3.6. Регуляція тканинного дихання (дихальний контроль)

Утворення АТФ шляхом окиснювапьного фосфорилування регулюється згідно з енергетичними потребами клітини. Якщо отримана енергія використовується швидко, процеси біологічного окиснення прискорюються і стають більш інтенсивними. Якщо отримана енергія використовується повільно, вони сповільнюються .

Від чого залежить інтенсивність тканниного дихання і швидкість утворення АТФ?

Тканинне дихання, як і будь-який інший процес в клітині, регулюється концентрацією субстратів, які вступають у реакцію (в даному випадку – це АДФ і неорганічний фосфат) та продуктами цієї реакції (АТФ) при перенесенні електронів у дихальному ланцюзі, з припиненням якого синтез АТФ стає неможливим.

Концентрація АТФ в клітині дуже низька. Наприклад, в серці людини знаходиться не більше одного грама АТФ, а для його роботи протягом хвилини при відносному спокої організму необхідна енергія, яка відповідає 40 г АТФ . Це свідчить про те, що синтез АТФ в клітинах серця повинен здійснюватися безперервно.

Відповідно, одна і ця ж молекула АТФ повинна за одну хвилину тисячу разів гідролізуватися і знову регенеруватися.

Залежність тканинного дихання мітохондрій від концентрації АДФ називають дихальним контролем. Інтенсивність дихання регулюється співвідношенням АТФ/АДФ. Чим менше це співівідношення, тим інтенсивніше відбувається дихання, що спричинює синтез АТФ. Швидкість окиснення клітинного палива регулюється з дуже великою точністю .

Таким чином, механізм дихального контролю відрізняється високою чутливістю і точністю. Тому відносні концентрації АТФ і АДФ в тканинах змінюється в вузьких межах. Використання енергії клітиною, тобто частота обертів циклу АТФ-АДФ може змінюватися десятки і тисячі разів.

3.7. Інгібітори електронного транспорту та окисного фосфорилування в мітохондріях

Багато речовин, в тому числі й лікарські засоби, можуть змінювати енергетику клітин, інтенсивність окиснювального фосфорилування – утворення АТФ. Їх можна поділити на активатори й інгібітори енергетичного обміну. Глюкоза, фруктоза амінокислоти, кислоти циклу Кребса (лимонна, яблучна, янтарна), харчові суміші, наприклад, препарати гідролізатів білків: гідролізат казеїну, амінокровін, амікіни покращують енергетичний обмін у тканинах організму, тому знайшли застосування в медичній практиці.

Ліпофільні речовини, які сприяють вільному переходу протонів у мітохондрію, називаються роз'єднувачами окиснення та фосфорилування. Ці речовини спричинюють втрату мембраною протонного потенціалу. Природнім роз'єднувачем окиснення та фосфорилування є гормони щитоподібної залози – тироксин, трийодтиронін, які за таким механізмом регулюють теплообмін в організмі.

До роз'єднувачів можна віднести:

- 2,4-динітрофенол та подібні до нього сполуки (динітрокрезол, пентахлорфенол) (рис. 6.9);

- карбонілціанід-м-хлорфенілгідразон (СССР).

Інгібіторами є фториди, які блокують активність окремих ферментів розпаду вуглеводів та ліпідів.

Ігібітори електронного транспорту порушують функціонування дихального ланцюга за рахунок зв'язування з окремими ферментами чи коферментами при перенесенні електронів при біологічному окисненні.

Відповідно, в дихальному ланцюзі є три ділянки, в яких перенесення електронів супроводжується великим зниженням вільної енергії. Це ділянки, де вивільнена енергія запасається, тобто використовується для синтезу АТФ.

Досліди з використанням специфічних інгібіторів певних ферментів дихального ланцюга підтвердили ці дані.

Ротенон (інсектицид-токсична речовина, яка виробляється одним з видів рослин і використовується індіанцями як отрута) блокує перенесення електронів від НАДН₂ до КоQ, при цьому всі компоненти дихального ланцюга переходять в окиснений стан, тобто знижується швидкість транспорту електронів.

Подібну дію до ротенону мають похідні барбітурової кислоти-амобарбітал (амітал), та подібний структурний аналог–секобарбітал (секонал).

Антибіотик антиміцин А блокує перенесення електронів від цитохрому b на цитохром с₁.

Ціаніди, азид натрію, сірководень зв’язуються з цитохромоксидазою (блокують відновлення Fe³⁺ до Fe²⁺) і порушують перенесення електронів з цитохромоксидази на молекулярний кисень.

Пієрицидин А – антибіотик, блокує перенесення електронів на рівні НАДН₂ – КоQ–редуктазний комплекс за рахунок взаємодії з убіхіноном.

Монооксид вуглецю (СО) – інгібітор цитохромоксидази (зв'язується з гемом ферменту).

Інгібітори окисного фосфорилування блокують окиснення субстратів та фосфорилування АДФ у мітохондріях.

До них відноситься антибіотик олігоміцин. Механізм дії полягає у інгібуванні функції АТФ-синтетази за рахунок зв'язування з F_o компонентом ферменту. Цей антибіотик специфічно блокує потік протонів через F_o.

На синтез АТФ у мітохондріях негативно впливають патогенні фактори: хімічні (токсини), біологічні та фізичні (іонізуюча радіація), які спричинюють роз'єднання дихання і окисного фосфорилування.