Классификация ферментов дыхания (оксидоредуктазы).

Ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, называют оксидоредуктазами. Класс оксидоредуктаз представлен дегидрогеназами и оксидазами.

Дегидрогеназы. Основная их функция- активирование водорода в молекуле дыхательного субстрата и отделение его от окисляемого вещества или дегидрирование. В общем виде схема действия дегидрогеназ заключается в том, что активированный или лабильный водород дыхательного материала АН2 переносится на акцептор В, имеющий более высокую степень сродства к водороду: АН2+ дегирогеназа+В= А+ ВН2+ дегидрогеназа. Дегидрогеназы делят на аэробные и анаэробные. Аэробные передают активированный водород непосредственно на кислород, а анаэробные – лиш на промежуточный переносчик.

Оксидазы. Они активируют молекулярный кислород, т.е. катализируют заключительные этапы окисления. В зависимости от природы металла оксидазы могут быть разделены на 2 группы: железопротеиды и медьпротеиды. Среди оксидаз важную роль играют железосодержащие ферменты и переносчики, относящиеся к цитохромной системе, в частности цитохромы цитохромоксидаза.

7)Общая характеристика гликолиза. Гликолиз - процесс генерации энергии в клетке,происходящий без поглощения О₂и выделения СО₂.Гликолиз, или цикл Эмбдена- Парнаса, представляет собой доминирующий путь окисления углеводов в растении. Слово «гликолиз» означает расщепление сахара; при этом глюкоза и фруктоза являются главными моносахаридами, трансформируемые в ходе гликолиза. 1этап гликолиза-использовались 2 молекулы АТФ для расщепления молекулы глюкозы на 2 триозы .2 этап -из АДФ образуется АТФ,клетка пополняет совой фонд энергии.Реакция протекает с потреблением НАД+ и завершается образованием НАД+Н⁺.Это первая реакция гликолиза,протекающая не с затратой,а с накоплением энергии в результате восстановления нуклеотида НАД. Затем фермент катализирует превращение 1,3-ФГК в 3-ФГК. При этой реакции происходит ф осфорилирование. Эта реакция необратимая. Термин «субстратное фосфорилирование » говорит о том,что непосредственно субстраты реакции участвуют в фосфорилировании АДФ. Оксилительное фосф.,протекающее в митохондриях, не предусматривает прямого участия субстратов дыхания. Последняя реакция включает субстратное фосфорилирование АДФ, в результате чего образуется АТФ. Затем энолпируват превращается в пируват, чем завершается второй этап гликолиза. В целом на преобразование 1 молекулы глюкозы на 2 молекулы ПВК необходимо затратить 2 молекулы АТФ. При этом образуется 4 молекулы АТФ и 2 НАДН. Одна молекула НАДН, окисляясь образует 3 молекулы АТФ,всего образуется 6. Следовательно,чистый выход энергии в ходе гликолиза-8 молекул АТФ. Важную роль гликолиз имеет при расщеплении крахмала хролоплатста.

8).Роль гликолиза в энергетическом обеспечении древесных раст. Реакции гликолиза идут в цитозоле и в хлоропластах. В результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты и 4 молекулы АТФ.Поскольку макроэргическая связь формируется прямо на окисляемом субстрате, такой процесс образования АТФ получил название субстратного фосфорилирования. Две молекулы АТФ покрывают расход на первоначальное активирование субстрата за счет фосфорилирования. Следовательно, накапливаются 2 молекулы АТФ. Кроме того, в ходе гликолиза восстанавливаются 2 молекулы НАД до НАДН, окисление которых в электронтранспортной цепи митохондрий приводит к синтезу 6 молекул АТФ. Итого образуются 8 молекул АТФ. Образовавшиеся 2 молекулы пировиноградной кислоты вступают в аэробную фазу дыхания.

В аэробных условиях гликолиз выполняет ряд функций: 1) осуществляет связь между дыхательными субстратами и циклом Кребса; 2) поставляетнанужды клетки две молекулы АТФ и две молекулы НАДHпри окислении каждой молекулы глюкозы (в условиях аноксии гликолиз, по-видимому, служит основным источником АТФ в клетке); 3) производит интермедиа, необходимые для синтетических процессов в клетке (например, фосфоенолпируват, необходимый для образования фенольных соединений и лигнина); 4) в хлоропластах гликолитические реакции обеспечивают прямой путь для синтеза АТФ, независимый от поставок НАДФH; кроме того, через гликолиз в хлоропластах запасенный крахмал метаболизируется в триозы, которые затем экспортируются из хлоропласта.

9).Принципы фосфорилирования на уровне субстрата. Цепь реакций, составляющих суть гликолиза, можно разбить на три этапа: I. Подготовительный этап — фосфорилирование гексозы и ее расщепление на две фосфотриозы. II. Первое субстратное фосфорилирование, которое начинается с 3-фосфоглицеринового альдегида и кончается 3-фосфоглицериновой кислотой. Окисление альдегида до кислоты связано с освобождением энергии. В этом процессе на каждую фосфотриозу синтезируется одна молекула АТФ. III. Второе субстратное фосфорилирование, при котором 3-фосфоглицериновая кислота за счет внутримолекулярного окисления отдает фосфат с образованием АТФ.

Поскольку глюкоза стабильное соединение, на ее активацию необходима затрата энергии, что осуществляется в процессе образования фосфорных эфиров глюкозы в ряде подготовительных реакций. Глюкоза (в пиранозной форме) фосфорилируется АТФ с участием гексокиназы,превращаясь в глюкозо-6-фосфат, который изомеризуется в фруктозо-6-фосфат с помощью глюкозофосфатизомеразы.Этот - переход необходим для образования более лабильной фуранозной формы молекулы гексозы. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется вторично фосфофрукгокиназой с использованием еще одной молекулы АТФ

Фруктозо-1,6-дифосфат — лабильная фуранозная форма с симметрично расположенными фосфатными группами. Обе эти группы несут отрицательный заряд, отталкиваясь друг от друга электростатически. Такая структура легко расщепляется альдолазой на две фосфотриозы. Следовательно, смысл подготовительного этапа состоит в активации молекулы гексозы за счет двойного фосфорилирования и перевода в фуранозную форму с последующим распадом на 3-фосфоглицериновый альдегид (3-ФГА) и фосфодиоксиацетон (ФДА), причем бывший 6-й атом углерода в молекуле глюкозы и фруктозы (фосфорилированный) становится 3-м в 3-ФГК, а 1-й атом углерода фруктозо-1,6-дифосфата остается 1-м углеродом (фосфорилированным) в ФДА. 3-ФГА и ФДА легко превращаются друг в друга с участием триозофосфатизомеразы.Из-за расщепления молекулы гексозы на две триозы гликолиз иногда называют дихотомическим путем окисления глюкозы.

С 3-ФГА начинается II этап гликолиза — первое субстратное фосфорилирование. Фермент дегидрогеназа фосфоглицеринового альдегида (НАД-зависимый SH-фермент) образует с 3-ФГА фермент-субстратный комплекс, в котором происходит окисление субстрата и передача электронов и протонов на НАД+. В ходе окисления фосфоглицеринового альдегида до фосфоглицериновой кислоты в фермент-субстратном комплексе возникает меркаптанная высокоэнергетическая связь (т. е. связь с очень высокой свободной энергией гидролиза). Далее осуществляется фосфоролиз этой связи, в результате чего SH-фермент отщепляется от субстрата, а к остатку карбоксильной группы субстрата присоединяется неорганический фосфат, причем ацилфосфатная связь сохраняет значительный запас энергии, освободившейся в результате окисления 3-ФГА. Высокоэнергетическая фосфатная группа с помощью фосфоглицераткиназы передается на АДФ и образуется АТФ.Так как в данном случае высокоэнергетическая ковалентная связь фосфата формируется прямо на окисляемом субстрате, такой процесс получил название субстратного фосфорилирования. Таким образом, в результате II этапа гликолиза образуются АТФ и восстановленный НАДH.

Последний этап гликолиза — второе субстратное фосфорилирование. З-Фосфоглицериновая кислота с помощью фосфоглицератмутазы превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту. Далее фермент енолаза катализирует отщепление молекулы воды от 2-фосфоглицериновой кислоты. Эта реакция сопровождается перераспределением энергии в молекуле, в результате чего образуется фосфоенолпируват — соединение, содержащее высокоэнергетическую фосфатную связь. Таким образом, в этом случае высокоэнергетическая фосфатная связь формируется на основе того фосфата, который имелся в самом субстрате. Этот фосфат при участии пируваткиназы передается на АДФ и образуется АТФ, а енолпируват самопроизвольно переходит в более стабильную форму — пируват — конечный продукт гликолиза.При этом за счет первого и второго субстратного фосфорилирования образуются четыре молекулы АТФ. Однако две молекулы АТФ тратятся на фосфорилирование гексозы на I этапе гликолиза. Таким образом, чистый выход гликолитического субстратного фосфорилирования составляет две молекулы АТФ.Кроме того, на II этапе гликолиза на каждую из двух молекул фосфотриоз восстанавливается по одной молекуле НАДH. Окисление одной молекулы НАДH в электронтранспортной цепи митохондрий в присутствии 02 сопряжено с синтезом трех молекул АТФ, а в расчете на две триозы (т. е. на одну молекулу глюкозы) - шесть молекул АТФ.