Хеміоосмотична теорія окисного фосфорилювання

Молекулярні механізми генерації АТФ в ході біологічного окислення в мітоходріях пояснюються хеміоосмотичною теорією (за П.Мітчелом —P.Mitchell). Головний постулат хеміоосмотичної теорії — спряження електронного

транспорту в мітохондріях із біохімічною системою синтезу АТФ здійснюється за рахунок електрохімічного

потенціалу протонів (ΔμН+), що утворюється під час функціонування електронотранспортного ланцюга.

1. Функціонування дихального (електронотранспортного) ланцюга у внутрішніх (спрягаючих) мембранах мітохондрій супроводжується генерацією на цих мембранах електрохімічного градієнта протонів (Н+).

2. Окремі компоненти електронотранспортного ланцюга діють як протонні помпи, що спричиняють векторний (перпендикулярний площині мембрани) транспорт протонів, спрямований у напрямку “матрикс зовнішня поверхня мембрани”.

3. Електрохімічний потенціал протонів на спрягаючих мембранах, який створюється завдяки дії протонних помп дихального ланцюга, є рушійною силою синтезу АТФ з АДФ та Фн.

4. Існує ферментна система, що використовує енергію електрохімічного протонного потенціалу для синтезу АТФ за рахунок транслокації протонів через мітохондріальну мембрану в напрямку “зовнішня поверхня матрикс”.

Ця ферментна система, є білком з четвертинною структурою,що складається з декількох білкових субодиниць, якіутворюють компоненти F0 та F1 (F 0 F 1 – АТФаза).

5. Будь-які фізичні, хімічні та біологічні фактори, що пошкоджують цілісність спрягаючих мембран мітохондрій та розсіюють енергію електрохімічного градієнта, порушують синтез АТФ, тобто виступають як роз’єднувачі транс-

порту електронів та окисного фосфорилювання.

Таким чином, згідно з хеміоосмотичною теорією, спряження між переносом електронів в дихальному ланцюзі та синтезом АТФ здійснюється за рахунок утворення при функціонуванні протонних помп градієнта концентрації Н+ між двома поверхнями мітохондріальної мембрани.

36. Ингибиторы транспорта электронов и разобщители окислительного

Ротенон — інгібітор транспорту електронів через НАДН-коензим Q-редук-

тазний комплекс. Ротенон застосовується як інсектицид.

Амобарбітал (амітал) та близький до нього за структурою секобарбітал (секонал). Ці похідні барбітурової кислоти (барбітурати) застосовуються у фармакології як снодійні засоби. Разом з тим, барбітурати, подібно до ротенону, є

активними інгібіторами клітинного дихання, блокуючи електронний транспорт нарівні НАДН-коензим Q-редуктази.

Пієрицидин А — антибіотик, що також блокує НАДН-коензим Q-редуктазний комплекс за рахунок конкурентної взаємодії з убіхіноном.

Антиміцин А — антибіотик, що блокує дихальний ланцюг мітохондрій на рівні переносу електронів через комплекс III (цитохром b — цитохром c 1).

Ціаніди (іони CN –) — потужні клітинні отрути, що є інгібіторами транспорту електронів на термінальній ділянці дихального ланцюга мітохондрій (у цитохромоксидазному комплексі). Іони CN – утворюють комплекси з ферри (Fe3+) —формою молекул гему цитохромоксидази, блокуючи їх відновлення до фермо (Fe2+) — форм.

Монооксид вуглецю (CO) — інгібірує цитохромоксидазу шляхом зв’язування з ділянкою гему, що взаємодіє з молекулою кисню.

Олігоміцин — антибіотик, що протидіє як фосфорилюванню АДФ до АТФ, так і стимуляції поглинання О2, що спостерігається після додавання до мітохондрій АДФ (феномен “дихального контролю”). Механізм дії олігоміцину полягає в інгібіруванні функції АТФ-синтетази.

спричиняють “неконтрольоване” дихання мітохондрій,яке не залежить від функціонування системи фосфорилювання АДФ. спостерігається активне поглинання мітохондріями О2, незважаючи на зниження швидкості (або відсутність) генерації АТФ з АДФ та Фн. Згідно з хеміоосмотичною теорією, роз’єднувачі спричиняють втрату мембраною протонного потенціалу — рушійної сили генерації макроергічних зв’язків АТФ. До роз’єднувачів окисного фосфорилювання належать:

– 2,4-динітрофенол та сполуки, близькі до нього за хімічною структурою(динітрокрезол, пентахлорфенол);

– СССР (карбонілціанід-м-хлорфенілгідразон) — сполука, що в 100 разів перевищує за специфічною активністю 2,4-динітрофенол. Здатність роз’єднувати дихання та окисне фосфорилювання в мітохондріях мають також гормони щитовидної залози (тироксин, трийодтиронін).

37. Микросомальное окисление: цитохром Р-450; молекулярная организация цепи

Ферментні системи, що каталізують реакції мікросомального окислення гідрофобних субстратів, є електронотранспортними ланцюгами, локалізованими в мембранах ендоплазматичного ретикулума гепатоцитів (та клітин деяких інших органів, що також беруть участь у реакціях детоксикації). Компонентами цих ферментних ланцюгів є ФАД-вмісний флавопротеїн, цитохром b5 та кінцева монооксигеназа — цитохром Р-450:

Подібний цитохром Р-450-залежний електронотранспортний ланцюг каталізує реакції окислювального гідроксилювання стероїдів (синтезу та біотрансформації), що наявні в мітохондріях кори наднирникових та статевих залоз. Цитохром Р-450 — фермент, вперше відкритий у 1958 р. Американськими дослідниками Д.Гарфінкелем та М.Клінгенбергом (D.Garfinkel, M.Klingenberg). Це сімейство гемопротеїнів з молекулярною масою близько 50 кД; у різних біологічних об’єктах та тканинах виявлено більше 300 ізоформ цитохрому Р-450, що розрізняються за своєю субстратною специфічністю та особливостями первинної структури. Фізіологічне значення ізоформ цитохрому Р-450 полягає в захисті тваринного організму від численних низькомолекулярних ксенобіотиків, що надходять у внутрішнє середовище; ця система є додатковою до системи імунногозахисту (“друга імунна система”), яка протидіє надходженню в організм чужорідних високомолекулярних сполук біологічного походження. Біосинтез різних ізоформ цитохрому Р-450 кодується декількома сімействами генів, які у ссавців позначаються як CYP—гени (CYTOCHROMEP-450;англ.). У геномі людини за синтез цього гемопротеїну відповідають більше 100 генів, експресія яких призво-

дить до продукції ізоформ із різною субстратною специфічністю (CYP1, CYP2, CYP3 тощо), що додатково поділяються на ензимні субсімейства.

38. Анаэробное окисление глюкозы, общая характеристика процесса.

анаеробний гліколіз, що супроводжується утворенням з

однієї молекули глюкози двох молекул молочної кислоти

1. Активація молекули глюкози шляхом її фосфорилювання до фосфорного ефіру —

глюкозо-6-фосфату. Ця реакція каталізується ферментом гексокіназою, що найбільш активна в м’язовійтканині

2. Перетворення (ізомеризація) глюкозо-6-фосфату у фруктозо-6-фосфат: Реакція каталізується ферментом фосфогексоізомеразою

3. Фосфорилювання фруктозо-6-фосфату з утворенням фруктозо-1,6-дифосфату. Джерелом фосфату, як і в 1-й реакції гліколізу, є молекула АTФ. Ферментом, що каталізує цю реакцію, є фосфофруктокіназа

4. Розщеплення фруктозо-1,6-дифосфату на дві молекули фосфотріоз шляхом розриву ковалентного –С–С– зв’язку між 3-м та 4-м атомами вуглецю в шестивуглецевому ланцюзі фруктозо-1,6-дифосфату. Реакція каталізується ферментом фруктозо-1,6-дифосфатальдолазою

5. Взаємоперетворення двох фосфотріоз (ДОАФ та Г-3-Ф), що каталізуєтьсяферментом тріозофосфатізомеразою:

6.1. Окислення гліцеральдегід-3-фосфату до 1,3-дифосфогліцерату (1,3-дифосфогліцеринової кислоти — 1,3-диФГК).

Реакція каталізується ферментом гліцеральдегід-3-фосфатдегідрогеназою,

6.2. Перетворення 1,3-дифосфогліцерату на 3-фосфогліцерат (3-фосфоглі-церинову кислоту — 3-ФГК). Ця реакція супроводжується перенесенням макроергічної фосфатної групи від 1,3-диФГК на АДФ з утворенням молекули АТФ і каталізується ферментом фосфогліцераткіназою:

7. Перетворення 3-фосфогліцерату на 2-фосфогліцерат (2-фосфогліцериновукислоту — 2-ФГК). Реакція каталізується ферментом фосфогліцеромутазою:

8. Дегідратація 2-фосфогліцерату з утворенням фосфоенолпірувату (ФЕП). Реакція каталізується ферментом енолазою:

9. Утворення з фосфоенолпірувату пірувату. Реакція каталізується ферментом піруваткіназою

39. Аэробное окисление глюкозы. Этапы превращения глюкозы до СО2 и Н2О.

1. Розщеплення глюкози до піровиноградної кислоти.

Продуктом цього гліколітичного етапу розщеплення глюкози є піруват, а також двімолекули відновленого НАД+ і дві молекули АТФ:

2. Окислювальне декарбоксилювання піровиноградної кислоти.

У результаті цього процесу утворюється ацетилкоензим А — основний субстратокислення в циклі трикарбонових кислот — та відновлена форма НАД+.

Сумарне рівняння окислювального декарбоксилювання пірувату:

Окислювальне декарбоксилювання пірувату каталізується піруватдегідрогеназним комплексом — мультиферментною системою, яка в клітинах еукаріотів міститься вмембранах мітохондрій, а у прокаріотів — у цитоплазмі. До складу цього комплексувходять три ферменти, що каталізують три послідовні стадії перетворення піруватуна ацетил-КоА: піруватдегідрогеназа, дигідроліпоїлацетилтрансфераза, дигідроліпоїлдегідрогеназа та п’ять коферментів і простетичних груп: тіаміндифосфат(ТДФ), коензим А (КоА), ліпоєва кислота (ЛК), НАД+, ФАД.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: