Биологическое окисление
действовать как разобщающие агенты, т.е. нарушать сопряжение транспорта
электронов с синтезом АТФ. При добавлении к клеткам этих низкомолекулярных
органических соединений митохондрии прекращают синтез АТФ, продолжая при
этом поглощать кислород. В присутствии разобщающего агента, скорость
транспорта электронов остается высокой, но протонный градиент не создается.
Это простое объяснение этого эффекта: разобщающие агенты (например,
динитрофенол, тироксин) действуют как переносчики Н+ (Н+-ионофоры) и
открывают дополнительный путь - уже не через АТФ-синтетазу – для потока Н+
через внутреннюю митохондриальную мембрану.(13, 2000(
Дыхательный контроль.
Когда к клеткам добавляют разобщающий агент, например динитрофенол,
поглощение кислорода митохондриями значительно возрастает, так как скорость
переноса электронов увеличивается. Такое ускорение связано с
существованием дыхательного контроля. Полагают, что этот контроль основан
на прямом инги6ирующем влиянии электрохимического протонного градиента на
транспорт электронов. Когда в присутствии разобщителя
электрохимический градиент исчезает, не контролируемый более транспорт
электронов достигает максимальной скорости. Возрастание градиента
притормаживает дыхательную цепь, и транспорт электронов замедляется. Более
того, если в эксперименте искусственно создать на внутренней
мембране необычно высокий электрохимический градиент, то нормальный
транспорт электронов прекратится совсем, а на некоторых участках
дыхательной цепи можно будет обнаружить обратный поток электронов. Это
позволяет предполагать, что дыхательный контроль отражает простой баланс
между изменением свободной энергии при перемещении протонов, сопряженного с
транспортом электронов, и изменением свободной энергии при самом транспорте
электронов.Величина электрохимического градиента влияет как на скорость,
так и на направление переноса электронов, так же как и на направление
действия АТФ-синтетазы.
Дыхательный контроль - это лишь часть сложной системы взаимосвязанных
регуляторных механизмов с обратными связями, координирующей скорости
гликолиза, расщепления жирных кислот, реакций цикла лимонной кислоты и
транспорта электронов. Скорости всех этих процессов зависят от отношения
АТФ:AДФ - они возрастают, когда это отношением уменьшается в результате
усиленного использования АТФ. Например, АТФ-синтетаза внутренней
митохондриальной мембраны работает быстрее, когда концентрации ее
субстратов, т. е. .AДФ и Фн, увеличиваются. Чем выше скорость этой реакции,
тем больше протонов перетекает в матрикс, быстрее рассеивая тем самым
электрохимический градиент; а уменьшение градиента в свою очередь приводит
к ускорению транспорта электронов.[1,1994]
Митохондрии бурой жировой ткани – генераторы тепла.
Всем позвоночным в молодом возрасте для образования тепла, в дополнение к
механизму мышечного тремора, необходимо термогенное устройство. Такого рода
устройство особенно важно для животных, впадающих в зимнюю спячку. Мышцы в
состоянии тремора сокращаются и при отсутствии нагрузки, используя
сократительные белки для гидролиза АТФ обычным для мышечных клеток образом
и освобождая в виде тепла всю энергию, потенциально доступную при гидролизе
АТФ. Необходимость особого термогенного устройства определяется прочно
сопряженным окислительным фосфорилированием нормальных митохондрий. Если бы
этот процесс мог быть разобщен, как это бывает в присутствии динитрофенола,
он мог бы служить в качестве адекватного приспособления, производящего
тепло; именно так это происходит в митохондриях бурого жира. Хотя эти
митохондрий обладают обычной обратимой АТФазой, в них имеется также
трансмембранная протонная транслоказа, посредством которой протоны могут
возвращаться в матрикс и электрически шунтировать работу АТФазы. Если этот
процесс достаточен для того, чтобы поддерживать окислительно-
восстановительный потенциал водорода значительно ниже 200 мВ, синтез АТФ
становится невозможным и окислительный процесс протекает свободно, в
результате чего вся энергия освобождается в виде тепла.[2, 1994]
Цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот, цикл Кребса).
Цикл лимонной кислоты представляет собой серию реакций, протекающих в
митохондриях, в ходе которых осуществляется катаболизм ацетильных групп и
высвобождение водородных эквивалентов; при окислении последних
поставляется свободная энергия топливных ресурсов тканей. Ацетильные группы
находятся в составе ацетил-КоА (активного ацетата), тиоэфира кофермента А.
Главная функция цикла лимонной кислоты состоит в том, что он является
общим конечным путем окисления углеводов, белков и жиров, поскольку в ходе
метаболизма глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты превращаются либо в
ацетил-СоА, либо в промежуточные соединения цикла. Цикл лимонной кислоты
играет также главную роль в процессах глюконеогенеза, переаминирования,
дезаминирования и липогенеза, Хотя ряд этих процессов протекает во многих
тканях, печень - единственный орган, в котором идут все перечисленные
процессы. Поэтому серьезные последствия вызывает повреждение большого числа
клеток печени или замещение их соединительной тканью. О жизненно важной
роли цикла лимонной кислоты свидетельствует и тот факт, что у человека
почти не известны генетические изменения ферментов, катализирующих реакции
цикла, так как наличие таких нарушений несовместимо с нормальным
развитием.[10,1993]
Открытие ЦТК.
Впервые предположение о существовании такого цикла для окисления
пирувата в животных тканях было высказано в 1937 году Гансом Кребсом. Эта
идея родилась у него, когда он исследовал влияние анионов различных
органических кислот на скорость поглощения кислорода суспензиями
измельченных грудных мышц голубя, в которых происходило окисление пирувата.
Грудные мышцы отличаются чрезвычайно высокой интенсивностью
дыхания, что делает их особенно удобным объектом для изучения окислительной
активности. Кребс также подтвердил, что обнаруженные ранее в животных
тканях другие органические кислоты (янтарная, яблочная, фумаровая и
щавелевоуксусная) стимулируют окисление пирувата. Кроме того, он нашел, что
окисление пирувата мышечной тканью стимулируется шестиуглеродными
трикарбоновыми кислотами - лимонной, цис-аконитовой и изолимонной, а также
пятиуглеродной (-кетоглутаровой кислотой. Испытаны были и некоторые другие
встречающиеся в природе органические кислоты, но ни одна из них не
обнаружила подобной активности. Обращал на себя внимание сам характер
стимулирующего действия активных кислот: даже малого количества любой из
них было достаточно для того, чтобы вызвать окисление во много раз большего
количества пирувата.[9, 1991]
Простые эксперименты, а также логические рассуждения позволили Кребсу
высказать предположение, что цикл, который он назвал циклом лимонной
кислоты, является главным путем окисления углеводов в мышце. После, цикл
лимонной кислоты был обнаружен практически во всех тканях высших животных и
растений и у многих аэробных микроорганизмов. За это важное открытие Кребс
был удостоен в 1953 году Нобелевской премии. Юджин Кеннеди и Альберт
Ленинджер показали позднее, что все реакции цикла лимонной кислоты
протекают в митохондриях животных клеток. В изолированных митохондриях
печени крысы были обнаружены не только все ферменты и коферменты цикла
лимонной кислоты; здесь же, как выяснилось, локализованы все ферменты и
белки, которые требуются для последней стадии дыхания, т.е. для переноса
электронов и окислительного фосфорилирования. Поэтому митохондрии с полным
правом называют «силовыми станциями» клетки.
Катаболическая роль цикла лимонной кислоты
Цикл начинается со взаимодействия молекулы ацетил-СоА с
щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетатом), в результате которого
образуется шестиуглеродная трикарбоновая кислота, называемая лимонной.
Далее следует серия реакций, в ходе которых происходит высвобождение двух
молекул С02 и регенерация оксалоацетата. Поскольку количество
оксалоацетата, необходимое для превращения большого числа ацетильных единиц
в С02, весьма невелико, можно считать, что оксалоацетат выполняет
каталитическую роль.
Цикл лимонной кислоты является механизмом, обеспечивающим улавливание
большей части свободной энергии, освобождаемой в процессе окисления
углеводов, липидов и белков. В процессе окисления ацетил-СоА благодаря
активности ряда специфических дегидрогеназ происходит образование
восстановительных эквивалентов в форме водорода или электронов. Последние
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10