Основной эффект инсулина – повышение проницаемости клеточных мембран для глюкозы.

Инсулин активирует: гексокиназную реакцию, синтез глюкокиназы, гликолиз, все фазы аэробного распада, пентозный цикл, синтез гликогена, синтез жира из глюкозы.

Инсулин ингибирует: распад гликогена, глюконеогенез. Инсулин является анаболиком. Способствует синтезу гликогена, жира, белка, оказывает белоксберегающий эффект, так как тормозит глюконеогенез из аминокислот.

Глюкагон вырабатывается а-клетками островков Лангерганса, состоит из 29 АМК, молекулярная масса 3500.

Органы-мишени: печень, жировая ткань. Действует глюкагон через цАМФ.

Рецепторами являются липопротеины мембран.

Биологическая роль глюкагона: стимулирует фосфоролиз гликогена печени, стимулирует глюконеогенез, усиливает липолиз в жировой ткани и печени, увеличивает клубочковую фильтрацию, ускоряет ток крови, способствует экскреции соли, мочевой кислоты, стимулирует протеолиз, увеличивает кетогенез, стимулирует транспорт АМК в печени, снижает концентрацию калия в печени.

Соматостатин - пептид, подавляет секрецию СТГ, ингибирует секрецию инсулина и глюкагона, выделен из гипоталамуса, секретируется в поджелудочной железе, желудке.

2. Окислительное фосфорилирование - синтез АТФ из АДФ и Фн за счёт энергии, выделяющейся при тканевом дыхании. Идею о наличии сопряжения высказал в 1931году англичанин Энгельгардт.

Для образования одной макроэргической связи АТФ, затраты на которую составляют не менее 7,3 ккал, требуется перепад редокс-потенциалов между участками цепи 0,2 В на пару перенесённых электронов.

Места сопряжения. В дыхательной цепи есть 3 участка, в которых перенос электрона сопровождается относительно большим изменением стандартной свободной энергии: НАДН-ДГ-KoQ, цитохром В - цитохром С1, цитохромоксидаза. Это пункты фосфорилирования.

Уменьшение энергии на каждом из этих участков достаточно для сопряжённого образования АТФ.

Энергетическое сопряжение

Р/О – коэффициент фосфорилирования.

Р/О – число молей неорганического фосфата, переведённых в органическую форму в расчёте на каждый поглощённый атом кислорода. Пары электронов от НАД-зависимых дегидрогеназ проходят все 3 участка фосфорилирования, что даёт 3 молекулы АТФ. Пары электронов, отщепляемые от сукцината, поступают в дыхательную цепь, минуя участок 1, поэтому образуется 2 молекулы АТФ. При окислении аскорбиновой кислоты Р/О =1.

Взрослому здоровому человеку в день требуется 190 кг АТФ. В организме человека – 50 г АТФ. Для удовлетворения потребности организма в химической энергии эти 50 г АТФ должны много раз в течение суток расщепиться до АДФ и Фн с последующим ресинтезом.

Механизм окислительного фосфорилирования. В 1961 году английский биохимик Питер Митчелл сформулировал хемоосмотическую концепцию превращения энергии в живых клетках. В 1975 году он получил Нобелевскую премию.

Основные положения хемоосмотической концепции

1) Движущей силой фосфорилирования является протонный градиент. Перенос электрона сопровождается выкачиванием ионов водорода из матрикса через внутреннюю мембрану митохондрии. При транспорте каждой пары электронов в межмембранном пространстве может накапливаться до 6 протонов. Свободная энергия потока электронов используется для перекачивания ионов водорода наружу против градиента концентрации. Перенос электронов создаёт электрохимический градиент ионов Н+ (Dm Н+), включающий 2 ионокомпонента:

Dm Н = Dy + DрН.

Dy - мембранный потенциал. Внутренняя сторона мембраны более электроотрицательна, а наружная более электроположительна.DрН – градиент рН. Наружная сторона мембраны имеет более кислую реакцию, а матрикс митохондрий –щелочную.

2) Окислительное фосфорилирование требует целостности внутренней митохондриальной мембраны. При разрыве мембраны нет окислительного фосфорилирования, хотя перенос электронов продолжается.

3) Внутренняя митохондриальная мембрана непроницаема для ионов Н, ОН, К, Сl. Если мембрана при повреждении становится проницаемой, то окислительного фосфорилирования не будет. Ионы Н+ из окружающей среды вновь устремляются внутрь в матрикс митохондрий по электрохимическому градиенту через молекулы FoF1-АТФазы. Этот переход ионов водорода сопровождается выделение свободной энергии, за счёт которой и синтезируется АТФ. Между митохондрией и окружающей её средой совершается непрерывный кругооборот ионов водорода, движущей силой которого является перенос электронов.

Тканевое дыхание заряжает митохондриальную мембрану, а окислительное фосфорилирование разряжает её, иначе мембрана лопнет. Энергопреобразующие мембраны сначала генерируют Dm Н, а затем реализуют его через Н-АТФ-синтетазу в синтез АТФ.

АТФ-синтетаза состоит из двух компонентов Fо и F1, по форме напоминает гриб, головка которого обращена в сторону матрикса. F1 - каталитическая часть из 9 субъединиц. Fо встроен во внутреннюю мембрану, осуществляет перенос Н+ через канал. Олигомицин – ингибитор фермента. Dm Н приводит в действие АТФ-синтазу, катализирующую реакцию:

АДФ + Фн Ё АТФ

 

Реккер и сотрудники показали, что в изолированном виде F1 действует как АТФ-аза, то есть расщепляет АТФ на АДФ и Фн. Преобразовать Dm Н в синтез АТФ может только полный F1 + Fо комплекс. Энергия находится в области протонных каналов на внутренней поверхности внутренней мембраны. Как только 2Н проходят из среды в матрикс через канал, выделяется энергия, которая используется для синтеза АТФ. Вместе с протонами идёт фосфат.

АДФ поступает в выросты, а выйти не может, а АТФ легко выходит из митохондрий, а поступать туда не может.

Образование АТФ путём окислительного фосфорилирования регулируется в соответствии с энергетическими нуждами клетки.

Уровни регуляции:

1. дыхательный контроль,

2. разобщение.

Дыхательный контроль – изменение скорости дыхания с изменением концентрации АДФ. В норме это отношение велико. Если повышена концентрация АДФ: активируется ЦТК, возрастает скорость переноса электронов и окислительное фосфорилирование, усиливается синтез АТФ. Если снижена концентрация АДФ, то тормозится ЦТК.

Дыхательный контроль

1- Это неопределенное состояние митохондрий, к которым не добавлены ни субстраты, ни АДФ (– SH2, - АДФ).
2- Это деэнергизованное состояние, т. к. в отсутствие субстратов дыхательная цепь не работает и митохондрии не поддерживают мембранный потенциал.
3- состояние окислительного фосфорилирования (+ SH2, + АДФ).
4- состояние дыхательного контроля (+ SH2, – АДФ.
5 – состояние анаэробиоза (в среде кончился кислород).
6 - состояние ионного транспорта.
U – к митохондриям добавлен переносчик протонов через мембраны (например, 2,4-динитрофенол).

Разобщители разобщают перенос электронов и синтез АТФ. При этом свободная энергия, выделенная при переносе электрона, переходит в тепло, а не запасается в виде АТФ. Повышают проницаемость внутренней мембраны митохондрий для ионов Н, К, Na.

Различают разобщители

1. естественной природы: прогестерон, тироксин, холод, жирные кислоты.

2. патологические факторы: дифтерийный токсин.

3. искусственные: валиномицин, грамицидин, 2, 4 – динитрофенол.

Ионофоры – жирорастворимые вещества, способные связывать ионы и переносить их чрез мембрану, подавляют окислительное фосфорилирование.

Свободное (нефосфорилирующее) дыхание. В митохондриях дыхание не всегда сопровождается с фосфорилированием. Такой путь окисления субстратов в дыхательной цепи назван Ленинджером свободным окислением. Вся энергия окисляемых веществ превращается при этом в теплоту. Теплообразующая функция митохондрий была впервые продемонстрирована В.П. Скулачёвым. В организме есть термогенные ткани.
Бурый жир. У крольчат 5-6% от массы тела приходится на бурый жир. Много его у зимоспящих животных. У новорожденных детей на бурый жир приходится 2%. Он расположен в области шеи, спины. Бурый жир содержит много митохондрий, кровеносных сосудов, симпатических нервных волокон. Внутренние мембраны митохондрий бурого жира имеют специальные поры для ионов водорода. В них содержится белок ионофор-термогенин. Ионы водорода из митохондрий в результате переноса электрона возвращаются в митохондрии через эти поры, минуя Fо F1-АТФазу. Из-за этого свободная энергия переноса электронов используется не для синтеза АТФ, а для выработки тепла.

Субстратное фосфорилирование – образование АТФ за счёт превращения субстрата, имеющего макроэргическую связь.

Отличия окислительного и субстратного фосфорилирования

Окислительное	Субстратное
Сопряжено с транспортом электронов в дыхательной цепи	За счёт превращения субстрата, имеющего макроэргическую связь
Локализация в митохондриях и ядерных мембранах	Локализация в митохондриях и в цитоплазме
Главный генератор энергии	Подсобный механизм, Стаёт ведущим при недостатке кислорода
SH2 + O2+АДФ+Фн Ё АТФ + Н20 + S	S-Р+АДФ Ё АТФ + S
Аэробный процесс	Может протекать в аэробных и анаэробных условиях
Зависит от разобщителей	Не зависит от разобщителей

 

3. Витамин B₆ участвует в обмене белков, жиров, углеводов. Он необходим для усвоения организмом аминокислот, образования арахидоновой кислоты из линолевой и витамина PP из триптофана. Витамин B₆ участвует в регуляции жирового обмена в печени, обмена холестерина, образовании гемоглобина.

Большое содержание витамина B₆ (0,3-0,5 мг в 100 г съедобной части продукта) характерно для мяса животных и птиц, некоторых рыб (палтус, сельдь), икры, гречневой, перловой и ячневой крупы, пшена, хлеба из муки 2-го сорта, картофеля. Особенно богаты этим витамином (0,7-0,9 мг) печень, скумбрия, фасоль. Умеренное содержание витамина (0,15-0,29 мг) отмечается в большинстве рыб, яйцах, овсяной и манной крупе, рисе, хлебе из муки высшего сорта, макаронах, горохе. Малое содержание витамина B₆ (0,05-0,14 мг) характерно для молочных продуктов, овощей, фруктов, ягод. При кулинарной обработке теряется 20-30% витамина B₆. Потребность организма в витамине B₆ удовлетворяется за счет его поступления с пищей и образования микрофлорой кишечника. Чем больше поступает с пищей белков, тем больше требуется витамина B₆. Суточная потребность в витамине B₆ для мужчин составляет 1,8-3 мг, для женщин — 1,5-2,2 мг; при беременности и кормлении грудью — 2-2,2 мг. Потребность увеличивается при атеросклерозе, болезнях печени, токсикозах беременных, анацидных гастритах, энтеритах, анемиях, длительном приеме антибиотиков и противотуберкулезных препаратов.

Билет 31.