Метаболизм в клетке регулируется соотношением АТФ / АДФ
Дыхательный контроль – это прямое влияние электрохимического градиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи.
Величина градиента зависит от соотношения АТФ /АДФ, количественная сумма которых в клетке практически постоянна ( АТФ + АДФ = const!).
Реакции катаболизма направлены на поддержание постоянно высокого уровня АТФ и низкого АДФ.
Трансформация энергии в клетке проходит следующие этапы:
Энергия химических связей субстратов
Энергия электронов в составе коферментов НАДН+ и ФАДН2
Энергия электронов, переносимых по ЦПЭ на О2
Энергия трансмембранного электрохимического потенциала
Энергия химических связей АТФ
На всех этапах процесса часть энергии рассеивается в виде тепла! КПД работы ЦПЭ = 40%.
Гипоэнергетические состояния – это разнообразные по этиологии состояния, при которых
снижается синтез АТФ.
Живая клетка нуждается в АТФ непрерывно, поскольку разнообразные процессы, связанные с использованием АТФ, в клетке никогда не прекращаются. Запасов АТФ в клетке практически не создается. Клетка непрерывно должна получать пищевые вещества (доноры водорода) и кислород для поддержания синтеза АТФ.
Причины дефицита АТФ
Снижение эффективности |
Разобщение дыхания |
работы дыхательной цепи |
и фосфорилирования |
Голодание, |
Действие |
гипоксия, |
|
авитаминозы, |
разобщителей |
ингибиторы ЦПЭ |
|
Гипоксия — пониженное содержание кислорода в организме или органах и тканях. Вследствие гипоксии в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения.
Причины гипоксии
Экзогенная
↓ О2 в атмосфере Легочная (дыхательная)
Коррекция гипоксии:
-аэрация (свежий воздух, спорт и т.д.)
-гипербарическая оксигенация
(в клинических условиях)
-фармакологические средства
Эндогенная
Гемодинамичная
(кровопотери, инфаркт)
Гемоглобиновая (анемии)
(антигипоксанты)
Разобщение дыхания и фосфорилирования.
Ряд химических веществ (разобщителей), растворимых в липидах, способны транспортировать Н+ в матрикс, минуя протонные каналы.
|
Результат: |
μΗ+ , |
температура |
синтез АТФ |
(пирогенный эффект) |
Р/О |
|
Разобщители
липофильные протонофоры
Экзогенные |
Эндогенные |
2,4-динитрофенол, дикумарол, |
Жирные кислоты, ПОЛ, |
антибиотики, токсины |
Термогенин, тиреоидные гормоны |
Примеры действия разобщителей тканевого дыхания и фосфорилирования.
2,4 - динитрофенол
Протонированная форма 2,4-
динитрофенола переносит протоны через внутреннюю мембрану митохондрий, минуя протонные каналы и препятствуя образованию протонного градиента.
С 1933 г. применялся в качестве жиросжигателя. Покупка препарата возможна только нелегальными путями. Препарат запрещен во всех странах. Превышение дозировок всегда заканчиваются побочными действиями (катаракта или смерть!)
Примеры действия разобщителей тканевого дыхания и фосфорилирования
Свободные жирные кислоты.
При охлаждении происходят активация липазы в жировой ткани и мобилизация жира из жировых депо. Образующиеся свободные жирные кислоты (ЖК) важнейшим регулятором разобщения дыхания и фосфорилирования.
На внешней стороне мембраны анион ЖК присоединяет Н+ и в таком виде пересекает мембрану; на внутренней стороне мембраны диссоциирует, отдавая Н+ в матрикс и тем самым снижает протонный градиент.
Тиреоидные гормоны активируют липолиз и повышают окисление ЖК. При избытке тироксин разобщает дыхание и фосфорилирование,
уменьшает образование АТФ и усиливает образование тепла (тиреотоксикоз).
Клетки бурого жира содержат большое количество митохондрий, которые и придают ткани буро-красный цвет.
Во внутренней мембране митохондрий этих клеток имеется белок термогенин (до 15% от всех белков), а АТФ-синтазы мало.
При охлаждении организма бурые адипоциты получают сигналы по симпатическим нервам, и в них активируется окисление жиров, что приводит к получению большого количества НАДН+ и ФАДН2, активизации работы ЦПЭ и возрастанию электрохимического градиента.
Термогенин является "каналом" в внутренней мембране через который снаружи внутрь проходит основная часть Н + и снижается протонный градиент. Благодаря этому, большая часть энергии рассеивается в виде тепла, обеспечивая поддержание температуры тела при охлаждении.
Нефосфорилирующее окисление в дыхательной цепи как механизм образования теплоты.
При отключении фосфорилирования
от дыхания ЦПЭ работает «вхолостую» и вся энергия протонного потенциала
полностью переходит в тепло.
Это необходимо в тех ситуациях, когда потребность в теплоте для тканей выше, чем потребность в АТФ.
Бурая жировая ткань характерна для
зимнеспящих теплокровных животных, новорожденных детей.
Функция: терморегуляция, адаптация к холоду.
Виды биологического окисления.
С образованием кислородной атмосферы стало возможным получение энергии органических веществ путем их окисления или использовать О2 для других процессов.
Окисление
Митохондриальное |
Внемитохондриальное |
80 - 90% |
10 - 20% |
Оксидазный тип |
Оксигеназный тип |
Свободно- |
|
радикальное |
|||
окисления |
окисления |
||
окисление |
|||
|
|