Вопрос 18.Механизм сопряжения окисления и фосфорилирования через протонный градиент.Окисление фосфорелирования атф-синтаза.

Окислительное фосфорилирование-синтез АТР из АДР и Н3РО4 за счет энергии, выдел из тканевого дыхания.

Протоны переносены из матрекса мембран. пространство, не могут вернутся обратно, т.к. внутр мембране непроницаема для протонов и создается протонный градиент.

Важную роль играет Ко Q - перенос электронна от комплекса 1 к 3 комплексу и протоны из матрикса в мембраного протранства. (Q- цикл.) Донор электр. для 3 востанавливает убихинон(QH2) акцептор-цитохром в итоге поступают на кислород.

Энергия электрохим. потенц используется на синтез АТФ. (Дельта МЮ Н+)

АТФ-синтеза: (Н+-АТФ-аза)-интегральный белок внутр мембр митохондрий.

2а белковых комплекса: 1-гидрофобнй , в мембране. Служит основанием, фиксирует АТФ-синтазу в мембране. Он имеет несколько субъединиц:они образую каналы по которым протоны идут в матрикс.

F2-выступает в митохондриальный матрикс.

F состоит из 6ти субъединиц. (3альфа, 3Бетта, гамма, епсел.,сигма)

альфа и бетта образуют "головку", между ними - 3и активных центра ( там синтезируется АТФ)

Гамма , сигма и епселент связывают F1 c F0/

Коофицент окислительного фосфорилирования.

Субстрат т.к дых и велич. коэф окисл. фосфорилирования КОЭФ. Окисл фосф. - отношение кол-ва фосфорной кислоты (Р), использование на фосфорилирование АДФ; к ат. кислорода (О) поглащ. в процессе дыхания и для НАДН Р/o = 3, а для сукцината P/O = 2.

Механизм сопряжения окисления и фосфоршшрования через ир протонный градиент. Окислительное фосфорилированис. АТФ-

синтаза. Коэффициент окислительного фосфорилирования. Редокс-потенциал субстратов тканевого дыхания и величина коэффициента окислительного фосфорилирования.

А. Механизм сопряжения окисления и фосфорилирования

Каким же образом осуществляется сопряжение этих двух процессов? Наиболее обоснованный ответ на этот вопрос лает хемоосмотическая тео­рия Митчелла, предложенная им в 1961 г. Основ­ные положения были подтверждены и разработа­ны детально совместными усилиями многих исследователей в последующие годы.

1. Протонный градиент изоэлектрохимический потенциал

Перенос электронов по дыхательной цепи от NADH к кислороду сопровождается выа чиванием протонов из матрикса митохондрий через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство. На эту работу затрачивается часть энергии электронов, переносимым ЦПЭ.

Б. Транспорт АТФ и АДФ через

МЕМБРАНЫ МИТОХОНДРИЙ

В большинстве эукариотических клеток син­тез основного количества АТФ происходит внутри митохондрии, а основные потребите­ли АТФ расположены вне её. С другой сторо­ны, в матриксе митохондрий должна поддер­живаться достаточная концентрация АДФ. Эти заряженные молекулы не могут самостоятель­но пройти через липидный слой мембран. Внутренняя мембрана непроницаема для за­ряженных и гидрофильных веществ, но в ней содержится определённое количество транс­портёров, избирательно переносящих подоб­ные молекулы из цитозоля в матрикс и из матрикса в цитозоль.

В мембране есть белок АТФ/АДФ-антипор-тер, осуществляющий перенос этих метаболи­тов через мембрану (рис. 6-16). Молекула АДФ поступает в митохондриальный матрикс толь­ко при условии выхода молекулы АТФ из мат­рикса.

Движущая сила такого обмена — мембранный потенциал переноса электронов по ЦПЭ. Расчё­ты показывают, что на транспорт АТФ и АДФ расходуется около четверти свободной энергии протонного потенциала. Другие транспортёры тоже могут использовать энергию электрохими­ческого градиента. Так переносится внутрь ми­тохондрии неорганический фосфат, необходи­мый для синтеза АТФ. Непосредственным источником свободной энергии для транспорта Са²⁺ в матрикс также служит протонный потен­циал, а не энергия АТФ.

19. Свободное окисление. Разобщители дыхания и фосфорилирования. Термогенез.

В. Разобщение дыхания

И ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны или другие ионы (ионофоры) из межмембранного про­странства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это явление назы­вают разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается. В этом слу­чае скорость окисления NADH и FADH₂ возра­стает, возрастает и количество поглощённого кислорода, но энергия выделяется в виде теп­лоты, и коэффициент Р/О резко снижается. Как правило, разобщители — липофильные веще­ства, легко проходящие через липидный слой мембраны. Одно из таких веществ — 2,4-ди-нитрофенол (рис. 6-17), легко переходящий из ионизированной формы в неионизированную, присоединяя протон в межмембранном про­странстве и перенося его в матрикс.

-некоторые лекарства, например дикумарол — антикоагулянт или метаболиты которые образуются в организме, билирубин -продукт катаболизма гема (см. раздел 13), ти­роксин — гормон щитовидной железы (см раздел 11). Все эти вещества проявляют разобщающее действие только при их высокой концентрации.

19.свободное окисление.Разобщители дыхания и фосфорилирования.Термогенез.

Разобщители дыхания и фосфорилирования-некоторые химические в-ва ,переносящие протоны и другие ионы из межмембранного пространства в матрикс,минуя протонные каналы АТФ-синтазы ,в результате чего исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ.

-далее АТФ снижается,АДФ увеличивается.Скорость окисления НАД Н и ФАД Н2 возрастает.Возрастает и кол-во поглощаемого кислорода,но энергия выделяется в виде тепла и коэффициент р/о снижается.

Разобщители-липофильные в-ва ,легко проходящие через липидный слой мембран(2,4-динитрофенол)

Термогенез-процесс поддерживающий тепло в организме

-термогенин -разобщающий блок

-при охлаждении стимулирует освобождение норадреналина из окончания симпатических нервов,далее топливо и регулятор -разобщение дыхания и фосфорилирования.

Понятие о свободных радикалах. Активные формы кислорода (супероксид, гидроксильный радикал, оксид азота и перекись водорода), химическая структура, пути образования.

IV. ОБРАЗОВАНИЕ ТОКСИЧНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА В ЦПЭ

Большая часть активных форм кислорода об­разуется при переносе электронов в ЦПЭ, прежде всего, при функционировании (}Н₂-дегидроге-назного комплекса. Это происходит в результате неферментативного переноса («утечки») элект­ронов с QH₂ на кислород (рис. 6-31).

В отличие от рассмотренного механизма на этапе переноса электронов при участии цитохромоксидазы (комплекс IV) «утечка» электронов не происходит благодаря наличию в ферменте спе­циальных активных центров, содержащих Fe и Си и восстанавливающих 0₂ без освобождения промежуточных свободных радикалов.

В фагоцитирующих лейкоцитах (гранулоцитах, макрофагах и эозинофилах) в процессе

фагоцитоза усиливаются поглощение .Ативные формы кислорода образуются в результате активации NADPH-оксидазы, преимуществен кализованной на наружной стороне плазматической мембраны.

Защита организма от токсического дейсшиц ктивных форм кислорода связана с наличием во всех клетках высокоспецифичных фермен­тов: супероксиддисмутазы, каталазы, глутатиом. пероксидазы, а также с действием антиоксилим-тов (см. раздел 8).