ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 420
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
ш-ЭПС (экстернальные отправляются в другие части клетки)
4. Белки синтезируются на ш-ЭПС
● Остаются в ЭПС за счет сигнала удержании (остающиеся белки);
● Транспортируются в КГ (транзитные белки).
5. Транзитные белки подвергаются химическим модификациям:
гликозилированию, фосфорилированию, ацетилированию, могут связываться с липидами, укладываться в четвертичные структуры, подвергаться частичному протеолизу.
6. Транзитные белки распознаются рецепторами мембраны промежуточной ЭПС
7. Белки упаковываются в везикулы, которые отшнуровываются от промежуточной
ЭПС при помощи клатриноподобных белков и транспортируются в комплекс
Гольджи.
8. Пузырьки двигаются вдоль микротрубочек с помощью моторных белков, а направление движения задается Rab-ГТФазами.
9. Пузырьки сливаются с принимающей мембраной при помощи белков слияния,
которые переплетаются и перестраивают БЛС.
10.Ошибочно отправившиеся в КГ пузырьки, содержащие сигнал задержки,
распознающийся КГ, отправляются назад в ЭПС
Механизм сегрегации белков ЭПС:
1. Интернальные белки синтезируют свой сигнальный пептид на рибосоме;
2. С рибосомой взаимодействует сигнал-распознающая частица SRP (7S-РНК+6
белков);
3. SRP распознает сигнальный пептид и останавливает элонгаци. До тех пор, пока рибосома не переселится на ш-ЭПС.
4. На ш-ЭПС рибосома связывается с причальным белком-рецептором и SRP
связывается с похожим рецептором рядом;
5. Меняется конформация SRP и она отделяется от рибосомы;
6. Синтез белка на рибосоме ш-ЭПС возобновляется.
7. Синтезированный пептид через транслокационный мембранный канал проникает в полость ш-ЭПС;
8. Его сигнальная последовательность отрезается ферментами.
9. Полипептид в полости шЭПС укладывается с помощью Bip-шаперона, он связывает гидрофобные участки растущего полипептида, предотвращая их преждевременное склеивание с другими гидрофобными участками.
10.Белок-шаперон ERp57, обладающий двумя ферментативными возможностями:
тиолдисульфид оксидоредуктазы и дисульфидизомеразы, образует и разрезает дисульфидные связи, облегчая повторную укладку белка.
11.Белки, которые не удалось правильно свернуть, через белковый канал выводятся обратно в цитоплазму и расщепляются протеасомами.
Гладкая ЭПС:
● Синтез мембранных липидов (фосфоглицеролипиды, сфинголипиды,
холестерол, ЛПВП, ЛПНП);
o Нарушения синтеза, транспорта и деградации липидов –
гиперхолестеринемия и атеросклероз, проявляющиеся периорбитальный
4. Белки синтезируются на ш-ЭПС
● Остаются в ЭПС за счет сигнала удержании (остающиеся белки);
● Транспортируются в КГ (транзитные белки).
5. Транзитные белки подвергаются химическим модификациям:
гликозилированию, фосфорилированию, ацетилированию, могут связываться с липидами, укладываться в четвертичные структуры, подвергаться частичному протеолизу.
6. Транзитные белки распознаются рецепторами мембраны промежуточной ЭПС
7. Белки упаковываются в везикулы, которые отшнуровываются от промежуточной
ЭПС при помощи клатриноподобных белков и транспортируются в комплекс
Гольджи.
8. Пузырьки двигаются вдоль микротрубочек с помощью моторных белков, а направление движения задается Rab-ГТФазами.
9. Пузырьки сливаются с принимающей мембраной при помощи белков слияния,
которые переплетаются и перестраивают БЛС.
10.Ошибочно отправившиеся в КГ пузырьки, содержащие сигнал задержки,
распознающийся КГ, отправляются назад в ЭПС
Механизм сегрегации белков ЭПС:
1. Интернальные белки синтезируют свой сигнальный пептид на рибосоме;
2. С рибосомой взаимодействует сигнал-распознающая частица SRP (7S-РНК+6
белков);
3. SRP распознает сигнальный пептид и останавливает элонгаци. До тех пор, пока рибосома не переселится на ш-ЭПС.
4. На ш-ЭПС рибосома связывается с причальным белком-рецептором и SRP
связывается с похожим рецептором рядом;
5. Меняется конформация SRP и она отделяется от рибосомы;
6. Синтез белка на рибосоме ш-ЭПС возобновляется.
7. Синтезированный пептид через транслокационный мембранный канал проникает в полость ш-ЭПС;
8. Его сигнальная последовательность отрезается ферментами.
9. Полипептид в полости шЭПС укладывается с помощью Bip-шаперона, он связывает гидрофобные участки растущего полипептида, предотвращая их преждевременное склеивание с другими гидрофобными участками.
10.Белок-шаперон ERp57, обладающий двумя ферментативными возможностями:
тиолдисульфид оксидоредуктазы и дисульфидизомеразы, образует и разрезает дисульфидные связи, облегчая повторную укладку белка.
11.Белки, которые не удалось правильно свернуть, через белковый канал выводятся обратно в цитоплазму и расщепляются протеасомами.
Гладкая ЭПС:
● Синтез мембранных липидов (фосфоглицеролипиды, сфинголипиды,
холестерол, ЛПВП, ЛПНП);
o Нарушения синтеза, транспорта и деградации липидов –
гиперхолестеринемия и атеросклероз, проявляющиеся периорбитальный
ксантелизмом и ярко-желтыми ксантомами (скопление
холестерина в клетках) в области сухожилий и мышц
конечностей.
o Гормоны – производные ХС: альдостерон, кортизол (гормон стресса,
подавляет иммунитет), тестостерон, прогестерон и эстрадиол.
● Детоксикация ксенобиотиков или соединений, образовавшихся в самой клетке.
Цитохром Р450 в мембранах ЭПС превращает гидрофобные вещества в гидрофильные, которые становятся способными вывестись из организма.
● Содержит кальцийсомы, накапливающие ионы кальция посредством связывания его кальцийсвязывающими белками. Ими с помощью работы переносчиков регулируется концентрация кальция в цитоплазме.
o Лекарство Преналтерол увеличивает выкачивание кальция из гл-ЭПС и усиливает ЧСС при сердечной недостаточности.
● В мембранах находится глюкоза-6-фосфатаза, участвующая в расщеплении гликогена до глюкозы.
o При дефекте этого фермента развивается гликогеноз — болезнь Гирке с
нарушением расщепления гликогена и его накоплением в почках и печени.
Изменяется структура и увеличивается размер этих органов, нарушается
работа всего организма.
Функция всех сообщающихся отделов ЭПС вместе – транспорт белков, липидов и разделение клетки на компартменты для разобщения биохимических процессов в клетке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 27
8. Комплекс Гольджи.
Состав:
● Мембранные цистерны, сложенные в диктиосомы (околоядерная зона);
● Мембранные транспортные пузырьки (вакуолярная зона).
Отделы КГ:
● Цис-отдел/проксимальный полюс (расположен ближе к ядру);
● Медиальный отдел (центральный отдел в середине диктиосомы);
● Транс-отдел/дистальный полюс (наиболее удаленный от ядра).
Транспорт пузырьков из ЭПС:
● Транспортные пузырьки сливаются с первой из цистерн цис-отдела КГ
«цистерной спасения»;
● Её протонные насосы создают в полости цистерны кислую среду;
● Отделяются транзитные белки от рецепторов;
● Белки поступают в следующие цистерны;
● Белки подвергаются сегрегации на потоки с помощью их посттрансляционного преобразования:
o В цис-отделе - фосфорилирование некоторых белков, гликозилированных в
ЭПС, по маннозе с образованием маннозо-6- фосфата. Далее они следуют
через все отделы без изменений и становятся ферментами лизосом
— гидролазами.
o Другие белки переносятся в медиальный отдел, где еще раз гликозилируются присоединением Nацетилглюкозамина с удалением нескольких маннозных остатков.
o В транс-отделе продолжается гликозилирование белков и липидов путем присоединения галактозы или сиаловой кислоты. Образуются гликосфинголипиды клеточных мембран, миелиновых оболочек нервных волокон.
o Тоже в транс-отделе происходит синтез мукополисахаридов или гликозаминогликанов, которые входят в состав соединительной ткани и суставов. Часть из них присоединяется к белкам с образованием протеогликанов, входящих в состав гликокаликса ПАК.
o Также в транс-отделе КГ происходит сульфатирование, процессинг, в том числе частичный протеолиз некоторых белков.
Процессинг:
● Неактивный проинсулин превращается в активный инсулин за счет удаления из проинсулина внутреннего участка в 30 аминокислотных остатков;
● Разрезание проопиомеланокортина дает несколько свободных функционально активных пептидов.
Сегрегация веществ на три потока:
1. «Мембранный», - постоянная секреция гликосфинголипидов и гликопротеинов в плазмолемму.
2. Поток индуцируемой «секреции». Секретируемые из клетки белки (гормоны,
антитела) упаковываются в мембранные пузырьки и выводятся за пределы клетки. Секреторные пузырьки могут накапливаться в определенных районах периферической гиалоплазмы и будут сливаться с ПЛ только после внеклеточного сигнала. КГ наиболее развит в секреторных клетках.
3. «Лизосомальный» поток - белки-гидролазы, фосфорилированные по маннозе, и некоторые гликозаминогликаны, которые направляются в лизосомы.
Нарушения формирования и перемещения лизосомального потока => гидролазы не
попадают в лизосомы, выводятся из клетки и обнаруживаются в плазме крови
(муколипидоз ΙΙ типа). Накапливаются нерасщепленные вещества в клетках.
Функции КГ:
1. Сегрегация белков на потоки;
2. Транспорт белков, липидов и углеводов в мембраны органоидов, ядра и в ПАК;
3. Упаковка и выведение секретов из клетки;
4. Синтез углеводов, гликозилирование белков и липидов;
5. Формирование лизосом.
9. Лизосомы и пероксисомы, строение и функции.
Лизосомы
— мембранные пузырьки диаметром 0,1–0,4 мкм.
Эндолизосомальная система
- продолжение эндоциозных путей клетки.
Этапы эндолизосомальной системы:
1. Слияние мембранных эндоцитозных пузырьков – ранняя эндосома;
2. К эндосоме причаливают транспортные пузырьки от КГ, несущие мембранные белки лизосом и протонные АТФазы – поздняя эндосома.
3. От протонных насосов внутренняя среда эндосомы становится более кислой (рН
равна 6,8–6,0);
4. Рецепторы отделяются от лигандов;
5. Часть рецепторов возвращается обратно в КГ или в ПЛ;
6. Также в поздних эндосомах происходит отделение рецепторов от транспортированных в клетку липопротеинов низкой плотности. Рецепторы возвращаются в плазмолемму, а липопротеины низкой плотности расщепляются с освобождением холестерола;
7. Происходит дальнейшее закисление среды и впячивание эндосомальной мембраны;
8. Образуются внутренние пузырьки;
9. Пузырьки могут выводяться из клетки путем слияния мембраны поздней эндосомы и плазмолеммы (клетка может передавать и-РНК, микроРНК, и т.д.).
10. Слияние мембранных пузырьков с гидролазами (при рН=5,0–4,5: протеазы,
нуклеазы, гликозидазы, липазы и т.д.) с поздними эндосомами – лизосомы.
Состав ЛС:
● Лизосомальный матрикс (белки из ЭПС, а углеводы из КГ).
● 20 % гидролаз в мембране лизосом, а 80 % — в матриксе.
Функционирование лизосом:
● Гидролазы частично подвергаются гидролизу в лизосомах при низких рН и активируются.
● Расщепляется содержимое лизосомы.
● Белки мембраны лизосом гликозилированы для защиты от переваривания.
● Образующиеся мономеры покидают лизосому через мембранные транспортеры.
● Опустевшая лизосома может сливаться еще раз с поздней эндосомой или участвовать в ауто- и гетерофагических циклах.
Аутофагический цикл (аутофагия)
— процесс захватывания в ЛС собственных внутриклеточных веществ или органоидов;
Гетерофагический цикл (гетерофагия)
— процесс захвата и переваривания в ЛС
внеклеточных веществ или клеток.
Аутофагия:
● Макроаутофагия;
● Микроаутофагия.
Макроаутофагия:
1. Формирование пузырька, окружающего двойной мембраной внутриклеточные вещества, подвергающиеся гидролизу - аутофагосома (АФС).
2. С помощью тубулин-транслокаторной системы происходит слияние ЛС с наружной мембраной АФС, образуется аутофаголизосома (АФЛ);
3. В АФЛ активируются гидролазы.
4. Начинается гидролиз веществ.
Микроаутофагия:
Макромолекулы попадают в ЛС через белковый канал из субъединиц мембранного белка LAMP-2, или с помощью мелких пузырьков, которые образуются путем инвагинации самой мембраны ЛС.
После циклов аутофагии в клетках накапливаются нерасщепленные вещества,
например липофусцин и амилоиды.
ЛС превращаются в телолизосомы (ТЛС). У многоклеточных ТЛС остаются в
клетках в виде остаточных телец и могут уничтожаться в аутофагических циклах.
Функции аутофагических циклов:
1. Внутриклеточная регенерациия;
2. Регуляция количества вещества в клетке. Избыток синтезированных в секреторных клетках веществ обычно уничтожается в ЛС (процесс кринофагии);
3. Эндогенное питание в условиях голодания за счет переваривания ЛС
внутриклеточных веществ;
4. Регресс эмбриональных тканей и органов в процессах морфогенеза.
Разрушают мембраны ЛС:
● Ионизирующее излучение;
● Избыток жирорастворимых витаминов (A, D и E);
● Детергенты;
● Некоторые антибиотики;
● Бактериальные и вирусные продукты;
● Токсины грибов.
Последствия разрушения ЛС:
● Так как рН в клетке щелочная, чаще всего ферменты не работают и последствий для клетки нет;
● В патологических ситуациях происходит гибель клетки (при размножении внутриклеточных паразитов протеазы запускают воспалительный процесс,
выделяются интерлейкины воспаления и происходит пироптоз.
Стабилизаторы мембран ЛС:
● Сфинголипиды;
● Холестерол;
● Кортизол;
● Салицилаты.
Их используют в медицине для подавления фагических циклов, которые лежат в
основе бактериальных воспалительных процессов.
Гетерофагические циклы могут осуществляться на основе как эндоцитоза, так и экзоцитоза.
Эндоцитоз:
● Формируется гетерофагосома с веществом;
● Она сливается с ЛС, формируя гетерофаголизосому;
● Далее как при аутофагии;
● После нескольких циклов ЛС превращается в ТЛС.
Нейтрофилы и макрофаги содержат много ЛС и активно фагоцитируют бактерии,
уничтожая их. Процесс воспаления можно подавить лекарственными
противовоспалительными препаратами — аспирином или кортизолом, которые
стабилизируют мембраны ЛС. Макрофаги в основном занимаются гетерофагией
погибших клеток собственного организма (эритроцитов в печени, фрагментов
клеток, подвергшихся апоптозу, погибших нейтрофилов).
Внеклеточная гетерофагия
- первичные ЛС вступают в экзоцитоз, в результате чего лизосомальные гидролазы становятся ферментами гликокаликса. Они осуществляют внеклеточный гидролиз макромолекул, как, например, при пристеночном пищеварении в тонком кишечнике.
Функции гетерофагических циклов:
● Трофическая (питание);
● Защитная;
● Сенсибилизация (усиление) иммунного ответа за счет обработки чужеродного вещества в ЛС антигенпрезентирующих клеток иммунной системы;
● Участие сперматозоида в оплодотворении, акросомальные гидролазы которого разрыхляют яйцевые оболочки.
Болезни накопления:
● Гликопротеинозы (муколипидозы) - нарушен гидролиз гликопротеинов;
● Мукополисахаридозы (синдром Гурлера) - нарушено расщепление мукополисахаридов или гликозаминогликанов;
● Липидозы (болезнь Гоше) - нарушено расщепление липидов мембран.
В случае обнаружения болезни накопления рекомендуется искусственное прерывание
беременности.
Нарушение защитной функции ЛС в фагоцитах ведет к повышению
чувствительности организма к инфекционным заболеваниям.
Пероксисомы
Ферменты пероксисом:
● Оксидазы катализируют перенос водорода от жирной кислоты на молекулу кислорода с образованием Н2О2;
● Пероксидазы используют перекись для окисления токсических веществ;
● Каталазы нейтрализуют избыток перекиси (2Н2О2 → О2 + 2Н2О).
Все функции пероксисом:
● β-окисление жирных кислот;
● Окисление вредных веществ (спирты, альдегиды, органические кислоты) - снижение токсичности;
● Окислительное дезаминирование;
● Синтез липидов-плазмологенов - компонентов миелиновой оболочки нейронов;
● Окисление уратов с помощью уриказы, являющейся оксидазой (нет у человека).
β-окисление жирных кислот:
● Последовательное укорочение углеводородного остова на два атома углерода в составе ацетильной группы с образованием ацетил-кофермента А;
● В пероксисомах сначала образуется более длинный ацил-коферментА
(Ацил-Ко-А);
● Ацил-Ко-А переносится в митохондрии, образуется ацетил-кофермент А
(Ац-Ко-А), необходимый в реакциях цикла Кребса.
Пример окисления вредных веществ:
● В гепатоцитах 50 % С2Н5ОН окисляется до С2Н3О в ПС;
● Остальная часть — в гиалоплазме;
● Ацетальдегид поступает в митохондрии;
● В МХ окисляется до безвредного ацетата с последующим образованием энергоемкой молекулы Ац-Ко-А.
● При хроническом употреблении алкоголя в клетках печени увеличивается количество Ац-Ко-А, при этом ингибируется β-окисление жирных кислот, но зато резко усиливается синтез из Ац-групп жиров, приводящих к гиперлипидемии и жировому перерождению печени — циррозу.
Окислительное дезаминирование:
● α-D-аминокислоты превращаются в кетокислоты с образованием аммиака;
● Аммиак нейтрализуется в гепатоцитах;
● Из кетокислот в образуются L-аминокислоты.
Аномалия ПС - развитие рецидивирующего стоматита, при котором на деснах
образуются язвы, может развиться гангрена зубных альвеол и выпадение зубов.
Мутации в генах, контролирующих поступление белков в пероксисомы, - синдром
Цельвегера.
Вопросы 10 – 11
10. Митохондрии и энергетический обмен в клетке.
11. Немембранные органоиды и включения
10. Митохондрии и энергетический обмен в клетке.
Число МХ в разных типах клеток человека зависит от функциональной активности
клеток:
● До 1000 МХ в клетках печени;
● В яйцеклетке до 300 000 МХ;
● В сперматозоиде 5 МХ.
При физических нагрузках число МХ в клетках увеличивается, а при гиподинамии —
уменьшается.
Строение МХ:
●
Наружная мембрана
(20 % белков и 80 % липидов - высокая проницаемость и растяжимость, в тч порины (ионы, малые молекулы), ферменты МБ. и Bcl - ингибитор апоптоза);
●
Внутренняя мембрана сложена в кристы с грибовидными телами, образует контактные сайты с наружной мембраной (80% белков, много кардиолипина,
мало холестерола, убихинон дыхательной цепи, АТФ-синтетаза,
белки-переносчики протонов, фосфата, пирувата, малата, цитрата, жирных кислот, АДФ, АТФ. Белки могут образовывать комплексы ЭТЦ);
●
Межмембранное пространство
(ферменты и белки апоптоза (цхС));
●
Митохондриальный матрикс
- водный раствор разнообразных ионов и органических молекул, содержит ферменты цикла Кребса, 70S рибосомы и кольцевую ДНК (их мб несколько).
ДНК МХ:
● Прикреплена к внутренней мембране, содержит митохондриальный геном (МГ).
● МГ включает 37 генов, они кодируют МХ р-РНК, т-РНК и белки
(АТФ-синтазного комплекса, НАД и ФАД-зависимые дегидрогеназы).
● Большая часть белков МХ контролируется ядерными генами, их синтез происходит в цитоплазме.
● Белки проникают в МХ через контактные сайты, образуют мультиферментные комплексы с МХ белками, поэтому МХ - полуавтономные органоиды.
Синтез МХ:
● Простое деление;
● Почкование;
● Формирование дочерних МХ внутри материнской;
Симбиотическая теория происхождения МХ от прокариот:
Мелкие аэробные клетки эндоцитозом проникли в более крупные анаэробные клетки и вступили с ними в симбиоз.
1) наличие двух мембран;
2) наличие кольцевой ДНК, как у бактерий;
3) наличие прокариотических 70S рибосом;
4) способность к размножению.
Функции МХ:
● Клеточное дыхание;
● Энергетический обмен (синтез АТФ);
● Транспорт субстратов (пирувата и жирных кислот в обмен на ионы водорода и карнитиновый цикл), необходимых для энергообмена);
● Окисление короткоцепочечных жирных кислот и ацил-КоА с образованием ацетил-КоА;
● Регуляция концентрации биогенных аминов, например, образую- щихся в нейронах при расщеплении избытка нейромедиаторов с помощью фермента моноаминоксидаза (МАО); нарушение расщепления может стать причиной развития депрессии, фобий и шизофрении;
● Участия в метаболизме аммиака, например, при дезаминирования аминокислот.
Макроэргические соединения:
● АТФ, ГТФ, ацетил кофермент-А, креатин-фосфат и др.
● Образуются при присоединении фосфата - фосфорилированием.
Энергетический обмен
- это совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии, которая преобразуется в химическую энергию макроэргических связей.
Субстраты - источники энергии:
● Углеводы, белки и жиры;
● Расщепление субстратов происходит с постепенным отщеплением атомов водорода от углерода;
● Конечный акцептор электронов — молекулярный кислород;
● Энергия извлекается за счет разрыва ковалентных связей между атомами углерода.
Этапы энергетического обмена:
● Подготовительный;
● Анаэробный (бескислородный);
● Аэробный (кислородный, или клеточное дыхание).
Подготовительный этап:
● Происходит в полости кишечника, гликокаликсе и лизосомах;
● Сложные макромолекулы ферментами расщепляются до мономеров:
Углеводы до глюкозы;
Белки до аминокислот;
Липиды — до глицерина и жирных кислот;
Нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов.
● Энергия рассеивается в виде тепла;
● Мономеры всасываются и поступают в кровь и цитоплазму клеток.
Анаэробный (бескислородный) путь:
● В гиалоплазме клетки;
● Гликолиз - расщепление глюкозы(С6) до двух молекул пировиноградной кислоты
(С3) (10 реакций, в которых происходит фосфорилирование, дегидрогенирование и дефосфорилирование субстратов);
● При недостатке кислорода в клетке из ПВК образуется лактат;
● При восстановлении уровня кислорода лактат вновь превращается в ПВК.
Накопление лактата - лактоацидоз, при котором нарушаются функции нервных и
мышечных клеток с мышечной болью.
Дегидрогенирование глюкозы:
● Перенос водорода на ко-субстрат НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид —
окисленный) с образованием его восстановленной формы — НАДН•Н+.
● НАД+ содержит никотинамид, способный отнимать от субстрата гидрид-ион
(атом водорода с добавочным электроном).
● НАД+ восстанавливается до НАДН•;
● Свободные протоны Н+ из водного раствора присоединяются к гидрид-иону,
образуя НАДН•Н+;
Суммарно реакции гликолиза:
Глюкоза (С6) + 2НАД+ + 2АДФ + 2Фн → 2ПВК (С3) + 2НАДН•Н+ + 2АТФ.
Сколько АТФ?
● (Фн)+АДФ=АТФ;
● Суммарный выход АТФ - четыре молекулы:
● 2АТФ расходуются на первых стадиях гликолиза;
● В конечном выходе при расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 2АТФ.
При наличии кислорода энергетический обмен у эукариот переходит в аэробный этап,
который осуществляется в МХ.
Аэробный этап
- продолжение расщепления глюкозы до конечных продуктов СО2 и
Н2О, сопровождающееся дегидрогенированием и декарбоксилированием от промежуточных субстратов.
Дегидрогенирование: разделение атомов водорода на два потока — протонов и
электронов, которые способствуют возникновению разности электропотенциалов на
внутренней мембране МХ.
Стадии аэробного этапа:
● Промежуточная;
● Цикл Кребса;
● Окислительное фосфорилирование.
Промежуточная стадия:
● ПВК транспортируется в матрикс МХ;
● От ПВК отщепляется углерод в виде СО2;
● Оставшаяся ацетильная группа ПВК взаимодействует с коферментом А, который превращается в ацетил Ко-А (ац-КоА) с одновременным восстановлением
НАДН•Н+:
● 2ПВК (С3) → 2ац-КоА (КоА-SСО-СН3) + 2НАДН•Н+ + 2СО2.
Ац-КоА - переносчик ацетильных группировок от одного субстрата к другому и
содержит макроэргическую связь.
Ац-КоА вовлекается в цикл Кребса
Цикл Кребса:
● Происходит в матриксе МХ;
● Семь последовательных реакций с превращением трикарбоновых кислот и их декарбоксилированием и дегидрогенированием;
● Отщепленные в одном цикле восемь протонов и электронов акцептируются переносчиками - НАД+- и ФАД-коферментами, которые восстанавливаются в форму НАДН•Н+ и ФАДН2;
● Образуется ГТФ, аналогичная АТФ.
Суммарно реакции цикла Кребса при расщеплении одной молекулы ац-КоА:
СН3СОко-А + 2Н2О + 3НАД+ + ФАД+ → КоА + 2СО2 + 3НАДН•Н+ +
ФАДН2 + ГТФ
При расщеплении одной молекулы глюкозы (С6) цикл Кребса повторяется дважды,
поскольку в него вовлекаются 2 молекулы ац-КоА.
Суммарное уравнение для полного расщепления одной молекулы глюкозы:
2СН3СОко-А + 4Н2О + 6НАД+ + 2ФАД+ → 2КоА + 4СО2 + 6НАДН•Н+ + +
2ФАДН2 +2ГТФ
НАДН•Н+ и ФАДН2 - кофакторы дегидрогеназ (переносчики протонов и электронов к
ферментам дыхательной цепи). Они расположены на внутренней мембране МХ и
участвуют в передаче электронов к молекулярному кислороду.
Окислительное фосфорилирование:
● Электронно-транспортная цепь (ЭТЦ) и грибовидные тела внутренней мембраны МХ; ЭТЦ - около 40 белков-ферментов, которые расположены в порядке изменения их окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
● ОВП - способность ферментов присоединять (восстанавливаться) или отдавать
(окисляться) электроны.
● Ферменты: НАД- и ФАД-зависимые дегидрогеназы, ко-фермент Q, цитохромы,
железо-серные белки и медьсодержащие белки, формирующие три больших ферментных комплекса.
Цитохромы:
● Меняют цвет при окислении или восстановлении;
● а1, а3, в, с, c1 и др., в зависимости от спектра поглощения света;
● В ЦХ есть гем, содержащая железо, переносящее электроны по ЭТЦ, так как оно переходит из Fe3+ Fe2+, становясь акцептором или донором электронов;
● ЦХ С перемещается в мембране за счет слабых ионных взаимодействий с БЛС.
НАДН•Н-дегидрогеназный комплекс (НДК) - 1 комплекс ДЦ:
● Около 25 белковых молекул;
● НАДН•Н+ - донор протонов и электронов для НДК;
● НДК присоединяет к себе протоны и электроны, разделяет их на 2 потока;
● Электроны передаются на кофермент Q (KoQ);
● Протоны транспортируются в межмембранное пространство МХ;
● Создается градиент Н+.
Ко-Q:
● Кo-Q (убихинон) гидрофобная молекула, способная принять или отдать электроны, а также акцептировать протоны из матрикса МХ.
● Кo-Q диффундирует во внутренней мембране, пока не провзаимодействует со вторым комплексом - цитохром с-редуктазным.
Цитохром с-редуктазный комплекс (ЦРК):
● Содержит цитохромы в и с1;
● Принимает электроны и протоны от Кo-Q;
● Кроме НАДН•Н+ донор протонов и электронов это ФАДН2, который передает их непосредственно Ko-Q, минуя НДК;
● От ЦРК электроны и протоны передаются на третий цитохром-оксидазный комплекс (ЦОК).
ЦОК содержит цитохромы а и а3.
● Также забирает протоны из матрикса и транспортирует Н+ в межмембранное пространство.
Электроны ЭТЦ теряют энергию, которая используется на создание градиента
протонов, а энергия градиента расходуется на синтез АТФ в грибовидных телах.
Конечный акцептор электронов в матриксе МХ - кислород, который имеет
наибольшее сродство к электронам, при этом создаются радикал-ионы кислорода,
способные взаимодействовать в матриксе МХ с протонами, образуя молекулы
метаболической воды.
АТФ-синтетазный комплекс (АТФ-СК):
● Осуществляет фосфорилирование АДФ до АТФ;
● Состоит из трансмембранного канала и соединенной каталитической части;
● При достижении необходимого электрохимического потенциала на внутренней мембране МХ АТФ-СК меняет конформацию и в нем открывается канал, по которому протоны из межмембранного пространства транспортируются в матрикс МХ.
● Поток протонов активирует АТФ-синтетазу, которая присоединяет Фн к АДФ
или АМФ, с образованием АТФ.
● Реакция фосфорилирования: АДФ + Фн → АТФ.
● Транспорт неорганического фосфата (Фн) в матрикс осуществляется специальным переносчиком внутренней мембраны МХ, который функци- онирует под действием потока протонов, то есть является симпортёром Н+ и Фн.
Энергетический баланс расщепления 1 молекулы глюкозы
● 2 электрона, переносимые НАДН•Н+ - синтез 3АТФ в процессе окислительного фосфорилирования;
● Электроны, переносимые ФАД•Н2 — синтез 2АТФ;
● При полном расщеплении одной молекулы глюкозы (С6Н12О6) на анаэробном и аэробном этапах восстанавливается 10 НАДН•Н+ (т.е. к ЭТЦ переносится 20
электронов) и 2 ФАД•Н2, энергии которых в сумме достаточно для синтеза 34
молекул АТФ (3АТФ·10 НАДН•Н+ +2АТФ·2 ФАД•Н2);
● Дополнительно в цикле Кребса образуются 2 ГТФ (аналогичные АТФ) и еще 2
АТФ — в реакциях гликолиза;
● Суммарно энергетический потенциал анаэробного и аэробного этапов расщепления одной молекулы глюкозы обеспечивает синтез 38 АТФ (34+2+2),
при условии, что гликолиз завершается образованием пирувата и НАДН•Н+, а не лактата.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 27
8. Комплекс Гольджи.
Состав:
● Мембранные цистерны, сложенные в диктиосомы (околоядерная зона);
● Мембранные транспортные пузырьки (вакуолярная зона).
Отделы КГ:
● Цис-отдел/проксимальный полюс (расположен ближе к ядру);
● Медиальный отдел (центральный отдел в середине диктиосомы);
● Транс-отдел/дистальный полюс (наиболее удаленный от ядра).
Транспорт пузырьков из ЭПС:
● Транспортные пузырьки сливаются с первой из цистерн цис-отдела КГ
«цистерной спасения»;
● Её протонные насосы создают в полости цистерны кислую среду;
● Отделяются транзитные белки от рецепторов;
● Белки поступают в следующие цистерны;
● Белки подвергаются сегрегации на потоки с помощью их посттрансляционного преобразования:
o В цис-отделе - фосфорилирование некоторых белков, гликозилированных в
ЭПС, по маннозе с образованием маннозо-6- фосфата. Далее они следуют
через все отделы без изменений и становятся ферментами лизосом
— гидролазами.
o Другие белки переносятся в медиальный отдел, где еще раз гликозилируются присоединением Nацетилглюкозамина с удалением нескольких маннозных остатков.
o В транс-отделе продолжается гликозилирование белков и липидов путем присоединения галактозы или сиаловой кислоты. Образуются гликосфинголипиды клеточных мембран, миелиновых оболочек нервных волокон.
o Тоже в транс-отделе происходит синтез мукополисахаридов или гликозаминогликанов, которые входят в состав соединительной ткани и суставов. Часть из них присоединяется к белкам с образованием протеогликанов, входящих в состав гликокаликса ПАК.
o Также в транс-отделе КГ происходит сульфатирование, процессинг, в том числе частичный протеолиз некоторых белков.
Процессинг:
● Неактивный проинсулин превращается в активный инсулин за счет удаления из проинсулина внутреннего участка в 30 аминокислотных остатков;
● Разрезание проопиомеланокортина дает несколько свободных функционально активных пептидов.
Сегрегация веществ на три потока:
1. «Мембранный», - постоянная секреция гликосфинголипидов и гликопротеинов в плазмолемму.
2. Поток индуцируемой «секреции». Секретируемые из клетки белки (гормоны,
антитела) упаковываются в мембранные пузырьки и выводятся за пределы клетки. Секреторные пузырьки могут накапливаться в определенных районах периферической гиалоплазмы и будут сливаться с ПЛ только после внеклеточного сигнала. КГ наиболее развит в секреторных клетках.
3. «Лизосомальный» поток - белки-гидролазы, фосфорилированные по маннозе, и некоторые гликозаминогликаны, которые направляются в лизосомы.
Нарушения формирования и перемещения лизосомального потока => гидролазы не
попадают в лизосомы, выводятся из клетки и обнаруживаются в плазме крови
(муколипидоз ΙΙ типа). Накапливаются нерасщепленные вещества в клетках.
Функции КГ:
1. Сегрегация белков на потоки;
2. Транспорт белков, липидов и углеводов в мембраны органоидов, ядра и в ПАК;
3. Упаковка и выведение секретов из клетки;
4. Синтез углеводов, гликозилирование белков и липидов;
5. Формирование лизосом.
9. Лизосомы и пероксисомы, строение и функции.
Лизосомы
— мембранные пузырьки диаметром 0,1–0,4 мкм.
Эндолизосомальная система
- продолжение эндоциозных путей клетки.
Этапы эндолизосомальной системы:
1. Слияние мембранных эндоцитозных пузырьков – ранняя эндосома;
2. К эндосоме причаливают транспортные пузырьки от КГ, несущие мембранные белки лизосом и протонные АТФазы – поздняя эндосома.
3. От протонных насосов внутренняя среда эндосомы становится более кислой (рН
равна 6,8–6,0);
4. Рецепторы отделяются от лигандов;
5. Часть рецепторов возвращается обратно в КГ или в ПЛ;
6. Также в поздних эндосомах происходит отделение рецепторов от транспортированных в клетку липопротеинов низкой плотности. Рецепторы возвращаются в плазмолемму, а липопротеины низкой плотности расщепляются с освобождением холестерола;
7. Происходит дальнейшее закисление среды и впячивание эндосомальной мембраны;
8. Образуются внутренние пузырьки;
9. Пузырьки могут выводяться из клетки путем слияния мембраны поздней эндосомы и плазмолеммы (клетка может передавать и-РНК, микроРНК, и т.д.).
10. Слияние мембранных пузырьков с гидролазами (при рН=5,0–4,5: протеазы,
нуклеазы, гликозидазы, липазы и т.д.) с поздними эндосомами – лизосомы.
Состав ЛС:
● Лизосомальный матрикс (белки из ЭПС, а углеводы из КГ).
● 20 % гидролаз в мембране лизосом, а 80 % — в матриксе.
Функционирование лизосом:
● Гидролазы частично подвергаются гидролизу в лизосомах при низких рН и активируются.
● Расщепляется содержимое лизосомы.
● Белки мембраны лизосом гликозилированы для защиты от переваривания.
● Образующиеся мономеры покидают лизосому через мембранные транспортеры.
● Опустевшая лизосома может сливаться еще раз с поздней эндосомой или участвовать в ауто- и гетерофагических циклах.
Аутофагический цикл (аутофагия)
— процесс захватывания в ЛС собственных внутриклеточных веществ или органоидов;
Гетерофагический цикл (гетерофагия)
— процесс захвата и переваривания в ЛС
внеклеточных веществ или клеток.
Аутофагия:
● Макроаутофагия;
● Микроаутофагия.
Макроаутофагия:
1. Формирование пузырька, окружающего двойной мембраной внутриклеточные вещества, подвергающиеся гидролизу - аутофагосома (АФС).
2. С помощью тубулин-транслокаторной системы происходит слияние ЛС с наружной мембраной АФС, образуется аутофаголизосома (АФЛ);
3. В АФЛ активируются гидролазы.
4. Начинается гидролиз веществ.
Микроаутофагия:
Макромолекулы попадают в ЛС через белковый канал из субъединиц мембранного белка LAMP-2, или с помощью мелких пузырьков, которые образуются путем инвагинации самой мембраны ЛС.
После циклов аутофагии в клетках накапливаются нерасщепленные вещества,
например липофусцин и амилоиды.
ЛС превращаются в телолизосомы (ТЛС). У многоклеточных ТЛС остаются в
клетках в виде остаточных телец и могут уничтожаться в аутофагических циклах.
Функции аутофагических циклов:
1. Внутриклеточная регенерациия;
2. Регуляция количества вещества в клетке. Избыток синтезированных в секреторных клетках веществ обычно уничтожается в ЛС (процесс кринофагии);
3. Эндогенное питание в условиях голодания за счет переваривания ЛС
внутриклеточных веществ;
4. Регресс эмбриональных тканей и органов в процессах морфогенеза.
Разрушают мембраны ЛС:
● Ионизирующее излучение;
● Избыток жирорастворимых витаминов (A, D и E);
● Детергенты;
● Некоторые антибиотики;
● Бактериальные и вирусные продукты;
● Токсины грибов.
Последствия разрушения ЛС:
● Так как рН в клетке щелочная, чаще всего ферменты не работают и последствий для клетки нет;
● В патологических ситуациях происходит гибель клетки (при размножении внутриклеточных паразитов протеазы запускают воспалительный процесс,
выделяются интерлейкины воспаления и происходит пироптоз.
Стабилизаторы мембран ЛС:
● Сфинголипиды;
● Холестерол;
● Кортизол;
● Салицилаты.
Их используют в медицине для подавления фагических циклов, которые лежат в
основе бактериальных воспалительных процессов.
Гетерофагические циклы могут осуществляться на основе как эндоцитоза, так и экзоцитоза.
Эндоцитоз:
● Формируется гетерофагосома с веществом;
● Она сливается с ЛС, формируя гетерофаголизосому;
● Далее как при аутофагии;
● После нескольких циклов ЛС превращается в ТЛС.
Нейтрофилы и макрофаги содержат много ЛС и активно фагоцитируют бактерии,
уничтожая их. Процесс воспаления можно подавить лекарственными
противовоспалительными препаратами — аспирином или кортизолом, которые
стабилизируют мембраны ЛС. Макрофаги в основном занимаются гетерофагией
погибших клеток собственного организма (эритроцитов в печени, фрагментов
клеток, подвергшихся апоптозу, погибших нейтрофилов).
Внеклеточная гетерофагия
- первичные ЛС вступают в экзоцитоз, в результате чего лизосомальные гидролазы становятся ферментами гликокаликса. Они осуществляют внеклеточный гидролиз макромолекул, как, например, при пристеночном пищеварении в тонком кишечнике.
Функции гетерофагических циклов:
● Трофическая (питание);
● Защитная;
● Сенсибилизация (усиление) иммунного ответа за счет обработки чужеродного вещества в ЛС антигенпрезентирующих клеток иммунной системы;
● Участие сперматозоида в оплодотворении, акросомальные гидролазы которого разрыхляют яйцевые оболочки.
Болезни накопления:
● Гликопротеинозы (муколипидозы) - нарушен гидролиз гликопротеинов;
● Мукополисахаридозы (синдром Гурлера) - нарушено расщепление мукополисахаридов или гликозаминогликанов;
● Липидозы (болезнь Гоше) - нарушено расщепление липидов мембран.
В случае обнаружения болезни накопления рекомендуется искусственное прерывание
беременности.
Нарушение защитной функции ЛС в фагоцитах ведет к повышению
чувствительности организма к инфекционным заболеваниям.
Пероксисомы
Ферменты пероксисом:
● Оксидазы катализируют перенос водорода от жирной кислоты на молекулу кислорода с образованием Н2О2;
● Пероксидазы используют перекись для окисления токсических веществ;
● Каталазы нейтрализуют избыток перекиси (2Н2О2 → О2 + 2Н2О).
Все функции пероксисом:
● β-окисление жирных кислот;
● Окисление вредных веществ (спирты, альдегиды, органические кислоты) - снижение токсичности;
● Окислительное дезаминирование;
● Синтез липидов-плазмологенов - компонентов миелиновой оболочки нейронов;
● Окисление уратов с помощью уриказы, являющейся оксидазой (нет у человека).
β-окисление жирных кислот:
● Последовательное укорочение углеводородного остова на два атома углерода в составе ацетильной группы с образованием ацетил-кофермента А;
● В пероксисомах сначала образуется более длинный ацил-коферментА
(Ацил-Ко-А);
● Ацил-Ко-А переносится в митохондрии, образуется ацетил-кофермент А
(Ац-Ко-А), необходимый в реакциях цикла Кребса.
Пример окисления вредных веществ:
● В гепатоцитах 50 % С2Н5ОН окисляется до С2Н3О в ПС;
● Остальная часть — в гиалоплазме;
● Ацетальдегид поступает в митохондрии;
● В МХ окисляется до безвредного ацетата с последующим образованием энергоемкой молекулы Ац-Ко-А.
● При хроническом употреблении алкоголя в клетках печени увеличивается количество Ац-Ко-А, при этом ингибируется β-окисление жирных кислот, но зато резко усиливается синтез из Ац-групп жиров, приводящих к гиперлипидемии и жировому перерождению печени — циррозу.
Окислительное дезаминирование:
● α-D-аминокислоты превращаются в кетокислоты с образованием аммиака;
● Аммиак нейтрализуется в гепатоцитах;
● Из кетокислот в образуются L-аминокислоты.
Аномалия ПС - развитие рецидивирующего стоматита, при котором на деснах
образуются язвы, может развиться гангрена зубных альвеол и выпадение зубов.
Мутации в генах, контролирующих поступление белков в пероксисомы, - синдром
Цельвегера.
Вопросы 10 – 11
10. Митохондрии и энергетический обмен в клетке.
11. Немембранные органоиды и включения
10. Митохондрии и энергетический обмен в клетке.
Число МХ в разных типах клеток человека зависит от функциональной активности
клеток:
● До 1000 МХ в клетках печени;
● В яйцеклетке до 300 000 МХ;
● В сперматозоиде 5 МХ.
При физических нагрузках число МХ в клетках увеличивается, а при гиподинамии —
уменьшается.
Строение МХ:
●
Наружная мембрана
(20 % белков и 80 % липидов - высокая проницаемость и растяжимость, в тч порины (ионы, малые молекулы), ферменты МБ. и Bcl - ингибитор апоптоза);
●
Внутренняя мембрана сложена в кристы с грибовидными телами, образует контактные сайты с наружной мембраной (80% белков, много кардиолипина,
мало холестерола, убихинон дыхательной цепи, АТФ-синтетаза,
белки-переносчики протонов, фосфата, пирувата, малата, цитрата, жирных кислот, АДФ, АТФ. Белки могут образовывать комплексы ЭТЦ);
●
Межмембранное пространство
(ферменты и белки апоптоза (цхС));
●
Митохондриальный матрикс
- водный раствор разнообразных ионов и органических молекул, содержит ферменты цикла Кребса, 70S рибосомы и кольцевую ДНК (их мб несколько).
ДНК МХ:
● Прикреплена к внутренней мембране, содержит митохондриальный геном (МГ).
● МГ включает 37 генов, они кодируют МХ р-РНК, т-РНК и белки
(АТФ-синтазного комплекса, НАД и ФАД-зависимые дегидрогеназы).
● Большая часть белков МХ контролируется ядерными генами, их синтез происходит в цитоплазме.
● Белки проникают в МХ через контактные сайты, образуют мультиферментные комплексы с МХ белками, поэтому МХ - полуавтономные органоиды.
Синтез МХ:
● Простое деление;
● Почкование;
● Формирование дочерних МХ внутри материнской;
Симбиотическая теория происхождения МХ от прокариот:
Мелкие аэробные клетки эндоцитозом проникли в более крупные анаэробные клетки и вступили с ними в симбиоз.
1) наличие двух мембран;
2) наличие кольцевой ДНК, как у бактерий;
3) наличие прокариотических 70S рибосом;
4) способность к размножению.
Функции МХ:
● Клеточное дыхание;
● Энергетический обмен (синтез АТФ);
● Транспорт субстратов (пирувата и жирных кислот в обмен на ионы водорода и карнитиновый цикл), необходимых для энергообмена);
● Окисление короткоцепочечных жирных кислот и ацил-КоА с образованием ацетил-КоА;
● Регуляция концентрации биогенных аминов, например, образую- щихся в нейронах при расщеплении избытка нейромедиаторов с помощью фермента моноаминоксидаза (МАО); нарушение расщепления может стать причиной развития депрессии, фобий и шизофрении;
● Участия в метаболизме аммиака, например, при дезаминирования аминокислот.
Макроэргические соединения:
● АТФ, ГТФ, ацетил кофермент-А, креатин-фосфат и др.
● Образуются при присоединении фосфата - фосфорилированием.
Энергетический обмен
- это совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии, которая преобразуется в химическую энергию макроэргических связей.
Субстраты - источники энергии:
● Углеводы, белки и жиры;
● Расщепление субстратов происходит с постепенным отщеплением атомов водорода от углерода;
● Конечный акцептор электронов — молекулярный кислород;
● Энергия извлекается за счет разрыва ковалентных связей между атомами углерода.
Этапы энергетического обмена:
● Подготовительный;
● Анаэробный (бескислородный);
● Аэробный (кислородный, или клеточное дыхание).
Подготовительный этап:
● Происходит в полости кишечника, гликокаликсе и лизосомах;
● Сложные макромолекулы ферментами расщепляются до мономеров:
Углеводы до глюкозы;
Белки до аминокислот;
Липиды — до глицерина и жирных кислот;
Нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов.
● Энергия рассеивается в виде тепла;
● Мономеры всасываются и поступают в кровь и цитоплазму клеток.
Анаэробный (бескислородный) путь:
● В гиалоплазме клетки;
● Гликолиз - расщепление глюкозы(С6) до двух молекул пировиноградной кислоты
(С3) (10 реакций, в которых происходит фосфорилирование, дегидрогенирование и дефосфорилирование субстратов);
● При недостатке кислорода в клетке из ПВК образуется лактат;
● При восстановлении уровня кислорода лактат вновь превращается в ПВК.
Накопление лактата - лактоацидоз, при котором нарушаются функции нервных и
мышечных клеток с мышечной болью.
Дегидрогенирование глюкозы:
● Перенос водорода на ко-субстрат НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид —
окисленный) с образованием его восстановленной формы — НАДН•Н+.
● НАД+ содержит никотинамид, способный отнимать от субстрата гидрид-ион
(атом водорода с добавочным электроном).
● НАД+ восстанавливается до НАДН•;
● Свободные протоны Н+ из водного раствора присоединяются к гидрид-иону,
образуя НАДН•Н+;
Суммарно реакции гликолиза:
Глюкоза (С6) + 2НАД+ + 2АДФ + 2Фн → 2ПВК (С3) + 2НАДН•Н+ + 2АТФ.
Сколько АТФ?
● (Фн)+АДФ=АТФ;
● Суммарный выход АТФ - четыре молекулы:
● 2АТФ расходуются на первых стадиях гликолиза;
● В конечном выходе при расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 2АТФ.
При наличии кислорода энергетический обмен у эукариот переходит в аэробный этап,
который осуществляется в МХ.
Аэробный этап
- продолжение расщепления глюкозы до конечных продуктов СО2 и
Н2О, сопровождающееся дегидрогенированием и декарбоксилированием от промежуточных субстратов.
Дегидрогенирование: разделение атомов водорода на два потока — протонов и
электронов, которые способствуют возникновению разности электропотенциалов на
внутренней мембране МХ.
Стадии аэробного этапа:
● Промежуточная;
● Цикл Кребса;
● Окислительное фосфорилирование.
Промежуточная стадия:
● ПВК транспортируется в матрикс МХ;
● От ПВК отщепляется углерод в виде СО2;
● Оставшаяся ацетильная группа ПВК взаимодействует с коферментом А, который превращается в ацетил Ко-А (ац-КоА) с одновременным восстановлением
НАДН•Н+:
● 2ПВК (С3) → 2ац-КоА (КоА-SСО-СН3) + 2НАДН•Н+ + 2СО2.
Ац-КоА - переносчик ацетильных группировок от одного субстрата к другому и
содержит макроэргическую связь.
Ац-КоА вовлекается в цикл Кребса
Цикл Кребса:
● Происходит в матриксе МХ;
● Семь последовательных реакций с превращением трикарбоновых кислот и их декарбоксилированием и дегидрогенированием;
● Отщепленные в одном цикле восемь протонов и электронов акцептируются переносчиками - НАД+- и ФАД-коферментами, которые восстанавливаются в форму НАДН•Н+ и ФАДН2;
● Образуется ГТФ, аналогичная АТФ.
Суммарно реакции цикла Кребса при расщеплении одной молекулы ац-КоА:
СН3СОко-А + 2Н2О + 3НАД+ + ФАД+ → КоА + 2СО2 + 3НАДН•Н+ +
ФАДН2 + ГТФ
При расщеплении одной молекулы глюкозы (С6) цикл Кребса повторяется дважды,
поскольку в него вовлекаются 2 молекулы ац-КоА.
Суммарное уравнение для полного расщепления одной молекулы глюкозы:
2СН3СОко-А + 4Н2О + 6НАД+ + 2ФАД+ → 2КоА + 4СО2 + 6НАДН•Н+ + +
2ФАДН2 +2ГТФ
НАДН•Н+ и ФАДН2 - кофакторы дегидрогеназ (переносчики протонов и электронов к
ферментам дыхательной цепи). Они расположены на внутренней мембране МХ и
участвуют в передаче электронов к молекулярному кислороду.
Окислительное фосфорилирование:
● Электронно-транспортная цепь (ЭТЦ) и грибовидные тела внутренней мембраны МХ; ЭТЦ - около 40 белков-ферментов, которые расположены в порядке изменения их окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
● ОВП - способность ферментов присоединять (восстанавливаться) или отдавать
(окисляться) электроны.
● Ферменты: НАД- и ФАД-зависимые дегидрогеназы, ко-фермент Q, цитохромы,
железо-серные белки и медьсодержащие белки, формирующие три больших ферментных комплекса.
Цитохромы:
● Меняют цвет при окислении или восстановлении;
● а1, а3, в, с, c1 и др., в зависимости от спектра поглощения света;
● В ЦХ есть гем, содержащая железо, переносящее электроны по ЭТЦ, так как оно переходит из Fe3+ Fe2+, становясь акцептором или донором электронов;
● ЦХ С перемещается в мембране за счет слабых ионных взаимодействий с БЛС.
НАДН•Н-дегидрогеназный комплекс (НДК) - 1 комплекс ДЦ:
● Около 25 белковых молекул;
● НАДН•Н+ - донор протонов и электронов для НДК;
● НДК присоединяет к себе протоны и электроны, разделяет их на 2 потока;
● Электроны передаются на кофермент Q (KoQ);
● Протоны транспортируются в межмембранное пространство МХ;
● Создается градиент Н+.
Ко-Q:
● Кo-Q (убихинон) гидрофобная молекула, способная принять или отдать электроны, а также акцептировать протоны из матрикса МХ.
● Кo-Q диффундирует во внутренней мембране, пока не провзаимодействует со вторым комплексом - цитохром с-редуктазным.
Цитохром с-редуктазный комплекс (ЦРК):
● Содержит цитохромы в и с1;
● Принимает электроны и протоны от Кo-Q;
● Кроме НАДН•Н+ донор протонов и электронов это ФАДН2, который передает их непосредственно Ko-Q, минуя НДК;
● От ЦРК электроны и протоны передаются на третий цитохром-оксидазный комплекс (ЦОК).
ЦОК содержит цитохромы а и а3.
● Также забирает протоны из матрикса и транспортирует Н+ в межмембранное пространство.
Электроны ЭТЦ теряют энергию, которая используется на создание градиента
протонов, а энергия градиента расходуется на синтез АТФ в грибовидных телах.
Конечный акцептор электронов в матриксе МХ - кислород, который имеет
наибольшее сродство к электронам, при этом создаются радикал-ионы кислорода,
способные взаимодействовать в матриксе МХ с протонами, образуя молекулы
метаболической воды.
АТФ-синтетазный комплекс (АТФ-СК):
● Осуществляет фосфорилирование АДФ до АТФ;
● Состоит из трансмембранного канала и соединенной каталитической части;
● При достижении необходимого электрохимического потенциала на внутренней мембране МХ АТФ-СК меняет конформацию и в нем открывается канал, по которому протоны из межмембранного пространства транспортируются в матрикс МХ.
● Поток протонов активирует АТФ-синтетазу, которая присоединяет Фн к АДФ
или АМФ, с образованием АТФ.
● Реакция фосфорилирования: АДФ + Фн → АТФ.
● Транспорт неорганического фосфата (Фн) в матрикс осуществляется специальным переносчиком внутренней мембраны МХ, который функци- онирует под действием потока протонов, то есть является симпортёром Н+ и Фн.
Энергетический баланс расщепления 1 молекулы глюкозы
● 2 электрона, переносимые НАДН•Н+ - синтез 3АТФ в процессе окислительного фосфорилирования;
● Электроны, переносимые ФАД•Н2 — синтез 2АТФ;
● При полном расщеплении одной молекулы глюкозы (С6Н12О6) на анаэробном и аэробном этапах восстанавливается 10 НАДН•Н+ (т.е. к ЭТЦ переносится 20
электронов) и 2 ФАД•Н2, энергии которых в сумме достаточно для синтеза 34
молекул АТФ (3АТФ·10 НАДН•Н+ +2АТФ·2 ФАД•Н2);
● Дополнительно в цикле Кребса образуются 2 ГТФ (аналогичные АТФ) и еще 2
АТФ — в реакциях гликолиза;
● Суммарно энергетический потенциал анаэробного и аэробного этапов расщепления одной молекулы глюкозы обеспечивает синтез 38 АТФ (34+2+2),
при условии, что гликолиз завершается образованием пирувата и НАДН•Н+, а не лактата.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 27
— гидролазами.
o Другие белки переносятся в медиальный отдел, где еще раз гликозилируются присоединением Nацетилглюкозамина с удалением нескольких маннозных остатков.
o В транс-отделе продолжается гликозилирование белков и липидов путем присоединения галактозы или сиаловой кислоты. Образуются гликосфинголипиды клеточных мембран, миелиновых оболочек нервных волокон.
o Тоже в транс-отделе происходит синтез мукополисахаридов или гликозаминогликанов, которые входят в состав соединительной ткани и суставов. Часть из них присоединяется к белкам с образованием протеогликанов, входящих в состав гликокаликса ПАК.
o Также в транс-отделе КГ происходит сульфатирование, процессинг, в том числе частичный протеолиз некоторых белков.
Процессинг:
● Неактивный проинсулин превращается в активный инсулин за счет удаления из проинсулина внутреннего участка в 30 аминокислотных остатков;
● Разрезание проопиомеланокортина дает несколько свободных функционально активных пептидов.
Сегрегация веществ на три потока:
1. «Мембранный», - постоянная секреция гликосфинголипидов и гликопротеинов в плазмолемму.
2. Поток индуцируемой «секреции». Секретируемые из клетки белки (гормоны,
антитела) упаковываются в мембранные пузырьки и выводятся за пределы клетки. Секреторные пузырьки могут накапливаться в определенных районах периферической гиалоплазмы и будут сливаться с ПЛ только после внеклеточного сигнала. КГ наиболее развит в секреторных клетках.
3. «Лизосомальный» поток - белки-гидролазы, фосфорилированные по маннозе, и некоторые гликозаминогликаны, которые направляются в лизосомы.
Нарушения формирования и перемещения лизосомального потока => гидролазы не
попадают в лизосомы, выводятся из клетки и обнаруживаются в плазме крови
(муколипидоз ΙΙ типа). Накапливаются нерасщепленные вещества в клетках.
Функции КГ:
1. Сегрегация белков на потоки;
2. Транспорт белков, липидов и углеводов в мембраны органоидов, ядра и в ПАК;
3. Упаковка и выведение секретов из клетки;
4. Синтез углеводов, гликозилирование белков и липидов;
5. Формирование лизосом.
9. Лизосомы и пероксисомы, строение и функции.
Лизосомы
— мембранные пузырьки диаметром 0,1–0,4 мкм.
Эндолизосомальная система
- продолжение эндоциозных путей клетки.
Этапы эндолизосомальной системы:
1. Слияние мембранных эндоцитозных пузырьков – ранняя эндосома;
2. К эндосоме причаливают транспортные пузырьки от КГ, несущие мембранные белки лизосом и протонные АТФазы – поздняя эндосома.
3. От протонных насосов внутренняя среда эндосомы становится более кислой (рН
равна 6,8–6,0);
4. Рецепторы отделяются от лигандов;
5. Часть рецепторов возвращается обратно в КГ или в ПЛ;
6. Также в поздних эндосомах происходит отделение рецепторов от транспортированных в клетку липопротеинов низкой плотности. Рецепторы возвращаются в плазмолемму, а липопротеины низкой плотности расщепляются с освобождением холестерола;
7. Происходит дальнейшее закисление среды и впячивание эндосомальной мембраны;
8. Образуются внутренние пузырьки;
9. Пузырьки могут выводяться из клетки путем слияния мембраны поздней эндосомы и плазмолеммы (клетка может передавать и-РНК, микроРНК, и т.д.).
10. Слияние мембранных пузырьков с гидролазами (при рН=5,0–4,5: протеазы,
нуклеазы, гликозидазы, липазы и т.д.) с поздними эндосомами – лизосомы.
Состав ЛС:
● Лизосомальный матрикс (белки из ЭПС, а углеводы из КГ).
● 20 % гидролаз в мембране лизосом, а 80 % — в матриксе.
Функционирование лизосом:
● Гидролазы частично подвергаются гидролизу в лизосомах при низких рН и активируются.
● Расщепляется содержимое лизосомы.
● Белки мембраны лизосом гликозилированы для защиты от переваривания.
● Образующиеся мономеры покидают лизосому через мембранные транспортеры.
● Опустевшая лизосома может сливаться еще раз с поздней эндосомой или участвовать в ауто- и гетерофагических циклах.
Аутофагический цикл (аутофагия)
— процесс захватывания в ЛС собственных внутриклеточных веществ или органоидов;
Гетерофагический цикл (гетерофагия)
— процесс захвата и переваривания в ЛС
внеклеточных веществ или клеток.
Аутофагия:
● Макроаутофагия;
● Микроаутофагия.
Макроаутофагия:
1. Формирование пузырька, окружающего двойной мембраной внутриклеточные вещества, подвергающиеся гидролизу - аутофагосома (АФС).
2. С помощью тубулин-транслокаторной системы происходит слияние ЛС с наружной мембраной АФС, образуется аутофаголизосома (АФЛ);
3. В АФЛ активируются гидролазы.
4. Начинается гидролиз веществ.
Микроаутофагия:
Макромолекулы попадают в ЛС через белковый канал из субъединиц мембранного белка LAMP-2, или с помощью мелких пузырьков, которые образуются путем инвагинации самой мембраны ЛС.
После циклов аутофагии в клетках накапливаются нерасщепленные вещества,
например липофусцин и амилоиды.
ЛС превращаются в телолизосомы (ТЛС). У многоклеточных ТЛС остаются в
клетках в виде остаточных телец и могут уничтожаться в аутофагических циклах.
Функции аутофагических циклов:
1. Внутриклеточная регенерациия;
2. Регуляция количества вещества в клетке. Избыток синтезированных в секреторных клетках веществ обычно уничтожается в ЛС (процесс кринофагии);
3. Эндогенное питание в условиях голодания за счет переваривания ЛС
внутриклеточных веществ;
4. Регресс эмбриональных тканей и органов в процессах морфогенеза.
Разрушают мембраны ЛС:
● Ионизирующее излучение;
● Избыток жирорастворимых витаминов (A, D и E);
● Детергенты;
● Некоторые антибиотики;
● Бактериальные и вирусные продукты;
● Токсины грибов.
Последствия разрушения ЛС:
● Так как рН в клетке щелочная, чаще всего ферменты не работают и последствий для клетки нет;
● В патологических ситуациях происходит гибель клетки (при размножении внутриклеточных паразитов протеазы запускают воспалительный процесс,
выделяются интерлейкины воспаления и происходит пироптоз.
Стабилизаторы мембран ЛС:
● Сфинголипиды;
● Холестерол;
● Кортизол;
● Салицилаты.
Их используют в медицине для подавления фагических циклов, которые лежат в
основе бактериальных воспалительных процессов.
Гетерофагические циклы могут осуществляться на основе как эндоцитоза, так и экзоцитоза.
Эндоцитоз:
● Формируется гетерофагосома с веществом;
● Она сливается с ЛС, формируя гетерофаголизосому;
● Далее как при аутофагии;
● После нескольких циклов ЛС превращается в ТЛС.
Нейтрофилы и макрофаги содержат много ЛС и активно фагоцитируют бактерии,
уничтожая их. Процесс воспаления можно подавить лекарственными
противовоспалительными препаратами — аспирином или кортизолом, которые
стабилизируют мембраны ЛС. Макрофаги в основном занимаются гетерофагией
погибших клеток собственного организма (эритроцитов в печени, фрагментов
клеток, подвергшихся апоптозу, погибших нейтрофилов).
Внеклеточная гетерофагия
- первичные ЛС вступают в экзоцитоз, в результате чего лизосомальные гидролазы становятся ферментами гликокаликса. Они осуществляют внеклеточный гидролиз макромолекул, как, например, при пристеночном пищеварении в тонком кишечнике.
Функции гетерофагических циклов:
● Трофическая (питание);
● Защитная;
● Сенсибилизация (усиление) иммунного ответа за счет обработки чужеродного вещества в ЛС антигенпрезентирующих клеток иммунной системы;
● Участие сперматозоида в оплодотворении, акросомальные гидролазы которого разрыхляют яйцевые оболочки.
Болезни накопления:
● Гликопротеинозы (муколипидозы) - нарушен гидролиз гликопротеинов;
● Мукополисахаридозы (синдром Гурлера) - нарушено расщепление мукополисахаридов или гликозаминогликанов;
● Липидозы (болезнь Гоше) - нарушено расщепление липидов мембран.
В случае обнаружения болезни накопления рекомендуется искусственное прерывание
беременности.
Нарушение защитной функции ЛС в фагоцитах ведет к повышению
чувствительности организма к инфекционным заболеваниям.
Пероксисомы
Ферменты пероксисом:
● Оксидазы катализируют перенос водорода от жирной кислоты на молекулу кислорода с образованием Н2О2;
● Пероксидазы используют перекись для окисления токсических веществ;
● Каталазы нейтрализуют избыток перекиси (2Н2О2 → О2 + 2Н2О).
Все функции пероксисом:
● β-окисление жирных кислот;
● Окисление вредных веществ (спирты, альдегиды, органические кислоты) - снижение токсичности;
● Окислительное дезаминирование;
● Синтез липидов-плазмологенов - компонентов миелиновой оболочки нейронов;
● Окисление уратов с помощью уриказы, являющейся оксидазой (нет у человека).
β-окисление жирных кислот:
● Последовательное укорочение углеводородного остова на два атома углерода в составе ацетильной группы с образованием ацетил-кофермента А;
● В пероксисомах сначала образуется более длинный ацил-коферментА
(Ацил-Ко-А);
● Ацил-Ко-А переносится в митохондрии, образуется ацетил-кофермент А
(Ац-Ко-А), необходимый в реакциях цикла Кребса.
Пример окисления вредных веществ:
● В гепатоцитах 50 % С2Н5ОН окисляется до С2Н3О в ПС;
● Остальная часть — в гиалоплазме;
● Ацетальдегид поступает в митохондрии;
● В МХ окисляется до безвредного ацетата с последующим образованием энергоемкой молекулы Ац-Ко-А.
● При хроническом употреблении алкоголя в клетках печени увеличивается количество Ац-Ко-А, при этом ингибируется β-окисление жирных кислот, но зато резко усиливается синтез из Ац-групп жиров, приводящих к гиперлипидемии и жировому перерождению печени — циррозу.
Окислительное дезаминирование:
● α-D-аминокислоты превращаются в кетокислоты с образованием аммиака;
● Аммиак нейтрализуется в гепатоцитах;
● Из кетокислот в образуются L-аминокислоты.
Аномалия ПС - развитие рецидивирующего стоматита, при котором на деснах
образуются язвы, может развиться гангрена зубных альвеол и выпадение зубов.
Мутации в генах, контролирующих поступление белков в пероксисомы, - синдром
Цельвегера.
Вопросы 10 – 11
10. Митохондрии и энергетический обмен в клетке.
11. Немембранные органоиды и включения
10. Митохондрии и энергетический обмен в клетке.
Число МХ в разных типах клеток человека зависит от функциональной активности
клеток:
● До 1000 МХ в клетках печени;
● В яйцеклетке до 300 000 МХ;
● В сперматозоиде 5 МХ.
При физических нагрузках число МХ в клетках увеличивается, а при гиподинамии —
уменьшается.
Строение МХ:
●
Наружная мембрана
(20 % белков и 80 % липидов - высокая проницаемость и растяжимость, в тч порины (ионы, малые молекулы), ферменты МБ. и Bcl - ингибитор апоптоза);
●
Внутренняя мембрана сложена в кристы с грибовидными телами, образует контактные сайты с наружной мембраной (80% белков, много кардиолипина,
мало холестерола, убихинон дыхательной цепи, АТФ-синтетаза,
белки-переносчики протонов, фосфата, пирувата, малата, цитрата, жирных кислот, АДФ, АТФ. Белки могут образовывать комплексы ЭТЦ);
●
Межмембранное пространство
(ферменты и белки апоптоза (цхС));
●
Митохондриальный матрикс
- водный раствор разнообразных ионов и органических молекул, содержит ферменты цикла Кребса, 70S рибосомы и кольцевую ДНК (их мб несколько).
ДНК МХ:
● Прикреплена к внутренней мембране, содержит митохондриальный геном (МГ).
● МГ включает 37 генов, они кодируют МХ р-РНК, т-РНК и белки
(АТФ-синтазного комплекса, НАД и ФАД-зависимые дегидрогеназы).
● Большая часть белков МХ контролируется ядерными генами, их синтез происходит в цитоплазме.
● Белки проникают в МХ через контактные сайты, образуют мультиферментные комплексы с МХ белками, поэтому МХ - полуавтономные органоиды.
Синтез МХ:
● Простое деление;
● Почкование;
● Формирование дочерних МХ внутри материнской;
Симбиотическая теория происхождения МХ от прокариот:
Мелкие аэробные клетки эндоцитозом проникли в более крупные анаэробные клетки и вступили с ними в симбиоз.
1) наличие двух мембран;
2) наличие кольцевой ДНК, как у бактерий;
3) наличие прокариотических 70S рибосом;
4) способность к размножению.
Функции МХ:
● Клеточное дыхание;
● Энергетический обмен (синтез АТФ);
● Транспорт субстратов (пирувата и жирных кислот в обмен на ионы водорода и карнитиновый цикл), необходимых для энергообмена);
● Окисление короткоцепочечных жирных кислот и ацил-КоА с образованием ацетил-КоА;
● Регуляция концентрации биогенных аминов, например, образую- щихся в нейронах при расщеплении избытка нейромедиаторов с помощью фермента моноаминоксидаза (МАО); нарушение расщепления может стать причиной развития депрессии, фобий и шизофрении;
● Участия в метаболизме аммиака, например, при дезаминирования аминокислот.
Макроэргические соединения:
● АТФ, ГТФ, ацетил кофермент-А, креатин-фосфат и др.
● Образуются при присоединении фосфата - фосфорилированием.
Энергетический обмен
- это совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии, которая преобразуется в химическую энергию макроэргических связей.
Субстраты - источники энергии:
● Углеводы, белки и жиры;
● Расщепление субстратов происходит с постепенным отщеплением атомов водорода от углерода;
● Конечный акцептор электронов — молекулярный кислород;
● Энергия извлекается за счет разрыва ковалентных связей между атомами углерода.
Этапы энергетического обмена:
● Подготовительный;
● Анаэробный (бескислородный);
● Аэробный (кислородный, или клеточное дыхание).
Подготовительный этап:
● Происходит в полости кишечника, гликокаликсе и лизосомах;
● Сложные макромолекулы ферментами расщепляются до мономеров:
Углеводы до глюкозы;
Белки до аминокислот;
Липиды — до глицерина и жирных кислот;
Нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов.
● Энергия рассеивается в виде тепла;
● Мономеры всасываются и поступают в кровь и цитоплазму клеток.
Анаэробный (бескислородный) путь:
● В гиалоплазме клетки;
● Гликолиз - расщепление глюкозы(С6) до двух молекул пировиноградной кислоты
(С3) (10 реакций, в которых происходит фосфорилирование, дегидрогенирование и дефосфорилирование субстратов);
● При недостатке кислорода в клетке из ПВК образуется лактат;
● При восстановлении уровня кислорода лактат вновь превращается в ПВК.
Накопление лактата - лактоацидоз, при котором нарушаются функции нервных и
мышечных клеток с мышечной болью.
Дегидрогенирование глюкозы:
● Перенос водорода на ко-субстрат НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид —
окисленный) с образованием его восстановленной формы — НАДН•Н+.
● НАД+ содержит никотинамид, способный отнимать от субстрата гидрид-ион
(атом водорода с добавочным электроном).
● НАД+ восстанавливается до НАДН•;
● Свободные протоны Н+ из водного раствора присоединяются к гидрид-иону,
образуя НАДН•Н+;
Суммарно реакции гликолиза:
Глюкоза (С6) + 2НАД+ + 2АДФ + 2Фн → 2ПВК (С3) + 2НАДН•Н+ + 2АТФ.
Сколько АТФ?
● (Фн)+АДФ=АТФ;
● Суммарный выход АТФ - четыре молекулы:
● 2АТФ расходуются на первых стадиях гликолиза;
● В конечном выходе при расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 2АТФ.
При наличии кислорода энергетический обмен у эукариот переходит в аэробный этап,
который осуществляется в МХ.
Аэробный этап
- продолжение расщепления глюкозы до конечных продуктов СО2 и
Н2О, сопровождающееся дегидрогенированием и декарбоксилированием от промежуточных субстратов.
Дегидрогенирование: разделение атомов водорода на два потока — протонов и
электронов, которые способствуют возникновению разности электропотенциалов на
внутренней мембране МХ.
Стадии аэробного этапа:
● Промежуточная;
● Цикл Кребса;
● Окислительное фосфорилирование.
Промежуточная стадия:
● ПВК транспортируется в матрикс МХ;
● От ПВК отщепляется углерод в виде СО2;
● Оставшаяся ацетильная группа ПВК взаимодействует с коферментом А, который превращается в ацетил Ко-А (ац-КоА) с одновременным восстановлением
НАДН•Н+:
● 2ПВК (С3) → 2ац-КоА (КоА-SСО-СН3) + 2НАДН•Н+ + 2СО2.
Ац-КоА - переносчик ацетильных группировок от одного субстрата к другому и
содержит макроэргическую связь.
Ац-КоА вовлекается в цикл Кребса
Цикл Кребса:
● Происходит в матриксе МХ;
● Семь последовательных реакций с превращением трикарбоновых кислот и их декарбоксилированием и дегидрогенированием;
● Отщепленные в одном цикле восемь протонов и электронов акцептируются переносчиками - НАД+- и ФАД-коферментами, которые восстанавливаются в форму НАДН•Н+ и ФАДН2;
● Образуется ГТФ, аналогичная АТФ.
Суммарно реакции цикла Кребса при расщеплении одной молекулы ац-КоА:
СН3СОко-А + 2Н2О + 3НАД+ + ФАД+ → КоА + 2СО2 + 3НАДН•Н+ +
ФАДН2 + ГТФ
При расщеплении одной молекулы глюкозы (С6) цикл Кребса повторяется дважды,
поскольку в него вовлекаются 2 молекулы ац-КоА.
Суммарное уравнение для полного расщепления одной молекулы глюкозы:
2СН3СОко-А + 4Н2О + 6НАД+ + 2ФАД+ → 2КоА + 4СО2 + 6НАДН•Н+ + +
2ФАДН2 +2ГТФ
НАДН•Н+ и ФАДН2 - кофакторы дегидрогеназ (переносчики протонов и электронов к
ферментам дыхательной цепи). Они расположены на внутренней мембране МХ и
участвуют в передаче электронов к молекулярному кислороду.
Окислительное фосфорилирование:
● Электронно-транспортная цепь (ЭТЦ) и грибовидные тела внутренней мембраны МХ; ЭТЦ - около 40 белков-ферментов, которые расположены в порядке изменения их окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
● ОВП - способность ферментов присоединять (восстанавливаться) или отдавать
(окисляться) электроны.
● Ферменты: НАД- и ФАД-зависимые дегидрогеназы, ко-фермент Q, цитохромы,
железо-серные белки и медьсодержащие белки, формирующие три больших ферментных комплекса.
Цитохромы:
● Меняют цвет при окислении или восстановлении;
● а1, а3, в, с, c1 и др., в зависимости от спектра поглощения света;
● В ЦХ есть гем, содержащая железо, переносящее электроны по ЭТЦ, так как оно переходит из Fe3+ Fe2+, становясь акцептором или донором электронов;
● ЦХ С перемещается в мембране за счет слабых ионных взаимодействий с БЛС.
НАДН•Н-дегидрогеназный комплекс (НДК) - 1 комплекс ДЦ:
● Около 25 белковых молекул;
● НАДН•Н+ - донор протонов и электронов для НДК;
● НДК присоединяет к себе протоны и электроны, разделяет их на 2 потока;
● Электроны передаются на кофермент Q (KoQ);
● Протоны транспортируются в межмембранное пространство МХ;
● Создается градиент Н+.
Ко-Q:
● Кo-Q (убихинон) гидрофобная молекула, способная принять или отдать электроны, а также акцептировать протоны из матрикса МХ.
● Кo-Q диффундирует во внутренней мембране, пока не провзаимодействует со вторым комплексом - цитохром с-редуктазным.
Цитохром с-редуктазный комплекс (ЦРК):
● Содержит цитохромы в и с1;
● Принимает электроны и протоны от Кo-Q;
● Кроме НАДН•Н+ донор протонов и электронов это ФАДН2, который передает их непосредственно Ko-Q, минуя НДК;
● От ЦРК электроны и протоны передаются на третий цитохром-оксидазный комплекс (ЦОК).
ЦОК содержит цитохромы а и а3.
● Также забирает протоны из матрикса и транспортирует Н+ в межмембранное пространство.
Электроны ЭТЦ теряют энергию, которая используется на создание градиента
протонов, а энергия градиента расходуется на синтез АТФ в грибовидных телах.
Конечный акцептор электронов в матриксе МХ - кислород, который имеет
наибольшее сродство к электронам, при этом создаются радикал-ионы кислорода,
способные взаимодействовать в матриксе МХ с протонами, образуя молекулы
метаболической воды.
АТФ-синтетазный комплекс (АТФ-СК):
● Осуществляет фосфорилирование АДФ до АТФ;
● Состоит из трансмембранного канала и соединенной каталитической части;
● При достижении необходимого электрохимического потенциала на внутренней мембране МХ АТФ-СК меняет конформацию и в нем открывается канал, по которому протоны из межмембранного пространства транспортируются в матрикс МХ.
● Поток протонов активирует АТФ-синтетазу, которая присоединяет Фн к АДФ
или АМФ, с образованием АТФ.
● Реакция фосфорилирования: АДФ + Фн → АТФ.
● Транспорт неорганического фосфата (Фн) в матрикс осуществляется специальным переносчиком внутренней мембраны МХ, который функци- онирует под действием потока протонов, то есть является симпортёром Н+ и Фн.
Энергетический баланс расщепления 1 молекулы глюкозы
● 2 электрона, переносимые НАДН•Н+ - синтез 3АТФ в процессе окислительного фосфорилирования;
● Электроны, переносимые ФАД•Н2 — синтез 2АТФ;
● При полном расщеплении одной молекулы глюкозы (С6Н12О6) на анаэробном и аэробном этапах восстанавливается 10 НАДН•Н+ (т.е. к ЭТЦ переносится 20
электронов) и 2 ФАД•Н2, энергии которых в сумме достаточно для синтеза 34
молекул АТФ (3АТФ·10 НАДН•Н+ +2АТФ·2 ФАД•Н2);
● Дополнительно в цикле Кребса образуются 2 ГТФ (аналогичные АТФ) и еще 2
АТФ — в реакциях гликолиза;
● Суммарно энергетический потенциал анаэробного и аэробного этапов расщепления одной молекулы глюкозы обеспечивает синтез 38 АТФ (34+2+2),
при условии, что гликолиз завершается образованием пирувата и НАДН•Н+, а не лактата.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 27
В энергетическом обмене на одну глюкозу образуются:
— на промежуточной стадии — 2 НАДН•Н+ (= 6АТФ);
—в гликолизе—2АТФ и 2НАДНН (=8АТФ);
— в цикле Кребса — 6 НАДН•Н+ и 2ФАД•Н2 и 2 ГТФ (=18+4+2 =24АТФ);
Итого: 38 молекул АТФ.
Расщепление жирных кислот:
● ЖК не длиннее С26;
● Пример:β-окисление капроновой кислоты (С6) дает 51АТФ.
Аминокислоты клетка расходует в самых крайних случаях.
11. Немембранные органоиды и включения
Включения:
● Трофические (питательные вещества, например, жиры, крахмал, гликоген и др.);
● Секреторные (химические вещества, предназначенные на экспорт, например,
гормоны);
● Включения специального назначения в высокодифференцированных клетках
(например, гемоглобин в эритроцитах).
Рибосомы (РС):
● Состоят из рРНК и рибосомальных белков;
● Размер 20 нм, количество до десятков тысяч;
● Функция - синтез белка;
● Располагаются в гиалоплазме, на ш-ЭПС и ядерной оболочке;
● Эукариотические рибосомы - большие 80S, состоят из двух субъединиц:
большой— 60S и малой — 40S;
● Прокариотические рибосомы в митохондриях, пластидах, клетках бактерий-маленькие: 70S - состоят из двух субъединиц: большой и малой, 50S и
30S соответственно;
S — константа седиментации, характеризующая скорость осаждения частиц при ультрацентрифугировании, позволяет оценивать размер частиц.
РНК 70S рибосомы:
23S и 5S в БСР и 16S в МСР;
РНК 80S рибосомы:
28S, 5,8S и 5S в БСР и 18S в МСР.
РНК самоукладывается в двуспиральные участки за счет образования шпилек комплиментарно, одноцепочечные РНК связываются с рибосомальными белками;
Большая субъединица:
центральная часть – тело, ребро, головка и стержень.
Малая субъединица:
тело, платформа, головка и клюв.
При объединении субъединиц формируются функциональные центры:
● Аминоацильный (АЦ), на внутр. пов. МСР, необходим для связывания и узнавания антикодонов аминоацил-т-РНК с кодонами и-РНК;
● Пептидильный (ПЦ), в МСР рядом с АЦ, в дальнейшем в нем происходит связывание и удержание пептидил-т-РНК, кроме того инициирующая синтез белка метиониновая аминоацил-т-РНК соединяется со стартовым кодоном и-РНК именно в ПЦ;
● Трансферазный (ТЦ) на внутр. поверхности БСР, в нем находится пептидилтрансфераза, катализирующая образование пептидной связи между карбокси-группой пептидил-т-РНК, находящейся в ПЦ, с амино-группой аминоацил-т-РНК, расположенной в АЦ;
● Эжекторный (ЭЦ) рядом с ПЦ и ТЦ, его роль заключается в выталкивании из рибосомы т-РНК, освободившейся от пептида.
Антибиотики (хлорамфеникол, эритромицин, стрептомицин) подавляют синтез
белка за счет связывания с 50S-субъединицей прокариотических рибосом. Их
используют при лечении инфекционных бактериальных болезней.
Клеточный центр (КЦ):
● Состоит из тубулинов;
● Располагается возле ядра и образует центр организации микротрубочек (ЦОМТ);
● Представлен центросферой и центросомой, которые складываются из МТ;
Центросфера
— совокупность радиально расходящихся МТ, микрофибрилл и промежуточных филаментов, фиксирующих КЦ в гиалоплазме, взаимодействуя с ядерной оболочкой;
Центросома
- это полые центриоли (ЦО) из 9 триплетов МТ, которые имеют
«динеиновые ручки», содержащие динеин; внутри ЦО ось, от которой отходят 9
фибрилл-спиц, соединяющихся с МТ;
Изменение организации КЦ:
● В G1-периоде : две центриоли (диплосомы), расположенные перпендикулярно друг другу. К наружной стенке материнской центриоли прикрепляются сателлиты с γ-тубулином, а ЦО без сателлитов называется дочерней;
● В S-периоде: центриоли удваиваются, две диплосомы;
● В профазе митоза: диплосомы расходятся и определяют полюса клетки;
● Перед делением: дезорганизация сателлитов, образование перицентриолярного гало - аморфного пояска вокруг центриоли, инициирующего сборку МТ веретена деления;
У высших, некоторых низших растений и некоторых простейших одноклеточных
животных ЦО отсутствуют.
Функции клеточного центра:
Формирование нитей веретена деления;
Образование микротрубочек;
Формирование жгутиков и ресничек.
Вопросы 12-16
12. Ядро, строение и функции
13. Строение ДНК. Репликация ДНК.
14. Строение РНК. Транскрипция и процессинг мРНК.
15. Рибосомы. Трансляция. Строение белка.
16. Строение и функции нуклеиновых кислот. ДНК и РНК, понятие о матричных
процессах. АТФ.
12. Ядро, строение и функции
Комплексы ядерного аппарата:
● Поверхностный аппарат ядра или кариотека
● Кариоплазма, нуклеоплазма, ядерный сок или кариолимфа
● Ядерный матрикс
● Хроматин
ПАЯ состоит из нескольких элементов:
● Ядерная оболочка или кариолемма
● Белковые поровые комплексы
● Периферическая плотная пластинка (ППП), которая подстилает кариолемму
Ядерная оболочка:
● Наружная и внутренняя мембраны, переходящие друг в друга в районе пор;
● Между мембранами находится перинуклеарное пространство;
● Наружная мембрана ядра переходит в мембрану шЭПС;
● На наружной мембране могут располагаться рибосомы, переносчики, ферменты и рецепторы;
● Белки наружной мембраны соединены с белками внутренней мембраны;
● Есть поры, содержащие поровые комплексы;
● Мембраны жидкостно-мозаичные, но содержат мало кардиолипина холестерина.
Функция
– разделение внутриядерного содержимого от цитоплазмы, формированием
отдельного компартмента клетки для хранения и реализации генетической
информации.
Поровые комплексы:
● Количество пор зависит от функциональной активности ядра;
● Главная функция ПК - специфический транспорт макромолекул из ядра и в ядро;
● Состав комплекса: крупные белковые гранулы, в каждый комплекс входят периферические глобулы и одна центральная глобула.