Biochemijos įvado teorija

1. Biologinių membr. apibūdinimas ir svarbiausios f-ijos. Svarbiausi membranų struktūros bruožai. Membranas turi visos eukariotinės ląstelės. Pl.membr. gaubia ląst. ir atskira jos vidinę terpę nuo išorės bei ląstelę nuo ląstelės. Citoplazma – tai pl.membr. apgaubta erdvė, kurioje sutelkti organoidai. Vidinės membranos gaubia mitochondrijas, lizocomas, branduolį, sudaro Goldžio kompleksą, endoplazminį tinklą. Membranų f-jos: 1.membr. yra selektyviai laidžios dėl specifinių pernašos sistemų, kanalų (membr.apribotos terpės sudėtis skiriasi nuo aplinkos sudėties). 2.membr.dalyvauja perduodant signalą, ateinantį iš aplinkos, dėl specifinių receptorių, kurie jautrūs signalo sukeltiems pokyčiams (eukariotinių ląst.receptoriai skiria specifinius hormonus, o prokariotinės – aplinkinėje terpėje esančias maist.medž.). 3.membr. dalyvauja sudarant tarpląstelinius ryšius, ar ryšius tarp ląstelių ir tarpląstelinio matrikso (membr. gamina atsako į aplinkos dirgiklius signalus). 4.membr. būtinos kaupiant ląstelės energiją. (mitochondrijų vidinėje membr. vyksta oksdacinio fosforilinimo procesai (gaminama ATP energija). Chloroplasto vidinej membr. vyksta dalis fotosintezės procesų (saulės energija paverčiama ATP). Membranų struktūros bruožai: 1.membr. elastingos, labai plonos, į plėveles panašios struktūros. 2.lipidai ir baltymai yra svarbiausi membr. komponentai, su jais jungiasi a/v. 3.membranų lipidai – mažos molekulės, kuriose yra hidrofobinės ir hidrofilinės sritys. Membr.nepraleidžia jonų ir polinių nejonizuotų molekulių (gliukozė). Lipiduose tirpios medž.lengvai praeina pro membr.(dujos, lopofiliniai junginiai). 4. membranose esančių baltymų f-jos skirtingos. Jie gali būti kaip kanalai (gliukozės pernašos baltymas), siurbliai (K/Na siurblys), receptoriai (hidrofilinių hormonų receptoriai), fermentai. 5.membr.–tai nekovalentiškais ryšiais palaikomos struktūros, kuriose baltymai ir lipidai jungiasi nekovalentinias ryšiais. 6.membr. yra asimetrinės (vidinis paviršius visada skiriasi nuo išorinio). 7.membr.yra skystos. Lipidų molekulės greitai difunduoja membr.plokštumoje, bet baltymų molek.yra beveik nejudrios. 8.dauguma membr. yra elektriškai įkrautos, jų vidinė pusė turi neigiamą krūvį. 2.Biologinių membr. struktūra. Skystamozaikinis membranų modelis. Membranų lipidai ir baltymai. Visoms membr. būdingi struktūriniai elementai yra lipidai. Jie sudaro ~50% ir daugiau membr. masės, kurios likusią dalį sudaro baltymai. Beveik visi membranų lipidai – tai amfipatinės molekulės. Jų viena dalis yra hidrofilinė, o kita – hidrofobinė. Hidrofilinė dalis vadinama poliarine galvute, o hidrofobinės RR ir alkoholio sfingozino dalys – hidroobinės uodegėlem. Svarbiausi membr.lipidai yra: fosfolipidai, sfingomielinas, glikolipidai, cholesterolis. Dėl amfipatinių savybių fosfolipidai ir glikolipidai vandeniniuose tirpaluose sudaro dvisluoksnį (jungiasi taip, kad hidrofilinės galvutės būtų išorėje, hidrofobinės uodegėlės viduje). Vien iš fosfilipidų sudarytos membranos - elementariosios. Fosfolipidai yra skystos, aliejingos medž., todėl elementariosios membranos yra skystos. Paprastai vyrauja 3 fosfolipidų tipai: fosfatidilcholinas, fosfatidiletanolaminas, fosfatidilserinas. Membranose hidrofilinės lipidų dalys liečiasi su vandenine organizmo terpe, todėl nuo lipidų hidrofilinės dalies priklauso ląstelių atpažinimo procesai. Visos biologinės membr. yra asimetriškos (išorinio sluoksnio lipidų ir baltymų sudėtis skiriasi nuo vidinio). Glikolipidai membr. išorinėje pusėje atlieka f-jas: 1.apsauginė (apsaugo nuo hidrolizinių fermentų ir kintančio pH). 2.glikolipidai yra būtini, perduodant nervinį signalą. 3.glikolipidai dalyvauja ląstelinio atpažinimo procesuose (juos atpažįsta kai kurių bakterijų toksinai). 4. Glikolipidų angliavandeninė dalis svarbi sudarant tarpląstelinius kontaktus. Membranų baltymai. Lipidai lemia membranos struktūrą, o baltymai – specif.jų f-jas. Baltymų kiekis įvairiose membr. yra skirtingas. Lipidų molekulės yra daug mažesnės nei baltymų, todėl membranose lipidų molek.yra daug daugiau nei baltymų. Baltymai įsiterpia į membr.diejopai: 1. Baltymas perveria membraną taip, kad jo galai kyšo iš fosfolipidų dvisluoksnio, o vidurinė dalis yra jame paslėpta. Vidurinė dalis yra hidrofobiška ir sudaro silpnas sąveikas su hidrofobinėmis fosfolipidų uodegėlėmis. Šie membranų baltymai vadinami integraliniais. Jie gali perverti membraną vieną ar kelis kartus. 2. baltymas prisitvirtina prie vieno iš membr. paviršių ar iš dalies pasineria į fofolipidinį dvisluoksnį. Tokie membranų baltymai – periferiniai. Periferinis baltymas kuris yra prisitvirtinęs prie membranų paviršiaus, paprastai yra hidrofilinis ir gali sudaryti su polinėmis fosfolipidų galvutėmis elektrostatinius ar vandenilinius ryšius. Tokie baltymai jungiasi tik prie tam tikrų fosfolipidų. Periferinis baltymas yra iš dalies pasinėręs į fosfolipidinį dvisluoksnį, kai jo vidinė dalis yra hidrofobinė, ir gali sudaryti silpnas sąveikas su hidrofobinėmis fosfolipidų uodegėlėmis. Dauguma plazminės membranos baltymų yra glikoproteinai. Pl.membr. glikolipidų ir glikoproteinų yra labai daug, todėl a/v sudaro net apvalkalą (glikokalikso apvalkala), gaubiantį ląstelę. Vidinėje pl.membr.pusėje baltymų daug mažiau. Šis asimetriškumas yra svarbus membranos f-joms. Skystamozaikinis membranų modelis. 1972 m. Dž.Singeris ir G.Nikolsonas pasiūlė modelį, kuriame membrana yra skysta lipidų ir baltymų mozaika. Skystamozaikinio membranų modelio esminiai teiginiai: 1. membranų glikolipidų ir fosfolipidų molekulės sudaro dvisluoksnį, kuris yra baltymų tirpiklis ir nelaidus hidrofilinėm medžiagom bei jonams. 2. tam tikri lipidai yra būtini membranos baltymų aktyvumui. 3. membranų lipidai gali judėti tik membranos plokštumoje, bet negali iš išorinės pusės pereiti į vidinę ir atvirkščiai. Elementariųjų membr.fosfolipidų molekulių judėjimas yra ribotas ir priklauso nuo t°. Membranų tankumą apibūdina fazinio virsmo t° (Tm), kuriai esant fosfolipidai pereina iš kietos būsenos į skystą. Ląstelių membr. Tm priklauso nuo ląstelę supančos aplinkos ir yra reguliuojama. (eukariotų ir prokariotų ląst. Tm reguliuojama skirtingai. Prokariotų ląstelės membranos tankumas mažėja, o Tm didėja, kai fosfolipiduose daugėja ilgos grandinės sočiųjų ir mažėja nesočiųjų RR. Fosfolipiduose esančiose nesočiosiose RR yra cis-konfigūracijos dvigubų jungčių, dėl ko jų angliavandeninės grandinės yra išlinkusios. Todėl hidrofobinės fosfolipidų uodegėlės yra judresnės ir mažina membranos Tm . Eukariotų ląst. membr. tankumas priklauso nuo cholesterolio kiekio. Juo jo daugiau, tuo membrana stangresnė. Hidrofobinė cholesterolio dalis yra įsiterpusi tarp fofsolipidų uodegėlių ir sudaro su jomis hidrofobinius ryšius, kurie varžo angliavandenilinių riebalų r. grandinių judumą. Hidrofilinė cholesterolio OH-grupė vandeniliniu ryšiu jungiasi su RR karboksigrupės deguonimi ir taip suvaržo fosfolipido molekulės judrumą membranos plokštumoje. Cholesterolio kiekiai įvairiose membranose skiriasi (jo daugiausi pl.membr., o mitochondrijų membr.jo beveik nėra). 3. Pasyvioji ir palengvintoji pernaša pro membranas. Baltymai nešikliai ir kanalo baltymai. Jonų kanalai. Pasyvi pernaša – tai pernaša, kuriai nereikia energijos. Pasyvios pernašos metu tam tikros molekulės skverbiasi pro pl.membr. pagal konc.gradientą. mažos polinės molekulės (pvz.H2O), dujos ir lipofilinės molekulės tiesiog prasiskverbia pro membraną – vyksta difuzija. Difuzija – tai lėtas procesas, kurio greitis priklauso nuo pernašamo junginio konc.gradiento (vyksta pagal konc.gradientą). Palengvintoji pernaša vyksta pagal konc.gradienta, tarpininkaujant membraninams baltymams (pernešama monosacharidai, aminorūgštys). Pernašos baltymai skirstomi į: baltymus nešiklius ir kanalo baltymus. Nešikliai – tai integraliniai membr.baltymai, kurių erdvinė struktūra, prisijungus pernešamajam junginiui, kinta taip, kad junginys pernešamas pro membr. ir išskiriamas į citoplazmą. Kanalo baltymai neperjungia pernešamo junginio, bet sudaro porą, per kurią junginys patenka į ląstelę. Kanalų aktyvumas yra reguliuojamas – juos aktyvina (atidaro) ar slopina (uždaro) elektrinis potencialas ar ligandai (reguliacinės molekulės ar jonai). Kanalų baltymai – tai ilgos grandinės polipeptidai, kurie daug kartų perveria membr. Kanalų baltymai sudaro plyšelines jungtis tarp ląstelių, visuose žinduolių audiniuose, o bakterijose, motochondrijose ir chloroplastuose – porinus, diedelio laidumo kanalus. Plyšelinės jungtys bei porinai yra neatrankiai laidūs ir palaiko ląstelių ryšį tarpusavy bei su aplinka. Pernaša, tarpininkaujant kanalo baltymams, yra greitesnė, nei per nešiklius. Jonų kanalai – tai selektyvūs jonų kanalai (Na, K, Ca, Cl jonai). Jonai pernešami pagal konsc.gradientą. Pagal tai kas reguoliuoja kanalų laidumą, jie yra skirstomi į: elektriniu potencialu reguliuojami kanalai, machaniškai reguliuojami kanalai, ligandais reguliuojami kanalai. Atsižvelgiant į ligandus skiriama: neuromedatoriais reguliuojami kanalai jonais reguliuojami kanalai. 4. Aktyvioji pernaša pro membrana: Na+-K+siurblys (Na+-K+-ATP-azė). Širdį veikiančių glikozidų veikimo mechanizmas. Pernešant junginius į ląstelę prieš konc.gradientą yra naudojama energija, reikalingi baltymai nešikliai. Tai aktyvi pernaša. Ji gali vykti 3 būdais: 1)vienkryptė pernaša (kai nešiklis pro membr.perneša tik vieną junginį,joną), 2)priešinė pernaša (kai nešiklis maino viduląstelinį junginį į išorinį junginį ar joną), 3)konjuguotoji pernaša (kai nešiklis perneša junginį ar joną kartu su kitu jonu ar junginiu). Tie aktyvioje pernašoje dalyvaujantys nešikliai, kurie kaip energijos šaltinį naudoja ATP, vadinami siurbliais. Na-K-ATP-azė­ – tai Na-K-siurblys. Jis sudarytas iš didžijo ir mažojo subvienetų. Didžajame subvienete yra jonus prijungiantys bei ATP hidrolizės centrai. Ląstelės viduje yra daugiau K+ nei Na+, todėl Na+ prisijungia prie tam tikro centro esančio didžiajame subvienete. ATP molekulė prijungiama prie vidinėje baltymo dalyje esančio ATP hidrolizės centro. Vyksta fosforilinimas, atskyla ADP. Po fosforilinimo Na-K-siurblio erdvinė struktūra pakinta taip, kad Na+ išskiriamas į išorę ir mainais prijungiami K+. Prijungus K+, atskyla fosforilo grupė, siurblio erdvinė struktūra pakinta, K+ išskiriami į citoplazmą. Na-K-siurblys išstumia 3Na+ iš ląstelės ir įtraukia 2K+, todėl pl.membr. vidus įgauna santykinai neigiamą krūvį išorės atžvilgiu. Taigi Na-K-siurblys yra elektrogeninis. Širdį veikiantys glikozdai – tai kai kurie augalų glikozidai (pvz.:rusmenės). Jie inhibuoja Na-K-siurblio defosforilinimą, todėl sutrikdo Na+ ir K+ mainus. Na+ gradientas su250nm). Endocitozes metu ląstelės tūris nekinta, nes įsiurbti membranos gabalėslai tokiu pat greičiu įsiurbiami į pl.membr. Todėl vyksta endocitozės-egzocitozės ciklas. Endocitozės molekulinis mechanizmas. Pinocitozė prasideda pl.membranos duobutėse, kurių vidus yra išklotas baltymu klatrinu. Šių duobučių egzistavimo pusperiodis yra trumpas – maždaug per 1min. jos įsiurbiamos kaip pinocitozės pūslelės. Pinocitozės pūslelės, atsidūrusios citoplazmoje, yra dar nepatvaresnės ir per keles sekundas suįra, atpalaiduodamos klatrininį apvalkalą ir pl.membrana apgaubtą vidinį turinį. Apvalkalas vėl įsiterpia į pl.membr., o vidinis turinys susilieja su endosomomis. Klatrinas būtinanas stambiamolek- ulinių jung. pernašai, vykstančiai tarpininkaujant receptoriams. Ši pinocitozinė atmaina vadinama receptorine endocitoze (pvz.:jos metu pernešami mažo tankio lipoproteinai (MTL)). Baltymas adaptinas yra antrasis klatrinu apgaubtų pūslelių baltymas, kuris pritvirtina klatriną ir prie membranos ir prie receptoriaus-ligando komplekso. Visų receptorinės endocitozės būdu pernešamų jung. receptoriuose yra tam tikra sritis, kurią atpažysta adaptinas. Tai endocitozės signalinė sritis. Fagocitozė. Jos metu įsiurbiamos didelės molekulės (m/o,ląst.nuolaužos). Susidariusios didelės endocitozinės pūslelės – fagosomos. Fagocitozė vyksta tik specializuotuose leukocituose: makrofaguose ir neutrofiluose. Šios ląstelės atlieka apsauginę f-ją – gina organizmą nuo m/o. Fagocitozė nuolat nevykasta. Jos pradžioje yra aktyvinami makrofago ar neurofilo membranos receptoriai (pvz. aktyvina imunoglobulinai). M/o, patekusius į organizmą apsupa imunoglobulinai, sudarydami apvalkalą apie kiekvieną m/o. prie m/o imunoglobulinai prisijungia antigeną prijungiančiais centrais, o imunoglobulinų molekulių Fc dalys atgręžiamos į aplinkinę terpę. Jas atpažįsta specifiniai makrofagų ir neurofilų receporiai – Fc receptoriai. Susijungu imunoglobulinui su fagocituoj- ančia ląst., pastaroji išskleidžia pseudopodijas, kurioms susiliejus susidaro fagosoma su imunoglobulino-antigeno kompleksu viduje. Egzocitozė – tai medž.išskyrimas pūslelių pernešos būdu. Išskiriamos puslelės vadinamos sekrecinėmis. Egzocitozės metu sekrecinės pūslelės susilieja su pl.membr., jų turinys išsiskiria į išorę. Goldžio aparatas – tai svarbiausia sekrecinių pūslelių susidarymo vieta. Ląstelėse susintetintų junginių išskyrimas gali vykti nuolat (konstitucinis išskyrimas (vyksta visose ląstelėse)) arba esant poreikiui (reguliuojamasis išskyrimas (vyksta tik sekrecinėse ląst.)). Egzocitozės metu pl.membr.paviršiaus plotas nekinta, nes pūslelę dengiančios membranos fragmentai grąžinami į Goldžio aparatą endocitozės būdų. Vyksta egzocitozės-endocitozės ciklas. Egzocitozės molekulinis mechanizmas. Reguliuojamuoju būdu išskirtas sekrecine pūsleles gaubia klatrino apvalkalas. Šiame apvalkale yra receptorių, kurie atsako į sekreciją aktyvinančius signalus. Konstituciniu būdu išskiriamas pūsleles gaubia koutomero apvalkalas. Šiam apvalkalui susidaryti būtina ATP. Koutomero apvalkalas suyra, kai pūslelė liečiasi su pl.membr. Šiam apvalkalui susidaryti ir suirti būtinas ARF baltymas, kuriam būdingos GTP hidrolizuojančios savybės. Kai koutomero apvalkalu apgaubtos pūslelės prisiliečia prie pl.membr., tam tikras GTP-azę aktyvinantis baltymas sustiprina ARF hidrolizines savybes, todėl ARG prijungtą GTP paverčia GDP, todėl ARF atskyla nuo apvalkalo. Apvalkalas suyra, o pūslelė susilieja su membr. Egzocitozė yra greičiau reguoliuojama nei endocitozė. 7. Medž. ir energijos apykaitos bendra charakteristika. Katabolizmas ir anabolizmas. Ląstelės energetiniai resursai. Pagrindinių maisto medžiagų katabolizmo schema, stadijos. Medžiagų ir energijos apykaitos bendra charakteristika. Medž. apykaitoje vyksta 2priešingi procesai – katabolizmas ir anabolizmas. Katabolizmas – tai sudėtingų molek.skaidymas į mažesnes. Anabolizmas - tai sudėtingų molek. sintezė iš paprastų. Katabolizmą lydi energijos išsiskyrimas (ATP). Anabolinių procesų metu ATP sunaudojama, susidarant ADP ir Pn. Be to katabolizmo metu susidaro paprasti metabolitai, kurie g.b.panaudoti kaip pradinės medž. monomerų ir makromolekulių sintezei. Ląstelės energetiniai resursai ląstelėse yra: monosacharidai, amino rūgštys, glicerolis, RR. Pagrindinės medž., kurios kaupiamos kaip energetiniai resursai yra riebalai ir a/v. Pagrinde riebalai kaupiasi riebaliniame audinyje. Šis audinys, esant reikalui, aprūpina kitus organus ir audinius energetiniais substratais - gliceroliu ir RR. Glicerolis ir RR patenka į kraują hidrolizuojant riebalinio audinio riebalus (vyksta riebalų mobilizacija). Glikogenas kaupiamas kepenyse ir raumenyse. Tik kepenyse sukauptas glikogenas gali būti skaidomas iki laisvos Glc, patekti į kraują, o per jį į kitus audinius ir organus. Raumenyse sukauptas glikogenas nėra suskaidomas iki laisvos Glc, o tik iki G-6-P, nes čia nėra ferm. G-6-fosfatazės, o pereiti ląst.membr. gali tik laisva Glc.Pagrindinių maisto medžiagų katabolizmo schema. Maisto medžiagų katabolizmas vyksta 3 stadijomis: I stadija – paruošiamoji. Jos metu gauti su maistu, arba ląst. viduje esantys biopolimerai paverčiami patogia energijai išgauti forma – monomerais. Šią stadiją vykdo žarnyno hidrolazės arba ląstelių viduje esančios hidrolazės, veikiant citoplazmos ir lizosomų fermentams. Energetiniu požiūriu ši stadija nereikšminga. II stadija - tai dalinis monomerų skilimas iki bendro tarpinio metabolito acetil–CoA. Šios stadijos metu išsiskiria apie 20 energijos sukauptos substratuose. Daugelis šios stadijos r-jų vyksta citoplazmoje, o paskutinės r-jos mitochondrijose. Šių r-ijų metu išsiskiria vandenilis, kurį prijungia NAD+ ir FAD, susidaro NADH+H+ ir FADH2, išsiskiria CO2. III stadijos metu įvairūs kataboliniai keliai susilieja į vieną bendrą kelią – Krebso ciklą ir su juo susijusią kv.gr. Krebso ciklo metu išsiskiria vandenilis, kurį prijungia NAD+ ir FAD, susidaro NADH+H+ ir FADH2, išsiskiria CO2. Susidaro 3 galiniai medž.apykaitos produktai: CO2, H2O ir NH3. Išsiskiria 80 energijos, sukauptos substratuose. Visos šios stadijos reakcijos vyksta mitochondrijose. 8. Biologinės oksidacijos būdai gyvame organizme. Biologinės oksidacijos ir oksidacijos negyvojoje gamtoje skirtumai Biologinės oksidacijos būdai gyvame organizme. Oksidacija vyksta 3būdais:dehidrinant (netenkama H arba H-), netenkant e– , prisijungiant O2. Dehidrinimas – tai kai atskeltas aktyvusis H arba e- yra prijungiami prie spec.nešiklių – akceptotių. Jei e- nešiklių yra keletas, susidaro e- ir H pernešos sistema. Pirmais e- pernešos akceptorius yra vienas iš oks/red kofermentų (FAD arba NAD+). Nuo redukuotų kofermentų (FADH2 ir NADH) e- perduodami kitiem nešikliams. Jie išdėstyti didėjančio standartinio oks/red potencialo tvarka, todėl e- nuosekliai perduodami nuo vieno nešiklio ant kito, kol galiausisi susijungia su O2 ir susidaro H2O. Visuose aerobuose O2 yra galinis e- akceptorius. Jei H ir e- akceptorius yra ne O2 – vyksta anaerobinė oksidacja (būdinga anaerobiniams organizmams). Ląstelėse biologinė oksidacija – tai fermentinis procesas, todėl e- nešikliai yra baltymai, turintys protestines grupes, gebančias prijunkri/atiduoti e-. Mitochondrijų vid.membr. esanti e- pernešos sistema vadinama kvėpavimo grandine, o čia vykstantis oksidacinis procesas – audinių kvėpavimu. Biologinės oksidacijos ir oksidacijos negyvojoje gamtoje skirtumai. Gyvojoje gamtoje energija išsiskiria oksiduojantis H iki H2O. Negyvojoje gamtoje – oksiduojantis C iki CO2. Biologinė oksidacija yra laipsniškas procesas. Jos metu išsiskirianti energija kaupiama makroenerginių jung. makroenerginėse jungtyse bei išspinduliuojama kaip šiluma. Vyksta dalyvaujant fermentam arba fermentinėms sistemoms. 9. Mitochondrijų kvėpavimo grandinės struktūra ir funkcijos. Kvėpavimo grandinės substratai ir inhibitoriai. Kvėpavimo grandinės struktūra ir f-jos. Kvėpavimo grandinė tai e– nešiklių fermentinė sistema, kurios pagrindinė f-ija yra pernešti e– nuo oksiduojamų NADH ir FADH2 ant O2 ir palengva išlaisvinti juose sukauptą energiją. Galinis e– akceptorius kvėpavimo grandinėje yra O2, galinis biologinės oksidacijos produktas yra H2O. Mitochondrijose vykstantis oksidacinis procesas vadinamas audinių kvėpavimu. Tam kad palaipsniui išlaisvinti energiją yra e– nešiklių sistema, kurioje jie išrikiuoti tartum konvejeryje pagal didėjantį oks/red potencialą. Išlaisvinta energija yra panaudojama H+ pernešti pro vidinę mitochondrijos membraną, o susidaręs protonų potencialas - sintetinti ATP. NADH ir FADH2 yra kvėpavimo grandinės substratai. Jie susidaro dehidrinant oksiduojamus junginius. Kv.gr. komponentai yra išsidėstę vidinėje mitochondrijų membranoje. Kvėpavimo grandinę sudaro 4 fermentų kompleksai: I kompleksas (NADH-dehidrogenaze arba NADH-CoQ-reduktaze). Jo prostetinės grupės yra FMN, Fe-S centrai. F-ija - pernešti e– nuo NADH ant CoQ. II kompleksas (sukcinato DH arba sukcinato-ubichinono reduktaze). Jo prostetinės grupės yra FAD, Fe-S centrai. F-ija - pernešti e– nuo sukcinato ant CoQ. III kompleksas (citochromų b–c1 kompleksas arba ubichinolio – citochromo c reduktaze). Jo prostetinės grupės yra Fe-S centrai, citochromo b562 hemas, citochromo b566 hemas, citochromo c1 hemas. F-ja pernešti e– nuo ubichinolio ant citochromo c. IV kompleksas (citochromų aa3 kompleksas arba citochromoksidaze). Jo prostetinės grupės citochromo a hemas, citochromo a3 hemas, Cu jonai. F-ja pernešti e– nuo citochromo c ant O2. III ir IV kompleksą sudaro įvairūs citochromai (tai raudonos spalvos hemproteinai, prie kurių molek. yra tvirtai prijungtas hemas. Hemo Fe oksidacijos laipsnis kinta nuo 3+ iki 2+, todėl ji gali prisijungti/atiduoti e– ). Visi šie kompleksai turi apofermentus bei vieną ar kelias prostetines grupes, kurios gali prisijungti ir atiduoti e–. Šie kompleksai sąveikauja vienas su kitu dalyvaujant judriems e– nešikliams: CoQ ir citochromui c. Judrusis e– nešiklis CoQ – tai vienintelis kv. gr. komponentas, kuris yra nesujungtas su baltymu. Jis jungia I bei II kompleksus su III kompleksu. Citochromas c yra hidrofilinis periferinis baltymas silpnai prisitvirtinęs prie mitochondrijos vidinės membr.išorinės pusės. kvėpavimo grandinės mechanizmas. Dehidrinant oksiduojamus junginius išsiskiria H, kurį prijungia NAD+ ir FAD, susidarant NADH+H+ ir FADH2. NADH+H+ ir FADH2 yra kv.gr. substratai. Notint išlaisvinti energiją, sukauptą NADH+H+ ir FADH2 jie yra oksiduojami netenkant e–, kurie patenka į kv.gr. dviem keliais – per I kompleksą ar per II kompleksą. Galinis e– akceptorius kvėpavimo grandinėje yra O2. Prisijungdamas e– O2 virsta joniniu, sąveikauja su H+, susidaro galutinis oksidacijos produktas H2O. Išlaisvinam energija yra panaudojama H+ pernešti pro vidinę mitochondrijos membraną, o susidaręs protonų potencialas - sintetinti ATP. Įvairių organų mitochondrijose kv.gr. komponentų kiekiai g.b. skirtingi. Jei pakanka O2 ir oksiduojamų substratų, mitochondrijų vidinėje membr. susidaro pastovus e– srautas, tekantis kvėpavimo grandine. Kvėpavimo grandinės inhibitoriai. Jie nutraukia e– srauto judėjimą kv.gr. Jie sąveikauja su vienu iš kompleksų (I, III, ar IV). Inhibitoriai yra nuodai. Jų poveikis priklauso nuo jų kiekio, inhibuojamo komplekso ir sąveikos patvarumo. Pvz.: Rotenonas (žuvų nuodas) ir amitalis, yra I komplekso inhibitoriai. Veikiant šiems inhibitoriams e– negali patekti nuo NADH, todėl kaupiasi NADH ir sumažėja visų NAD priklausomų DH aktyvumas. Šie inhibitoriai nėra labai nuodingi, nes inhibavus I kompleksą, II kompleksas ir kt. kv.gr. kompleksai lieka aktyvūs ir e– nuo FADH2 teka kv.gr. Taigi FAD priklausomos DH – sukinatDH ir GOPDH lieka aktyvios. Tuomet oksiduojami substrato sukcinatas ir GOP. Audinių kvėpavimas vyksta apeinant I kompleksą. III komplekso inhibitorius antibiotikas aktinomicinas A yra nuodingesnis, nes nutraukia e– tekėjimą ir nuo NADH ir nuo FADH2. Jis beveik visiškai sustabdo audinių kvėpavimą. Tuomet ima trūkti oksiduotų kofermentų NAD+ ir FAD, ir tiek NAD priklausomos DH, tiek FAD priklausomos DH tampa neaktyviomis. e– tekėjimas kv.gr. įmanomas, jei jie nuo medžiagos tiesiogiai patenka į IV kompleksą t.y. po bloko (vit. C). Inhibitoriai, kurie inhibuoja IV kompleksą yra nuodingiausi, nes tuomet e– tekėjimas kv. gr. visiškai nutrūksta ir audinių kvėpavimas irgi visiškai sustoja. Tokios medžiagos yra CN–, CO, NaN3. Nutraukus e– tekėjimą kv.gr. nesusidaro protonų potencialas ant membr., nevyksta oksidacinis fosforilinimas, nutrūksta ATP sintezė ir ląstelės žūva dėl energijos trūkumo. Šios medž. sukelia O2 bado efektą, nors iš tikrųjų O2 yra pakankamai, o yra energijos badas. Cianidai yra labai stiprūs nuodai. 50 mg KCN ar NaCN dozė yra mirtina žmogui. Cianidai gali susidaryti ir iš cianoglikozido amigdalino, kurio yra vyšnių, slyvų, abrikosų, persikų kauliukų branduoliuose. Pažeidus kauliuką, amigdalinas skyla, išskirdamas cianidus. Šis procesas lėtas, todėl didesni CN– kiekiai susikaupia daug metų laikant kaulavaisių konservus. Labai nuodinga medž. yra ir smalkės. Jos jungiasi su visais hemproteinais, bet tvirčiausiai su citochromoksidaze (IV kompleksu). Todėl nutrūksta e– pernaša kv. gr., energijos gavyba ir ląstelės žūva. 10. Mitochondrijų struktūra ir funkcijos. Mitochondrijos – ląstelių jėgainės. Jose pagaminama daugiausia energijos. Įvairių audinių ląstelėse mitochondrijų kiekis skiriasi. Apie 65-70 jų masės sudaro baltymai, 25-30 - lipidai, jose yra nedaug DNR, RNR, ribosomų. Mitocondrijų DNR koduoja kai kurių vidinės membranos baltymų sintezę. Mitochondrijos yra ovalios formos organoidai. Jos turi dvigubą membr. – išorinę ir vidinę. Tarp jų yra siaura 6-8 nm pločio tarpmembraninė ertmė. Abi membr.sudarytos iš įvairių baltymų ir lipidų. Išorinė membrana lygi, o vidinė raukšlėta. Vidinės membr. raukšlės giliai įsiterpia į mitochondrijos vidų (vadinamos kristomis). Išorinės ir vidinės mitochondrijų membranų cheminė sudėtis skirtinga (skiriasi fosfolipidų sudėtimi). Todėl skiriasi ir jų laidumas įvairiems junginiams ir jonams. Išorinė membrana yra laidi įvairiems jonams ir nedidelės molekulinės masės jung., nes joje yra daug baltymo porino, sudarančio poras. Joje yra nedaug ferm.: MAO, acil-CoA sintetazė, glicerolfosfato aciltransferazė ir kt. Tarpmembraninis tarpas užpildytas vandenine terpe, kurioje yra ferm., susijusių su energijos perdavimu (nukleozidų difosfokinazė, kreatinkinazė...). Vidinė membrana yra atrankiai laidi tik tam tikriems jonams ir junginiams. Pernaša vyksta tarpininkaujant vid.membr. esantiems specifiniams nešikliams. Vidinėje membranoje yra daug ferm.(kv. gr. kompleksai, sukinat DH, ATP-sintazė, acil-CoA DH...). Mitochondrijų vidinė dalis užpildyta standžia medž. (matriksas). Matrikse yra Krebso ciklo, RR -oksidacijos F, piruvatDH kompleksas, dalis AR oksidacijos ferm. 11. Oksidacinis ir substratinis fosforilinimas. Mitčelo oksidacinio fosforilinimo hipotezė. Oksidacinis ir substratinis fosforilinimas. ATP susidaro fosforilinant ADP (ADP+PnATP+H2O ( G  + 7,4 kcal/mol). ADP fosforilininti reikia energijos, nes vienai makroenerginei jungčiai susidaryti reikia 7,4 kcal/mol energijos. Taigi, ATP sintezė gali vykti, jei: 1) ADP fosforilinimas yra susijęs su kito makroenerginio junginio hidrolize, kurios metu išsiskiria >7,4 kcal/mol energijos; 2) naudojama oksidacijos procesų metu mitochondrijose išlaisvinta energija. Jei ATP sintezė yra konjuguota su kito makroenerginio junginio hidrolize, toks fosforilinimo būdas vadinamas substratiniu fosforilinimu. Sintetinant ATP substratinio fosforilinimo būdu makroenerginė fosfato grupė yra pernešama nuo makroenerginio substrato ant ADP, nedalyvaujant kv.gr. ir su juo susijusiam oksidaciniam fosforilinimui. Jei energiją reikalingą ATP sintezei tiekia kv. gr. vykstantys oks/red. procesai, tai toks sintezės būdas vadinamas oksidaciniu fosforilinimu. Mitčelo chemoosmosinė hipotezė. Aiškinant oksidacinį fosforilinimą naudojama Mitčelo chemoosmosinė hipotezė – mitochondrijų kvėpavimą su fosforilinimu (ATP sinteze) sieja elektrocheminis protonų potencialas, kuris susidaro ant vidinės mitochondrijų membranos (H+ = pH +  (-membranos potencialo pokytis)). Mitochondrijos vidinė membrana yra nelaidi H+. Todėl H+ pernašoje dalyvauja baltymai (vadinami protonų (H+) siurbliais), kertantys membr.. e– pernaša kv. gr. sukelia H+ pernašą iš matrikso į tarpmembraninę ertmę. Energija kaupiama elektrocheminio protonų potencialo () pavidalu. H+ perneša I, III ir IV kompleksai. Vykstant medžiagų apykaitai kv.gr. teka nenutrūkstantis e– srautas, todėl H+ išstumiami iš mitochondrijų matrikso pro vidinę mitochondrijos membraną į tarpmembraninę ertmę. Susidaro H+ konc. skirtumas abejose mitochondrijos vidinės membranos pusėse pH. Kadangi H+ turi teigiamą krūvį ir jie yra pernešami pro mitochondrijos vidinę membraną, jos išorinė pusė įgyja teigiamą krūvį, o vidinė pusė – neigiamą, susidaro . Nepažeistose mitochondrijų membranose  yra apie 0,22 V. Šis potencialas nėra pastovus. Jis gali kisti dėl daugelio priežasčių. Susidaręs  naudojamas: daugiausia naudojama oksidaciniam fosforilinimui (ATP sintezei). Jis vyksta veikiant vidinės membr. F ATP-sintazei; tam tikra  dalis naudojama osmosiniam darbui atlikti, t.y. jonams pernešti pro vidinę mitochondrijos membraną, pvz., fosfato jonus; dalis  panaudojama NADPH sintetinti; dalis  išsisklaido kaip šiluma. 12. Oksidacinio fosforilinimo veiksmingumas. Oksidacijos ir fosforilinimo procesų atskyrimas. Skyrikliai. Fosforilinimo inhibitoriai Oksidacinio fosforilinimo veiksmingumas. e– tekant kv. gr. laisvoji energija yra išlaisvinama netolygiai. Daugiausia jos išlaisvina kompleksai, kur vyksta H+ pernaša. Kiekvieno komplekso išlaisvintos energijos visiškai pakanka sintetinti 1ATP. Oksiduojantis 1NADH pro visus 3 protonų siurblius pernešami H+, todėl susidaro 3 molekulės ATP (NADH+H++3ADP+3Pn+1/2O2NAD++3ATP+H2O). Oksiduojantis 1FADH2 tik 2 protonų siurbliai perneša H+ pro vidinę mitochondrijų membr., todėl susidaro 2ATP (FADH2+2ADP+2Pn+1/2O2FAD+2ATP+H2O). O2 molek. turi 2 atomus, kurių kiekvienas prisijungia po 2 e– (viso 4 e– ). Oksidacinio fosforilinimo veiksmingumas išreiškiamas P/O santykiu. Šis santykis rodo kiek molekulių neorganinio fosfato (Pn) yra sunaudojama ADP fosforilinti, redukuojant 1/2 O2. Jei substratas oksiduoja NAD priklausomos DH P/O santykis lygus 3, jei FAD priklausomos DH P/O santykis lygus 2. Oksidacijos ir fosforilinimo procesų atskyrimas. Skyrikliai. Proporcijos tarp oksidacijos ir fosforilinimo sutrikimas vadinamas atskyrimu. Jį sukelia: 1)tam tikri cheminiai junginiai vadinami skyrikliais (diskonjugatoriais), 2)veiksniai, kurie pažeidžia mitochondrijos membr. vientisumą. Skyrikliai - tai medž., veikiančios į kvėpavimo ir fosforilinimo konjugaciją, t.y. į elektrocheminį protonų potencialą . Skyriklių veikimo esmė – jie yra katijonų nešikliai per membraną. Jiems veikiant su AMP kiekis. AMP aktyvina Glc skaidymo kelią glikolizę. Dėl intensyviai vykstančios glikolizės kraujyje pa> pieno rūgšties kiekis ir prasideda acidozė. Protonoforų savybės būdingos: antikoaguliantams dikumaroliui ir fenilinui; skydliaukės horm. tiroksinui ir trijodtironinui; benzimidazolo, fenilhidrazino dariniams. Jonoforai pa> vidinės mitochondrijų membranos laidumą iš karto ir H+ ir kt. jonams arba pa> vidinės mitochondrijų membranos laidumą tiktai kokiam nors katijonui (pvz., Na+ arba K+). Jonoforų veikimo mechanizmas. Pvz.:Valinomicinas. Jis yra ciklinės formos molekulė gerai tirpi lipiduose. Ji įsitvirtina mitochondrijos vidinėje membr. ir perneša K+ iš išorinės aplinkos į mitochondrijų vidų. Tai panaikina elektrinį potencialą (), tačiau lieka pH. Valinomicinas sukelia stiprų  potencialo su 50 laisvos Glc susidarymui. Kitose organuose, pvz., miokarde procentinis G-6-P metabolinių kelių santykis yra kitoks. G-6-P yra polinis junginys, jis nepereina ląstelių membranos ir į kraują patekti negali. Iš ląstelių į kraują gali patekti tik laisva Glc. 18. Glikolizė, reakcijų seka, reguliavimas, energetinė vertė Glikolizė – tai anaerobinis Glc skaidymas susidarant 2molek. pieno r. katalizuojant 11ferm. Jie sudaro funkcinę fermentų sistemą. Glikolizė vyksta ląst. citoplazmoje. Glikolizės reakcijų seka: 1)Glc fosforilinimas. Heksokinazė ,- alosterinis F .Ją inhibuoja G-6-P. G-6-P yra F alosterinis inhibitorius. R-ja negrįžtama. 2) G-6-P izomerizacija į F-6-P. Katalizuoja G-6-P izomerazė. R-ja grįžtama. Pusiausvyra nusistovi, kai yra 70%G-6-P ir 30%F-6-P. 3) F-6-P fosforilinimas, F-6-P+ATP→F-1,6-diP+ADP, Fosfofruktokinazė(PFK)-svarbiausias reguliacinis glikolizės F. Ši glikolizės r-ja vyksta lėčiausiai. Ji lemia visos glikolizės greitį. PFK yra alosterinis–jį aktyvina ADP, AMP, inhibuoja ATP, citratas. R-ja negrįžtama. 4) 2fosfotriozių susidarymas. Veikiant ferm. aldolazei F-1,6-diP suskyla į 2fosfotriozes: Dihidroksiacetono fosfatą(DAP) ir 3-fosfoglicerolioaldehidą(PGA). R-ja grįžtama. 5) Fosfotriozių izomerizacija. DAP↔PGA Tolimesnėse glikolizės r-jose naudojamas tik 1 iš 2 fosfotriozių izomerų–PGA. DAP virtimą PGA katalizuoja F fosfotriozių izomerazė. R-ja grįžtama, pusiausvyra nusistovi kai DAP yra 95%, o PGA–5% PGA. 6) PGA oksidavimas susidarant 1,3-diPGR. Katalizuoja 3-fosfogliceraldehido dehidrogenazė. Šios r-jos metu GAP dehidrinamas prijungiant H3PO4(Pn)–susidaro makroenerginis junginys 1,3-diPGR. PGA3-fosfogliceraldehido dehidrogenazė. 7) I-oji substratinio fosforilinimo r-cija 1,3-diPGR yra makroenerginis jung. Jis panaudojamas ATP sintezei. R-ciją katalizuoja fosfogliceratkinazė: makroenerginė fosfato grupė pernešama nuo 1,3-diPGR ant ADP, sintetinama ATP. Ši r-ija –tai I-oji glikolizės substratinio fosforilinimo r-ija. ATP sintetinama pernešant fosfato grupę nuo makroenerginio S ant ADP, nedalyvaujant kv.gr. ir su juo susijusiam oksidaciniam fosforilinimui. 8) 3-PGR izomerizacija į 2-PGR. Fosfato grupė nuo 3-PGR3 C atomo pernešama prie 2C. Katalizuoja fosfogliceratmutazė. Jos kofermentas – 2,3-diPGR. Ferm.veikti reikalingi Mg2+. 9) 2-PGR dehidratacija. Katalizuoja ferm.enolazė. R-jos metu nuo 2-PGR atskyla H2O, vyksta energijos persiskirstymas ir susidaro makroenerginę fosfatinę grupę turintis PEP. Enolazę aktyvina Mg2+, Mn2+, inhibuoja įvairūs jung., sudarantys patvarius jung. su Mg2+ir Mn2+. 10) II-oji substratinio fosforilinimo r-ija. Makroenerginė fosfatinė grupė nuo PEP pernešama ant ADP, sintetinama ATP veikiant ferm.piruvatkinazei. Tai II-oji substratinio fosforilinimo r-ija glikolizėje. Jos metu sintetinama piruvo r. (piruvatas). Ferm. veikti būtini Mg2+, Mn2+,vienvalenčiai šarminių Me jonai(pvz., K+). Jie stabilizuoja kataliziškai aktyvią F formą. Piruvatkinazė–alosterinis F, jį inhibuoja ATP. R-ja egzenerginė ir praktiškai negrįžtama. Toliau piruvatas priklauso nuo to ar aerobinėmis (vyksta paskutinė glikolizės reakcija) ar anaerobinėmis sąlygomis (piruvo r. redukuojama iki pieno r.(laktato)) vyksta Glc skaidymas. 11) Piruvato redukcija iki pieno r. Anaerobinėm sąlygom piruvatas redukuojamas iki pieno r. veikiant ferm. laktatdehidrogenazei(LDH). Jos kofermentas – NAD. R-ja grįžtama. Laktatas yra galutinis glikolizės produktas anaerobinėmis sąlygomis. Audiniuose, kurie gerai aprūpinami O2, (pvz.miokardas, nerv.audinys) vyrauja aerobiniai procesai ir susidaro piruvatas.Audin., kurie blogiau aprūpinami O2(pvz.intensyviai dirbantys raumenys) vyrauja anaerobiniaiprocesai ir susidaro laktatas. Eritrocituose net ir aerobinėmis sąlygomis susidaro galutinis produktas laktatas, nes juose nėra mitochondrijų galinčių suskaidyti piruvatą. Glikolizė vyksta smegenyse, virškinimo trakte, inkstų šerdinėje dalyje, akių tinklainėje, odoje ir tiekia jiems energiją. Intensyviai dirbantys raumenys gamina laktatą ir išskiria jį į kraują, o kepenys ,inkstai ir širdis naudoja laktatą kaip energetinę medžiagą. Glikolizės reguliavimas. Ją reguliuoja 3 alosteriniai F: fosfofruktokinazė, heksokinazė, piruvatkinazė. Svarbiausias reguliacinis ferm.yra fosfofruktokinazė(PFK). Jis lemia glikolizės greitį. Šį ferm.alosteriškai aktyvina ADP, AMP, F-2,6-diP, inhibuoja ATP, citratas. Šio F reguliavimas įvairiuose organuose yra skirtingas. PFKreguliavimas kepenų ląstelėse. Kepenų ląstelėse ATP, ADP ir AMP kiekiai yra nepastovūs, todėl PFK aktyvumas daugiausiai reguliuojamas alosteriškai: aktyvinant F-2,6-diP, inhibuojant citratu, F-2,6-diP susidaro veikiant fosfofruktokinazei-2 (PFK-2), kuri yra PFK izofermentas. PFK-2 – reguliuojama grįžtamojo fosforilinimo būdu. DefosforilintaPFK-2 veikia kaip F-6-Pkinazė ir katalizuoja F-2,6-diP susidarymą. Fosforilinta PFK-2 veikia kaip fruktozės 2,6-defosfatazė, kuri skaido F-2,6-diP,susidarantF-6-P. PFK-2 aktyvumą per kitus F keičia hormonai (adrenalinas, gliukagonas). Nevalgius ar badaujant Glc kiekis kraujyje su. Sočiai pavalgius Glc kiekis kraujyje pa>,todėl kasa išskiria > insulino. Insulinas aktyvina fosfoproteinfosfatazę, kuri defosforilina PFK-2. Veikiant defosforilintai PFK-2, pa> F-2,6-diP kiekis, kepenų ląstelėse aktyvinama PFK ir suaktyvėja glikolizė. Citratas yra PFK alosterinis inhibitorius. Kepenų ląst.citoplazmoje jo pa> tada, kai sulėtėja ar nebevyksta RR sintezė. Tada mitochondrijose kaupiasi tarpiniai Krebso ciklo metabolitai, tarp jų ir citratas. Pastarasis patenka iš mitochondrijos į citoplazmą ir inhibuoja PFK, todėl sulėtėja arba sustoja glikolizė. PFK reguliavimas raumenų ląstelėse. PFK aktyvumas reguliuojamas alosteriškai. ATP yra PFK alosterinis inhibitorius, ADP ir AMP yra PFK alosteriniai aktyvikiai. Heksokinazės reguliavimas. Tiek kepenų, tiek raumenų, tiek kitų audinių ląstelėse šį F alosteriškai inhibuojaG-6-P, kai tik jo pagaminama > negu sunaudojama. Heksokinazę alosteriškai inhibuoja ATP, o aktyvina ADP ir AMP. Gliukokinazės reguliavimas. Kepenų ląstelėse yra heksokinazės izofermentas gliukokinazė, kurios giminingumas Glc yra daug ,tačiau jį vartojant dažnai - su

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!