Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ II. ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ МЕТАБОЛІЗМУ

ГЛАВА 9. БІОЕНЕРГЕТИЧНІ ПРОЦЕСИ: ТРАНСПОРТ ЕЛЕКТРОНІВ; ОКИСНЕ ФОСФОРИЛЮВАННЯ В МІТОХОНДРІЯХ

9.5. ІНГІБІТОРИ ЕЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТУ ТА ОКИСНОГО ФОСФОРИЛЮВАННЯ В МІТОХОНДРІЯХ

Певні хімічні сполуки здатні специфічним чином порушувати електронний транспорт (інгібітори електронного транспорту) та окисне фосфорилювання (інгібітори та роз’єднувачі окисного фосфорилювання) в мітохондріях. Дані сполуки взаємодіють з певними компонентами дихального ланцюга або системами окисного фосфорилювання, порушуючи їх біохімічні функції.

Інгібітори електронного транспорту

Сполуки цього класу порушують функціонування дихального ланцюга мітохондрій за рахунок зв’язування з окремими ферментними білками або коферментами, що беруть безпосередню участь у переносі електронів від субстратів біологічного окислення на О₂. При надходженні в організм людини або тварин ці речовини діють як клітинні отрути, спричиняючи феномен тканинної гіпоксії.

Ротенон — інгібітор транспорту електронів через НАДН-коензим Q-редуктазний комплекс. Ротенон застосовується як інсектицид.

Амобарбітал (амітал) та близький до нього за структурою секобарбітал (секонал). Ці похідні барбітурової кислоти (барбітурати) застосовуються у фармакології як снодійні засоби. Разом з тим, барбітурати, подібно до ротенону, є активними інгібіторами клітинного дихання, блокуючи електронний транспорт на рівні НАДН-коензим Q-редуктази.

Пієрицидин А — антибіотик, що також блокує НАДН-коензим Q-редуктазний комплекс за рахунок конкурентної взаємодії з убіхіноном.

Антиміцин А — антибіотик, що блокує дихальний ланцюг мітохондрій на рівні переносу електронів через комплекс III (цитохром b — цитохром C₁).

Ціаніди (іони CN^-) — потужні клітинні отрути, що є інгібіторами транспорту електронів на термінальній ділянці дихального ланцюга мітохондрій (у цитохромоксидазному комплексі). Іони CN^-утворюють комплекси з ферри (Fe³⁺) — формою молекул гему цитохромоксидази, блокуючи їх відновлення до ферро (Fe²⁺) — форм.

Монооксид вуглецю (CO) — інгібірує цитохромоксидазу шляхом зв’язування з ділянкою гему, що взаємодіє з молекулою кисню.

Інгібітори окисного фосфорилювання

Інгібітори окисного фосфорилювання блокують як окислення субстратів, так і фосфорилювання АДФ у мітохондріях.

Олігоміцин — антибіотик, що протидіє як фосфорилюванню АДФ до АТФ, так і стимуляції поглинання О₂, що спостерігається після додавання до мітохондрій АДФ (феномен «дихального контролю»). Механізм дії олігоміцину полягає в інгібіруванні функції АТФ-синтетази.

Роз’єднувачі окисного фосфорилювання

Сполуки цього класу спричиняють «неконтрольоване» дихання мітохондрій, яке не залежить від функціонування системи фосфорилювання АДФ. В присутності роз’єднувачів спостерігається активне поглинання мітохондріями О₂, незважаючи на зниження швидкості (або відсутність) генерації АТФ з АДФ та Ф_H. Згідно з хеміоосмотичною теорією, роз’єднувачі спричиняють втрату мембраною протонного потенціалу — рушійної сили генерації макроергічних зв’язків АТФ.

До роз’єднувачів окисного фосфорилювання належать:

- 2,4-динітрофенол та сполуки, близькі до нього за хімічною структурою (динітрокрезол, пентахлорфенол);

- СССР (карбонілціанід-м-хлорфенілгідразон) — сполука, що в 100 разів перевищує за специфічною активністю 2,4-динітрофенол.

Здатність роз’єднувати дихання та окисне фосфорилювання в мітохондріях мають також гормони щитовидної залози (тироксин, трийодтиронін).

Пункти дії деяких інгібіторів електронного транспорту, інгібіторів та роз’єднувачів окисного фосфорилювання, подані на схемі.

Порушення синтезу АТФ спостерігається в умовах дії на організм людини і тварин багатьох патогенних факторів хімічного (природні та синтетичні токсини), біологічного та фізичного (іонізуюча радіація) походження, які спричиняють роз’єднання дихання та окисного фосфорилювання за рахунок порушення спроможності створювати і підтримувати протонний потенціал на спрягаючих мембранах мітохондрій.