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