Осуществляется на мембранах крист митохондрий при условии сохранения их целостности

Суммарное уравнение

При этом восстанавливаются

В процессе ряда ферментативных реакций с участием воды лимонная кислота подвергается декарбоксилированию (- 2 СО2), окисляется и вновь превращается в ЩУК

Ацетилкофермент-А вступает в цикл Кребса, взаимодействуя с ЩУК (С4) с образованием лимонной кислоты (С6).

Осуществляется в строме (матриксе) митоходрий при наличии ферментов.

Таким образом, в анаэробных условиях сильнее всего будут страдать сердечная мышца и нервная система, что, собственно говоря, и наблюдается в медицинской практике.

Наибольшей чувствительностью к недостатку кислорода обладают клетки нервной ткани и миокарда (клетки сердечной мышцы).

У плода и детей первых месяцев жизни преобладает анаэробный распад глюкозы, в связи с чем уровень лактата у них выше по сравнению со взрослыми.

Многие клетки организма способны к анаэробному окислению глюкозы. Для эритроцитов он является единственным источником энергии. Клетки скелетной мускулатуры за счет бескислородного расщепления глюкозы способны выполнять мощную, быструю, интенсивную работу, как, например, бег на короткие дистанции, напряжение в силовых видах спорта. Бескислородное окисление глюкозы усиливается при гипоксии клеток при анемиях, нарушении кровообращения в тканях.

При отсутствии КИСЛОРОДА пировиноградная кислота превращается в молочную.

Осуществляется в гиалоплазме

0 Включает 9 ферментативных реакций, в результате которых глюкоза распадается на 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). При этом восстанавливаются 2НАД*Н2 и 2АТФ

0 С6Н12О6 + 2НАД → 2С3Н4О3 + 2 НАД*Н2

2АДФ + 2Н3РО4 + 80 кДж → 2АТФ + 2Н2О

0 При наличии КИСЛОРОДА пировиноградная кислота переходит в митохондрию и превращается в
ацетил-S-КоА.

0 Интересно знать!

0 Пируват, являясь кислотой, закисляет цитозоль, что изменяет активность ферментов – является для клетки токсичным веществом.

0 3. КИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП

0 Сначала ПВК подвергается декарбоксилированию (отщепляет СО2) и окислению, взаимодействует с коферментом-А (коэнзимом-А) с образованием ацетилкофермента-А

0 При этом восстанавливаются 1 НАД*Н2 и 1АТФ

3 НАД*Н2, 1 ФАД*Н2 и 1АТФ

2С3Н4О3 + 8НАД⁺ + 2ФАД + 2АДФ →

6СО₂ + 8НАДН2 + 2ФАДН₂ + 2АТФ

0 3. КИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП

0 Богатые энергией 10 НАД∙Н₂ и 2 ФАД∙Н₂ поступают на мембрану крист.

НАДН взаимодействует с крупным белковым комплексом НАДФ-дегидрогеназа. При этом происходит отщепление гидрид-иона Н⁻, который распадается на протон и два электрона. Протоны перемещаются в межмембранное пространство (ММП), электроны передаются по электронно-транспортной цепи (ЭТЦ). На комплексе Цитохром В и цитохромоксидазном комплексе также происходит перенос протонов в ММП. Этот перенос осуществляется за счет скачкообразных уменьшений энергии электронов (3 ступеньки). После прохождения электронов через ЭТЦ, на цитохромоксидазном комплексе протекает следующая реакция:

0 Последним акцептором электронов является молекулярный кислород, диффундировавший из атмосферы.

Отдавшие большую часть энергии, электроны на цитохромоксидаозном комплексе соединяются с протонами и кислородом, образуя молекулу воды. В ММП накапливаются протоны Н⁺, а в матриксе – группы ОН⁻. В результате формируется т.н. электро-химический градиент.

Мембрана крист заряжается с внешней стороны «+», а с внутренней – «-». В связи с избирательной проницаемостью мембраны на ней возникает электрическое поле. Когда разность потенциалов достигает критического уровня в ≈220мВ (напряжение), в ферменте АТФ-синтетазе, встроенном в мембрану крист, открывается протонный канал. Через канал протоны водорода проникают на противоположную сторону мембраны и взаимодействуют с анионами кислорода с образованием воды. При этом электрическое поле разряжается, а его энергия используется для восстановления АТФ (окислительное фосфорилирование)

Со стороны матрикса АТФ-синтетаза имеет расширение с реакционным центром, на котором происходит реакция синтеза АТФ. Энергию для этой реакции обеспечивает непрерывное движение протонов – электрический ток.

Белки ЭТЦ не образуют упорядоченной последовательности, а находятся в постоянном движении, взаимодействую друг с другом случайным образом, но направленность передачи электронов однозначна, в одном направлении.

0 Биологический смысл ЭТЦ

1. Предупреждение энергетического «взрыва» клетки. В последних реакциях снижается количество энергии – реакция спокойнее.

2. Создать градиент концентрации, «перекачать» протоны из матрикса в ММП, а затем использовать энергию электрического тока, созданного в АТФ-синтетазе.

Энергетический баланс третьей стадии

0 10 НАД∙Н₂ ↠ 30 АТФ

0 2 ФАД∙Н₂ ↠ 4 АТФ

0 Всего – 34 АТФ

0 Суммарное уравнение окислительного фосфорилирования

0 10 НАД∙Н₂ + 2 ФАД∙Н₂ + 6О₂ + 34АДФ → 10 НАД + 2 ФАД + 12 Н₂О + 34 АТФ

0 Итоговое уравнение аэробного (кислородного) расщепления глюкозы:

0 С₆Н₁₂О₆ +6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 2800кДж

0 38АДФ + 38Н₃РО₄ + 1520кДж → 38 АТФ + 38Н₂О

Уровень АТФ является главным регулятором энергетического обмена в организме. Если

в клетке идут процессы с потреблением АТФ, то это автоматически приводит к повышению

скорости гидролиза АТФ и накоплению АДФ, а это ведет к усилению окислительного фосфорилирования. Наоборот повышение концентрации АТФ является сигналом для уменьшения потребности клетки в АТФ и ведет к торможению окислительного фосфорилирования.

6. Патология тканевого дыхания. Различают ингибиторы электронного транспорта,

ингибиторы и разобщители окислительного фосфорилирования в митохондриях.

а) ингибиторы электронного транспорта – это вещества, которые взаимодействуют с

компонентами дыхательной цепи и нарушают транспорт электронов по ней. Они являются

клеточными токсинами, вызывают тканевую гипоксию. К ним относятся:

1) Ротенон (инсектицид), снотворные препараты амобарбитал (амитал) и секобарбитал – тормозит транспорт электронов через НАДН-КоQ-редуктазу;

2) Пиерицидин А (антибиотик), блокирует НАД Н-КоQ-редуктазу;

3) Антимицин А (антибиотик), блокирует дыхательную цепь на уровне III комплекса (цитохром b–цитохром с);

4) Цианиды (ионы СN⁻) – образуют комплексы с Fe3+цитохромоксидазы, тормозят восстановление до Fe2+ в ЦХО;

5) Монооксид углерода (СО) – блокирует ЦХО, связываясь с гемом тормозит его взаимодействие с кислородом.

Тканевое дыхание угнетается также в том случае, если в организм с пищей поступает

недостаточное количество витаминов РР и В2 (эти витамины являются предшественниками

НАД и ФМН), а также микроэлементов железа и меди (Fe и Cu входят в состав цитохромов).

б) ингибиторы окислительного фосфорилирования

Олигомицин (антибиотик), ингибитор Н+АТФ-синтазы (ее Fо-фрагмента). Антибиотик Олигомицин полностью блокирует окисление и фосфорилирование в интактных митохондриях. Однако, если вместе с олигомицином добавить разобщитель динитрофенол, то окисление пойдет, но без фофорилирования. Это означает, что олигомицин не действует непосредственно на ыхательную цепь, а подавляет стадию фосфорилирования. Разобщители переносят протоны через внутреннюю митохондриальную мембрану. Перенос от НАДФ к О2 в присутствии таких разобщителей протекает нормально, но образования АТФ митохондриальной АТФ-азой не происходит, поскольку исчезает протонодвижущая сила, обуславливающая перенос протонов через внутреннюю мембрану митохондрий. Потеря дыхательного контроля приводит к тому, что поглощение О2 и окисление НАДФ повышается. В то же время ДНФ не оказывает влияния на субстратное фосфорилирование. В силу своего специфического действия на дыхательную цепь ДНФ и другие разобщители служат ценным инструментом при исследованиях обмена веществ.

в) разобщители окислительного фосфорилирования – это вещества, нарушающие

образование электрохимического потенциала. Они, с одной стороны, усиливает поглощение

митохондриями кислорода, а с другой стороны, снижается скорость (или прекращается) генерация АТФ. Развивается феномен неконтролированного дыхания митохондрий.

К разобщителям относятся липофильные вещества имеющие подвижный атом водорода.

Они легко встраиваются в митохондриальную мембрану и функционируют там, как переносчики ионов водорода, снижая тем самым трансмембранный градиент ионов водорода и синтез АТФ. К разобщителям относят: тироксин, динитрофенол, салициловая кислота, дикумарин и др. Так, при гиперфункции щитовидной железы у людей усиливается продукция тироксина и повышается температура тела. Тироксин, будучи разобщителем уменьшает образование АТФ в митохондриях и одновременно усиливая окисление субстратов в дыхательной цепи и продукцию тепла. Этот эффект может иметь и положительное значение: при пребывании в холодной воде усиление продукции тироксина способствует согреванию человека.

Дата добавления: 2015-07-13