14. Механизмы сопряжения и разобщения дыхания и фосфорилирования, эндогенные и экзогенные разобщители.

Сопряжения и разобщения окислительного фосфорилирования

Процесс окисления создает электрохимический потенциал, а процесс фосфорилирования его использует. Таким образом, электрохимический потенциал обеспечивает сопряжение процессов окисления и фосфорилирования.

Так как необходимый для сопряжения электрохимический потенциал создают I, III и IV комплексы дыхательной цепи, их называют пунктами сопряжения окисления и фосфорилирования.

Разобщение дыхания и фосфорилирования называют явление исчезновения на мембране электрохимического потенциала под действием разобщителей и прекращение синтеза АТФ.

Разобщителями являются вещества, которые могут переносить протоны или другие ионы через мембрану минуя каналы АТФ-синтетазы. В результате разобщения количество АТФ снижается, АДФ увеличивается, возрастает скорость потребления О₂, окисления НАДН₂, ФАДН₂, а образовавшаяся свободная энергия выделяется в виде теплоты.

15. Микросомальное биологическое окисление (система транспорта электронов, цитохромы р-450, в-5). Биологическое значение, регуляция, особенности активности ферментов в детском возрасте

Микросомальное окисление - Катализируют низкоспецифичные реакции.

1. Цитохром Р₄₅₀

Донор: НАДФН₂.

Субстраты - гидрофобные вещества экзогенного (лекарства, ксенобиотики) и эндогенного (стероиды, жирные кислоты и т.д.) происхождения.

Регуляция активности: индукция синтеза ферментов.

НАДФН₂-Р₄₅₀ редуктаза. Содержит 2 домена: цитозольный (содержит 2 кофермента ФАД и ФМН), гидрофобный (фиксирует фермент в мембране). Переносит электроны с НАДФН₂ на цитохром Р₄₅₀.

Цитохром Р₄₅₀ – передает 2 электрона на 1 атом молекулы кислорода, который превращается в О^2-, при взаимодействии с 2 протонами О^2- дает воду. Второй атом молекулы кислорода включается в субстрат RH, образуя ROH.

2. Цитохром b₅

Донор: НАДН₂.

НАДН₂-цитохром b₅ редуктаза. Содержит 2 домена: цитозольный (содержит ФАД), гидрофобный (фиксирует фермент в мембране). Переносит электроны с НАДН₂ на цитохром b₅.

Цитохром b₅. Содержит 2 домена: цитозольный (содержит гем), гидрофобный (фиксирует фермент в мембране). Может передавать электроны на различные ферменты. Участвует в синтезе холестерина, плазминогенов и церамида.

Стеароил-КоА-десатураза – переносит электроны с цитохрома b₅ на 1 атом кислород, при участии протонов этот кислород образует воду. Второй атом кислорода включается стеариновую кислоту с образованием её оксиацила, который дегидрируется до олеиновой кислоты.

Регуляция активности: такая же как и в цитохроме Р₄₅₀?

Биологическое значение: микросомальное окисление – первая фаза обезвреживания ксенобиотиков. В соединительной ткани монооксигеназы участвуют в гидроксилировании пролина в оксипролин в молекуле коллагена.

16. Реакции образования активных форм о2, значение в физиологии и патологии клетки, ферментативная и неферментативная антиоксидантная защиты, особенности детского возраста

Реакции образования активных форм кислорода:

1. О₂ + 1е^- → О^∙₂

2. О^∙₂ +1е^- → О^2-₂ он быстро протонируется с образованием перекиси водорода О^2-₂ + 2Н⁺ → Н₂О₂

3. Н₂О₂ + 1е^- → НО^∙ + ОН^- ОН^- протонируется с образованием воды ОН^- + Н⁺ → Н₂О

4. ОН^∙ + 1е^- → Н₂О

1. Ферментативные:

Электроны, необходимые для образования АФК могут давать цепи переноса электронов. Утечка е^- из ЦПЭ на кислород является основным путем образования АФК в большинстве клеток:

1. В цепи окислительного фосфорилирования Q принимая 1 е^- превращается в свободный радикал семихинон НQ^∙, который может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O₂ → Q+ О^∙₂ + H⁺;

2. В монооксигеназных реакциях е^- с цитохрома Р₄₅₀ переходит на кислород с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра.

3. Аэробные дегидрогеназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е^- и Н⁺ с субстрата на кислород с образованием перекиси водорода. Примеры таких оксидаз — оксидазы амино­кислот, супероксид дисмутаза, оксидазы, лока­лизованные в пероксисомах.

2. Неферментативные:

Электроны, необходимые для образования АФК могут давать:

1. Металлы переменной валентности. Наличие в клетках Fe²⁺ или ионов других переходных металлов катализирует образования АФК. Например, в эритроцитах окисление иона железа гемоглобина способствует образованию супероксидного анион-радикала.

Hb(Fe²⁺) + O₂ → MetHb(Fe³⁺) + О^∙₂

2. Радикалы. АФК, обмениваясь электроном, легко переходят друг в друга: О^∙₂ + Н₂О₂ → О₂ + НО^∙ + ОН^-

Так же при гомолитическом разрыве связей под действием ионизирующего излучения. Этот процесс обычно происходит на поверхности тела - в коже.

Значение активных форм кислорода в физиологии клеток:

1. Иммунная система. АФК используются фагоцитарными клетками - тканевыми макрофагами, моноцитами и гранулоцитами крови для разрушения бактерий, вирусов и онкоклеток.

2. Поддержание гомеостаза.

3. Внутриклеточное пищеварение.

Значение активных форм кислорода в патологии клеток:

Вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов мембран клеток. Инактивируют многие ферменты. Могут повреждать ДНК. Нарушают физико-химические свойства мембран - проницаемость, рецепторная функция и работа мембранных белков. Повреждение барьера приводит к нарушению регуляции внутриклеточных процессов и тяжелым расстройствам клеточных функций. Часто вызывают гибель клеток, следовательно, ускоряют процесс старения организма.

Антиоксидантная защита:

Прооксиданты усиливают процессы свободно-радикального окисления. Это высокие концентрации кислорода, ферментные системы, ионы двухвалентного железа.

Антиоксиданты тормозят свободно-радикальное окисление. Они образуют ферментативную и неферментативную антиоксидантную систему.

1. Ферментативная антиоксидантная система

Ферменты, защищающие клетки от действия активных форм кислорода: супероксиддисмутаза, каталаза и глутатионпероксидаза.

Органы, где их активность наивысшая: печень, надпочечники и почки (там особенно велико содержание митохондрий, цитохрома Р₄₅₀ и пероксисом).

Супероксиддисмутаза: 2О^∙₂ + 2H⁺ → H₂O₂+ O₂

Его (это же фермент. Он) изоферменты находятся и в цитозоле и в митохондриях и являются первой линией защиты.

Синтез этого фермента увеличивается, если в клетках активируется свободно-радикальное окисление.

Каталаза: 2Н₂О₂ → H₂O+ O₂

Находится в пероксисомах, в лейкоцитах и в эритроцитах.

Глутатионпероксидаза: Н₂О₂ + 2 GSH → 2 Н₂О + G-S-S-G. (участвует глутатион. Видимо GSH – глутатион, а G-S-S-G – окисленный глутатион)

Кофермент: селен.

Глутатионредуктаза: GS-SG + НАДФН₂ → 2 GSH + НАДФ⁺.

2. Неферментативная антиоксидантная система

"Липидные антиоксиданты" - производные фенола, способны инактивировать свободные радикалы в гидрофобном слое мембран и предотвращать развитие перекисного окисления липидов.

К ним относится витамин Е, коэнзим Q, тироксин и синтетические соединения.

Витамин Е самый распространённый, обеспечивает защиту мембран от свободно-радикального окисления. Отдаёт атом водорода радикалу липида ROO^∙, восстанавливает его до гидропероксида (ROOH), а сам превращается в малоактивный свободный радикал, что прерывает перекисное окисление липидов:

(витамин Е = токоферол)

Регенерацию витамина Е осуществляет витамин С.

Витамин С ингибирует свободно-радикальное окисление с помощью двух механизмов:

1. Восстанавливает в мембранах витамин Е:

2. Взаимодействует с активными формами кислорода — О^∙₂, Н₂О₂, НО^∙ и инактивирует их.

Соединения, связывающие железо. Большинство из них не просто связывают железо, но и не дают ему возможности приникнуть в липидную фазу мембран, поскольку образующиеся комплексы, в силу своей полярности, не проникают в гидрофобную зону.