- •Введение в обмен веществ
- •Основные особенности разных фаз метаболизма
- •Глава I. Энергетический обмен
- •1.1. Свободная энергия и законы термодинамики
- •1.1. Макроэргические соединения
- •Стандартная свободная энергия гидролиза органических фосфатов
- •1.1.2. Пути синтеза атф и его роль
- •1.1.3. Окислительно – восстановительное равновесие, окислительно –восстановительный потенциал
- •Стандартные потенциалы некоторых окислительно- восстановительных систем
- •1.2. Биологическое окисление
- •1.2.1. Характеристика биологического окисления
- •Строение комплексов полиферментного ансамбля дыхательной цепи митохондрий
- •1.2.2. Сопряжение биологического окисления и окислительного фосфорилирования
- •1.2.3. Регуляция скорости дыхания митохондрий
- •1.2.4. Разобщение дыхания и фосфорилирования
- •Краткая характеристика некоторых ионо(протоно)форов
- •1.2.5. Патология биоэнергетических процессов
- •II. Наследственные и приобретенные дефекты в работе промежуточных переносчиков этц:
- •III. Недостаток кислорода (гипоксия):
- •IV. Наличие разобщителей биологического окисления и фосфорилирования.
- •1.2.6. Механизмы защиты от токсического действия кислорода
- •А) Антиоксиданты ферментативной природы
- •Б) Антиоксиданты неферментативной природы
- •Роль катионов металлов с переменной валентностью в свободно-радикальных реакциях
- •В) Антиоксиданты внеклеточных жидкостей
- •1.3. Микросомальное окисление
- •Глава II
- •2.1.2. Регуляция процесса окисления пирувата
- •2.1.3. Патология декарбоксилирования пирувата
- •2.2. Цикл трикарбоновых кислот
- •2.2.1. Последовательность реакций цтк
- •2.2.2. Энергетическая ценность процесса
- •Образование макроэргических соединений в цтк
- •2.2.3. Участие витаминов в цтк
- •2.2.4. Биологические функции цикла Кребса
- •2.2.5. Регуляция превращений цитрата
III. Недостаток кислорода (гипоксия):
а) гипоксическая – малоэффективная оксигенация гемоглобина;
б) респираторная – из-за морфологических повреждений органов дыхательной системы;
в) циркуляторная – следствие поражения сердечно-сосудистой системы;
г) гемическая, возникающая после острых или хронических кровопотерь;
д) гипоксию нагрузки может вызвать необычно высокая интенсивность мышечной работы.
При всех видах дефицита О2 снижается скорость синтеза АТФ, накапливаются восстановленные формы НАД, а также пируват, лактат и другие органические кислоты – метаболиты цикла Кребса, следствием чего является сдвиг рН в кислую сторону; из-за недостатка АТФ выключаются ионные насосы, встроенные в мембрану, – увеличивается концентрация внутриклеточных ионов кальция, которые служат активаторами мембранных фосфолипаз А2. Результат действия последних – гидролиз глицерофосфатидов и высвобождение полиненасыщенных высших жирных кислот, которые служат одним из главных субстратов перекисного окисления липидов (ПОЛ) – процесса, приводящего, в частности, к альтерации мембран и клеток в целом.
IV. Наличие разобщителей биологического окисления и фосфорилирования.
Разобщители обычно принадлежат к амфифилам – амфипатическим соединениям, имеющим двойственную природу: одна часть молекулы у них неполярна и, следовательно, гидрофобна, вторая - гидрофильная головка представляет реже ион, чаще - полярную структуру. Вследствие этого подобные структуры легко преодолевают все слои мембран. А так как они по большей части способны диссоциировать, то могут служить источниками подвижных протонов, которые и переносятся в сторону их меньшей концентрации. Подобное явление приводит к снижению электрохимического потенциала и выключению АТФ-синтазы по типу короткого замыкания. Потребление кислорода и окисление субстратов продолжается, но из-за невозможности генерации АТФ вся свободная энергия выделяется в виде теплоты (пирогенный, или калорический эффект).
Классическим примером действия разобщителей может служить развитие гипертермии и общей слабости в ходе инфекционных заболеваний, так как практически все токсины микроорганизмов обладают данным свойством.
В основе второго варианта повреждений биоэнергетических процессов лежат явления абсолютной и относительной гипероксии. Молекулярный кислород, не слишком реакционноспособный в своем основном состоянии, может образовывать высокоактивные формы, способные даже убить живую клетку за счет:
а) продукции токсичных пероксидов;
б) окислительного повреждения мембран из-за активации перекисного окисления ненасыщенных высших жирных кислот – обязательных компонентов их глицерофосфолипидов;
в) окислительного разрушения коллагеновых волокон;
г) деполимеризации глюкозамингликанов в суставах (одного из звеньев развития артритов);
д) окисления гемоглобина в метгемоглобин;
е) нарушений в структуре ДНК.
Причиной развития этих процессов является следующий механизм. Молекулярный кислород обычно имеет два неспаренных, с одинаково ориентированными спинами электрона, занимающих самостоятельные внешние орбитали. Каждая из них способна принять дополнительно еще один электрон. Присоединение первого образуетсупероксид анион (О2-˙): а в результате взаимодействия с двумя электронами генерируется пероксидный анион (О22-).
Полное восстановление кислорода обеспечивается протонами, в чем и заключается смысл биологического окисления:
Е
−• О2 +
ē
+ 2Н+
Н2О2
Вто же время супероксид способен выступать в качествевосстановителя. В клетках может происходить такая реакция, где один ион окисляется, а другой, являясь акцептором электрона, восстанавливается (реакция дисмутации):
упероксид анион, пероксид водорода, гидроксильный радикал и синглентный кислород объединяют термином активные формы кислорода (АФК), так как они обладают высокой химической активностью, приводящей к повреждению различных органических соединений, имеющих в своем составе неполярные участки, в первую очередь, липидов. Особенно опасен супероксидный анион, так как его действие в тканях усиливается продукцией свободных радикалов за счет инициирования цепной реакции:
Однако ряд свободнорадикальных реакций имеет важное значение для нормальной жизнедеятельности организмов. Например, цитолеммы фагоцитирующих клеток за счетНАДФ–оксидаз:
активно выделяют супероксид, пероксид водорода и гидроксильные радикалы, которые, разрушая липиды мембран микроорганизмов, оказывают бактерицидное действие.