Состояние дыхательной цепи в клетках

СОСТОЯНИЕ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ В КЛЕТКАХ [c.65]

Тканевый (гистотоксический) тип гипоксии обычно обусловлен нарушением способности тканей поглощать кислород из крови. Утилизация кислорода тканями может затрудняться в результате угнетения биологического окисления различными ингибиторами, нарушения синтеза ферментов или повреждения мембранных структур клетки. Типичным примером тканевой гипоксии может служить отравление цианидами. Попадая в организм, ионы СМ активно взаимодействуют с трехвалентным железом, тем самым блокируя конечный фермент дыхательной цепи—цитохромоксидазу, в результате чего подавляется потребление кислорода клетками. Иными словами, при гистотоксической гипоксии ткани не в состоянии извлекать кислород из тканевых капилляров даже при высоком Рд,. [c.596]

Большинство переносчиков электронов, входящих в состав дыхательной цепи, поглощают свет, и их окисление или восстановление сопровождается изменением цвета. Обычно спектр поглощения и реакционноспособность каждого переносчика достаточно характерны, что позволяет даже в неочищенном экстракте прослеживать изменения его состояний с помощью спектроскопии. Это дало возможность выделить такие переносчики задолго до того, как стала понятна их истинная функция. Папример, цитохромы были открыты в 1925 г. как соединения, которые быстро окисляются и восстанавливаются у таких различных организмов, как дрожжи, бактерии и насекомые. Наблюдая клетки и ткани с помощью спектроскопа, удалось идентифицировать три типа [c.450]

Регуляция цикла Кребса. Дальнейшее использование образующегося из пирувата ацетил-СоА зависит от энергетического состояния клетки. При малой энергетической потребности клетки дыхательным контролем тормозится работа дыхательной цепи, а следовательно, реакций ЦТК и образования интермедиатов цикла, в том числе оксалоацетата, вовлекающего ацетил-СоА в цикл Кребса. Это приводит к большему использованию ацетил-СоА в синтетических процессах, которые также потребляют энергию. [c.169]

Книга продолжает серию, посвященную изложению современного состояния биохимии мембран. В ней рассмотрено соотношение протонного потенциала и АТФ. Даны представления о белках-генераторах протонного потенциала дыхательных ферментах, бактериородопсине и ферментах фотосинтетических редокс-цепей. Описаны проблемы механизма действия Н+-АТФ-синтазы и пространственной организации мембранной энергетики клетки. Приведены новейшие данные по натриевой энергетике бактерий. Рассмотрены эволюционный и регуляторный аспекты мембранной энергетики. [c.272]

Один из методов, получивших чрезвычайно широк распространение в биологии, основан на полярографич ском измерении концентраций кислорода в тканях и жи костях, дающем возможность судить о снабжении органа и тканей кислородом либо о скорости его потребления. П лярографическое определение скоростей потребления ки лорода в различных стационарных состояниях, позволя) щ е оценить состояние дыхательной цепи, а также пун тов, в которых произошли нарушения, проводится как i классическом для биохимиков объекте — изолированш ийтохондриях, так и на сложноорганизованных сист мах — клетке, тканях. [c.6]

В наиболее ранних работах неоднократно делались попытки проведения аналогий между состоянием дыхательной цепй митохондрий in vitro и в интактных клеточных либо даже органных системах (мышца, печень, сердце, асцитные клетки, нервная ткань). Такого рода исследования привели к выводу о том, что потенциальная окислительная способность клеточных препаратов соответствует тому, что известно для изолированных митохондрий [136, 139— 141,144,146-149,151, 167, 266, 275, 398, 426, 586]. [c.66]

Из рассмотренного выше материала следует, что для ногнимания закономерностей регуляции процесса окислительного фосфорилирования и клеточного дыхания принципиальное значение имеет оценка состояния дыхательной цепи митохондрий в клетке, включающая сведения о [c.92]

Влияние температурного режима на состояние дыхательной цепи тканевых препаратов. Роль температурного фактора в метаболизме и функции изолнхюванных препаратов в настоящее время изучена достаточно основательно и связывается главным образом с изменением активности транспортной АТФазы [204]. Установлено, что резкие отклонения от физиологических температур (до 5— О С) приводят к нарушению ионного баланса внутри клеток, в частности к выходу интрацеллюлярного К при активном накоплении Ка и к внутриклеточной задержке воды, набуханию митохондрий и клеток [121, 122, 204, 453]. Последнее может сопровождаться вначале активацией реакций окисления, а затем в конечном счете приводит к подавлению энергетической функции клетки, а следовательно, и эндергонических реакций, а также многих реакций пластического обмена. При переходе к более низким температурам (20 ) часто уменьшается не только стимулирующее действие субстратов окисления, но и знак реакции (см. табл. 9). Для низких температур характерна замедленная утилизация субстратов [51]. [c.109]

Высокая результативность применения этого способ оценки редокс-состояния дыхательной цепи показана толь ко для низких температур. Основные ограничения связан с низкой интенсивностью флуоресценции флавинов. Мож но ожидать, однако, что использование современной лазер ной техники для возбуждения люминесценции, с сопут ствующим увеличением ее интенсивности и повышение монохроматичности откроет новые возможности для прс ведения прижизненных наблюдений окислительно-восста новительных превращений в клетке. [c.230]

Применение ингибиторов не ограничивается блокированием метаболических процессов с целью обнаружения соответствующих ферментов. Вполне возможно, что использование ингибиторов поможет понять, каков тот механизм, благодаря которому ферменты функционируют в клетке как единая система. Так, например, с помощью таких ингибиторов, как цианиды, окись углерода и наркотики, удалось выявить порядок расположения цитохромов в митохондриальной системе переноса электронов. Спектрофотометрические измерения в присутствии ингибитора позволили с помощью правила перекреста Чанса и Уильямса [13] установить, на каком участке дыхательной цепи митохондрий локализовано его действие. Правило это заключается в следующем. Если к системе окислительно-восстановительных переносчиков электронов, находящихся в стационарном состоянии, добавить какой-либо ингибитор, то переносчики, расположенные на восстановленной стороне от места действия ингибитора, станут еще более восстановленными, а переносчики, расположенные на более окисленной стороне, станут еще более окисленными. Олигомяцин, 2,4-динитрофенол и дикумарин относятся к агентам, блокирующим использование свободной энергии, освобождающейся в дыхательной цепи, для синтеза АТФ. Применение ингибиторов для выяснения основных этапов переноса энергии подробно обсуждается в статье Д. Гриффитса [14]. [c.16]

Системы ферментов. В клетках живых организмов нек-рая часть Ф. находится в растворенном( состоянии в цитоплазме. Многие же Ф. локализованы в относительно жестких структурированных элементах клеток, причем их взаимное расположение обус-. ловлено необходимой последовательностью реакций в цепи обмена веществ. Так, напр., реакции окисления биологического, составляющие т. п. дыхательную цепь,, и сопряженные с ними реакции дыхательного фосфорилирования (запасание энергии окисления в форм молекул аденозинтрифосфорпой к-ты) происходят в. субклеточных частицах мембранного строения — митохондриях. Ф. этой цепи расположены в структуре митохондрий в строго определенной последовательности. [c.210]

Если кофактор прочно связан с ферментом и остается в этом связанном состоянии постоянно, то его называют простетической группой (от греч. ргозШё ке — добавление). Роль простетических групп играют органические молекулы. Они помогают ферменту осуществлять его каталитическую функцию, как это видно на примере флавинадениндинуклеотида (ФАД). ФАД содержит рибофлавин (витамин Вг), который является водород-акцепторной частью его молекулы (рис. 4.16). Функция ФАД связана с окислительными путями клетки, в частности с процессом дыхания, в котором ФАД играет роль одного из переносчиков в дыхательной цепи (гл. 9). [c.165]

Кислород необходим клеткам аэробных микроорганизмов-прежде всего как конечный акцептор электронов в дыхательных цепях. В незначительных количествах он может включаться в биомассу через оксигеназные реакции. Для водородных бактерий установлена оксигеназная функция РуДиФ-карбоксилазы [Веденина, Романова, 1975]. Физиологическое состояние клеток, темпы их роста и размножения во многом определяются действием кислорода как индуктора или репрессора некоторых энзиматических систем, в частпости систем, связанных с катаболизмом. [c.37]

Обычно больщая часть клеток, находящихся в покоящемся состоянии, пребывает в состоянии 4, при котором скорость дыхания определяется доступностью ADP. Энергия, необходимая для совершения работы, поставляется за счет превращения АТР в ADP в результате создаются условия для увеличения скорости дыхания, что в свою очередь приводит к восполнению запасов АТР (рис. 13.7). Очевидно, что при определенных условиях на скорость работы дыхательной цепи может влиять и концентрация неорганического фосфата. При повышении скорости дыхания (вызванном, например, физической работой) клетка приближается к состоянию 3 или состоянию 5 либо исчерпываются возможности дыхательной цепи, либо величина Pq опускается ниже значения для цитохрома й,. Скорость-лимитирующим фактором может оказаться ATP/ADP-транслокатор (см. 138), обеспечивающий поступление ADP из цитозоля в митохондрии. [c.131]

Среднее содержание меди в растениях 0,0002%, или 0,2 мг на 1 кг массы, и зависит от видовых особенностей и почвенных условий. В растительную клетку медь поступает в форме Си ". В клетке 2/3 меди может находиться в нерастворимом, связанном состоянии. Относительно богаты этим элементом семена и растущие части. Около 70% всей меди, находящейся в листьях, сконцентрировано в хлоропластах и почти половина — в составе пластоцианина, осуществляющего перенос электронов между ФС П и ФС I. Она входит в состав медьсодержащих белков и ферментов, катализирующих окисление аскорбиновой кислоты, дифенолов и гидрокси-лирование монофенолов — аскорбатоксидазы, полифенолоксидазы, ортодифенолоксидазы и тирозиназы. Два атома меди функционируют в цитохромоксидазном комплексе дыхательной цепи митохондрий. [c.255]

Согласно уравнению (13), дыхание определяется двумя независимыми переменными. Величина первой из них (значение отношения [НАД+]/[НАДН] зависит от поступления восстановительных эквивалентов в дыхательную цепь, т. е. от работы ЦТК. Величина второй (отношение [АТФ] / [АДФ] [Фн] цитозольного пула)определяется скоростью утилизации АТФ в клетке. Изменения обеих переменных связаны друг с другом через отношения в первом и втором пунктах фосфорилирования. Следовательно, при постоянных значениях [АТФ]/[АДФ] [Фн] скорость митохондриального дыхания должна зависеть от внутримито-хондриального отношения [НАД+]/[НАДН]. Но так как на участке НАД—цитохром с поддерживается равновесие, то практически можно говорить о зависимости дыхания от восстановленности цитохрома с. Это демонстрируется как на суспензии изолированных митохондрий [5971, так и на различных клетках [206], где прямо показано, что скорость дыхания есть функция редокс-состояния цитохрома с в широком пределе значений его восстановленности. [c.64]

Направление редокс-изменений дыхательных переносчиков в условиях in vivo при переходе от состояния 3 к состоянию 4 качественно может не совпадать с тем, что известно для изолированных митохондрий. Например, во время активности коры головного мозга или спинного мозга цитохром а, 8s не восстанавливается, а становится более окисленным [311—313]. Эффект не связан с изменениями местного кровотока во время усиления нейрональной активности, приводявщми к увеличению локального рО, так как он воспроизводится на возбужденном мозге черепахи. Где снабжение кислородом происходит за счет его диффу-№и с поверхности [412]. Все это свидетельствует, с какой осторожностью следует проводить анализ активности дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования в интактной клетке. [c.73]

Следует, однако, отметить, что наиболее полноценный фактический материал, касающийся проблемы регулирования дыхания в клетке, накоплен последователями Клин-генберга и сторонниками концепции термодинамического контроля дыхания. Появление в рамках этой концепции равновесной модели окислительного фосфорилирования , предложенной Уилсоном и сотрудниками [209, 524, 594, 597], требовало проверки возможности ее применения на клеточном и органном уровне. Это было выполнено на широком спектре клеточных объектов, у которых были измерены различные параметры, характеризующие как элек-тронтранспортную функцию дыхательной цепи (скорость дыхания, выраженную как число оборотов цитохрома с редокс-состояние пары НАД), так и состояние фосфорилирования адениннуклеотидов [206, 214, 332, 426, 604, 605]. [c.76]

Таким образом, различные типы клеток характеризовались неодинаковыми метаболическими состояниями. Однако расчеты показали, что для всех них без исключения, так же как и для изолированных митохондрий, редокс-реакции между парой НАД и цитохромом с находились в практическом равновесии с состоянием фосфорилирования адениннуклеотидной системы и их взаимоотношения могли быть описаны уравнениями (12) и (13). В связи с этим изменения свободной энергии на участке цепи НАД—цитохром с, связанные с переносом двух восстановительных эквивалентов, были практически равны (в пределах экспериментальной ошибки) свободной энергии синтеза двух молей АТФ из АДФ и Ф (табл. 8). Следовательно, наблюдаемое практическое равновесие между окислительно-восстановительньши реакциями дыхательной цепи и отношением [АТФ]/[АДФ] [Ф ] цитозоля поддерживается не только в различных клетках млекопитающих, в том числе и таких высокоспециализированных, как сердце и печень, но и у филогенетически примитивных организмов с атипичной дыхательной цепью, что свидетельствует об общности наблюдаемого феномена. [c.78]

Оценка состояния НАД-завненного участка дыхательной цепи в клетках и тканях. В отличие от изолированных митохондрий в интактных клетках и тканевых препаратах имеется достаточное количество эндогенных субстратов, й [c.93]

Оценка состояния различных участков дыхательной цепи в условиях in situ с помощью современных прижизненных методов исследования параметров окислительного метаболизма позволяет выявлять тонкие его изменения, сопряженные с функцией клетки, ползгчать информацию об относительном вкладе различных участков дыхательной цепи и о направлении метаболического потока, обеспечивающего данную активность, а также о взаимодействии митохондриального окисления с другими внутриклеточными пулами. [c.116]

Активность системы микросомального окисления может поддерживаться в определенных условиях восстановительными эквивалентами, поступающими из дыхательной цепи, однако ограничение работы последней не нарушает в определенных пределах способность клетки к реализации монооксигеназных реакций. Сукцинат играет особую роль в микросомально-мйтохондриальных отношениях, поставляя восстановительные эквиваленты в цитозоль в высокоэнергетическом состоянии и способствуя тем самым активации реакций микросомального окисления. Однако в условиях ограничения транспорта электронов через терминальный участок дыхательной цепи (острая гипоксия) этот его эффект не проявляется. [c.170]

Для установления связи между скоростью переноса восстановительных эквивалентов в окружающую среду с состоянием энергетической системы клеток были поставлены опыты с K N, который ингибирует перенос электронов на кислород в цитохромоксидазной реакции и приводит к увеличению уровня восстановленности переносчиков дыхательной цепи митохондрий и других редокс-систем клетки, зависящих от митохондрий. В общем случае это состояние должно благоприятствовать переносу восстановительных эквивалентов на любой доступный окислитель. Действительно, восстановительная активность суспензии, инкубировавшейся с K N (1 мМ), заметно превышает соответствующий контроль (см. рис. 47, 4). Такой же результат получен при измерении скорости восстановления феррицианида надосадком суспензии клеток, инкубируемых с K N (см. рис. 47, 4 ). Этот факт позволяет считать, что поток восстановительных эквивалентов в окружающую среду определяется внутриклеточным окислительно-восстано- [c.210]

Регуляция дыхания в области низких значений pO осуществляется через изменение редокс-состояния цитохрома с (его увеличение), которое начинается задолго де того, как кислород становится лимитирующим фактором и раньше, чем произойдет увеличение [АДФ] и [Фн], снижающее величину отношения [АТФ]/[АДФ] [Фн]. Значимые изменения пиридиннуклеотидного пула дыхательной цепи наблюдаются лишь в области очень низких рО (менее 20 мкМ). Благодаря этому в условиях гипоксие длительное время удается поддерживать постоянными скорость дыхания и синтез АТФ. Этот же механизм регуляции дыхания подразумевает, что не может быть одног( значения кажущейся Км (О) для сложной биологическое системы. Оно должно отличаться для каждого конкретного состояния, что и подтверждается экспериментально Вариабельность кажущейся Км (О) в клетке являете одним из механизмов ее приспособления к условия острой кислородной недостаточности, который позволяем ей выжить при острой гипоксии и говорит о том, чт< [c.258]

Это. заключение согласуется с данными о возможностй относительного изменения активности различных участков дыхательной цепи и направления метаболических потоков, обеспечивающих ее при изменении функционального состояния. Так, при переходе в область низких значений рОг перестройка работы дыхательной цепи касается ограничения переноса электронов через НАД-зависимый участок и усиления сукцинатоксидазной активности. Эти изменения могут рассматриваться как неспецифическая защитно-компенсаторная реакция неадаптированных к гипоксии клеток. Адаптация к гипоксии, наоборот, приводит к восстановлению и резкой активации НАД-зависимого окисления, которое перестает быть чувствительным к низким значениям рОг. Исследование зависимости Уд/рОг в модельных системах (тканевые срезы) позволяет предполагать возможность участия в регуляции дыхания не только цитохромоксидазы, но и других оксидаз клетки. [c.259]

Наряду с дыхательной цепью митохондрий мощным потребителем кислорода является система микросомального окисления, пшроко представленная в самых различных клетках млекопитающих. Наибольшая ее активность связывается с гепатоцитом. Кислородзависимые процессы, обусловленные монооксигеназными реакциями эндоплазматического ретикулума клеток печени, могут быть связаны с потреблением 10—40% от всего кислорода, утилизируемого клеткой. Они составляют часть ее цианидрезистентного дыхания. В него же входят и другие немитохондриальные кислородзависимые реакции. Субстраты цикла трикарбоновых кислот могут активировать либо подавлять процессы микросомального окисления, причем направленность их действия зависит от функционального состояния клетки. Существует тесное взаимодействие между дыхательной [c.259]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология