Энергозависимые в митохондриях

Принимая во внимание отрицательный итог всех попыток найти высокоэнергетические промежуточные соединения, а также очевидную необходимость интактной мембраны, Митчелл в 1961 г. предложил химио-осмотическую теорию окислительного фосфорилирования [97, 98]. В этой теории также принимается в расчет наличие энергозависимых процессов, таких, как накопление митохондриями катионов. Принципиальные положения теории Митчелла проиллюстрированы на рис. 10-12. Предполагается, что во внутренней мембране митохондрии имеется протонный насос, приводимый в действие потоком электронов этот насос выкачивает протоны из матрикса через мембрану. Идея о выкачивании протонов путем переноса электронов сама по себе не нова еще ранее высказывалось предположение, что этот механизм лежит в основе накопления в желудке соляной кислоты. Как указано на рис. 10-12, окисленный переносчик В при восстановлении в форму ВН приобретает два протона. Эти протоны не обязательно должиы поступать от восстановленного переносчика АНг, и Митчелл предположил, что они захватываются из раствора на внутренней стороне мембраны, т. е. со стороны матрикса. Затем, когда ВНг вновь окисляется под действием переносчика С, протоны освобождаются, но уже с наружной стороны мембраны. Митчелл привел данные, свидетельствующие о наличии требуемой стехиометрии процесса на каждые два протона, прошедшие через мембрану, синтезируется одна молекула АТР. Отсюда следует, что в цепь переноса электронов должно быть встроено три разных протонных насоса, соответствующих трем участкам фосфорилирования. [c.419]

Как же теперь объяснить накопление ионов митохондриями Как показано в нижней части рис. 10-12, электронейтральность можно сохранять двумя способами. Перенесенные на наружную сторону протоны можно уравновесить параллельным потоком противоионов X . С другой стороны, если на каждые два протона, проходящие наружу, проникает внутрь такой катион, как Са , то нейтральность тоже будет сохранена, но в митохондриях при этом должно наблюдаться накопление ионов Са +. Экспериментально было показано, что перенос электронов действительно сопровождается накоплением катионов. Накапливаются не только ионы кальция в присутствии подходящего ионофора (гл. 5, разд. Б, 2,в) может наблюдаться энергозависимое накопление ионов калия [99]. [c.420]

Энергозависимые процессы в митохондриях [c.422]

Синтез АТР в митохондриях сильно ингибируется олигомицином. Однако имеются и, такие процессы, которые, потребляя энергию из цепи переноса электронов, в то же время нечувствительны к олигомицину. К таким процессам относится ионный транспорт через митохондриальную мембрану и другой энергозависимый процесс — обращенный поток электронов от сукцината к ЫАО+ (разд. Д,7). В обоих случаях олигомицин не оказывает никакого действия, однако динитрофенол и другие разобщающие агенты блокируют оба процесса. Все эти факты станут понятными, если предположить, что в присутствии олигомицина синтезируется высокоэнергетическое промежуточное соединение а обращенный поток электронов и перекачка ионов могут идти за счет свободной энергии гидролиза этого соединения без образования АТР. Динитрофенол разобщает все реакции, вызывая гидролиз Х- , а олигомицин воздействует только на синтез АТР. Эти наблюдения объясняются также гипотезой Митчелла, согласно которой ионный транспорт предшествует синтезу АТР. [c.422]

Токсическое действие. Основным механизмом действия Д., как и других фталатов, на митохондрии считают его способность изменять проницаемость внутренних мембран этих органелл, ингибируя активность цитохрома С-редуктазы и оказывая влияние на энергозависимые процессы в цитоплазме. [c.656]

Основой периодичности всех жизненных функций у клеток и клеточных популяций могут быть процессы, ответственные за высокочастотные осцилляции у специфических типов клеток. Нестабильность в метаболических путях, ключевые ферменты которых подвержены аллостерическому регулированию различными продуктами и субстратами метаболизма, является причиной ритмических колебаний содержания самых разнообразных компонентов в цитоплазме клеток. Периодическое поступление пирувата в митохондрии, связанное с гликолитическими осцилляциями, обусловливает колебания продукции АТФ, что в свою очередь может изменять протекание энергозависимых процессов биосинтеза в клетке и скорость активного транспорта веществ через мембраны. [c.121]

Энергозависимый ионный транспорт в митохондриях [c.138]

Дыхательный контроль. Возрастание функциональной активности клеток сопровождается усилением дыхания. В значительной степени это достигается благодаря механизму дыхательного контроля, или акцепторного контроля дыхания. Дыхательным контролем называют зависимость скорости потребления Ог митохондриями, от концентрации ADP, который служит акцептором фосфата при окислительном фосфорилировании. В условиях полного сопряжения транспорта электронов по ЭТЦ с синтезом АТР интенсивность дыхательного процесса в митохондриях зависит от концентрации ADP или, точнее, от отношения действующих масс АТР-системы [ATP]/[ADP] [Pj]. Причем неорганический фосфат обычно присутствует в достаточном количестве и не является ограничивающим фактором. В клетке, находящейся в состоянии покоя, это отношение достаточно велико, так как почти весь ADP фосфорилирован. При увеличении функциональной активности клеток АТР расходуется на энергозависимые процессы, в ре- [c.167]

По другой гипотезе АТР фотосинтеза на свету обеспечивает энергией не только фиксацию СО2, но и другие энергозависимые процессы в клетке. Окислительное фосфорилирование в митохондриях на свету резко замедляется, а цикл Кребса ускоряется, так как его интермедиаты необходимы для функционирования хлоропластов. [c.174]

Гораздо сложнее ситуация для другого межмембранного белка лактатдегидрогеназы дрожжевых митохондрий (синоним — цитохром 62). Предшественник этого водорастворимого фермента массой 68 кДа в виде апобелка сначала связывается с рецептором, затем достигает митохондриального матрикса энергозависимым образом и теряет там часть своей лидерной последовательности, так что образуется белок массой 65 кДа. Последний, образовавшись, вторично пересекает внутреннюю мембрану (но уже в противоположном направлении), чтобы попасть из матрикса в межмембранное [c.163]

Процессинг цитохрома С показан на рис. 46, случай 6. Такой сложный механизм становится понятным, если предположить, что энергозависимый импорт белков в митохондрии происходит через те места внутренней мембраны, где она сливается с внешней мембраной. В подобном случае любой белок, транспортирующийся в митохондрии энергозависимым образом, прежде всего попадает в матрикс. Поэтому предшественнику приходится дважды пересекать внутреннюю мембрану, чтобы достичь межмембранного пространства. [c.165]

Имеются растворимые ферменты, катализирующие эту реакцию, для которых величина К близка к единице. Содержащаяся в митохондриях энергозависимая система (гл. 10, разд. Д, 10), включающая мембраны, ускоряет эту реакцию и смещает равновесие в сторону более высокого содержания NADPH. В цитоплазме же эта система, по-видимому, не функционирует. [c.470]

Лизосомы также ограничены однослойной мембраной. Матрикс их оптически неоднороден и содержит ряд уплотнений. В лизосомах локализован набор гидролитических ферментов, участвующих в разрушении продуктов клеточного метаболизма, причем при помощи специального протонного насоса поддерживается низкое значение pH (не более 4,5), способствующее эффективному гидролизу. Внутриклеточные структуры, подлежащие разрушению, поступают в лизосомы, где и подвергаются гидролизу. Процесс селекции и поступления в лизосомы только отработанного материала обусловлен его специфическим мечением. Так, нативные белки в лизосомы не поступают. По истечении же времени функционирования происходит их инактивация цитоплазматическими протеиназами или присоединение убиквитина, что является сигналом для транспорта в лизосомы модифицирбванного белка. Кроме молекул, лизосомы могут разрушать органеллы или целые клетки (митохондрии, эритроциты). Процесс транспорта веществ в лизосомы является энергозависимым и требует затраты энергии. В растительных клетках гидролитические ферменты обычно локализованы в вакуолях — прообразе лизосом. [c.13]

Классическим разобщающим агентом является 2,4-динитрофенол (ДНФ), который в концентрации 10 М значительно тормозит синтез АТФ, в большинстве случаев не влияя на потребление кислорода. В митохондрии с сохран- ным сопряжением скорость окисления субстрата зависит от концентраций АДФ и Фн высокая скорость дыхания может быть достигнута только в том случае, если АДФ и Фн присутствуют в достаточном количестве. Это явление (дыхательный контроль) является, по-видимому, механизмом, при помощи которого в клетках регулируется скорость дыхания, так как процессы биосинтеза и другие энергозависимые реакции метаболизма с использованием АТФ обычно регенерируют АДФ и Фн. При наличии ДНФ митохондрия свободно дышит при полном отсутствии АДФ и Фн. Кроме того, ДНФ увеличивает способность препаратов митохондрий расщеплять АТФ на АДФ и Фн. По этими другим причинам (Слейтер [77]) действие ДНФ может быть представлено так [c.375]

АТР, образующийся в процессе окислительного фосфорили-рованИя в митохондриях, проникает в цитоплазму, транспортируясь сквозь внутреннюю мембрану митохондрий. В мембране имеется специфический переносчик — адениннуклеотид-транс-локаза он обеспечивает обмен молекулы одного адениннуклео-тида на молекулу другого, но в силу энергозависимости указанного процесса может поддерживаться дисбаланс данных нуклеотидов. Так, отнощение ATPrADP в цитоплазме часто существенно выще, чем в матриксе митохондрий [1890]. [c.79]

Согласно данным, полученным с помощью Са-селективного микроэлектрода, аксоплазма содержит две энергозависимые системы связывания Са +, отличающиеся по чувствительности к рутениевому красному. Функционирование одной системы, блокируемой рутениевым красным (т. е. митохондриальной), обеспечивает понижение концентрации Са + до 0,1 мкмоль/л, функционирование второй — не чувствительной к этому соединению (предположительно локализованной в мембранах эн-доплазматической сети) — до 0,2 мкмоль/л. Таким образом, существуют объекты, в которых сродство к Са + у митохондрий выше, чем у эндоплазматического ретикулума. [c.47]

Физиологическая роль этого кальциевого резервуара, равно как и его внутриклеточное расположение, не установлены. Предполагают, что он обеспечивает демпфирование периодически входящего в клетку Са + и облегчает тем самым деятельность основных систем удаления Са + из миоплазмы (кальциевых насосов саркоплазматического ретикулума и сарколеммы и системы Na/ a-обмена). Разобщитель окислительного фосфорилирования блокирует увеличение уровня Са + в медленно обменивающемся резервуаре. Тем не менее митохондрии не являются местом запасания этого кальция, поскольку при понижении внеклеточного натрия ионы кальция накапливаются исключительно в области сарколеммы и диад (Е. S. Wheeler- lark, J. М. Tormey, 1985). Таким образом, поступление Са " " в данный резервуар кардиомиоцита осуществляется энергозависимым способом, возможно, за счет работы системы кальциевого насоса, подобного насосу ретикулума. [c.75]

Концентрация свободного кальция в секреторной клетке может увеличиваться в результате открывания потенциалзависимых Са-каналов в плазмалемме или высвобождения катиона из его внутриклеточных резервуаров, например из эндоплазматического ретикулума и митохондрий, под действием специфических нейромедиаторов. Так, выделение кислоты пристеночными клетками слизистой желудка стимулируется гастрином, карбамилхолином и гистамином. Это сопровождается увеличением концентрации свободного Са + в клетках, что регистрируют по изменению флуоресценции квина-2. Чтобы определить источник Са +, в среду вводят олигомицин (ингибитор митохондриальной АТФазы и, следовательно, энергозависимых процессов аккумуляции ионов митохондриями), а вместо агента, вызывающего секрецию, добавляют кальциевый ионофор. В этих условиях также происходит секреция кислоты. При этом первый ответ клеток на добавление гастрина или антибиотика А23187 не зависит от внешнего Са +, а последующий — определяется уровнем Са + снаружи клеток. [c.97]

Сопрягающие мембраны имеют целый ряд отличительных черт. Каждая такая мембрана содержит белковые ансамбли двух типов. Один из них обычно называют АТРазой, хотя более правильным было бы название АТР-синтетаза, так как он катализирует энергозависимый синтез АТР из ADP и Pi. Этот комплекс присутствует во всех сопрягающих мембранах. Природа второго белкового ансамбля зависит от первичного источника энергии, используемого в данной мембране. В случае митохондрий и дышащих бактерий — это дыхательная цепь, катализирующая перенос электронов от субстратов к конечным акцепторам, таким, как Ог. В хлоропластах и фотосинтезирующих бактериях сходная система обеспечивает использование энергии поглощенного кванта видимого света (рис. 1.1). [c.9]

Помимо дыхательной цепи и АТФ-азы в сопрягающей мембране митохондрии локализованы и другие компоненты. Они, как правило, представляют собой гидрофобные белки, пронизывающие мембрану насквозь. Один из этих компонентов обеспечивает протекание энергозависимой трансгидрогеназной реакции—переноса водорода между двумя никотинамидадениндинуклеотидами. Энергетическим ресурсом для этой реакции так же, как и для синтеза АТФ, является Д Хд+, создаваемая работой дыхательной цепи. В ходе трансгидрогеназной реакции образование каждой молекулы НАДФ-Н происходит в результате переноса двух протонов внутрь сопрягающей мембраны. При этом А[Ад+ уменьшается. [c.59]

В митохондриях все энергозависимые виды транспорта веществ поддерживаются энергией А -Н. В плазмалемме и тонопласте растений и грибов большинство процессов такого типа также происходит за счет А хН. Однако в плазмалемме животной клетки гораздо более типичны AixNa-зависимые транспортные системы, хотя в некоторых особых случаях движущей силой осмотической работы и служит А хН. Для бактерий описаны примеры всех перечисленных выше движущих сил, хотя А хН и АТФ используются наиболее часто. У морских и галофильных микроорганизмов вместо А хН служит с той же целью A xNa. У Е. соИ среди 16 систем транспорта аминокислот 8 переносчиков утилизируют АТФ, 5 переносчиков — A iH, одна— А хЫаидве системы — как A iH, так и A xNa (табл. 8). Та же бактерия накапливает глюкозу за счет энергии ФЕП, лактозу — за [c.145]

Интересной чертой этой системы является то обстоятельство, что уровень карнитина в матриксе регулирует распределение потока ацилкарнитина в митохондрию между Л Н-зависимым (т. е. связанным с энергетическими затратами) путем 5 и энергозависимым антипортом 8. Вероятно, Л гН-зависимый путь преобладает в тот момент, когда жирные кислоты начинают окисляться, сменяя другие субстраты дыхания. В этих условиях концентрация свободного карнитина в матриксе еще слишком мала, чтобы насытить антипортер, имеющий довольно низкое сродство к карнитину Кт около 1 мМ). На данной стадии затрата АцН оправдана, поскольку это форсирует накопление жирных кислот в митохондриях и тем самым способствует переводу митохондрий на окисление жирных кислот. Массированное поступление ацилкарнитина в матрикс с последующей утилизацией жирных ацилов в системе р-окисления приводит к накоплению карнитина в матриксе митохондрий в количествах, достаточных для активации антипортера. Теперь система может ограничить затраты ДрН на транспорт жирных ацилов, так как работа антипортера сама по себе не требует протонного потенциала. [c.157]

В нервной ткани большая часть образующейся энергии окислительного метаболизма тратится на функцию, сопряженную с транспортом катионов против электрохимического градиента. Формирование нервного импульса обеспечивается Na" "—К -АТФазой, которая является пейс-мекером 40—50% клеточного дыхания в нейронах и периферических нервах [286, 289, 394, 469, 516, 607]. Стимулируемое высокими концентрациями калия дыхание срезов мозга (как и в других тканях) является отражением активации Na" —К+-АТФазы [108, 121, 204, 404, 453, 565, 607]. Энергозависимость этого процесса подтверждается подавлением его ингибиторами дыхательной цепи митохондрий [286,289]. Активация работы цепи калием сопровождается соответствуюхцими редокс-изменениями дыхательных переносчиков (рис. 16). При этом регистрируются двухфазные изменения (окисление= восстановление) как для пиридиннуклеотидов и флавинов, так и для цитохромов [49]. Эффект зависит от субстратов окисления и оптимально воспроизводится в присутствии глюкозы и пирува-та, что подтверждает его связь с аэробным гликолизом [49, 121, 122]. Стимуляция дыхания калием значительно сильнее вЫражена не на свежеизолированных срезах, а в более поздний временной период (например, через 60 мин) за счет появления нечувствительной к уабаину компоненты (см. рис. 16). [c.70]

При однократном введении этанола в организм концентрации АцА колеблются в пределах 100—400 нМ [215] (физиологический уровень) и он окисляется в печени со скоростью примерно 12 нмоль-мин мг белка (37° С) [267]. При этом он способен активировать дыхательную цепь митохондрий, значительно увеличивая скорость потребления кислорода изолированными митохондриями в состоянии 3, и дает коэффициент фосфорилирования АДФ/0=2,6. Разобщители окислительного фосфорилирования ускоряют его окисление как in vivo, так и in vitro [131, 132, 216], а ингибиторы транспорта электронов в дыхательной цепи (ротенон и антимицин А) резко подавляют. Последнее свидетельствует в пользу того, что окислительный метаболизм АцА действительно связан с дыхательной цепью, реализуется через НАД-зависимый участок и сопряжен с окислительным фосфорилированием [363]. Однако в концентрациях, превьппающих физиологические, проявляется токсический эффект АцА, выражающийся в подавлении митохондриального дыхания, уменьшении АДФ/0 и стимулирующего влияния разобщителей [267, 396]. Аналогичный эффект наблюдается при хроническом введении этанола животным. Уменьшение энергозависимого потребления кислорода при этом связано с подавлением главным образом НАД-зависимого окисления [132, 483, 583, 613]. [c.158]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология