При окислении витаминов выделяется энергия правда или нет

Параграф 20. 1. Биоокисление

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

Параграф учебника по биохимии 20.1
«Б и о о к и с л е н и е».

20. 1. 1. Б И О О К И С Л Е Н И Е и его медицинское значение.
20. 1. 2. Отличия биоокисления от окисления в неживой природе.

22. 1. Б И О О К И С Л Е Н И Е и его медицинское значение.

Определение.
Биоокисление – это окислительно-восстановительные процессы в живых организмах.

Медицинское значение биоокисления.
Учить только после п.21-27.

(Готовить к экзамену этот пункт нужно после того, как будет выучена вся тема биоокисление).
Медицинское значение биоокисления в том, что
нарушение процессов биоокисления (как недостаточность процессов, так и избыточность)
могут:
1) угрожать жизни,
2) проводить к заболеваниям,
3) ускорять старение.

Непосредственная, острая угроза для жизни
возникает при нарушении окислительных процессов,
связанных с выработкой АТФ. — п.22 и 23.

Потому что если АТФ прекращает вырабатываться в организме (в достаточных количествах), то наступает смерть.
Клетки, не получающие АТФ, разрушаются.

Основные причины прекращения выработки АТФ (п.23) –

это такие известные причины смерти,
как прекращение поступления кислорода
и отравление цианидами (цианистым калием, например) или угарным газом (СО).

(Строго говоря, в этих случаях АТФ не совсем перестает вырабатываться в организме,
а перестает вырабатываться способом окислительного фосфорилирования,
но другой способ выработки АТФ, который называется субстратным фосфорилированием,
не обеспечивает организм достаточным количеством АТФ).

Причина прекращения выработки АТФ (способом ОФ)
при прекращении поступления кислорода
и при отравлении цианидами –
это невозможность работы дыхательной цепи,
которая является источником энергии для ОФ (через создание ;;Н+);
потому что кислород является одним из субстратов ДЦ,
а цианиды являются блокаторами ДЦ
(ингибиторами белков ДЦ).

Снижение выработки АТФ происходит также при голодании,
так как пища является источником водорода (электронов) для ДЦ после
1) процессов пищеварения в ЖКТ,
2) унификации мономеров до метаболитов ЦТК в клетках и
3) отщепления водорода от метаболитов ЦТК
и переноса водорода (протонов и электронов) в ДЦ коферментами (подробности далее).

Еще одна причина снижения выработки АТФ –
это снижение активности ферментов,
катализирующих реакции, связанные с выработкой АТФ.

Основные причины снижения активности этих ферментов – это

1) дефицит в организме витаминов
(особенно В1, В2, РР, пантотената)
2) или активных форм витаминов (коферментов),
3) а также дефицит в пище незаменимых аминокислот
(так как при дефиците незаменимых аминокислот
не из чего синтезировать апобелки),
4) мутации генов, кодирующих ферменты ЦТК, ДЦ (особенно генов МХ),
из-за неправильного образа жизни, неблагоприятных условий ОС, возраста.

К списку причин дефицита в клетках кислорода можно добавить:
заболевания сердечно-сосудистой и дыхательной систем
(эмфизема при курении в том числе),
дефицит эритроцитов и гемоглобина (при анемиях).

См. также в п.27, к каким заболеваниям приводит избыток АФК
и снижение активности антиокислительной системы.
В п.26 – к каким заболеваниям приводит снижение активности гидроксилаз (депрессии п. 105, фенилкетонурия п.68, рахит п.114 и 19 и т.д.).

20. 1. 2. ОТЛИЧИЯ биоокисления от окисления в неживой природе.

1. Основная реакция
окисления в неживой природе – это:
С + О ; СО2 + энергия.
А основная реакция окисления в живых организмах – это:
Н + О ; Н2О + энергия.

Из дальнейшего нужно знать, что здесь имеется в виду образование воды в дыхательной цепи.
Источник кислорода – дыхание,
источник водорода – кофермент НАДН и ФАДН2.

Реакции очень похожи –
в обоих случаях окисляемое вещество вступает в реакцию с кислородом (реакция горения),
в обоих случаях выделяется энергия.

2. Формы выделения энергии.

При окислении в неживой природе
в виде тепла рассеивается вся выделяющаяся при реакции окисления энергия.

При окислении в живых организмах
в виде тепла рассеивается только 60% энергии
(при разобщении ОФ процент больше),
а остальные 40% энергии могут запасаться в виде АТФ
(при разобщении ОФ процент меньше – п.22).

Запасание части энергии в виде АТФ необходимо для жизни –
для процессов, протекание которых происходит с затратой АТФ
(например, для работы натрий-калиевой АТФ-азы,
для химических реакций, требующих затраты АТФ и т.д.).

Благодаря выделению тепла
возможно поддержание температуры тела (37 градусов),
оптимальной для работы белков организма.

3. Характер реакции.

При окислении в неживой природе
вся энергия выделяется сразу,
а при биоокислении (в частности, при работе дыхательной цепи)
энергия выделяется порциями

благодаря так называемому ступенчатому характеру реакции:

водород вступает в реакцию с кислородом не сразу,
водород «идет» к кислороду через ряд переносчиков дыхательной цепи.

4. Роль воды в окислении.

Окислению в неживой природе вода препятствует (водой тушится огонь),
а биоокислению вода не мешает –
реакции биоокисления происходят в водной среде.

Более того, вода участвует в биоокислении –
в процессах так называемого косвенного окисления.

Косвенное окисление – это
окисление кислородом воды

(это значит, что атом кислорода воды
оказывается в составе окисляемого вещества).

Косвенное окисление включает в себя реакции
1) дегидрирования,
2) гидратации и
3) второго дегидрирования.

Примеры косвенного окисления –
1) реакции ЦТК от сукцината до оксалоацетата – п.21,
2) окисление этанола до ацетата – п.26,
3) реакции ;-окисления (от ацилКоА до ;-кето/ацилКоА) – п.45.

5. Катализаторы окисления.

Окисление в неживой природе
может катализироваться неорганическими катализаторами
(эти катализаторы способны выдержать высокие температуры),

а реакции биоокисления катализируются ферментами
(органическими катализаторами).

Класс ферментов, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции, называется оксидоредуктазами.

Реакции окисления в неживой природе обычно протекают при высоких температурах,
а реакции биоокисления протекают
при температуре тела – при 37 градусах.

При более высоких температурах ферменты и другие белки
не смогли бы работать (потому что подверглись бы денатурации).

С другой стороны, именно благодаря высокой активности ферментов
температура 37 градусов достаточна
для протекания реакций биоокисления с необходимой скоростью.

Источник

Витамины и антивитамины: двойники и соперники

Эти вещества могут свести на нет действие витаминов и привести к авитаминозу. А могут стать основным средством лечения многих болезней. Встречайте: антивитамины.

Привычная ситуация: разрезали яблоко пополам – себе и ребенку. Вы свою половинку съели сразу, а ребенок мусолит, его часть яблока потихоньку темнеет. «Это же натуральная аскорбинка!» – увещеваете вы, но на самом деле витамина С там почти не осталось. Под воздействием света в яблоке вырабатывается аскорбиназа – вещество, сходное по химической структуре с витамином С, но обладающее противоположным действием. Оно вызывает окисление витамина С и его разрушение.

ДВЕ СТОРОНЫ ОДНОЙ МЕДАЛИ

Аскорбиновая кислота и аскорбиназа – самый яркий пример существования витаминов и антивитаминов. Такие вещества имеют схожую химическую структуру и абсолютно противоположные свойства.

В организме витамины превращаются в коферменты и вступают во взаимодействие со специфическими белками, таким образом регулируя различные биохимические процессы. Причем все роли расписаны заранее: витамин может встроиться лишь в соответствующий ему белок. Последний, в свою очередь, выполняет строго определенную функцию, не допуская никаких замен.

Антивитамины также превращаются в коферменты, только ложные. Специфические белки не замечают подмены и пытаются осуществлять привычные функции. Но это уже невозможно: действие витаминов может полностью или частично блокироваться, их биологическая активность снижается или вовсе сводится на нет. Процессы обмена веществ останавливаются.

Более того, сейчас уже известно, что антивитамины не просто тормозят биохимические процессы в организме. В некоторых случаях они изменяют химическую структуру витаминов , и тогда ложный кофермент начинает играть свою собственную биохимическую роль. В этом возможны и плюсы.

ИЗ МИНУСОВ В ПЛЮСЫ

Антивитамины открыли случайно, когда ученые пытались усилить биологические свойства витамина В9 (фолиевой кислоты), который активизирует процессы кроветворения. Но в результате различных химических процессов витамин В9 преобразовался, утратил свои привычные свойства, зато приобрел новые – стал тормозить рост раковых клеток.

Также благодаря случаю был обнаружен и дикумарин – антагонист витамина К. Оба эти вещества участвуют в процессах кроветворения, только витамин К способствует свертываемости крови, а дикумарин нарушает ее. Теперь это его свойство используют для лечения соответствующих заболеваний. За последние десятилетия химики синтезировали сотни производных витаминов, и у многих были обнаружены антивитаминные свойства. Так, незначительно изменив химическую структуру пантотеновой кислоты, обеспечивающей клетки энергией, химики получили антивитамин В3, который оказывает успокаивающее действие.

Эксперименты на животных показали, что соевые бобы содержат белковые соединения, полностью разрушающие витамин D, кальций и фосфор, провоцируя развитие рахита. Но при нагревании соевой муки действие антивитаминов нейтрализуется. Применение этой антагонистической пары в медицине – вопрос времени.

ВИТАМИННЫЙ КОНФЛИКТ

Интересно, что подобные антиподы есть у всех витаминов. И рекомендации по правильному питанию просто обязаны учитывать возможные витаминные конфликты.

* Взять тот же витамин С, который содержится в большинстве свежих овощей и фруктов. Стоит нарезать салат и оставить его на некоторое время на столе либо выжать сок и оставить его в бокале, как в процессы вступает аскорбиназа. В результате теряется до 50% витамина С. Так что все это полезнее съедать сразу после приготовления.

* Витамин В1 (тиамин) отвечает за процессы роста и развития, помогает поддерживать работу сердца, нервной и пищеварительной систем. Но все его положительные свойства разрушает тиаминаза. Этого вещества много в сырых продуктах: в основном в пресноводной и морской рыбе, а также в рисе, шпинате, картофеле, вишне, чайном листе. Так что у фанатов японской кухни есть риск заработать дефицит витамина В1.

* Сырая фасоль нейтрализует действие витамина Е, так же как и соя. Вообще именно в сырых продуктах особенно много антивитаминов.

* Еще один очень популярный антивитамин, о котором многие даже не догадываются, – это кофеин. Он мешает усвоению витаминов С и группы B. Чтобы разрешить этот конфликт, чай или кофе лучше пить через час-полтора после еды.

* Родственные химические структуры имеют биотин (витамин Н) и авидин. Первый отвечает за здоровую кишечную микрофлору и стабилизирует уровень сахара в крови, второй препятствует его всасыванию. Оба вещества содержатся в яичном желтке, но авидин – лишь в сыром яйце (он разрушается при нагревании). Поэтому при диабете или проблемах с кишечной микрофлорой яйца нужно варить вкрутую, а не «в мешочек».

* Если в вашем рационе много бурого риса, фасоли, сои, грецких орехов, шампиньонов и вешенок, коровьего молока и говядины, то возникает риск дефицита витамина РР (ниацина). Все названные продукты богаты его антиподом – аминокислотой лейцином.

* Витамин А (ретинол) хоть и относится к жирорастворимым, но плохо усваивается при избытке маргарина и кулинарных жиров. Когда готовите печенку, рыбу, яйца и другие продукты, богатые ретинолом, используйте минимальное количество жира, желательно оливкового или сливочного масла.