БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. ЦЕПЬ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ (ЦПЭ). ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ
.pdf
Механизмы разобщения окисления и фосфорилирования
Разобщение дыхания и фосфорилирования называют явление исчезновения на мембране электрохимического потенциала под действием разобщителей и прекращение синтеза АТФ.
Так как электрохимический градиент состоит из двух компонентов (электрического и химического), то существуют два принципиальных способа его уменьшить – нивелировать разность зарядов или разность концентрации ионов водорода.
Разобщители – это вещества, которые могут переносить протоны (протонофоры) или другие ионы (ионофоры) через мембрану минуя каналы АТФ-синтазы. Они снижают величину электрохимического градиента, что приводит к увеличению скорости движения электронов по ферментам дыхательной цепи. В результате разобщения количество АТФ снижается, АДФ увеличивается, возрастает скорость потребления О2, окисления НАДН2, ФАДН2, снижается коэффициент Р/О, энергия выделяется в виде теплоты.
Классическим протонофором является 2,4-динитрофенол. Динитрофенол протонируется в межмембранном пространстве, где концентрация протонов выше, и диффундирует через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс. В матриксе, где концентрация протонов ниже, 2,4- динитрофенол теряет протон, переходит в ионизированную форму и может возвращаться в межмембранное пространство.
Рис. 11. Разобщающее действие 2,4-динитрофенола
Подобным образом действуют ионофоры, увеличивающие проницаемость мембраны для ионов Na+ и К+, например, антибиотики - валиномицин и грамицидин
Физиологическим протонофором является белок "термогенин", в
изобилии имеющийся в клетках бурой жировой ткани (до 15% от всех белков митохондрий). Существенным отличием бурой жировой ткани от белой является большое количество митохондрий, которые придают клеткам бурокрасный цвет. При охлаждении организма эти клетки получают сигналы по симпатическим нервам, и в них активируется расщепление жира – липолиз. Окисление жиров приводит к получению НАДН и ФАДН2, активизации работы дыхательной цепи и возрастанию электрохимического градиента. Однако АТФсинтазы в мембранах митохондрий этих клеток мало, зато много термогенина. Благодаря ему, большая часть энергии ионов водорода рассеивается в виде тепла, обеспечивая поддержание температуры тела при охлаждении.
Примерами разобщителей могут быть также некоторые лекарства, например дикумарол - антикоагулянт или метаболиты, которые образуются в организме, билирубин - продукт катаболизма тема, тироксин - гормон щитовидной железы. Все эти вещества проявляют разобщающее действие только при их высокой концентрации.
Рис.12. Механизм разобщающего действия жирных кислот.
1- выкачивание протонов дыхательной цепью; 2 - протонирование аниона жирной кислоты; 3 - диффузия протонированной жирной кислоты к внутренней
поверхности мембраны; 4 - диссоциация RCOOH с образованием RCOO- и иона Н+; 5 - перенос RCOOпосредством АТФ/АДФ-антипортера или разобщающего белка к наружной поверхности митохондриальной мембраны. Образующиеся свободные жирные кислоты служат не только «топливом», но и важнейшим регулятором разобщения дыхания и фосфорилирования.
Ингибирование ферментов дыхательной цепи.
Ингибиторы NADH-дегидрогеназы: ротенон - высокотоксичное
вещество, содержащееся в некоторых водорослях и являющееся ядом для рыб; амитал - лекарственный препарат из группы барбитуратов.
Ингибитор QH2-дегидрогеназы - антимицин А, токсичный антибиотик, продуцируемый одним из штаммов Streptomyces.
Ингибиторы цитохромоксидазы - цианид, СО, H2S. Цианид наиболее токсичен для человека; он присоединяется к Fe3+ цитохромоксидазы и блокирует перенос электронов к кислороду (рис. ).
Рис. 13. Участки ингибирования дыхательной цепи специфическими лекарственными веществами.