20 . Тканевое дыхание.

Тканевое дыхание– один из процессов диссимиляции, по сути это есть биологическое окисление в тканях и клетках организма. В организме существует три пути потребления и утилизации кислорода:

1 – й путь: 90 – 95 % кислорода идёт на митохондриальное окисление.

2 – й путь: 5 – 10 % идёт на микросомальное окисление (в печени при поступлении токсинов).

3 – й путь: 2 – 5 % - перекисное окисление.

21 . Дыхательная цепь.

В процессе окисления ацетилКоА в цикле Кребса восстановленные формы НАД * Н₂и ФАД * Н₂ поступают в дыхательную цепь, где энергия электрона и протона трансформируется в энергию макроэргических связей АТФ.Дыхательная цепь– это совокупность дегидрогеназ, которые транспортируют электроны и протон с субстрата на кислород. Принцип функционирования дыхательной цепи основан на 1 – ом и 2 – ом законах термодинамики (1 – й закон: закон сохранения энергии; 2 – й закон: все системы стремятся к минимальной энергии).

Дыхательная цепь локализуется во внутренней мембране митохондрий и имеет два пути введения электрона и протона или два входа; дегидрогеназная цепь образует четыре комплекса:

1 – й вход – НАД - зависимый (поступают электрон и протон со всех НАД - зависимых реакций)

2 – й вход – ФАД - зависимый (аналогично)

Кофермент Q или убихинон – это гидрофобное соединение, является компонентом клеточной мембраны (находится на наружной поверхности), содержится в большой концентрации, относится к группе витаминов.

О

//

Н₃СО СН₃ СН₃СН₃

/ /

Н₃СО (СН₂ – СН = С – СН₂)₉ – СН₂– СН = С – СН₂

\\

О

КОФЕРМЕНТ Q .

ЦИТОХРОМ.

СН₂

//

СН СН₃

/ /

Н₃С СН = СН₂

NN

Fe

NN

Н₃С СН₃

\ \

СН₂ СН₂– СН₂ – СО₂

\

СН₂

\

СО₂

ЦИТОХРОМ aa₃ – (цитохромоксидаза)

CH₃ CH₃ CH₃

| | |

СН₂ – СН – (СН₂ )₃– СН –(СН₂)₃–CH

| |

HO- СНCH₃ CH₃

| |

H₃C- - CH = CH₂

N N

Fe

N N

O = C -

|

H | |

CH₂ CH₂ – CH₂ – CO₂

| |

CH₂

|

CO₂

Цитохромоксидаза имеет высокую степень сродства к О₂ и может работать при его низких концентрациях.аа₃ состоит из шести субъедениц, каждая из которых содержит гем и атомCu. Две субъеденицы составляют цитохрома, а остальные четыре относятся к цитохромуа₃.

Дыхательная цепь активно реагирует на чрезмерные нагрузки, яды. Так, например, барбитураты ингибируют перенос электрона и протона в первый комплекс дыхательной цепи, в ответ на это возникает энергетический голод ткани. Это происходит потому, что возникает недогрузка дыхательной цепи протонами и электронами. В результате снижается синтез АТФ и в ткани активируется производство и окисление эндогенной янтарной кислоты. Такое же действие оказывает и алкоголь, так как этанол является НАД – зависимым субстратом. Этанол монополизирует основной фонд НАД и превращает его в НАД * Н₂. Дыхательная цепь перегружается НАД * Н₂и ткань не получает энергии за счёт окисления естественных субстратов. Такие яды, как цианиды, СО, Н₂S, блокируют четвёртый комплекс дыхательной цепи. Если ингибирование первого комплекса приводит к активации трёх оставшихся и за счёт этого дыхательная цепь компенсируется, то при блокировании четвёртого комплекса работа дыхательной цепи не состоится, что приводит к смерти. Четыре комплекса, входящие в состав дыхательной цепи, неравноценны: в 1,3 и 4 происходит синтез АТФ (АДФ + Ф_н).

Работа всей дыхательной цепи состоит из двух составляющих: 1) образование АТФ (50% энергии депонируется в виде АТФ); 2) рассеивание остальных 50 % энергии в виде тепла.

Для оценки эффективности работы дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования в 1939 году введён коэффициент Р / О–показатель степени спряжения фосфорилирования и дыхания. Р / О – отношение количества поглощённых молекул фосфата (в процессе АДФ + Ф_н) к количеству поглощённого кислорода. Так, если окисляются НАД – зависимые субстраты, то электроны в этом случае проходят все три стадии фосфорилирования и на образование АТФ уходят три молекулы Ф_ни один атом О₂, поэтому Р / О = 3. Если окисляются ФАД – зависимые субстраты, то электроны проходят только две стадии фосфорилирования и тратится две молекулы Ф_нна атом О₂, поэтому Р / О = 2. При окислении витамина С и адреналина, электроны поставляются прямо на цитохромс, поэтому они проходят только одну стадию фосфорилирования и поэтому Р / О = 1.

В ряде случаев некоторые пункты фосфорилирования могут «выключаться» - такое состояние называется разобщением окислительного фосфорилирования. В этом случае Р / О снижается: для

НАД – зависимых субстратов – ниже трёх, для ФАД – зависимых субстратов – ниже двух.

Исходя из первого закона термодинамики, в разобщённых митохондриях увеличивается теплообразование. Это происходит за счёт того, что та энергия электронов, которая должна была быть использована для синтеза АТФ в «выключенной» стадии фосфорилирования, рассеивается в виде тепла. Процесс разобщения окислительного фосфорилирования лежит в основе лихорадки, вызванной бактериями, вирусами и другими агентами. Разобщение резко увеличивается при охлаждении организма. Работамитохондрий при всех «выключенных» стадиях фосфорилирования называетсясопряжённой, в противном, выше описанном случае,разобщённойидыханиепри этом называетсясвободным. В качестверазобщителей окислительного фосфорилирования выступают слабые гидрофобные кислоты (жирные кислоты), тироидные гормоны, лекарства.

Дыхательная цепь имеет механизм шунтирования: сброс электрона и протона с НАД на цитохромы или с НАД на межмембранные дегидрогеназы, не нарушая мембрану и гладкую эндоплазматическую сеть. Такой перенос характерен для печени. При воздействии какого – либо блокатора, возникает блок в первом комплексе дыхательной цепи. Происходит накопление НАД * Н₂, и становится реальной угроза гипоксии и печень может погибнуть. Чтобы этого не произошло, происходит сброс НАД * Н₂с митохондриальной дыхательной цепи на микросомальную.