Тканевое дыхание, окислительное фосфорилирование. Микросомальное и перекисное окисление

Биоэнергетика М.Мир, 1985 г

Содержание

Роль и регуляция ЦТК
Пути потребления О2 в организме
Структура и функция Мх
Окислительное

*

Роль ЦТК

Энергетическая
1 оборот ЦТК = 12 ATP.
Пластическая
α-KG ? glu.

*

Пластическая роль ЦТК

*

Регуляторная роль «велосипеда Кребса»

ЦТК

ЦСМ

аспартат

фумарат

OA

NH3, CO2

Мочевина

Ацетил-KoA

Пути утилизации О2 в организме

O2

Митохондриальное дыхание

Микросомальное
окисление

Перекисное окисление

90-95%

5-10%

2-5%

до 40% в

Биологическое окисление (БO)

Окисление – процесс отнятия электронов Восстановление – их присоединение
Биологическое

Биомедицинское значение БО

Основа жизнедеятельности обеспечивает антиэнтропийную функцию организма
O2 внедряется в структуру

*

Превращение энергии: Митохондрии

После цитозольной стадии БО, энергия производится из частично окисленных

Митохондрии: локализация в клетке

Митохондрии: вытянутые цилиндры, ∅ 0.5 - 1.0 μm.
В

Общая структура Мх

В печени около 67% общего белка Мх находится

Сравнительная характеристика мембран Мх

Наружная мембрана
МАО (моноаминооксидаза)
Элонгаза ЖК
Холинфосфотрансфераза
Фосфолипаза А
Matrix
Ферменты ЦТК
Ферменты ˘β-окисл ЖК
ПВК-карбоксилаза
ГДГ

Внутренняя

Липидный состав мембран Мх

Внутренняя мембрана:
содержит 70 % белка и 30

Общая структура ДЦ Мх

Электрон-транспортная (дыхательная) цепь ЭТЦ (ДЦ)
В Мх содержатся ферментные ансамбли - ЭТЦ

Схема ДЦ и действие ингибиторов

β-ОН ацил-КоА, ПВК, изоцитрат, α-КГ, малат, глу

сукцинат

α-глицерофосфат

Отношение P/O

P/O количественный показатель степени сопряжения ОФ
Отношение P/O отражает кол-во молекул

Структура ДЦ : Обзор

Электрон-транспортная (дыхательная) цепь ЭТЦ (ДЦ)

Функции ДЦ

Общая финальная стадия БО всех аэробных клеток
NAD+ и FAD восстановленные

Механизм образования АТФ в Мх (гипотезы сопряжения ТД и ОФ)

Химического сопряжения (Слейтер)
Конформационного

Хемиосмотическое сопряжение

Общий путь используется Мх, хлоропластами и прокариотами для производства энергии

Комплекс I (NADH-CoQ reductase)

Содержит:
FMN
FeS центры (22-24 (Fe-S) белка в 5-7 кластерах
Акцептор

Коэнзим Q10 (КoQ10) или Убихинон

КoQ10 компонент расположенный в «середине» ДЦ
транспортирует

КoQ10

Окисляется цитохромами
Это коллектор электронов нескольких FAD-зависимых ДГ

Комплекс II (Сукцинат-КoQ редуктаза) или СДГ

Комплекс II содержит FAD и

Комплекс II и III

КoQ акцептирует электроны с обеих комплексов I и

Q-цикл (1/2)

The electron transfer pathway following oxidation of the first UQH2

Q-cycle (2/2)

The pathway following oxidation of a second UQH2.

Комплекс IV: Цитохром c Оксидаза

Комплекс IV назван Цитохром c Оксидазой потому

Комплекс V H+-АТФ-аза (АТФ-синтаза )

Ионные градиенты на внутренней мембране - форма

Структура протонного градиента
Δ μН+ состоит из Δ Ψ и ΔрН+
Величина Δ

ATФ/AДФ транслоказа

Транспорт АТФ из Мх (ч/з ATФ/AДФ транслоказу) происходит в мембране

Функционирование ДЦ

Функциональная схема ДЦ

В ДЦ имеется 3 цикла: F-цикл, Q-цикл и O-цикл.

Inhibitors of Oxidative Phosphorylation

The Structures of Several Inhibitors of ETC and OP

Участки связывания ингибиторов ДЦ и ОФ

Several Uncouplers of OP

Действие разобщителей ОФ

2,4-динитрофенол (2,4-ДНФ), как слабая кислота связывает протон в межмембранном

2,4-ДНФ снижает ΔμH+

Межмембранное пространство

Матрикс Мх

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

25:1 H+

Эндогенные разобщители генерируют тепло

Некоторые животные в процессе адаптации к холоду, анабиоза,

Разобщающие белки Uncoupling Proteins (UCP 1-5)

В различных тканях человека и животных выделено

Нарушения митохондриального ОФ

Согласно концепции D. Wallace (1998-2008) любой ткани необходим минимально

Митохондриальные болезни (Митохондриальная медицина)

Мх содержат кольцевую ДНК (mtDNA)
13 белков ДЦ из

Некоторые Мх заболевания

Названия Мх заболеваний образуются путем аббревиатур (сокращений). Клинически протекают

Клинические проявления и лечение Мх заболеваний

Манифестация
Мышечные судороги и слабость
Утомляемость,
Лактат-ацидоз,
Нарушение функций ЦНС,
Нарушение

LHON

LHON is a hereditary disease that often leads to sudden blindness

MERRF, MELAS et al.

The most frequent (80 – 90%) cause of

Can Mitochondrial Diseases be Treated?

Attempts are being made to improve

Микросомальное окисление

Микросомы (МС) - (микротельца) искусственные везикулы, образованные из обрывков ЭПС

Цитохром P450 монооксигеназы важная система детоксикации многих лекарств и гидроксилирования стероидов

Цитохром

Cytochrome b5

In liver microsomes, cytochromes P450 are found together with cytochrome

Monooxygenase System (Microsomal Oxidation)

The substrate can be oxidized by incorporation of

Функционирование микросомальной ДЦ

Cyt P450

RH

R-OH

O2

H2O

Cyt b5

FMN

NADP H+H+

NADP+

e-

e-

Роль цитохрома P450 в микросомальном окислении

Механизм микросомального окисления

Цикл цитохрома Р450

Варианты строения микросомальной ДЦ

Перекисные реакции

Любые кислород-зависимые процессы сопровождаются образованием АФК
В норме при

Мх - продуцент АФК

Источником АФК при Мх дисфункции является семихинон КоQ

Механизм образования АФК

О2 + е- ? О2˙+ е- ? Н2О2
Источником

Антиоксидантная защита (АОЗ)

Неферментативная – АО вещества образующие менее активные радикалы и