его называют дыхательным контролем, а ключевым веществом для регуляции является АДФ.
Когда соотношение АДФ/АТФ увеличивается, окислительное фосфорилирование увеличивается, когда соотношение АДФ/АТФ снижается, окислительное фосфорилирование замедляется;
развязка и торможение
разобщающий агент
Разрушение электрохимического градиента протонов на внутренней мембране, установленного в процессе переноса электронов, приводит к высвобождению энергии, запасенной в электрохимическом градиенте, в виде тепловой энергии, и образование АТФ подавляется. Такие как: динитрофенол (DNP);
ингибиторы дыхательной цепи
Блокирует процесс переноса электронов окислительного фосфорилирования. Такие как ротенон А; амобарбитал; димеркапрол N3-;
Ингибитор АТФ-синтазы
Он может препятствовать обратному потоку протонов из протонного канала F0 и ингибировать выработку АТФ.
Окислительное фосфорилирование экстрамитохондриального НАДН.
альфа-глицеринфосфатный челнок
Малат-аспартатный челнок
Дыхательная цепь окисления НАДН откачивает 10 Н: 10/4=2,5 (молекулярный АТФ) Окисление FADH2 дыхательная цепь выкачивает 6 H: 6/4=1,5 (молекулярный АТФ)
Убихинон и Cyt c не входят в четыре комплекса (курьерская роль)
n — количество вещества, переносящего электроны (моль); F, постоянная Фарадея, 96,5 кДж/В.моль.
Электроны всегда текут от окислительно-восстановительной пары с низким потенциалом (E0 'низкий) к окислительно-восстановительной паре с высоким потенциалом (E0 'высокий) (т.е. в направлении реакции).
Температура (единица К) T=273 Цельсия Газовая постоянная R=8,314
[Ключевые моменты] Овладейте некоторыми базовыми знаниями, связанными с метаболизмом веществ и энергии, освойте типы и составы биологических окислительных дыхательных цепей, а также освойте окислительное фосфорилирование и другие методы генерации АТФ.