Биологические механизмы окисления в метохондриях

Под биологическим окислением понимают совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают в живых организмах. На их долю отведено около 99% от всего энергоснабжения организма. Посредством окислительно-восстановительных процессов в организме происходит разрушение и некоторых токсических веществ, образование которых осуществляется в результате обмена веществ (например, пероксид водорода) [6].

Основной тип биологического окисления – это окисление в митохондриях. Данный тип окисления еще называют тканевым дыханием или аэробным окислением, так как это основной способ получения АТФ в аэробных условиях [5].

В организме человека митохондриальная дыхательная цепь образует 300-400 мл воды за сутки (метаболическая вода). Некоторые жуки-чернотелки, обитающие в абсолютно ё сухих пустынях, получают воду только в результате тканевого дыхания, питаясь сухими пылевидными остатками растений, которые приносит ветер [8].

Цель работы заключается в характеристике биологических механизмов окисления в митохондриях.

 

Еще со времен французского химика А.Лавуазье окисление в организме отождествляли с горением. Это обусловлено тем, что продукты окисления и горения глюкозы (СО2 и Н2О) и количество выделяемой энергии (около 2850 кДж/моль) оказались одинаковыми.

При этом для биологического окисления и горения свойственны принципиальные различия, которые заключается в следующем:

1) биологическое окисление протекает в мягких условиях (температура тела, постоянные давление и рН);

2) при биологическом окислении высвобождение энергии происходит ступенчато, причем происходит аккумулирование ее части в макроэргических соединениях, при горении энергия выделяется сразу и рассеивается в виде тепла;

3) биологическое окисление более интенсивно протекает в органах и тканях, которые содержат большое количество воды.

Окислительно-восстановительные реакции протекают в организме животных согласно следующим стадиям:

1) образование ацетил-КоА (при окислении моносахаридов, глицерина, жирных кислот, аминокислот);

2) окисление ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот с образованием СО2 и восстановленных коферментов НАДН(Н+) и ФАДН2;

3) окисление водорода восстановленных коферментов НАДН(Н+) и ФАДН2 в дыхательной цепи с образованием воды и АТФ [6].

Тканевое дыхание (митохондриальное окисление) – это основной способ биологического окисления, то есть окисления органических веществ в живом организме. При этом стоит помнить о том, что наряду с тканевым дыханием в организме имеются и другие способы окисления [3].

Анаэробное окисление осуществляется в цитоплазме и здесь же отщепленный водород присоединяется не к кислороду (как в случае тканевого дыхания), а к какому-то другому веществу. Чаще всего в качестве такого акцептора водорода выступает пировиноградная кислота. Последняя возникает в случае распада углеводов и аминокислот. В результате присоединения атомов водорода наблюдается превращение пировиноградной кислоты в молочную кислоту (лактат). В случае данного окисления вместо конечного продукта – воды – образуется другой конечный продукт – молочная кислота, причем это происходит без потребления кислорода, то есть анаэробно. Благодаря выделившейся при этом энергии в цитоплазме осуществляется синтез АТФ, получивший название анаэробное, или субстратное фосфорилирование, или же анаэробный синтез АТФ. Биологическое назначение данного типа окисления – получение АТФ без участия тканевого дыхания и кислорода [3].