Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Напротив, введение вещества, окисление которого обязательно сопряжено с фосфорилнрованием, например кормление пищей, содержащей избыток углеводов, не стимулирует дыхание. Избыточные калории Слнзнстан оболочка тонкой 15 кишки Щитознднаа железа Семенники Кора головного мозга Гнпофнз Селезенка Нздпочечпнк Красный костный мозг 8 7 6 6 6 6 5 ш- 5 Гз. ПНОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕ!!ИЕ.! 44! запасаются в тканях в виде гликогена илп лппида до тех пор, пока потребность в АТР не вызовет окисления этих резервных источ- ников энергии. 52.5.3.
Дыхательный контроль Свежеприготовлениые митохондрии, достаточно снабженные 02 н субстратом, дышат только в присутствии АОР н Рь Потребление кислорода и синтез АТР протекают тогда параллельно, н поддерживается постоянное отношение Р/О. При описании этих митохондрий говорится, что онн прочно сопряжены и находятся под дыхательным контролем. Эта характеристика митохондрий иллюстрируется данными табл.
!2.5. Таблица !2.6 Окислительио-восстановительные уровни компонентов дыхательной цепи в различных метаболнческих условиях Огенояь яоеегяноняеная я егацноняингм а сгоняя», Н .г о яо к я юя я. ьй ля » я О й й о г я я о г цгггохромм Ь] е) а 1 Низкий 2 0 3 Высокий — Низкий Мсдленнап Тйедлсяпая Быстрая г,о 0 63 21 17 7 0 0 0 0 0 20 16 6 4 ЛОР Субстрат Дыхательная цепь ЛОР 02 + Высокий + Высокий 99 40 Зй 14 0 100 100 100 100 100 4 Высокий 6 Высокий + Низкий О Высокий гп сдлс и и а и 0 я взято с изменениями мя работы 1сиаясе в., йггигаме о. я., Абт.
внятно!., ст, бб. 19591 Прочное сопряжение дыхания с фосфорилировакиегн в норгпильных митохондриях создает условия, при которых скорость окисления питательных веществ регулируется потребкостнлш клетки в полезной энергии. В результате использования АТР для осуществления разнообразных нуждающихся в энергии клеточных процессов автоматически возрастают колпчества доступных АОР и Рг, которые в свою очередь получают возможность реагировать в сопряженном механизме и позволяют совершаться процессу дыхания. Адвнилаткиназа — это широко распространенный фермент, катализирующий реакцию 2йтЗР И-ать ЛТР -,'— ЛгйР П1.
МЕТАБОЛИЗМ 442 Этот фермент может служить в качестве средства для максимального использования энергии АТР в том случае, когда АТР расходуется быстрее, чем синтезируется. При течении реакпин в обратном направлении осуществляется первая стадия в синтезе АТР из ЛМР. Последний образуется во многих синтетических процессах, например при активации жирных кислот и аминокислот (гл. 17 и 26). АЛ4Р, а не АОР играет роль положительного или отрицательного модулятора, контролирующего скорости нескольких ферментативных процессов, например через фосфофруктокиназную, дифосфофруктозофосфатазную, гликогенфосфорилазную и нзоцнтратдегидрогеназную реакции 1гл.
14 и 15), давая сигнал о необходимости синтеза АТР и ускоряя приток субстрата к циклу лимонной кислоты н прохождение через него. 12.5.4. Другие формы преобразования энергии в митохондриях В то время, когда исследователи искали пути к пониманию окнслительного фосфорилирования,им стало ясно,что митохондрии участвуют в нескольких типах преобразования энергии. Каждое из нпх представляет собой определенный вариант основного процесса сопряжения.
Любая гипотеза, объясняющая окислительное фосфорилирование, также должна давать объяснения и этим явлениям. Некоторые из процессов такого рода рассмотрены в общем случае ниже. Обратный поток электронов. Хотя при Ео для пары сукцинат/фумарат не может осушествляться восстановление ХА0' сук. цннатом, такой пропесс происходит в митохондриях прп анаэробных условиях, если в систему вносится извне АТР. Это свидетельствует о возможности физического использования энергии гидро- лиза АТР для того, чтобы дать возможность электронам восстановленного убнхинона восстанавливать ХА0' при АЕо-300 МВ.
Трансгидрогеназная репки!!я. Отношение ХАО/ХЛОР в клетке варьирует в широких пределах — от наименьшего в печени до наибольшего в скелетной мышце. ХАОР отсутствует в митохондриях мышц, в то время как митохондрик печени содержат в 3 раза больше ХАОР, чем ХЛ0, причем большая часть ХЛОР сконцентрирована в наружной мембране и в межмембранном пространстве.
Особенно поразительно, что, хотя ЕБ для систем ХА0 /ХАОН и ХАОР+/ХАОРН по существу равны, в стационарном состоянии живого организма большая часть ХАО находится в окисленной форме, в то время как основная масса ХЛОР восстановлена. Этот факт отражает различную роль этих кофермептов в метаболизме. ХЛОН в основном генерируется митохондриальнымн дегидрогена- $Е БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ! 443 вами и вновь окисляется электронпереносящей системой; О!АРРН образуется с помощью цитоплазматнческнх дегидрогеназ, а также митохондрнальиых трансгидрогеназ из АРАОН (см.
ниже) и используется для восстановительных бпоспнтезов во всех частях клетки. КА1)РН не может прямо окпсляться митохондриальной системой. аналогичной той, которая действует в случае АРАОН. Эти два кофермента могут существовать в некотором равновесии друг к другу, которое устанав.чпвается под действием любого фермента, одинаково легко использующего оба кофермента. Имеется несколько таких цнтоплазматнческих ферментов (равд. 13.1), и такое равновесное состояние действительно имеет место.
Интересно, каким же образом восстановительная способность дегидрогеназ цикла лимонной кислоты, которые образуют 1ЧАОН, используется для восстановления 1!АОР Г. В митохондрпях печени н сердца осуществляется трансгидрогеиазная реакция. которую можно записать следующим образом: ТЛРН вЂ” ,'-ЫЛРР++эяяргяя — э ХЛР'+ МЛРРН Процесс протекает только в одном направлении, т. е. равновеснс, как видна из написанного, так сильно сдвинуто вправо, что обратный процесс почти невозможно измерить. Трансгндрогеназную реакцию удается продемонстрировать в дышащих митохондрнях прн фактическом отсутствии АТР, а также в анаэробных условиях, когда используется 1 экв.
АТР на ! моль пирндиннуклеотидов. Соответственно и энергия АТР, и энергия процесса переноса электрона могут утилнзироваться для поддержания далекого от равновесия состояния систем й!АО/КАОР. Трансгидрогеяазная реакция катализируется специфическим ферментом во внутренней мембране. Интересно, что атом водорода переносится от А-стороны ннкотинамидного кольна МАРН на В-сторону кольца ХАОРГ, что свндетельствует о на,чохгеннн плоскости колец этих пирндиннуклеотидов на поверхность фермента. Стереоспецнфнчность дегидрогеназ рассматривается в разд. 13.1.
Траислокакия ионов. Гтатрикс саежевыделенных митохондрий приблизительно изотоннчен в отношении (К'). Прн помещении митохондрии в гнпотоническую среду или при более быстром воздействии вызывающих набухание агентов, например при обработке мылами, К' вытекает из внутреннего пространства митохондрии, но может снова накапливаться там во время дыхания. Этот процесс проявляется особенно отчетливо в присутствии валипомицина. К+ или обменивается почти в эквивалентном отношении на внутрпмитохондриальпый Н+, или же необходимая для поступления К' энергия поставляется в виде внешней АТР. Отношение транслоцнрованного К~ к использованному — Р составляет около трех.
Более того, может быть продемонстрирована н обратная ситуация. Если и! мвтлаол»»зк! митохондрии предварительно обработаны так, что (К»] в матриксе превышает 1К'] в среде, выход К' из митохондрии в среду может служить движущей силой для образования АТР из АОР н Рь В последнем случае среда защелачнвается, поскольку протоны поступают в мнтохондрию (в первом варианте среда закисляется, а матрнкс зашелачивается). Удивительно также свойство митохондрий концентрировать Са'" нли Бг!' из среды.
В среде, богатой Са", накопление может осуществляться при отношении Са"/Ож4 Если авионом в омывающей среде является С1-, Са" обменивается на Н', и матрикс защелачивается. Если анионом в среде янляется Рь он следует за Са" через мембрану, Концентрирование проходит настолько эффективно, что гранулы гидроксиапатита (гл. 39) могут выпадать в осадок в матриксе. Как и транспорт К', этот процесс может идти за счет энергии дыхания илн экстрамитохондриальной АТР. 12.5.5. Механизм окислительного фосфорилирования Многие различающиеся по химическим свойствам реагенты разобщают фосфорилнроваине и мвтохондриальный транспорт электронов, который в таком случае протекает с максимальной скоростью, но не сопровождается образованием ЛТР.
Необычная природа такого процесса становится еще более очевидной из поведения дыхательных частиц мембраны таких бактерий, как Л1са(»делез (песа(»з. Этн частицы не обнаруживают никакого дыхательного контроля. Скорость дыхания полностью диктуется наличием окисляемого субстрата, и процесс идет с одинаковой скоростью как в присутствии, так и в отсутствие ЛОР+Рь несмотря на то что если два последние компонента добавлены, то происходкт образование АТР. Подобные примеры наблюдаются у мноп»х микроорганизмов, нн у одного из которых не было обнаружено отношение Р/О= 2. Напротив, дыхание митохондрий животного или растения осуществляется с максимальной скоростью только в том случае, когда сопрягающнй механизм нарушен и синтез ЛТР ослаблен нли полностью прекращен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
