Сабақтың мақсаты және міндеті, қабілеттілігі, бейімделуі, құзыреттілігі: Биологиялық тотығу тізбегіндегі барлық ферменттер бір сызық бойына тізбектеліп орналасуын түсіндіру.
Сабақтың қысқаша мазмұны:
ХVІІІ ғасырда Лавуазье жану процесімен тірі жасушадағы тотығу процестерінің арасында ұқсастық бар екендігін айтты. 1898 жылы А. Н. Бах асқын тотық теориясын ұсынды, яғни оттегі тотығушы заттардың энергиясының арқасында активтеледі, сөйтіп пероксидтер түзіледі деді. 1912 жылы Варбурн оттегінің активтелу теориясын қолдай отырып, тотығу процесінің соңғы өнімі су болады деп есептеп, цитохромоксидаза ферментін ашты. 1912 жылы Палладин биототығудың жаңа түсініктерін енгізді, яғни биототығу аэробты жəне анаэробты кезеңдерден тұрады, анаэробтық тотығуда субстрат сутектен айырылады деген пікір айтты. 1933 жылы Кейлин электронды тасымалдаушы цитрохромдарды ашты. Оксигеназалық жəне дегидрогеназалық теориялар жасушадағы биологиялық тотығудың немесе ұлпалық тыныс алудың негізі болып табылады деді. Одан əрі қарай отандық жəне шетелдік ғалымдардың жұмыстарының нəтижесінде биологиялық тотығу субстраттан көптеген ферменттік жүйелердің көмегімен электрондардың, протондардың оттегіне жеткізілуінің арқасында су жəне энергия түзілетін көп сатылы тотығу-тотықсыздану процестері екендігі, ал бұл процестер кезіндегі бөлінген энергия АТФ-тың байланысқан энергиясына айналатындығы деп дəлелденеді. Биологиялық тотығудың маңызы:
1. Энергия біртіндеп бөлініп, АТФ синтезіне жұмсалады.
2. Эндогенді су түзіледі. Биологиялық тотығу тізбегіндегі (БТТ) тотығу-тотықсыздану реакцияларын оксидоредуктаза класының ферменттері ката лиздейді. Биологиялық тотығу тізбегінде ферменттер тотығу-тотық сыздану потенциалының (ТТП) өсу ретіне карай белгілі бір тəртіппен орналасқан. Биологиялық тотығу тізбегіндегі барлық ферменттер бір сызық бойына тізбектеліп орналаспайды. Олар бірнеше үлкен тыныс алу комплекстерінің құрамында бола отырып, тотығу-тотық сыздану реакцияларына қатысып, атомдармен электрондарды тасымалдайды. Осындай төрт үлкен тыныс алу комплекстері белгілі. 1-ші комплекс: Дегидрогеназа – НАД+ НАД·Н2 айналады, НАД·Н2 өзінің апоферментімен байланысын үзеді. 2-ші комплекс: ФАД – тəуелді флавопротеидтерден құралады, олар органикалық қышқылдарды тотықтырып, өздері ФАДН2 -ге тотықсызданады. 3-ші комплекс: Цхb мен Цхсг -ден тұрады. Олар тотықсызданған убихиноннан (КоQH2 ) бөлінген электрондарды қосып алып тотықсызданып, ферроформаларына айналады. Осы сатыда электрондарынан ажыраған екі сутегі протоны ерітіндіде қалады, ал КоQ тотыққан күйіне ауысады. 4-ші комплекс: Цитохромоксидаза (ЦхО) деп аталады. Бұл компексті Цха мен Цха3 құрайды. 1-ші жəне 2-ші комплекс КоQ арқылы 3-ші комплекспен байланысады, ал 3-ші комплекс пен 4-ші комплекстің арасын Цхс жалғастырады. Энергия алмасуының 3-ші сатысында тотықсызданған дегидрогеназалар (НАДН2 + ФПН2 ) биологиялық тотығу тізбегін құрайтын ферменттердің комплекстерінде тотығу-тотық сыз дану реакциялары арқылы тасымалданып, протондар мен электрондарға ыдырайды. Тірі ағзалар электрондардың энергиясын ғана пайдаланады, биологиялық жүйелер протондардың энергиясын пайдалана алмайды. Биологиялық тотығу тізбегін тіндік тыныс алу деп те атауға болады. Ұлпалық тыныс алу процесінде электрон өз энергиясын біртіндеп жоғалтатындықтан, ең соңында протонынан ажырайды. Тіндік тыныс алу процесінде бөлінген энергия АТФ-тің синтезіне жұмсалады, сонымен қатар бір бөлігі жылу түрінде таралады. Биологиялық тотығу соңында электрондарды молекулалық оттегі қосып алып, активті екі оттегі ионына айналады. Оттегінің бір молекуласын активті ионға айналдыру үшін төрт электрон жұмсалады. Оттегінің əрбір ионы (О2-) 2Н+ катионымен қосылып, су түзеді. Бұл эндогенді су деп аталады. Биологиялық тотығудың схемасы. 1. Тотығуға ҮКЦ-ның ор ганикалық қышқылдары жəне алмасудың əртүрлі өнімдері ұшырайды. Атап айтсақ, гликолиз өнімдері, май қышқылының тотығу өнімдері болуы мүмкін. Бұл органикалық қышқылдар сəйкес дегидрогеназалардың əсерінен дегидрлену арқылы тотығады. Тікелей көптеген субстраттармен əрекеттесіп, оларды тотықтыра алатын дегидрогеназаларға пиридин ферменттер (ПФ) жатады. Субстрат сутегін жоғалтып тотығады, ал пиридин фермент тотықсызданады (оның коферменті НАД+ НАДН2 -ге айналады), НАДН2 өзінің апоферментімен байланысын үзіп, одан бөлінеді.