17. Порушення енергетичного обміну

17.1. Що таке позаклітинні і внутрішньоклітинні порушення енергетичного обміну?

Залежно від причин розвитку розрізняють поза- і внутрішньоклітинні розлади енергетичного обміну.

Позаклітинними називають розлади енергетичного обміну, пов'язані з первинними порушеннями забезпечення клітин поживними речовинами і киснем. Це голодування і більшість видів гіпоксії.

При внутрішньоклітинних розладах енергетичного обміну доставка поживних речовин і кисню не страждає, а порушується їх використання клітинами.

7 7.2. Назвіть основні причини порушення постачання клітин поживними речовинами.

1. Повна відсутність їжі або дефіцит поживних речовин у ній.

2. Порушення процесів травлення і всмоктування.

3. Порушення мобілізації поживних речовин з депо (наприклад, ураження печінки, розлади нервово-гуморальної регуляції жирового обміну).

4. Порушення транспорту поживних речовин кров'ю (загальні й місцеві розлади кровообігу).

5. Порушення дифузії поживних речовин у тканинах.

6. Втрата поживних речовин або їх використання не за призначенням (протеїнурія, глюкозурія, опікова хвороба, злоякісні пухлини).

17.3. Які порушення хімічного складу крові свідчать про порушення постачання клітин поживними речовинами?

1. Гіпоглікемія - зменшення концентрації глюкози в крові.

2. Гіполіпацидемія й гіполіпопротеїнемія — зменшення вмісту в крові вільних жирових кислот і ліпопротеїнів.

3. Гіпопротеїнемія й гіпоаміноацидемія - зменшення вмісту білків і вільних амінокислот у крові.

17.4. Назвіть причини внутрішньоклітинних порушень енергетичного обміну.

1. Порушення транспорту поживних речовин через клітинну мембрану (наприклад, глюкози при цукровому діабеті).

2. Порушення центральних внутрішньоклітинних катаболічних шляхів.

3. Розлади процесів біологічного окиснення в мітохондріях.

4. Роз'єднання процесів окиснення й фосфорування.

5. Порушення транспорту АТФ із мітохондрій до місць використання.

6. Порушення використання енергії АТФ.

17.5. Порушення яких центральних внутрішньоклітинних катаболічних шляхів можуть призводити до розладів енергозабезпечення клітин?

1. Пригнічення гліколізу.

2. Порушення циклу Кребса.

3. Розлади пентозного циклу.

4. Пригнічення окиснення жирових кислот.

5. Пригнічення процесів дезамінування і окиснення амінокислот.

17.6. Назвіть основні причини порушень центральних катаболічних шляхів у клітинах.

I. Зменшення вмісту вітамінів і вітаміноподібних речовин у клітинах (вітамінна недостатність).

II. Набуте зменшення активності ферментів:

а) зменшення активності окремих молекул ферментів (дія метаболічних отрут);

б) зменшення кількості молекул ферментів (розлади білоксинтетичної функції клітин).

III. Спадково обумовлені ензимопатії. Описано численні генетичні дефекти ферментів гліколізу, пентозного циклу, катаболічних перетворень амінокислот. Нині не відомі які-небудь ензимопатії, безпосередньо пов'язані з циклом Кребса й (3-окис-ненням жирових кислот.

IV. Дефіцит АТФ. АТФ використовується клітиною для активації субстратів, які надходять у центральні катаболічні шляхи (наприклад, фосфорування глюкози й фрук-тозо-6-фосфату, активація жирових кислот). Дефіцит АТФ створює "зачароване коло" — він порушує катаболічні перетворення поживних речовин, що веде до порушення ресинтезу АТФ. Це, у свою чергу, збільшує дефіцит макроергічних сполук.

17.7. Які причини можуть викликати розвиток вітамінної недостатності у клітинах?

Розвиток вітамінної недостатності в клітинах викликають:

а) гіпо- і авітамінози;

б) порушення транспорту вітамінів у клітину;

в) порушення перетворення вітамінів у коферменти;

г) порушення утворення холоферментів — комплексів коферментів з апоферментами.

17.8. Назвіть основні причини порушення біологічного окиснення в мітохондріях клітин.

1. Дефіцит коферментів: НАД, ФМН, убіхінону.

2. Дефіцит мікроелементів: Fe (входить до складу залізо-сірчаних центрів НАДН-дегі-дрогеназного комплексу і цитохромів) і Си (входить до складу цитохромоксидази).

3. Блокада транспорту електронів по дихальному ланцюгу (дія отрут— ротенону, антиміцину А, аміталу, ціанідів, оксиду вуглецю (II), сірководню; рис. 58).

Рис. 58. Блокада транспорту електронів по дихальному ланцюгу

4. Порушення акцепторного контролю дихання (АДФ не контролює швидкість транспорту електронів по дихальному ланцюгу).

17.9. Що таке роз 'єднання окиснення й фосфорування? Які його механізми?

Роз'єднання окиснення й фосфорування — це стан, при якому енергія, що вивільняється в процесі транспорту електронів по дихальному ланцюгу, не здатна акумулюватися в макроергічних зв'язках АТФ і тому виділяється у вигляді теплоти.

Для цього стану характерне зменшення ресинтезу АТФ і збільшення споживання кисню клітинами.

В основі роз'єднання окиснення й фосфорування можуть лежати такі механізми:

а) зменшення градієнта концентрацій іонів водню між матриксом мітохондрій і цитоплазмою;

б) зменшення трансмембранного електричного потенціалу на внутрішній мітохон-дріальній мембрані;

в) порушення АТФ-синтетазного ферментного комплексу;

г) використання енергії градієнта концентрацій іонів водню не на синтез АТФ, а на інші цілі (транспорт іонів кальцію із цитоплазми в мітохондрії, транспорт фосфату, АДФ, АТФ та ін.).

17.10. При порушенні яких біохімічних реакцій зменшується ресинтез АТФ у клітинах?

Утворення АТФ у клітинах зменшується за умов пригнічення: а) гліколітичного (субстратного) фосфорування:

б) окисного фосфорування в мітохондріях:

в) креатинкіназної реакції:

г) аденілаткіназної реакції:

ґ) нуклеозиддифосфокіназної реакції:

17.11. Які наслідки для клітини має дефіцит АТФ?

Дефіцит АТФ у клітині призводить до:

1. Порушення механічної роботи - скорочення контрактильних структур клітин. Це виявляє себе розладами елементарних клітинних функцій: скорочення, міграції, екзо- і ендоцитозу, клітинного поділу, руху війок, джгутиків (рис. 59).

2. Порушення осмотичної роботи — процесів активного транспорту іонів. При дефіциті АТФ страждають механізми як первинного, так і вторинного активного транспорту: натрій-калієвий і кальцієвий насоси, натрій-кальцієвий і натрій-водневий обмінні механізми. Це викликає порушення внутрішньоклітинного гомеостазу й ушкодження клітин.

3. Порушення хімічної роботи — біосинтезу речовин. Наслідком цього є порушення самовідновлення й самовідтворення клітин, механізмів їх довгострокової адаптації до дії факторів навколишнього середовища. В остаточному підсумку відбувається повільна загибель клітин.

4. Порушення реакцій клітинного метаболізму.

Рис. 59. Шляхи використання АТФ у клітинах

17.12. Які порушення метаболізму в клітинах можуть бути пов'язані з первинним дефіцитом АТФ?

В умовах дефіциту АТФ порушуються не тільки реакції біосинтезу речовин (анаболізм), але й реакції їх розщеплення (катаболізм).

Це пов'язано з тим, що при дефіциті АТФ безпосередньо порушуються:

а) активація субстратів (фосфорування) і залучення їх у катаболічні шляхи (гліколіз, Р-окиснення);

б) активація багатьох ферментів, здійснювана протешкіназами;

в) утворення циклічного АМФ.

17.13. Наведіть приклади "зачарованих кіл" у розвитку енергодефіцитного стану клітин.

Зменшення вмісту АТФ у клітині призводить до пригнічення функції Са-насосів, внаслідок чого збільшується концентрація іонів кальцію в цитоплазмі. Це викликає роз'єднання окиснення й фосфорування - у результаті дефіцит АТФ зростає (див. розд. 11).

Недостатність АТФ у клітині є причиною порушень її білоксинтетичних функцій. Страждає синтез усіх білків, у тому числі й білків-ферментів. Це веде до порушення катаболічних перетворень поживних речовин у клітині й процесів біологічного окиснення - дефіцит АТФ збільшується (рис. 60).

Рис. 60. Одне з "зачарованих кіл" у розвитку енергодефіцитного стану клітини

17.14. Що таке основний обмін?

Основний обмін — це мінімальні енергетичні витрати організму, визначені ранком у стані повного спокою, натще (через 12-14 год. після останнього прийому їжі), в умовах температурного комфорту (t = 18-20 °С, вологість повітря - 60-80 %, швидкість його руху - 0,1-0,2 м/с).

17.15. Які зовнішні і внутрішні фактори впливають на величину основного обміну?

Зовнішні фактори:

а) кліматичні умови;

б) час доби;

в) висота над рівнем моря;

г) характер харчування; ґ) характер виробничої діяльності.

Внутрішні фактори:

а) ріст і маса тіла;

б) площа поверхні тіла;

в) вік;

г) стать.

17.16. Наведіть приклади збільшення і зменшення основного обміну в умовах патології.

Збільшення основного обміну характерне для гіперфункції щитоподібної залози, аденогіпофіза, статевих залоз.

Зменшення основного обміну реєструють при гіпофункції щитоподібної залози, аденогіпофіза, статевих залоз; при хронічній недостатності кори надниркових залоз, при голодуванні.