26.Электрон-транспортная цепь митохондрий. Характеристика компонентов. Локализация пунктов сопряжения.

Митохондрии встречаются во всех клетках за исключением зрелых эритроцитов.

Дыхательная (электрон-транспортная) цепь перенос электронов в митохондриях - специальный белковый ансамбль, встроенный во внутреннюю мембрану митохондрий.

Дыхательный ансамбль– совокупность оксидоредуктаз, обеспечивающих перенос протонов и электронов, отрываемых от окисляемого субстрата, на кислород.

3 способам переноас электронов в митохондриях:

1. Прямой (пример с металлами переменной валентности)

2. Перенос в составе атомов водорода: донорно-акцепторный

3. Перенос электронов от донора к акцептору в форме гидрид-иона

Компоненты дыхательного ансамбля:

1. НАДН – осуществляет перенос электронов 3-м способом.

2. Флавопротеины - более сильными окислителями. Могут переносить электроны и от НАДН, и от окисляемого субстрата. 2-й способ

3. Fe-S – белки – осуществляют перенос по 1 механизму.

4. Убихинон KoQ10 –небелковый компонент в дыхательном ансамбле. 2-й способ

5. Цитохромы (с1, с, b) –являются производными от протопорфиринов. Схожи с гемоглобином, но не связываются с кислородом.

6. Цитохромы (а, а3) - имеются ионы меди.

Синтез АТФ, сопряженный с переносом электронов по дыхательной цепи, называется окислительным фосфорилированием. Участки дых.цепи, где есть такой синтез – пункты сопряжения.

Основные пункты сопряжения:

1. между НАДН и Koфермент Q (синтез АТФ из АДФ)

2. на участке цитохромов b → цит с1 (синтез АТФ из АДФ)

3. на участке цитохромов а, а3 (синтез АТФ из АДФ)

Окисление 1 молекулы НАДН приводит к синтезу 3 молекул АТФ, окисление 1 молекулы ФАДН2- к образованию 2 молкнул АТФ.

27.Эффективность окислительного фосфорилирования (коэффициент р/0, адф/0, дыхательный контроль). Разобщающие агенты, ингибиторы процессов окислительного фссфорилирования.

Окислительное фосфорилирование – процесс образования АТФ, связанный с транспортом электронов по ЦПЭ (цепь переноса электронов) от окисляемого субстрата на кислород.

Эффективность выражается через:

Р/О – отношение связанного неорганического фосфата к поглощенному кислороду – отражает отношение фосфорилирующего и свободного окисления.

АДФ/О – отношение количества потребленного АДФ к поглощенному кислороду. Дыхательный контроль – отношение поглощения кислорода митохондриями в состоянии 3 по Чансу к поглощению кислорода в состоянии 4

Состояние 3 - активное дыхание, когда в митохондриях есть АДФ и субстрат для окисления. Состояние 4 когда в митохондриях весь АДФ отфосфорилирован, но субстрат для окисления есть в достаточном количестве.

Ингибиторы:

1. Ингибиторы ЭТЦ (электрон-транспортная цепь) – вещества, которые препятствуют движению электронов по ЭТЦ (яды, гормоны). Ингибиторы этой группы действуют на пункты сопряжения.

2. Ингибиторы фосфорилирования – ингибиторы АТФазы (олигомицин)

3. Ингибиторы дегидрогеназ, передают электроны от окисляемого субстрата в ЭТЦ (соли тяжелых металлов, противотуберкулезные средства).

Разобщители – соединения, являющиеся переносчиками протонов и других катионов через мембрану. Они способствуют расходу энергии в обход АТФазы. Делятся на протонофоры или ионофоры.

Протонофоры транспортируют протоны обратно в матрикс митохондрий, из-за этого не работает АТФаза, энергии нет. (Жирные кислоты, Т3, Т4, салициловая кислота).

Ионофоры переносят заряженные частицы (грамицидин).

28.Сопряжение работы дыхательной цепи с процессом синтеза АТФ. Хемиосмотическая теория сопряжения. Структура Н⁺-АТФазы.

Механизм сопряжения дыхания с фосфорилированием АДФ был разработан Митчеллом. Теория назыв. хемиосмотической.

Суть: Внутренняя мембрана митохондрий имеет высокое электрическое сопротивление и очень низкую проницаемость для заряженных частиц. Ферменты ЭТЦ расположены поперек внутренней мембраны. В ней содержатся также протонные насосы, которые, используя энергию переноса электронов, выкачивают протоны из матрикса митохондрий в межмембранное пространство. Оно закисляется, а наружная сторона мембраны приобретает положительный заряд. В матриксе митохондрий при этом образуется избыток ОН-ионов, а внутренняя поверхность мембраны несет отрицательный заряд.

Протоны, накопившиеся в межмембранном пространстве, стремятся вернуться в матрикс.

На каждые два протона, прошедшие через мембрану в матрикс митохондрий, синтезируется 1 молекула АТФ.

АТФ-синтаза (протонная АТФаза, Н+-АТФаза) представлена двумя белковыми комплексами, состоящими в свою очередь из субъединиц.

Первый комплекс, полностью пронизывающий мембрану насквозь, состоит из 3 видов гидрофобных полипептидных цепей, и обозначается F0 (функция – перенос протонов через липидный бислой с внешней стороны митохондриальной мембраны к АЦ фермента). В переносе Н+ участвует ДЦКД-связывающий протеолипид.

Второй комплекс состоит из 5 полипептидов и выступает из мембраны. Это Fi-фактор, ответственный за биосинтез АТФ.

29. Альтернативные функции клеточного дыхания: рассеивание энергии дыхания при терморегуляции, дыхание как механизм образования полезных соединений, дыхание как механизм обезвреживания вредных веществ, дыхание как механизм ускоряющий эволюцию.

К альтернативным функциям клеточного дыхания относится:

1. Рассеивание энергии дыхания при терморегуляции.

Почти вся энергия, извлекаемая при дыхании путем окисления субстратов кислородом, превращается в тепло. Расщепляются синтезированные ранее вещества, нагревается кровь, образуется тепло при внутриклеточных движениях, сопряженных с расходом АТФ.

Жиры - наиболее калорийный субстрат дыхания. Активация липазы - один из компонентов адаптации к холоду.

2. Дыхание как механизм образования полезных соединений

Пример: синтез стероидных гормонов в коре надпочечника. Исходный субстрат- холестерин. Часть реакций происходит в митохондриях, а часть – в ЭПС.

Реакции введения кислорода в холестериновый остов катализируются ферментами оксигеназами-цитохромами Р45. Перенос электронов по цепи, завершающейся цитохромом Р450, не сопряжен с запасанием энергии.

3. Дыхание как механизм уборки вредных веществ

Удалению из организма токсических соединений обычно предшествует их окислению кислородом с образованием продуктов. Пример: дыхание участвует в уборке молочной кислоты, конечного продукта бескислородного (анаэробного) метаболизма.

4. Дыхание как механизм, ускоряющий эволюцию

Окисление ДНК активными формами кислорода представляет собой важнейший инструмент природного мутагенеза.

30. Механизм и энергетика мышечного сокращения.

Энергию одиночному сокращению дает АТФ. Запасы АТФ в мышцах невелики, чтобы поддерживать их деятельность, необходим непрерывный ресинтез АТФ. Его восполнение и образование энергии происходит несколькими путями:

1. креатинкиназная реакция. Наиболее быстрый путь ресинтеза с использованием монойодуксусной кислоты. За счет креатинфосфата животное может интенсивно двигаться в течение 20-30 с.

2. гликолиз. Сахар и другие виды углеводов, которые мы потребляем, накапливается в организме в виде гликогена. Мышцы содержат от 0,5-1,0 % гликогена, печень – от 4-6%. Этот механизм расщепления использоваться при кратковременной максимальной работе, когда необходимо внезапно проявить силу. Недостаток: накапливается молочная кислота и мышцам становится трудно справляться с воздействием кислой среды. Молочная кислота для мышцы является веществом утомления.

3. Окислительное фосфорилирование. Возможности аэробного создания АТФ почти безграничны, поскольку субстраты окисления при условиях нормального питания практически неисчерпаемы. Однако он требует потребления кислорода, доставка которого обеспечивается дыхательной и сердечно-сосудистой системами.

Последовательность включения и преобладания различных путей ресинтеза АТФ: первые 2-3 с расщепляется только АТФ, от 3 до 20 с - преимущественно креатинфосфат, через 30-40 с максимальной интенсивности достигает гликолиз, затем преобладает аэробное окисление.

Цитология и гистология