Пройти Антиплагиат ©


Главная » Микробиология » 23. Дыхательная цепь



Дыхательная цепь

Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная. Уникализировать текст 



Н2 с восстановленных переносчиков НАД, НАДФ, ФАД, которые образуются при окислении глюкозы на всех этапах дыхания поступает в дыхательную цепь (ДЦ). ДЦ это система белковых и небелковых переносчиков, которые располагаются в липидной части ЦПМ. Для них характерно: структурно и функционально связанны друг с другом (локализованы в ЦПМ, все переносчики располагаются друг за другом согласно своему окислительно-восстановительному потенциалу). Конечным акцептором является О2. В суктуру ДЦ входят 3 главных класса окислительно-восстановительных ферментов: пиримидин-, флавинзависимые дегидрогеназы, цитохромы. Кроме ферментов в структуре ДЦ имеются переносчики (2 группы) не обладающие ферментативной активностью – это FeS-белки (имеют железо-серные центры), которые имеют белковую компоненту и хиноны (небелковые вещества) в своей стуктуре.
Пиримидинзависимые дегидрогеназы – это ферменты, в составе кофермента содержащие НАД или НАДФ. В бактериальной клетке обнаружены более 250 разновидностей – это свидетельствует о том, что микроорганизмы содержат свои видоспецифические ферменты этого класса. Пиримидинзависимые дегидрогеназы находятся в различной степени связанности с ЦПМ ( их главной функцией является отщепление Н2 от субстрата и доставка на І акцептор ДЦ).
Флавинзависимые дегидрогеназы – это ферменты, в качестве простетической группы содержащие ФАД или ФМН, эта группа дегидрогеназ очень плотно связана с ЦПМ. Их основное назначение – перенос Н∙ с пиримидинзависимых дегидрогеназ на FeS-белки (или другие следующие за ними по цепи переносчики). Важными ФДГ является сукцинат дегидрогеназа, в структуру которой входит ФАД, а также НАД∙Н2 дегидрогеназа – первый акцептор ДЦ, в структуру которого включен ФМН. Первые дегидрогеназы переносят Н2 в атомарной форме.
FeS-белки. Имеют белковую компоненту и в зависимости от своего строения могут переносить1-2 электрона, что связано с изменением валентности железа в составе молекулы.
Хиноны – это жирорастворимые соединения, которые могут осуществлять обратимые окислительно-восстановительные реакции за счет присоединения 2 атомов Н∙. Наиболее распространен убихинон.
Цитохромы – это белки-ферменты, которые в своей структуре содержат порфириновые простетические группы – геммы. Цитохромы осуществляют перенос электронов. Обнаружены несколько групп этих молекул: в, с, а, о,которые отличаются друг от друга своим окислительно-восстановительным потенциалом. Последним цитохромом ДЦ, который обеспечивает переброс электрона на О2, называется цитохромоксидазой. Образование воды имеет место при передаче на О2 4Н∙ и образование Н2О2 при переносе 2Н∙.
У микроорганизмов разных групп имеются индивидуальные наборы переносчиков ДЦ. Главное отличие касается прежде всего природы ПДГ, во-вторых, различия могут быть на уровне хинонов. Помимо убихинона у микроорганизмов может быть менохинон. Также различия могут касаться терминального участка ДЦ – цитохромов. У одних микроорганизмов цитохромоксидаза может быть а , у других о, у некоторых микроорганизмов может отсутствовать цитохром с.
 

Функционирование ферментов дыхательной цепи


Окислительное фосфорилирование
ПДГ сбрасывает 2 атома Н∙ с НАД∙Н2 на І акцептор ДЦ - НАД∙Н2-дегидрогеназу. Которая в структуре своей содержит ФМН.
Схема переноса электронов в дыхательной цепи митохондрий: ФМН — простетическая группа НАД(Ф)-H2 — дегидрогеназы; ФАД — простетическая группа сукцинатдегидрогеназы; УХ — убихинон; b, c, с1, а, a3 — цитохромы. Сплошными линиями обозначены процессы, протекающие в мембране; прерывистыми — в цитозоле клетки; зигзагообразной линией показаны места действия ингибиторов
 
НАД∙Н2-дегидрогеназа переносит водород на FeS-белок. Но FeS-белок может быть восстановлен электроном, поэтому на уровне НАД∙Н2-дегидрогеназы функционирует первая водородная помпа, которая приводит к разделению водорода на 2 восстановительных эквивалента на Н+ и электрон. Н+ переносится на внешнюю сторону мембраны, а электрон восстанавливает FeS-белок. Следующими по цепочке являются хиноны, переносящиеся или восстанавливающиеся водородом, поэтому на внешней стороне мембраны происходит объединение восстановленных эквивалентов (электрона и протона – получаем атомарный водород), что и восстанавливает хинон. С хинонов восстановленный эквивалент передаётся на цитохром в, переносящий электроны, поэтому на уровне хинона функционирует вторая водородная помпа, которая приводит к выбросу Н+ на внешнюю поверхность мембраны и энергизацию мембраны. Восстановленный электроном цитохром в переносит электрона на гипотетический переносчик Z, природа которого
Топография компонентов дыхательной цепи митохондрий: ФМН — простетическая группа НАД(Ф)-H2-дегидрогеназы; ФАД — простетическая группа сукцинатдегидрогеназы; FeS — железхеросолержащий белок; b, c1, c, a, a3 — цитохромы.
 
остается неизвестной, но этот переносчик должен восстанавливать Н2 в атомарной форме, поэтому на внешней стороне мембраны происходит объединение электрона и протона и получается атомарный водород, восстанавливающий гипотетический переносчик Z. С него восстановитель передается на цитохром с, который способен переносить только электроны, поэтому на уровне цитохрома с функционирует треться водородная помпа, которая приводит к выбросу протона на внешнюю сторону мембраны. С цитохрома с электрон поступает на цитохром а, где происходит объединение протона с электроном. Атомарный водород восстанавливает кислород на внутренней части мембраны и образуется либо перекись, либо вода. Таким образом, при сбрасывании 2 водородных атомов с ПДГ в ДЦ функционирование 3 водородных помп приводит к выбросу 6Н+, которые на внешней стороне мембраны обеспечивают ей суммарный положительный заряд. Внутренняя часть мембраны несёт суммарный отрицательный заряд. Согласно теории Митчелла это приводит к генерации мембранного потенциала ∆μН. Как только значение мембранного потенциала достигает 0,2В происходит разрядка или диссипация мембраны и Н+ возвращается внутрь клетки. Возвращение 6Н+ обеспечивает синтез 3 молекул АТФ.
ФДГ (сукцинатдегидрогеназа, которая функционирует в ЦТК) согласно окислительно-восстановительному потенциалу сбрасывает водород на уровне хинона, поэтому миграция 2 атомов водорода (2 электронов) обеспечивает в ДЦ выброс 4 протонов, поскольку на участке от хинона до кислорода функционируют 2 водородных помпы, таким образом, окисление ФАД∙Н2 эквивалентно синтезу 2 молекул АТФ.

АТФазный комплекс


АТФаза является полиферментативным комплексом, который располагается в ЦПМ и является трансмембранным комплексом. Имеет сложное строение, состоит из 2 компонентов: F0 и F1.
F0 состоит из 3 белковых субъединиц а, в, с и обеспечивает трансмембранный канал. Через который возвращается протон на внутреннюю сторону мембраны. F1 – каталитический центр фермента, состоит из 5 субъединиц α, β, γ, δ, ε. Согласно первой гипотезе, энергия мембранного потенциала затрачивается на присоединение фосфата к АДФ. Согласно второй гипотезе, образование АТФ происходит без затрат энергии, а энергия мембранного потенциала расходуется на перенос АДФ и фосфата в каталитический центр F1.
АДФ3+ + РО43-+2Н+→АТФ+Н2О
АТФазный комплекс обладает двойственной функцией: наряду с АТФ-синтетазной активностью этот комплекс может работать как АТФ-гидролаза: она расщепляет АТФ с образованием АДФ, фосфата, что сопровождается распадом Н2О и 2 протона перебрасываются на внешнюю сторону мембраны.
Таким образом, АТФ-гидролаза работает в качестве 4 водородной помпы в системе ЦПМ.
Амонификаторы в качестве субстрата используют белки или аминокислоты. Белки как полимерные молекулы вне клетки расщепляются на пептиды протеолитическими ферментами, которые внутри клетки расщепляются в дальнеёшем до аминокислот. Далее превращение возможно по двум направлениям: с одной стороныв конструктивном метаболизме аминокислоты включаются в структуру белков; с другой стороны аминокислоты служат основным материалом как источник энергии. В этом случае аминокислоты подвергаются дезаминированию и азот выделяется в виде неорганического восстановителя – аммиака, при этом часть аминокислот после дезаминирования (аланин, аспаргин, глутаминовая кислота) образуют α-кетокислоты (пировиноградная, α-кетоглутаровая, ЩУК), которые включаются в соответствующие участки ЦТК, но большинство аминокислот подвергается превращениям с образованием соединений, которые включают гликолиз или альтернативные ему механизмы, либо на уровне второго этапа аэробного дыхания (образуется Ацетил-КоА). Например, распад L-лейцина приводит к образованию Ацетил-КоА – исходного субстрата ЦТК.
Амонифицирующие микроорганизмы помимо белков могут катаболизировать сахара и органические кислоты, которые они предпоситают белкам. Амонификаторов, облигатно использующих белки, немного, в основном это Г+ спороорбразующие палочки р. Bacillus.
Целлюлозные бактерии используют в качестве субстрата целлюлозу – вещество полисахаридной природы, имеют целый комплекс целлюлолитических ферментов, которые позволяют расщепить целлюлозу до глюкозы, а она включается в основной метаболизм. К разложению целлюлозы способны большая группа Прокариот – Актиномицеты. Они имеют мощный комплекс целлюлолитических ферментов.
 
 



Лекция, реферат. Дыхательная цепь - понятие и виды. Классификация, сущность и особенности. 2021.

Оглавление книги открыть закрыть

1. Предмет микробиологии. Положение микроорганизмов в природе. Общая характеристика микроорганизмов.
2. История развития микробиологии
3. Грибы
4. Дрожжи как вид грибов
5. Прокариоты
6. Строение бактериальной клетки
7. Капсулы, слизистые слои и чехлы
8. Цитоплазматическая мембрана
9. Внутриклеточные структуры бактерий
10. ДНК
11. Морфологическая дифференцировка бактерий
12. Действие на микроорганизмы физических, химических и биологических факторов
13. Питание микроорганизмов
14. Рост и размножение микроорганизмов
15. Участие микроорганизмов в круговороте веществ в природе
16. Систематика и классификация бактерий
17. ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА В ПРОКАРИОТИЧЕКИХ МИКРООРГАНИЗМАХ
17.1 Брожение в клетках
17.2 Альтеративные механизмы сбраживаия углеводов
18. Фосфорилирование. Типы жизни основанные на фосфорилировании
19. Механизмы фотосинтеза
20. Конструктивный механизм метаболизма фотосинтезирующих бактерий
21. Типы жизни, основанные на окислительном фосфорилировании
22. Цикл трикарбованых кислот
23. Дыхательная цепь
24. Анаэробное дыхание
25. ВИРУСОЛОГИЯ
26. МОРФОЛОГИЯ И СТРУКТУРА ВИРУСОВ
27. МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИРУСОВ И КЛЕТКИ
28. МЕХАНИЗМ ГЕНЕТИЧЕСКОГО И НЕГЕНЕТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИРУСОВ




« назад Оглавление вперед »
22. Цикл трикарбованых кислот « | » 24. Анаэробное дыхание






 

Похожие работы:

Аэробные энергетические процессы

26.07.2009/контрольная работа

Деление организмов на аэробов и анаэробов. Распространенность аэробного дыхания в мире прокариот. Ингибиторы дыхания и состав дыхательной цепи у прокариот. Эволюция путей аэробного метаболизма. Бесхлорофильный фотосинтез без электрон-транспортной цепи.

Гемоцианин

27.06.2009/реферат

История открытия гемоцианина - дыхательного пигмента из группы хемопротеидов, медьсодержащего аналога гемоглобина. Распространение в природе: гемолимфа беспозвоночных и членистоногих. Строение гемоцианина, его применение в противоопухолевых вакцинах.

Дыхание человека

26.01.2008/реферат

Дыхательная система человека. Первый вдох. Лёгочное дыхание: плевра, кровеносные сосуды легких, легочная вентиляция, изменения объема легких, насыщение тканей кислородом. О человеческом носе. Лабиринт с многомиллионными ходами. Дыхательный центр.

Дыхание, пищеварение и обмен веществ человека

6.07.2010/реферат

Органы дыхания: строение и функции. Дыхательные движения и их регуляция. Пищевые продукты и питательные вещества. Пищеварение в полости рта, глотание. Кишечное пищеварение, всасывание. Виды обмена веществ, две стороны единого процесса обмена веществ.

Дыхательная система

17.08.2009/реферат

Дыхание как совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа. Органы, входящие в состав верхних и нижних дыхательных путей. Иннервация слизистой оболочки носа. Кровоснабжение и лимфоотток гортани.

Дыхательная система человека

27.01.2010/реферат

Внешнее и тканевое дыхание: молекулярная основа процессов. Этапы процесса дыхания. Поступление кислорода в организм и удаление из него углекислого газа как физиологическая сущность дыхания. Строение дыхательной системы человека. Влияние нервной регуляции.

Минога речная европейская

9.12.2009/реферат

Распространение миноги речной (Lampetra fluviatilis), наиболее важные черты организации. Преднерестовые изменения, процесс метаморфоза. Внешний вид, строение внутренних органов, скелет, нервная, дыхательная, кровеносная и пищеварительная системы миноги.

Млекопитающие

28.02.2008/реферат

Млекопитающие - высший класс позвоночных и всего царства животных. Строение: скелет; мышечная, нервная, кровеносная, дыхательная, выделительная, пищеварительная системы; температура тела; размножение. Происхождение и развитие класса млекопитающих.

Млекопитающие, их морфологические особенности

9.12.2009/реферат

Наиболее важные черты общей организации млекопитающих, их строение на примере крысы. Порядок вскрытия крыс, знакомство с общим расположением внутренних органов, топография. Кровеносная, дыхательная, пищеварительная, мочеполовая и нервная системы крысы.

Надотряд хрящевых рыб

9.12.2009/реферат

Распространение представителей надотряда. Особенности строения и жизнедеятельности, внешний вид акулы, скелет, туловищный отдел, голова. Общая топография внутренних органов. Нервная, дыхательная, кровеносная, мочеполовая и пищеварительная системы акулы.


 

Учебники по данной дисциплине

Концепции современного естествознания
ЕГЭ по биологии - справочник для подготовки
История КСЕ
Философия биологии
Фармацевтическая микробиология
Зоогигиена и ветеринарная санитария
Биология. Учебник
Биология. Учебник, часть 2
Цитология и гистология лекции