Что такое фотосинтез и почему он так важен для нашей планеты

Функция

НАДФН обеспечивает восстановительные эквиваленты для биосинтетических реакций и окислительно-восстановительных реакций, участвующих в защите от токсичности активных форм кислорода (АФК), обеспечивая регенерацию глутатиона (GSH). НАДФН также используется для анаболических путей, таких как синтез холестерина, синтез стероидов, синтез аскорбиновой кислоты, синтез ксилита, синтез цитозольных жирных кислот и удлинение цепи микросомальных жирных кислот .

Система НАДФН также отвечает за образование свободных радикалов в иммунных клетках с помощью НАДФН-оксидазы . Эти радикалы используются для уничтожения патогенов в процессе, называемом респираторным взрывом . Это источник восстановительных эквивалентов для цитохрома P450 гидроксилирования из ароматических соединений , стероидов , спиртов и наркотиков .

Что такое НАДП

НАДП (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) относится к коферменту, участвующему в окислительно-восстановительных реакциях внутри клетки. Он в основном используется в анаболических реакциях, таких как синтез нуклеиновых кислот и липидов. НАДФН является наиболее распространенной формой НАДФ внутри клетки, которая действует как восстановитель. Он структурно отличается от NAD наличием дополнительной фосфатной группы в положении 2 ‘рибозы, которая несет адениновую группу. Структура НАДП+ показано в фигура 2.

Рисунок 2: НАДП +

NADPH продуцируется в легкой реакции фотосинтеза ферментом ферредоксин-NADP + редуктаза. Его восстановительная способность используется в цикле Кальвина, ассимилируя углекислый газ. У животных НАДФ используется в пентозофосфатном пути.

Характеристики

Флавинадениндинуклеотид состоит из двух частей: аденинового нуклеотида ( аденозинмонофосфат ) и флавинмононуклеотида (FMN), соединенных мостиком через свои фосфатные группы. Аденин связан с циклической рибозой на 1 ‘ атоме углерода, в то время как фосфат связан с рибозой на 5’ атоме углерода с образованием нуклеедотида аденина. Рибофлавин образован связью углерод-азот (CN) между изоаллоксазином и рибитом . Затем фосфатная группа связывается с концевым углеродом рибозы, образуя FMN. Поскольку связь между изоаллоксазином и рибитом не считается гликозидной связью , мононуклеотид флавина на самом деле не является нуклеотидом. Это вводит в заблуждение название динуклеотида; однако флавинмононуклеотидная группа все еще очень близка к нуклеотиду по своей структуре и химическим свойствам.

Реакция FAD с образованием FADH ₂
Примерный спектр поглощения для FAD

FAD может быть уменьшен до FADH ₂ путем добавления 2 H + и 2 e — . FADH ₂ также может окисляться за счет потери 1 H + и 1 e — с образованием FADH. Форму FAD можно воссоздать за счет дальнейшей потери 1 H + и 1 e — . Образование FAD также может происходить за счет восстановления и дегидратации флавин-N (5) -оксида. В зависимости от степени окисления флавины приобретают определенный цвет в водном растворе . флавин-N (5) -оксид ( суперокисленный ) желто-оранжевый, FAD (полностью окисленный) желтый, FADH (наполовину восстановленный) синий или красный в зависимости от pH , а полностью восстановленная форма бесцветна. Изменение формы может сильно повлиять на другие химические свойства. Например, FAD, полностью окисленная форма, подвержена нуклеофильной атаке , полностью восстановленная форма, FADH ₂ имеет высокую поляризуемость , в то время как полу восстановленная форма нестабильна в водном растворе. FAD представляет собой ароматическую кольцевую систему, тогда как FADH ₂ — нет. Это означает, что FADH ₂ имеет значительно более высокую энергию без стабилизации за счет резонанса, которую обеспечивает ароматическая структура. FADH ₂ представляет собой молекулу, несущую энергию, потому что после окисления он восстанавливает ароматичность и высвобождает энергию, представленную этой стабилизацией.

В спектроскопические свойства FAD и его вариантов позволяет контролировать реакции с использованием UV-VIS поглощения и флуоресценции спектроскопии. Каждая форма FAD имеет различные спектры поглощения, что упрощает наблюдение за изменениями степени окисления. Главный локальный максимум поглощения FAD наблюдается при 450 нм с коэффициентом экстинкции 11300. В несвязанном состоянии флавины обычно обладают флуоресцентной активностью (белки, связанные с производными флавиновых нуклеиновых кислот, называются флавопротеинами ). Это свойство можно использовать при исследовании связывания с белками, наблюдая потерю флуоресцентной активности при переводе в связанное состояние. Окисленные флавины имеют высокую оптическую плотность около 450 нм и флуоресцируют около 515-520 нм.

Функция

Флавопротеины используют уникальную и универсальную структуру флавиновых фрагментов для катализирования сложных окислительно-восстановительных реакций. Поскольку флавины имеют несколько окислительно-восстановительных состояний, они могут участвовать в процессах, включающих перенос одного или двух электронов, атомов водорода или ионов гидроксония . N5 и C4a полностью окисленного флавинового кольца также подвержены нуклеофильной атаке . Такое широкое разнообразие ионизации и модификации флавиновой части может быть связано с изоаллоксазиновой кольцевой системой и способностью флавопротеинов резко нарушать кинетические параметры флавинов при связывании, включая флавинадениндинуклеотид (FAD).

Количество кодируемых флавин-зависимым белком генов в геноме (флавопротеом) зависит от вида и может варьироваться от 0,1% до 3,5%, при этом у людей имеется 90 генов, кодируемых флавопротеинами. FAD является более сложной и распространенной формой флавина, и, как сообщается, он связывается с 75% всего флавопротеома и 84% кодируемых человеком флавопротеидов. Сообщалось о клеточных концентрациях свободных или нековалентно связанных флавинов в различных культивируемых линиях клеток млекопитающих для FAD (2,2-17,0 амоль / клетка) и FMN (0,46-3,4 амоль / клетка).

ФАД имеет более положительный восстановительный потенциал, чем НАД +, и является очень сильным окислителем. В ячейке это используется во многих энергетически сложных реакциях окисления, таких как дегидрирование связи CC до алкена . FAD-зависимые белки функционируют в большом количестве метаболических путей, включая транспорт электронов, репарацию ДНК, биосинтез нуклеотидов, бета-окисление жирных кислот, катаболизм аминокислот, а также синтез других кофакторов, таких как CoA , CoQ и гемовые группы. Одна хорошо известная реакция является частью цикла лимонной кислоты (также известного как TCA или цикл Кребса); сукцинатдегидрогеназа (комплекс II в цепи переноса электронов ) требует ковалентно связанного FAD, чтобы катализировать окисление сукцината до фумарата , связывая его с восстановлением убихинона до убихинола . Электроны с высокой энергией от этого окисления мгновенно накапливаются за счет восстановления FAD до FADH ₂ . Затем FADH ₂ возвращается к FAD, посылая два своих высокоэнергетических электрона через цепь переноса электронов; энергии в FADH ₂ достаточно, чтобы произвести 1,5 эквивалента АТФ путем окислительного фосфорилирования . Некоторые окислительно-восстановительные флавопротеины нековалентно связываются с FAD, например ацетил-CoA-дегидрогеназы, которые участвуют в бета-окислении жирных кислот и катаболизме аминокислот, таких как лейцин ( изовалерил-CoA дегидрогеназа ), изолейцин (ацил-CoA с короткой / разветвленной цепью). дегидрогеназа), валин (изобутирил-КоА дегидрогеназа) и лизин ( глутарил-КоА дегидрогеназа ). Дополнительными примерами FAD-зависимых ферментов, регулирующих метаболизм, являются глицерин-3-фосфатдегидрогеназа (синтез триглицеридов) и ксантиноксидаза, участвующие в катаболизме пуриновых нуклеотидов. Некаталитические функции, которые FAD может играть во флавопротеинах, включают в себя структурные роли или участие в фоторецепторах , чувствительных к синему свету, которые регулируют биологические часы и развитие, генерацию света у биолюминесцентных бактерий.

Биосинтез

НАДФ +

Как правило, НАДФ + синтезируется раньше, чем НАДФН. Такая реакция обычно начинается с НАД + либо из пути de-novo, либо из пути спасения, когда НАД + киназа добавляет дополнительную фосфатную группу. НАД (Ф) + нуклеозидаза позволяет синтезировать никотинамид в пути спасения, а НАДФ + фосфатаза может конвертировать НАДФН обратно в НАДН для поддержания баланса. Некоторые формы НАД + киназы, особенно в митохондриях, также могут принимать НАДН, чтобы напрямую превращать его в НАДФН. Прокариотический путь менее изучен, но со всеми похожими белками процесс должен работать аналогичным образом.

НАДФН

НАДФН производится из НАДФ + . Основным источником NADPH в животных и других не-фотосинтезирующих организмов является пентозофосфатный путь , с помощью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PDH) на первой стадии. Пентозофосфатный путь также производит пентозу, другую важную часть НАД (Ф) Н, из глюкозы. Некоторые бактерии также используют G6PDH для пути Entner – Doudoroff , но продукция NADPH остается прежней.

Ферредоксин-НАДФ + редуктаза , присутствующая во всех сферах жизни, является основным источником НАДФН в фотосинтезирующих организмах, включая растения и цианобактерии. Оказывается , что в последней стадии цепочки электронов из световых реакций в процессе фотосинтеза . Он используется в качестве восстанавливающей силы для биосинтетических реакций в цикле Кальвина, чтобы ассимилировать углекислый газ и помочь превратить углекислый газ в глюкозу. Он также выполняет функции приема электронов в других нефотосинтетических путях: он необходим для восстановления нитратов до аммиака для усвоения растениями в азотном цикле и для производства масел.

Есть несколько других менее известных механизмов генерации НАДФН, все из которых зависят от присутствия митохондрий у эукариот. Ключевыми ферментами в этих процессах, связанных с углеродным метаболизмом, являются изоформы яблочного фермента , связанные с НАДФ , изоцитратдегидрогеназа (IDH) и глутаматдегидрогеназа . В этих реакциях НАДФ + действует как НАД + в других ферментах в качестве окислителя. Механизм изоцитратдегидрогеназы, по-видимому, является основным источником НАДФН в жире и, возможно, также в клетках печени. Эти процессы также обнаруживаются у бактерий. Бактерии также могут использовать НАДФ-зависимую глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу с той же целью. Как и пентозофосфатный путь, эти пути связаны с частями гликолиза .

НАДФН также может вырабатываться путями, не связанными с углеродным метаболизмом. Ферредоксинредуктаза является таким примером. Никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназа переносит водород между НАД (Ф) Н и НАД (Ф) + и обнаруживается в митохондриях эукариот и многих бактерий. Есть версии, которые зависят от протонного градиента для работы, и те, которые не работают. Некоторые анаэробные организмы используют NADP + -связанную гидрогеназу , отрывая гидрид от газообразного водорода с образованием протона и NADPH.

Как и НАДН , НАДФН флуоресцентный . НАДФН в водном растворе, возбужденный при поглощении никотинамида ~ 335 нм (около УФ), имеет флуоресцентное излучение с пиком при 445-460 нм (от фиолетового до синего). НАДФ + не имеет заметной флуоресценции.

Патология

Супероксиды имеют решающее значение в уничтожении чужеродных бактерий в организме человека. Следовательно, недостаточная активность может привести к повышенной восприимчивости к таким организмам, как каталаза-положительные микробы, а чрезмерная активность может привести к окислительному стрессу и повреждению клеток.

Чрезмерное производство АФК в сосудистых клетках вызывает многие формы сердечно-сосудистых заболеваний, включая гипертензию , атеросклероз , инфаркт миокарда и ишемический инсульт . Атеросклероз вызывается скоплением макрофагов, содержащих холестерин ( пенистые клетки ), в стенках артерий (в интиме ). АФК, продуцируемые НАДФН-оксидазой, активируют фермент, который заставляет макрофаги прикрепляться к стенке артерии (путем полимеризации актиновых волокон). Этот процесс уравновешивается ингибиторами НАДФН-оксидазы и антиоксидантами. Дисбаланс в пользу ROS вызывает атеросклероз. Исследования in vitro показали, что ингибиторы НАДФН-оксидазы апоцинин и дифенилениодоний, наряду с антиоксидантами N-ацетил-цистеином и ресвератролом, деполимеризовали актин, разрушали спайки и позволяли пенистым клеткам мигрировать из интимы.

Одно исследование предполагает роль НАДФН-оксидазы в вызванной кетамином потере нейронального парвальбумина и экспрессии GAD67 . Аналогичная потеря наблюдается при шизофрении , и результаты могут указывать на НАДФН-оксидазу как на возможную роль в патофизиологии болезни. Нитро-синий тетразолий используется в диагностических тестах, в частности, при хронической гранулематозной болезни, заболевании, при котором наблюдается дефект НАДФН-оксидазы; следовательно, фагоцит не может производить активные формы кислорода или радикалы, необходимые для уничтожения бактерий, что приводит к размножению бактерий внутри фагоцита. Чем выше синий балл, тем лучше клетка производит активные формы кислорода.

Также было показано, что НАДФН-оксидаза играет роль в механизме, который индуцирует образование sFlt-1 , белка, который деактивирует определенные проангиогенные факторы, которые играют роль в развитии плаценты, облегчая образование активных форм кислорода , которые являются предполагаемыми посредниками в формировании sFlt-1. Эти эффекты частично ответственны за преэклампсию у беременных.

Мутации

Мутации в генах субъединицы НАДФН-оксидазы вызывают несколько хронических гранулематозных заболеваний (ХГБ), характеризующихся крайней восприимчивостью к инфекции. Это включает:

• (ХГБ)
• .

При этих заболеваниях клетки обладают низкой способностью к фагоцитозу, и возникают стойкие бактериальные инфекции. Обычные участки инфицированных клеток, гранулемы. Подобное заболевание, называемое синдромом иммунодефицита нейтрофилов , связано с мутацией в RAC2, также являющейся частью комплекса.

Торможение

НАДФН-оксидаза может подавляться апоцинином , оксидом азота (NO) и дифениленйодонием . Апоцинин действует, предотвращая сборку субъединиц НАДФН-оксидазы. Апоцинин снижает вызванное гриппом воспаление легких у мышей in vivo и, таким образом, может иметь клинические преимущества при лечении гриппа.

Ингибирование НАДФН-оксидазы NO блокирует источник окислительного стресса в сосудистой сети. Поэтому препараты-доноры NO ( нитровазодилататоры ) уже более века используются для лечения ишемической болезни сердца , гипертонии и сердечной недостаточности путем предотвращения разрушения здоровых сосудистых клеток избытком супероксида.

Недостаток фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы

Самым распространенным среди всех метаболических заболеваний человека является недостаток первого фермента пентозофосфатного пути — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Пониженный уровень этого фермента наблюдается в более 400000000 людей по всему миру, однако преимущественно эта аномалия никак не проявляется. Клинические симптомы в форме разрушения эритроцитов, сопровождающееся желтухой и в некоторых случаях почечной недостаточностью, появляются только когда заболевший становится объектом воздействия определенных факторов среды. Например, в 1926 году для лечения малярии был предложен новый препарат — памахин, большинство пациентов переносили его нормально, но в небольшой части появлялись угрожающие жизни симптомы связаны с разрушением эритроцитов. Через 30 лет было установлено, что гемолитическая анемия в ответ на действие памахину возникала у людей с недостатком глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.

Симптомы, похожие на тех, что возникают под влиянием противомалярийных препаратов, у людей с недостатком глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы могут вызываться и употреблением конских бобов, заболевание, возникающее при этом, называется фавизм. Известно, что греческий философ Пифагор запрещал своим последователям есть бобы.

Противомалярийные препараты, такие как памахин и примахин, пуриновый гликозид Вицин с конских бобов, некоторые сульфаниламидные препараты и гербициды действуют по одинаковому принципу — вызывают оксидативный стресс, путем увеличения уровня активных форм кислорода. Особенно чутилвиы к такому воздействию является эритроциты, поскольку в них отсутствуют митохондрии, однако в красных кровяных тельцах здорового человека пагубный эффект активных форм кислорода выводится благодаря восстановленному глутатиона. Чтобы регенерировать восстановленный глутатион с его окисленной формы, необходимый НАДФH, который образуется глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в первой реакции пентозофосфатного пути. У лиц с пониженным уровнем этого фермента эритроциты не имеют эффективной защиты против оксидативного стресса, и поэтому разрушаются под воздействием упомянутых веществ.

Поскольку к активным формам кислорода очень чувствительным также и клетки малярийного плазмодия, недостаток глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы также обеспечивает устойчивость против одного из видов этого паразита — Plasmodium falciparum. Об этом свидетельствует распространение метаболического заболевания: оно наиболее распространено в тропической Африке, на Среднем Востоке и в Юго-Восточной Азии, где наблюдаются самые высокие уровни заболевания малярией.

Мифы и заблуждения о молочной кислоте

1. Мышцы болят из-за молочной кислоты

Про первый миф мы уже написали выше. Молочная кислота всегда рассматривалась как побочный продукт метаболизма глюкозы для производства энергии и ненужный продукт, который вызывал жжение в мышцах. Что бы ни говорили, а молочная кислота – это не источник боли в ваших мышцах на 2-3 день после занятий спортом. Но почему миф о том, что молочная кислота и есть главный злодей, настолько устойчив и распространён?

Источник такого неверного толкования – эксперимент, проведённый в 1907 году на извлечённом из организма сердце лягушки. Ученые обнаружили, что сердце, которое не получало кислорода, при разряде током вырабатывало лактат. Когда же кислород поступал, то и лактат исчезал.

Был сделан вывод, что если мышца получает недостаточно кислорода, работая в условиях кислородного долга, в организме повышается кислотность из-за выделения лактата, что и вызывает мышечную усталость, но это оказалось ошибкой на основе связанных событий.

А вот то, что молочная кислота является топливом для мышц, станет известно позже – в 1970 году. Тогда учёные Калифорнийского Университета смогли доказать, что выработка молочной кислоты у человека происходит нон-стоп.

К примеру, вы же чувствуете боль не только после гонки, но и после длительных, малоинтенсивных упражнений, когда вырабатывается очень мало лактата. Мышечная болезненность на самом деле вызвана простым механическим повреждением мышечных волокон и воспалением.

2. Молочная кислота «закисляет» мышцы

Второй миф: молочную кислоту винят в «закислении» мышц, но вины её в этом нет. На работу мышц влияние оказывает повышенная кислотность тканей, однако это настолько сложное явление, в котором задействовано множество процессов, что мы не будем нагружать читателя такой информацией.

3. У элитных спортсменов меньше молочной кислоты

Третий миф: лучшие в своем классе спортсмены производят меньше молочной кислоты. Это могло бы быть правдой, если бы лактат являлся отходом, вызывающим усталость и никак не влияющим на физическую работоспособность.

По всей вероятности, причина того, что во время интенсивных упражнений в крови элитных, лучших, спортсменов меньше лактата, заключается не в том, что их мышцы производят его мало, а в том, что они более эффективно его используют. Если у среднего спортсмена 75% лактата сгорает в митохондриях как прямое топливо для сокращения мышц, а 25% выходит в кровоток, то у спортсменов мирового ТОП-уровня 85% лактата сжигается и только 15% просачивается в кровоток.

Что же делать со всей этой отсроченной болью, если за неё ответственна не молочная кислота? Ответ прост: дайте своему организму время, и он сам залечит раны

А чтобы избежать такой боли, нужно лишь осторожно подходить к выполнению новых упражнений. Исследования, кстати, говорят, что растяжка ни до, ни после тренировки никак тут не поможет

Читайте далее: Как определить порог анаэробного обмена (ПАНО)

Что такое НАД

НАД (никотинамид аденин динуклеотид) относится к коферменту, участвующему в окислительно-восстановительных реакциях клеточного дыхания внутри клетки. Он используется в гликолизе, цикле Кребса, синтезе жирных кислот и синтезе стеролов. Дегидрогеназы, гидроксилазы и редуктазы являются ферментами, которые используют НАД в качестве электронного носителя. NAD+ является окисленной формой NAD, в то время как NADH является восстановленной формой. Структуры обоих НАД+ и NADH показаны в Рисунок 1.

Рисунок 1: NAD + и NADH

NAD+ служит акцептором электронов и водорода, а NADH служит донором электронов и водорода. NAD+ используется для получения электронов в результате реакций катаболизма в клетке, таких как гликолиз и цикл Кребса. Это производит НАДН. NADH переносит электроны к цепи переноса электронов. В цепи переноса электронов АТФ получают путем удаления электронов из НАДН.

Биологическая функция

НАДФН-оксидазы (NOX) являются одним из основных источников клеточных активных форм кислорода (АФК) , и они по-прежнему являются предметом обширного исследовательского интереса из-за их исключительной функции в производстве АФК в нормальных физиологических условиях. Комплекс НАДФН-оксидазы бездействует при нормальных обстоятельствах, но активируется для сборки в мембранах во время респираторного взрыва . Активированная НАДФН-оксидаза генерирует супероксид, который играет роль в иммунном ответе животных и передаче сигналов растений.

Супероксид может вырабатываться в фагосомах, в которые попали бактерии и грибы , или он может вырабатываться вне клетки. Супероксид убивает бактерии и грибки с помощью механизмов, которые еще не полностью изучены. Предполагается, что супероксид убивает бактерии напрямую, поскольку вирулентность многих патогенов резко снижается, когда их гены супероксиддисмутазы (SOD) удаляются. Однако супероксид может также спонтанно образовывать перекись водорода, которая подвергается дальнейшим реакциям с образованием других активных форм кислорода (АФК), таких как хлорноватистая кислота (реактивный агент в отбеливателе ). Он также может инактивировать важные метаболические ферменты, инициировать перекисное окисление липидов , повреждать кластеры железо-сера и высвобождать окислительно-восстановительное железо, что позволяет генерировать неизбирательные окислители, такие как гидроксильный радикал.

У насекомых уточнены некоторые функции NOX. У членистоногих есть три типа NOX (NOX4-art, p22-phox-независимый NOX4, специфичный для членистоногих, и два кальций-зависимых фермента, DUOX). В кишечнике DUOX-зависимая продукция ROS из стимулированной бактериями слизистой оболочки Drosophila melanogaster является важным механизмом уничтожения патогенов и может усиливать дефекацию в качестве защитной реакции. У Aedes aegypti DUOX участвует в контроле местной микробиоты кишечника. Rhodnius prolixus содержит активированный кальцием DUOX, который участвует в затвердевании яичной скорлупы, и NOX5, который участвует в контроле перистальтики кишечника и пищеварения.

Регулирование

Тщательное регулирование активности НАДФН-оксидазы имеет решающее значение для поддержания здорового уровня АФК в организме. Фермент бездействует в покоящихся клетках, но быстро активируется несколькими стимулами, включая бактериальные продукты и цитокины. Сосудистые НАДФН-оксидазы регулируются множеством гормонов и факторов, которые, как известно, играют важную роль в ремоделировании сосудов и заболеваниях. К ним относятся тромбин , фактор роста тромбоцитов (PDGF), фактор некроза опухоли (TNFa), лактозилцерамид , интерлейкин-1 и окисленный ЛПНП . Он также стимулируется агонистами и арахидоновой кислотой . Напротив, сборка комплекса может быть ингибирована апоцинином и дифенилен-йодонием . Апоцинин снижает вызванное гриппом воспаление легких у мышей in vivo и, таким образом, может иметь клинические преимущества при лечении гриппа.

Типы

У млекопитающих НАДФН-оксидаза бывает двух типов: один — в лейкоцитах (нейтрофильный), а другой — в сосудистых клетках, различающихся по биохимической структуре и функциям. Нейтрофильная НАДФН-оксидаза производит супероксид почти мгновенно, тогда как сосудистый фермент производит супероксид за минуты или часы. Более того, в лейкоцитах супероксид переносит электроны через мембрану внеклеточному кислороду, тогда как в сосудистых клетках анион-радикал, по-видимому, высвобождается в основном внутриклеточно.

Строение окисленных форм НАД и НАДФ

Биохимические функции

Перенос гидрид-ионов Н– (атом водорода и электрон) в окислительно-восстановительных реакциях

Благодаря переносу гидрид-иона витамин обеспечивает следующие задачи:

1. Метаболизм белков, жиров и углеводов. Так как НАД и НАДФ служат коферментами большинства дегидрогеназ, то они участвуют в реакциях

• при синтезе и окислении жирных кислот,
• при синтезе холестерола,
• обмена глутаминовой кислоты и других аминокислот,
• обмена углеводов: пентозофосфатный путь, гликолиз,
• окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты,
• цикла трикарбоновых кислот.

2. НАДН выполняет регулирующую функцию, поскольку является ингибитором некоторых реакций окисления, например, в цикле трикарбоновых кислот.

3. Защита наследственной информации – НАД является субстратом поли-АДФ-рибозилирования в процессе сшивки хромосомных разрывов и репарации ДНК, что замедляет некробиоз и апоптоз клеток.

4. Защита от свободных радикалов – НАДФН является необходимым компонентом антиоксидантной системы клетки.

5. НАДФН участвует в реакциях ресинтеза тетрагидрофолиевой кислоты из дигидрофолиевой, например после синтеза тимидилмонофосфата.

Гиповитаминоз

Причина

Пищевая недостаточность ниацина и триптофана. Синдром Хартнупа.

Клиническая картина

Проявляется заболеванием пеллагра (итал.: pelle agra – шершавая кожа). Проявляется как синдром трех Д:

• деменция(нервные и психические расстройства, слабоумие),
• дерматиты(фотодерматиты),
• диарея(слабость, расстройство пищеварения, потеря аппетита).

При отсутствии лечения заболевание кончается летально. У детей при гиповитаминозе наблюдается замедление роста, похудание, анемия.

Антивитамины

Фтивазид, тубазид, ниазид – лекарства, используемые для лечения туберкулеза.

Лекарственные формы

Никотинамид и никотиновая кислота.

Витамин В5 (пантотеновая кислота)

Источники

Любые пищевые продукты, особенно бобовые, дрожжи, животные продукты.

Суточная потребность

10-15 мг.

Строение

Витамин существует только в виде пантотеновой кислоты, в ее составе находится β-аланин и пантоевая кислота (2,4-дигидрокси-3,3-диметилмасляная).

Строение пантотеновой кислоты

Его коферментными формами являются кофермент А (коэнзим А, HS-КоА) и 4-фосфопантетеин.

Строение коферментной формы витамина В5 — коэнзима А

Биохимические функции

Коферментная форма витамина коэнзим А не связан с каким-либо ферментом прочно, он перемещается между разными ферментами, обеспечивая перенос ацильных(в том числе ацетильных) групп:

• в реакциях энергетического окисления глюкозы и радикалов аминокислот, например, в работе ферментов пируватдегидрогеназы, α-кетоглутаратдегидрогеназы в цикле трикарбоновых кислот),
• как переносчик ацильных групп при окислении жирных кислот и в реакциях синтеза жирных кислот
• в реакциях синтеза ацетилхолина и гликозаминогликанов, образования гиппуровой кислоты и желчных кислот.

Гиповитаминоз

Причина

Пищевая недостаточность.

Клиническая картина

Проявляется в виде педиолалгии(эритромелалгии) – поражение малых артерий дистальных отделов нижних конечностей, симптомом является жжение в стопах. В эксперименте проявляется поседение волос, поражение кожи и ЖКТ, дисфункции нервной системы, дистрофия надпочечников, стеатоз печени, апатия, депрессия, мышечная слабость, судороги.

Но так как витамин есть во всех продуктах, гиповитаминоз встречается очень редко.

Лекарственные формы

Пантотенат кальция, коэнзим А.

Витамин В6 (пиридоксин, антидерматитный)

Источники

Витамином богаты злаки, бобовые, дрожжи, печень, почки, мясо, также синтезируется кишечными бактериями.

Суточная потребность

1,5-2,0 мг.

Строение

Витамин существует в виде пиридоксина. Его коферментными формами являются пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат.

Химические состояния

В биологических системах FAD действует как акцептор H + и e — в полностью окисленной форме, акцептор или донор в форме FADH и донор в восстановленной форме FADH ₂ . На диаграмме ниже представлены возможные изменения, которым он может подвергнуться.

Наряду с тем, что показано выше, могут образовываться и потребляться другие реактивные формы FAD. Эти реакции включают перенос электронов и образование / разрыв химических связей . Посредством механизмов реакции FAD может способствовать химической активности в биологических системах. На следующих рисунках показаны общие формы некоторых действий, в которых может участвовать FAD.

Механизмы 1 и 2 представляют усиление гидрида , при котором молекула получает то, что составляет один ион гидрида. Механизмы 3 и 4 образования радикалов и потери гидридов. Радикальные частицы содержат неспаренные электронные атомы и очень химически активны. Потеря гидридов — это процесс, обратный увеличению гидридов, который мы видели ранее. Последние два механизма показывают нуклеофильное присоединение и реакцию с использованием углеродного радикала.

Механизм 1. Перенос гидрида происходит при добавлении H + и 2 e —

Механизм 2. Перенос гидрида за счет отрыва гидрида от NADH.

Механизм 3. Радикальное образование за счет отрыва электронов.

Механизм 4. Потеря гидрида до электронодефицитной R-группы.

Механизм 5. Использование нуклеофильного присоединения к излому R ₁ -R ₂ связи

Механизм 6. Углеродный радикал реагирует с O ₂ и кислотой с образованием H ₂ O _2.

Состав

Сосудистый НАД (Ф) Н, вырабатывающий супероксид (окрашенный субъединицей).

Вся структура мембраносвязанного сосудистого фермента состоит из пяти частей: двух цитозольных субъединиц (p47phox и p67phox), цитохрома b558, который состоит из gp91phox, p22phox и небольшого G-белка Rac. Генерация супероксида в сосудистом НАДФН происходит за счет одноэлектронного восстановления кислорода через субъединицу gp91phox с использованием восстановленного НАДФН в качестве донора электронов. Малый G-белок играет важную роль в активации оксидазы, переключаясь между GDP-связанной (неактивной) и GTP-связанной (активной) формами.

Нейтрофильный тип

Изоформа, обнаруженная в нейтрофилах, состоит из шести субъединиц. Эти субъединицы:

• Rho ГТФ , как правило , Rac1 или Rac2 (рац означает Ро-связанной С3 ботулинического токсина субстрата)
• Пять субъединиц фагоцитарной оксидазы:
  • gp91 phox ( NOX2 )
  • p22 phox ( CYBA )
  • p40 phox ( NCF4 )
  • p47 phox ( NCF1 )
  • p67 phox ( NCF2 )

Тип сосудов

Существует несколько сосудистых изоформ комплекса, которые используют паралоги субъединицы NOX2:

• NOX1
• NOX3
• NOX4
• NOX5

Что такое АТФ

Спс (Аденозинтрифосфат) является основной энергетической валютой клетки. Синтез новых биомолекул, деление клеток и движение используют энергию, произведенную гидролизом АТФ. Кроме того, это превращает АТФ либо в А. С другой стороны, клеточное дыхание является процессом, ответственным за выработку АТФ. Органеллой, ответственной за клеточное дыхание у животных, является митохондрия. И бактерии, и дрожжи продуцируют АТФ путем ферментации. Например, фотофосфорилирование — это процесс, который продуцирует АТФ у растений во время фотосинтеза.

Рисунок 1: Структура ATP

Кроме того, молекула АТФ состоит из аденозиновой группы и трех фосфатных групп, связанных с рибозным сахаром. Каждая фосфатная группа связана с основной молекулой через атом кислорода. Первая фосфатная группа, присоединенная к рибозному сахару, представляет собой альфа-фосфатную группу, в то время как вторая или бета-фосфатная группа присоединена к альфа-фосфатной группе через фосфоангидридную связь. Третья фосфатная группа, с другой стороны, представляет собой гамма-фосфатную группу, присоединенную к бета-фосфатной группе через тот же тип связи. Две фосфоангидридные связи между фосфатными группами являются высокоэнергетическими связями, которые можно гидролизовать для получения энергии.

Что нужно знать для начала

• Кислотами называются соединения, легко отдающие катион водорода H+ (протон). Поэтому кислотность среды определяют через водородный показатель (рН), который соответствует содержанию протонов в растворе. рН – обратный степенной показатель, поэтому чем он ниже, тем выше кислотность. Нейтральной считается среда с рН 7, а рН близкий к единице соответствует сильной кислоте.
• Ключевым носителем энергии – «топливом» – почти всех процессов в живой клетке являются молекулы аденозитрифосфата (АТФ). Отдавая один фосфат и превращаясь в АДФ, они выделяют энергию. И наоборот, присоединение фосфата к АДФ требует энергии и позволяет ее запасать.
• Не слишком эффективный, но простой и быстрый путь получения АТФ – это гликолиз, который может проходить и без участия кислорода. В этом случае глюкоза превращается в пируват и образуются две молекулы АТФ.
• Главным источником АТФ в клетках нашего организма являются реакции окислительного фосфорилирования («дыхания»). Они происходят на мембранах клеточных органелл, митохондрий. Здесь с помощью кислорода пируват окисляется до углекислого газа и воды, и его энергия используется для синтеза АТФ. В сумме это позволяет получить до 38 молекул АТФ на каждую молекулу глюкозы.
• В качестве промежуточных и побочных продуктов всех этих реакций образуются «промежуточные кислоты»1 и свободные протоны, способные менять рН внутриклеточной среды. Выходя в межклеточное пространство и кровоток, некоторые из них могут влиять и на их кислотность.

Термин «промежуточные кислоты» вводит в заблуждение. Несмотря на то, что эти молекулы по структуре карбоновые кислоты, детальное рассмотрение биохимических процессов показывает, что эти молекулы образуют кислые соли, и ни одна из них не существует в виде кислоты и не служит источником протонов.