Физиологическими разобщителями являются жирные кислоты, гормон тироксин, билирубин, разобщающий эффект присущ лекарственным препаратам с пирогенным эффектом действия.

На отдельных этапах дыхательной цепи возможно блокирование переноса электронов

На участке ФМН – FeS ингибитором являются амитал, препарат группы барбитуратов,

ротенон – высокотоксичное вещество, выделенное из некоторых водорослей.

На участке цит. в – цит. с₁ действует ингибитор антимицинА, токсичный антибиотик.

Терминальный участок цитохромоксидазу ингибируют ион цианида, угарный газ СО,

сероводород, образуя устойчивые соединения с ионами железа и меди, и тем самым прекращают перенос электронов на кислород. Этим объясняется их высокая токсичность.

При гипоксии начинает действовать укороченный путь переноса электронов, основным субстратом становится сукцинат, который в настоящее время широко используется как лечебное и профилактическое средство в кардиологии, геронтологии, при анемиях у детей. В случае блокирования цитохромоксидазы, временный эффект оказывают искусственные акцепторы электронов: метиленовый синий (+0.011 в),

аскорбат (+ 0,058 в).

Скорость окисления НАДН в дыхательной цепочке регулирует скорость реакций цикла Кребса, а соотношение АДФ/АТФ- скорость тканевого дыхание. Изменение скорости тканевого дыхания в зависимости от концентрации АДФ носит название дыхательный контроль. Понятно, что повышение содержания АДФ увеличивает скорость тканевого дыхания, а понижение – соответственно снижает.

В медицинской практике используется кислород в в лечебных целях.. Примером может служить гипербарическая оксигенация, которую применяют при нарушении кровообращения.. Но ни в коем случае не значит, что поступление кислорода в ткани увеличивает интенсивность синтеза АТФ. Кислород обеспечивает только беспрепятственную возможность образования АТФ путем окислительного фосфорилирования..

Синтез АТФ происходит внутри МХ, а все энергозависимые и энергопотребляющие процессы происходят в иных структурах клетки.

Между митохондрией и цитозолем происходит обмен АДФ и АТФ. В мембране митохондрии есть особый белок АТФ/АДФ-антипортер, который осуществляет перенос этих нуклеотидов через мембрану МХ.

Молекула АДФ поступает в матрикс МХ только при условии выхода АТФ из матрикса.

Матрикс цитозоль

 

АТФ-----------------------------АТФ

АДФ ----------------------------АДФ

 

На транспорт расходуется примерно 25% энергии переноса электронов. Транспорт фосфата, необходимого для синтеза АТФ в матриксе МХ, и кальция, также связаны с системой переноса электронов в дыхательной цепочке.

 

 

Образование активных форм кислорода

Активные формы кислорода: суперокид-анион, пероксид водорода, гидроксид – радикал.

Основное место образования

- микросомальная цепь переноса электронов (цит. р-450),

- частично могут возникать в митохондриальной цепи переноса электронов

- в результате ферментативных реакций с участием ксантиноксидазы, алкогольоксидазы

- неферментативных процессов -аутоокисление адреналина, гемоглобина, глутатиона.

Активные формы кислорода обнаружены во всех биологических жидкостях организма: крови, слюне, слезе.

Одноэлектронный перенос сопровождается образованием супероксида - анион-радикала (содержит одиночный неспаренный электрон и заряд минус)

О₂ + е = О₂^-

На второй стадии восстановления образуется анион пероксида и пероксид водорода

О₂^- + е = О₂ ^2- О₂ ^2- + 2Н⁺ = Н₂О₂

Возможно участие воды, среда в процессе реакции становится щелочной.

 

О₂ ^2- + 2Н ₂О = Н₂О₂ + 2 ОН^-

На третьей стадии возникают радикал и анион гидроксида (среда вновь щелочная)

Н₂О₂ + е = НО^. + НО^-

 

На последней стадии восстановление сопровождается образованием иона оксида О ^2-

Свободный ион О ^2- реагирует с водой, и вновь образуется ион гидроксида..

 

О ^2- + Н ₂О = 2 ОН^-

Образование воды возможно только в случае восстановления кислорода в системе переносчиков электронов (мембраны митохондрий и микросом)

О ^2- + 2Н⁺ = Н ₂О

Супероксидный анион является высокотоксичным и относительно стабильным радикалом.

Он взаимодействует с молекулами белка, липопротеинами, вызывает разрыв спирали ДНК, окисление тиольных групп, вызывает перекисное окисление липидов, создает структурные нарушения биологических мембран. В физиологических условиях концентрация супероксида чрезвычайно низкая 8^. 10 ^-12. М. Примерно 80% супероксидного аниона превращается в пероксид водорода с участием фермента супероксиддисмутазы (СОД).

2 О₂^- + 2 Н ⁺ = Н ₂ О ₂ + О₂ или

 

2 О₂^- + 2 Н ₂О = Н ₂ О ₂ + О₂ + 2 ОН^-

Активно этот процесс протекает в макрофагах момент фагоцитоза.

Фермент СОД принято называть представителем ферментативной антиоксидантной защиты(АОЗ) в клетке.

Без участия СОД происходит спонтанная дисмутация супероксидного аниона, в результате которой образуется весьма активный и реакционноспособный синглетный кислород

2 О₂^- + 2 Н ⁺ = Н₂О ₂ + ^“O₂

СОД встречается у всех аэробных организмов. Относится к металлоферментам. Содержит в активном центре ионы меди, марганца, железа, цинка. У человека, независимо от места локализации, в активном центре медь и цинк. Ионы цинка стабилизируют конформационную структуру, а ионы меди находятся в каталитическлм центре.

Цинк также обнаружен в активных центрах карбоангидразы и алкогольдегидрогеназы и необходим для стабилизации структуры белка- гормона инсулина.

Ген Сu-Zn-СОД у человека находится на 21 хромосоме. Высокий уровень активности отмечен в печени, почках, головном мозге, надпочечниках, щитовидной железе. В форменных элементах активность снижается в последовательности:

тромбоциты - эритроциты - лимфоциты - гранулоциты.

Низкая активность СОД характерна для сердца, костного мозга и селезенки.

Перевод супероксидного аниона в пероксид водорода не устраняет полностью токсичного действия.

Пероксид водорода образуется и в других биохимических реакциях:

- окисление аминов ФАД- зависимой моноаминооксидазой

- при метаболизме пуриновых соединений (гипоксантин - ксантин- мочевая кислота) в тканях и, особенно, в процессе трансформации моноцитов в макрофаги. Физиологическая концентрация пероксида водорода 10^-9 - 10^-7 М.

Пероксид водорода обладает двойственной реакционной способностью окислителя и восстановителя, но в биологических системах, где много восстановителей, пероксид водорода ведет себя как достаточно сильный окислитель. Окисляет тиольные группы белков, ион железа(Fe ²⁺) в гемоглобине, превращая его в метгемоглобин(Fe ³⁺), усиливает пероксидацию липидов и нарушает проницаемость биомембран,

Пероксид водорода разрушается каталазой, которая относится к гемсодержащим ферментам.

Каталаза, глутатионпероксидаза и глутатионредуктаза относятся к ферментам антиперекисной защиты(АПЗ).

Каталаза является наиболее распространенным ферментом. Содержится в печени, почках, мышцах, головном мозге, костном мозге, селезенке, легких, сердечной мышце, присутствует в жидких средах организма – крови, слюне, моче, ликворе.

Место локализации каталазы – митохондрии и пероксисомы.

Каталаза может не только разлагать пероксид водорода(каталазная функция), но и окислять эндогенные и экзогенные субстраты с участием пероксида водорода (пероксидазная активность). Пероксидазное действие наблюдается при высокой концентрации субстратов, например, этанола, который окисляется в ацетальдегид..

 

Каталаза

С ₂ Н ₅ ОН + Н ₂ О ₂ --------------------- СН ₃ СНО + 2 Н₂ О

 

Глутатионпероксидаза наряду с каталазой проявляет антиперекисное действие.

В активном центре одной их форм глутатионпероксидазы содержится селен, роль переносчика электронов выполняет трипептид глутатион: γ - глутамат- цистеин -

Глицин (G-SH- восстановленная форма, G-S -S-G- окисленная)

глутатионпероксидаз а

Н ₂ О ₂ + 2 G-SH ---------------------------- G-S -S-G + 2 Н₂О

Одновременно(сопряженно) протекает реакция восстановления окисленного глутатиона с помощью НДФН- зависимого фермента глутатионредуктазы. Необходимый для этой реакции НАДФН образуется преимущественно в реакциях пентозофосфатного цикла при действии фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.

глутатионредуктаза

НАДФН + Н ⁺ + G-S -S-G ---------------------------НАДФ + 2 G-SH

Помимо ферментативной АО и АП защиты существуют неферментативные биохимические механизмы, обеспечивающие поддержание гомеостаза при действии активных форм кислорода.