3.Окислительное фосфорилирование, его биологическая роль. Отличие от субстратного фосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование – основной механизм синтеза АТФ в клетке, за счет энергии выделяющейся при тканевом дыхании.

Было установлено, что при тканевом дыхании митохондрий наряду с кислородом используется неорганический фосфат. Соотношение окисления и фосфорилирования определяется коэффициентом Р/О и этот показатель был назван коэффициентом фосфорилирования и зависит от точки вхождения восстановительных эквивалентов в цепь транспорта электронов.

Коэффициент окислительного фосфорилиования (К) – это отношение количества неорганического фосфата, потребляемого в процессе дыхания, к количеству кислорода: Р/О, т.е. К показывает число молей АТФ, образующихся из АДФ и Р_Н на 1 грамм-атом поглощенного кислорода.

Расчет показывает, что в сутки митохондрии образуют более 30 кг АТФ и столько же АТФ расходуется. Скорость окислительного фосфорилирования зависит от содержания АДФ: чем быстрее расходуется АТФ, чем больше накапливается АДФ, тем больше потребность в энергии и, следовательно, в синтезе АТФ. Накопление АТФ сопровождается снижением содержания АДФ. Скорость образования АТФ при этом также уменьшается.

При органической потребности в АТФ падает и скорость переноса электронов и протонов от субстратов – источников энергии, т.е. падает скорость окислительного распада субстратов.

При субстратном фосфорилировании образование АТФ сопряжено с окислением определенного вещества. Таких реакций известно три. Две из них протекают при гликолизе (глицероальдегид-фосфат → 1,3 дифосфоглицериновая кислота; 2 монофосфопируват → пируват). Обе эти реакции называются реакциями гликолитического фосфорилирования. 3-я реакция (аэробная фаза ЦТК – окислительное фосфорилирование α-кетоглутарата до сукцинил-КоА, затем до сукцинилфосфата, который является источником для образования ГТФ и АТФ. ГТФ, АТФ и другие соединения, при гидролизе связей которых выделяется более 30,5 кДж/моль энергии, называют макроэргами.

Субстратное фосфорилирование имеет значение при недостатке кислорода и ослаблении дыхания, когда усиливаются процессы гликолиза, особенно в скелетных мышцах и миокарде.

4.Разобщение окислительного фосфорилирования.

В митохондриях дыхание не всегда сопряжено с фосфорилированием. Такой свободный от синтеза АТФ путь окисления субстратов тканевого дыхания называется свободным тканевым дыханием без фосфорилирования. Свободное окисление является источником теплоты и поддерживает определенную постоянную температуру тела. Оно необходимо для жизни, поскольку ферментные реакции, процессы диффузии, всасывание питательных веществ и другие процессы могут происходить только при определенной температуре.

Свободное окисление играет важную роль в приспособлении организма к различным неблагоприятным условиям. Установлено, что при охлаждении дыхание, связанное с фосфорилированием, ослабляется, а свободное окисление усиливается. В организме есть ряд механизмов, которые регулируют соотношение между окислением и фосфорилированием. В частности, гормон щитовидной железы тироксин ослабляет сопряженность, а гормон поджелудочной железы инсулин усиливает её. Действие многих медикаментов (аспирин, фенацитин) также связано с их влиянием на процессы окислительного фосфорилирования. Они усиливают свободное дыхание, и следовательно, образование теплоты в организме. Названные факторы (гормон тироксин, лекарственные средства), а также свободные жирные кислоты, динитрофенол и другие называются разобщителями процессов дыхания и фосфорилирования.