69.Хемиоосмотическая модель п.Митчелла (основные постулаты и доказательства).

Ответ. Хемиосмос — биохимический механизм, с помощью которого осуществляется превращение энергии цепи переноса электронов в энергию АТФ. Включает изменение электрохимического потенциала клеточной мембраны. Центральный постулат хемиосмотической гипотезы Митчелла гласит, что электронпереносящие цепи митохондрий, хлоропластов и бактерий сопряжены с системой синтеза АТФ через разность электрохимических потенциалов протонов на сопрягающих мембранах. Электрохимический потенциал протонов служит термодинамической мерой того, насколько градиент протонов через мембрану далёк от равновесия. Перенос электронов и синтез АТФ сопряжены с работой двух различных обратимых протонных помп. При переносе электронов образуется разность потенциалов, которая затем используется для обращения протонной помпы, гидролизующей АТФ (АТФ-синтаза), то есть для синтеза АТФ. Просматривается аналогия между электрической цепью и протонным циклом. В обоих случаях имеются генераторы потенциала (батарея и дыхательная цепь), а также потенциал (разность электрических потенциалов и разность электрохимических потенциалов протонов), который измеряется в вольтах. И в том и в другом случае потенциал можно использовать для совершения работы (свет лампы и синтез АТФ). Обе цепи могут быть замкнуты накоротко. Скорости химических реакций как в батарее, так и в дыхательной цепи тесно связаны с током электронов и протонов в остальной части цепи, а он в свою очередь зависит от сопротивления в этой части цепи. При увеличении тока потенциал в обеих цепях падает. Движение ионов через мембрану зависит от комбинации двух факторов: диффузионной силой, которая обусловлена градиентом концентрации (химическим градиентом или разницей концентраций) — все частицы имеют тенденцию диффундировать из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. электростатической силы, вызванной градиентом электрических потенциалов — катионами, такими как протоны Н+, как правило, они имеют тенденцию диффундировать вниз по электрическому потенциалу, в то время, как анионы диффундируют в противоположном направлении.

70. Ингибиторы и разобщители дыхательной цепи митохондрий.

Ответ. Разъединение (разобщение) процессов окисления и фосфорилирования осуществляют вещества, называемые разобщители. Они снижают величину электрохимического градиента, что приводит к уменьшению синтеза АТФ, несмотря на увеличение скорости движения электронов по дыхательной цепи и возрастание катаболизма. К разобщителям в первую очередь относят "протонофоры" – молекулы, переносящие ионы водорода из межмембранного пространства в матрикс митохондрии. При этом одновременно уменьшаются оба компонента электрохимического градиента – электрический и химический, и энергия градиента не используется для синтеза АТФ, а рассеивается в виде тепла. Следствием эффекта протонофоров является возрастание катаболизма жиров и углеводов в клетке. Классическим экспериментальным протонофором является динитрофенол, жирорастворимое соединение, присоединяющий ионы водорода на внешней поверхности внутренней митохондриальной мембраны и отдающий их на внутренней поверхности. Физиологическими протонофорами являются особые разобщающие белки, в частности термогенин. Кроме динитрофенола и термогенина протонофорами, к примеру, являются салицилаты, дикумарол, жирные кислоты, непрямой билирубин, трийодтиронин. Кроме протонофоров на величину электрохимического градиента влияют вещества, называемые ионофорами. Они встраиваются в мембрану и либо сами переносят катионы Na+ или K+ внутрь, либо образуют для этих ионов канал. В результате исчезает электрическая составляющая электрохимического градиента и уменьшается синтез АТФ. Примером ионофоров являются антибиотики валиномицин и нигерицин, переносящие калий, и грамицидин, образующий в мембране канал по которому перемещаются калий, натрий и другие одновалентне катионы. Бурая жировая ткань. При фосфорилировании АТФ-синтазой АДФ до АТФ используется не вся энергия протонного градиента, лишь его часть тратится на совершение работы (синтез АТФ), а другая часть рассеивается в виде тепла. Особые клетки организма умеют увеличивать долю рассеиваемой тепловой энергии – это клетки бурой жировой ткани. В отличие от белых жировых клеток бурые адипоциты содержат большое количество митохондрий, которые и придают им буро-красный цвет. Во внутренней мембране митохондрий этих клеток имеется белок термогенин (до 15% от всех белков митохондрий), относящийся к семейству разобщающих белков, называемых UCP-белки (англ. uncoupling protein). При охлаждении организма бурые адипоциты получают сигналы по симпатическим нервам, и в них активируется расщепление жира – липолиз. Окисление жиров приводит к получению большого количества НАДН и ФАДН2, активизации работы дыхательной цепи и возрастанию электрохимического градиента. Однако АТФ-синтазы в мембранах митохондрий этих клеток относительно мало, зато много термогенина, близкого по строению к Fо-субъединице АТФ-синтазы. Термогенин является каналом во внутренней мембране через который в матрикс проходит часть ионов Н+ и снижается протонный градиент. В итоге АТФ не синтезируется, несмотря на непрерывно возрастающий (по правилу дыхательного контроля) катаболизм. Благодаря термогенину большая часть энергии ионов водорода рассеивается в виде тепла, подогревая протекающую через ткань кровь и обеспечивая поддержание температуры тела при охлаждении. Ряд веществ может ингибировать ферменты дыхательной цепи и блокировать движение электронов от НАДН и ФАДН2 на кислород. В результате прекращается движение электронов, выкачивание ионов Н+ и работа АТФ-синтазы. Синтез АТФ резко снижается, метаболизм в клетке нарушается вплоть до ее гибели. Выделяют три основных группы ингибиторов: действующие на I комплекс, например, амитал (успокаивающее и снотворное средство), ротенон (пестицид широкого спектра), действующие на III комплекс, например, антимицин А (экспериментальный антибиотик), действующие на IV комплекс, например, сероводород (H2S), угарный газ (СО), цианиды (-CN). Ротенон - растительный пестицид из семян и стеблей некоторых растений. Он малоопасен для человека, поскольку плохо всасывается в желудочно-кишечном тракте, и быстро разлагается на солнечном свете. Но умышленное поглощение ротенона может быть смертельным. Амитал, Амитал натрия - производное барбитуровой кислоты из серии средств, которые ранее широко использовались в качестве успокоительных и снотворных, но из-за ряда причин, в том числе узкого терапевтического диапазона, развития привыкания и зависимости, были заменены на более безопасные средства. Антимицины - группа вторичных метаболитов, синтезируемых бактериями рода Streptomyces, обладающих антигрибковой активностью. Как активный компонент используется в рыбоводстве.