Тканевое дыхание и биологическое окисление: решение задачи

Ниже представлен структурированный материал по теме «Тканевое дыхание и биологическое окисление» (вопрос №23 и смежные), подготовленный для записи в тетрадь. 1. Определение понятий Биологическое окисление — это совокупность реакций окисления-восстановления, протекающих в живых организмах. Его основная цель — обеспечение клетки энергией в форме АТФ. Тканевое дыхание — это процесс поглощения клетками кислорода (\(O_2\)) и выделения углекислого газа (\(CO_2\)), сопряженный с окислением органических веществ и образованием энергии. 2. Основные субстраты и ферменты Главными субстратами (веществами, которые окисляются) являются водородсодержащие органические соединения (углеводы, жиры, аминокислоты). Ферменты биологического окисления (оксидоредуктазы): - Дегидрогеназы — отщепляют водород от субстрата. Бывают НАД-зависимые и ФАД-зависимые. - Оксидазы — переносят электроны непосредственно на кислород. - Цитохромы — железосодержащие белки-переносчики электронов. 3. Дыхательная цепь (Цепь переноса электронов — ЦПЭ) Процесс тканевого дыхания локализован на внутренней мембране митохондрий. Он представляет собой многоступенчатый перенос протонов (\(H^+\)) и электронов (\(e^-\)) от субстрата на кислород. Суммарное уравнение: \[ 2H^+ + 2e^- + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow H_2O + \text{энергия} \] Основные комплексы ЦПЭ: - Комплекс I: НАДН-дегидрогеназа. - Комплекс II: Сукцинатдегидрогеназа. - Комплекс III: Цитохром \(bc_1\) комплекс. - Комплекс IV: Цитохромоксидаза (переносит электроны на кислород). 4. Энергетическое значение и сопряжение В процессе переноса электронов по цепи выделяется энергия. Эта энергия используется для перекачки протонов из матрикса митохондрии в межмембранное пространство. Создается электрохимический потенциал (\( \Delta \mu H^+ \)). Окислительное фосфорилирование — это процесс синтеза АТФ из АДФ и фосфата (\(P_i\)) за счет энергии этого потенциала. Фермент, осуществляющий этот синтез, называется АТФ-синтаза (Комплекс V). Коэффициент \(P/O\) (эффективность окисления): - При окислении НАДН образуется примерно 3 молекулы АТФ (в современных моделях ~2.5). - При окислении ФАДН\(_2\) образуется примерно 2 молекулы АТФ (в современных моделях ~1.5). 5. Разобщение дыхания и фосфорилирования Иногда энергия тканевого дыхания не запасается в АТФ, а рассеивается в виде тепла. - Разобщители — это вещества (например, термогенин в буром жире или 2,4-динитрофенол), которые делают мембрану проницаемой для протонов в обход АТФ-синтазы. - Биологическая роль: терморегуляция (поддержание температуры тела, особенно у новорожденных и зимующих животных). 6. Биологическая роль - Энергетическая: синтез АТФ для работы мышц, транспорта веществ и биосинтеза. - Пластическая: образование промежуточных продуктов для других метаболических путей. - Детоксикация: окисление чужеродных веществ (ксенобиотиков) в печени.