- Артикул:00808483
- Автор: Скулачев В.П, Богачев А.В., Каспаринский Ф.О.
- ISBN: 978-5-211-05871-2
- Обложка: Твердый переплет
- Издательство: МГУ (все книги издательства)
- Город: Москва
- Страниц: 368
- Формат: 70x100/16 (~170x240 мм)
- Год: 2010
- Вес: 700 г
Развернуть ▼
В книге изложены основные сведения о механизмах преобразования энергии в живых организмах.
Рассмотрены системы субстратного, фото- и окислительного фосфорилирования, поставляющие всю энергию, необходимую для жизнедеятельности организмов.
Описаны пути генерации мембранных форм энергии, а также их использования для синтеза АТР, аккумуляции химических веществ в клетках и органеллах, подвижности бактерий, образования тепла в целях терморегуляции и т.д. В заключение рассмотрены пути практического применения биоэнергетики для отмены программы старения организма.
Для студентов и аспирантов биологических факультетов университетов, а также для специалистов в области биоэнергетики, биохимии, биофизики, фармакологии, физиологии и микробиологии.
Ключевые слова: аденозинтрифосфат,
дыхательная цепь,
биоэнергетика,
мембранный потенциал,
мембранный транспорт,
подвижность бактерий,
программа старения,
термогенез,
фосфорилирование окислительное, фотосинтез.
This book describes mechanisms of energy conservation in living organisms. The systems of photo and oxidative phosphorylation are described, processes which produce all energy needed for all vital functions of a living cell. Also the pathways of generation of membrane-dependent energy forms are described as well as their use as the driving force for ATP synthesis, substrates accumulation in cells and organelles, bacterial motility, heat production for thermoregulation, etc. In conclusion, possible ways for cancelling the senescence program of an organism are considered.
The book is suitable for undergraduate and graduate students of biological departments of universities, as well as for specialists in bioenergetics, biochemistry, biophysics, pharmacology, physiology, and microbiology.
Key words: adenosine triphosphate, bacterial motility, bioenergetics, membrane potential, membrane transporters, oxidative phosphorylation, photosynthesis, respiratory chain, senescence program, thermogenesis.
Содержание
Предисловие
Часть I. Принципы биоэнергетики
Глава 1. Введение
1.1. Определение понятия "Биоэнергетика" и некоторые вехи ее истории
1.2. Биоэнергетика в системе биологических наук
1.3. Законы биоэнергетики
1.4. Эволюция биоэнергетических механизмов
1.4.1. Аденозинтрифосфат
1.4.2. Гипотеза об адениновом фотосинтезе ,
1.4.3. Запасные энергетические ресурсы и гликолиз
1.4.4. Протонные каналы и Н+-АТРаза как способы предотвратить закисление клетки при гликолизе
1.4.5. Бактериородопсиновый фотосинтез - первичный механизм использования видимого света
1.4.6. Хлорофилльный фотосинтез
1.4.7. Дыхательный механизм энергообеспечения
Часть II. Генераторы протонного потенциала
Глава 2. Хлорофилльные генераторы протонного потенциала
2.1. Светозависимая циклическая редокс-цепь пурпурных бактерий
2.1.1. Основные компоненты редокс-цепи и принцип их действия
2.1.2. Комплекс реакционных центров
2.1.3. CoQ-цитохром с-редуктаза
2.1.4. Пути использования Дцн", образованной циклической редокс-цепью
2.2. Нециклическая светозависимая редокс-цепь зеленых серных бактерий
2.3. Нециклическая светозависимая редокс-цепь хлоропластов и цианобактерий
2.3.1. Принцип действия
2.3.2. Фотосистема 1
2.3.2. Фотосистема 2
2.3.3. Комплекс bj
2.3.4. Судьба Д(1н+, образованной фотосинтетической редокс-цепью хлоропластов
Глава 3. Органотрофная энергетика
3.1. Субстраты органотрофной энергетики
3.2. Краткий обзор метаболизма Сахаров
3.3. Механизм субстратного фосфорилирования
3.4. Брожение
3.5. Карнозин
Глава 4. Дыхательная цепь
4.1. Принцип действия
4.2. NADH-CoQ-редуктаза
4.2.1. Белковый состав комплекса I
4.2.2. Кофакторный состав комплекса I
4.2.3. Субфрагменты комплекса I
4.2.4. Ингибиторы комплекса I
4.2.5. Возможные механизмы генерации Дцн" комплексом I
4.3. CoQH2-UHTOxpoM с-редуктаза
4.3.1. Структурные аспекты Ьсх-комплекса
4.3.2. Рентгеноструктурный анализ III комплекса
4.3.3. Функциональная модель комплекса III
4.3.4. Ингибиторы комплекса III
4.4. Цитохром с-оксидаза
4.4.1. Цитохром с
4.4.2. Комплекс IV (цитохром с-оксидаза)
4.4.3. Рентгеноструктурный анализ комплекса IV
4.4.3. Путь переноса электронов в комплексе IV
4.4.4. Механизм генерации A\iw цитохром с-оксидазой
4.5. Ингибиторы цитохромоксидазы
Глава 5. Строение дыхательных цепей прокариот, а также митохондрий простейших, растений и грибов
5.1. Дыхательная цепь митохондрий простейших, растений и грибов
5.2. Строение дыхательных цепей прокариот
5.2.1. Дыхательная цепь Paracoccus denitrificans
5.2.2. Дыхательная цепь Escherichia coli
5.2.3. Восстановление фумарата в митохондриях аскариды
5.2.4. Дыхательная цепь Azotobacter vinelandii
5.2.5. Окисление дыхательными цепями бактерий субстратов с положительным редокс-потенциалом
5.2.6. Дыхательная цепь цианобактерий
5.2.7. Дыхательная цепь хлоропластов
5.3. Электрон-транспортная цепь метаногенных архей
5.3.1. Окислительная фаза метаногенеза
5.3.2. Восстановительная фаза метаногенеза
Глава 6. Бактериородопсин
6.1. Принцип действия
6.2. Структура бактериородопсина
6.3. Фотоцикл бактериородопсина
6.4. Светозависимый транспорт протонов бактериородопсином
6.5. Другие ретиналь-содержащие белки
6.5.1. Галородопсин
6.5.2. Распространенность бактериородопсина и его аналогов у различных живых организмов
6.5.3. Сенсорный родопсин и фобородопсин
6.5.4. Родопсин животных
Часть III. Потребители
Глава 7. Химическая работа за счет
7.1. Н+-АТР-синтаза
7.1.1. Субъединичное строение Н+-АТР-синтазы
7.1.2. Трехмерная структура и расположение в мембране
7.1.3. Гидролиз АТР изолированным фактором Fx
7.1.4. Синтез связанного АТР изолированным фактором Z7,
7.1.5. Проведение протонов через фактор F0
7.1.6. Возможный механизм преобразования энергии /^-АТР-синтазой
7.1.7. Стехиометрия Н+/АТР
7.2. Н+-АТРазы - вторичные ДДн.-генераторы
7.2.1. Н+-АТРазы ад-типа
7.2.2. Н+-АТРазы К0К,-типа
7.2.3. Н+-АТРазы EiE2-mna
7.2.3.1. Н+-АТРаза внешней клеточной мембраны растений и грибов...
7.2.3.2. Н+/К+-АТРаза слизистой желудка
7.2.4. Соотношение функций Н+-АТРаз
7.3. Н+-Пирофосфат-синтаза (Н+-Пирофосфатаза)
7.4. Н+-Трансгидрогеназа
7.5. Другие системы обратного переноса восстановительных эквивалентов
Глава 8. Механическая работа за счет Дцн": движение бактерий
8.1. ДЦН. вращает ротор флагеллярного мотора
8.2. Структура флагеллярного мотора бактерий
8.3. Возможный механизм Н+-мотора
8.4. ДЦн,-зависимая подвижность прокариот, не содержащих флагелл, а также внутриклеточных органелл эукариот
8.5. Подвижные симбионты эукариот и прокариот
Глава 9. Осмотическая работа за счет ДЦН*
9.1. Определение и классификация
9.2. АЧ1 как движущая сила
9.3. АрН как движущая сила
9.4. Общая AjJjp как движущая сила
9.5. ДДн*-зависимые транспортные каскады
9.6. Карнитин как пример трансмембранного переносчика химической группировки
9.7. Некоторые примеры ДДн.-зависимых белков-переносчиков
9.7.1. (Лактоза,Н+)-симпортер из Е. coli
9.7.2. Митохондриальный ATP/ADP-антипортер
9.8. Роль Дцн* й транспорте макромолекул
9.8.1. Транспорт митохондриальных белков. Биогенез митохондрий
9.8.2. Транспорт бактериальных белков
9.8.3. Роль ДЦН* в транспорте белков и их укладке в мембране
9.8.4. Транспорт бактериальной ДНК
Глава 10. ДЦН" как источник энергии для образования теплоты
10.1. Три способа превращения метаболической энергии в теплоту
10.2. Терморегуляторная активация свободного дыхания у животных
10.2.1. Бурый жир
10.2.2. Скелетные мышцы
10.3. Терморегуляторная активация свободного окисления у растений
Часть IV. Взаимосвязь и регуляция генераторов и потребителей протонного потенциала
Глава 11. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
11.1. Регуляция Дцн+
11.1.1. Альтернативные функции дыхания
11.1.2. Регуляция потоков восстановительных эквивалентов между цитозолем и митохондриями
11.1.3. Взаимопревращение ДЧ* и ДрН
11.1.4. Отношение системы контроля ДЦН* к основным регуляторным механизмам эукариот
11.1.5. Контроль Дцн" у бактерий
11.2. Транспорт энергии вдоль мембран в форме ДДН*
11.2.1. Общие положения
11.2.2. Перенос Дцн*, образуемой светозависимыми Дцн+-генераторами, вдоль мембран галобактерий и хлоропластов
11.2.3. Трансклеточный перенос энергии в трихомах цианобактерий
11.2.4. Структура и свойства нитчатых митохондрий и митохондриального ретикулума
11.3. Дцн,-Буферы
11.3.1. Градиенты Na+ и К+ как ДДн*-буфер у бактерий
11.3.2. Другие системы стабилизации ДДН+
Часть V. Натриевый мир
Глава 12. Генераторы AjINa"
12.1. Декарбоксилазы, транспортирующие Na+
12.2. №+-транспортирующая NADH:xинoн-oкcидopeдyктaзa
12.2.1. Первичная структура субъединиц Ыа+-транслоцирующей КАОН:хинон-оксидоредуктазы
12.2.2. Простетические фуппы Na+-NQR
12.3. Ка+-транспортирующий метилтрансферазный комплекс метаногенных архей
12.4. Na+-тpaнcпopтиpyющaя формилметанофурандегидрогеназа метаногенных архей
12.5. Вторичные ДД^-генераторы: №+-транспортирующие АТРазы и №+-пирофосфатаза
12.5.1. Бактериальные Na+-АТРазы
12.5.2. Na+/K+-ATPa3a и 1Ча+-АТРаза животных
12.5.3. №+-пирофосфатаза
Глава 13. Утилизация AjINa", образуемой первичными ДДКа+-генераторами
13.1. Осмотическая работа, поддерживаемая AjINa"
13.1.1. (№+,метаболит)-симпортеры
13.1.2. Ионы Na+ и регуляция внутриклеточного рН
13.2. Механическая работа
13.3. Химическая работа
13.3.1. Др^-Зависимый синтез АТР у анаэробных бактерий
13.3.2. Потребители AjINa*, совершающие химическую работу у
метаногенных архей
Глава 14. Соотношение протонного и натриевых миров
14.1. Как часто используется №+-цикл живыми клетками?
14.2. Возможные эволюционные отношения между протонным и натриевым миром
14.3. Превращение энергии в биомембранах без участия Н+ и Na+
Часть VI. Опыт практического применения биоэнергетики: активные формы кислорода и возможные пути отмены программы старения организма
Глава 15. Предпосылки проекта по антиоксидантам, адресованным в митохондрии
15.1. Природа АФК и пути их образования в клетке
15.2. Как живые системы защищаются от АФК?..,
15.2.1. Вещества-антиоксиданты
15.2.2. Снижение внутриклеточной концентрации кислорода
15.2.3. Уменьшение генерации АФК дыхательной цепью
15.2.4. Митоптоз
15.2.5. Апоптоз
15.2.6. Некроз
15.2.7. Феноптоз
15.3. Биологические функции АФК
15.4. Старение как медленный феноптоз, вызываемый повышением уровня АФК
15.4.1. Определение понятия "старение" и краткая история проблемы
15.4.2. Феноптоз организмов, размножающихся однократно
15.4.3. Старение - медленный феноптоз?
15.4.4. Мутации, продлевающие жизнь
15.4.5. АФК и старение
15.4.6. Голый землекоп
15.4.7. Парадокс белка р53
15.4.8. Снижение митохондриальных АФК как возможный способ торможения программы старения
Глава 16. Проект по антиоксидантам, адресованным в митохондрии
16.1. SkQ тормозит программу старения
16.2. Сравнение эффектов SkQ и временного ограничения питания
16.3. От "человека разумного" к "человеку разумному и освободившемуся"
Приложения
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Энергия, работа и законы термодинамики
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Структурные формулы различных простетических групп и кофакторов ферментов электрон-транспортных цепей
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Природный возобновляемый антиоксидант, адресованный в митохондрии
Предметный указатель
Именной указатель
Указатель латинских названий организмов
Список сокращений
Preface
Part I. Principles of bioenergetics
Chapter 1. Introduction
1.1. Definition of "bioenergetics" and some of its historical landmarks
1.2. Bioenergetics in the hierarchy of biological sciences
1.3. Laws of bioenergetics
1.4. Evolution of bioenergetic mechanisms
1.4.1. Adenosine triphosphate
1.4.2. Hypothesis on adenine photosynthesis
1.4.3. Reserve energetic resources and glycolysis
1.4.4. Proton channels and H+-ATPase prevent acidification of a cell during glycolysis
1.4.5. Bacteriorhodopsin photosynthesis - initial mechanism of visible light energy conservation
1.4.6. Chlorophyll-dependent photosynthesis
1.4.7. Respiratory mechanism of energy conservation
Part II. Generators of proton potential
Chapter 2. Chlorophyll-containing generators of proton potential
2.1. Light-driven cyclic redox chain of purple bacteria
2.1.1. Main components of the redox chain and their operation mechanism
2.1.2. Reaction center
2.1.3. CoQ-cytochrome c-reductase
2.1.4. Utilization of ДДН" formed by cyclic redox chain
2.2. Noncyclic light-driven redox chain of green sulfur bacteria
2.3. Noncyclic light-driven redox chain of chloroplasts and cyanobacteria
2.3.1. Operation mechanism
2.3.2. Photosystem 1
2.3.2. Photosystem 2
2.3.3. Complex bj
2.3.4. Utilization of Д(1Н* formed by photosynthetic redox chain of chloroplasts
Chapter 3. Organotrophic energetics
3.1. Substrates of organotrophic energetics
3.2. Brief survey of sugar metabolism
3.3. Mechanism of substrate phosphorylation
3.4. Fermentation
3.5. Carnosine
Chapter 4. Respiratory chain
4.1. Operation mechanism
4.2. NADH-CoQ-reductase
4.2.1. Subunit composition of complex I
4.2.2. Prosthetic groups of complex I
4.2.3. Subfragments of complex I
4.2.4. Complex I inhibitors
4.2.5. Probable mechanisms of AjIH+ generation by complex I
4.3. CoQH2-cytochrome c-reductase
4.3.1. Structural aspects of Acrcomplex
4.3.2. Structural analysis of complex III
4.3.3. Operation mechanism of complex III
4.3.4. Complex III inhibitors
4.4. Cytochrome c-oxidase
4.4.1. Cytochrome с
4.4.2. Complex IV (cytochrome c-oxidase)
4.4.3. Structural analysis of complex IV
4.4.3. Electron transfer pathway in complex IV
4.4.4. Mechanism of ДЦН. generation by cytochrome c-oxidase
4.5. Inhibitors of cytochrome c-oxidase
Chapter 5. Respiratory chains of prokaryotes as well as of mitochondria of protists, plants, and fungi
5.1. Respiratory chains of mitochondria of protists, plants, and fungi
5.2. Respiratory chains of prokaryotes
5.2.1. Respiratory chain of Paracoccus denitrificans
5.2.2. Respiratory chain of Escherichia coli
5.2.3. Fumarate reduction in mitochondria of ascarides
5.2.4. Respiratory chain of Azotobacter vinelandii
5.2.5. Oxidation of substrates with high redox potential by respiratory chains of prokaryotes
5.2.6. Respiratory chain of cyanobacteria
5.2.7. Respiratory chain of chloroplasts
5.3. Electron transport chain of methanogenic archaea
5.3.1. Oxidative part of methanogenesis
5.3.2. Reductive part of methanogenesis
Chapter 6. Bacteriorhodopsin
6.1. Operation mechanism
6.2. Structure of bacteriorhodopsin
6.3. Bacteriorhodopsin photocycle
6.4. Light-driven proton pumping by bacteriorhodopsin
6.5. Other retinal-containing proteins
6.5.1. Halorhodopsin
6.5.2. Distribution of bacteriorhodopsin and its homologs among different living organisms
6.5.3. Sensory rhodopsin and phoborhodopsin
6.5.4. Animal rhodopsin
Part III. ДДН+ consumers
Chapter 7. Chemical work driven by ДДН*
7.1. H+-ATP-synthase
7.1.1. Subunit composition of H+-ATP-synthase
7.1.2. 3D-structure and arrangement in membrane
7.1.3. ATP hydrolysis by isolated factor Ft
7.1.4. Synthesis of bound ATP by isolated factor Ft
7.1.5. Proton transfer trough factor F0
7.1.6. Proposed mechanism of energy transduction by /"^-ATP-synthase
7.1.7. Stoichiometry H+/ATP
7.2. H+-ATPases - secondary ДД^-generators
7.2.1. H+-ATPases of ад-type
7.2.2. H+-ATPases of K0Krtype
7.2.3. H+-ATPases of ?,?ИУРе
7.2.3.1. H+-ATPase of plants and fungi plasmalemma
7.2.3.2. H+/K+-ATPase of mucous coat of stomach
7.2.4. Relation of functions of H+-ATPases
7.3. H+-Pyrophosphate-synthase (H+-Pyrophosphatase)
7.4. H+-Transhydrogenase
7.5. Other systems of reversed electron transport
Chapter 8. Mechanical work driven by ApH" bacterial motility
8.1. ДДН" spins rotor of bacterial flagellar motor
8.2. Structure of bacterial flagellar motor
8.3. Proposed mechanisms of H+-motor
8.4. AfIHt-dependent motility of flagellum-less prokaryotes and intracellular organelles of eukaryotes
8.5. Mobile symbiotes of eukaryotes and prokaryotes
Chapter 9. Osmotic work driven by A(IH.
9.1. Definition and classification
9.2. АУ as driving force
9.3. ApH as driving force
9.4. Overall AjIH+ as driving force
9.5. AjIH,-dependent transport cascades
9.6. Carnitine as an example of transmembrane carrier of a chemical group
9.7. Some examples of. AjIH+-dependent membrane transporters
9.7.1. (Lactose,H+)-symporter from E. coli
9.7.2. Mitochondrial ATP/ADP-antiporter
9.8. ДЦН. function in transport of macromolecules
9.8.1. Transport of mitochondrial proteins. Mitochondrial biogenesis
9.8.2. Transport of bacterial proteins
9.8.3. Role of АДН+ in protein transport and their folding in membranes
9.8.4. Transport of bacterial DNA
Chapter 10. ДЦН+ as energy supply for thermogenesis
10.1. Three pathways for conversion of metabolite energy into heat
10.2. Thermoregulatory activation of free respiration in animals
10.2.1. Brown fat
10.2.2. Skeletal muscles
10.3. Thermoregulatory activation of free respiration in plants
Part IV. Intercoupling and regulation of generators and consumers of proton potential
Chapter 11. Regulation, transport, and stabilization of proton potential
11.1. Regulation of ДЦН*
11.1.1. Alternative functions of respiration
11.1.2. Regulation of flows of reducing equivalents between cytosol and mitochondria
11.1.3. Interconversion of AH* and ApH
11.1.4. Control of ApH. in the system of eukaryotic regulatory mechanisms
11.1.5. Control of ДЦН, in bacteria
11.2. Lateral energy transport along membranes in the form of ДДН+
11.2.1. General ideas
11.2.2. Lateral transport of AjIH*, created by light-dependent Ajl^-generators, along membranes of halobacteria and chloroplasts
11.2.3. Transcellular energy transport in cyanobacterial trichomes
11.2.4. Structure and properties of filamentous mitochondria and mitochondrial reticulum
11.3. AjIFr-Buffers
11.3.1. Gradients of Na+ and K+ as Ajl^-buffers in bacteria
11.3.2. Other systems of АЦН, stabilization
Part V. Sodium world
Chapter 12. Generators ApNa*
12.1. Na+-translocating decarboxylases
12.2. Na+-translocating NADH:quinone oxidoreductase
12.2.1. Subunits of Na+-translocating NADH:quinone oxidoreductase
12.2.2. Redox centers of Na+-NQR
12.3. Na+-translocating methyltransferase complex of methanogenic archaea
12.4. Na+-translocating formylmethanofuran dehydrogenase of methanogenic archaea
12.5. Secondary AjINa"-generators: Na+-translocating ATPases and Na+-pyrophosphatase
12.5.1. Bacterial Na+-ATPases
12.5.2. Na+/K+-ATPase and Na+-ATPase of animals
12.5.3. Na+-pyrophspohatase
Chapter 13. Utilization of Лц№+, created by primary AJINa"-generators
13.1. Osmotic work driven by AJINa*
13.1.1. (Na+,metabolite)-symporters
13.1.2. Na+ ions in regulation of intracellular pH
13.2. Mechanical work driven by AfINa,
13.3. Chemical work driven by AjINa*
13.3.1. AflNa*-Dependent ATP synthesis in anaerobic bacteria
13.3.2. Chemical work driven by AfINa,, in methanogenic archaea
Chapter 14. Relation of proton and sodium worlds
14.1. How frequently is Na+-cycle employed by living cells?
14.2. Possible evolutionary relationships between proton and sodium worlds
14.3. Energy conservation in biomembranes without H+ and Na+transport
Part VI. Trial of practical application of bioenergetics: reactive oxygen species and possible ways for cancelling the senescence program of an organism
Chapter 15. Prerequisites of the project for antioxidants targeted into mitochondria
15.1. ROS nature and pathways of their generation in a cell
15.2. How living systems defend against ROS?
15.2.1. Antioxidants compounds
15.2.2. Lowering of intracellular oxygen concentration
15.2.3. Lowering of respiratory chain dependent ROS generation
15.2.4. Mitoptosis
15.2.5. Apoptosis
15.2.6. Necrosis
15.2.7. Phenoptosis
15.3. Biological functions of ROS
15.4. Senescence as a slow phenoptosis caused by increasing ROS level
15.4.1. Definition of the "senescence" concept and brief history of the question ..
15.4.2. Phenoptosis of once-breeding organisms
15.4.3. Senescence - slow phenoptosis?
15.4.4. Mutations that prolong lifespan
15.4.5. ROS and senescence
15.4.6. Naked mole-rat
15.4.7. Paradox of p53 protein
15.4.8. Lowering of mitochondrial ROS as possible way to slow the senescence program
Chapter 16. Project for antioxidants targeted into mitochondria
16.1. SkQ slows down the senescence program
16.2. Comparison of effects of SkQ and temporal calorie restriction
16.3. From Homo sapiens to Homo sapiens discatenatus
Supplements
SUPPLEMENT 1. Energy, work, and thermodynamics lows
SUPPLEMENT 2. Structure of the coenzymes and prosthetic groups of enzymes of
electron transport chains
SUPPLEMENT 3. Natural renewable antioxidant targeted into mitochondria
Subject Index
Names Index
Organisms Index
Abbreviations
Рекомендуем
