Митохондрия. Строение, функции, сравнительная характеристика мембран митохондрий. Характеристика ферментов мембран, межмембранного пространства, МX матрикса

Митохондрии постоянные органеллы всех клеток (кроме эритроцитов) имеют 2 мембраны:

Признак	Внутренняя мембрана	Наружная мембрана
1. Форма	Складчатая (кристы)	Гладкая
2. Плотность	1,2	1,1
3. ФЛ/Белки	0,27/0,73	0,82/18
4. Проницаемость	Высокоселективная	Низкоселективная (даже большие молекулы проникают свободно)
Содержание:
5. Кардиолипина	Высокое	Низкое
6. Фосфоинозитола	Низкое	Высокое
7. Холестерина	Низкое	Высокое
8. Ферменты	СДГ и компоненты ДЦ	МАО, ферменты синтеза ЖК

Межмембранное пространство: в нем активны аденилаткиназа и нуклеозиддифосфаткиназа.

В процессах старения генома митохондрии мигрируют в ядро, т. е. возникают летальные мутации, связанные с деформацией митохондриальных белков генерирующих АТФ.

 

ЦТК, история открытия, реакции, ферменты, коферменты, субстраты. Биологическая роль, регуляция ЦТК. Метаболоны ЦТК.

Цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты был открыт Гансом Кребсом в 1937 г. Он брал измельченные мышцы голубя, добавлял на них трикарбоновые кислоты и определял скорость дыхания, те трикарбоновые кислоты, которые составляют цикл Кребса усиливают дыхание.

Цикл Кребса - исходный субстрат ацетил КоА, который взаимодействует с ЩУК под действием фермента цитратсинтетазы.

За один оборот цикла Кребса происходит полное окисление одной молекулы ацетил-КоА. Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление ацетил-КоА, а коферменты НАД и ФАД должны снова окисляться. Это и происходит в ДЦ.

Освобождающаяся при окислении ацетил-КоА энергия, расходуется на образование макроэргических связей АТФ.

Из 4 пар атомов водорода, 3 пары переносятся через НАД и одна пара через ФАД. На каждую пару атомов водорода в системе БО образуется 3АТФ (1НАДН2 = 1АТФ). Следовательно, всего 9АТФ; одна пара атомов попадает в систему БО через ФАД, - в результате образуется 2АТФ. Кроме этого в ходе сукцинаткиокиназной реакции образуется 1ГТФ = 1АТФ. Поэтому в целом, в ходе цикла Кребса образуется 12АТФ.

 

 

Биологическое значение ЦТК.

ЦТК - универсальный компонент БО, который образуется на принципе унификации, что имеет огромное значение, потому что организм не может точно дозировать потребность в каждом субстрате. Унификация позволяет уравновешивать и оптимизировать соотношение основных субстратов, т. е. если имеется избыток углеводов, то часть их перекачивается в липиды, если избыток белка, то тоже - в липиды и углеводы.

Энергетическая функция.

ЦТК - конечный этап БО, в котором окисляются унифицированные соединения различного происхождения.

 

Пластическая функция.

Поскольку ЦТК «питается» субстратами различного происхождения, то он может быть источником углеродных скелетов для различных веществ.

ЩУК à Цитрат à синтез ЖК, т. е. избыток углеводов депонируется в виде нейтрального жира.

Сукцинил КоА à синтез ГЛУ, АРГ, ПРО, ГИС.

a-кетоглутарат à синтез гема (Hb, цитохромы, каталаза, пероксидаза).

ГНГ (образование Гл из неуглеводных компонентов).

 

Регуляторная.

Перекачка субстратов из одного в другой.

 

Регуляция ЦТК.

ЦТК связан с предшествующими стадиями энергетического обмена (гликолиз, окисление ЖК и АК), поэтому механизмы регуляции этих процессов будут справедливы и для ЦТК:

1) ретроингибирование; 2) путем изменения концентрации субстрата на входе ЦТК; 3) аллостерическаярегуляция (с помощью НАД, НАДН2, АТФ); 4) ионная (pH, [Ca++]).

Так как цикл Кребса начинается со стадии ЩУК + ацетил КоА, то эти метаболиты и управляют интенсивностью ЦТК. Первым регуляторным фактором является концентрация ЩУК, которая в основном образуется из ПВК, ацетил КоА в принципе тоже:

+CO2 -CO2

ЩУК <----- ПВК ------> ацетил КоА

+ГТФ

ПВК же образуется из углеводов (Гл), поэтому при диабете или углеводном голодании наблюдается недостаток ПВК, а значит и ЩУК и ЦТК блокируются. Ацетил-КоА не является лимитирующим субстратом, т. к. в основном образуется при окислении ЖК.

Но в то же время ЩУК - конкурентный ингибитор сукцинатдегидрогеназы, поэтому при избытке ЩУК, ЦТК блокируется на 6 стадии (так называемое «щуковое торможение»). Это торможение можно убрать ГЛУ, который переаминирует ЩУК в АСП.

Второй регуляторный фактор - концентрация НАД и НАДН2. В живых системах концентрация НАД + НАДН2 = const. Любые факторы, ведущие к увеличению НАД.Н2 (гипоксия, алкогольная интоксик5ация) и дефициту НАД+ блокирует ЦТК. Следовательно увеличение концентрации НАД+ при активной работе ДЦ стимулирует ЦТК.

Так как АТФ является косвенно конечным продуктом ЦТК, то ее избыток блокирует ЦТК, а значит АДФ стимулирует ЦТК. (АДФ рассматривается как аллостерический активатор изоцитратдегидрогеназы).

Стимулятором ЦТК является также кислород, потому что он стимулирует распад АТФ.

Нормальная концентрация Ca²⁺ в клетке 10^-7 моль. При увеличении концентрации кальция до 10-6 моль активируются дегидрогеназные реакции: пируватДГ, изоцитратДГ, альфа-КГДГ, а значит и ЦТК.

Цикл Кребса активируется при сердечной недостаточности. Это объясняется тем, что миокард не может самостоятельно убрать избыток Ca²⁺ и эту роль берут на себя митохондрии, возрастает потребность в кислороде.

 

Заведующий кафедрой биологической химии, д.м.н., проф.

Грицук А. И.

___________

21.10.2006

 

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

УО «Гомельский государственный медицинский университет»

 

Кафедра биологической химии

 

Обсуждено на заседании кафедры (МК или ЦУНМС)

Протокол № _________________200__года

 

 

ЛЕКЦИЯ
по биологической химии

наименование дисциплины

для студентов _ 2 __ курса лечебного факультета

Тема Биологическое окисление 2. Тканевое дыхание. Окислительное фосфорилирование.

 

Время 90 мин.

 

Учебные и воспитательные цели:

Дать представление:

1. О строении дыхательной цепи (ДЦ), ингибиторах; механизмах работы ДЦ; пунктах сопряжения, величинах ОВП компонентов ДЦ. О коэффициенте Р/О, его значении.

2. О свободном и разобщенном дыхании. О теориях сопряжения ОФ.

3. О механизме генерации DmН⁺.

4. О структуре и функциях протонной АТФ-азы; о механизме разобщения.

5. Об окислительдном фосфорилировании (DpH и Dy); о механизмах термогенеза, роли бурой жировой ткани.

6. О роли энергетического обмена; Путях утилизации DmН⁺ и АТФ. О прикладных аспектах биоэнергетики.

7. О путях потребления O₂ в организме (митохондриальный, микросомальный, перекисный). О характеристике микросомальной ДЦ, в сравнении с митохондриальной. О характеристике цитохромаP₄₅₀, функции.

8. О перекисном окисление. О механизме образования активных форм кислорода O₂^-, O₂, O₂. О роли перекисных процессов в норме и при патологии. О перекисном окислении липидов (ПОЛ): (НЭЖК → R^· → диеновые коньюгаты → гидроперекиси → МДА). О способах оценки активности ПОЛ.

9. Об антиоксидантной защите: ферментной и неферментной. О характеристиках СОД, каталазы, глютатионпероксидазы, GSH-редуктазы, NADPH-воспроизводящих систем. О неферментных АОС: витаминах Е, А, С, каротиноидах, гистидине, кортикостероидах, билирубине, мочевине и др.

ЛИТЕРАТУРА

1 Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 1990. С. 213–220; 1998. С. 305–317.

2 Николаев А. Я. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1989. С. 199–221.

Дополнительная

3 Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М.: Высшая школа, 1993. С. 403–438.

4 Марри Р. и др. Биохимия человека. М.: Мир, 1993. Т. 1. С. 111–139.

5 Ленинджер А. Основы биохимии. М.: Мир, 1985. Т. 2. С. 403–438, 508–550.

6 АлбертсБ.идр., Молекулярнаябиология клетки. М.: Мир, 1994.Т. 1. С. 430–459.

7 Скулачев В.П. Энергетика биологическихмембран. М.: Наука. 1989.

 

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1. Мультимедийная презентация.

 

РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№ п/п	Перечень учебных вопросов	Количество выделяемого времени в минутах
1.	Строение дыхательной цепи (ДЦ), ее комплексы, ингибиторы. Механизм работы ДЦ. Пункты сопряжения, величина ОВП компонентов ДЦ. Коэффициент Р/О, его значение.
2.	Свободное и разобщенное дыхание. Теории сопряжения ОФ (химическая, конформационная, хемиосмотическая – П. Митчелла).
3.	Механизм генерации DmН+, его компоненты, стехиометрия Н+/е.
4.	Структура и функция протонной АТФ-азы. Механизм разобщения.
5.	ОФ (снятие DpH и Dy). Механизмы термогенеза. Роль бурой жировой ткани.
6.	Основополагающая роль энергетического обмена. Пути утилизации DmН+ и АТФ. Прикладные аспекты биоэнергетики.
7.	Пути потребления O2 в организме (митохондриальный, микросомальный, перекисный). Характеристика микросомальной ДЦ, ее сравнение с митохондриальной. Характеристика цитохромов P450, их функция.
8.	Перекисное окисление. Механизм образования активных форм кислорода O2-, O2, O2. Роль перекисных процессов в норме и при патологии. Общее представление о ПОЛ (НЭЖК → R· → диеновые коньюгаты → гидроперекиси → МДА). Способы оценки активности ПОЛ.
9.	Антиоксидантная защита: ферментная и неферментная. Характеристика СОД, каталазы, глютатионпероксидазы, GSH-редуктазы, NADPH-воспроизводящих систем. Неферментные АОС: витамины Е, А, С, каротиноиды, гистидин, кортикостероиды, билирубин, мочевина и др.

Всего 90 мин