Механизм окислительного фосфорилирования

Перенос электронов по дыхательной цепи приводит к выбросу протонов в меж- мембранное пространство из митохондриального матрикса. В результате матрикс защелачивается, а межмембранное пространство - закисляется.

Такой градиент, при котором концентрация Н больше в межмембранном простран- стве, чем внутри митохондрий, обладает потенциальной энергией. Хемиосмотичес- кая гипотеза Митчелла и Скулачева постулирует далее, что ионы Н из межмемб-ранного пространства устремляются внутрь в митохондриальный матрикс, через специальные каналы в молекулах F0F1 - АТФ-азы. В этом случае они перемещают- ся по концентрации и во время их перехода через молекулы АТФ-азы выделяется свободная энергия. Именно эта энергия и служит движущей силой для сопряженно- го синтеза АТФ из АДФ и фосфата. Эта модель требует, чтобы:

1. Переносчики протонов и АТФ-аза работали векторно, т.е. чтобы они были опре- деленным образом ориентированы по отношению к двум поверхностям мембраны.

2. Внутренняя мембрана была совершенно непроницаема для протонов, поскольку для протонного градиента необходимо наличие замкнутого компартамента.

Основной смысл предложенного механизма состоит в том, что первым запасаю- щим энергию актом является перенос протонов через внутреннюю митохондриаль- ную мембрану.

Гипотеза Митчелла о сопряжении окисления и фосфорилирования протонным градиентом получила в настоящее время множество подтверждений.

АТФ-синтаза или F0F1- АТФ-синтаза, ферментативная система, встроенная во вну- треннюю мембрану митохондрий состоит из двух главных компонентов. F1 - напоми- нает круглую дверную ручку, обращенную грибовидным выростом в матриксе и об- ладающий способностью синтезировать АТФ из АДФ и ФН.

Причины нарушения биологического окисления

1. Недостаток субстрата (недостаток пищи. нарушение обмена белков, углеводов, липидов)

2. Недостаточность дыхательных ферментов (генетический дефект апофермента, синтез кофакторов, авитаминозы)

3. Недостаток кислорода (сердечно - сосудистые заболевания, заболевания кро- ви, легких)

4. Ингибиторы дыхания.

НАД - ФАД - КоQ - в - С - а - а3 - О2

а) цианиды (КСN, NаСN) в ЖКТ

CN жадно с в я з ы в а е т Fе в ц и т. а3 и работа дыхательной цепи блокируется и вещества не окисляются;

б) противогрибковый антибиотик актиномицин А оказывает токсической действие на клетки млекопитающих, блокируя перенос электронов от цит. в к С ниже окисления цитохромы выше восстановленные;

в) Антибиотик пирицидин, близкий по структуре к Ко Q, блокирует перенос электронов на этапе Ко Q, последние два препарата в России не применяются.

Генсектецид ротенон и барбамил (снотворное, успокаивающее, противосудорожное) ингибирует окисление тех субстратов, которые взаимодействуют с дыхательной цепью с НАД-зависимыми дегидрогеназами.

Токсичность данных ингибиторов объясняется тем, что прекращая поток электронов, они препятствуют образованию АТФ, но существуют также ингибиторы, которые действуют непосредственно на механизм сопряжения в окислительном фосфорилировании. В отличие от ингибиторов дыхания, разобщающие агенты не влияют на поток электронов в дыхательной цепи. Например, 2,4 динитрофенол (2,4 ДНФ). Подавляет фосфорилирование АДФ до АТФ, разрушает связь между процессом переноса электронов и фосфорилированием. Такие вещества называются разобщающими агентами.

Энергия при этом выделяется в виде тепла. Разобщающие вещества резко повышают проницаемость внутренней митохондриальной мембраны для ионов Н. Т. е. идет свободное окисление, что приводит к повышению температуры тела.

1) набухание митохондрий

2) тироксин и другие гормоны щитовидной железы

3) жирные кислоты с длинной углеродной цепью, ненасыщенные

4) нитрофенолы (2,4 ДНФ)

5) антикоагулянты непрямого действия, производные дикумарина

6) некоторые антибиотики:

а) Грамицидин - облегчает проникновение через мембрану ионов калия и натрия, а также некоторых других одновалентных ионов, применяется только местно;

б) Олигомицин, рутамицин - ингибиторы АТФ-синтазы;

в) Валиномицин - образует жирорастворимый комплекс с ионами калия, легко проницаемый через внутреннюю мембрану митохондрий, так как без него ионы калия проникают с трудом.

Ионофоры (переносчики ионов) способны переносить ионы через мембрану.

Таким образом, разобщающиеся вещества и ионофоры, подавляют окислительное фосфорилирование, увеличивая проницаемость клеточных мембран для ионов водорода, калия и натрия.

Дата добавления: 2015-05-08