Окисление в митохондриях

Содержание
  1. Митохондрия
  2. Строение и функции митохондрии
  3. Ферменты митохондрий
  4. Митохондрии
  5. Что такое митохондрии и их роль
  6. Происхождение митохондрии
  7. Строение митохондрии
  8. Функции митохондрии
  9. Митохондрии, видео
  10. Для окисления жирных кислот существует свой путь
  11. Элементарная схема β-окисления
  12. Этапы окисления жирных кислот
  13. Реакция активации жирной кислоты
  14. Карнитин-зависимый транспорт жирных кислот в митохондрию
  15. Расчет энергетического баланса β-окисления
  16. Пример. Окисление пальмитиновой кислоты
  17. Атф и митохондрии
  18. Роль АТФ в энергетическом балансе
  19. Синтез АТФ в организме
  20. Использование АТФ в клетке
  21. Митохондрии
  22. Анаэробное и аэробное окисление
  23. Анаэробное окисление глюкозы
  24. А. Аэробное и анаэробное окисление глюкозы
  25. В чем суть процесса биологического окисления? чем отличаются аэробное и анаэробное окисление? опишите ферментную систему, осуществляющую аэробное окисление в митохондриях. какие пищевые вещества необходимы для синтеза компонентов этой системы?
  26. Как увеличить количество митохондрий с помощью питания (и не только)
  27. Что может активировать сборку новых митохондрий?
  28. Ограничение калорий и голодание

Митохондрия

Окисление в митохондриях

Митохондрия – это двумембранный органоид эукариотической клетки, основная функция которого синтез АТФ – источника энергии для жизнедеятельности клетки.

Количество митохондрий в клетках не постоянно, в среднем от нескольких единиц до нескольких тысяч. Там, где процессы синтеза идут интенсивно, их больше.

Также варьирует размер митохондрий и их форма (округлые, вытянутые, спиральные, чашевидные и др.). Чаще имеют округлую вытянутую форму, диаметром до 1 микрометра и длиной до 10 мкм.

Могут перемещаться в клетке с током цитоплазмы или оставаться в одном положении. Перемещаются к местам, где больше всего требуется выработка энергии.

Согласно гипотезе симбиогенеза митохондрии произошли от аэробных бактерий, внедрившихся в другую прокариотическую клетку. Эти бактерии начали снабжать клетку дополнительным количеством молекул АТФ, а получать от нее питательные вещества. В процессе эволюции они потеряли автономность, передав часть своих генов в ядро и став таким образом клеточной органеллой.

В клетках новые митохондрии появляются в основном путем деления ранее существующих, т. е. они не синтезируются заново, что напоминает процесс размножения и говорит в пользу симбиогенеза.

Строение и функции митохондрии

Митохондрия состоит из

  • двух мембран — внешней и внутренней,
  • межмембранного пространства,
  • внутреннего содержимого — матрикса,
  • крист, представляющих собой выросты в матрикс внутренней мембраны,
  • собственной белок-синтезирующей системы: ДНК, рибосом, РНК,
  • белков и их комплексов, в том числе большого количества ферментов и коферментов,
  • других молекул и гранул различных веществ, находящихся в матриксе.

Внешняя и внутренняя мембраны выполняют разные функции, поэтому различается их химический состав. Расстояние между мембранами составляет до 10 нм.

Внешняя мембрана митохондрий по строению схожа с плазмалеммой, окружающей клетку, и выполняет в основном барьерную функцию, отграничивая содержимое органоида от цитоплазмы. Через нее проникают мелкие молекулы, транспорт крупных избирателен.

В некоторых местах внешняя мембрана соединена с ЭПС, каналы которой открываются в митохондрию.

На внутренней мембране, в основном ее выростах — кристах, располагаются ферменты, образуя мультиферментативные системы. Поэтому по химическому составу здесь преобладают белки, а не липиды. Количество крист варьирует в зависимости от интенсивности процессов. Так в митохондриях мышц их очень много.

В некоторых местах внешняя и внутренняя мембрана соединяются между собой.

У митохондрий, также как у хлоропластов, есть своя белоксинтезирующая система — ДНК, РНК и рибосомы. Генетический аппарат представляет собой кольцевую молекулу – нуклеоид, как у бактерий.

Рибосомы митохондрий растений схожи с бактериальными, у животных митохондриальные рибосомы мельче не только цитоплазматических, но и бактериальных.

Часть необходимых белков митохондрии синтезируют сами, другую часть получают из цитоплазмы, так как эти белки кодируются ядерными генами.

функция митохондрий — снабжать клетку энергией, которая путем многочисленных ферментативных реакций извлекается из органических соединений и запасается в АТФ. Часть реакций идет с участием кислорода, в других выделяется углекислый газ. Реакции идут как в матриксе (цикл Кребса), так и на кристах (окислительное фосфорилирование).

Следует иметь в виду, что в клетках АТФ синтезируется не только в митохондриях, но и в цитоплазме в процессе гликолиза. Однако эффективность этих реакций невысока. Особенность функции митохондрий в том, что в них протекают реакции не только бескислородного окисления, но и кислородный этап энергетического обмена.

Другими словами, функция митохондрий – активное участие в клеточном дыхании, к которому относят множество реакций окисления органических веществ, переноса протонов водорода и электронов, идущих с выделением энергии, которая аккумулируется в АТФ.

Ферменты митохондрий

Ферменты транслоказы внутренней мембраны митохондрий осуществляют активный транспорт АДФ и АТФ.

В структуре крист выделяют элементарные частицы, состоящие из головки, ножки и основания. На головках, состоящих из фермента АТФазы, происходит синтез АТФ. АТФаза обеспечивает сопряжение фосфорилирования АДФ с реакциями дыхательной цепи.

Компоненты дыхательной цепи находятся в основании элементарных частиц в толще мембраны.

В матриксе находится большая часть ферментов цикла Кребса и окисления жирных кислот.

В результате активности электротранспортной дыхательной цепи ионы водорода поступают в нее из матрикса, а высвобождаются на наружной стороне внутренней мембраны. Это осуществляют определенные мембранные ферменты. Разница в концентрации ионов водорода по разные стороны мембраны приводит к возникновению градиента pH.

Энергию для поддержания градиента поставляет перенос электронов по дыхательной цепи. Иначе ионы водорода диффундировали бы обратно.

Энергия градиента pH используется для синтеза АТФ из АДФ:

АДФ + Ф = АТФ + H2O (реакция обратима)

Образующаяся вода ферментативно удаляется. Это, наряду с другими факторами, облегчает протекание реакции слева направо.

plustilino © 2019. All Rights Reserved

Источник: https://biology.su/cytology/mitochondrion

Митохондрии

Окисление в митохондриях

  • Что такое митохондрии и их роль
  • Происхождение митохондрии
  • Строение митохондрии
  • Функции митохондрии
  • Ферменты митохондрий
  • Митохондрии, видео
  • Еще в далеком XIX веке с интересом изучая посредством первых не совершенных еще тогда микроскопов, строение живой клетки, биологи заметили в ней некие продолговатые зигзагоподобные объекты, которые получили название «митохондрии». Сам термин «митохондрия» составлен из двух греческих слов: «митос» – нитка и «хондрос» – зернышко, крупинка.

    Что такое митохондрии и их роль

    Митохондрии представляют собой двумембранный органоид эукариотической клетки, основное задание которого – окисление органических соединений, синтез молекул АТФ, с последующим применением энергии, образованной после их распада. То есть по сути митохондрии это энергетическая база клеток, говоря образным языком, именно митохондрии являются своего рода станциями, которые вырабатывают необходимую для клеток энергию.

    Количество митохондрий в клетках может меняться от нескольких штук, до тысяч единиц. И больше их естественно именно в тех клетках, где интенсивно идут процессы синтеза молекул АТФ.

    Сами митохондрии также имеют разную форму и размеры, среди них встречаются округлые, вытянутые, спиральные и чашевидные представители. Чаще всего их форма округлая и вытянутая, с диаметром от одного микрометра и до 10 микрометров длинны.

    Примерно так выглядит митохондрия.

    Также митохондрии могут, как перемещаться по клетке (делают они это благодаря току цитоплазмы), так и неподвижно оставаться на месте. Перемещаются они всегда в те места, где наиболее требуется выработка энергии.

    Происхождение митохондрии

    Еще в начале прошлого ХХ века была сформирована так званая гипотеза симбиогенеза, согласно которой митохондрии произошли от аэробных бактерий, внедренных в другую прокариотическую клетку.

    Бактерии эти стали снабжать клетку молекулами АТФ взамен получая необходимые им питательные вещества.

    И в процессе эволюции они постепенно потеряли свою автономность, передав часть своей генетической информации в ядро клетки, превратившись в клеточную органеллу.

    Строение митохондрии

    Митохондрии состоят из:

    • двух мембран, одна из них внутренняя, другая внешняя,
    • межмембранного пространства,
    • матрикса – внутреннего содержимого митохондрии,
    • криста – это часть мембраны, которая выросла в матриксе,
    • белок синтезирующей системы: ДНК, рибосом, РНК,
    • других белков и их комплексов, среди которых большое число всевозможных ферментов,
    • других молекул

    Так выглядит строение митохондрии.

    Внешняя и внутренняя мембраны митохондрии имеют разные функции, и по этой причине различается их состав. Внешняя мембрана своим строением схожа с мембраной плазменной, которая окружает саму клетку и выполняет в основном защитную барьерную роль. Тем не менее, мелкие молекулы могут проникать через нее, а вот проникновение молекул покрупнее уже избирательно.

    На внутренней мембране митохондрии, в том числе на ее выростах – кристах, располагаются ферменты, образуя мультиферментативные системы. По химическому составу тут преобладают белки. Количество крист зависит от интенсивности синтезирующих процессов, к примеру, в митохондриях клеток мышц их очень много.

    У митохондрий, как впрочем, и у хлоропластов, имеется своя белоксинтезирующая система – ДНК, РНК и рибосомы. Генетический аппарат имеет вид кольцевой молекулы – нуклеотида, точь в точь как у бактерий. Часть необходимых белков митохондрии синтезируют сами, а часть получают извне, из цитоплазмы, поскольку эти белки кодируются ядерными генами.

    Функции митохондрии

    Как мы уже написали выше, основная функция митохондрий – снабжение клетки энергией, которая путем многочисленных ферментативных реакций извлекается из органических соединений. Некоторые подобные реакции идут с участием кислорода, а после других выделяется углекислый газ. И реакции эти происходят, как внутри самой митохондрии, то есть в ее матриксе, так и на кристах.

    Если сказать иначе, то роль митохондрии в клетке заключается в активном участии в «клеточном дыхании», к которому относится множество химических реакций окисления органических веществ, переносов протонов водорода с последующим выделением энергии и т. д.

    Митохондрии, видео

    И в завершение интересное образовательное видео о митохондриях.

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

    Эта статья доступна на английском языке – Mitochondria: Structure, Function and Role in the Cell.

    Источник: https://www.poznavayka.org/biologiya/mitohondrii/

    Для окисления жирных кислот существует свой путь

    Окисление в митохондриях

    Для преобразования энергии, заключенной в жирных кислотах, в энергию связей АТФ существует метаболический путь окисления жирных кислот до СО2 и воды, тесно связанный с циклом трикарбоновых кислот и дыхательной цепью.

    Этот путь называется β-окисление, т.к.

    происходит окисление 3-го углеродного атома жирной кислоты (β-положение) в карбоксильную группу, одновременно от кислоты отщепляется ацетильная группа, включающая С1 и С2 исходной жирной кислоты.

    Элементарная схема β-окисления

    Реакции β-окисления происходят в митохондриях большинства клеток организма (кроме нервных клеток). Для окисления используются жирные кислоты, поступающие в цитозоль из крови или появляющиеся при липолизе собственных внутриклеточных ТАГ. Суммарное уравнение окисления пальмитиновой кислоты выглядит следующим образом:

    Пальмитоил-SКоА + 7ФАД + 7НАД+ + 7Н2O + 7HS-KoA → 8Ацетил-SКоА + 7ФАДН2 + 7НАДН

    Этапы окисления жирных кислот

    1. Прежде, чем проникнуть в матрикс митохондрий и окислиться, жирная кислота должна активироваться в цитозоле. Это осуществляется присоединением к ней коэнзима А с образованием ацил-SКоА. Ацил-SКоА является высокоэнергетическим соединением. Необратимость реакции достигается гидролизом дифосфата на две молекулы фосфорной кислоты.

    Ацил-SКоА-синтетазы находятся в эндоплазматическом ретикулуме, на наружной мембране митохондрий и внутри них. Существует широкий ряд синтетаз, специфичных к разным жирным кислотам.

    Реакция активации жирной кислоты

    2. Ацил-SКоА не способен проходить через митохондриальную мембрану, поэтому существует способ переноса жирной кислоты в комплексе с витаминоподобным веществом карнитином (витамин В11). На наружной мембране митохондрий имеется фермент карнитин-ацилтрансфераза I.

    Карнитин-зависимый транспорт жирных кислот в митохондрию

    Карнитин синтезируется в печени и почках и затем транспортируется в остальные органы. Во внутриутробном периоде и в первые годы жизни значение карнитина для организма чрезвычайно велико.

    Энергообеспечение нервной системы детского организма и, в частности, головного мозга осуществляется за счет двух параллельных процессов: карнитин-зависимого окисления жирных кислот и аэробного окисления глюкозы.

    Карнитин необходим для роста головного и спинного мозга, для взаимодействия всех отделов нервной системы, ответственных за движение и взаимодействие мышц. Существуют исследования, связывающие с недостатком карнитина детский церебральный паралич и феномен “смерти в колыбели“.

    Дети раннего возраста, недоношенные и дети с малой массой особенно чувствительны к недостаточности карнитина. Эндогенные запасы у них быстро истощаются при различных стрессовых ситуациях (инфекционные заболевания, желудочно-кишечные расстройства, нарушения вскармливания).

    Биосинтез карнитина недостаточен, а поступление с обычными пищевыми продуктами неспособно поддержать достаточный уровень в крови и тканях.

    3. После связывания с карнитином жирная кислота переносится через внутреннюю митохондриальную мембрану транслоказой. На внутренней стороне этой мембраны фермент карнитин-ацилтрансфераза II вновь образует ацил-SКоА, который вступает на путь β-окисления.

    4. Процесс собственно β-окисления состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически.

    В них последовательно происходит окисление (ацил-SКоА-дегидрогеназа), гидратирование (еноил-SКоА-гидратаза) и вновь окисление 3-го атома углерода (гидроксиацил-SКоА-дегидрогеназа).

    В последней, трансферазной, реакции от жирной кислоты отщепляется ацетил-SКоА. К оставшейся (укороченной на два углерода) жирной кислоте присоединяется HS-КоА, и она возвращается к первой реакции. Все повторяется до тех пор, пока в последнем цикле не образуются два ацетил-SКоА.

    Расчет энергетического баланса β-окисления

    При расчете количества АТФ, образуемого при β-окислении жирных кислот необходимо учитывать:

    • количество образуемого ацетил-SКоА – определяется обычным делением числа атомов углерода в жирной кислоте на 2.
    • число циклов β-окисления. Число циклов β-окисления легко определить исходя из представления о жирной кислоте как о цепочке двухуглеродных звеньев. Число разрывов между звеньями соответствует числу циклов β-окисления. Эту же величину можно подсчитать по формуле (n/2 -1), где n – число атомов углерода в кислоте.
    • число двойных связей в жирной кислоте. В первой реакции β-окисления происходит образование двойной связи при участии ФАД. Если двойная связь в жирной кислоте уже имеется, то необходимость в этой реакции отпадает и ФАДН2 не образуется. Количество недополученных ФАДН2 соответствует числу двойных связей. Остальные реакции цикла идут без изменений.
    • количество энергии АТФ, потраченной на активацию (всегда соответствует двум макроэргическим связям).

    Пример. Окисление пальмитиновой кислоты

    1. Так как имеется 16 атомов углерода, то при β-окислении образуется 8 молекул ацетил-SКоА. Последний поступает в ЦТК, при его окислении в одном обороте цикла образуется 3 молекулы НАДН (7,5 АТФ), 1 молекула ФАДН2 (1,5 АТФ) и 1 молекула ГТФ, что эквивалентно 10 молекулам АТФ.

      Итак, 8 молекул ацетил-SКоА обеспечат образование 8×10=80 молекул АТФ.

    2. Для пальмитиновой кислоты число циклов β-окисления равно 7. В каждом цикле образуется 1 молекула ФАДН2 (1,5 АТФ) и 1 молекула НАДН (2,5 АТФ). Поступая в дыхательную цепь, в сумме они “дадут” 4 молекулы АТФ.

      Таким образом, в 7 циклах образуется 7×4=28 молекул АТФ.

    3. Двойных связей в пальмитиновой кислоте нет.
    4. На активацию жирной кислоты идет 1 молекула АТФ, которая, однако, гидролизуется до АМФ, то есть тратятся 2 макроэргические связи или две АТФ.

    5. Таким образом, суммируя, получаем 80+28-2 =106 молекул АТФ образуется при окислении пальмитиновой кислоты.

    Источник: https://biokhimija.ru/lipidy/beta-okislenie.html

    Атф и митохондрии

    Окисление в митохондриях

    Каждое живое существо должно получать энергию из окружающей среды (например, в форме солнечного излучения или органических продуктов питания).

    Эта энергия требует для биосинтеза (анаболизма) огромного числа химических соединений и биополимеров в соответствии с определенной генетической программой.

    Сама энергия нужна для активной передачи молекул и ионов через мембраны, для движения и для передачи нервных импульсов. Наука, которая изучает поток и использование энергии в живых существах, называется «биоэнергетика» (био- + энергия).

    Роль АТФ в энергетическом балансе

    АТФ является основной молекулой энергии в живых системах. Он участвует в различных химических процессах, от химического биосинтеза до движения ресничек, сокращения мышц, активного транспорта молекул через клеточную мембрану или распространения электрического импульса через нервные волокна.

    Производство и потребление энергии происходит через сеть ферментативных реакций (метаболизм).

    Центральным химическим соединением в метаболизме является аденозинтрифосфат (АТФ), который образуется в результате метаболических реакций (катаболизм) путем фосфорилирования аденозиндифосфата (АДФ) с образованием энергии около 30 кДж / моль (термодинамика).

    Большая часть АТФ производится в результате процессов в митохондриях (окислительного фосфорилирования). При использовании этой энергии в биологических процессах АТФ обычно гидролизуется до фосфата и АДФ (аденозинДИфосфата).

    Вся биосинтетическая деятельность, как и многие другие клеточные действия, требует энергии. В основном для клеточных активностей источником энергии является именно АТФ.

    Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех фосфатных групп (ФГ).

    Последние с сильным отрицательным зарядом связаны двумя ковалентными высокоэнергетическими связями, которые при гидролизе выделяют относительно много энергии. Это демонстрирует важное свойство АТФ.

    Поэтому без преувеличения можно сказать, что наиболее важным энергетическим соединением в клетке является трифосфат аденозина (АТФ), который по своему химическому составу является нуклеотидом.

    Молекула АТФ состоит из:

    • – азотно-аденинового основания пурина;
    • – пентозы, рибозы и моносахариды;
    • – трех фосфатных групп, обозначенных как альфа, бета и гамма (начиная с рибозы).

    Синтез АТФ в организме

    АТФ чаще всего производится в митохондрии, в основном в результате расщепления глюкозы и жирных кислот в процессе, называемом окислительным фосфорилированием; разложение 1 молекулы глюкозы в митохондрии высвобождает 36 молекул АТФ. Также АТФ синтезируется в хлоропластах, при фотосинтезе в процессе фотосинтетического фосфорилирования.

    Использование АТФ в клетке

    АТФ не может храниться в качестве резерва, поэтому он расходуется после его синтеза путем дефосфорилирования с помощью фермента АТФазы. Две конечные фосфорные группы связаны богатыми энергией ковалентными связями.

    Когда эти связи разрушаются, высвобождается относительно большое количество энергии.

    Если от АТФ освободить один конец ФГ, то образуется аденозин дифосфат (АДФ), освободить другой – получится аденозинмонофосфат (АМФ).

    Фосфорная группа, высвобождаемая из АТФ или АДФ, богата энергией и, связываясь с соединением, обогащает ее энергией (процесс, называемый фосфорилированием). Таким образом, энергия от АТФ используется в процессах анаболизма.

    АТФ создается в качестве основного энергетического продукта процесса разложения пищевых ингредиентов в процессе окисления. Часть энергии, выделяемой в этих процессах, сохраняется в форме АТФ, а остальная часть используется в форме тепла.

    Полученный таким образом АТФ используется для взаимодействия со всеми типами клеток. Только около 1/3 АТФ расходуется на реакции анаболизма.

    Остальная энергия расходуется на движение, сокращение мышц, транспортировку вещества через клеточную мембрану и т. д.

    Фосфорилирование, регенерация АТФ.

    Восстановление (синтез) АТФ реализуется путем связывания ФГ сначала с АМФ, что приводит к АДФ, а затем из АТФ под контролем фермента АТФ-синтазы.

    Это возможно благодаря тепловым реакциям, в которых энергоемкие (анаболические) реакции связаны с энерговыделительными (катаболическими) реакциями. Энергия, выделяемая при катаболизме, используется для повторного синтеза АТФ из АДФ.

    Следовательно, система АТФ / АДФ служит универсальным способом обмена энергией, который балансирует между выделяемыми и потребляющими энергию реакциями.

    Функциональные характеристики АТФ.

    Химическая связь, представляющая собой сумму сил, которые удерживают вместе атомы в молекуле, является стабильной конфигурацией, и для разрыва старой связи и образования новой требуется энергия.

    Ферменты значительно снижают потребность в активации большого количества энергии, но для того, чтобы химические реакции происходили в живых организмах, необходимо, чтобы энергия связи в продуктах реакции всегда была меньше энергии связи реагентов.

    Молекула, наиболее часто участвующая в тепловых реакциях, – АТФ. Внутренняя структура молекул АТФ отлично подходит для этой роли в живых системах. В лабораторных условиях при удалении третьей фосфатной группы образуются АДФ и фосфат, и выделяется около 7 ккал (30 кДж) на моль АТФ. Удаление второй фосфатной группы дает AMФ и фосфат, высвобождая такое же количество энергии.

    Энергия, выделяемая при удалении фосфатных групп, не только возникает из высокоэнергетических связей, но также является результатом перераспределения орбит в молекулах АТФ или АДФ.

    Каждая фосфатная группа несет отрицательный заряд и поэтому имеет тенденцию отталкиваться от другой такой группы.

    Когда фосфатная группа удаляется, происходит изменение конфигурации электронов, в результате чего получается структура с меньшей энергией.

    В живых системах АТФ также гидролизуется до АДФ. Гидролиз АТФ является, например, быстрым способом выработки тепла у животных, которые просыпаются от зимней спячки.

    Однако обычно конечный продукт не просто удаляется, а переносится через фермент (киназу) в другую молекулу (фосфорилирование).

    Эта реакция также передает часть энергии от высокоэнергетической связи фосфорилированному соединению, которое, таким образом, обогащается энергией при реакции.

    Энергия, выделяемая в реакциях клеточного метаболизма, таких как расщепление глюкозы, используется для повторного синтеза АТФ из молекул АДФ. Основными механизмами синтеза АТФ в клетке являются окислительное фосфорилирование в процессе клеточного дыхания (на внутренней стороне митохондриальной мембраны) и фосфорилирование в процессе фотосинтеза.

    Митохондрии

    Митохондрии представляют собой мембранные органеллы, присутствующие в клетках практически всех эукариотических организмов.

    Митохондрии заключены в две мембраны: внешняя, находящаяся в контакте с цитоплазмой, и мембрана, ограничивающая внутреннюю часть митохондрий. Между этими двумя мембранами находится межмембранное пространство.

    Внутренняя часть митохондрий заполнена матриксом. Типичная эукариотическая клетка содержит около 2000 митохондрий.

    Внешняя митохондриальная мембрана определяет форму этой органеллы и, благодаря наличию каналообразующего белка (порина), проницаема для определенных молекул.

    Внутренняя митохондриальная мембрана имеет в несколько раз большую площадь поверхности, чем наружная мембрана. Ее поверхность значительно увеличивают кристы, ориентированные к центру органеллы.

    Кристы могут различаться по количеству, размеру и форме, при этом они имеют частицы, прикрепленные к ним с помощью коротких ручек.

    Эти частицы содержат АТФ-синтазы, ферментный комплекс, участвующий в синтезе АТФ.

    Матрикс заполняет внутреннюю часть митохондрий и представляет собой смесь нескольких сотен ферментов, которые преобразуют продукты метаболизма углеводов, липидов и белков через цикл Кребса в углекислый газ и воду с выделением энергии в виде молекул АТФ. В этом процессе электроны переносятся по дыхательной электронной цепи, и происходит синтез высокоэнергетического фосфатного соединения, АТФ (окислительное фосфорилирование).

    Источник: http://medicine-simply.ru/just-medicine/atf-i-mitohondrii

    Анаэробное и аэробное окисление

    Окисление в митохондриях

    В аэробных условиях глюкоза окисляется до СО2 и Н2О. Суммарное уравнение:

    Этот процесс включает несколько стадий:

    Аэробный гликолиз. В нем происходит окисления 1 глюкозы до 2 ПВК, с образованием 2 АТФ (сначала 2 АТФ затрачиваются, затем 4 образуются) и 2 НАДН2;

    Превращение 2 ПВК в 2 ацетил-КоА с выделением 2 СО2 и образованием 2 НАДН2;

    ЦТК. В нем происходит окисление 2 ацетил-КоА с выделением 4 СО2, образованием 2 ГТФ (дают 2 АТФ), 6 НАДН2 и 2 ФАДН2;

    Цепь окислительного фосфорилирования. В ней происходит окисления 10 (8) НАДН2, 2 (4) ФАДН2 с участием 6 О2, при этом выделяется 6 Н2О и синтезируется 34 (32) АТФ.

    В результате аэробного окисления глюкозы образуется 38 (36) АТФ, из них: 4 АТФ в реакциях субстратного фосфорилирования, 34 (32) АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования. КПД аэробного окисления составит 65%.

    Анаэробное окисление глюкозы

    Катаболизм глюкозы без О2 идет в анаэробном гликолизе и ПФШ (ПФП).

    В ходе анаэробного гликолиза происходит окисления 1 глюкозы до 2 молекул молочной кислоты с образованием 2 АТФ (сначала 2 АТФ затрачиваются, затем 4 образуются). В анаэробных условиях гликолиз является единственным источником энергии. Суммарное уравнение: С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О.

    В ходе ПФП из глюкозы образуются пентозы и НАДФН2. В ходе ПФШ из глюкозы образуются только НАДФН2.

    Гликолиз – главный путь катаболизма глюкозы (а также фруктозы и галактозы). Все его реакции протекают в цитозоле.

    Аэробный гликолиз – это процесс окисления глюкозы до ПВК, протекающий в присутствии О2.

    Анаэробный гликолиз – это процесс окисления глюкозы до лактата, протекающий в отсутствии О2.

    Анаэробный гликолиз отличается от аэробного только наличием последней 11 реакции, первые 10 реакций у них общие.

    В любом гликолизе можно выделить 2 этапа:

    1 этап подготовительный, в нем затрачивается 2 АТФ. Глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 фосфотриозы;

    2 этап, сопряжён с синтезом АТФ. На этом этапе фосфотриозы превращаются в ПВК. Энергия этого этапа используется для синтеза 4 АТФ и восстановления 2НАДН2, которые в аэробных условиях идут на синтез 6 АТФ, а в анаэробных условиях восстанавливают ПВК до лактата.

    Энергетический баланс гликолиза

    Таким образом, энергетический баланс аэробного гликолиза:

    8АТФ = -2АТФ + 4АТФ + 6АТФ (из 2НАДН2)

    Энергетический баланс анаэробного гликолиза:

    2АТФ = -2АТФ + 4АТФ

    Общие реакции аэробного и анаэробного гликолиза

    1. Гексокиназа(гексокиназа II, АТФ: гексозо-6-фосфотрансфераза) в мышцах фосфорилирует в основном глюкозу, меньше – фруктозу и галактозу. Кm + оксидоредуктаза (фосфорилирующая)) состоит из 4 субъединиц. Катализирует образование макроэргической связи в 1,3-ФГК и восстановление НАДН2, которые используются в аэробных условиях для синтеза 8 (6) молекул АТФ.

    7.Фосфоглицераткиназа (АТФ: 3ФГК-1-фосфотрансфераза). Осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ.

    В следующих реакциях низкоэнергетический фосфоэфир переходит в высокоэнергетический фосфат.

    8.Фосфоглицератмутаза (3-ФГК-2-ФГК-изомераза) осуществляет перенос фосфатного остатка в ФГК из по­ложения 3 положение 2.

    9.Енолаза (2-ФГК: гидро-лиаза) от­щепляет от 2-ФГК молекулу воды и образует высокоэнергетическую связь у фосфора. Ингибируется ионами F – .

    10.Пируваткиназа (АТФ: ПВК-2-фосфотрансфераза) осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ. Активируется фруктозо-1,6-дф, глюкозой. Ингибируется АТФ, НАДН2, глюкагоном, адреналином, аланином, жирными кислотами, Ацетил-КоА. Индуктор: инсулин, фруктоза.

    Образующаяся енольная форма ПВК затем неферментативно переходит в бо­лее термодинамически стабильную кетоформу. Данная реакция является последней для аэробного гликолиза.

    Дальнейший катаболизм 2 ПВК и использование 2 НАДН2 зависит от наличия О2.

    А. Аэробное и анаэробное окисление глюкозы

    / — Далее Разделы / А. Аэробное и анаэробное окисление глюкозы

    В присутствии кислорода (в аэробных условиях) большинство клеток животных получают энергию за счёт полного разрушения питательных веществ (липидов, аминокислот и углеводов), то есть за счёт окислительных процессов.

    В отсутствие кислорода (анаэробные условия) клетка может синтезировать АТФ (АТР) только за счёт гликолитического разрушения глюкозы.

    Хотя такое разрушение глюкозы, заканчивающееся образованием лактата, даёт незначительную энергию для синтеза АТФ, этот процесс имеет решающее значение для существования клеток при недостатке или в отсутствие кислорода.

    В аэробных условиях (на схеме слева) АТФ образуется почти исключительно за счёт окислительного фосфорилирования (см. Геном). Жирные кислоты в виде ацилкарнитина попадают в матрикс митохондрий (см. Транспортные системы), где подвергаются β-окислению с образованием ацил-КоА (см. Потенциал покоя и потенциал действия).

    Глюкоза в цитоплазме превращается в пируват путём гликолиза (см. Метаболизм липидов). Пируват транспортируется в митохондриальный матрикс, где декарбоксилируется пируватдегидрогеназным комплексом (см. Кислотно-основной баланс) с образованием ацетил-КоА.

    Восстановительные эквиваленты [2 НАДН + Н + (NADH + Н + ) на молекулу глюкозы], высвобождающиеся при гликолизе, переносятся в матрикс митохондрий малатным челноком. Образующиеся из жирных кислот ацетильные остатки окисляются до CO2 в цитратном цикле (см. Фибринолиз. Группы крови).

    Деградация аминокислот также приводит к ацетильным остаткам или продуктам, которые непосредственно включаются в цитратный цикл (см. Механизм действия гидрофильных гормонов). В соответствии с энергетическими потребностями клетки восстановительные эквиваленты переносятся дыхательной цепью на кислород (см.

    Белки главного комплекса гисто-совместимости). При этом высвобождается химическая энергия, которая путём создания протонного градиента используется для синтеза АТФ (см. Моноклональные антитела, иммуноанализ).

    В отсутствие кислорода, то есть в анаэробных условиях (на схеме справа), картина полностью меняется. Так как электронных акцепторов для дыхательной цепи не хватает, НАДН + Н + и QH2 не могут окисляться повторно.

    Вследствие этого останавливается не только митохондриальный синтез АТФ, но почти весь обмен веществ в митохондриальном матриксе. Главной причиной такой остановки является высокая концентрация НАДН (NADH), ингибирующая цитратный цикл и пируватдегидрогеназу (см. Компенсаторные функции печени).

    Останавливаются также процесс β-окисления и функционирование малатного челнока, зависящие от наличия свободного НАД + . Поскольку энергия уже не может быть получена за счёт деградации аминокислот, клетка становится полностью зависимой в энергетическом отношении от потребления глюкозы при гликолизе.

    При этом обязательным условием является постоянное окисление образующегося НАДН + Н + . Так как этот процесс уже не может идти в митохондриях, в клетках животных, функционирующих в анаэробных условиях, пируват восстанавливается до лактата, который поступает в кровь. Процессы этого типа называют брожением (см.

    Ферментация). Продукция АТФ при этих процессах незначительна: при образовании лактата возникают только 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы.

    Для того чтобы оценить число образованных в аэробном состоянии молекул АТФ, необходимо знать так называемое P/O-соотношение, то есть молярное соотношение синтезированных АТФ (Р) и воды (O).

    Во время переноса двух электронов от НАДН на O2 в межмембранное пространство транспортируются около 10 протонов и только 6 молекул убихинола (QH2). Для синтеза АТФ АТФ-синтаза нуждается в трёх ионах Н + , так что максимальное возможное Р/O-соотношение составляет примерно 3 или, соответственно, 2 (для убихинола).

    Нужно, однако, учитывать, что при переходе метаболитов в матрикс и обмене митохондриального АТФ 4- на цитоплазматический АДФ 3- в межмембранном пространстве также расходуются протоны. Поэтому при окислении НАДН Р/O-соотношение скорее всего составляет 2,5, а при окислении QH2 — 1,5.

    Если на основе этих величин рассчитать энергобаланс аэробного гликолиза, получается, что окисление одной молекулы глюкозы сопровождается синтезом 32 молекул АТФ.

    В чем суть процесса биологического окисления? чем отличаются аэробное и анаэробное окисление? опишите ферментную систему, осуществляющую аэробное окисление в митохондриях. какие пищевые вещества необходимы для синтеза компонентов этой системы?

    Биологическое окисление – это совокупность реакций окисления субстратов в живых клетках, основная функция которых – энергетическое обеспечение метаболизма.

    Биологическое окисление веществ в тканях организма, как и процесс горения, сопряжено с освобождением энергии.

    Установлена взаимосвязь процесса окисления с фосфорилированием АДФ: энергия, выделяющаяся при окислении питательных веществ, не только рассеивается в виде тепла, но и накапливается в молекулах АТФ.

    Источник: https://pro-plavanie.ru/vidy-pryzhkov/anaerobnoe-i-aerobnoe-okislenie

    Как увеличить количество митохондрий с помощью питания (и не только)

    Окисление в митохондриях

    Екатерина Щербакова

    Зачем нам нужно знать про митохондрии и заботиться о них? Одно то, что без них наш организм не может производить необходимую для жизни энергию, уже серьезный аргумент. Это вопрос выживания на биологическом уровне.

    Нарушение функции митохондрии — это причина многих болезней и один из ключевых факторов старения. Стареют митохондрии — стареет клетка — стареет организм. Рассказывает биохакерЕкатерина Щербакова.

     

    Последствиями неправильного образа жизни и питания является то, что митохондрии выходят из строя. Нам повезло, что митохондрии могут «рождаться» заново. Этот процесс называется биогенез митохондрий. Чем старше мы становимся, тем актуальнее становится активизация этого процесса.

    Что может активировать сборку новых митохондрий?

    Поделюсь с вами некоторыми биохаками из исследований.

    Спермидин

    Модное в наши дни вещество, которое активно исследуется, в том числе как потенциальный геропротектор. Спермидин вырабатывается у нас организме, при этом с возрастом его синтез заметно снижается.
    Он есть в проростках, сыре, сое, грибах.

    Тут стоит упомянуть про важный момент. Как мы понимаем, для того чтобы образовывались новые митохондрии, необходимо, чтобы умирали старые, поломанные.

    А это, как мы знаем, осуществляется за счет аутофагии – когда речь идет о митохондриях, это называется митофагия.
    Из исследований мы знаем, что спермидин обладает таким эффектом – активирует митофагию.

    Другой хороший активатор митофагии – уролитин, компонент граната и малины, грецкого ореха (также он вырабатывается нашей микробиотой).

    Ограничение калорий и голодание

    Активация биогенеза митохондрий в этом случае происходит за счет PGC-1α — главного клеточного регулировщика митохондрий. Ключевым игроком в этом является AMPK. Это еще один аргумент в пользу периодического голодания.

    Бутират (масляная кислота)

    Бутират образуется в кишечнике при расщеплении бактериями пищевых волокон и является хорошим активатором биогенеза митохондрий. Этот эффект бутирата связан прежде всего с активацией AMPK и последующей активации PGC-1α.

    На активной карте можно увидеть эту связь.
    То есть важно поставлять качественный корм микробиоте, а это пребиотики.

    В большом количестве они содержатся в растительной пище: овощи, водоросли, ягоды, некоторые фрукты (например, пектин из яблок), цикорий.

    Кверцентин

    В большом количестве содержится в бруснике, клюкве, калине, красном луке и имеет сильный эффект по активации PGC-1α. К другим веществам, активирующими PGC-1α и непосредственно извлекаемыми нами из пищи, относятся катехины (какао, зеленый чай, ягоды асаи, некоторые фрукты) и ресвератрол (ягоды, виноград, арахис).

    Холод

    Это и криосауна, и моржевание, и обливание холодной водой. Показано, что холод активизирует сборку новых митохондрий. Эффект холода/холодной воды связан с активацией PGC-1α .

    Сульфорофан

    Сульфорофан является митогорметином. Что это? Это вещество, которое вызывает гормезис (умеренный стимулирующий стресс) и тем самым стимулирует митохондрии.

    Предшественник сульфорофана — глюкорафанин, который превращается в сульфорафан в процессе пищеварения,— содержится в репе, брокколи и других видах капусты. Больше всего его содержится в проростках брокколи.

    EGCG (галлат эпигаллокатехина)

    Содержится в зеленом чае.

    Эриоцитрин

    Это ценное вещество содержится в кожуре цитрусовых, в частности, лимонов.

    PQQ (витамин В14)

    Натуральное какао — самый богатый источник PQQ. Этот витамин не особенно известен, но он крайне важен. PQQ защищает митохондрии от причиняемого окислением вреда и стимулирует развитие новых митохондрий.

    BHB (бэта-гироксибутират).

    BHB вырабатывается из жирных кислот во время голодания и на низкоуглеводном-высокожировом стиле питания. BHB — «главный кетон», главный герой LCHF и КЕТО, обладает улучшающими здоровье свойствами.

    МСТ  (триглицериды средней цепи)

    Содержатся в кокосовом масле. Как мы помним, это самые легкие для производства кетонов жирные кислоты. То, что МСТ активирует биогенез митохондрий, пока показано только на мышах, но это не исключает вероятности, что это будет работать и для людей.

    Тренировки

    Регулярные аэробные нагрузки, такие как бег, танцы, фитнес — еще один способ увеличить количество митохондрий.

    Уверена, что скоро появится больше новых биохаков на эту тему. О митохондриях нужно заботиться, поддерживать, помогать увеличивать их количество. Питание в этом вопросе, конечно же, играет одну из главных ролей, но помимо питания также важны регулярная физическая нагрузка, качественный сон, контроль стресса и нутрицевтическая поддержка.

    Исследования собраны на www.biomidmap.com, ссылки на них в активных линках по тексту. 

    Оригинал статьи на сайте Organicwoman.ru

    Мнение редакции может не совпадать с мнением автора. В случае проблем со здоровьем не занимайтесь самолечением, проконсультируйтесь с врачом.

    Нравятся наши тексты? Подписывайтесь наканал в Яндекс.Дзен.

    Источник: https://zen.yandex.com/media/organicwoman/kak-uvelichit-kolichestvo-mitohondrii-s-pomosciu-pitaniia-i-ne-tolko-5ee7d868cbaefd1e5da6b28d

    О вашем здоровье
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: