Метаболизм: Часть 2

Видео

Конспект

Универсальным окислителем, разность потенциалов которого по сравнению с окисляемой в клетке органикой мала, является молекула, представленная на Рис. 1 – никотинамидадениндинуклеотид (НАД+).

1.jpeg Рассмотрим его строение. Если гидролизовать связь между остатками фосфатов, то образуются два нуклеотида: рибоза с пришитым аденином и фосфатом; рибоза с прикрепленными никотинамидом и фосфатом. Благодаря четвертичному атому азота в составе никотинамида молекула несет положительный заряд. По своему окислительно-восстановительному потенциалу НАД+ близок к веществам, являющимся источниками энергии в клетке. В процессе окисления органических веществ НАД+ отбирает от них и присоединяет к себе гидрид-ион ( H^{-} ), то есть переносит два электрона. Гидрид-ион присоединяется к никотинамидной части молекулы, нейтрализуя положительный заряд в кольце.

Общая реакция: НАД ^{+}+H^{-}= НАДН. В некоторых источниках информации вы можете встретить надпись "НАДН { }_{2} ", однако данная форма запись является некорректной. Верной является другая запись: "НАДН+Н { }^{+} ". Дело в том, что третичный атом азота в восстановленном никотинамиде обладает слабыми основными свойствами, при физиологическом pH=7 этот атом азота может акцептировать на себя протон (от растворителей, кислот и т.д.) и становится четвертичным, то есть получается "НАДН+ Н^{+} ".

НАД+ является универсальным окислителем, однако клетки организма катаболизируют различные соединения, отличные от глюкозы. Если есть какие-то более сложно окисляемые молекулы, то потенциала НАД+ не хватает для окисления. В таких случаях используется другой кофермент – флавинадениндинуклеотид (ФАД).

2.jpeg В своем составе он также имеет рибозу, соединенную с фосфатом и аденином, а также линеаризованную рибозу с фосфатом и флавином. Перенос электронов осуществляется на флавиновую структуру. ФАД принимает 2 электрона в составе двух атома водорода (2H). Восстановленная форма ФАД называется ФАДН _2 .

Теперь обсудим другой процесс, непосредственно связанный с клеточным дыханием, запасание энергии в виде энергии химических связей, то есть синтез АТФ. АТФ синтезируется напрямую из молекул аденозиндифосфата (АДФ) путем присоединения к последнему остатка фосфата.

3.jpeg Связь между фосфатами через кислород в АТФ называется фосфоангидридной. Она является макроэргической, то есть ее расщепление является выгодным. Почему же так? Дело в том, что в клетке, при рН=7, гидроксильные группы фосфатов диссоциируют и фосфаты оказываются отрицательно заряженными. Таким образом, у молекулы АТФ в клетке заряд 4-, при этом заряженные группы сильно сближены. Естественно, отрицательные заряды атомов кислорода отталкиваются друг от друга, поэтому разрыв фосфоангидридной связи является энергетически выгодным, так как снижает электростатическое отталкивание отрицательных зарядов. Понятно, что образование фосфоангидридной связи возможно, только если для ее синтеза была разорвана такая же по энергии связь, либо же она создается за счет конвертации другой формы энергии в энергию химических связей, что и делает ЭТЦ.