UTLENIANIE
UTLENIANIE
BIOLOGICZNE
BIOLOGICZNE
UTLENIANIE
UTLENIANIE
BIOLOGICZNE
BIOLOGICZNE
Około 1780 roku Lavoisier wysunął
Około 1780 roku Lavoisier wysunął
przypuszczenie, że w organizmach
przypuszczenie, że w organizmach
żywych zachodzą,
żywych zachodzą,
procesy spalania
procesy spalania;
porównywalne do procesów utleniania.
porównywalne do procesów utleniania.
O ile w procesie spalania najważniejszą
O ile w procesie spalania najważniejszą
reakcją dostarczającą energii jest
reakcją dostarczającą energii jest
łączenie się tlenu z węglem na
łączenie się tlenu z węglem na
dwutlenek węgla, natomiast
dwutlenek węgla, natomiast
w utlenianiu biologicznym kluczową
w utlenianiu biologicznym kluczową
reakcją jest łączenie się tlenu z
reakcją jest łączenie się tlenu z
wodorem i powstawanie wody.
wodorem i powstawanie wody.
We współczesnym pojęciu procesy red-
We współczesnym pojęciu procesy red-
ox rozpatruje się jako:
ox rozpatruje się jako:
UTLENIANIE
UTLENIANIE
- czyli oddawanie
- czyli oddawanie
elektronów lub wodoru, albo
elektronów lub wodoru, albo
przyłączanie tlenu.
przyłączanie tlenu.
REDUKCJA
REDUKCJA
- przyjmowanie elektronów
- przyjmowanie elektronów
lub wodoru albo oddawanie tlenu.
lub wodoru albo oddawanie tlenu.
Spalanie tkankowe czyli utlenianie
Spalanie tkankowe czyli utlenianie
biologiczne
biologiczne
jest przeniesieniem pary elektronów z
jest przeniesieniem pary elektronów z
wodoru
wodoru
(powstającego w wyniku
(powstającego w wyniku
spalania acetylo-CoA w cyklu Krebsa,
spalania acetylo-CoA w cyklu Krebsa,
acetylo-CoA pochodzi z przemian
acetylo-CoA pochodzi z przemian
katabolicznych lipidów, węglowodanów i
katabolicznych lipidów, węglowodanów i
białek)
białek)
na tlen.
na tlen.
Elektrony są przenoszone za pośrednictwem
Elektrony są przenoszone za pośrednictwem
szeregu kolejnych przenośników biologicznych
szeregu kolejnych przenośników biologicznych
na tlen, który w ten sposób ulega aktywacji, a
na tlen, który w ten sposób ulega aktywacji, a
protony są w jednym z etapów wydzielane do
protony są w jednym z etapów wydzielane do
środowiska.
środowiska.
Elektrony mogą aktywować cząstkę tlenu w
Elektrony mogą aktywować cząstkę tlenu w
różny sposób:
różny sposób:
Przeniesienie elektronów i protonów na tlen
Przeniesienie elektronów i protonów na tlen
jest przemianą
jest przemianą
wysoce egzoergiczną
wysoce egzoergiczną
i
i
przebiega ze znacznym spadkiem energii
przebiega ze znacznym spadkiem energii
swobodnej.
swobodnej.
Ta znaczna jak na procesy biologiczne ilość
Ta znaczna jak na procesy biologiczne ilość
energii nie zostaje jednak wyzwolona od
energii nie zostaje jednak wyzwolona od
razu, ale dzięki istnieniu szeregu układów
razu, ale dzięki istnieniu szeregu układów
oksydoredukcyjnych
oksydoredukcyjnych
uwalnia się małymi
uwalnia się małymi
porcjami
porcjami
i może być
i może być
magazynowana w
magazynowana w
sposób chemiczny (ATP).
sposób chemiczny (ATP).
ENZYMY ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO
ENZYMY ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO
Enzymy łańcucha oddechowego i sprzężonej
Enzymy łańcucha oddechowego i sprzężonej
z nim fosforylacji oksydatywnej
z nim fosforylacji oksydatywnej
zlokalizowane są w błonie wewnętrznej
zlokalizowane są w błonie wewnętrznej
mitochondruim.
mitochondruim.
Enzymy te należą do klasy oksydoreduktaz –
Enzymy te należą do klasy oksydoreduktaz –
są to:
są to:
-
-
dehydrogenazy,
dehydrogenazy,
- reduktazy,
- reduktazy,
- oksydazy.
- oksydazy.
1. Dehydrogenezy
1. Dehydrogenezy
Pierwszym etapem utleniania
Pierwszym etapem utleniania
tkankowego jest przeniesienie atomów
tkankowego jest przeniesienie atomów
wodoru na NAD (dinukleotyd
wodoru na NAD (dinukleotyd
nikotynoamidoadeninowy), te reakcje
nikotynoamidoadeninowy), te reakcje
katalizują dehydrogenazy, specyficzne
katalizują dehydrogenazy, specyficzne
co do substratu.
co do substratu.
2. Reduktazy
2. Reduktazy
W drugim etapie łańcucha oddechowego
W drugim etapie łańcucha oddechowego
NADH + H
NADH + H
+
+
zostaje ponownie utleniony i
zostaje ponownie utleniony i
przekazuje wodory na
przekazuje wodory na
enzymy flawinowe
enzymy flawinowe
.
.
Enzymy te zwane są reduktazami, ponieważ
Enzymy te zwane są reduktazami, ponieważ
katalizują reakcje red-ox bez udziału
katalizują reakcje red-ox bez udziału
substratu lub tlenu, a jedynie między
substratu lub tlenu, a jedynie między
ogniwami łańcucha oddechowego.
ogniwami łańcucha oddechowego.
Są to zwykle wieloenzymatyczne systemy
Są to zwykle wieloenzymatyczne systemy
kompleksowe zarówno pod względem
kompleksowe zarówno pod względem
budowy jak i mechanizmu działania.
budowy jak i mechanizmu działania.
3. Oksydazy
3. Oksydazy
Poza enzymami flawinowymi znana jest też ważna
Poza enzymami flawinowymi znana jest też ważna
grupa enzymów współdziałających z flawinami i
grupa enzymów współdziałających z flawinami i
zdolnych do bezpośredniego przeniesienia
zdolnych do bezpośredniego przeniesienia
elektronów z substratu na tlen. Ma wtedy miejsce
elektronów z substratu na tlen. Ma wtedy miejsce
dwuelektronowa aktywacja tlenu i powstaje
dwuelektronowa aktywacja tlenu i powstaje
nadtlenek wodoru –
nadtlenek wodoru –
enzymy te nazwano
enzymy te nazwano
dehydrogenazami tlenowymi lub oksydazami.
dehydrogenazami tlenowymi lub oksydazami.
Oksydaza cytochromowa
Oksydaza cytochromowa
jest oksydazą końcową
jest oksydazą końcową
czyli jedynym enzymem, który reaguje
czyli jedynym enzymem, który reaguje
bezpośrednio z tlenem. W przypadku oksydazy
bezpośrednio z tlenem. W przypadku oksydazy
cytochromowej zawsze ma miejsce aktywacja
cytochromowej zawsze ma miejsce aktywacja
czteroelektronowa tlenu.
czteroelektronowa tlenu.
FOSFORYLACJA OKSYDATYWNA
FOSFORYLACJA OKSYDATYWNA
Jest to przyłączanie cząsteczek
Jest to przyłączanie cząsteczek
fosforanu do ADP
fosforanu do ADP
ATP ↔ ADP + P
ATP ↔ ADP + P
Energia fosforylacji:
Energia fosforylacji:
Utlenieniu 1 mola NADH + H
Utlenieniu 1 mola NADH + H
+
+
przez ½ mola
przez ½ mola
O
O
2
2
towarzyszy wydzielenie 52 kcal/mol.
towarzyszy wydzielenie 52 kcal/mol.
Na I etapie przy różnicy potencjałów 0,26V
Na I etapie przy różnicy potencjałów 0,26V
powstaje 11,5 kcal, na II etapie przy różnicy
powstaje 11,5 kcal, na II etapie przy różnicy
potencjałów 0,32V – 15,5 kcal, na III etapie
potencjałów 0,32V – 15,5 kcal, na III etapie
przy różnicy potencjałów 0,55V – 25 kcal.
przy różnicy potencjałów 0,55V – 25 kcal.
Do zsyntetyzowania 1 cząsteczki ATP z ADP i
Do zsyntetyzowania 1 cząsteczki ATP z ADP i
~P potrzeba 8,6 kcal, czyli dla 3 – 25,8 kcal.
~P potrzeba 8,6 kcal, czyli dla 3 – 25,8 kcal.
26/52 = 50%
26/52 = 50%
proces jest więc możliwy
proces jest więc możliwy
energetycznie
energetycznie
.
.
Energia swobodna
Energia swobodna
z hydrolizy
z hydrolizy
związków wysokoenergetycznych
związków wysokoenergetycznych
wykorzystywana
wykorzystywana
jest do:
jest do:
- reakcji endoergicznych
- reakcji endoergicznych
- pracy mechanicznej
- pracy mechanicznej
- aktywnego transportu przez
- aktywnego transportu przez
błony
błony
- utrzymania ciepłoty ciała
- utrzymania ciepłoty ciała
-
jako energia świetlna – robaczek
jako energia świetlna – robaczek
świętojański.
świętojański.