Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Шунтирование заторможенной NADH—CoQ-редуктазы может достигаться десорбцией цитохрома с в межмембранное пространство или добавлением витамина К3 (менадиона) либо викасола, которые активируют дикумарол-чувствительную ДТ-диафора-зу. Неясно, однако, стимулируется ли эта система, показанная
11*
324 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
Таблица 16. Функции свободного и сопряженного дыхания
Функция | Тип дыхания | Механизм Пример
Запасание энергии Сопряжен- ное Генерация AjiH Митохондриальная дыхательная цепь, окисляющая NAD'H
То же Свободное Перенос электронов в обход некоторых сегментов сопряженной цепи, что повышает скорость генерации Д|лН в остальных сегментах Активация фосфорилирующего дыхания, заторможенного на этапах до цитохромоксидазы, путем включения шунтов через менаднон или систему fp5 — Ьъ
Рассеяние энергии Сопряжен- ное Генерация ДиН, используемой для синтеза АТР, гидролизуемого актомиознном Мышечная дрожь при первом охлаждении теплокровного животного
То же Свободное Рассеяние образованной дыханием Д,иН благодаря разобщающему действию жирных кислот Несократительный термогенез в скелетных мышцах и буром жире животных при повторных охлаждениях
» ь Перенос электронов в обход ДиН-генераторов сопряженной цепи Термогенез в печени животных (при повторных охлаждениях) и в цветках некоторых растений
Образование полезных веществ Сопряжен- ное Генерация AjiH и образование АТР для биосинтезов Большинство биосинтезов
То же Свободное Специализированные дыхательные цепи Этапы биосинтеза стероидных гормсюв в митохондриях надпочечника при участии дыхательной цепи: NADPH адрено-докспн —* Р-450
Удаление вредных веществ Сопряжен- ное Генерация AtuH и образование АТР для процессов детоксикации Включение аммиака в цикл синтеза мочевины
То же Свободное Специализированные дыхательные цепи Дыхательная цепь эндо-плазматического ретикулума, окисляющая ксенобиотики
6.1. Регуляция ЛiiII
325
in vitro, в организме при интоксикации гидрофобными ксенобиотиками. В то же время установлено, что искусственное введение менадиона оказывает выраженный благоприятный терапевтический эффект при наследственном нарушении среднего участка дыхательной цепи (подробнее см. ниже раздел 8.2.1).
Бактериальные дыхательные цепи зачастую содержат неполный набор ДуЩ-генераторов, представляя собой комбинацию свободного и сопряженного окисления (раздел 3.4.7). Более высокая устойчивость таких цепей к неблагоприятным внешним условиям может служить ключом к объяснению парадоксального факта, что термодинамически менее эффективные системы не были выбракованы отбором и сохранились до наших дней.
Говоря в более общей форме, мы можем заключить, что наличие редокс-цепей свободного окисления сообщает метаболизму как бы дополнительную степень свободы. Это может оказаться особенно важным в критических ситуациях. В рамках такой концепции нетрудно, например, понять, почему у многих растений, грибов и бактерий цианрезистентное свободное дыхание сосуществует с сопряженной дыхательной цепью, активируясь на определенных стадиях клеточного цикла [1116].
Соотношение альтернативных функций клеточного дыхания суммировано в табл. 16.
6.1.2. Регуляция потоков восстановительных эквивалентов между цитозолем и митохондриями
Если два пути окисления — свободный и энергетически сопряженный — сосуществуют в одной и той же клетке, возникает проблема, как предотвратить утилизацию всех восстановительных эквивалентов по тому из них, который термодинамически более выгоден. Без сомнения пространственное разграничение (компартментализация) метаболических процессов играет ведущую роль в решении этой проблемы. Так, например, дегидрогеназы основных субстратов локализованы в матриксе, так что восстановительные эквиваленты, питающие дыхательную цепь, образуются непосредственно внутри митохондрий и потому сами по себе недоступны для внешних систем свободного окисления. Кроме того, во внутренней митохондриальной мембране имеется несколько ДТШ-зависимых переносчиков, ответственных за аккумуляцию в матриксе тех субстратов, чьи дегидрогеназы имеются не только в митохондриях, но и в цитозоле. Если же дегидрогеназа данного субстрата локализована исключительно в цитозоле, то используются особые челночные механизмы, переносящие восстановительные эквиваленты из цитозоля в матрикс.
На рис. 98, а показан малат-аспартат-глутаматный челнок. Действие этой системы приводит к окислению внемитохондрпаль-ного NAD IГ посредством NAD+ матрикса. В процессе участвуют
326 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
два фермента, локализованные по обе стороны внутренней мембраны митохондрий,— малатдегидрогеназа и аспартат:глутамат-амннотрансфераза. Кроме того, необходимы два переносчика: антипортер дикарбоновых кислот и глютамат/аспартат-антипор-тер. Последний использует энергию AJIII, поскольку он катализирует обмен аспартат2~/(глютамат2~ 4- Н+). В результате перенос гидрид-иона от NADHHapyw к NADbhytp оказывается сопряженным с перемещением одного иона Н+ из цитозоля в матрикс под действием AjTH [1106]. Напомним, что окисление одного NADHBHyTp кислородом посредством сопряженной дыхательной цепи приводит к переносу 10 ионов Н+ против AjIH (см. раздел 3.4.8).
