Дыхательный контроль
Окисление субстратов и фосфорилирование АДФ в митохондриях прочно сопряжены.
Скорость использования АТФ регулирует скорость потока электронов в ЦПЭ.
Выполнение клеткой работы с затратой АТФ приводит к уменьшению концентрации АТФ. = Происходит накопление АДФ.
Это активирует окисление субстратов и поглощение O2 митохондриями клетки.
Таким образом, клетки реагируют на интенсивность метаболизма и поддерживают соотношение АТФ/АДФ на необходимом уровне.
Дыхательный контроль – это зависимость интенсивности поглощения кислорода митохондриями от концентрации АДФ.
Ингибиторы цпэ.
Ингибиторы ЦПЭ подавляют активность ферментных комплексов (I, II, III и IV) = происходит замедление или даже полное прекращение работы ЦПЭ = происходит замедление или полное прекращение синтеза АТФ.
I комплекс: NADH-дегидрогеназа.
Ингибиторы: ротенон и барбитураты (амитал, аминобарбитал, нембутал, веронал и др.)
II комплекс: FAD-зависимая сукцинатдегидрогеназа.
Обратимый конкурентный ингибитор: малонат.
III комплекс: QH2-дегидрогеназа.
Ингибитор: Антимицин A.
IV комплекс: Цитохромоксидаза.
Ингибиторы: цианид-ионы (CN–): KCN, HCN и др.; угарный газ (CO), сероводород (H2S).
Антибиотик олигомицин не ингибирует саму ЦПЭ, но подавляет окислительное фосфорилирование, ингибируя АТФ-синтазу.
! При полном ингибировании in vitro любого из ферментных комплексов, который располагается на пути переноса электронов от дегидрируемого субстрата на O2, работа ЦПЭ прекращается и АТФ не синтезируется.
Примеры:
К суспензии митохондрий, где в качестве окисляемого субстрата использовали малат, добавили амитал Na. Как при этом изменится синтез АТФ?
Т.к. амитал Na ингибирует NADH-дегидрогеназу, которая расположена на пути переноса электронов от малата на O2, то скорость ЦПЭ замедляется = замедляется (или прекращается) синтез АТФ.
Смесь: малат + амитал + сукцинат.
Р/О 2, т.к. в этом случае будет окисляться сукцинат, для которого «не нужна» NADH-дегидрогеназа.
Смесь: сукцинат + малонат (избыток).
Синтез АТФ замедляется, т.к. малонат ингибирует сукцинатдегидрогеназу, которая располагается на пути электронов от сукцината на O2.
Смесь: сукцинат + малонат + изоцитрат.
Р/О 3, т.к. в этом случае будет окисляться изоцитрат, для которого «не нужна» сукцинатдегидрогеназа.
Смесь: малат (или сукцинат) + антимицин A.
Синтез АТФ замедляется, т.к. антимицин A ингибирует QH2-дегидрогеназу, которая располагается на пути электронов от этих субстратов на O2.
Если к 5) смеси добавить витамин C, то Р/О 1, так вит. C окисляет цитохром c (в переносе электронов не участвует QH2-дегидрогеназа).
CN– независимо от дегидрируемого субстрата необратимо ингибируют ЦПЭ у человека. Они присоединяются к Fe3+ цитохромоксидазы и полностью блокируют ЦПЭ.
(CN– – необратимый специфический ингибитор цитохромоксидазы).
Разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.
Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить H+ из межмембранного пространства митохондрии через внутреннюю мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы = снижается (или даже полностью исчезает) H+ и замедляется (прекращается) синтез АТФ.
Это явление называют разобщением тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования.
В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается.
При этом, за счет дыхательного контроля, возрастает скорость поглощения O2 митохондриями и скорость работы ЦПЭ, но из-за нарушения работы АТФ-синтазы коэффициент Р/О резко снижается = энергия рассеивается в виде теплоты, что приводит к повышению t тела человека (пирогенное действие).
Разобщители – это гидрофобные в-ва, которые легко проходят через мембрану митохондрий в обоих направлениях.
Некоторые эндогенные разобщители играют роль в поддержании постоянной t тела человека.
При охлаждении стимулируется освобождение норадреналина из окончаний симпатических нервов.
В результате происходят активация липазы в жировой ткани и мобилизация жира из жировых депо.
Образующиеся свободные жирные кислоты служат не только «топливом», но и важнейшим регулятором разобщения дыхания и фосфорилирования.