Дыхательный контроль – Дыхательный контроль

Содержание

Дыхательный контроль

В
норме субстраты
тканевого дыхания и О2
находятся в достаточном количестве и
не лимитируют окислительное
фосфорилирование. Активность окислительного
фосфорилирования ограничивает только
концентрация АДФ, которая обратно
пропорциональна концентрации АТФ.

При
нагрузке концентрация
АТФ снижается, а АДФ увели­чивается,
что ускоряет дыхание и фосфорилирование.
В состоянии покоя количество АТФ
увеличивается, а АДФ снижается, что
тормозит дыхание
и фосфорилирование.

Зависимость
ин­тенсивности
дыхания митохондрий от концент­рации
АДФ называют дыхательным
контролем
.
В результате дыхательного контроля
скорость синтеза АТФ соответствует
потребностям клет­ки
в энергии. Общее
содержание АТФ в организме 30—50 г, но
каждая молекула АТФ в клетке «живёт»
мень­ше минуты. В сутки у человека
синтезируется 40—60 кг АТФ и столько же
распадается.

Коэффициент окислитель­ного фосфорилирования

Для
оценки эффективности окислительного
фосфорилирования используют коэффициент
окислительного фосфорилирования (Р/О).

Коэффициентом
окислитель­ного фосфорилирования

называют от­ношение количества
фосфорной кислоты (Р), использованной
на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода
(О), поглощённого в процессе дыхания.

При
окисление молекулы НАДН2,
е
по дыхательной цепи проходят 3 пункта
сопряжения, что обеспечивает синтез 3
АТФ при затрате 3 Н3РО4
и 3 АДФ на 1 атом кислорода. Соответственно
для НАДН2
Р/О=3.

При
окисление молекулы ФАДН2,
е
по дыхательной цепи проходят только 2
пункта сопряжения, что обеспечивает
синтез 2 АТФ при затрате 2 Н3РО4
и 2 АДФ на 1 атом кислорода. Соответственно
для ФАДН2
Р/О=2.

Эти
величины Р/О отражают теоретический
максимум синтеза АТФ, фактически эта
величи­на меньше из-за затрат на
транспорт.

23. Микросомальное
окисление (МСО) –моно — и диоксигеназные
пути использования кислорода в клетке:
локализация редокс-цепи в эндоплазматическом
ретикулуме(ЭПР), биологическое значение.
Особенности строения и функции
цитохром-
p450-оксидазы
и цитохром-
b5-оксидазы,
возрастные
особенности и

факторы
индукции синтеза ферментов
.
Цитохром
р
450
в клинической практике.

Монооксигеназные
реакции

Монооксигеназы
это
ферменты, которые
включают в субстрат только один атом
молекулы кислорода. Другой атом кислорода
восстанавливается до воды с участием
электронов и протонов НАДФН2,
НАДН2,реже
витамин С:

S-Н
+ О2
+ RH2
→ S-ОН
+ Н2О
+ R
(где R
= НАДФН2,
НАДН2,витамин
С)

Монооксигеназные
реакции протекают на цитоплазматической
поверхности гладкого ЭПР, их называют
микросомальным окислением, и на внутренней
поверхности внутренней мембраны
митохондрии. Катализируют низкоспецифичные
реакции.

Диоксигеназные реакции

Диоксигеназы
это
ферменты, которые
включают в субстрат оба атома молекулы
кислорода:

S
+ О2
→ SО2

Таким
путем окисляются циклические
трудноокисляемые структуры, реакции
идут с разрывом цикла. Диоксигеназные
реакции протекают на цитоплазматической
поверхности гладкого ЭПР.

Гомогентизатдиоксигеназа
печени, содержит Fe2+,
участвует в катаболизме тирозина

Цитохром
Р
450
– интегральный гемопротеин, содержит
простетическую группу гем, имеет участки
связывания для О2
и субстрата. Открыто 150 генов, кодирующих
различные изоформы цитохрома Р450.
Каждая из изоформ Р450
имеет
много субстратов и отличается от других
изоформ Р450
только
белковой частью.

Цитохром
Р450
передает 2 электрона на 1 атом молекулы
кислорода, который превращается в О2-,
при взаимодействии с 2 протонами О2-
дает
воду. Второй атом молекулы кислорода
включается в субстрат RH,
образуя ROH.

Цитохром
b5.
Цитозольный домен содержит гем,
гидрофобный домен фиксирует фермент в
мембране. Цитохром b5
может передавать свои электроны на
различные ферменты (цитохром
Р450,
Стеароил-КоА-десатуразу и т.д.), образуя
различные ЦПЭ, при этом он участвует в
десатурации и элонгации жирных кислот,
в синтезе холестерина, плазминогенов
и церамида.

24. Свободно-радикальное
окисление (СРО): стадии и реакции
образования активных форм О
2
(супероксид, пероксид, гидроксид —
радикал), факторы инициации. Значение
в физиологии и патологии клетки
пероксидазного и радикального пути
использования кислорода.

Образование
активных форм кислорода

АФК
во многих клетках образуются в основном
в ферментативных
и неферментативных
реакциях в результате последовательного
присоединения е
к кислороду:

  1. О2
    + 1е
    → О2
    супероксидный анион-радикал (˙О::О:).

  2. О2
    +1е
    → О2-2
    пероксидный анион (:О::О:), он быстро
    протонируется с образованием перекиси
    водорода О2-2
    + 2Н+
    → Н2О2
    (Н:О::О:Н)

  3. Н2О2
    + 1е
    → НО
    +
    ОН
    гидроксильный радикал, ОН
    протонируется
    с образованием воды ОН
    +
    Н+
    → Н2О

  4. ОН
    +

    → Н2О
    (Н:О:Н)

Ферментативные
реакции образования АФК

Электроны,
необходимые для образования АФК могут
давать ЦПЭ. 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 при реоксигенации ишемических
    тканей может непосредственно
    взаимодействовать с кислородом, образуя
    супероксидный анион-радикал: HQ·
    + O2

    Q+
    О2
    + 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.

Неферментативные
реакции образования АФК

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+)
+ О2

2).
Радикалы.

АФК, обмениваясь электроном, легко
переходят друг в друга: О2
+
Н2О2
→ О2
+ НО
+
ОН

АФК
также могут образовываться в организме
неферметативно
при гомолитическом разрыве

связей под действием ионизирующего
излучения. Ионизирующее излучение
вызывает например, радиолиз воды с
образованием Н2;
Н2О2

и свободных радикалов: Н·,
НО,
О·.(фотостарение)

Кислородные
радикалы, обладая высокой активностью,
разрушают органические молекулы в
реакциях свободно-радикального окисления
(СРО).
Большая часть этих реакций протекает
с полиненасыщенными
жирными кислотами
липидов, и называется перекисным
окислением липидов (ПОЛ).

Значение
в клетке:

studfiles.net

Дыхательный контроль

Окисление
субстратов и фосфорилирование АДФ в
митохондриях прочно сопряжены.

Скорость
использования АТФ регулирует скорость
потока электронов в ЦПЭ.

Выполнение
клеткой работы с затратой АТФ приводит
к уменьшению концентрации АТФ. =

Происходит накопление АДФ.

Это активирует
окисление субстратов и поглощение
O2
митохондриями клетки.

Таким образом,
клетки реагируют на интенсивность
метаболизма и поддерживают соотношение
АТФ/АДФ на необходимом уровне.

Дыхательный
контроль

– это зависимость интенсивности
поглощения кислорода митохондриями от
концентрации АДФ.

Ингибиторы цпэ.

Ингибиторы ЦПЭ
подавляют активность ферментных
комплексов (
I,
II,
III
и
IV)
=

происходит замедление или даже полное
прекращение работы ЦПЭ =

происходит замедление или полное
прекращение синтеза АТФ.

I
комплекс
:
NADH-дегидрогеназа.

Ингибиторы:
ротенон
и
барбитураты
(амитал, аминобарбитал, нембутал, веронал
и др.)

II
комплекс
:
FAD-зависимая
сукцинатдегидрогеназа.

Обратимый
конкурентный ингибитор:
малонат.

III
комплекс
:
QH2-дегидрогеназа.

Ингибитор:
Антимицин
A.

IV
комплекс
:
Цитохромоксидаза.

Ингибиторы:
цианид-ионы
(
CN):
KCN,
HCN
и др.; угарный газ (
CO),
сероводород (
H2S).

Антибиотик
олигомицин
не ингибирует саму ЦПЭ, но подавляет
окислительное фосфорилирование,
ингибируя АТФ-синтазу.

!
При полном ингибировании
in
vitro
любого из ферментных комплексов, который
располагается на пути переноса электронов
от дегидрируемого субстрата на
O2,
работа ЦПЭ прекращается и АТФ не
синтезируется.

Примеры:

  1. К суспензии
    митохондрий, где в качестве окисляемого
    субстрата использовали малат, добавили
    амитал
    Na.
    Как при этом изменится синтез АТФ?

Т.к. амитал Na
ингибирует
NADH-дегидрогеназу,
которая расположена на пути переноса
электронов от малата на
O2,
то скорость ЦПЭ замедляется =

замедляется (или прекращается) синтез
АТФ.

  1. Смесь: малат +
    амитал + сукцинат.

Р/О
2, т.к. в этом случае будет окисляться
сукцинат, для которого «не нужна»
NADH-дегидрогеназа.

  1. Смесь: сукцинат
    + малонат (избыток).

Синтез АТФ
замедляется, т.к. малонат ингибирует
сукцинатдегидрогеназу, которая
располагается на пути электронов от
сукцината на
O2.

  1. Смесь: сукцинат
    + малонат + изоцитрат.

Р/О
3, т.к. в этом случае будет окисляться
изоцитрат, для которого «не нужна»
сукцинатдегидрогеназа.

  1. Смесь: малат
    (или сукцинат) + антимицин
    A.

Синтез АТФ
замедляется, т.к. антимицин
A
ингибирует
QH2-дегидрогеназу,
которая располагается на пути электронов
от этих субстратов на
O2.

  1. Если к 5) смеси
    добавить витамин
    C,
    то Р/О

    1, так вит.
    C
    окисляет цитохром
    c
    (в переносе электронов не участвует
    QH2-дегидрогеназа).

  2. CN
    независимо от дегидрируемого субстрата
    необратимо ингибируют ЦПЭ у человека.
    Они присоединяются к
    Fe3+
    цитохромоксидазы и полностью блокируют
    ЦПЭ.

(CN
– необратимый специфический ингибитор
цитохромоксидазы).

Разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.

Некоторые
химические вещества (протонофоры) могут
переносить
H+
из межмембранного пространства
митохондрии через внутреннюю мембрану
в матрикс, минуя протонные каналы
АТФ-синтазы =

снижается (или даже полностью исчезает)
H+
и замедляется (прекращается) синтез
АТФ.

Это явление
называют
разобщением
тканевого дыхания и окислительного
фосфорилирования
.

В результате
разобщения количество АТФ снижается,
а АДФ увеличивается.

При этом, за счет
дыхательного контроля, возрастает
скорость поглощения
O2
митохондриями и скорость работы ЦПЭ,
но из-за нарушения работы АТФ-синтазы
коэффициент Р/О резко снижается =

энергия рассеивается в виде теплоты,
что приводит к повышению
t
тела человека (пирогенное действие).

Разобщители
– это гидрофобные в-ва, которые легко
проходят через мембрану митохондрий в
обоих направлениях.

Некоторые
эндогенные разобщители играют роль в
поддержании постоянной
t
тела человека.

При охлаждении
стимулируется освобождение норадреналина
из окончаний симпатических нервов.

В результате
происходят активация липазы в жировой
ткани и мобилизация жира из жировых
депо.

Образующиеся
свободные жирные кислоты служат не
только «топливом», но и важнейшим
регулятором разобщения дыхания и
фосфорилирования.

studfiles.net

Дыхательный контроль.

Зависимость
дыхания в митохондриях от концентрации
АДФ называется дыхательным контролем,
т.е. скорость синтеза АТФ путем
окислительного фосфорилирования
определяется
потребностью клеток в энергии. При
расходовании АТФ повышается концентрация
АДФ в клетке —► ускоряется дыхание и
фосфорилирование, т.е. синтез АТФ.

Таким образом,
клеточное дыхание включает в себя
следующие процессы: ОДПВК, ЦТК и
ЦПЭ.

Токсичное действие кислорода. Защита от токсичного действия кислорода.

О2
является
неотъемлемой частью для нормальной
деятельности организма, но О2
может образовывать
высокоактивные формы, токсичные для
организма. Т.к. О2
имеет 2 не спаренных
электрона с одинаково ориентированными
спинами, занимающие самостоятельные
внешние орбитали . Присоединение одного
электрона к О2
приводит
к

образованию
супероксидного аниона (O2).
Присоединение второго электрона
приводит к образованию
пероксидного аниона (O22-).

О^может
действовать как окислитель и как
восстановитель. В результате присоединения
электронов
к О2
образуется
НО.

O2+ẽ+2H+

H2O

О2
может служить восстановителем, тогда
образуется О^

O2




O2

Возможна ситуация,
когда один Од является окислителем, а
другой — восстановителем, в результате
образуется перекись водорода (пероксид)
— малотоксичное для клеток вещество

O2+
O2
+
+

H2O2
+
O2
(дисмутация)

Образовавшийся
H2O2
может восстанавливаться О2
с образованием свободного гидроксильного
радикала ОН , Ог
и Н2О
— это высокоактивные вещества, они могут
взаимодействовать
с нуклеиновыми кислотами, белками,
липидами, лучше всего изучено их
повреждающие действие на липидный слой
мембраны (курс биорганики). В результате
их действия повреждаются жирные кислоты,
входящие в состав липидов, особенно
этот процесс опасен для эритроцитов
(это приводит к гемолизу — выходу
содержимого
эритроцитов). Поэтому организм выработал
механизмы, защиты от токсичного
действия кислорода (естественная
защита), ферментативная.

  1. во
    всех клетках содержится 2 фермента:
    1 — супер-оксиддисмутаза —
    фермент,
    катализирующий
    реакцию дисмутации; 2 — каталаза,
    разлагает малотоксичную перекись
    до
    воды, т.е. эти два фермента защищают
    организм от накапления О2
    и
    Н2О2

  2. глутатионпероксидаза,
    находится больше всего в эритроцитах
    и в печени. Защищает
    мембраны
    эритроцитов от разрушения, но работает
    в комплексе с другими ферментами.
    Он
    катализирует восстановление
    перекиси водорода с образованием
    воды.
    (Восстановление
    — присоединение двух атомов водорода),
    донорами двух атомов
    водорода
    служат глутатион (трипептид, состоящий
    из глутаминовой кислоты, цистиина
    и
    глицина).

  3. витамин Е —
    экзогенная защита, токоферол.

Он
способен окисляться, т.е. отдавать один
электрон с образованием малоактивного
свободного
радикала. Акцепторами электрона могут
быть свободные радикалы жирных кислот
(которые образуются в результате
перекисного окисления липидов мембран).
Т.е. витамин
Е восстанавливает свободные радикалы
жирных кислот и прерывает цепную реакцию
перекисного окисления (антиоксидантная
функция витамина Е).

studfiles.net

40.Регуляция цепи переноса электронов (дыхательный контроль). Разоб­щение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Терморегуляторная функция тканевого дыхания

Дыхательный
контроль
Окисление
субстратов и фосфорилирование АДФ в
митохондриях прочно сопряжены. Скорость
использования АТФ регулирует скорость
потока электронов в ЦПЭ. Если АТФ не
используется и его концентрация в
клетках возрастает, то прекращается и
поток электронов к кислороду. С другой
стороны, расход АТФ и превращение его
в АДФ увеличивает окисление субстратов
и поглощение кислорода. Зависимость
интенсивности дыхания митохондрий от
концентрации АДФ называют дыхательным
контролем. Механизм дыхательного
контроля характеризуется высокой
точностью и имеет важное значение, так
как в результате его действия скорость
синтеза АТФ соответствует потребностям
клетки в энергии. Запасов АТФ в клетке
не существует. Относительные концентрации
АТФ/АДФ в тканях изменяются в узких
пределах, в то время как потребление
энергии клеткой, т.е. частота оборотов
цикла АТФ и АДФ, может меняться в десятки
раз. Общее содержание АТФ в организме
30-50 г, но каждая молекула АТФ в клетке
«живёт» меньше минуты. В сутки у
человека синтезируется 40-60 кг АТФ и
столько же распадается. Увеличение
концентрации АДФ немедленно приводит
к ускорению дыхания и фосфорилирования.

Разобщение
дыхания и фосфорилирования

Некоторые химические вещества
(протонофоры) могут переносить протоны
или другие ионы (ионофоры) из межмембранного
пространства через мембрану в матрикс,
минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В
результате этого исчезает электрохимический
потенциал и прекращается синтез АТФ.
Это явление называют разобщением дыхания
и фосфорилирования. В результате
разобщения количество АТФ снижается,
а АДФ увеличивается. В этом случае
скорость окисления NADH и FADH2возрастает,
возрастает и количество поглощённого
кислорода, но энергия выделяется в виде
теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается.
Как правило, разобщители — липофильные
вещества, легко проходящие через липидный
слой мембраны. Одно из таких веществ —
2,4-динитрофенол, легко переходящий из
ионизированной формы в неионизированную,
присоединяя протон в межмембранном
пространстве и перенося его в матрикс.
Примерами разобщителей могут быть также
некоторые лекарства, например дикумарол
— антикоагулянт или метаболиты, которые
образуются в организме, билирубин —
продукт катаболизма тема, тироксин —
гормон щитовидной железы. Все эти
вещества проявляют разобщающее действие
только при их высокой концентрации.

Терморегуляторная
функция ЦПЭ
На синтез молекул
АТФ расходуется примерно 40-45% всей
энергии электронов, переносимых по ЦПЭ,
приблизительно 25% тратится на работу
по переносу веществ через мембрану.
Остальная часть энергии рассеивается
в виде теплоты и используется теплокровными
животными на поддержание температуры
тела. Кроме того, дополнительное
образование теплоты может происходить
при разобщении дыхания и фосфорилирования.
Разобщение окислительного фосфорилирования
может быть биологически полезным. Оно
позволяет генерировать тепло для
поддержания температуры тела у
новорождённых, у зимнес-пящих животных
и у всех млекопитающих в процессе
адаптации к холоду. У новорождённых, а
также зимнеспящих животных существует
особая ткань, специализирующаяся на
теплопродукции посредством разобщения
дыхания и фосфорилирования — бурый жир.
Бурый жир содержит много митохондрий.
В мембране митохондрий имеется большой
избыток дыхательных ферментов по
сравнению с АТФ-синтазой. Около 10% всех
белков приходится на так называемый
разобщающий белок (РБ-1) — термогенин.
Бурый жир имеется у новорождённых, но
его практически нет у взрослого человека.
В последние годы появились факты,
свидетельствующие о существовании в
митохондриях разных органов и тканей
млекопитающих разобщающих белков,
похожих по своей структуре на РБ-1 бурой
жировой ткани. По своей структуре
термогенин близок к АТФ/АДФ-антипортеру,
но не способен к транспорту нуклеотидов,
хотя сохранил способность переносить
анионы жирных кислот, служащих
разобщителями.На внешней стороне
мембраны анион жирной кислоты присоединяет
протон и в таком виде пересекает мембрану;
на внутренней стороне мембраны
диссоциирует, отдавая протон в матрикс
и тем самым снижает протонный градиент.
Образующийся анион возвращается на
наружную сторону мембраны с помощью
АТФ/ АДФ-антипортера. При охлаждении
стимулируется освобождение норадреналина
из окончаний симпатических нервов. В
результате происходят активация липазы
в жировой ткани и мобилизация жира из
жировых депо. Образующиеся свободные
жирные кислоты служат не только
«топливом», но и важнейшим регулятором
разобщения дыхания и фосфорилирования.

13.Нарушения
энергетического обмена: гипоэнергетические
состояния как результат гипоксии, гипо-,
авитаминозов и других причин. Возрастная
характеристика энергетического
обеспечения организма питательными
веществами.

Все
живые клетки постоянно нуждаются в АТФ
для осуществления различных видов
жизнедеятельности. Клетки мозга
потребляют большое количество АТФ для
синтеза нейромедиаторов, регенерации
нервных клеток, поддержания необходимого
градиента Na+ и
К+,
для проведения нервного импульса; почки
используют АТФ в процессе реабсорбции
различных веществ при образовании мочи;
в печени происходит синтез гликогена,
жиров, белков и многих других соединений;
в миокарде постоянно совершается
механическая работа, необходимая для
циркуляции крови; скелетные мышцы в
покое потребляют незначительные
количества АТФ, но при физической
нагрузке эти потребности возрастают в
десятки раз. Вместе с тем запасов АТФ в
клетках практически не существует. Так,
в условиях прекращения синтеза АТФ в
миокарде его запасы истощаются за
несколько секунд. Как мы уже знаем, для
постоянного синтеза АТФ клеткам необходим
приток метаболитов как субстратов
дыхания и кислорода как конечного
акцептора электронов в реакциях
окисления, сопряжённых с синтезом АТФ.
Нарушения какого-либо этапа метаболизма,
приводящие к прекращению синтеза АТФ,
гибельны для клетки. Состояния, при
которых синтез АТФ снижен, объединяют
термином «гипоэнергетические«.
Причинами гипоэнергетических состояний
могут быть голодание, гиповитаминозы
В1,
РР, В2;
гипоксия. Гипоксия может возникнуть:
при недостатке кислорода во вдыхаемом
воздухе; при заболеваниях лёгких и
нарушении лёгочной вентиляции; при
нарушениях кровообращения, вызванных
заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом
сосудов, кровопотерей. Причинами гипоксии
могут быть также наследственные или
приобретенные нарушения структуры
гемоглобина . Частой причиной
гипоэнергетических состояний могут
быть нарушения процессов использования
кислорода в клетках. Причинами этих
нарушений могут быть:

  • действие ингибиторов и
    разобщителей в ЦПЭ;

  • железодефицитные анемии;

  • снижение уровня гемоглобина
    и других железосодержащих белков
    (цитохромов, FeS-белков), в результате
    чего нарушаются перенос электронов и
    синтез АТФ;

  • наследственные дефекты
    ферментов ЦПЭ и цитратного цикла

studfiles.net

40.Регуляция цепи переноса электронов (дыхательный контроль). Разоб­щение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Терморегуляторная функция тканевого дыхания

Дыхательный
контроль

Окисление субстратов и
фосфорилирование АДФ в митохондриях
прочно сопряжены. Скорость использования
АТФ регулирует скорость потока электронов
в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его
концентрация в клетках возрастает, то
прекращается и поток электронов к
кислороду. С другой стороны, расход АТФ
и превращение его в АДФ увеличивает
окисление субстратов и поглощение
кислорода. Зависимость интенсивности
дыхания митохондрий от концентрации
АДФ называют дыхательным контролем.
Механизм дыхательного контроля
характеризуется высокой точностью и
имеет важное значение, так как в результате
его действия скорость синтеза АТФ
соответствует потребностям клетки в
энергии. Запасов АТФ в клетке не
существует. Относительные концентрации
АТФ/АДФ в тканях изменяются в узких
пределах, в то время как потребление
энергии клеткой, т.е. частота оборотов
цикла АТФ и АДФ, может меняться в десятки
раз. Общее содержание АТФ в организме
30-50 г, но каждая молекула АТФ в клетке
«живёт» меньше минуты. В сутки у
человека синтезируется 40-60 кг АТФ и
столько же распадается. Увеличение
концентрации АДФ немедленно приводит
к ускорению дыхания и фосфорилирования.

Разобщение
дыхания и фосфорилирования

Некоторые химические вещества
(протонофоры) могут переносить протоны
или другие ионы (ионофоры) из межмембранного
пространства через мембрану в матрикс,
минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В
результате этого исчезает электрохимический
потенциал и прекращается синтез АТФ.
Это явление называют разобщением дыхания
и фосфорилирования. В результате
разобщения количество АТФ снижается,
а АДФ увеличивается. В этом случае
скорость окисления NADH и FADH2возрастает,
возрастает и количество поглощённого
кислорода, но энергия выделяется в виде
теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается.
Как правило, разобщители — липофильные
вещества, легко проходящие через липидный
слой мембраны. Одно из таких веществ —
2,4-динитрофенол, легко переходящий из
ионизированной формы в неионизированную,
присоединяя протон в межмембранном
пространстве и перенося его в матрикс.
Примерами разобщителей могут быть также
некоторые лекарства, например дикумарол
— антикоагулянт или метаболиты, которые
образуются в организме, билирубин —
продукт катаболизма тема, тироксин —
гормон щитовидной железы. Все эти
вещества проявляют разобщающее действие
только при их высокой концентрации.

Терморегуляторная
функция ЦПЭ
На синтез молекул
АТФ расходуется примерно 40-45% всей
энергии электронов, переносимых по ЦПЭ,
приблизительно 25% тратится на работу
по переносу веществ через мембрану.
Остальная часть энергии рассеивается
в виде теплоты и используется теплокровными
животными на поддержание температуры
тела. Кроме того, дополнительное
образование теплоты может происходить
при разобщении дыхания и фосфорилирования.
Разобщение окислительного фосфорилирования
может быть биологически полезным. Оно
позволяет генерировать тепло для
поддержания температуры тела у
новорождённых, у зимнес-пящих животных
и у всех млекопитающих в процессе
адаптации к холоду. У новорождённых, а
также зимнеспящих животных существует
особая ткань, специализирующаяся на
теплопродукции посредством разобщения
дыхания и фосфорилирования — бурый жир.
Бурый жир содержит много митохондрий.
В мембране митохондрий имеется большой
избыток дыхательных ферментов по
сравнению с АТФ-синтазой. Около 10% всех
белков приходится на так называемый
разобщающий белок (РБ-1) — термогенин.
Бурый жир имеется у новорождённых, но
его практически нет у взрослого человека.
В последние годы появились факты,
свидетельствующие о существовании в
митохондриях разных органов и тканей
млекопитающих разобщающих белков,
похожих по своей структуре на РБ-1 бурой
жировой ткани. По своей структуре
термогенин близок к АТФ/АДФ-антипортеру,
но не способен к транспорту нуклеотидов,
хотя сохранил способность переносить
анионы жирных кислот, служащих
разобщителями.На внешней стороне
мембраны анион жирной кислоты присоединяет
протон и в таком виде пересекает мембрану;
на внутренней стороне мембраны
диссоциирует, отдавая протон в матрикс
и тем самым снижает протонный градиент.
Образующийся анион возвращается на
наружную сторону мембраны с помощью
АТФ/ АДФ-антипортера. При охлаждении
стимулируется освобождение норадреналина
из окончаний симпатических нервов. В
результате происходят активация липазы
в жировой ткани и мобилизация жира из
жировых депо. Образующиеся свободные
жирные кислоты служат не только
«топливом», но и важнейшим регулятором
разобщения дыхания и фосфорилирования.

41.Нарушения энергетического обмена:
гипоэнергетические состояния как
результат гипоксии, гипо-, авитаминозов
и других причин. Возрастная характеристика
энергетического обеспечения организма
питательными веществами.

Все
живые клетки постоянно нуждаются в АТФ
для осуществления различных видов
жизнедеятельности. Клетки мозга
потребляют большое количество АТФ для
синтеза нейромедиаторов, регенерации
нервных клеток, поддержания необходимого
градиента Na+ и
К+,
для проведения нервного импульса; почки
используют АТФ в процессе реабсорбции
различных веществ при образовании мочи;
в печени происходит синтез гликогена,
жиров, белков и многих других соединений;
в миокарде постоянно совершается
механическая работа, необходимая для
циркуляции крови; скелетные мышцы в
покое потребляют незначительные
количества АТФ, но при физической
нагрузке эти потребности возрастают в
десятки раз. Вместе с тем запасов АТФ в
клетках практически не существует. Так,
в условиях прекращения синтеза АТФ в
миокарде его запасы истощаются за
несколько секунд. Как мы уже знаем, для
постоянного синтеза АТФ клеткам необходим
приток метаболитов как субстратов
дыхания и кислорода как конечного
акцептора электронов в реакциях
окисления, сопряжённых с синтезом АТФ.
Нарушения какого-либо этапа метаболизма,
приводящие к прекращению синтеза АТФ,
гибельны для клетки. Состояния, при
которых синтез АТФ снижен, объединяют
термином «гипоэнергетические«.
Причинами гипоэнергетических состояний
могут быть голодание, гиповитаминозы
В1,
РР, В2;
гипоксия. Гипоксия может возникнуть:
при недостатке кислорода во вдыхаемом
воздухе; при заболеваниях лёгких и
нарушении лёгочной вентиляции; при
нарушениях кровообращения, вызванных
заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом
сосудов, кровопотерей. Причинами гипоксии
могут быть также наследственные или
приобретенные нарушения структуры
гемоглобина . Частой причиной
гипоэнергетических состояний могут
быть нарушения процессов использования
кислорода в клетках. Причинами этих
нарушений могут быть:

  • действие ингибиторов и разобщителей
    в ЦПЭ;

  • железодефицитные анемии;

  • снижение уровня гемоглобина и других
    железосодержащих белков (цитохромов,
    FeS-белков), в результате чего нарушаются
    перенос электронов и синтез АТФ;

  • наследственные дефекты ферментов ЦПЭ
    и цитратного цикла

studfiles.net

40.Регуляция цепи переноса электронов (дыхательный контроль). Разоб­щение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Терморегуляторная функция тканевого дыхания

Дыхательный
контроль

Окисление субстратов и
фосфорилирование АДФ в митохондриях
прочно сопряжены. Скорость использования
АТФ регулирует скорость потока электронов
в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его
концентрация в клетках возрастает, то
прекращается и поток электронов к
кислороду. С другой стороны, расход АТФ
и превращение его в АДФ увеличивает
окисление субстратов и поглощение
кислорода. Зависимость интенсивности
дыхания митохондрий от концентрации
АДФ называют дыхательным контролем.
Механизм дыхательного контроля
характеризуется высокой точностью и
имеет важное значение, так как в результате
его действия скорость синтеза АТФ
соответствует потребностям клетки в
энергии. Запасов АТФ в клетке не
существует. Относительные концентрации
АТФ/АДФ в тканях изменяются в узких
пределах, в то время как потребление
энергии клеткой, т.е. частота оборотов
цикла АТФ и АДФ, может меняться в десятки
раз. Общее содержание АТФ в организме
30-50 г, но каждая молекула АТФ в клетке
«живёт» меньше минуты. В сутки у
человека синтезируется 40-60 кг АТФ и
столько же распадается. Увеличение
концентрации АДФ немедленно приводит
к ускорению дыхания и фосфорилирования.

Разобщение
дыхания и фосфорилирования

Некоторые химические вещества
(протонофоры) могут переносить протоны
или другие ионы (ионофоры) из межмембранного
пространства через мембрану в матрикс,
минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В
результате этого исчезает электрохимический
потенциал и прекращается синтез АТФ.
Это явление называют разобщением дыхания
и фосфорилирования. В результате
разобщения количество АТФ снижается,
а АДФ увеличивается. В этом случае
скорость окисления NADH и FADH2возрастает,
возрастает и количество поглощённого
кислорода, но энергия выделяется в виде
теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается.
Как правило, разобщители — липофильные
вещества, легко проходящие через липидный
слой мембраны. Одно из таких веществ —
2,4-динитрофенол, легко переходящий из
ионизированной формы в неионизированную,
присоединяя протон в межмембранном
пространстве и перенося его в матрикс.
Примерами разобщителей могут быть также
некоторые лекарства, например дикумарол
— антикоагулянт или метаболиты, которые
образуются в организме, билирубин —
продукт катаболизма тема, тироксин —
гормон щитовидной железы. Все эти
вещества проявляют разобщающее действие
только при их высокой концентрации.

Терморегуляторная
функция ЦПЭ
На синтез молекул
АТФ расходуется примерно 40-45% всей
энергии электронов, переносимых по ЦПЭ,
приблизительно 25% тратится на работу
по переносу веществ через мембрану.
Остальная часть энергии рассеивается
в виде теплоты и используется теплокровными
животными на поддержание температуры
тела. Кроме того, дополнительное
образование теплоты может происходить
при разобщении дыхания и фосфорилирования.
Разобщение окислительного фосфорилирования
может быть биологически полезным. Оно
позволяет генерировать тепло для
поддержания температуры тела у
новорождённых, у зимнес-пящих животных
и у всех млекопитающих в процессе
адаптации к холоду. У новорождённых, а
также зимнеспящих животных существует
особая ткань, специализирующаяся на
теплопродукции посредством разобщения
дыхания и фосфорилирования — бурый жир.
Бурый жир содержит много митохондрий.
В мембране митохондрий имеется большой
избыток дыхательных ферментов по
сравнению с АТФ-синтазой. Около 10% всех
белков приходится на так называемый
разобщающий белок (РБ-1) — термогенин.
Бурый жир имеется у новорождённых, но
его практически нет у взрослого человека.
В последние годы появились факты,
свидетельствующие о существовании в
митохондриях разных органов и тканей
млекопитающих разобщающих белков,
похожих по своей структуре на РБ-1 бурой
жировой ткани. По своей структуре
термогенин близок к АТФ/АДФ-антипортеру,
но не способен к транспорту нуклеотидов,
хотя сохранил способность переносить
анионы жирных кислот, служащих
разобщителями.На внешней стороне
мембраны анион жирной кислоты присоединяет
протон и в таком виде пересекает мембрану;
на внутренней стороне мембраны
диссоциирует, отдавая протон в матрикс
и тем самым снижает протонный градиент.
Образующийся анион возвращается на
наружную сторону мембраны с помощью
АТФ/ АДФ-антипортера. При охлаждении
стимулируется освобождение норадреналина
из окончаний симпатических нервов. В
результате происходят активация липазы
в жировой ткани и мобилизация жира из
жировых депо. Образующиеся свободные
жирные кислоты служат не только
«топливом», но и важнейшим регулятором
разобщения дыхания и фосфорилирования.

41.Нарушения энергетического обмена:
гипоэнергетические состояния как
результат гипоксии, гипо-, авитаминозов
и других причин. Возрастная характеристика
энергетического обеспечения организма
питательными веществами.

Все
живые клетки постоянно нуждаются в АТФ
для осуществления различных видов
жизнедеятельности. Клетки мозга
потребляют большое количество АТФ для
синтеза нейромедиаторов, регенерации
нервных клеток, поддержания необходимого
градиента Na+ и
К+,
для проведения нервного импульса; почки
используют АТФ в процессе реабсорбции
различных веществ при образовании мочи;
в печени происходит синтез гликогена,
жиров, белков и многих других соединений;
в миокарде постоянно совершается
механическая работа, необходимая для
циркуляции крови; скелетные мышцы в
покое потребляют незначительные
количества АТФ, но при физической
нагрузке эти потребности возрастают в
десятки раз. Вместе с тем запасов АТФ в
клетках практически не существует. Так,
в условиях прекращения синтеза АТФ в
миокарде его запасы истощаются за
несколько секунд. Как мы уже знаем, для
постоянного синтеза АТФ клеткам необходим
приток метаболитов как субстратов
дыхания и кислорода как конечного
акцептора электронов в реакциях
окисления, сопряжённых с синтезом АТФ.
Нарушения какого-либо этапа метаболизма,
приводящие к прекращению синтеза АТФ,
гибельны для клетки. Состояния, при
которых синтез АТФ снижен, объединяют
термином «гипоэнергетические«.
Причинами гипоэнергетических состояний
могут быть голодание, гиповитаминозы
В1,
РР, В2;
гипоксия. Гипоксия может возникнуть:
при недостатке кислорода во вдыхаемом
воздухе; при заболеваниях лёгких и
нарушении лёгочной вентиляции; при
нарушениях кровообращения, вызванных
заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом
сосудов, кровопотерей. Причинами гипоксии
могут быть также наследственные или
приобретенные нарушения структуры
гемоглобина . Частой причиной
гипоэнергетических состояний могут
быть нарушения процессов использования
кислорода в клетках. Причинами этих
нарушений могут быть:

  • действие ингибиторов и разобщителей
    в ЦПЭ;

  • железодефицитные анемии;

  • снижение уровня гемоглобина и других
    железосодержащих белков (цитохромов,
    FeS-белков), в результате чего нарушаются
    перенос электронов и синтез АТФ;

  • наследственные дефекты ферментов ЦПЭ
    и цитратного цикла

studfiles.net

40.Регуляция цепи переноса электронов (дыхательный контроль). Разоб­щение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Терморегуляторная функция тканевого дыхания

Дыхательный
контроль

Окисление субстратов и
фосфорилирование АДФ в митохондриях
прочно сопряжены. Скорость использования
АТФ регулирует скорость потока электронов
в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его
концентрация в клетках возрастает, то
прекращается и поток электронов к
кислороду. С другой стороны, расход АТФ
и превращение его в АДФ увеличивает
окисление субстратов и поглощение
кислорода. Зависимость интенсивности
дыхания митохондрий от концентрации
АДФ называют дыхательным контролем.
Механизм дыхательного контроля
характеризуется высокой точностью и
имеет важное значение, так как в результате
его действия скорость синтеза АТФ
соответствует потребностям клетки в
энергии. Запасов АТФ в клетке не
существует. Относительные концентрации
АТФ/АДФ в тканях изменяются в узких
пределах, в то время как потребление
энергии клеткой, т.е. частота оборотов
цикла АТФ и АДФ, может меняться в десятки
раз. Общее содержание АТФ в организме
30-50 г, но каждая молекула АТФ в клетке
«живёт» меньше минуты. В сутки у
человека синтезируется 40-60 кг АТФ и
столько же распадается. Увеличение
концентрации АДФ немедленно приводит
к ускорению дыхания и фосфорилирования.

Разобщение
дыхания и фосфорилирования

Некоторые химические вещества
(протонофоры) могут переносить протоны
или другие ионы (ионофоры) из межмембранного
пространства через мембрану в матрикс,
минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В
результате этого исчезает электрохимический
потенциал и прекращается синтез АТФ.
Это явление называют разобщением дыхания
и фосфорилирования. В результате
разобщения количество АТФ снижается,
а АДФ увеличивается. В этом случае
скорость окисления NADH и FADH2возрастает,
возрастает и количество поглощённого
кислорода, но энергия выделяется в виде
теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается.
Как правило, разобщители — липофильные
вещества, легко проходящие через липидный
слой мембраны. Одно из таких веществ —
2,4-динитрофенол, легко переходящий из
ионизированной формы в неионизированную,
присоединяя протон в межмембранном
пространстве и перенося его в матрикс.
Примерами разобщителей могут быть также
некоторые лекарства, например дикумарол
— антикоагулянт или метаболиты, которые
образуются в организме, билирубин —
продукт катаболизма тема, тироксин —
гормон щитовидной железы. Все эти
вещества проявляют разобщающее действие
только при их высокой концентрации.

Терморегуляторная
функция ЦПЭ
На синтез молекул
АТФ расходуется примерно 40-45% всей
энергии электронов, переносимых по ЦПЭ,
приблизительно 25% тратится на работу
по переносу веществ через мембрану.
Остальная часть энергии рассеивается
в виде теплоты и используется теплокровными
животными на поддержание температуры
тела. Кроме того, дополнительное
образование теплоты может происходить
при разобщении дыхания и фосфорилирования.
Разобщение окислительного фосфорилирования
может быть биологически полезным. Оно
позволяет генерировать тепло для
поддержания температуры тела у
новорождённых, у зимнес-пящих животных
и у всех млекопитающих в процессе
адаптации к холоду. У новорождённых, а
также зимнеспящих животных существует
особая ткань, специализирующаяся на
теплопродукции посредством разобщения
дыхания и фосфорилирования — бурый жир.
Бурый жир содержит много митохондрий.
В мембране митохондрий имеется большой
избыток дыхательных ферментов по
сравнению с АТФ-синтазой. Около 10% всех
белков приходится на так называемый
разобщающий белок (РБ-1) — термогенин.
Бурый жир имеется у новорождённых, но
его практически нет у взрослого человека.
В последние годы появились факты,
свидетельствующие о существовании в
митохондриях разных органов и тканей
млекопитающих разобщающих белков,
похожих по своей структуре на РБ-1 бурой
жировой ткани. По своей структуре
термогенин близок к АТФ/АДФ-антипортеру,
но не способен к транспорту нуклеотидов,
хотя сохранил способность переносить
анионы жирных кислот, служащих
разобщителями.На внешней стороне
мембраны анион жирной кислоты присоединяет
протон и в таком виде пересекает мембрану;
на внутренней стороне мембраны
диссоциирует, отдавая протон в матрикс
и тем самым снижает протонный градиент.
Образующийся анион возвращается на
наружную сторону мембраны с помощью
АТФ/ АДФ-антипортера. При охлаждении
стимулируется освобождение норадреналина
из окончаний симпатических нервов. В
результате происходят активация липазы
в жировой ткани и мобилизация жира из
жировых депо. Образующиеся свободные
жирные кислоты служат не только
«топливом», но и важнейшим регулятором
разобщения дыхания и фосфорилирования.

41.Нарушения энергетического обмена:
гипоэнергетические состояния как
результат гипоксии, гипо-, авитаминозов
и других причин. Возрастная характеристика
энергетического обеспечения организма
питательными веществами.

Все
живые клетки постоянно нуждаются в АТФ
для осуществления различных видов
жизнедеятельности. Клетки мозга
потребляют большое количество АТФ для
синтеза нейромедиаторов, регенерации
нервных клеток, поддержания необходимого
градиента Na+ и
К+,
для проведения нервного импульса; почки
используют АТФ в процессе реабсорбции
различных веществ при образовании мочи;
в печени происходит синтез гликогена,
жиров, белков и многих других соединений;
в миокарде постоянно совершается
механическая работа, необходимая для
циркуляции крови; скелетные мышцы в
покое потребляют незначительные
количества АТФ, но при физической
нагрузке эти потребности возрастают в
десятки раз. Вместе с тем запасов АТФ в
клетках практически не существует. Так,
в условиях прекращения синтеза АТФ в
миокарде его запасы истощаются за
несколько секунд. Как мы уже знаем, для
постоянного синтеза АТФ клеткам необходим
приток метаболитов как субстратов
дыхания и кислорода как конечного
акцептора электронов в реакциях
окисления, сопряжённых с синтезом АТФ.
Нарушения какого-либо этапа метаболизма,
приводящие к прекращению синтеза АТФ,
гибельны для клетки. Состояния, при
которых синтез АТФ снижен, объединяют
термином «гипоэнергетические«.
Причинами гипоэнергетических состояний
могут быть голодание, гиповитаминозы
В1,
РР, В2;
гипоксия. Гипоксия может возникнуть:
при недостатке кислорода во вдыхаемом
воздухе; при заболеваниях лёгких и
нарушении лёгочной вентиляции; при
нарушениях кровообращения, вызванных
заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом
сосудов, кровопотерей. Причинами гипоксии
могут быть также наследственные или
приобретенные нарушения структуры
гемоглобина . Частой причиной
гипоэнергетических состояний могут
быть нарушения процессов использования
кислорода в клетках. Причинами этих
нарушений могут быть:

  • действие ингибиторов и разобщителей
    в ЦПЭ;

  • железодефицитные анемии;

  • снижение уровня гемоглобина и других
    железосодержащих белков (цитохромов,
    FeS-белков), в результате чего нарушаются
    перенос электронов и синтез АТФ;

  • наследственные дефекты ферментов ЦПЭ
    и цитратного цикла

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о