ВОПРОС 7. Пути использования кислорода в организме. Микросомальное окисление. Активные формы кислорода. Антиоксидантная система организма.
Факторы, вызывающие нарушение сопряжения окисления и фосфорилирования.
Необходимыми условиями для нормального осуществления окислительного фосфорилирования являются такие свойства внутренней сопрягающей мембраны митохондрий, как целостность и непроницаемость для ионов (Н+, ОН-, К+ и др.). Факторы, приводящие к нарушению этих свойств, вызывают разобщение окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи. В результате вся энергия переноса электронов от субстрата к кислороду может продолжаться, но рассеивается в виде тепла (свободное окисление). К разобщающим факторам относятся:
1) охлаждение организма, приводящее к повышенному образованию свободных жирных кислот, которые возвращают Н+ обратно в матрикс.
2) 2,4-динитрофенол – повышает проницаемость внутренней мембраны для Н+, связывает протоны и возвращает их обратно в матрикс.
3) антибиотики: грамицидин, валиномицин (увеличивают проницаемость внутренней сопрягающей мембраны для К+ и Na+).
4) гипертиреоз – при гиперпродукции гормонов щитовидной железы (тироксина и трийодтиронина) наблюдается нарушение целостности внутренней мембраны митохондрий.
Пути использования кислорода в организме:
I. Оксидазный. 90% всего потребляемого кислорода восстанавливается в клетках с участием цитохромоксидазы митохондрий в дыхательной цепи. Конечный продукт - вода. Цель – синтез АТФ.
II. Оксигеназный. Происходит с участием ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции, в которых атомы кислорода включаются в молекулу субстрата с образованием, например, новой гидроксильной или карбоксильной группы. Эти ферменты называются оксигеназами. Есть два класса оксигеназ: диоксигеназы и монооксигеназы. Диоксигеназы катализируют реакции включения в молекулу субстрата двух атомов: R + O2 → RO2. Монооксигеназы катализируют реакции включения в субстрат одного атома кислорода; второй атом висстанавливается при этом до Н2О: SH + BH2 + O2→S-OH + B + H2O.Ферменты монооксигеназы (гидроксилазы) –катализируют реакцию включения одного атома кислорода из молекулы кислорода в состав субстрата в виде гидроксильной группы. Второй атом кислорода восстанавливается до молекулы воды, в качестве донора водорода используется НАДФН+Н+ или другие доноры водорода. Участником монооксидазных реакция является цитохром Р450 . Вся энергия окисления в цепи микросомального окисления рассеивается в виде тепла. Роль микросомального окисления: 1) Пластическая. Например, синтез стероидных гормонов, норадреналина, холестерина, желчных кислот, простагландинов, активных форм витамина D и др. 2) Окисление чужеродных веществ (ксенобиотиков - ядохимикатов, лекарственных веществ, косметических препаратов) и токсичных продуктов обмена веществ (билирубина, индола, крезола). Микросомальное окисление происходит к мембранах эндоплазматической сети.
Схема цепи микросомального окисления
SH
O=О
HAДФН+Н+ Н: ФАДН2 2е FeS-белки 2е цитохром Р450
Н+ S-OH
2Н+ H2O
III. Пероксидазный. Образование активных форм кислорода (АФК) происходит в результате неполного восстановления молекулы кислорода:
О2 + e- →O2-(супероксидный радикал); О2 + e- + 2Н+→Н2O2 (пероксид водорода);
Н2O2 +e- + Н+ → Н2О + Н (гидроксильный радикал)
В физиологических концентрациях АФК участвуют процессах: фагоцитоза, апоптоза, синтеза простагландинов, синтеза тироксина, обновдения мембран и др. В больших количествах АФК проявляют токсическое действие – вызывают пероксидное окисление липидов (ПОЛ), окислительную модификацию белков и окислительное повреждение ДНК.
Антиоксидантная система (АОС) организма включает два основных способа: неферментативный (витамины А, Е, С)и ферментативный(супероксиддисмутаза – СОД, каталаза, пероксидаза, глутатионредуктаза).