12. Вітамін в2 ( рибофлавін)

За хім. Будовою є похідним трициклічної сполуки ізоалоксазину та спирту рибітолу. Біологічні функції полягають в його участі в окислювально – відновлювальних реакціях. Коферментними формами є флафінаденіндинуклеотид (ФАД) та флавінмононуклеотид (ФМН) – простетичні групи багатьох анаеробних та аеробних дегідратаз та оксидаз, що беруть участь в окисленні численних інтермедіатів вуглеводного, ліпідного та амінокислотного обмінів. Добова потреба- 2.0 – 2.5 мг. Джерела – Продуктах рослинного і тваринного походження.

13. Вітамін рр ( в5, ніацин, нікотинова кислота, нікотинамід)

Є необхідним фактором для перебігу багатьох біохімічних реакцій, пов язаних іх окисленням субстратів вуглеводного, ліпідного, амінокислотного та інших видів метаболізму. Коферментними формами є нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД) анаеробних дегідратаз та нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат (НАДФ), до складу якого входить амід нікотинової кислоти. Недостатність вітаміну – Дерматит ( пелагра), Діарея, Деменції. Добова потреба – 15 – 25 мг. Джерела – хліб, крупи, овочі, м ясні продукти.

14. Вітамін в6 ( піридоксин)

7. Ізоферменти (ізозими) — множинні молекулярні форми одного й того ж ферменту. Ізоферменти каталізують одну й ту ж біохімічну реакцію, але розріз¬няються за своєю первинною структурою і, відповідно, фізико-хімічними (мо-лекулярною масою, рухомістю при електрофорезі тощо) та каталітичними (різною спорідненістю ферменту із субстратом — К ) властивостями. Різні ізоферменти одного й того ж ферменту можуть бути присутніми в різних органах і тканинах (ізоферменти лактатдегідрогенази), субклітинних структурах (мітохондріальний та цитозольний ізоферменти ізоцитратдегідрогенази). Ізоферменти належать до більш широкого класу ізобілків — множинних молекулярних форм певного білка, що зустрічаються в різних організмах в межах одного біологічного виду і є результатами експресії різних генетичних локусів або алеломорфами — продуктами одного локусу. В разі, якщо фермент, що пред¬ставлений ізоферментними формами, має олігомерну будову, його ізоферменти формують за рахунок різних комбінацій неідентичних протомерів. Прикладом такого ізоферментного сімейства можуть бути ізоферменти лактатдегідрогенази (ЛДГ-аза) — ферменту, що каталізує обернену реакцію перетворення піровино¬градної кислоти в молочну: піруват + НАДН + 11'^ — лактат + НАД+

8. МЕХАНІЗМИ ДІЇ ТА КІНЕТИКА Ферментативна кінетика є розділом хімічної кінетики, що займається вивчен¬ням впливу різних хімічних та фізико-хімічних факторів на швидкість реакцій. Вона вивчає, зокрема, залежність швидкостей ферментативних реакцій від концентрацій ферменту, субстрату, рН та температури середовища, дії активаторів та інгібіторів. Загальне рівняння односубстратної ферментативної реакції: Е Б ► РБільш складною є залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації субстрату. З урахуванням взаємодії ферменту із субстратом у ході каталітичного акту (те¬орія Міхаеліса-Ментен) рівняння ферментативного перетворення субстрату набуває вигляду: к+1 к+2 Е + Б , - ЕБ ►Е + Р кі Для характеристики утворення фермент-субстратного комплексу використову¬ється субстратна константа, або константа дисоціації комплексу Міхаеліса: К = к А, 8 -1 +1 Відношення між сумою констант швидкостей реакцій зворотного розпаду (к,) і розщеплення комплексу з утворенням продуктів реакції (к+2) та константою швид¬кості утворення фермент-субстратного комплексу (к+,) називається константою Міхаеліса (^т): К = к, + к+2/ к+1 т -1 +2 +1 Кт має розмірність концентрації (моль/л) і кількісно визначає спорідненість ферменту із субстратом — чим активніший фермент, тим нижче значення його Кт. Значення Кт для різних ферментів коливаються в широкому діапазоні — від 10-6 моль/л для високоактивних ферментів (наприклад, пероксидази) до 10-2 для малоактивних протеаз. Залежність швидкості реакції від концентрації ферменту та субстрату Концентрації ферменту та субстрату є величинами, що найбільш часто зміню¬ються в умовах будь-якої біохімічної ферментативної реакції. Цілком зрозуміло, що швидкість ферментативної реакції буде прямо пропорційно залежати від концентрації ферменту, а саме: 1,17- = к • [Е] , тобто збільшення в клітині рівня певного ферментного білка повинно супрово¬джуватися зростанням швидкості реакції, що каталізується цим ферментом. Вплив рН на активність ферментів Кожен фермент має свій рН-оптимум, тобто значення рН середовища, при якому його каталітична активність максимальна. “Дзвоно- подібна” залежність активностей ферментів від змін рН визначається їх білковою природою, зсувами в дисоціації іоногенних груп та (при екстремальних значеннях рН) розвитком кон- формаційних змін молекул. Більшість внутрішньоклітинних та тканин¬них ферментів організму людини найактивніші в нейтральному, слаболужному або слабокис¬лому середовищі (звичайно, в межах рН між 5,0 та 9,0). Ферментами з оптимумами при екстре- Рис. 7.7. Типова рН-залежність швид- мальних значеннях рН є пепст (рНопт = 1-2) і кості ферментативної реакції. аргіназа (рНопт = 10-11). Вплив температури на активність ферментів Ферменти, відповідно до своєї білкової природи, є термочутливими та термола¬більними утвореннями: 1,18- зростання температури до оптимальних значень (для більшості ферментів — у межах 37-40 °С) супроводжується збільшенням швид¬кості ферментативної реакції відповідно за рів¬нянням Арреніуса (за рахунок частіших ефек¬тивних зіткнень між молекулами); ступінь збільшення швидкості реакції при зростанні 1;° на 10 °С позначають, як температурний коефіцієнт Q10; 1,19- при збільшенні температури вище опти¬мального значення швидкість ферментативної реакції різко зменшується за рахунок конфор- маційних (денатураційних) змін у структурі ферментного білка.

9.АКТИВАТОРИ ТА Інгібітори — хімічні сполуки, що зменшують каталітичну активність фер¬ментів. На відміну від речовин, які інактивують ферменти за рахунок їх дена¬турації (концентровані кислоти та луги, солі важких металів у високих концент¬раціях), дія інгібіторів є специфічною стосовно певних ферментів або груп ферментів, вони мають низьку концентрацію. Залежно від характеру змін, що відбуваються в молекулі ферменту, розрізняють: 1,20- зворотне інгібірування, що описується таким рівнянням взаємодії ферменту з інгібітором I: _ незворотне інгібірування: E + І ► EI. Зворотне інгібірування ферментів, залежно від механізму взаємодії ферменту з інгібітором, поділяється на конкурентне та неконкурентне. Конкурентне інгібірування. Конкурентне інгібірування спричиняють ліганди, що за своєю хімічною структурою близькі до субстрату і взаємодіють із тим самим активним центром на молекулі ферменту, що і субстрат, утворюючи комплекс EI: E + І ^ w EI Класичним прикладом конкурентного інгібітора є малонова кислота НООС- СН2_СООН, яка протидіє зв’язуванню активним центром ферменту сукцинат- дегідрогенази справжнього субстрату — янтарної кислоти (сукцинату) НООС-СН2_СН2_СООН. Конкурентне інгібірування викликають різні антимета¬боліти,

10. Активатори – хімічні речовини, які підвищують швидкість ферментативних реакцій.Вони бувають органічної та неорганічної природи. Органічної природи: • жовчні кислоти (активують підшлункову ліпазу в кишечнику); • ентерокіназа (активує трипсиноген). Глутатіон, цистеїн, вітамін С підвищують активність оскидоредуктаз. Неорганічної природи: • HCl активує пепсиноген; • іони металів 1 та 2-х валентні (Na, Cl, K, Mg, Mn, Zn); Роль металів: • сприяють утворенню фермент-субстратного комплексу; • є донорами та акцепторами електронів; • беруть участь в утворенні активного центру ферментів (Zn → в карбоангідразі, Fe → у цитохромах); • виступають в ролі алостеричних регуляторів.

11. РЕГУЛЯЦІЯ ФЕРМЕНТАТИВНИХ РЕАКЦІЙ Алостеричні ферменти Алостеричні ферменти — це різновид регуляторних ферментів, що, крім активного центру, мають додатковий регуляторний (алостеричний) центр, з яким взаємодіють алостеричні регулятори (ефектори, модулятори). Алостеричні ефектори можуть бути як позитивними, тобто такими, що збіль¬шують каталітичну активність ферменту (алостеричні активатори), так і нега¬тивними, тобто такими, що її гальмують (алостеричні інгібітори). За своєю молекулярною будовою алостеричні регуляторні ферменти склада¬ються, як правило, з декількох поліпептидних ланцюгів, тобто мають четвертинну структуру. Активний та регуляторний (алостеричний) центри локалізуються на різних білкових субодиницях — каталітичній та регуляторній, відповідно. Модифікація каталітичної активності такого ферменту здійснюється шляхом пере¬дачі на каталітичні субоди- ниці конформаційних змін із регуляторних субодиниць, які відбуваються в останніх після взаємодії з ліганда¬ми — ефекторами. Ковалентна модифікація ферментів Постсинтетична ковалентна модифікація ферментних білків є одним із поширених механізмів контролю за перебігом метаболічних процесів. Шляхами такої модифікації є зворотне фосфорилювання-дефосфорилювання (найбільш поширений механізм регуляції), метилування, аденілування, АДФ-рибозилювання білків-ферментів. Фосфорилюють білки спеціальні ферменти протеїнкінази (протеїнфосфокінази), що за рахунок кінцевого (у-) фосфату АТФ здійснюють фосфорилювання серинового чи треонінового (деякі протеїнкінази—тирозинового) радикалу відповідного білка: (Е—OH + АТФ ► Е—О-Ф + АДФ Зворотна реакція — дефосфорилювання білків — каталізується протеїнфос- Е-О— Ф + Н20 ► Е-ОН + Фн Субстратами протеїнкіназ є численні ферментні білки (гліко кіназа фосфорилази Ь, глікогенсинтетаза, тригліцеридліпаза, піруватдегідро- геназа, ацетил-КоА-карбоксилаза тощо), деякі білки мембранних каналів, гістони хроматину тощо.

12. Циклічні нуклеотиди в регуляції ферментативних процесів Важливою та поширеною біологічною системою контролю за ферментативними реакціями, що поєднує в собі різні молекулярні механізми регуляції, є система циклічних нуклеотидів. Циклічні нуклеотиди 3',5'-АМФ (цАМФ) та 3',5'-ГМФ (цГМФ) — це внутрішні (3’5') дифосфорні ефі¬ри аденілової (АМФ) та гуанілової (ГМФ) кислот. Найбільш поширеними є цАМФ-залежні системи контролю за внутрішньоклітинними біохі¬мічними процесами, зокрема за такими, що підлягають нейрогуморальній регуляції з боку цілісного організму, яка реалізується гормонами та нейромедіаторами (глава 23). Регуляція фермен¬тативних процесів за участю цАМФ включає декілька послідовних стадій передавання та трансформації хімічного (регуляторного) сигналу. 1. Утворення циклічних нуклеотидів у реакціях, що каталізуються ферментами циклазами: аденилатциклазою та гуанілатциклазою з нуклеозидтрифосфатів АТФ та ГТФ, відповідно: ГТФ ► 3',5'-ГМФ + ФФн АТФ ►3',5'-АМФ + ФФн Розщеплення цАМФ та цГМФ до звичайних, нециклічних нуклеозидмонофосфатів каталізується фосфодіестеразою циклічних нуклеотид Фермент аденілатциклаза розміщений у плазматичних мембранах клітин і його активація відбувається в результаті взаємодії з рецепторами мембран певних фізіологічно активних сполук, зокрема гормонів адреналіну, глюкагону тощо. 1,21- Активація циклічним АМФ протеїнкіназ, функцією яких є фосфорилювання інших ферментних білків. Ці цАМФ-залежні протеїнкінази є регуляторними ферментами, що активуються цАМФ за механізмом алостеричного контролю. цАМФ-залежна протеїнкіназа є тетрамером, що складається з двох каталітичних та двох регуляторних субодиниць (C2R2), як і інші ферменти з алостеричним механізмом регуляції. Взаємодія чотирьох молекул цАМФ із R-субодиницями призводить до дисоціації протеїнкіназного комплексу з вивільненням С-субодиниць, які спроможні до каталізу відповідної реакції (тобто фосфорилювання відповідних клітинних білків): C2R2 + 4цАМФ ► 2C + RrцАМФ4 Активована протеїнкіназа може фосфорилювати декілька сотень або тисяч білків- субстратів, що призводить до значного посилення первинного хімічного регуляторного сигналу — каскадна система регуляції. Більш детально молекулярні механізми включення цАМФ-залежних каскадів біохімічних реакцій при дії гормонів на чутливі клітини будуть розглянуті в главі 23.

13.ЕНЗИМОПАТІЇ Поняття “уроджені вади метаболізму” було висунуто ще в 1908 р. лікарем AGar^d, який першим розпізнав спадкову природу таких порушень метаболізму в людини, як алкаптонурія, цистинурія, альбінізм та пентозурія. Завдяки розвитку біохімічної генетики встановлено, що молекулярною основою уроджених вад метаболізму є дефекти ферментів (ензимопатії), що спричинені мутаціями в складі генів, які відповідальні за синтез певних ферментних білків. До ензимопатій належать: 1,22- уроджені порушення метаболізму простих та складних вуглеводів; 1,23- уроджені порушення метаболізму ліпідів; 1,24- уроджені порушення метаболізму амінокислот; 1,25- уроджені порушення метаболізму порфіринів; 1,26- уроджені порушення метаболізму пуринів та піримідинів. На даний час відомо близько 150 спадкових ензимопатій. Зрозуміло, що, якщо ген, експресія якого відбувається шляхом синтезу білка-ферменту, є домінантним, певна патологія метаболізму проявляється вже в гетерозиготному стані; у випадку дефекту в структурірецесивного гена гетерозиготні за даним геном особини здатні синтезувати відповідний білок у зменшеній кількості, й ензимопатія у вигляді спадкової патології часто проявляє себе лише за певних фізіологічних умов. ЭНЗИМОПАТИИ (от энзимы и...патия) (ферментопатии), заболевания, обусловленные отсутствием какого-либо фермента или изменением его активности. Выделяют энзимопатии наследственные (некоторые формы сахарного диабета, подагры и др.) и приобретенные (так называемые алиментарные энзимопатии - болезни, связанные с длительным дефицитом белка в пище, например квашиоркор, различные виды витаминной недостаточности).

14. Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания (или синдрома) на основе определения активности ферментов в биологических жидкостях человека. Принципы энзимодиагностики основаны на следующих позициях: • при повреждении клеток в крови или других биологических жидкостях (например, в моче) увеличивается концентрация внутриклеточных ферментов повреждённых клеток; • количество высвобождаемого фермента достаточно для его обнаружения; • активность ферментов в биологических жидкостях, обнаруживаемых при повреждении клеток, стабильна в течение достаточно длительного времени И отличается от нормальных значений; • ряд ферментов имеет преимущественную или абсолютную локализацию в определённых органах (органоспецифичность); • существуют различия во внутриклеточной локализации ряда ферментов. 15. 13.14 Ензимопатологія – це спадкові захворювання, які пов’язані із порушенням біосинтезу білків-ферментів. Так, галактоземія – хвороба, при якій спостерігається висока концентрація галактози в крові внаслідок дефекту синтезу гексозо-1-фосфат- уридилтрансферази, яка перетворює галактозу на глюкозу. Альбінізм характеризується відсутністю пігментів в шкірі, волоссі, сітківки. Меланоцити втратили здатність утворювати меланін внаслідок порушення синтезу тирозинази. Фенілпіровиноградна олігофренії виникає як наслідок спадкового порушення синтезу фенілаланінгідроксилази – ферменту, що гідроксилює фенілаланін у тирозин. Це призводить до накопичення фенілаланіну в організмі, він розпадається з утворенням і накопиченням токсичних сполук (фенілпірувату, феніллактату, фенілацетату), що порушують обмін речовин в організмі, особливо в мозку. У дітей гальмується розумовий розвиток, виявляються психічні відхилення.

15.Ензимотерапія – це використання ферментів як фармакологічних засобів. Лікування ферментами проводиться, в основному, при їхній недостатності в організмі (заміщу вальна ензимотерапія), а також як допоміжних засобів в комплексній терапії різних захворювань. Ферменти пепсин, трипсин, хімотрипсин, амілаза, ліпаза та інші застосовуються при шлунково-кишкових захворюваннях. Трипсин використовується зовнішньо для очистки гнійних ран і внутрішньом’язово як протизапальний засіб при остеомієлітах та гайморітах; фібринолізин рекомендують для розсмоктування тромбів судин, цитохром с вживається при отруєнні чадним газом та деякими отруйними сполуками, які пригнічують тканинне дихання. Препарати типу тромбіну використовують для запобігання кровотечі або її зупинки. Нуклеази використовують під час лікування вірусних хвороб. Наприклад, очні краплі з ДНК-азою застосовують для лікування вірусного кон’юктивіту. Аспарагіназу застосовують для лікування деяких форм лейкозів. Лікування основане на тому, що амід аспарагінової кислоти – аспарагін- є необхідним для синтезу білків утлейкозних клітинах, однак він не синтезується в цих клітинах, і повинен надходити із плазми. Введена в кров хворого аспарагіназа руйнує аспарагін, синтез білків у лейкозних клітинах припиняється – клітини гинуть. Препарати лідаза, ронідаза тощо, які каталізують розщеплення цементуючої речовини сполучної тканини – гіалуронову кислоту, використовуються разом із іншими лікарськими засобами, що значно прискорює їх всмоктування та зменшує біль. Гіалуронідазу також застосовують для розсмоктування гематом при крововиливах, ексудатів у плевральній і черевній порожнинах, рубців та ін. Ензимодіагностика – використання ферментів у діагностиці захворювань. Кожен рган або тканина має характерний для них спектр ферментів, поява яких у крові надає змогу діагностувати патологію. Так, для серцевого м’язу найспецифічнішими є креатинкіназа (КК), аспартатамінотрансфераза (АСТ) і лактатдегідрогеназа (ЛДГ). У печінці переважають аланінамінотрансфераза (АЛТ), ЛДГ, лужна фосфатаза (ЛФ); у скелетних м’язах – ЛДГ, КК і меншою мірою АСТ: у кістковій системі – ЛФ; у передміхуровій залозі – α-амілаза. Для ізоферментів також визначеа їх локалізація. При інфаркті міокарда визначається суттєве збільшення активності АСТ, КК, ЛДГ1, при хворобах печінки – АЛТ, альдолази, ЛДГ4,5; при запальних процесах у підшлунковій залозі - α-амілази; при пухлинах у кістковій системі – ЛФ; рак простати супроводжується збільшенням КФ

16. ПРИНЦИПИ ТА МЕТОДИ ВИЯВЛЕННЯ ФЕРМЕНТІВ ..Одиниці виміру активності ферментів Оскільки кількість ферменту в біологічному об’єкті в більшості випадків визна¬чити неможливо, для характеристики швидкості біохімічної реакції, що каталі¬зується певним ферментом, за умов сталості інших показників середовища (фізико- хімічних параметрів, концентрації активаторів та інгібіторів) користуються значен¬нями активності ферменту. Одиниці активності ферментів — умовні величини, що базуються на лінійній залежності швидкості ферментативної реакції від кількості ферменту (або кіль¬кості його молекул, що перебувають у каталітично активному стані). 1,27- У біохімічній практиці загальноприйнятими є одиниці ферменту. Одиницею ферменту (U — unit; англ.) є така його кількість, яка каталізує перетворення 1 мкмоля субстрату за 1 хв: 1 U = 1 мкмоль/хв. 1,28- При використанні одиниць системи СІ (SI) активність ферменту виражають в каталах (кат). 1 катал — така кількість ферменту, яка каталізує перетворення 1 моля субстрату за 1 с: 2. кат = 1 моль/c. 1,29- Розповсюдженою одиницею є питома активність ферменту, яка визнача¬ється кількістю одиниць ферментної активності, що припадають на 1 мг білка в біологічному об'єкті (U/мг білка). У медичній ензимології активність ферменту часто виражають в одиницях (U) на 1 л біологічної рідини, що досліджується, — сироватки крові, слини, сечі тощо (U/л).

17. Обмін речовин (метаболізм) — сукупність біохімічних реакцій перетворення хімічних сполук (метаболітів), що відбуваються в живих організмах. Постійний обмін речовинами та енергією з навколишнім середовищем є головною ознакою живої клітини, що визначає її термодинамічно стаціонарний стан та протидіє зростанню ентропії в будь-якій біологічній системі. 1,30- ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ОБМІНУ РЕЧОВИН Обмін речовин в організмі людини та вищих тварин складається з декількох послідовних стадій, що включають у себе: 3. надходження біоорганічних речовин (поживних сполук) — білків, ліпідів, вуг¬леводів, вітамінів, мінеральних елементів, води—до організму в складі продуктів харчування; 4. перетворення поживних сполук (білків, полісахаридів, жирів) у травному каналі до простих сполук (амінокислот, моносахаридів, жирних кислот, гліцерину), що здатні всмоктуватися епітелієм слизової оболонки шлунка та кишечника; 5. біотранспорт молекул — продуктів травлення поживних речовин кров’ю та лімфою, надходження їх через мембрани судин та клітинні мембрани до певних органів і тканин (печінки, м’язів, головного мозку, нирок, жирової тканини тощо); 6. внутрішньоклітинний метаболізм біомолекул в органах і тканинах (проміж¬ний обмін, або власне метаболізм у вузькому значенні); 7. виділення (екскреція) з організму—через нирки, легені, шкіру, кишечник — кінцевих продуктів обміну речовин (діоксиду вуглецю, аміаку, сечовини, води, продуктів кон’югації деяких органічних молекул та продуктів їх окислення). Реакції внутрішньоклітинного метаболізму включають у себе такі біохі¬мічні перетворення: а) розщеплення біоорганічних молекул (глюкози, жирних кислот, амінокислот, гліцерину) до кінцевих продуктів проміжного обміну (діоксиду вуглецю, води, аміаку) з вивільненням хімічної енергії та акумуляцією її у формі аденозинтри- фосфорної кислоти (аденозинтрифосфату, АТФ), інших макроергічних фосфатів або протонного потенціалу, що забезпечує енергетичні потреби основних процесів життєдіяльності. Сукупність процесів розщеплення біомолекул з вивільненням енергії отримала назву катаболізму; б) синтез специфічних, генетично притаманних даному організмові біомолекул (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів, біорегуляторів тощо), що необхідні для утворення власних клітинних та позаклітинних біоструктур. Ці процеси отри¬мали назву анаболізму та потребують використання енергії у формі АТФ. в) використання енергії (у формі АТФ або протонного потенціалу) для забезпе¬чення таких процесів клітинної фізіології, як функціонування скоротливих структур (м’язове скорочення, діяльність елементів цитоскелета, війок і джгутиків тощо), екзо- та ендоцитоз, генерація мембранного потенціалу, активний транспорт мета¬болітів та неорганічних іонів. Обмін речовин (метаболізм) — сукупність біохімічних реакцій перетворення хімічних сполук (метаболітів), що відбуваються в живих організмах. Постійний обмін речовинами та енергією з навколишнім середовищем є головною ознакою живої клітини, що визначає її термодинамічно стаціонарний стан та протидіє зростанню ентропії в будь-якій біологічній системі.

18. СПІЛЬНІ СТАДІЇ У ферментативному розщепленні складних біоорганічних сполук в організмі виділяють три основних стадії (етапи), що є загальними для катаболізму різних біомолекул.Стадія 1. На першій стадії катаболізму складні молекули (макромолекули вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот та молекули ліпідів) розщеплюються до простих компонентів:полісахариди — до моносахаридів (переважно — глюкози, фруктози, галак¬този); 1,31- ліпіди (триацилгліцероли)—до жирних кислот та гліцеролу; 1,32- білки — до амінокислот; 1,33- нуклеїнові кислоти—до нуклеотидів. Реакції першої стадії катаболізму є гідролітичними за своїм механізмом і каталізуються гідролазами травного тракту (шлунка, кишечника). Ці реакції не супроводжуються суттєвим вивільненням хімічної енергії. Стадія 2. На другій стадії катаболізму декілька десятків метаболітів, що утворились на першій стадії, підлягають ферментативним реакціям розщеплення з вивільненням певної кількості хімічної енергії, яка акумулюється у високо-енергетичних (макроергічних) зв’язках АТФ. Реакції другої стадії катаболізму відбуваються внутрішньоклітинно (в цито¬плазмі та частково в мітохондріях). Основними з цих реакцій є: для моносахаридів — гліколіз, кінцевим метаболітом якого є піровиноградна кислота (піруват), що в подальшому окислюється до активної форми оцтової кислоти — ацетил-коензиму А (ацетил-КоА); для жирних кислот — Р-окислення, кінцевим продуктом якого є ацетил-КоА; для гліцеролу — розщеплення до пірувату, який перетворюється в ацетил-КоА; для амінокислот та нуклеотидів — дезамінування з виділенням аміаку та розщепленням безазотистих молекулярних скелетів до дво- і тривуглецевих кар¬бонових кислот та їх похідних; більшість із цих метаболітів у кінцевому підсумку також утворюють ацетильний радикал у формі ацетил-КоА. Таким чином, ацетил-КоА — це загальний кінцевий продукт другої стадії внутрішньоклітинного катаболізму вуглеводів, ліпідів та амінокислот. Стадія 3. На третій стадії катаболізму відбувається окислення ацетил-КоА до кінцевих метаболітів — двоокису вуглецю та води. Ця стадія має місце в мітохондріях і складається з двох процесів: 1,34- циклу трикарбонових кислот (ЦТК, циклу Кребса), в результаті функ¬ціонування якого утворюється СО2, а атоми водню використовуються для віднов¬лення коферментів нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД+) та флавінаденінди- нуклеотиду (ФАД); 1,35- системи електронного транспорту в мембранах мітохондрій, в якій атоми водню (протони та електрони) переносяться на кисень з утворенням Н2О;

19. Цикл трикарбонових кислот (цикл лимонної кислоти, цикл Кребса) — циклічна послідовність ферментативних реакцій, у результаті яких ацетил-КоА (СН3-СО~8-КоА) — продукт катаболізму основних видів метаболічного палива (вуглеводів, жирів, амінокислот), окислюється до двоокису вуглецю з утворенням атомів водню, які використовуються для відновлення первинних акцепторів дихального ланцюга мітохондрій — нікотинамідних або флавінових коферментів. Цикл трикарбонових кислот (ЦТК) — це загальний кінцевий шлях окислювального катаболізму клітини в аеробних умовах. Реакції і ферменти ЦТК локалізовані в матриксі та внутрішній мембрані мітохондрій. Вони функціонально та біохімічно спряжені з мітохондріаль- ними електронотранспортними ланцюгами, що викори¬стовують для відновлення атомів кисню відновлю- вальні еквіваленти від НАДН (НАДН + Н+) та ФАДН2 або ФМНН2 і утворюють АТФ у ході окисного фос- форилювання. Схема функціонування ЦТК Цикл трикарбонових кислот починається з взаємо¬дії (конденсації) двовуглецевої молекули ацетил-КоА (С2) з чотиривуглецевою (С4) щавлевооцтовою кис¬лотою (оксалоацетатом), що призводить до утворення шестивуглецевої (С6) молекули лимонної кислоти (цитрату). В результаті подальшого багатоступеневого перетворення три- та дикарбоно- вих кислот (інтермедіатів ЦТК) відбувається регенерація оксало- ацетату (С4) та виділяються дві молекули двоокису вуглецю (С2). Таким чином, коензим А від¬щеплюється від ацетил-КоА (“ак¬тивної форми оцтової кислоти”) вже в першій реакції ЦТК; у ході функціонування подальших реакцій циклу відбувається відщеплення від цитрату (альтернативна назва 1,36- Утворення лимонної кислоти (цитрату) за рахунок конденсації ацетил-КоА з щавлевооцтовою кислотою (оксалоацетатом): Ацетил-КоА 0ксалоацетат Цитрат Реакція каталізується ферментом цитратсинтазою. Вона є регуляторним фер¬ментом, активність якого гальмується АТФ, НАДН, сукциніл-КоА та довголанцю- говими ацил-КоА. 1,37- Перетворення (ізомеризація) цитрату на ізоцитрат. Реакція каталізується ферментом аконітазою і складається з двох етапів: 1,37- Дегідратація лимонної кислоти з утворенням цис-аконітової кислоти (цис- аконітату): Цитрат Цис-аконітат 1,37- Приєднання до цис-аконітату молекули води. При приєднанні до подвійного зв’язку в складі цис-аконітату Н+ та 0Н- у транс-положенні результатом реакції є утворення ізолимонної кислоти (ізоцитрату): Цис-аконітат Ізоцитрат 1,38- Дегідрування та декарбоксилювання ізоцитрату. Реакція каталізується НАД- залежною ізоцитратдегідрогеназою і призводить до утворення а-кетоглута- рової кислоти (а-кетоглутарату). Ізоцитратдегідрогеназа є регуляторним ферментом, позитивний модулятор якого — АДФ, негативний — НАДН. Фермент має дві молекулярні форми — мономерну (молекулярна маса ізо- цитратдегідрогенази з мітохондрій серця дорівнює 330 кД) та димерну. В при¬сутності позитивного модулятора АДФ мономери агрегують між собою з утворен-ням димеру. Негативний модулятор НАДН протидіє індукованій АДФ агрегації мономерних форм ферменту. Обидві молекулярні форми ізоцитратдегідрогенази мають каталітичні властивості, але за умов низької концентрації АДФ димер значно більш активний. 1,39- Окислення а-кетоглутарату до сукцинату. Цей процес відбувається у дві стадії: 1,39- Окислювальне декарбоксилювання а-кетоглутарату з утворенням сукциніл-КоА — стадія, що каталізується мультиензимним а-кетоглутарат- дегідрогеназним комплексом. Кінцевий продукт — високоенергетичний тіоефір сукциніл-КоА, в макроергічному зв’язку якого акумульовано хімічну енергію окислювально-відновлювальною реакцією, що мала місце: НАДН, що утворився в цій реакції, окислюється в дихальному ланцюзі міто¬хондрій із генерацією 3 молекул АТФ. За механізмом реакції цей процес нагадує окислювальне декарбоксилювання пірувату до ацетил-КоА (див. главу 11); як і піруватдегідрогеназний, а-кето- глутаратдегідрогеназний комплекс має у своєму складі коферменти тіамінди- фосфат (ТДФ), ліпоєву кислоту (ЛК), КоА, НАД+ та ФАД. Молекулярна маса цього комплексу з клітин Е.соїі дорівнює 2,1-106. 1,39- Деацилювання сукциніл-КоА (перетворення на янтарну кислоту (сукцинат). Реакція каталізується ферментом сукцинілтіокіназою. У результаті розщеп¬люється макроергічний зв’язок у молекулі сукциніл-КоА, та за рахунок цієї енергії утворюється нова макроергічна сполука нуклеозидтрифосфат ГТФ: Потім ГТФ передає свою кінцеву фосфатну групу на АДФ у нуклеозид- фосфокіназній реакції з утворенням АТФ: ГТФ + АДФ ГДФ + АТФ 1,40- 0кислення янтарної кислоти до фумарової кислоти (фумарату). Реакція каталізується ФАД-залежним ферментом сукцинатдегідрогеназою: Сукцинат Фумарат (транс-сполука) 0кислення відновленого коферменту (ФАДН2) за допомогою коензиму Q дихального ланцюга мітохондрій призводить до синтезу за рахунок окисного фосфорилювання 2 молекул АТФ. 1,41- Перетворення фумарової кислоти на яблучну кислоту (малат) внаслідок приєднання до фумарату молекули води. Реакція каталізується ферментом фумарат-гідратазою (фумаразою): 1,42- 0кислення малату до оксалоацетату (щавлевооцтової кислоти). Реакція каталізується НАД-залежним ферментом — малатдегідрогеназою мітохондрій: 0кислення НАДН, що утворився, в дихальному ланцюзі мітохондрій призво¬дить до генерації 3 молекул АТФ. Малатдегідрогеназна реакція завершує цикл трикарбонових кислот. 0ксало- ацетат, який є продуктом даної реакції, здатний до взаємодії з новими моле¬кулами ацетил-КоА.

20. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНС ЦИКЛУ ТРИКАРБОНОВИХ КИСЛОТ Біохімічний підсумок циклу трикарбонових кислот полягає в утворенні двох молекул С02 (в ізоцитратдегідрогеназній та а-кетоглутаратдегідрогеназній реак¬ціях) та чотирьох пар атомів водню, три з яких акцептуються НАД+ та одна — ФАД. Відновлені коферменти окислюються в дихальному ланцюзі мітохондрій, утворюючи за рахунок окисного фосфорилювання по 3 молекули АТФ на кожну молекулу НАДН і по 2 молекули АТФ на кожну молекулу ФАДН2. Крім того, одна молекула АТФ утворюється в субстратному фосфорилюванні при перетворенні сукциніл-КоА в сукцинат Реакція Кофермент Кількість молекул АТФ, що утворюються 1. Ізоцитрат — а-кетоглутарат НАД 3 2. а-кетоглутарат — сукциніл-КоА НАД 3 3. Сукциніл-КоА — сукцинат ГДФ 1 4. Сукцинат — фумарат ФАД 2 5. Малат — оксалоацетат НАД 3 Усього 12

22.Реакції біологічного окислення.. Тканинне дихання Реакції біологічного окислення складають молекулярну основу тканинного дихан¬ня —поглинання О2 живими тканинами, яке є інтегральним фізіологічним показником інтенсивності перебігу в них окислювально-відновлювальних процесів. Джерелом кисню для цього процесу є 09, який надходить в тканини за умов нормальної діяльності системи зовнішнього дихан- нята кисеньтранспортувальної функції гемоглобіну крові, і через плазматичні мембрани дифундує всередину клітин. У результаті тканинного дихання, яке відбувається в мітохондріях, атоми кисню включаються в молеку¬лу води, а вуглець біоорганічних сполук, що окислю¬ються, виділяється у формі двоокису вуглецю. Саме мітохондріальне дихання є біохімічною основою утво¬рення та акумуляції вільної хімічної енергіі, яка викори¬стовується у ендергонічних процесах. У гепатоцитах печінки та клітинах деяких інших спе¬ціалізованих тканин деяка частина кисню, який поглина¬ється клітиною під час тканинного дихання, використо¬вується в біологічному окисленні екзогенних та ендо¬генних субстратів у мембранах ендоплазматичного ретикулума — процесі мікросомального окислення, що є механізмом модифікації гідрофобних молекул в організмі. Його частка в сумарному балансі поглинання клітиною кисню складає в гепатоцитах до 20 %. Типи реакцій біологічного окислення Усі окислювально-відновлювальні реакції, що відбуваються в живих клітинах, каталізуються ферментами з класу оксидоредуктаз. У процесах біологічного окислення, що мають місце в живих системах, ви¬діляють такі класи реакцій: 1,43- Реакції, пов’язані з передаванням субстратом, що окислюється (БН2), певному акцептору (А), водню (тобто протонів і електронів): БН2 + А ►Б + АН2 Реакції такого типу називаються реакціями дегідрування, а ферменти, що їх каталізують — дегідрогеназами. Коферментами дегідрогеназ, що виконують функції безпосередніх акцепторів відновлювальних еквівалентів, є такі сполуки: 8. нікотинамідні (піридинові) коферменти — нуклеотиди НАД+ (нікотинамід- аденіндинуклеотид) та НАДФ+ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат); 9. флавінові коферменти — нуклеотиди ФАД (флавінаденіндинуклеотид) та ФМН (флавінмононуклеотид). Ці коферменти передають електрони на подальші біохімічні акцептори, утво¬рюючи ланцюги передавання відновлювальних еквівалентів у біологічних системах. Залежно від хімічної природи акцептора, з яким взаємодіють дегідрогенази, реакції дегідрування поділяють на такі класи: 4- Реакції дегідрування, в яких акцептором є хімічна сполука (И), відмінна від кисню: Ферменти, що каталізують такі реакції, — анаеробні дегідрогенази. 5- Реакції дегідрування, в яких як акцептор використовується кисень: Ферменти, що каталізують ці реакції, — аеробні дегідрогенази, або оксидази; в результаті їх дії утворюється перекис водню. 1,44- Реакції, що відбуваються з передаванням від субстрату до акцептора електронів (одного або двох): Реакції такого типу каталізуються цитохромами дихального ланцюга мітохондрій. 1,45- Реакції, що полягають у безпосередньому приєднанні до субстрату, який окислюється, одного або двох атомів кисню. Такі реакції дістали назву оксигеназних, а відповідні ферменти, що їх ката¬лізують, — оксигеназ. Залежно від кількості атомів кисню, що взаємодіють із субстратом, оксигеназні реакції поділяють на:

монооксигеназні:

діоксигеназні:

23. ФЕРМЕНТИ БІОЛОГІЧНОГО ОКИСЛЕННЯ 1,46- Дегідрогенази, залежні від нікотинамідних коферментів (НАД(Ф)- залежні дегідрогенази). Коферментами цих дегідрогеназ є нуклеотиди НАД+ або НАДФ+, у структурі молекул яких міститься похідне піридину — нікотинамід (глава 6). Зв’язок між НАД+ (або НАДФ+) та білковою частиною ферменту (апофер¬ментом) у складі піридинзалежних дегідрогеназ нестійкий: він утворюється та руйнується в процесі каталітичного циклу, що дозволяє вважати нікотинамідні нуклеотиди скоріше субстратами, ніж простетичними групами. Реакції, що каталізуються НАД(Ф)-залежними дегідрогеназами, можуть бути зображені в загальному вигляді такими рівняннями: Активною структурою в молекулі НАД+ або НАДФ+, що акцептує віднов- лювальні еквіваленти від субстрату, є піридинове кільце никотинаміду. У ході ферментативної реакції субстрат відщеплює два атоми водню (2Н+ + 2е), один з яких у формі гідрид-іону: Н- (тобто Н+ + 2е) приєднується до піридинового кільця НАД(Ф)+, а другий у вигляді протону (іону Н+) надходить у реакційне середовище: Як свідчить наведене рівняння, під час реакції до четвертого вуглецевого атома нікотинаміду приєднується атом водню (тобто Н++ е), а додатковий електрон гідрид-іону взаємодіє з азотом піридинового кільця. В подальшому викладенні тексту відновлені форми нікотинамідних коферментів (системи НАД(Ф)Н + Н+) для спрощення будуть в деяких випадках позначатися як НАД(Ф)Н. Дегідрогенази, залежні від нікотинамідних коферментів, дуже поширені в живих клітинах. Вони виконують функції анаеробних дегідрогеназ, що відщеплюють протони та електрони від багатьох субстратів, відновлюючи НАД+ або НАДФ+, передаючи в подальшому відновлювальні еквіваленти на інші акцептори. відновлювальні реакції, що містяться на окислювальних шляхах метаболізму — гліколізу, циклу лимонної кислоти, ^-окислення жирних кислот, окисного дезамінування амінокислот, дихального ланцюга мітохондрій. НАДФ-залежні дегідрогенази — ці ферменти беруть участь у процесах від- новлювального синтезу, що відбуваються в цитозолі, зокрема постачають атоми водню при синтезі жирних кислот та стероїдів. Головним джерелом відновленого НАДФ є дегідрогеназні реакції пентозофосфатного шляху окислення глюкози. 1,47- Флавінзалежні дегідрогенази. Дегідрогенази цього типу за хімічною природою є флавопротеїнами, просте- тичними групами, в яких є флавінаденіндинуклеотид (ФАД) та флавінмоно- нуклеотид (ФАД) (будову див. главу 6). На відміну від піридинзалежних дегідрогеназ, у більшості флавінзалежних ферментів коферменти (ФАД та ФМН) міцно зв’язані з білковою частиною і не відщеплюються від неї на жодній стадії каталітичного циклу. Виключенням є ФАД- залежна оксидаза D-амінокислот, у складі якої білок має низьку спорідненість із коферментом. 1,48- Цитохроми. Цитохроми — залізовмісні білки мітохондрій, що належать до класу гемо- протеїнів. У цитохромах іон заліза входить до складу металопорфіринового комплексу (гемінове залізо), близького за хімічною структурою до простетичних груп гемоглобіну та міоглобіну. За рахунок оберненої зміни валентності гемінового заліза цитохроми виконують функцію транспорту електронів у ланцюгах біологічного окислення в аеробних клітинах: Цитохром ^е3+) + е- ► Цитохром ^е2+) Залежно від характерних особливостей спектрів поглинання, розрізняють три класи цитохромів (а, Ь, с). У мітохондріях еукаріотів наявні п’ять різновидів цитохромів — Ь, с, с1, а, а3; в ендоплазматичному ретикулумі гепатоцитів містяться цитохроми Р-450 та Ь5, що беруть участь у реакціях окислювального гідроксилювання.

24.ПОСЛІДОВНІСТЬ КОМПОНЕНТІВ ДИХАЛЬНОГО ЛАНЦЮГА БІОЛОГІЧНОГО ОКИСЛЕННЯ В МІТОХОНДРІЯХ Система біологічного окислення, що локалізована в мембранах мітохондрій , здійснює дегідрування органічних субстратів та послідовний перенос відновлю- вальних еквівалентів на кисень через ряд проміжних переносників — транспор¬терів електронів та протонів. Ця система організована у вигляді ланцюга електронного транспорту, або дихального ланцюга мітохондрій. Дихальний ланцюг мітохондрій — сукупність молекулярних компонентів (ферментів та коферментів), які вбудовані в ліпідний матрикс внутрішніх міто- хондріальних мембран і здійснюють окислення біологічних субстратів та послі-довне, ступеневе транспортування відновлювальних еквівалентів на кисень з утворенням молекули води. Компоненти дихального ланцюга мітохондрій: НАДН-дегідрогеназа — компонент дихального ланцюга, що окислює від¬новлений НАД+ (НАДН); входить до складу молекулярного комплексу внутрішніх мітохондріальних мембран НАДН-коензим Q-редуктази.

Сукцинатдегідрогеназа — компонент дихального ланцюга, що окислює янтарну кислоту; входить до складу молекулярного комплексу сукцинат-коензим Q-редуктази. Коензим Q (убіхінон) — ліпідорозчинний хінон з ізопреноїдним бічним ланцюгом, що містить у тканинах ссавців десять п’ятивуглецевих ізопреноїдних залишків ^). Убіхінон виконує функцію колектора відновлювальних еквівалентів, акцентуючи протони та електрони не тільки від ФМН-залежної НАДН-дегід- рогенази, а й від ФАД-залежних дегідрогеназ мітохондрій (сукцинатдегідрогенази та дегідрогеназ системи ^-окислення жирних кислот тощо). Цитохроми мітохондрій: Цитохром Ь. Цитохром с1. Цитохром с. Цитохром а. Цитохром а3. Залізо-сіркові білки, що містять негемове залізо ^еБ), — це білки, асоційовані з флавопротеїнами мітохондрій (металофлавопротеїнами) та цитохромом Ь.

24. Комплекси дихального ланцюга внутрішніх мембран мітохондрій НАДН-коензим Q-редуктаза — ферментний комплекс (являє собою флаво- протеїн, що містить ФМН), який окислює НАДН і передає відновлювальні еквіваленти на коензим Q (убіхінон); у складі НАДН-коензим Q-редуктази НАДН- дегідрогеназа асоційована з FeS-білками (так званий комплекс I). Сукцинат-коензим Q-редуктаза — ферментний комплекс (ФАД-залежний флавопротеїн), який окислює сукцинат, відновлюючи коензим Q; до складу комп¬лексу входить флавопротеїн сукцинатдегідрогеназа, асоційована з FeS-білком (комплекс II). Коензим Q-цитохром с-редуктаза (убіхінолдегідрогеназа) — ферментний комплекс, що складається з цитохрому Ь, FeS-білка та цитохрому с1; фермент¬ний комплекс транспортує електрони з відновленого коензиму Q ^Н2) на цитохром с (комплекс III). Цитохром с-оксидаза — ферментний комплекс, що складається з цитохромів а та а3 (комплекс IV); комплекс здійснює кінцеву стадію біологічного окислення — відновлення електронами молекулярного кисню; він містить іони міді, як і інші оксидази. Шляхи включення відновлювальних еквівалентів у дихальний ланцюг мітохондрій 1,49- Включення протонів і електронів у дихальний ланцюг через ФМН флавопро- теїну НАДН-коензим Q-редуктази. Цим шляхом на молекулу убіхінону надходять відновлювальні еквіваленти, відщеплені від відповідних субстратів НАДН- залежними дегідрогеназами. 1,50- Включення протонів і електронів у дихальний ланцюг через ФАД сукцинат- коензим Q-редуктази та деяких інших ФАД-залежних дегідрогеназ. Цим шляхом на убіхінон надходять відновлювальні еквіваленти від янтарної кислоти — метаболіту циклу трикарбонових кислот та певних інших субстратів. Послідовність включення окремих компонентів системи транспорту електро¬нів і протонів у дихальний ланцюг мітохондрій подано на рисунку 9.2. Як випливає з наведеної схеми, дихальний ланцюг мітохондрій організований таким чином, що перенос у ньому відновлювальних еквівалентів (електронів) відбувається в напрямку від електронегативного кінця (флавопротеїнів) до електропозитивного цитохрому а3. Більшість метаболітів (субстрати гліколізу, циклу трикарбонових кислот тощо) передає атоми водню в дихальний ланцюг через НАДН-дегідрогеназу (Е-ФМН); сукцинат та КоА-похідні жирних кислот віддають електрони та протони на коензим Q через специфічні флавопротеїни (Е-ФАД), минаючи ФМН-залежний флавопротеїн. Убіхінон є останнім компонентом дихального ланцюга мітохондрій, що здатний транспортувати як електрони, так і протони. На рівні цитохрому Ь шляхи електронів і протонів розділяються — протони переходять з внутрішньої поверхні мітохондрі- альної мембрани на зовнішню, а електрони через послідовність цитохромів транспортуються на цитохром а3, який відновлює кисень:

25. Окисне фосфорилювання — процес, шляхом якого хімічна енергія, що вивільняється під час транспортування електронів упродовж дихального (електронотранспортного) ланцюга мітохондрій, уловлюється та викори-стовується для синтезу аденозинтрифосфату (АТФ) з аденозиндифосфату (АДФ) та неорганічного фосфату (Фн). Синтез АТФ з АДФ та неорганічного фосфату Фн (Р. — англ.) отримав назву спряження дихання (електронного транспорту в мітохондріях) та окисного фосфо- рилювання. Коефіцієнт окисного фосфорилювання — відношення кількості зв’язаного (етерифікованого) неорганічного фосфату (моль) до кількості поглинутого міто- хондріями кисню (моль) (позначається як ФН (Р;)/0) — кількісно дорівнює числу молекул АТФ, що утворюються при перенесенні двох відновлювальних екві¬валентів на один атом кисню, тобто АТФ/О Пункти спряження транспорту електронів та окисного фосфорилювання Утворення АТФ з АДФ та Фн може відбуватися тільки в певних ділянках електронотранспортного ланцюга мітохондрій, в яких величина хімічної енергії, що виділяється при транспортуванні пари електронів між двома редокс-систе- мами (компонентами дихального ланцюга), достатня для синтезу 1 молекули АТФ (тобто > 7,3 ккал, або 30,5 кДж) — табл. 9.3. Таблиця 9.3. Ділянки дихального ланцюга мітохондрій, де вивільнення хімічної енергії достатнє для синтезу молекули АТФ Ділянка дихального ланцюга АЕо’ (вольт) АG (ккал) (кДж) Комплекс I (НАДН —^ коензим 0) 0,27 12,2 51,0 Комплекс III (цитохром Ь —цитохром Сі) 0,22 9,9 41,4 Комплекс IV (цитохром а3—О2) 0,53 23,8 99,6

Зазначені ділянки електронотранс- портного ланцюга називаються пункта¬ми спряження дихання (електронного транспорту) з окисним фосфорилю- ванням — рисунок 9

26. Хеміоосмотична теорія окисного фосфорилювання Молекулярні механізми генерації АТФ в ході біологічного окислення в мітоходріях пояснюються хеміоосмо- тичною теорією (за П.Мітчелом — Р.МіїсЬеІІ). Головний постулат хеміоосмотичної теорії — спряження електронного транспорту в мітохондріях із біохі¬мічною системою синтезу АТФ здійс¬нюється за рахунок електрохімічного потенціалу протонів (ДцН+), що утворюється під час функціонування електронотранспортного ланцюга. Існує ферментна система, що використовує енергію електрохімічного протонного потенціалу для синтезу АТФ за рахунок транслокації протонів через мітохондріальну мембрану в напрямку “зовнішня по¬верхня ► матрикс”. Ця ферментна система, яка замикає протонний цикл на спрягаючих мембранах мітохондрій — про- moннa ATФaзa (H+-ATФaзa), або ATФ-cuнmеmaзa. ATФ-синтетаза є білком з четвертинною структурою, що складається з декількох білкових субодиниць, які утворюють компоненти F0 та F1 (F0F— ATФaзa). 1,51- Будь-які фізичні, хімічні та біологічні фактори, що пошкоджують цілісність спрягаючих мембран мітохондрій та розсіюють енергію електрохімічного градієнта, порушують синтез АТФ, тобто виступають як poз’єднyвaчі транс¬порту електронів та окисного фос- форилювання. Tаким чином, згідно з хеміоос- мотичною теорією, спряження між переносом електронів в дихально¬му ланцюзі та синтезом ATO здійс¬нюється за рахунок утворення при функціонуванні протонних помп градієнта концентрації H+між двома поверхнями мітохондріальної мембрани. ATФ-синтетаза, транс¬портуючи протони у зворотному напрямку (за електрохімічним гра¬дієнтом) призводить до вивіль¬нення хімічної енергії, за рахунок якої утворюються макроергічні зв’язки ATO.

27.Інгібітори транспорту електронів.. Існує ферментна система, що використовує енергію електрохімічного протонного потенціалу для синтезу АТФ за рахунок транслокації протонів через мітохондріальну мембрану в напрямку “зовнішня по¬верхня ► матрикс”. Ця ферментна система, яка замикає протонний цикл на спрягаючих мембранах мітохондрій — про- moннa ATФaзa (H+-ATФaзa), або ATФ-cuнmеmaзa. ATФ-синтетаза є білком з четвертинною структурою, що складається з декількох білкових субодиниць, які утворюють компоненти F0 та F1 (F0F— ATФaзa). 1,52- Будь-які фізичні, хімічні та біологічні фактори, що пошкоджують цілісність спрягаючих мембран мітохондрій та розсіюють енергію електрохімічного градієнта, порушують синтез АТФ, тобто виступають як poз’єднyвaчі транс¬порту електронів та окисного фос- форилювання. Tаким чином, згідно з хеміоос- мотичною теорією, спряження між переносом електронів в дихально¬му ланцюзі та синтезом ATO здійс¬нюється за рахунок утворення при функціонуванні протонних помп градієнта концентрації H+між двома поверхнями мітохондріальної мембрани. ATФ-синтетаза, транс¬портуючи протони у зворотному напрямку (за електрохімічним гра¬дієнтом) призводить до вивіль¬нення хімічної енергії, за рахунок якої утворюються макроергічні зв’язки ATO. нгібітори електронного транспорту Сполуки цього класу порушують функціонування дихального ланцюга міто- хондрій за рахунок зв’язування з окремими ферментними білками або кофермен- тами, що беруть безпосередню участь у переносі електронів від субстратів біо¬логічного окислення на 02. При надходженні в організм людини або тварин ці речовини діють як клітинні отрути, спричиняючи феномен тканинної гіпоксії. Pomeнoн — інгібітор транспорту електронів через HAДH-коензим Q-редук- тазний комплекс. Ротенон застосовується як інсектицид. Aмoбapбimaл (амітал) та близький до нього за структурою ceкoбapбimaл (секонал). Ці похідні барбітурової кислоти (барбітурати) застосовуються у фарма¬кології як снодійні засоби. Разом з тим, барбітурати, подібно до ротенону, є активними інгібіторами клітинного дихання, блокуючи електронний транспорт на рівні HAДH-коензим Q-редуктази. Пiєpuцuдuн A — антибіотик, що також блокує HAДH-коензим Q-редуктазний комплекс за рахунок конкурентної взаємодії з убіхіноном. Aнmuмiцuн A — антибіотик, що блокує дихальний ланцюг мітохондрій на рівні переносу електронів через комплекс III (цитохром b — цитохром С1). Цiaнiдu (іони CN -) — потужні клітинні отрути, що є інгібіторами транспорту електронів на термінальній ділянці дихального ланцюга мітохондрій (у цито- хромоксидазному комплексі). Іони CN - утворюють комплекси з ферри (Fe3+) — формою молекул гему цитохромоксидази, блокуючи їх відновлення до ферро (Fe2+) — форм. Моноожид вyглeцю (CO) — інгібірує цитохромоксидазу шляхом зв’язування з ділянкою гему, що взаємодіє з молекулою кисню. Інгібітори окисного фосфорилювання Інгібітори окисного фосфорилювання блокують як окислення субстратів, так і фосфорилювання AДФ у мітохондріях. Олкомщин — антибіотик, що протидіє як фосфорилюванню AДФ до ATФ, так і стимуляції поглинання 02, що спостерігається після додавання до мітохондрій ЛДФ (феномен “дихального контролю”). Механізм дії олігоміцину полягає в інгібі- руванні функції ATФ-синтетази.