timin_o_a_lektsii_po_obschey_biokhimii (1) (832543), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Ферменты дыхательной цепи расположены в строго определенной последовательности: каждый последующий белок обладает большим сродством к электронам, чем предыдущий (он более электроположителен, т.е. обладает более положительным окислительновосстановительным потенциалом). Это обеспечивает однонаправленное движение электронов.Способность окислительно-восстановительной пары обратимо отдавать электронвыражают окислительно-восстановительным потенциалом Е0'. В биохимии принято пользоваться понятием восстановительный потенциал.
Чем более отрицательной величиной выражается восстановительный потенциал системы, тем вышеее способность отдавать электроны. При сравнении восстановительного потенциала пары НАДН / НАД = -0,32 В и пары Н2О / 1/2О2 = +0,82 В видно, что электроны будут переходить к воде. В действительности между названными донором иакцептором электронов имеется много промежуточных соединений.2. Все атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами от субстратов в аэробных условиях, достигают внутренней мембраны митохондрий в составе НАДН или ФАДН2.3. Здесь атомы водорода (от НАДН и ФАДН2) передают свои электроны в дыхательную ферментативную цепь, по которой электроны движутся (50-200 шт/сек) к своему конечному акцептору – кислороду.
В результате образуется вода.4. Поступающие в дыхательную цепь электроны богаты свободной энергией. По мере их продвижения по цепи они теряют энергию. Эта энергия используется I, III, IV комплексами дыхательных ферментов для перемещения ионов водорода через мембрану в межмембранное пространство.Как известно из физики, энергией называется способность тела совершать работу.При перемещении электрического заряда энергия электронов убывает и частичнопревращается в теплоту.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)91Другая часть энергии затрачивается на выкачивание водорода из матрикса вмежмембранное пространство и создание градиента.5. Перенос ионов водорода через мембрану (выкачивание) происходит не случайно, а встрого определенных участках мембраны.
Эти участки называются участки сопряжения(или, не совсем точно, пункты фосфорилирования). Они представлены I, III, IV комплексамидыхательных ферментов. В результате работы этих комплексов формируется градиент ионовводорода между внутренней и наружной поверхностями внутренней митохондриальноймембраны. Такой градиент обладает потенциальной энергией.Градиент получил название электрохимический или протонный градиент (, "дельта мю"). Он имеет две составляющие – электрическую (, "дельта пси") и концентрационную (рН): = + рН6. Протоны теряют свою энергию, проходя через АТФ-синтазу.
Часть этой энергиитратится на синтез АТФ.Так же как в случае с электронами, энергия ионов водорода (протонного градиента) нерасходуется попусту. Двигаясь по электрохимическому градиенту, ионы водорода выделяютэнергию, часть которой используется на синтез АТФ.РЕГУЛЯЦ ИЯО К ИС ЛИТ ЕЛЬ НОГО ФОС ФО Р ИЛИРОВ АНИЯРабота дыхательных ферментов регулируется с помощью эффекта, который получилназвание дыхательный контроль.Дыхательный контроль – это прямое влияние электрохимического градиента наскорость движения электронов по дыхательной цепи (величину дыхания). В свою очередь,величина градиента напрямую зависит от соотношения АТФ и АДФ, количественная суммакоторых в клетке постоянна ([АТФ] + [АДФ] = const).Общие пути биологического окисления92Возрастание протонного градиента возникает при исчерпании запасов АДФ и накоплении АТФ, т.е.
когда АТФ-синтаза лишена своего субстрата и ионы Н+ не проникают в матрикс митохондрии. При этом ингибирующее влияние градиента усиливается и продвижениеэлектронов по цепи замедляется. Ферментные комплексы остаются в восстановленном состоянии. Следствием является уменьшение окисления НАДН и ФАДН2 на I и II комплексах изамедление катаболизма в клетке.Снижение протонного градиента возникает, например, при интенсивной работе мышечной или иной клетки, когда количество АТФ в ней начинает уменьшаться.
В этом случаеАТФ-синтаза начинает работать, ионы Н+ через нее устремляются в матрикс, и величинаэлектрохимического градиента снижается. В результате повышается выкачивание ионов Н+ферментами дыхательной цепи в межмембранное пространство. Ферментные комплексы I иII усиливают окисление НАДН и ФАДН2 (как источников электронов) и снимается ингибирующее влияние НАДН на цикл лимонной кислоты и пируватдегидрогеназный комплекс –активируются реакции катаболизма углеводов и жиров.Таким образом, количество АТФ остается на постоянном уровне.Р АЗ О Б ЩИ Т Е Л ИРазобщители – это вещества, которые снижают величину электрохимического градиента, что приводит к увеличению скорости движения электронов по ферментам дыхательнойцепи.
В результате этого уменьшается синтез АТФ и возрастает катаболизм.Так как электрохимический градиент состоит из двух компонентов (электрического ихимического), то существуют два принципиальных способа его уменьшить – нивелироватьразность зарядов или разность концентрации ионов водорода.К разобщителям в первую очередь относят "протонофоры" –вещества, переносящие ионы водорода.
При этом уменьшаются обакомпонента электрохимического градиента (pH и заряд). Классическимпротонофором является динитрофенол, жирорастворимое соединение,присоединяющие ионы водорода на внешней поверхности внутреннеймитохондриальной мембраны и отдающие их на внутренней поверхности.
Протонофоры одновременно снижают электрическую и химическую составляющую протонного градиента, энергия которого рассеивается в виде тепла.Физиологическим протонофором является белок "термогенин", в изобилии имеющийся в клетках бурой жировой ткани (до 15% от всех белков митохондрий). Существеннымотличием бурой жировой ткани от белой является большое количество митохондрий, которые придают клеткам буро-красный цвет. При охлаждении организма эти клетки получаютсигналы по симпатическим нервам, и в них активируется расщепление жира – липолиз.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)93Окисление жиров приводит к получению НАДН и ФАДН2, активизации работы дыхательнойцепи и возрастанию электрохимического градиента.
Однако АТФ-синтазы в мембранах митохондрий этих клеток мало, зато много термогенина. Благодаря ему, большая часть энергии ионов водорода рассеивается в виде тепла, обеспечивая поддержание температуры телапри охлаждении.Бурая жировая ткань широко представлена в верхней части спины у животных,впадающих в зимний сон (медведи), у детенышей животных и человеческих младенцев. Отдельные скопления бурых жировых клеток есть и у взрослого человека,они расположены в верхней части спины, между лопаток, под мышками, по ходукрупных кровеносных сосудов.Кроме динитрофенола и термогенина протонофорами, к примеру, являются салицилаты, жирные кислоты и трийодтиронин.И Н Г И Б И Т О Р Ы Ф Е Р М Е Н Т О В Д Ы Х АТ Е Л Ь Н О Й Ц Е П ИРяд веществ может ингибировать ферменты дыхательной цепи и блокировать движениеэлектронов от НАДН и ФАДН2 на кислород.Выделяют три основных группы ингибиторов:o действующие на I комплекс, например, амитал (успокаивающее и снотворное средство),ротенон (пестицид широкого спектра),o действующие на III комплекс, например, антимицин А (антигрибковый пестицид),o действующие на IV комплекс, например, сероводород (H2S), угарный газ (СО), циани-ды (-CN).Общие пути биологического окисления94КОЭФФИЦИЕНТ Р/ОЭнергетическую ценность и выгодность окисления вещества можно подсчитать.
Количество запасенной энергии при окислении того или иного соединения характеризует количество АТФ, а эффективность использования энергии вещества и ее захвата – коэффициентP/O.Коэффициент Р/О – это отношение количества неорганического фосфата, включенного в молекулу АТФ АТФ-синтазой к количеству атомов кислорода, включенного в молекулу Н2О, при переносе одной пары электронов по дыхательной цепи.В настоящее время имеется две точки зрения на эффективность окисления веществ.По первой версии, в реакциях с участием НАД-зависимых дегидрогеназ соотношение P/Oсоответствует 3,0, по более современным данным этот коэффициент для НАДН равен 2,5.Аналогично для ФАД-зависимых дегидрогеназ коэффициент P/O либо принимается 2,0, либопо современным данным равен 1,5.Для расчета Р/О при окислении какой-либо молекулы необходимо знать:o восстановленный эквивалент (молекула НАДН или ФАДН2) передает в цепь переносаэлектронов по 2 электрона.o для восстановления кислорода в воду необходима 1 пара электронов,o при прохождении пары электронов через всю дыхательную цепь (т.е.
через I, III, IVкомплексы) выкачивается столько ионов Н+, сколько необходимо для синтеза 2,5 молейАТФ.o при прохождении пары электронов только через III и IV комплексы дыхательных ферментов ионов Н+ выкачивается столько, сколько необходимо для синтеза 1,5 молейАТФ.Далее при расчетах энергетической ценности окисления веществ будет использоватьсявеличина P/O для НАДН равная 2,5, для ФАДН2 равная 1,5.ГИПОЭНЕРГЕ ТИЧЕСКИЕ С ОСТОЯНИЯoooooПричинами гипоэнергетических состояний может быть следующее:гиповитаминозы экзогенные и/или эндогенные – снижается скорость и эффективностьокислительных реакций. Возникает обычно при нехватке витаминов группы В – В1, В2,никотиновой кислоты, В6, пантотеновой кислоты и аскорбиновой кислоты.дефицит белка в пище – снижается синтез всех ферментов и ферментов катаболизма, вчастности.снижение потребления углеводов и липидов как основных источников энергии.дефицит кислорода – отсутствие акцептора для электронов вызывает "переполнение"дыхательных ферментов, повышение электрохимического градиента, накопление НАДНи ФАДН2 в клетке и прекращение катаболизма.дефицит железа – компонента цитохромов, миоглобина и гемоглобина, и меди – компонента цитохромоксидазы.И С П О Л Ь З О В АН И Е АТ ФИ ЕГО ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ В МЕДИЦИНЕ1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
