Тканевое дыхание - один из процессов диссимиляции, по сути это и есть биологическое окисление в тканях и клетках организма. В организме существует 3 пути потребления и утилизации кислорода:
1 путь - 90-95% O2 идет на митохондриальное окисление.
2 путь - 5-10% идет на микросомальное окисление (в печени при поступлении больших количеств токсинов - 40%).
3 путь - перекисное окисление (2-5%).
Микросомальная дыхательная цепь.
Микросомы (микрочастицы) - это замкнутые мембранные пузырьки (везикулы), образуемые из гладкой ЭПС при гомогенизации клетки. Как таковых микросом не существует.
Микросомальное окисление - это окисление, протекающее на гладкой ЭПС нормальной неразрушенной клетки.
Наиболее интенсивно микросомальное окисление протекает в печени и надпочечниках, а также в местах контакта с внешней средой, в коже, почках, легких, селезенке.
ЭПС - 2-й слой мембран, ассоциированных с 3-мя основными классами ферментов:
1) оксидоредуктазы;
2) трансферазы;
3) гидролазы.
Главная функция этих ферментов - реакции детоксикации.
Микросомальное окисление осуществляется с помощью одноименной ДЦ, которая представляет собой систему переносчиков протонов и электронов с НАД или НАДФ на кислород.
Существует 2 варианта микросомальной ДЦ:
1) НАДФ ----> ФП ---> b5 ---> p450 ---> O2
2) НАД ----> ФП ----> b5-----
Цитохром b5 одной цепи может передавать свои электроны на цитохром b5 другой цепи, а также на цитохром p450.
Микросомальное окисление можно записать и так:
RH + НАД (НАДФ).H2 + O2 ---> ROH + НАД (НАДФ) + HOH
схема
FP - флавопротеид, включающий ФАД и Fe-белок, содержащий негеминовое железо.
P450 - восстановленный CO-комплекс, который имеет max поглощения при длине волны = 450 нм.
Многие гидрофобные вещества организма обладают токсичностью, за счет того, что растворяются в клеточных мембранах и тем самым разрушают их.
Задачей организма является перевод этих гидрофобных соединений в гидрофильные, которые легче выводятся почками. Это осуществляется микросомальным окислением.
Таким образом, основная роль микросомальной ДЦ заключается в осуществлении реакций синтеза с участием кислорода (в схеме видно образование фенола из бензола (гидроксилирование)).
Для связывания второго атома кислорода необходим косубстрат, каковым является аскорбат (Vit C), кторый также отдает 2H+ на синтез H2O. Для обеспечения реакций детоксикации необходимо большое количество Vit C в составе косубстрата: реакции детоксикации протекают по механизму гидроксилирование гетероциклических и алифатических соединений (ксенобиотики), поступающие из вне.
Реакции детоксикации могут привести к снижению концентрации токсических веществ или может возникнуть летальный синтез.
Роль микросомального окисления состоит в биосинтезе Vit D, кортикостероидов, коллагена, тирозина, катехоламинов.
- Реакции деалкилирования - отщепление алкильной группы;
- реакции окисления спиртов, альдегидов, кетонов, нитросоединений;
- реакции разрыва кольца ароматических соединений;
- реакции восстановления, когда идет сброс протов;
- реакции десатурации (перевод насыщенных ЖК в ненасыщенные).
В 70-е годы было показано, что микросомальная и митохондриальная дыхательные цепи взаимодействуют друг с другом через цитохром b5.
В условиях интоксикации (этанол, барбитураты) происходит ингибирование 1 комплекса митохондриальной ДЦ.
НАД ---> ФП -/-> Q ---> b ---> c1 ---> c ---> aa3 ---> ½ O2
Окисление НАД.Н2 не происходит и он накапливается. В межмембранном пространстве имеется цитохром b5, который принимает электроны с НАД.Н М/Х ДЦ и перебрасывает их на микросомальную ДЦ и тем самым угроза энергетического голода устраняется.
Таким образом ц. b5 - фермент, компонент микросомальной ДЦ, который обеспечивает межмембранный митохондриально-микросомальный перенос электронов.
Сходства и различие митохондриальной и микросомальной дыхательных цепей.
1. Сходства: а) они имеют одинаковые начало и конец и одинаковую суммарную разность потенциалов (а значит одинаковый градиент энергии в начале и конце);
б) имеют одинаковые переносчики: НАД, ФП, цитохромы.
2. Различия: а) по локализации;
б) микросомальная ДЦ короче и электроны на последнем переносчике М/С цепи более энергизированы и спосбны активировать кислород;
в) будучи активным кислород способен внедряться в структуру многих молекул, т. е. используется с «пластическими» целями (ФЕН---> ТИР). В то время как в М/Х ДЦ кислород - всего лишь конечный акцептор электронов и используется в энергетических целях;
г) в процессе переноса электронов в М/Х ДЦ их энергия депонируется в форме АТФ. В М/С ДЦ - депонирование энергии ни в каком виде не происходит;
д) М/С окисление - современная интерпретация теории БахаЭнслера. М /Х окисление - современный вариант теории Палладина-Виланда.
Перекисное окисление. Механизм образования активных форм кислорода. Роль перекисных процессов в норме и при патологии. Общее представление о ПОЛ (НЭЖК → R· → диеновые коньюгаты → гидроперекиси → МДА). Способы оценки активности ПОЛ.
Перекисное окисление и антиоксидантная защита.
Еще Мечников, изучая фагацитоз утверждал, что фагоцитарное действие лейкоцитов осуществляется за счет перекисных процессов.
Перекисное окисление - это третий путь утилизации вдыхаемого кислорода (от 2 до 5%).
Кислород сам по себе является парамагнитным элементом (это было установлено методом молекулярных орбиталей) т. к. имеет на внешнем слое 2 неспаренных электрона.
--------- _ _.
--------- O2; O2 + e ---> O2, т. е. в реакциях перекисного
--- окисления происходит одноэлектронное восстановление
кислорода.
--------- _.
--------- O2 - супероксидный ион-радикал, более активная форма
--- кислорода.
Возможна еще одна активная форма кислорода:
--------- _
--------- O2 - синглетный кислород.
_. _
O2 и O2 - инициируют образование большого количества радикалов, по цепному механизму:
_. _.
O2 + H+ ---> HO2 - гидропероксидный радикал
_. _.
HO2 + H+ + O2 ----> H2O2 + O2.
H2O2 + Fe2+ ----> Fe3+ + OH- + OH (пероксидный радикал).
_.
O2 + Fe3+ ---> O2 + Fe2+
В процессе взаимодействия этих радикалов с веществом поражаются наиболее уязвимые места клеток: ненасыщенные ЖК фосфолипидов мембран, они «выжигаются» в результате чего мембрана делается более ригидной и следовательно изменяется ответная реакция клетки.
В нормальных условиях перекисное окисление регулирует агрегатное состояние мембран, лежит в основе тканевой адаптации. (Это играет роль в стрессовых ситуациях, когда клетка т. о. защищается от избытка гормонов).
При всех видах патологии активность перекисных процессов возрастает, и является инструментом повреждения мембраны. В ней образуются мощные ионные каналы, через которые входят ионы Na+, K+ и др. и содержимое клетки как бы вываливается и она гибнет.
OH. - радикал взаимодействует с ДНК и РНК, вызывая возникновение генных мутаций и провоцируя канцерогенез.
Перекисные процессы инициируются в структуре нуклеиновых кислот.
