Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Биоэнергетика и метаболизм углеводов и липидов
Окислительное фосфорилирование и транспортные системы митохондрий
Ингибиторы дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования

Значительная информация о дыхательной цепи была получена при использовании различных ингибиторов; предполагаемые места их действия показаны на рис. 13.6. Ингибиторы можно разделить на 3 группы: ингибиторы собственно дыхательной цепи, ингибиторы окислительного фосфорилирования и разобщители окислительного фосфорилирования.

Ингибиторы, блокирующие дыхательную цепь, по-видимому, действуют в трех местах. Одно из них ингибируется барбитуратами (например, амобарбиталом), а также антибиотиком пиерицидином А и ротеноном¹. Эти ингибиторы препятствуют окислению субстратов, которые поставляют восстановительные эквиваленты в дыхательную цепь при участии NAD- зависимых дегидрогеназ, — примером таких субстратов является гидроксибутират.

¹ Высокотоксичное вещество, добываемое из растений, которое использовалось американскими индейцами в качестве яда для рыб.— Прим. перев.

Рис. 13.7. Роль ADP в дыхательном контроле.

Рис. 13.8. Дыхательный контроль в митохондриях. Эксперимент А: исходный уровень дыхания в состоянии 4, добавление ADP приводит к ускорению дыхания. После фосфорилирования экзогенного ADP с образованием АТР дыхание возвращается к уровню состояния 4. Добавление разобщителя, например динитрофенола, вызывает дыхание, не сопряженное с фосфорилированием. В эксперименте Б добавление олигомицина блокирует фосфорилирование экзогенного ADP, а также дыхание. Последующее добавление разобщителя вызывает дыхание, не сопряженное с фосфорилированием.

Димеркапрол и антимицин А ингибируют дыхательную цепь на участке между цитохромом b и цитохромом с. Классические яды — H₂S, окись углерода и цианид — ингибируют цитохромоксидазу. Карбоксин и TTFA (теноилтрифторацетон) специфически ингибируют переход восстановительных эквивалентов от сукцинатдегидрогеназы на кофермент Q, а малонат является конкурентным ингибитором сукцинатдегидрогеназы.

Антибиотик олигомицин полностью блокирует окисление и фосфорилирование в интактных митохондриях. Однако если вместе с олигомицином добавить к системе разобщитель динитрофенол, то окисление протекает, но без фосфорилирования. Это означает, что олигомицин не действует непосредственно на дыхательную цепь, а подавляет стадию фосфорилирования (рис. 13.8).

Атрактилозид ингибирует окислительное фосфорилирование, блокируя транспорт адениновых нуклеотидов через внутреннюю митохондриальную мембрану. Он ингибирует транспорт ADP в митохондрии и выход АТР из митохондрий (рис. 13.16).

Разобщители нарушают систему сопряжения процессов окисления в дыхательной цепи и фосфорилирования. В этих условиях процесс дыхания происходит неконтролируемым образом, поскольку концентрации ADP или Р, не являются лимитирующими.

Чаще всего в качестве разобщителя используют 2,4-динитрофенол; аналогичное действие оказывает ряд других соединений: динитрокрезол, пентахлорфенол, СССР (карбонилцианид-м-хлорфенилгидразон). Последний по эффективности в 100 раз превосходит динитрофенол.

Энергонезависимая трансгидрогеназа

Имеются данные о функционировании энергозависимой трансгидрогеназы, катализирующей перенос водородов с NADH на NADP. При этом необходимая для реакции энергия поставляется либо непосредственно дыхательной цепью (процесс не блокируется олигомицином), либо в виде АТР (процесс блокируется олигомицином).