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.