Тыныс алу мен фосфорланудың ажыратылуы

Тыныс алу мен фосфорланудың қосарлануы туралы эксперименттік дәлелдемелер ионофорлар арқылы алынған. Бұл заттардың молекулалары липофилді және иондарды өзіне байланыстырып мембрана арқылы алып өтуге қабілетті. Мысалы, 2,4 -динитрофенол (протондар) мембрана арқылы иондалған немесе иондалмаған күйде өтіп протонды протондық каналды айналып өтіп аз концентрациялы аймаққа жеткізеді. Сондықтан, 2,4-динитрофенол электрохимиялық потенциалды жояды, нәтижесінде субстраттар тотығуы жүріп жатқанның өзінде АТФ синтезі жүрмейді. Тыныс алу тізбегінің энергиясы, бұл жағдайда, жылу түрінде таралады. Ионофорлардың (ажыратқыштардың) пирогендік әсері осы механизммен түсіндіріледі. Табиғи ажыратқышқа тироксин гормоны, антибиотиктер валиномицин және грамицидин жатқызылады.

Тыныс алу бақылауы

Митохондрияның тыныс алу жылдамдығы АДФ концентрациясы арқылы бақыланады. Бұл тотығу мен фосфорланудың тығыз қосарлануына байланысты. Жасушаның жұмысы үшін қажетті энергия АТФ-тің гидролизі есебінен түседі. Бұл жағдайда АДФ концентрациясы жоғарлайды, нәтижесінде тотығу үшін оттегі қажеттілігі туындап, тыныс алу жиілейді, бұл АТФ қорының толығуына әкеледі.

Электрон тасымалдаушы тізбек пен тотығып фосфорланудың ингибиторлары.

Тыныс алу тізбегін блоктаушы ингибиторлар тыныс алу ферменттерінің жұмысына кедергі жасап белгілі бір орындарды блоктайды. Ротенон электронның цитохром в-ға дейінгі берілу бөлігін (НАДН⁺ - Н⁺) -ге әсер ету арқылы тежейді. Антимицин А (Streptomyces өндіретін антибиотик) цх в-дан цх С₁-ге цианид, көміртегі тотығы (йіс газы), азидтер цх а3 -тен оттегіге электрон тасымалдануын блоктайды. Бұл жағдайда АТФ түзілуі жүрмейді.

Катаболизмнің жалпы жолдары мен цитрат циклінің энергетикасы.

Цитрат циклінің бір айналымында 12 АТФ синтезделеді. Оның 9 молекуласы тыныс алу тізбегінде 3 НАДН⁺ - Н⁺ 2 молекуласынан түзіледі. 2 АТФ бір ФАДН₂ молекуласының тыныс алу тізбегінде тотығуынан, ал 1 АТФ ЦЦ-да субстраттық фосфорланудан түзіледі.

Катаболизмнің жалпы жолдары бойынша жоғарыдағы 12 АТФ -ке пируваттың тотығып декарбоксилденуінен қосылатын 3 АТФ (1 молекула (НАДН⁺ - Н⁺) есебінен барлығы 15 АТФ молекуласы түзіледі деп қабылданады.

Энергия алмасуының реттелуі.

Жасушадағы АТФ синтезі энергия қажеттілігі бойынша реттеледі, бұл МЭТТ мен КЖЖ реакцияларының жылдамдықтарының өзара сәйкестігін реттеу арқылы жүзеге асырылады.

АДФ концентрациясының жоғарлауы НАДН-тың МЭТТ-да тотығуын күшейтеді, бұл НАД⁺-тәуелді дегидрогеназалық реттеуші ферменттер катализдейтін реакциялар жылдамдығының күшеюіне әкеледі және катаболизм жалпы жолының жылдамдығының жоғарлауына әкеледі. (сур. 9). Сонымен қатар, АДФ - КЖЖ реттеуші ферменттерінің аллостерлік активаторы. МЭТТ мен КЖЖ үйлесімді реттелуі қанша АТФ молекуласы жұмсалса, сонша АТФ молекуласының қайтадан синтезделуіне алып келеді, АТФ неғұрлым көп жұмсалса, соғұрлым көп түзіледі.

КЖЖ жылдамдығы келесі ферменттермен катализденетін 4 реакция деңгейінде реттеледі:

пируватдегидрогеназдық комплекс;

цитратсинтаза;

изоцитратдегидрогеназа;

-кетоглутаратдегидрогеназалық комплекс.

КЖЖ ферменттері келесі механизмдермен реттеледі:

1. аллостерлік реттелу-әрбір реттеуші ферменттің аллостерлік эффекторлары бар, олардың концентрациясы жасуша жағдайына тәуелді болады;

2. субстраттың жоғарғы концентрациясы кезіндегі фермент белсенділігінің артуы (мысалы, пируват - пируватдегидрогеназалық комплекстің ең тиімді активаторы)

3. фермент белсенділігінің реакция өнімдерімен тежелуі: пируватдегидрогеназалық комплекстің ингибиторлары - ацетил-КоА және НАДН, цитратсинтазаның ингибиторы - цитрат);

4. фосфорлану және дефосфорлану арқылы (сур. 9).

ПДК-тің реттелуі күрделі, ол гликолизді, глюконеогенезді, май қышқылдарының синтезін, май қышқылдарының тотығуын, Кребс циклін байланыстырады.

Сур.9. Пируватдегидрогеназалық комплекстің реттелуі.

ПДК құрамында 2 реттеуші суббірліктер болады: киназа және фосфатаза. Киназа ПДК-ны фосфорлап, оны активсіз формаға әкеледі. Фосфатаза ПДК-ны дефосфорлап, белсенді күйге алып келеді. ПДК- киназа аллостерлік активтеледі, АТФ, НАДН, ацетил-КоА оның аллостерлік активаторлары болып табылады, ал пируват, АДФ, НАД, НSКоА, Са²⁺ - ингибиторлары (сур.10).

ПДК киназасы АТФ, НАДН және ацетил-КоА-мен аллостерлік активтеледі және олардың қордаланып жиналуы кезінде пируваттың ацетил-КоА-ға айналуы тежеледі. Мысалы, аштық кезінде бауырда: май ұлпаларынан бауырға май қышқылдары түседі және митохондриядағы олардың катаболизмінің арнайы жолының нәтижесінде көп мөлшерде ацетил-КоА мен НАДН жиналып қалады. Пируват бұл жағдайда тотықпай глюкоза синтезі (глюконеогенез) үшін пайдаланылуы мүмкін.

ПДК киназасы АДФ, НАД, НSКоА, Са²⁺ және пируватпен аллостерлік тежеледі, мысалы, абсорбтық кезеңде глюкоза жасушаға түседі және пируват түзіп ыдырайды. Пируваттың жоғары концентрациясы ПДК-ға екі түрлі әсер етеді:

- ПДК киназасының ең күшті ингибиторы болғандықтан, оны фосфорланбаған активті формада ұстайды.

- басқа субстрат – активаторлармен - НАД⁺ және HSKoA бірге фосфорланбаған ПДК-ны аллостерлік жолмен белсендіреді.

Нәтижесінде глюкозадан ацетил-КоА түзіледі де, ол Кребс циклінде тотығады және бауыр мен май ұлпасында ацетил-КоА-ның біраз бөлігі май қышқылдары синтезі үшін пайдаланылады.

Са²⁺ -пен реттелу - негізінен бұлшықеттерде маңызды. Әсер ету потенциалы митохондриядағы Са²⁺ концентрациясының жоғарлауына әкеледі, және киназаны тежеп, фосфатазаны белсенді күйге келтіреді. Бұл ПДК-ны фосфорланбаған активті формаға әкеледі. Сонымен қатар, Са²⁺ Кребс циклінің реттеуші ферменттерін активтендіреді. Сондықтан, ацетил-КоА тез тотығып бұлшықеттер жұмысы үшін қажетті АТФ синтезін қамтамасыз етеді.