5. Разобщение тканевого дыхания и окислительного фоcфорилирования.

Разобщители ОФ позволя­ют митохондриям использовать кислород независимо от на­личия акцептора фосфата (АДФ), необходимого для про­цесса фосфорилирования.

Прототипы разобщителей окислительного фосфорилирования

а. 2, 4—динитрофенол — классический разобщитель окис­лительного фосфорилирования. Одно время он использовался в качестве лекарства от ожирения, но затем был запрещен ввиду токсичности.

б. Дикумарол — обладает аналогичным действием и используется в клинической практике как антикоагулянт. Близкий по структуре и свойствам уорфарин используется в качестве антикрысиного яда в связи с его антикоагуляционными свойствами и способностью разобщать О Ф.

в. Транспорт кальция в митохондрии также изменяет взаимоотношения между электронным транспортом и окис­лительным фосфорилированием. Митохондрии животных клеток переносят кальций против концентрационного гради­ента, и этот процесс энергетически сопряжен с электронным транспортом. Захват митохондриями кальция требует обя­зательного захвата соответствующего количества неоргани­ческого фосфата. На каждую пару электронов, которые пе­реносятся от НАДН₂ к молекулярному кислороду по элек­тронно-транспортной цепи, приходится приблизительно шесть атомов кальция, проникающих в митохондрии. Если учесть, что три молекулы АТФ образуется при переносе электронов от НАДН₂ к кислороду, то легко подсчитать, что на каждую вновь образованную молекулу АТФ приходятся 2 атома кальция, удерживаемых в митохондриях. При захвате кальция митохондриями происходит затрата энергии, следовательно, несмотря на транспорт электронов, не происходит сохранения энергии в виде АТФ. Если добавить кальций в систему, содержащую суспензию митохондрий, субстрат, Pi и Mg, произойдет значительное ускорение клеточного дыхания от состояния IV до скорости, характерной для разобщения окислительного фосфорилирования. При этом добавление АДФ не приведет к какому-либо изменению скорости потребления кислорода. При отсутствии в системе Pi добавление кальция не приведет к ускорению потребле­ния кислорода в состоянии IV. Совместный транспорт каль­ция и фосфата в митохондрии необходим, поскольку кальций хранится в митохондриях

6. Ферментные ансамбли.

Мембранносвязанне ферменты, участвующие в БО в митохондриях расположены не линейно, а объединены в 4 комплекса: 1комплекс ФП(ФМН); 2 комплекс ФП (ФАД); 3 комплекс – Цх b и Цх с₁; 4 комплекс – Цха и Цха₃.

7. Оксидазное окисление, значение, ферменты, участвующие в этом процессе, конечные продукты.

Оксидазное (биологическое окисление) - выше описанной тип, при котором происходит 4-х-электронное восстановление молекулы кислорода. 90% потребляемого кислорода используется на оксидазное окисление. Биологическое окисление протекает с участием оксидоредуктаз, располагающихся в определенной последовательности. Пиридинферменты и флавинферменты окисляют субстраты перенося водороды, на убихиноне водороды распадаются на протоны и электроны. Далее электроны транспортируются различными цитохромами, передаваясь на молекулярный кислород, ионизируя его. Ион кислорода, соединяясь с протонами водорода, образует эндогенную воду. В процессе БО выделяется энергия, идущая на образование АТФ (40-48%) и тепла (52-60%).

1/2 О₂ + 2Н⁺ → энергия + Н₂О.

8. Оксигеназное окисление, значение, ферменты, участвующие в этом процессе, конечные продукты.

Оксигеназное окисление протекает с участием ферментов оксигеназ. Основная задача оксигеназного окисления – превращения природных (превращение стероидов, образование холестерина и адреналина, синтез циклических соединений др.) и неприродных (ксенобиотиков) субстратов. Окисление протекает при участии специализированных цитохромов, локализованных чаще всего в эндоплазматическом ретикулуме. В реакциях оксигеназного окисления участвует примерно до 6% кислорода и восстановленные дыхательные переносчики (НАДФН₂). Существуют два механизма этого типа окисления: моно- и диоксигеназное окисление. Монооксигеназы взаимодействуют с одним из атомов кислорода, поскольку только один электрон связывается с субстратом, а второй атом используется на образование воды: субстрат + О₂ →субстрат-ОН +Н₂О.

Диоксигеназы включают в субстрат оба атома кислорода, активируя молекулярный кислород за счет электрона атома железа в активном центре;

9. Пероксидазное окисление, значение, ферменты, участвующие в этом процессе, конечные продукты.

Пероксидазное окисление не сопровождается образованием макроэргической связи. Протекает с участием ферментов оксидаз, наиболее активных в пероксисомах. Пероксисомы – микротельца, обнаруженные в гепатоцитах; их можно рассматривать как специализированные окислительные органеллы. Эти микротельца содержат оксидазу мочевой кислоты, оксидазу D-аминокислот, а также каталазу, которая расщепляет перекись водорода, образованную при действии указанных оксидаз.

ксантиноксидаза

Ксантин + Н₂О + O₂ → мочевая кислота + Н₂О₂

каталаза

2 Н₂О₂ → 2Н₂О + O₂

2 % кислорода в организме идет на окисление восстановленных ФП (ФАД) с образованием перекиси водорода. ФПН₂ + О₂ → ФП + Н₂О₂

каталаза

2 Н₂О₂ → 2Н₂О + O₂

10. Пероксидное окисление, значение, ферменты, участвующие в этом процессе, конечные продукты. Образование активных форм кислорода.

Пероксидное окисление или перекисное, или свободно-радикальное - происходит при одноэлектронном восстановлении О₂. Этому типу окисления подвергаются ПНЖК в составе ФЛ мембран. ПОЛ инициируется под действием АФК, такими как супероксиданион, пероксид-радикал, гидроксильный радикал, радикал оксида азота, гипохлорит-анион и др. АФК образуются при взаимодействии кислорода с металлами переменной валентности.

O₂ + Fe²⁺ → O₂⁻ + Fe³⁺

O₂⁻ + O₂⁻ + 2Н⁺ → Н₂О₂ + O₂

Н₂О₂ + O₂⁻ → НО + НО⁻ + O₂

Н₂О₂, взаимодействуя с супероксиданионом, может образовать гидроксильный радикал

АФК в больших количествах опасны для клеток. Так, супероксиданион может вызвать деполимеризацию ГАГов, окисление адреналина и тиолов. Перекись водорода токсична, хотя механизм токсичности не ясен. Известно, что избыток перекиси водорода вызывает окисление тиогрупп белков, может приводить к образованию гидроксильного радикала. Главная опасность АФК – инициация ПОЛ.

Свободно-радикальное окисление носит цепной характер:

ПНЖК → ДК → ГПЛ(ROOH) → МДА

диеновые гидропероксиды малоновый

конъюгаты липидов диальдегид

В нормальных условиях ПОЛ протекает в небольших масштабах и необходимо для: 1) образования простагландинов, 2) это единственный способ утилизации ПНЖК. Перекисному окислению также подвергаются белки и НК, что вызывает нарушение их функции. Высокая скорость ПОЛ способна вызвать разрушение мембран и гибель клеток. Но в небольших количествах эти реакции необходимы для обновления мембран.

Скорость ПОЛ контролируется антиоксидантной системой (АОС). АОС подразделяется на ферментную и неферментную. К первой относятся

1) СОД, которая переводит супероксидный радикал в менее токсичную перекись водорода: 2^.О₂ + 2Н⁺ → Н₂О₂ + О₂

2)Каталаза, которая разрушает Н₂О₂ до воды и молекулярного кислорода.

3)Глутатионпероксидаза (ГПО), которая при участии глутатиона восстанавливает гидроперекись липидов до легко выводимых с мочой оксикислот, при этом образуется вода и окисленный глутатион.

4) Глутатионредуктаза (ГР), восстанавливающая окисленный глутатион

Клетки живых организмов обычно содержат значительные количества восстановленного и намного меньшее количество окисленного глутатиона. В клетках могут также присутствовать смешанные дисульфиды восстановленного глутатиона с белками.

К неферментным антиоксидантам относятся жирорастворимые витамины, витамин С, витамин Р, витамин В₂, карнозин (нейтрализует гидроксильный радикал), ферритин (связывает двухвалентное железо, которое является источником электронов для образования АФК), церулоплазмин (связывает медь, что уменьшает возможность ее окисления и образования АФК), металлотионеины (связывают медь и другие металлы, выполняя не только антиоксидантную функцию, но и антитоксическую), таурин (нейтрализует гипохлорит-анион).