Тимин О.А. Лекции по общей биохимии2020 (832729), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Эта энергия используется I, III, IV комплексамидыхательных ферментов для перемещения ионов водорода через мембрану в межмембранноепространство.Общие пути биологического окисления92Как известно из физики, энергией называется способность тела совершать работу.При перемещении электрического заряда энергия электронов убывает и частичнопревращается в теплоту.Другая 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 митохондриальной мембраны. Такой градиент обладает потенциальной энергией.Градиент получил название электрохимический или протонный градиент (, "дельтамю"). Он имеет две составляющие – электрическую (, "дельта пси") и концентрационную (рН): = + рН6. Протоны теряют свою энергию, проходя через АТФ-синтазу. Часть этой энергии тратится 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 ингибирующее влияние электрохимическогоградиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи (величину дыхания). Вbiokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)93свою очередь, величина градиента напрямую зависит от соотношения АТФ и АДФ, количественная сумма которых в клетке постоянна ([АТФ] + [АДФ] = const).Возрастание протонного градиента возникает при исчерпании запасов АДФ и накоплении АТФ, т.е. когда АТФ-синтаза лишена своего субстрата и ионы Н+ не проникают в матриксмитохондрии.
При этом ингибирующее влияние градиента усиливается и продвижение электронов по цепи замедляется. Ферментные комплексы остаются в восстановленном состоянии.Следствием является уменьшение окисления НАДН и ФАДН2 на I и II комплексах и замедление 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 величина электрохимического градиента снижается. В результате повышается выкачивание ионов Н+ ферментами дыхательной цепи в межмембранное пространство. Ферментные комплексы I и IIусиливают 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, перемещающие ионы водорода из межмембранного пространства в матрикс митохондрии.
При этом уменьшаются оба компонентаэлектрохимического градиента (pH и заряд), и энергия градиента не используется для синтеза АТФ, а рассеивается в виде тепла. Классическим протонофором является динитрофенол, жирорастворимое соединение, присоединяющие ионы водорода на внешней поверхности внутренней митохондриальной мембраны и отдающие их на внутреннейповерхности. 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).
СущественнымОбщие пути биологического окисления94отличием бурой жировой ткани от белой является большое количество митохондрий, которыепридают клеткам буро-красный цвет. При охлаждении организма эти клетки получают сигналы по симпатическим нервам, и в них активируется расщепление жира – липолиз. Окисление жиров приводит к получению НАДН и ФАДН2, активизации работы дыхательной цепи ивозрастанию электрохимического градиента. Однако АТФ-синтазы в мембранах митохондрийэтих клеток мало, зато много термогенина.
Благодаря ему, большая часть энергии ионов водорода рассеивается в виде тепла, обеспечивая поддержание температуры тела при 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, онирасположены в верхней части спины, между лопаток, под мышками, по ходу крупных 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),biokhimija.ruooТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2020г)95действующие на III комплекс, например, антимицин А (антигрибковый пестицид),действующие на IV комплекс, например, сероводород (H2S), угарный газ (СО), цианиды (-CN).КОЭФФИЦИЕНТ 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, включенногов молекулу АТФ АТФ-синтазой к количеству атомов кислорода, включенного в молекулуН2О, при переносе одной пары электронов по дыхательной цепи.В настоящее время имеется две точки зрения на эффективность окисления веществ. Попервой версии, в реакциях с участием НАД-зависимых дегидрогеназ соотношение P/O соответствует 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, либо посовременным 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, IV комплексы) 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 молей АТФ.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, накопление НАДН и ФАДН2 в клетке и прекращение катаболизма.дефицит железа – компонента цитохромов, миоглобина и гемоглобина, и меди – компонента цитохромоксидазы.Общие пути биологического окисления96И С П О Л Ь З О В АН И Е АТ ФИ ЕГО ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ В МЕДИЦИНЕ1. Внутримышечные инъекции раствора АТФ используют при мышечной дистрофии иатрофии, спазме периферических сосудов (болезнь Рейно, облитерирующий тромбоангиит),для стимулирования родовой деятельности.2. Фосфаден – лекарственное название АМФ.
Особенностью препарата является его сосудорасширяющий эффект и способность улучшать периферическое кровообращение. Фосфаден применяют при свинцовом отравлении, острой перемежающейся порфирии, сосудистыхнарушениях и ишемической болезни сердца, болезнях печени.3. Рибоксин или Инозин является непосредственным предшественником АТФ. Инозинспособен проникать в клетки и повышать их энергетический баланс. Имеются данные о способности препарата повышать активность ферментов ЦТК, стимулировать синтез нуклеотидов и улучшать коронарное кровообращение.О БМ ЕН АМ И НО К И С Л О Т И Б ЕЛ К О ВАЗ О Т И С Т Ы Й Б АЛ АН СВо всех клетках организма постоянно идут процессы анаболизма и катаболизма.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
