Митохондрия окислительное фосфорилирование

Образование АТР из ADP и Р, представляет собой процесс, жизненно важный для всех клеток. Этот процесс часто называют фосфорилированием и подразделяют на 1) окислительное фосфорилирование, связанное с прохождением электронов по цепи переноса электронов,— обычно этот процесс происходит в митохондриях, 2) фотосиите-тическое фосфорилирование — сходный процесс, идущий в хлоропластах под действием света, и 3) субстратное фосфорилирование. Только для этого последнего случая известна химическая сторона процесса. Лучше всего изучено окисление глицеральдегид-З-фосфата, сопровождающееся образованием АТР (реакции б и 7 на рис. 9-7 и 8-13). Про- [c.338]

Железо функционирует как основной переносчик электронов в биологических реакциях окисления — восстановления [231]. Ионы железа, и Fe +, и Fe +, присутствуют в человеческом организме и, действуя как переносчики электронов, постоянно переходят из одного состояния окисления в другое. Это можно проиллюстрировать на примере цитохромов . Ионы железа также служат для транспорта и хранения молекулярного кислорода — функция, необходимая для жизнедеятельности всех позвоночных животных. В этой системе работает только Ре(П) [Fe(111)-гемоглобин не участвует в переносе кислорода]. Чтобы удовлетворить потребности метаболических процессов в кислороде, большинство животных имеет жидкость, циркулирующую по телу эта жидкость и переносит кислород, поглощая его из внешнего источника, в митохондрии тканей. Здесь он необходим для дыхательной цепи, чтобы обеспечивать окислительное фосфорилирование и производство АТР. Одиако растворимость кислорода в воде слишком низка для поддержания дыхания у живых существ. Поэтому в состав крови обычно входят белки, которые обратимо связывают кислород. Эти белковые молекулы способствуют проникновению кислорода в мышцы (ткани), а также могут служить хранилищем кислорода. [c.359]

К числу наиболее хорощо охарактеризованных эндергонических реакций митохондрий относятся наряду с окислительным фосфорилированием АДФ восстановление НАД+ сукцинатом, трансгидрогеназная реакция и перенос ионов Са + против концентрационного градиента. Изучение кинетических взаимоотнощений таких реакций при их одновременном протекании важно не только для понимания механизмов регуляции метаболизма митохондрий в целом, но и для выяснения механизмов, лежащих в основе любого из путей трансформации энергии в митохондриях. [c.469]

Ионы Са2+ играют важную роль в регуляции многих биохимических реакций, протекающих в клетке. В поддержании низкой по сравнению с внеклеточным пространством концентрации ионизированного Са + в цитоплазме принимают участие митохондрии. Эти внутриклеточные органеллы способны аккумулировать большие количества Са + и вместе с тем им принадлежит решающая роль в обеспечении энергетических потребностей клетки в целом. Накопление Са + в митохондриях существенно влияет на активность многих ферментов, локализованных в матриксе и катализирующих отдельные стадии цикла трикарбоновых кислот, окисления кетокислот с разветвленной цепью, липолиза и др. Ярким примером участия Са + в регуляции собственных метаболических функций митохондрий является торможение окислительного фосфорилирования. [c.476]

Перенос электронов по дыхательной цепи митохондрий приводит к аккумуляции энергии окислительно-восстановительных реакций в виде АТФ. Протекание эндергонической реакции синтеза АТФ из АДФ и Ф ( 10 ккал/мол) возможно за счет экзергонической реакции окисления НАДН или сукцината кислородом. Механизмом, обеспечивающим сопряжение этих двух реакций, является АТФ-синтетазный комплекс, способный в определенных условиях катализировать гидролитический распад АТФ. Последняя реакция (АТФазная активность) служит удобным объектом для изучения механизма окислительного фосфорилирования. Схема, иллюстрирующая процесс образования и распада АТФ в митохондриях, приведена на рис. 60. [c.471]

Ткани, имеющие большой динамический диапазон энергетического обмена (скелетная и сердечная мыщцы), а также мозг содержат креатинкиназу (с. 291). Во внутренней мембране митохондрий скелетных мышц, сердца и мозга содержится креатинкиназа, отличная по электрофоретической подвижности и термолабильности от трех изоферментов креатинкиназы цитоплазмы. Активность креатинкиназы в митохондриях достаточна для того, чтобы в присутствии избытка креатина обеспечить превращение всего образующегося в процессе окислительного фосфорилирования АТФ в креатинфосфат. Освобождающийся при этом АДФ вновь фосфорилируется в митохондриях. Таким образом, высокая активность креатинкиназы в митохондриях может поддерживать работу дыхательной цепи на постоянно высоком уровне в тканях, лишь периодически испытывающих потребность в большом количестве АТФ. [c.479]

Изучение большого числа протекающих в митохондриях процессов может быть успешно проведено как с изолированными органеллами в качестве источника фермента, так и с высокоочищенными препаратами соответствующих митохондриальных ферментов. Однако второй подход практически неприемлем для изучения реакций, непосредственно сопряженных с функционированием системы трансформации энергии в митохондриях. В первую очередь это относится к процессу окислительного фосфорилирования, который с высокой эффективностью протекает и может быть изучен либо в изолированных (интактных) митохондриях, либо в специальным образом полученных препаратах субмитохондриальных частиц. В этом случае также важно убедиться в том, что скорость изучаемой реакции линейно зависит от концентрации катализатора (от концентрации общего белка митохондрий или субмитохондриальных частиц). Измерение скорости окислительного фосфорилирования и термодинамической эффективности (отношение АДФ/О) традиционно проводится и предшествует изучению любых митохондриальных функций. [c.465]

Скорость окислительных стадий цикла определяется скоростью реокисления NADH в цепи переноса электронов. При некоторых условиях ее может лимитировать скорость поступления Ог. Однако в аэробных организмах она обычно определяется концентрацией ADP и (или) Р , доступных для превращения в АТР в процессе окислительного фосфорилирования (гл. 10). Если в ходе катаболизма образуется больше АТР, чем это необходимо для энергетических потребностей клетки, концентрация ADP падает до низкого уровня, выключая, таким образом, процесс фосфорилирования. Одновременно АТР, присутствующий в высоких концентрациях, действуя по принципу обратной связи, ингибирует процессы катаболизма углеводов и жиров. Это ингибирование осуществляется во многих пунктах метаболизма, часть которых показана на рис 9-3. Важным участком, на котором осуществляется такое ингибирование, является пируватдегидрогеназный комплекс (гл 8, разд К2) [19]. Другим таким участком сложит цитратсинтетаза— фермент, катализирующий первую реакцию цикла трикарбоновых кислот [20]. Правда, существуют сомнения относительно того, имеет ли такое ингибирование физиологическое значение [16]. Уровень фосфорилирования аденилатной системы может регулировать работу цикла еще и другим способом, связанным с потребностью в GDP на стадии е цикла (рис. 9-2). В митохондриях GTP в основном используется для превращения АМР в ADP. Следовательно, образование GDP зависит от АМР — соединения, которое образуется в митохондриях при использовании АТР для активации жирных кислот [уравнение (9-1)]. [c.324]

Сравнение эффективностей окислительного фосфорилирования, катализируемого интактными митохондриями и митопластами. [c.413]

Серьезное исследование цепи переноса электронов и окислительного фосфорилирования началось вслед за тем, как Кеннеди и Ленинджер в 1949 г. показали, что митохондрии являются не только местом синтеза АТР, но также местом функционирования цикла трикарбоновых кислот и окисления жирных кислот. Чанс (1959 г.) завершил разработку новой элегантной спектрофотометрической установки. Полученные данные позволили ему постулировать следующую последовательность переносчиков в дыхательной цепи [c.363]

Значительные количества Са + могут быть накоплены в митохондриях только в присутствии проникающего аниона в среде инкубации, например фосфата или ацетата. Перенос фосфата через мембрану осуществляется с помощью специфического фермента-переносчика, активность которого подавляется низкими концентрациями 5Н-ядов. В присутствии сульфгидрильных ядов митохондрии неспособны к окислительному фосфорилированию и накапливают очень ограниченное количество Са +. Добавление АДФ или a + в таких условиях не стимулирует дыхания. Последующее добавление ацетата, перенос которого нечувствителен к этим ядам, стимулирует дыхание и обеспечивает транспорт добавленного ранее Са + во внутреннее пространство митохондрий. [c.451]

Проба 6. В среду 1, содержащую рутениевый красный, добавляют митохондрии, сукцинат, СаСЬ, АДФ и 2,4-динитрофенол. Убеждаются в том, что рутениевый красный полностью блокирует активный транспорт Са2+ и не влияет на окислительное фосфорилирование. [c.453]

ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ В МИТОХОНДРИЯХ. [c.465]

Митохондрии (хондриосомы) имеют форму зернышек, палочек или нитей. Питательные вещества, проникающие в клетку, адсорбируются и аккумулируются хондриосомами и подвергаются быстрым превращениям вследствие концентрации в этих участках клетки соответствующих ферментов. В митохондриях полностью осуществляются цикл трикарбоновых кислот и важнейшая энергетическая реакция — окислительное фосфорилирование, почему их рассматривают как основную силовую станцию клетки. Здесь же происходят реакции активирования аминокислот в процессе синтеза белка, липидов и других соединений. [c.194]

В настоящей работе предлагается изучить зависимость скорости окислительного фосфорилирования и степени сопряженности митохондрий печени крысы от концентрации белка и проанализировать причины ее отклонения от линейности. [c.465]

В работе предлагается сравнить действие разобщителей на процессы окислительного фосфорилирования и активного транспорта Са + в митохондриях печени крысы. Так как протекание обеих эндергонических реакций сопряжено с поглощением (синтез АТФ) или освобождением (транспорт Са +) стехпометрических количеств ионов Н+, следует воспользоваться установкой для непрерывной регистрации pH стеклянным Н+-чувствительньш электродом (с. 474). Изменения трансмембранного потенциала прослеживают по распределению К+ (в присутствии валиномицина в бескалиевой среде — с. 442) с помощью К+-чувствительного электрода или по абсорбции проникающих синтетических катионов (например, сафранин, оксанол и др.) с помощью двухволновой спектрофотометрии. [c.469]

В качестве дополнительного задания можно предложить следующий опыт. Измеряют параметры окислительного фосфорилирования с использованием небольшого количества митохондрий в пробе (около [c.466]

Последующий перенос 1-фосфатной группы на ADP является важной энергодающей стадией в общем обмене веществ (гл. 8, разд. 3,5).В том случае, когда вместо фосфата используется арсенат, образующийся ациларсенат (1-арсено-3-фосфоглицерат) гидролизуется с образованием 3-фосфогли-церата. Таким образом, в присутствии арсената окисление глицеральдегид-З-фосфата не прекращается, но синтеза АТР при этом больше не происходит. Иными словами, арсенат разобщает процессы фосфорилирования и окисления. Арсенат может частично заменять фосфат в стимуляции дыхания митохондрий, разобщая при этом окислительное фосфорилирование (гл. 10, разд. Д, 5). [c.82]

Присутствие Са + в окружающей среде не влияет на процесс окислительного фосфорилирования. В этом убеждает следующей опыт. К митохондриям, инкубируемым в среде с сукцинатом, добавляют 10 М рутениевый красный. Из-за инактивации системы транспорта Са + последующее добавление катиона не вызывает обратимой активации дыхания. Добавление АДФ в таких условиях (весь добавленный Са + остается в среде инкубации) приводит к активации дыхания, степень которой не отличается от контроля (сравни с первой пробой). [c.478]

При одновременном добавлении АДФ и Са + в аэробную суспензию энергизованных митохондрий окислительное фосфорилирование не происходит до тех пор, пока весь добавленный Са + не поглотится внутрь митохондрий. Это свидетельствует об отсутствии простой конкуренции между процессами и не может быть удовлетворительно объяснено различиями кинетических параметров исследуемых эндергонических реакций. Ясное понимание таких взаимоотнощений может быть получено при анализе энергетического состояния митохондрий (величины трансмембранного потенциала) при их взаимодействии с АДФ и ионами Са +. [c.469]

Провести отдельные рН-метрические измерения окислительного фосфорилирования, активного транспорта Са + и транспорта Са + на фоне фосфорилирования АДФ в митохондриях. Рассчитать полученные данные и убедиться в том, что окислительное фосфорилирование не влияет на скорость активного транспорта Са +, а добавление Са " полностью блокирует окислительное фосфорилирование. [c.471]

Провести кинетический анализ ингибирующего действия ДНФ на процессы активного транспорта Са + и окислительного фосфорилирования АДФ в митохондриях. Измерения следует провести отдельно для 3 различных концентраций Са + и АДФ. Полученные результаты проанализировать в координатах Диксона (vo/v, от концентрации ДНФ. [c.471]

В настоящей работе предлагается количественно изучить зависимость скорости окислительного фосфорилирования в митохондриях печени крысы от содержания Са + (или других двухвалентных катионов) в матриксе. [c.476]

Реакция синтеза (или гидролиза) АТФ в митохондриях осушест-вляется при участии трех ферментных систем собственно АТФ-синтетазного комплекса, транслоказы адениннуклеотидов и переносчика неорганического фосфата. Последний катализирует реакцию электро-нейтрального переноса неорганического фосфата в митохондрии и из них. Активность переносчика ингибируется SH-модификаторами, такими как N-этилмалеимид и п-хлормеркурибензоат. Следствием этого является ингибирование SH-реагентами реакций окислительного фосфорилирования и гидролиза АТФ, катализируемых митохондриями. [c.459]

Сравнить действие Са + и других проникающих двухвалентных катионов (8г +, Мп +, Ва +) на процесс окислительного фосфорилирования и гидролиза АТФ в митохондриях. [c.478]

Мембраны выполняют в клетке большое число функций. Наиболее очевидной из них является разделение внутриклеточного пространства на компартменты. Плазматические мембраны, например, ограничивают содержимое клетки, а митохондриальные — отделяют митохондриальные ферменты и метаболиты от цитоплазматических. Полупроницае-мость мембран и позволяет им регулировать проникновение внутрь клеток и клеточных органелл как ионов, так и незаряженных соединений. Проникновение многих из них внутрь клетки осуществляется против градиента концентрации. Таким образом, в процессе, известном под названием активный транспорт, совершается осмотическая работа. Протекающий в мембранных структурах бактерий и митохондрий процесс окислительного фосфорилирования служит источником энергии для организма. В хлоропластах зеленых листьев имеются мембраны с очень большим числом складок, которые содержат хлорофилл, обладающий способностью поглощать солнечную энергию. Тонкие мембраны клеток глаза содержат фоторецепторные белки, воспринимающие световые сигналы, а мембраны нервных клеток осуществляют передачу электрических импульсов. [c.337]

У бактерий перенос электронов и окислительное фосфорилирование локализованы, вероятно, в цитоплазматических мембранах. У эукариотических клеток эти процессы идут главным образом в митохондриях. Поэтому мы начнем с более внимательного рассмотрения митохондрий— энергетических станций клетки . [c.392]

Многолетние исследоь тия Д. зывают, что функции, свойственные митохондриям, неразрывно связаны с их структурой. Так, основную функцию митохондрий — окислительное фосфорилирование, можно себе представить состоящей из трех звеньев (параметров) [c.50]

Некоторые организмы, особенно бактерии, получают энергию nyrew окисления Нг, H2S или Fe +, а не окисления органических субстратов Кроме того, некоторым специализированным бактериям свойственно-анаэробное дыхание, при котором NO 3, SO или СО2 являются окислителями либо восстановленных переносчиков, либо восстановленных неорганических соединений. В этой главе мы рассмотрим эти процессы,, поставляющие энергию, а также химию реакций, в результате которых атомы кислорода из молекулы О2 входят в органические соединения Происходящие в клетках окислительные процессы исследовать довольно трудно главным образом потому, что соответствующие ферменты в клетке расположены на мембранах или внутри мембран. Б бактериях эти ферменты расположены на внутренней стороне плазматической мембраны или на мембранах мезосом. У эукариот эти ферменты находятся во внутренней мембране митохондрий и в меньшей степени в мембранах эндоплазматического ретикулума. Особенно много неудач было связано с изучением окислительного фосфорилирования (стр. 391). Большие трудности вызвало выделение участвующих в процессе компонентов, но еще труднее оказалось снова собрать эти Компоненты в активно функционирующую систему. [c.361]

Остроухова В. А., Каминская Т. Л. Окислительное фосфорилирование в митохондриях крыс при отравлениях некоторыми пестицидами.— В кн. Фармакология и токсикология, К., Здоров я , 1970, в. 5, с, 221. [c.189]

Проба 2. В среду 1, содержащую 30 мкМ -хлормеркурибензоат (добавить непосредственно в кювету), добавляют митохондрии, сукцинат, СаСЬ (в концентрации приблизительно 400 мкМ), АДФ (300— 400 мкМ) и 50 мкМ 2,4-динитрофенол. Убеждаются в том, что л-хлор-меркурибензоат ингибирует аккумуляцию Са + и окислительное фосфорилирование, но не влияет на сукцинатоксидазную активность митохондрий. [c.452]

Проводят три серии экспериментов по измерению окислительного фосфорилирования при различных концентрациях белка митохондрий в среде, содержащей дополнительно 100 мкМ ЭГТА (серия 1), 100 мкМ ЭГТА и 5 мкМ А23187 (серия 2) и 10 М рутениевый красный (серия 3). Параметры окислительного фосфорилирования рассчитывают и сравнивают с результатами проведенных ранее опытов. [c.466]

На протяжении 40-х годов, когда стало ясно, что образованне АТР из ADP и неорганического фосфата сопряжено с переносом электронов в митохондриях, биохимики стали предпринимать первые попытки ра зобрать систему на части, чтобы разобраться в молекулярных механизмах. Однако природа иногда яростно сопротивляется попыткам выведать ее тайны, и сегодняшнее положение вещей удачно подытожил Эфраим Ракер Всякий, кто не запутался в проблеме окислительного фосфорилирования, просто не понял ситуации [58] .Эта путаница вовсе не связана с недостаточной затратой сил или с недостатком воображения. Относительно механизма окислительного фосфорилирования было опубликовано множество различных соображений, но полного убедительного объяснения никто дать не смог. Более того, неудачи с попытками объяснить окислительное фосфорилирование, оперируя обычными химическими понятиями, привели к выдвижению не вполне четких гипотез, получивших причудливые наименования. В противовес тому, что окрестили химической гипотезой , были выдвинуты химио-осмотиче ская гипотеза и гипотеза механохимического сопряжения . Под химической гипотезой здесь подразумевается образование дискретвых, цо [c.391]

Для изучения ингибирующего действия Са + на процесс окислительного фосфорилирования к инкубируемым в присутствии сукцината митохондриям добавляют различные (увеличивающиеся в каждой следующей пробе) количества Са2+. После аккумуляции катиона и перехода в контролируемое состояние в пробы добавляют 200 мкМ АДФ и регистрируют скорость окислительного фосфорилирования в нагруженных Са2+ митохондриях. В специальных опытах убеждаются в том, что накопление Са + не приводит к уменьшению сукцинатоксидазной активности митохондрий. С этой целью к инкубируемым в среде с сукцинатом и нагруженным различными количествами Са + митохондриям [c.477]

На основании проведенных измерений строят графическую зависимость скорости дыхания митохондрий в присутствии ДНФ и АДФ, скорости окислительного фосфорилирования и коэффициентов АДР/О и ДК от количества предварительно накопленного a + в матриксе митохондрий. Если вследствие ограниченной емкости препарата митохондрий для Са + степень торможения окислительного фосфорилирования невелика, то для проведения этих опытов можно рекомендовать увеличение концентрации Mg2+, увеличение pH среды (до - 7,8), увеличение буферной емкости среды или добавление в срду инкубации 50— 100 мкМ ионола (антиоксидант). Каждая из перечисленных модификаций предотвращает спонтанную активацию дыхания в нагруженных a + митохондриях. [c.478]

С. всех изученных организмов прочно связаны с внутр. мембраной митохондрий (высшие животные, дрожжи) или плазматич. мембраной (бактерии и синезеленые водоросли), являясь компонентами электронотранспортной дьпсат. цепи (см. Дыхание, Окислительное фосфорилирование). [c.451]

Типичная митохондрия имеет почти такие же размеры, как клетка Е. oli, но вообще форма и размеры этих органелл могут быть весьма различны. Во всех случаях митохондрия образована двумя замкнутыми мембранами наружной и внутренней) каждая толщиной 5—7 нм (рис. 10-9). В печени внутренняя мембрана развита слабо и основная часть пространства заполнена матриксом, а в митохондриях сердечной мышцы внутренняя мембрана имеет значительно больше складок и скорость окислительного фосфорилирования там выше. Ферменты, катализирующие реакции цикла трикарбоновых кислот, тоже более активны в митохондриях сердечной мышцы. Более того, ввиду высокой метаболической активности сердечной мышцы почти треть ее общей массы приходится на долю митохондрий. Типичная митохондрия сердечной мышцы имеет объем 0,55 мк на каждый кубический микрон объема митохондрии приходится 89 мк поверхности внутренних митохондриальных мембран [62]. [c.392]

Упоминание о митохондриях обычно вызывает у биохимиков представление о цикле трикарбоновых кислот, -окислительном пути метаболизма жирных кислот и окислительном фосфорилировании. Помимо этих главных процессов в митохондриях протекает множество других химических превращений. Вероятно, наиболее существенное из ннх — это концентрирование ионов, таких, как ионы Са +. Митохондрии также контролируют приток и отток многих соединений, в том числе я АТР. Таким образом, они выполняют важные регуляторные функцна> как в катаболических процессах, так и в процессах биосинтеза. По мере своего роста и размножения митохондрии синтезируют часть своих белков, а ряд других белков получают из цитоплазмы. [c.393]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология