Descripción general
concepto de oxidación biológica
El proceso en el que los compuestos orgánicos (azúcar, grasas y proteínas) se oxidan y descomponen dentro de las células biológicas para generar CO2 y H2O y liberar energía.
3 preguntas principales
¿Cómo convierten las células el C de los compuestos orgánicos en CO2 mediante cambios químicos?
Metabolitos como azúcares, lípidos y proteínas se convierten en compuestos con grupos carboxilo mediante una serie de deshidrogenación, adición de agua y otras reacciones bajo la catálisis de enzimas, y luego se produce CO2 mediante reacciones de descarboxilación.
¿Cómo utilizan las células el O para oxidar el H de las moléculas orgánicas y convertirlo en H2O?
El H de los metabolitos es eliminado bajo la acción de la deshidrogenasa, aceptado por los correspondientes transportadores de hidrógeno (NAD, NADP, FAD, FMN, etc.), y luego transferido al oxígeno a través de una serie de cuerpos de transferencia de hidrógeno o de electrones para generar H2O
¿Cómo se libera la energía cuando los compuestos orgánicos se oxidan dentro de las células recolectadas?
Una gran cantidad de energía liberada por la cadena de transporte de electrones se convierte en ATP mediante fosforilación.
Energía gratis
Energía libre G: se refiere a la parte de energía que se puede utilizar para realizar un trabajo útil en un sistema, representada por el símbolo G.
△G: Cambio de energía libre bajo cualquier condición dada. △G<0 es una condición necesaria para que la reacción se desarrolle espontáneamente. Las enzimas solo pueden catalizar reacciones en las que △G es un valor negativo.
△G◦′: Es el cambio de energía libre en condiciones estándar, es decir, la concentración inicial de los reactivos es 1mol/L, la temperatura es 25℃ y el △G es cuando pH=7,0. Cada reacción química tiene su cambio de energía libre estándar específico (es decir, △G◦′), que es un valor fijo
Cálculo de ΔG
Reacción A→B: ΔG = ΔGº′ RT ln[B]/[A]
Constante de equilibrio de reacción K′
[Producto]/[Sustrato] cuando la reacción alcanza el equilibrio en condiciones estándar. K′ para una reacción particular es una constante
ΔGº ′= -2.303 RT lgK′= -5706 lgK′ (J/mol)
K′<1, ΔGº′ es positivo, es una reacción endotérmica y no puede desarrollarse espontáneamente.
K′>1, ΔGº′ es negativo, la reacción exergónica puede proceder espontáneamente
Potencial de oxidación-reducción E
Indica qué tan fácil es para el agente reductor perder electrones (qué fácil es para el agente oxidante obtener electrones),
E0: potencial redox estándar
En condiciones estándar, compare la diferencia de potencial obtenida con el electrodo de hidrógeno estándar.
E0′
E0 del par biológico redox medido a pH=7
ΔE0′: cambio potencial
ΔE0′＝ E0′ alto − E0′ bajo
La relación entre ΔG0′ y ΔE0′
Compuestos de fosfato de alta energía.
Compuestos de fosfato que pueden liberar más de 25 kJ de energía por mol de grupo fosfato tras la hidrólisis. Los enlaces de alta energía están representados por ~
Clasificación
Tipo de enlace fósforo-oxígeno -O～P
①Compuestos de acilfosfato: como el carbamoilfosfato
② Compuestos de enol fosfato: como fosfoenol piruvato
③Compuestos de pirofosfato: como pirofosfato, ATP (trifosfato de adenosina)
Enlace fósforo-nitrógeno tipo -N～P: como el fosfato de creatina, que desempeña un papel en el almacenamiento de energía en el cuerpo.
atp
Las energías libres liberadas por la hidrólisis y la escisión de los dos grupos fosfato (β, γ) en la molécula de ATP son -32,2 KJ/mol y -30,5 KJ/mol respectivamente.
Función
Es un agente de acoplamiento químico para reacciones productoras de energía y reacciones que exigen energía en las células.
La moneda de energía en los organismos vivos, en lugar del material de almacenamiento de energía.
Es un portador intermedio para la transferencia intracelular de grupos fosfato.
Mitocondrias y su sistema oxidativo.
estructura de las mitocondrias
cadena de transporte de electrones
concepto basico
Durante la oxidación biológica de los sustratos respiratorios (metabolitos) en la matriz mitocondrial, el H del sustrato se transfiere a través de una serie de transportadores de hidrógeno o transportadores de electrones y finalmente se transfiere a O2 para generar H2O. Todo el sistema se denomina cadena de transporte de electrones porque. de su función Directamente relacionada con la respiración, también conocida como cadena respiratoria.
tipo
1. Cadena respiratoria de oxidación de NADH (la mayoría)
NADH → Complejo I → CoQ → Complejo III → Cyt c → Complejo IV → O2
2. Cadena respiratoria FADH2 (algunas, como ácido succínico, acil graso-CoA, fosfato de a-glicerol, etc.)
Ácido succínico →Complejo II →CoQ →Complejo III →Cyt c →Complejo IV →O2
Fosforilación oxidativa
concepto
Durante el proceso de transferencia de electrones en la cadena respiratoria, la energía libre liberada cuando los electrones se transfieren del sustrato oxidado al oxígeno (es decir, el H se oxida para formar H2O) impulsa la fosforilación del ADP para generar ATP.
mecanismo básico
Cuando los electrones del metabolito intermedio NADH o FADH2 se transfieren al oxígeno a través de la cadena de transporte de electrones para generar agua, se libera una gran cantidad de energía. Esta parte de la energía puede impulsar al ADP y al Pi para sintetizar ATP.
Acoplamiento oxidativo-fosforilación
Relación fósforo/oxígeno P/O
Concepto: Durante el proceso de fosforilación oxidativa, se calcula el número de moles de fósforo inorgánico (o ADP) consumidos o el número de moles de ATP generados por cada mol de oxígeno consumido.
La P/O de la cadena respiratoria NADH es 2,5 y la P/O de la cadena respiratoria FADH es 1,5.
mecanismo de acoplamiento
teoría de la ósmosis química
① En la cadena respiratoria, los cuerpos transmisores de hidrógeno y los cuerpos transmisores de electrones están dispuestos alternativamente en la membrana interna de las mitocondrias intactas, lo que permite reacciones direccionales de oxidación-reducción.
②La cadena de transporte de electrones tiene la función de una bomba de protones, que puede bombear protones desde el interior de la membrana mitocondrial interna hacia el exterior de la membrana interna.
③La membrana mitocondrial interna intacta es selectivamente permeable a los iones y no puede permitir que los protones bombeados hacia el exterior de la membrana interna regresen libremente a la membrana interna. Esto da como resultado una diferencia en la concentración de protones y el potencial a través de la membrana, que se convierte en la fuerza impulsora. para que los protones regresen al interior de la membrana interna (potencial dinámico de protones).
④Cuando los protones en el exterior de la membrana son impulsados por el potencial dinámico del protón y pasan a través del canal especial FO en la enzima compleja de ATP incrustada en la membrana mitocondrial interna, se libera energía libre para impulsar el ADP y el Pi para formar ATP.
ATPasa (bomba de protones ATP sintasa, F1F0-ATPasa, complejo V)
La función de F1 es catalizar la generación de ATP y la función de F0 es formar un canal para protones.
regulación de la fosforilación oxidativa
control de la respiración
Debido al efecto regulador de los cambios en la relación ADP/ATP sobre la fosforilación oxidativa, se denomina control respiratorio y la sustancia clave para la regulación es el ADP.
Cuando la relación ADP/ATP aumenta, la fosforilación oxidativa aumenta; cuando la relación ADP/ATP disminuye, la fosforilación oxidativa se ralentiza.
desacoplamiento e inhibición
agente desacoplador
La destrucción del gradiente electroquímico de protones a través de la membrana interna establecido por el proceso de transferencia de electrones hace que la energía almacenada en el gradiente electroquímico se libere en forma de energía térmica y se inhibe la generación de ATP. Tales como: dinitrofenol (DNP);
inhibidores de la cadena respiratoria
Bloquea el proceso de transporte de electrones de la fosforilación oxidativa. Tales como rotenona; amobarbital; antimicina A; dimercaprol; N3-;
Inhibidor de la ATP sintasa
Puede evitar que los protones regresen del canal de protones F0 e inhibir la producción de ATP.
Fosforilación oxidativa de NADH extramitocondrial.
lanzadera de alfa-glicerol fosfato
Lanzadera malato-aspartato
La cadena respiratoria de oxidación de NADH bombea 10 H: 10/4 = 2,5 (ATP molecular)
La cadena respiratoria de oxidación FADH2 bombea 6 H: 6/4 = 1,5 (ATP molecular)
La ubiquinona y Cyt c no están incluidas en los cuatro complejos (función de mensajería)
n, la cantidad de sustancia que transfiere electrones (mol);
F, constante de Faraday, 96,5 KJ/V.mol
Los electrones siempre fluyen desde un par redox de bajo potencial (E0′ bajo) a un par redox de alto potencial (E0′ alto) (es decir, dirección de reacción)
Temperatura (unidad K) T=Celsius 273
Constante de los gases R=8,314
[Puntos clave] Dominar algunos conocimientos básicos relacionados con el metabolismo material y el metabolismo energético, dominar los tipos y composiciones de las cadenas respiratorias oxidativas biológicas y dominar la fosforilación oxidativa y otros métodos de generación de ATP.
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