Субстратное окислительное фосфорилирование

Называется субстратным потому, что реакция является частью какого-либо метаболического пути

При окислительном декарбоксилировании 2-оксоглутарата в цикле Кребса на первом этапе энергия окисления накапливается, во-первых, в виде энергии восстановленного НАДН+Н+, во-вторых, в виде энергии макроэргической связи продукта окисления сукцинил~КоА. На следующем этапе энергия макроэргической связи сукцинил~КоА трансформируется в энергию макроэргической пирофосфатной связи ГТФ.

Промежуточный продукт окислительного расщепления глюкозы - 3-фосфоглицериновый альдегид - подвергается окислению с образованием 1,3-дифосфоглицериновой кислоты, причем энергия окисления накапливается в виде энергии восстановленного НАДН+Н+ и энергии макроэргической связи окисленного субстрата реакции с остатком фосфорной кислоты. На следующем этапе энергия макроэргической связи 1,3-дифосфоглицериновой кислоты опять же трансформируется в энергию макроэргической пирофосфатной связи АТФ.

Сравнивая две представленных схемы процессов, мы обнаруживаем в них много общего: энергия окисления того или другого субстрата первоначально накапливается в макроэргической связи окисленного субстрата с дополнительной группировкой (КоА или остатком фосфорной кислоты), а затем эта накопленная энергия используется для образования макроэргической пирофосфатной связи ГТФ или АТФ.

Разобщители- липофильные вещества, которые способны принимать протоны и переносить их через внутреннюю мембрану митохондрий, минуя его протонный канал.

В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается. В этом случае скорость окисления NADH и FADH2 возрастает, возрастает и количество поглощённого кислорода, но энергия выделяется в виде теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается.

Разобщители бывают:

- естественные – продукты перекисного окисления липидов, жирных кислот с длинной цепью; большие дозы тиреоидных гормонов, билирубин, дикумарол;

- искусственные - динитрофенол, эфир, производные витамина К, анестетики, антибиотики (грамицидин, валиномицин)

Ингибиторы дыхательной цепи являются ядами. Они в равной степени тормозят и дыхание, и фосфорилирование, соотношение Р/О при этом не изменяется.

Наиболее популярными являются следующие ингибиторы:

ротенон (растительный токсин, применяемый индейцами Амазонии при ловле рыбы, а также используемый в качестве инсектицида),

амитал (аминобарбитал – производное барбитуровой кислоты),

антимицин А (антибиотик)

цианиды.

Ротенон и амитал тормозят перенос водорода от ФМН к убихинону; антимицин А тормозит транспорт электронов от цитохрома b к цитохрому с1; CN-, CO, H2S – ингибиторы цитохромоксидазы

Микросомальное окисление, его характерные особенности, роль в организме. Процессы гидроксилирования, участие в них цитохрома Р450. Значение микросомального окисления в обезвреживании ксенобиотиков, продуктов гниение белков в кишечнике и лекарственных веществ.

Микросомальное окисление осуществляется ферментными системами, локализованными преимущественно в эндоплазматическом ретикулуме печени и других тканей и в Митохондриях надпочечников.

Особенности:

· в процессах микросомального окисления активный кислород непосредственно включается в окисляемых вещество, т.е. кислород используется как пластическая вещество. Молекулы АТФ в этом процессе не образуются, энергия используется в окислении субстратов.

· Ферментные системы, которые локализованы в микросомального фракции и способны использовать молекулярный кислород для окисления специфических органических соединений, делятся на две группы: диоксигеназы и монооксигеназы.

Биологическая роль микросомального окисления:

· Синтез различных веществ. Растворимые ферменты с участием аскорбиновой кислоты в качестве донора водорода осуществляют синтез адреналина и норадреналина в хромаффинной ткани; пигмента меланина из тирозина в коже, радужке и сетчатке глаза; основного белка соединительной ткани – коллагена. Ферменты микросом участвуют в образовании ненасыщенных жирных кислот; желчных кислот и стероидных гормонов надпочечников из холестерина, лейкотриенов из арахидоновой кислоты.

· Обезвреживание различных токсических веществ в печени. Особенно это относится к чужеродным веществам не природного происхождения, называемым ксенобиотиками. Во-первых при микросомальном окислении токсические вещества становятся водорастворимыми, в результате они не накапливаются в клетке, а легко выводятся с мочой. Во-вторых изменяется структура соединений, в результате чего снижается их токсичность; в третьих, появление в структуре соединений гидроксильных группировок облегчает их последующее участие в реакциях коньюгации следующем процессе биотрансформации.

Оксигеназы работают в составе мультиферментного комплекса, встроенного в мембрану.Мультиферментный комплекс состоит из 3-х компонентов.

1. Флавиновые дегидрогеназы. Содержат ФАД. Наиболее обычный субстрат для них - НАДФН2.
2. Железо-серный белок. Содержит негеминовое железо с переменной валентностью.
3. Цитохром Р450. Его строение отличается от строения цитохромов цепи митоходриального окисления.

ЦитР450-зависимые монооксигеназы катализируют расщепление веществ разного типа с участием НАДФН и молекулярного кислорода (О₂). При этом один атом кислорода присоединяется к субстрату, а второй освобождается в составе молекулы воды. В реакции принимает участие флавопротеин, выполняющий функцию переносчика восстановительного эквивалента с кофермента НАДФН + Н⁺ на собственно монооксигеназу, которая переносит электроны на молекулярный кислород.

Из множества цитР450-зависимых реакций здесь приводится только несколько примеров.

Гидроксилирование ароматического кольца (а) играет центральную роль в метаболических превращениях медицинских препаратов и стероидов.

При этом ангулярные метильные группы могут окисляться до гидроксиметильных (б).

Эпоксидирование (в) приводит к высокореакционноспособным и часто токсичным продуктам. Примером является биотрансформация бензпирена в эпоксид ,обладающий мутагенным действием.

ЦитР450-зависимая реакция дезаминирования (г) приводит к отщеплению алкильных заместителей при гетероатомах (О, N или S) в виде альдегидов.