N E W S
OF THE NATIONAL ACADEM Y OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN SER IE S O F B IO L O G IC A L AND M ED IC A L
ISSN 2224-5308
Volume 3, Num ber 321 (2017), 120 - 140
A. S. Z h u n u sso v a1,2, Z. S. O ry nb ayev a2, S. T. T u leu kh ano v 1 1Al-Farabi Kazakh national university, Almaty, Kazakhstan,
2Drexel university college o f medicine, Philadelphia, USA.
E-mail: aigul700@ mail.ru
MITOCHONDRIAL BIOENERGETICS
Abstract. The paper presents the review o f cell organelles - mitochondria, w hich is important in the process of energy producing. The process o f ATP synthesis, metabolic processes associated w ith the respiratory chain, oxida
tive phosphorylation, oxidative cleavage o f energy-rich substrates related to ATP synthesis are considered in detail.
In addition, there are addressed the questions regarding the mechanisms o f inhibition o f the respiratory chain and oxidative phosphorylation, the generating of reactive oxygen and nitrogen forms in the mitochondria.
Key words: bioenergetics, metabolism, mitochondria, respiratory chain, oxidative phosphorylation, reactive oxygen species, reactive nitrogen species.
Э О Ж 576.3+577.1::57.017.7
А. С. Ж ун усова1, 2, З. С. О р ы н б аев а2, С. Т. Т елеухан ов1 1Э л-Ф араби атындагы Казак ^лттык университет^ Алматы, Казакстан,
2Дрексел университет^ Филадельфия, АКШ
МИТОХОНДРИЯЛЫК БИОЭНЕРГЕТИКА
Аннотация. М акалада энергия ендiру Yрдiсiнде орталык р ел аткаратын, клетканыц мацызды органел- лалары болып табылатын митохондриялар ж айлы эдеби шолу ^сынылган. ЛТФ синтездеу YPA^i жэне он- ымен кабыскан тыныс алу п з б е п мен тотыгу фосфорланумен, энергия кезш е бай субстраттардыц тотыгу ыдырауымен байланысты метаболитикалык YPДiстер толыгырак карастырылган. Сонымен катар, тыныс алу п зб е п н щ жэне тотыгу фосфорлануыныц тежелуi, митохондрияларда оттеп нщ жэне азоттыц белсендi тур- лерш щ тYзiлу механизмдерi жайында мэселелерi козгалынган.
ТYЙiн сездер: биоэнергетика, метаболизм, митохондрия, тыныс алу п зб е п , тотыгу фосфорлану, отте- гiнiц белсендi тYрлерi, азоттыц белсендi тYрлерi.
К1р1спе. Митохондриялар алгаш рет цитологтармен 1840 ж. айналасында сипатталды. Тыныс алу эксперименттер1 бойынша жэне цитохром с оксидазаны сипаттау б1ршш1 рет 1930 ж. Отто Варбургпен жарияланган болатын [1].
Митохондриялар клетка ш ш д е энергетикалык метаболизм1нде мацызды рел аткарады. М ито
хондриялар клетканыц тыныс алу урд^сше катысып, клетканыц баска курылымдары пайдалана алатын турдеп энергия белш шыгарады. Сондыктан, митохондрияны «клетканыц энергетикалык станциясы» деп те атайды [2].
120
Аурудыц патофизиологиясына катысы бар митохондриялар, клеткада терт орталык функция- ларды орындайды: олар (а) к е п ш ш к б ел ш н АТФ тYрiндегi клеткалык энергиямен камтамасыз етед1, (э) оттегшщ белсецщ тYрлерiн (ОБТ), (б) буферлш цитозолды кальцийд1 (Са2+) тYзедi жэне реттейд1 жэне (в) митохондрия е т ю з п ш т т н щ етпел1 сацылаулары (mtPTP) аркылы апоптозды реттейд1 [3, 4].
Б^л эдеби шолудыц максаты - митохондрияларда жYретiн энергетикалык YPДiстер, тыныс алу 'пзбегшщ (тотыгу фосфорлану) ж^мыс ютеу YPДiсi, электрон тасымалдау механизмдерш арнайы ингибиторлардыц эсерш зерттеу аркылы аныкталуы, тотыгу фосфорланудыц ажыраткыш заттек- терш щ кызмет^ тыныс алу бакылауы, митохондриялардыц метаболитикалык жагдайлары, мито
хондрияларда оттегшщ жэне азоттыц белсенд1 тYрлерiнiц тYзiлу механизмдер1 сиякты деректермен камтамасыз ету болып табылды.
М итохондриялар ж эне о ларды ц к л етк ал ар д аF ы а тк а р а ты н к;ызметь Митохондрияларда ездерш кайта к¥руга жэне белоктар синтезше каж етп жеке генетикалык жYЙенiц бар болуы, оларды баска органеллардан ерекшелендiредi. Митохондрияларда ядроныц ДНК, РНК, рибосома- ларынан езгеше ез ДНК, РНК жэне рибосомалары бар [2].
Митохондриялардыц келемi теракты емес, сондыктан да олардыц сырткы mmim эркез езгер- мелi келедi (сопакша жш, майда дэн, таякша тэр1зд1). Кеп клеткаларда олардыц калыцдыгы терак
ты (0,5 мкм), ал ^зындыгы т^раксыз (жiпше тэрАздА митохондриялар) 7-10 мкм деш н жетедi. iPi ми
тохондриялар б^лшыкет талшыктарыныц кардиомицеттер мен миосимпластарында кездеседi [2, 5].
Митохондриялардыц саны клтеканыц тYрiне карай езгермелi болады жэне шамамен клетка- лардыц энергия кажеттiлiктерiне сэйкес келедi. Эр тYрлi жануарлардыц аталык жыныс клетка- ларында (сперматозоид) митохондриялардыц саны 20 - 70 дешн, ал ер адам сперматозоидтарында 16 жэне ооциттерде 100 000 дешн, CYткоректiлердiц дене клеткаларында 500 - 1000 дешн, бауыр клеткаларында 2500 дейiн жетедi [5, 6].
Митохондриялар клетканыц цитоплазмасында бiркелкi, ал кей жагдайларда, эшресе, патология кезiнде, ядроныц айналасына немесе цитоплазманыц шет жагына карай орналасады. Цитоплазмада клетка косындылары (гликоген, май) кеп болган жагдайда олар митохондрияларды клетканыц шетiне ыгыстырады. Митохондриялар митоз процешнде ^рш ык жiпшесiнiц айналасына шогыр- ланып, клетка белiнгенде олар жас клеткаларга тец берiледi. Негiзiнде митохондриялар АТФ керек жерлерге миофибрилдерге такау, ал сперматозоидтерде талшыкка карай орналасады Сонымен, митохондриялардыц саны клетканыц тYрiне жэне оныц аткаратын кызметше байланысты болады.
Бауыр клеткасында болатын жалпы белоктыц 30-35 % митохондриялардыц к¥рамында кездесе- rim , ал бYЙректе 20 % болатыны аныкталды [5].
Митохондрия ею мембранамен коршалган, 6-7 нм шамасындай калыцдыгы бар, гиалоплаз- мадан белш т^ратын сырткы мембранадан жэне ш ю мембранадан тирады (1-сурет). Олардыц арасында еш 10-20 нм мембранаралык кещ сп к болады. Сырткы мембранасы тепс, ал ш ю мембранасы митохондрия куысына багытталган ^зындыгы эр тYрлi таракша тэрАздА кептеген кYPделi есшдшер - кристалар тYзедi. Кристалардыц митохондрияларда орналасуы эр тYрлi, кейбАр клеткаларда келденец багытта орналасады, кейбАреулерА тармактанып келедА [2, 5].
Сыртцы мембрана. Сырткы мембрананыц к¥рамында кец каналдарды тYзетiн белоктар (порин деп аталатын белоктар) болгандыктан, олар салмагы 10 000 дальтонга деш н баратын бар- лык молекулалар Yшiн етю зпш болып табылады. Сонымен катар, б^л мембрананыц к¥рамына митохондриалык липидтердщ синтезше катысатын ферменттер юредА [7].
1шк\ мембрана. К е п ш ш к шагын молекулалар мен иондар, соныц шАнде H+ Yшiн етю зпш емес болып табылады. Олардыц к¥рамында тыныс алудыц электрон тасымалдаушылары (I-IV кешен- дер^, АДФ -ATO транслоказалар, A T O -синтетазалар (F0F1) жэне баска да мембраналык транс- порттык жYЙелер бар.
Матрикс. Олардыц к¥рамында лимон кышкылы циклш щ ферменттер^ пируват-дегидрогеназа жYЙесi, май кышкылдарын тотыктыратын жYЙесi, амин кышкылдарын тотыктыратын жYЙесi жэне баска да кептеген ферменттер! болады. Ол сондай-ак, ATO, АДФ, AM O , фосфат, НАД, НАДФ жэне А коферметтердА камтиды. Сонымен катар, олардыц шАнде митохондриялык ДНК бАрдей бАрнеше кешАрмелер^ арнайы митохондриялык рибосомалар, тРНК жэне митохондриалык гено- мыныц экспрессиясына катысатын эртYрлi ферменттер бар.
--- 121---
1-сурет - Митохондриялардыц К¥рылысы [7]
М ембранааралъщ кещстгк. Б^лардыц ш ш д е матрикстен шыгатын АТФ-ты бас^а нуклео- тидтердi фосфорлау Yшiн ^олданатын бiрнеше ферменттер (аденилаткиназа жэне т.б.) бар [7].
М итохондрияныц сырткы мембранасыныц ^¥рамындагы белоктар 20 % болса, ал ш ю мем- бранасында 75 % деш н жетед^ м^ныц e3i оныц бас^а клетканыц мембраналарына Караганда ерекшелiгiн кeрсетедi [2, 5].
Сонымен, митохондрияныц н е п зп ^ы зм ет - АДФ-тан АТФ синтездеп алу, ягни клетканыц энергетикалык ^аж еттш гш камтамасыз ету. Б^л энергия митохондриядан белш ш , клетканыц тiршiлiк эрекеттерiне ж^мсалады. Осыныц барысында АТФ ^айтадан АДФ-^а айналып митохон- дрияга енедi [2].
М и тох он д ри ял ар ды ц м ет а б о л и т и к ал ы к KYЙi. Электрондардыц тасымалдану ^ар^ынды- лыгына, тыныс алуды лимитациялайтын факторлардыц табш аты на жэне тасымалдагыштардыц тотысыздану децгейiне байланысты митохондриялардыц бес метаболитикалык кYЙлерiн бeледi [8]:
1-кYЙi немесе эндогецщ тыныс алу тотыгу субстраттары мен АДФ - фосфат акцепторлары болмаган кезде кeрiнедi;
2-кYЙi немесе субстратты жагдай тотыгу субстарттарыныц болуымен, бiра^ АДФ болмауымен сипатталады;
3 - ^ ш немесе белсендi фосфорлаушы (энергизацияланган) жагдай тотыгу субстраттары мен АДФ болган жагдайда керш ед^ ягни митохондриялардыц тыныс алуы жылдам белсенген жаг- дайында болады. Б^л жагдайда тыныс алу ^ар^ындылыгы митохондрияларга субстраттардыц ену жылдамдыгымен жэне тотыгу фосфорлаушы ферменттердiц кYш-^уаттылыFымен шектеледi.
Сонымен ^атар, б^л кYЙде субстраттардыц тотыFумен ^атар, АДФ фосфорлануы жYредi;
4-кYЙi немесе фосфорланбайтын жаFдай ^осылFан АДФ таусылуымен болатын тыныс алуы- ныц бэсецдеуiмен сипатталады, жэне б^л кезде тотыFу жылдамдыFы АДФ тапш ыль^ымен шек- теледi. Б^л жаFдайда митохондриялармен оттегiнi тугынуы iшкi мембрана аркылы протондардыц аFып кетуiмен жэне электрон тасымалдауыныц фосфорланбайтын жолыныц ^ызмет етуiне байланысты;
5-кYЙi анаэробты жаFдайында, яFни электродтыц ^яшышында оттегi ^оры бп кен жаFдайында дамиды.
Э н е р ге ти к а л ы к зат алм асу. М и тохон д ри яларда ЖYретiн э н е р г е т и к а л ы к YPДiстер. Энерге- тикалыщ зат алмасу - б^л клеткадаFы органикалыщ заттардыц ыдырау реакцияларыныц жиынтыFы, солардыц нэтижесiнде ^осылыстардыц макроэргиялыщ байланыстарымен (яFни АТФ молекула- сыныц екi макроэргиялыщ фосфорлы-оттек байланыстарымен) с и ш ^ жYредi [9].
КлеткадаFы энергетикалык зат алмасуды Yш кезецге жштеуге болады [9]: 1) дайындыщ кезецi;
2) анаэробты (оттекшз) кезец; 3) аэробты (оттегiлiк немесе тыныс алу) кезец.
а 2 2 =
1) Дайындыщ кезецi. Б^л дайындык кезещ кепклеткалы организмдердiц ш ек-кары н
жолдарында жYредi. КYрделi макромолекулалар аскорыту ферменттершщ кeмегiмен карапайым заттарFа дейiн ыдырайды:
- крахмал - глюкозаFа дешн;
- белоктар - аминкышкылдарFа дешн;
- майлар - Yш атомдык спирт глицерин мен май кышкылдарына дейiн.
Б^л Yрдiстер iшек куысында да, жэне гликокаликсте де олардыц эпителиалды клеткаларында жYредi. Энергия б^нда аз бeлiнедi, жэне ол жылу тYрiнде бeлiнедi (АТФ синтезделмейдi).
ЫдыраFан eнiмдер iшек клеткаларымен сiцiрiледi де, к аш а eтедi. Кейiн олар клеткалрдыц цитоплазмасына тYседi.
Зат алмасуда ец ^ п колданылатыны б^л глюкоза, дегенмен бастапкы материал болып, баска да гексозалар, май кышкылдар, амин кышкылдар болуы мYмкiн. Б¥ндаFы амин кышкылы ец соцынан колданылады, себебi олар клеткалар Yшiн eте баFалы материал болып табылады.
2) Анаэробты (оттеказ) кезец. Ол клеткалардыц гиалоплазмасында жYредi. 6-кeмiртектi кант глюкозаныц ыдырау реакциясыныц жиынтыFы гликолиз деп аталады жэне ол рет-репмен жYретiн
10 жуык ферментативтi реакцияларды камтиды. Гликолиз YPДiсiнде фосфорлану, дегидрогенера- циялану, дефосфорлану реакциялары жYредi. Осы реакциялардыц нэтижесiнде бейорганикалык фосфатты (Фб) жэне АДФ колдану аркылы АТФ синтезделедь Осыдан жалпы тeрт молекула АТФ тYзiледi, бiрак олардыц екеуi гликолиздiц бiрiншi сатысында шыFарылады, сол себептi гликолизде таза тYрiнде екi молекула АТФ синтезделедг
Глюкозаныц бiр молекуласыныц (Сб-косылысы) ыдырауынан 2 молекула пируват-пирожYзiм кышкылы (ПЖК, С3-косылыс) тYзiледi, ал глюкозаныц дегидрогенерациялану нэтижешнде сутегi атомдары НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид - тотыккан) ко-субстратына eтедi де, Н А Д Н ^Н (НАД+ тотыксызданFан формасы) тYзiледi.
НАДН - коректiк заттар молекулаларыныц тотыFуы кезiнде бeлiнетiн протондар мен е- ец басты акцепторы болып табылады. НАДН^Н+ эрбiр молекуласы жэй Н+ атомын тасып кана кой- майды, ал гидрионды, яFни Н атомын е- коса тасымадлайды.
Н- + Н+ ^ Н 2 . (1)
Клеткада оттегi жетiспеген жаFдайда гликолиз пирожYзiм кышкылынан (ПЖЮ тYзiлетiн CYт кышкылыныц (лактат) тYзiлуiмен бггедь Б^л кайтымды реакция болып табылады. Егер оттеп ^зак уакыт болмаFан жаFдайда клтекада лактат жиналады да, лактоацидоз ^ т кышкылыныц жоFары децгеш) дамиды. СYт кышкылы eте токсикалык болып табылады жэне клеткалардыц кызметш щ б^зылуын тудырады, яFни ец алдымен жYЙке жэне б^лшыкет кызметiн.
Гликолиздi сумарлы тYPде тeмендегiдей келтiруге болады:
Глюкоза (С6) + 4НАД+ + 2АДФ + 2Фб ^ 2ПВК (СЗ) + 4НАД№Н+ + 2 АТФ. (2) О2 болFан жаFдайда эукариотты клеткалардаFы энергетикалык зат алмасу митохондрияларда жYретiн аэробты сатыFа eтедi.
3) Аэробты кезец. Аэробты немесе о ттегш к кезещде П Ж ^ мен май кышкылдарыныц СО2 мен Н 2О дейiн ыдырауы жYредi жэне АТФ молекуласыныц Yлкен мeлшерi (36) синтезделедi жэне б^л реакцияларыныц кeпшiлiгi митохондриялардыц iшкi мембранасында, оныц кристалары мен матриксiнде жYредi [9].
Аэробты кезец немесе тыныс алу бiрнеше сатыFа бeлiнедi жэне олардыц кезектш ш н жалпы алFанда, тeмендегiдей келетiруге болады (2-сурет) [9, 10]:
1. Митохондриялардыц ш ю мембраналарыныц б е л гш бiр белоктык тасымалдау жYЙелерi пируват, май кышкылдары жэне НАДН молекулаларын гиалоплазмадан митохондриялардыц матриксше тасымалдайды. Май кышкылдарын тасымалдау Yшiн алдымен кофермент А, ацетил- КоА кешендерi синтезделедi жэне олар матрикске тасымалданады.
2 . Тотыгу декарбоксилдену YДерiсiнде пируватдегидрогеназа ферментiнiц кeмегiмен пиру- ваттыц (ПЖК^) ацетил-КоА айналуы жYредi жэне б^л НАДН коферментiнiц тотыксыздануымен, СО2 бeлiнуiмен болады:
ПЖ К (С3) ^ ацетил-КоА (KoA-S~CO-CH3) + Ш Д О Н + + СО2 . (3) 123
Ацетил-КоА - б^л 6ip субстраттан екiншi субстратна ацетилдiк топтамаларды таситын тасы- малдагыштар болып табылады.
3. Паpаллелдi тYpде май кышкылдарыныц ацетил-КоА деш н Р-тотыгу YPДiсi жYpедi, жэне б^л НАДН пен ФАДН2 коферменттершщ тотыксыздануымен ^штасады.
4. Лимон ^ыш^ылыньщ циклiнде (Кребс циклi) ацетил-КоА СО2 дейiн тотыгуы жYpедi, жэне б^л НАДН пен ФАДН2 коферменттершщ тотыксыздануымен ^штасады. Ол митохондриялык матриксте жYpетiн 7 феpментативтiк реакциялардан тирады, жэне б^л кезде декарбоксилдену, ягни СО2 тYpiнде екi кeмipтегi атомыныц жойылуы мен Yшкаpбон кышкылыныц дегидрогенира- циялануы немесе сутегi атомыныц ыдырауы жYpедi. Б^л кезде Н атомдары НАДН+ - жэне ФАД-кофеpменттеpiмен акцептpленедi (НАД - никотинамидадениндинуклеотид, к¥рамында нико
тин кышкылы бар; ФАД - флавинадениндинуклеотид, В2 витаминiнiц туындысы болып табылады) жэне 1 молекула АТФ (ГТФ аркылы) синтезделедь
Жалпы алганда, Кребс циклш щ реакцияларын тeмендегiдей келтipуге болады:
СНзСО~КоА + 2Н 2О + ЗНАД+ + ФАД ^ КоА + 2СО2 + ЗНАД№Н+ + ФАДН2 + АТФ. (4) НАДН^Н+ пен ФАДН2 дегидрогеназа феpменттеpiнiц кофакторлары болып табылады жэне митохондриялардыц ш ю мембранасында орналаскан жэне электрондарды молекулалык оттепге тасымалдауга катысатын тыныс алу п зб егш щ феpменттеpiне протондар мен электрондарды таситын тасымалдагыш кызметiн аткарады.
5. Тыныс алу YPДiстеpi кезiнде электрондар НАДН пен ФАДН2 молекулалык оттегiге мито
хондриялардыц ш ю мембранасындагы электрон тасымалдау то б еп м ен тасымалданады, соныц нэтижесiнде протон козгаушы кYшi калыптасады.
6 . Протондык градиент митохондриялардыц iшкi мембранасында АТФ синтездеу Yшiн AT Ф-синтетаза (F0F 1 кешенi) феpментiмен пайдаланылады.
2-сурет - Митохондрияларда журетш энергетикалык урд1стердщ кезектш п [10]
Т ы н ы с алу Ti36eri мен т о т ь н у ф осф орлану. Тыныс алу п зб егш щ феpменттеpi электрон
дарды тасымалдау п зб егш (ЭТТ) немесе тыныс алу п зб егш тYзедi жэне тотыгу-тотыксыздану потенциалыныц езгеру децгейi бойынша, ягни электрондарды косып алу (тотыксыздану) немесе беру (тотыгу) к аб ш ет бойынша белгiлi бip ретпен орналаскан 40 жуык эpтYpлi белоктарды камтиды [9].
124
Тыныс алу тоб егш щ компоненттерше НАД- пен ФАД-тэуедщ дегидрогеназалар, ко-фермент Q, цитохромдар, темiр-кYкiрттi белоктар мен мыскурамды белоктар жатады [9, 11]. 1-кестеде митохондриялык электрон тасымалдау т1збегшщ протеиндi компоненттерi мен олардыц касиеттер1 кeрсетiлген. Сонымен бiрге, 3-суретте электрон тасымалдау тiзбегi мен тотыгу фосфорлану фер- менттерiнiц орналасу сызбанускасы кeрсетiлген.
1-кесте - Митохондриялык электрон тасымалдау избегшщ протеинд1 компоненттер1 мен олардыц касиеттер1 [12]
Ферменттк кешендер/белок Салмагы (кДа) Суббелжтер саны* Простетикалык топ(тар) I НАДН дегидрогеназа немесе
НАДН-К^-редуктаза 850 43 (14) ФМН, Fe-S
II Сукцинат дегидрогеназа немесе сукцинат
KoQ редуктаза 140 4 ФАД, Fe-S
III Цитохром bc1 кешеш немесе убихинон
цитохром с-оксидоредуктаза < 250 11 Гемдер, Fe-S
IV Цитохром c# 13 1 Гем
Цитохром с оксидаза < 160 13 (3-4) Гемдер; CuA, CuB
V АТФ-синтаза 500 14 (2) -
* Жакшада бактериялык баламаларындагы субб1рлжтер саны келиршген.
# Цитохром с ферментпк кешеншщ белт болып табылмайды; ол ерюн еритш протеин ретшде III жэне IV ке- шендер арасында жылжиды.
Э.1ек]рон тасыма.иау li i fci l Тогьиу фосфорлану
3-сурет - Сущоректшердщ электрон тасымалдау избеНнщ жэне тотыгу фосфорлануыныц сызбанускасы.
Электрондар НАДН немесе сукцинаттан, тшсшше I немесе II кешенге агады да, содан соц убихинон пулына тусед1 (сары туст1). Содан кешн, электрондар убихиноннан III жэне IV кешендер1 аркылы соцгы акцепторы молекулалык
оттепге етедг Электрон агыны, шю мембранадагы I, III жэне IV кешендер1 аркылы протондар козгалысымен жалгасады. Нэтижесшде алынган протонды градиент ATФ енд1ру ушш V кешен аркылы жиналады.
Митохондриялык/ядролык геномдармен кодталатын субб1рлжтер саны суреттщ теменп жагында керсетшген [11]
Тыныс алу т1збегшщ кешендерi:
Кешен I (НАДН-убихинон-оксидоредуктаза, НАДН-КоQ-редуктаза немесе Н А Д Н дегидро
геназа) тыныс алу ферменттерi кешендершщ ш ш е н ец iрiсi болып табылады, салмагы 800 кДа асады жэне курамында 42-ден астам эртYрлi полипептидтiк тiзбектер бар, соныц ш ш д е ФМН-ку- рамды флавопротеин мен кем дегенде алты темiр-кYкiрттi орталыктары бар [12, 13]. Кешен I ку- рылымы L-пiшiндi екi «колдан» турады: iшкi митохондриялык мембрананыц липидтi кабатында орналаскан, «узын колды» гидрофобты мембраналык белоктан жэне матрикске шыгыцкырап тура- тын жэне курамында ФМ Н мен НАДН байланыстыратын белсендi орталыгы бар «кыска колды»
гидрофилдi бeлiгiнен турады [14, 15]. Кешен I б1р уакытта екi байланыскан YPДiстердi катализ- дейдi: (1) матрикстегi НАДН пен протоннан гидрид-ионды убихинонга экзоргоникалык бершу^
125
НАДН + H+ + Q ^ НАД+ + QH2 . (5) жэне (2) матрикстен мембранааралык кещстшке терт протонныц эндергоникалык бершуь
Сондыктан, кешен I электрондарды тасымалдау энрегиясына байланысты протондык соргы кызметш аткарады, жэне ол катализдейтiн реакция, векторлы болып табылады: ол протондарды бiр жерден (матрикс, протондардыц кетуше байланысты ол терiс зарядталган болады) баска бiр жерге (мембранааралык кещ спк, оц зарядталганга айналады) белгiлi б1р багытта жылжытады [12].
Сонымен, кешен I НАД-Н тотыктырады, ягни одан ею электронды тартып алады да, липидтерде еритiн убихинонга тасымалдайды, содан соц убихинон мембрана iшiнде кешен III диффузия- ланады.
Убихинон (KoQ, Q) - липидтiк фазада еритш узак бYЙiрлiк изопреноидты тiзбегi бар бензо- хинон болып табылады, жэне ш ю мембрананыц бикабатты фосфолипидтерiнiц эрбiр екi каба- тында да диффузия аркылы жылжитын жэне мембраналык белоктардыц арасында электрондардыц шатлдык тасымалдауын камтамасыз ететш кабiлетi бар (сурет 4) [14].
Убихинон Убисемихинон Убихинол (QH2)
(тотыккан Typi) (бос радикал) (тотыксызданган T y p i )
(жартылай тотыксызданган T y p i )
О ОН* 0Н 2
4-сурет - Хинондар - тыныс алу тобегшдеп электрондардыц мацызды тасымалдагыштары. Эрб1р кабылданган электрон ушш хинон су ортасынан протонды б1р-б1рлеп алып журедц сонымен б1рге, ол б1р немесе ею электронды тасымалдауга к аб ш ет. Кейгн, хинон езшщ электрондардарын келеа тасымалдаушыга берген кезде, протондар босап
шыгады. СYткоректiлердiц митохондрияларында хинон суретте керсетшгендей, убихинон (кофермент Q) туршде усынылган; убихинонды мембранада устап туратын узын гидрофобты куйрыгы, эдетте 10 бес-кемiртектi изопрендi
белжтерден турады. Карапайымдылык Yшiн, убихинон мен пластохинонды эдетте жай хинон деп атайды жэне Q деп тацбалайды [16, 13]
Кешен I I (сукцинатдегидрогеназа; сукцинат-убихинон оксидоредуктаза) - митохондриялык тыныс алу п зб егш щ ф рагм ент ретiнде кызмет аткаратын лимон кышкылы циклiнiц (Кребс ц и к т ) мембранамен байланыскан компонентi болып табылады. Кешен II молекулалык салмагы 125
140 кДа. Кешен II - интегралды белок - курамында мембраналык сырткы доменшде орналаскан ковалентп байланыскан ФАД пен темiр-кYкiрттi орталыктары бар, жэне сукцинаттан убихинон мен цитохром b гемiне (гидрофобты мембраналык домешнде орналаскан) электрондардыц берь луш катализдейдi [14]. Сонымен катар, ол терт тYрлi протеиндi сyббiрлiктердi камтиды. С жэне D сyббiрлiктерiнiц эркайсысы Yш трансмембраналык спиралi бар интегралды мембраналык белоктар болып табылады. Олар гем тобы (гем b) мен убихинонмен байланысатын сайтын (кешен II ката- лизденетiн реакциясындагы электрондардыц корытынды акцепторы) камтиды. А жэне В сyббiр- лiктерi матрикске караган ж е р в д е турады; олар курамында Yш 2Fe-2S орталыктары, байланыскан ФАД жэне сукцинат субстратымен байланысатын сайты бар. Электрондардыц сукцинат-байланыс- тырушы сайтынан ФАД-ка, содан кеш н Fe-S орталыктары аркылы Q- байланыстырушы сайтына тасымалдану жолы, узындыгы 40 А артык болып табылады, бiрак жеке электрон-тасымалдау кашык- тыктарыныц ешкайсысы шамамен 11 А асырмайды, бул электрондарды жылдам тасымалдау Yшiн жеткiлiктi кашыктык болып табылады. QH2 осы барлык реакциялардан кешен III тотыгады [12].
Сонымен, комплекс II протондарды езш ен еткiздiрмейдi, бiрак сукцинаттыц тотыгу салда- рынан косымша электрондардыц избекке кiрiстiрiлyiн камтамасыз етедi.
126
Кешен III (цитохром bc1 кешенi, убихинон-цитохром с оксидоредуктаза) кем дегенде 10
11 эртYрлi полипептидтш пзбектерден турады, солардыц ш ш е н Yшеyi тотыгу-тотыксыздану реакцияларына катысады. Сонымен катар, кешен III ею белек домендерiмен убисемихинонныц екi молекуласы байланыскан [14]. Кешен III димер ретшде болуы мYмкiн жэне молекулалык массасы 400-500 кДа деш н жетедг 0р б iр мономерлер цитохромдармен байланыскан Yш гемнен жэне темiр- кYкiрттi белоктан турады. Кешен убихиноннан электрондарды кабылдайды да, цитохром с беред^
содан кейiн цитохром с оларды цитохромоксидаза кешенiнiне (кешендi IV CuA орталыгына) тасы- малдайды [13]. Убихинон 2 электронды тасымалдайды, ал цитохромдар бiр циклде электрондарды бiр-бiрлеп жеткiздiредi.
Цитохром с iшкi мембрананыц мембранааралык кещ спкке караган жагында орналаскан перифериялык белогы болып табылады, жэне ол тузды ортада оцай ерцщ [14].
KoQ-дан кешен III жылжитын екi сyтегi атомдарынан эрi карай, п зб ек бойымен тек электрон
дар гана тасымалданады, екi протондар (Н +) кешен III мембранааралык кещ спкте шыгарылады, сонымен бiрге матрикстен кешенмен усталынатын тагы бiр жуп протондар да мембранааралык кещ спкте етедi. Осылайша, кешен III жалпы мелшерде мембранааралык кещ спкте 4 протондарды шыгарады. Сондыктан, кешен III кешен I сиякты протондык генератор болып табылады, жэне оныц да кы зм ет Ац,Н+ камтамасыз ету болып табылады. Цитохром bci кешеш тотыгу-тотык
сыздану 'пзбепнщ (редокс-тебегш щ ) ец баяу курамдас белiгi болып табылады. Оныц in situ жумыс ютеушщ максималды жылдамдыгы эдетте 10 мс аспайды [17].
Кешен I V (цитохром с оксидаза; цитохромоксида; цитохром с-О2 оксидоредуктаза) - мито
хондриялардыц тыныс алу 'пзбепнщ корытынды катализаторы. Кешен IV цитохром с 4 молеку- ласынан 4 электрондардыц О2 бершуш катализдейдi, сонымен бiрге 2 протонды мембранааралык кецiстiкке еткiздiредi, ал калган 2 протонды судыц тYзiлyiне жiбередi [14]. Кешен IV митохондрия
ныц ш ю мембранасыныц Yлкен ферменттершщ бiрi болып табылады (13 сyббiрлiк; молекулалык салмагы - 204 кДа). Кешен цитохром а мен а3 турады, ал олар курамында геммен катар, мыс ион- дары да бар. Митохондриялык сyббiрлiк II ею ядролык орталыгында (CuA) Cys ею калдыктарыныц SH-топтарымен бiрiккен екi мыс иондарын (Cu) камтиды.
Сyббiрлiк I а жэне а3 ретiнде белгшенетш екi топ гемнен, жэне тагы бiр мыс иондарынан (CuB) турады. Гем а3 пен CuB гем а электрондарды кабылдайтын жэне оларды гем а3 байланыскан O2 тасымалдайтын екiншi екi ядролы орталыгын калыптастырады. Электрон кешен IV аркылы цито
хром с CuA орталыгына, гем а, CuB орталыгыныц гем а3, жэне ец соцында O2 тасымалданады [12].
Цитохромдар, темiр-кYкiрттi орталыктар жэне мыс атомдары бiр уакытта тек бiр электронды гана тасымалдауга кабш етп. Сонымен катар, НАДН эрбiр молекуласы ею электронды бередi жэне О2 эрбiр молекуласы су молекуласын тYзy кезiнде терт электрондарды кабылдауы тшс [13].
Кешен V (АТФ-синтетаза, АТФ-синтаза) - митохондрияныц ш ю мембранасында орналаскан жэне 500 кДа артык молекулалык салмагы бар интегралды белоктык кешен. Электрондарды тасы
малдау энергиясына байланысты мембранааралык кещстште шыгарылган протондар митохон
дриялык матрикске кайта етедi. Бул YPДiс H +-тэyелдi АТФ-синтетаза (Н+ -АТФ-синтаза) ферментi аркылы жYзеге асырылады.
Фермент екi негiзгi компоненттерден турады: ш ю митохондриялык мембрананыц матрикске караган жагында орналаскан суда еритш каталитикалык б елш н ен (F1) жэне мембранага баты- рылган протондык каналдан (Fo, бундагы «о» индексi - нель емес, ал «о» эрш н бiлдiредi, ягни АТФ-синтетаза молекуласыныц бул б е л т олигомицин токсиндi антибиотигiн байланыстырады, олигомицин - осы ферменттщ мыкты ингибиторы, демек тотыгу фосфорлану ингибиторы да болып табылады) турады. Протондар жылжыган кезде F 1-фрагментi белсендiрiледi, бул F 1-фраг- м е н т АДФ пен бейорганикалык фосфаттан АТФ синтезшщ реакциясын катализдейдi. Энергияныц 40% АТФ с и ш ^ Yшiн пайдаланылады, ал 60% жылу ретiнде босап шыгады [7, 14, 18, 19].
Калыпты жагдайларда F 1 мембраналык Fo фрагмешгмен байланыскан. Суда еритiн F1 белогын мембранада устап туруда электростатикалык езара эрекеттесулер мацызды рел аткарады. Хлоро- пластарда F1 мен Fo арасындагы берiк езара байланысуларына желiм ретшде ыкпал ететiндер - Mg2+ иондары болып табылады. F 1 тYЙiсy факторын салыстырмалы турде Fo мембраналык фраг- менттiнен оцай белiп алуга болады. F 1 жою электрондык тасымалдау п з б е п бойынша элек
трондардыц тасымалдануына кедерп келтiрмейдi, бiрак энергияны тYзетiн органеллалардыц --- 127---
мембраналары, бул кезде толымсыз болады, ягни электрондык тасымалдау АТФ синтезiне экелмейдг М ембранада калган Fo фрагменттерi, ез б е зм е н АТФ синтездеуге де, не гидролиздеуге де кабiлетi емес. Сонымен катар, суда жаксы еритiн окшауланган F 1 белогы АТФ-азалык кызметiн, ягни АТФ гидролиздеуш катализдейтiн кызметiн сактайды. Алайда, мембранадан жеке F1 тYЙiсy факторы АТФ синтездеуге кабiлеттi емес. Осылайша, АТФ синтездеу кабiлетi - бул мембранага кiрiстiрiлген бiрегей F ^ -кешеншщ касиетi болып табылады [18].
^ -А Т Ф -си н тетаза кешенiнiц Fo мембраналык фрагментi арнайы протондык канал кызметш аткарады, онда осы канал аркылы сyтегi иондары F 1 тYседi. Фосфорлану субстраттары (АДФ пен Фб) болмаган жагдайда FоF1-кешендерi аркылы протондардыц агылып кетyi салыстырмалы шагын гана болады. Бул жагдайда, F1 кызмет етпейтiн фрагментi протондар жолын жабады, булар F 1 болмаган кезде Fo протон еткiздiрyшi канал аркылы ерюн ете алатын едь Мембранадан суда еритiн F1 белогш белiп алган кезде, тYЙiндесетiн мембрана сутеп иондары Yшiн еткiзгiш тYрiне айналады.
Бул жагдайда, FQ мембраналык фрагмешгмен тYзiлетiн протондык канал, осыныц нэтижесiнде тYЙiндесетiн мембрананыц екi жагында сутеп иондарыныц концентрациясы тураланады (3-суретп кара) [18].
Тотыгу фосфорлану (ТФ, М итчелдщ хемиосмостъщ теориясы) - митохондриялардыц ш ю мембранасында жYретiн iргелi метаболикалык реакциялардыц бiрi болып табылады. ТФ - митохон
дрияларда тыныс алу п з б е п (улпалык тыныс алу) бойымен электрондардыц жылжуы кезiнде АДФ пен Фб АТФ т ^ л у YPДiсi болып табылады [14, 20].
Тыныс алу п зб е п н щ (тотыгу фосфорлану) жумыс ютеу YPДiсiнде босаган энергияны сактау механизмi осы уакытка дейiн элi толык аныкталмаган. Тотыгу фосфорланудыц Yш н е п зп гепо- тезасы бар: химиялык тYЙiсy гипотезасы, тотыгу фосфорланудыц конформациялык теориясы ж э
не хемиоосмотикалык тYЙiсy гипотезасы. Осы гипотезалардыц iшiнен ерекше мацызды орынды 1961 жылы П. Митчеллмен усынылган хемиоосмотикалык гипотезасы алады. Эткен гасырдыц 70-жылдары П. Митчелл осы жацалыгы Yшiн биохимия бойынша Нобель сыйлыгын алды.
Хемиоосмотикалык гипотезасыныц непзш е П. М итчеллдiц митохондриялардыц тыныс алуы (оттегiнiц сiцiрiлyi) олар орналаскан рН ортаныц темендеyiмен жYретiнiн байкаган бакылаулары жатады [21].
Хемиоосмотикалык гипотеза басты Yш постулаттарга негiзделедi:
1. Тотыгу фосфорлану ш ю митохондриялык мембранамен шектелген жабык кещ спкте жYредi.
2 . 1шю митохондриялык мембрана протондар Yшiн етю зпш емес.
3. Iшкi митохондриялык мембранада протондардыц тасымалдауын камтамасыз ететiн протондык насостар бар.
К ^ р п уакытта, бiрнеше протондык насостар бар екенi аныкталынган. Олардыц бiрiне мито
хондриялык тыныс алу л з б е п жатады. Тыныс алу т о б е п бойымен электрондыц тасымалдану YPДi- сi кезiнде белiнетiн энергия, бастапкыда iшкi митохондриялык мембрана аркылы матрикстен мем
бранааралык к е щ с т т н е протондарды шыгарып тастау Yшiн шыгындалады [21-25]. М итохондрия
лардыц баска протондык насосы ретшде Н+-АТФ-аза ф ерм ен т аткарады. Iшкi митохондриялык мембранага орныккан бул фермент, АТФ гидролизi реакциясын катализдейдi. Осы реакция бары
сында босап шыккан энергия, ш ю митохондриалык мембрана аркылы протондарды тасымалдау Yшiн пайдаланылады [21].
Субстрат тыныс алу тобегш е 2 Н+ мен 2е- бередi. Тыныс алу и з б е п бойымен екi е жылжуы нэтижесшде, матрикстен мембранааралык кецiстiкке 8-10 протондар (Н+) тасымалданады, ягни мембранааралык кещ спкте протондардыц (H+) электрохимиялык градиентш щ генерациясы - АцН+
курылады. Митохондриялардыц м атри ксвде эндогендi судыц диссоциациясы жYредi:
Н 2О ^ Н+ + ОН- . (6)
Тыныс алу т о б е п бойымен ею электрондардыц жылжуы кезшде осы протондар (H+) мембра
нааралык кещстшке етедi.
Нэтижесiнде, мембранааралык кещ сп к жагына каратылган iшкi мембрананыц сырткы б е и оц (+) зарядталады, ал ш ю бетi терiс (-) зарядталады. Электрохимиялык потенциал тYзiледi, ягни ол матрикске протондык АТФ -аза (Н+ -АТФ-синтаза) аркылы протондардыц транслокациясына (етyiне) экеледi [14, 20]. Тыныс алу кешендерi аркылы ететiн электрондардыц тотыгу-тотыксыз-
--- 128---
дану потенциалыныц темендеуш щ химиялык бос энергиясы, Н+ электрохимиялык градиенттiн (А ц Н потенциалын) куру Yш iн пайдаланылады, жэне ол протон-козгаушы кYшi - Ар ретшде электрлш потенциалыныц бiрлiгi аркылы белгiленедi жэне темендегi тендеу бойынша есеп- телiнедi:
Ар (мВ) = Аут - (2.3 RT/F) АрН, (7) мундагы Аут - iшкi митохондриялык мембрананыц трансмембранды электрохимиялык потенциалы, АрН - ш ю мембранадагы рН градиенту R, Т, жэне F - тш сш ш е туракты, абсолюттi газ температурасы жэне Фарадей турактысы. 37°С температурада Ар = А у т - 60АрН. Ар куру кезiнде негiзгi Yлесiн кеп жагдайда, мелшерi шамамен 150-180 мВ болатын Аут курайды, Ар 200-220 мВ тец. Ар - АДФ фосфорлану процесшщ жэне бакыланатын метаболикалык жагдай- ларындагы (АДФ болмаган кезде) электрондар агыныныц тежелyiнiц козгаушы кYшi болып табылады. АцН протондык потенциалы ею компоненттерден турады: 1) электрлш (Аут ) жэне 2) химиялык немесе осмостык (АрН) [14]. Протондык электрохимиялык потенциал, бул мито- хондриялардагы энергияны сактаудыц бастапкы тYрi болып табылады. Кеш н бул энергия те- мендеп максаттар Yшiн пайдаланылуы мYмкiн:
• АТФ синтезi (тотыгу фосфорлану);
• жылы канды жануарларда (термогенез) жылу тYзy;
• механикалык жумысы;
• iшкi митохондриялык мембрана аркылы зарядталган молекулалардыц багытталган тасы- малдауы.
Бунда клеткадагы эмбебап энергия кезi ретiндегi АТФ с и т э д мацызды мэнге ие [21].
АДФ фосфорлануында электрохимиялыщ потенциалдъщ жэне F 1-АТФ-азалыщ молекулалыщ ротордыц рвлi. Тотыгу фосфорлану ш ю митохондриялык мембрананыц тутастыгы бузылмаган жагдайда гана жYPyi мYмкiн, ягни егер бул мембрана толык жабык тYзiлiс болган жагдайда орын- далады [7, 14, 18]. 1шю митохондриялык мембранадагы кез келген Yзiлiстер мен жарыкшактар оныц тотыгу фосфорлану кабшетшен айырыды, бiрак дегенмен, бул жагдайда электрондардыц субстраттан оттегiге тасымалдануы жалгаса берiлyi мYмкiн [7]. Yрдiстiц бiрiншi белiгi НАДН химиялык потенциалыныц жэне янтарь кышкылыныц (сукцинат) тотыгу энергиясыныц Н+ элек
трохимиялык градиентке тYрлендiрiлyiмен болады, ал YPДiстiц екiншi белiгi протондык градиент- тiц энергиясын колдану есебiнен АТФ-синтазамен катализденетiн АТФ эндэргоникалык синтез- делу мэнiсiне байланысты. Бул YPДiс термодинамикалык тургыда болуы мYмкiн, ейткенi ЭТТ бойымен электрондардыц тасымалдануы кезшде белiнетiн энергия жэне протондык козгаушы кYшi ~ 32 кДж талап ететiн АТФ бiр молекуласын кайта синтездеуге экелу жеткiлiктi бос (еркiн) энергияны сактауына байланысты [14].
Тотыгу фосфорлану, сондай-ак мембрананыц еткiзбеyшiлiк касиетiне де байланысты. Егер мембрана закымдалса немесе егер ол кандай да бiр эсерлер нэтижесшде кенеттен Н+, ОН-, К+, С1- Yшiн немесе баска кейбiр иондар Yшiн оцай етiмдi болса, онда бул кезде тотыгу фосфорлану YPДiсi жYрмей калады. Бул аталган байкаулар, iшкi митохондриялык мембрананыц ею бетiнiц арасын- дагы иондык курамындагы немесе концентрациясындагы айырмашылык АТФ синтезшде мацызды рел аткаратынын керсеттi [7].
1шю митохондриалыщ мембрана арщылы АТФ, АДФ жэне фосфаттыц тасымалдануы.
Протон-козгаушы ^ ш , АТФ с и т э д Yшiн энергия кезi ретiнде гана кызмет етпейд^ сонымен катар мембранааралык кещстштен АДФ пен Фб айырбасы Yшiн тотыгу фосфорлану YPДiсi кезiнде митохондриялардыц матрикшнде синтезделген АТФ молекуларын ш ю мембрана аркылы тасы- малдауын да камтамасыз етедь
Тотыгу фосфорлану YPДiсi Yнемi жYрiп туру Yшiн каж етп бундай алмасу, митохондрияныц iшкi мембранасында ею тасымалдаушы белоктармен жYзеге асырылады (5-сурет) [10]: 1) фосфат тасымалдаушысы (НРО42-/ОН- симпорт); 2) АТФ/АДФ антипорты.
Фосфат транспортёрi (тасымалдаушысы) матрикстiц ш ш е НРО42- бiр ионыныц трансло- кациясын жэне бiр гидроксил ионын ОН- митохондрияныц матриксшен сыртка тYЙiстiредi. Дэл осылай, АТФ/АДФ антипорты АДФ бiр молекуласын матрикстiц iшiне тасымалдайды жэне бiр уакытта АТФ бiр молекуласын матрикстен сыртка транслокациялайды. Митохондрияныц ш ю
--- 129---
5-сурет - Аденин нуклеотид пен фосфат транслоказалары [10]
мембранасыньщ 10-15% белоктарын курайтын АТФ/АДФ антипорттары ец кеп кездесетш мито
хондриялык белоктар болып табылады.
Сыртка шыгарылган гидроксил-иондары (ОН-) матрикстен электрондык тасымалдау жуйеле- рiмен айдап шыгарылган протондармен (H+) косылады, соныц нэтижесiнде су молекулалары - H 2O калыптасады. Судыц тYзiлуi протондардыц жэне гидроксил-иондарыныц градиенттерiн, транс- порттык антипорттардыц Yздiксiз жумыс ютеуш камтамасыз ететiн децгейiнде устап туруы Yшiн кажет.
Терт транслокацияланган протондардыц Yшеуi АТФ синтезi Yшiн пайдаланылады, ал тертш - шiсi екi транспорттык антипорттардыц бiрлескен жумысы нэтижесiнде осы АТФ молекуласыныц шыгарылуына жумсалады. Нэтижесiнде, клетканыц цитозолында АТФ концентрациясыныц жогары децгешне жетедi, ал бул содан кешн эртYрлi энергияга тэуелдi клеткалык YPДiстерiнде пайдаланылады [ 10].
Э н е р ге ти к а л ы к баланс. Тотыгу фосфорлану урдюшде НАД№Н+ б1р молекуласы 3 АТФ синтезш камтамасыз ете алады, ал ФАД^Н2 молекуласы - 2 АТФ синтезш калыптастырады. Б1р глюкоза молекуласыныц (С6Н 12Об) ыдырауыныц энрегетикалык балансы 10 молекула НАДН^Н+
пен 2 молекула ФАД^Н2 бередi, жэне олардыц энергиясы 34 молекула АТФ синтезi Yшiн жетедi.
Сонымен катар, ГТФ (АТФ) 2 молекуласы Кребс ц и к тн д е тYзiледi жэне 2 молекула АТФ глико- лизде тYзiледi. Нэтижесiнде анаэробты жэне аэробты этаптардыц энергетикалык потенциалы б1р молекула глюкозага 38 АТФ синтезш камтамасыз етед^ бiрак егер гликолиздщ пируват пен НАД№Н+ (лактат емес) тYзiлуiмен бiтетiн жагдайында гана болады [8].
Сонымен, энергетикалык зат алмасуда б1р глюкозага жалпы 38 молекула АТФ тYзiледi [9]:
1) гликолизде - 2 АТФ жэне 2 НАДН^Н+ = 8 АТФ;
2) аралык сатысында - 2 НАД№Н+ = 6 АТФ;
3) Кребс циклшде - 6 НАДН-Н+ жэне 2 ФАД.+ 2 ГТФ =18+4+2 = 24 АТФ.
НАДН дегидрогеназа жэне одан эрi карай, ягни I, III, IV кешендерi аркылы субстраттардыц тотыгу жагдайында, 3 молекула АТФ тYзiледi. Сукцинатдегидрогеназа жэне одан эр1, ягни II III, IV кешендерi аркылы субстраттардыц тотыгуы кезiнде 2 молекула АТФ калыптасты.
Э л ектр он тасы м ал д ау ^ з б е г ш щ ж эне тотыFу ф осф орлануды ц и н ги б и торл ары .
Электрон тасымалдау механизмдерi непзш ен арнайы ингибиторлардыц эсерiн зерттеу аркылы аныкталды, ал содан кейiн ол тотыгу-тотыксыздану компоненттерiнiц стандартты тотыксыздану потенциалдарын елшеумен расталды [26, 27]. Электрон тасымалдау ингибиторлары - тыныс алу тоб егш щ компоненттерiмен езара байланысатын жэне сол аркылы олардыц кызметш бузатын
130
заттар. Олар клеткалык токсиндер болып табылады жэне улпалык гипоксияны тугызады. Мито- хондрийлардыц суспензиясымен тутынылатын O2 жылдамдыгы электрон тасымалдау тiзбегi кыз- метш щ сезiмтал елшеуi болып табылады.
Электрондар тасымалдауыныц белгiлi бiр кезецдерiн тежейтш косылыстарга (олардыц O2 тутыну эсерлерше байланысты) мыналар жатады: ротенон, пиерицидин, амитал (барбитурат), дифенилен иодоний, теноилтрифторацетон, малонат, оксалоацетат, антимицин А, цианид, азид жэне т.б. [27]. Электрон тасымалдау п зб е п н щ кейбiр ингибиторлардыц курылымдары 6-суретте келтiрiлген. Сондай-ак осы агенттермен тежелу сайттары 7-суретте керсетшген. Кешендi I белсен- дiлiгi ротенонмен [7, 26-28], пиерицидинмен, амиталмен [13, 26, 29] жэне дифенилен иодониймен (DPI) [29] тежеледг Ротенон кешен I (НАДН-КоQ-редуктаза) электрон тасымалдауын катты тежей- тiн кец тараган инсектицидi болып табылады. Ротенон кейбiр еи м д ш тYрлерiнiц тамырларынан алынады. Бул сондай-ак амазондык Yндiстерiмен балык уы р е т в д е пайдаланылган [7, 26-28]. 65%
тежелу Yшiн 1г митохондриялык белокка, 33 нМ ротенон ж е т к ш к п [8]. Амитал барбитурат болып табылады жэне жогары концентрацияда НАДН-гидрогеназаны тежейдь Пиерицидин А - Strepto- myces туысыныц бактерияларымен синтезделетiн антибиотик. Бул убихинонныц курылымдык аналогы болып табылады, сондыктан электрондарды тасымалдау Yшiн олармен бэсекелеседi. 50%
тежелу 1г митохондриялык белокка 20 нМ концентрациясында кол жеткiзуге болады. Сондай-ак, кещнен белгiленетiн ауру басатын демерол да, НАДН-дегидрогеназы тежейдi. Бул косылыстардыц барлыгы НАДН-КоQ-редуктазаныц Q коферментшщ темендеуiн жэне Fe-S кластерлердiц тоты- гуын тежейдi [8, 12, 26]. Сондай-ак, DPI митохондриялык кешен I (НАДН-убихинон-оксидоре- дуктазаны) тежейтiнi жайлы жэне буныц нэтижесiнде тотыгу фосфорланудыц темендеуш е экеп согатыны жайлы жарияланган болатын [29]. M ajander жэне оныц э р ш т е с т ^ [30], эрi карай DPI кешен I темiр-кYкiрттi кластерлерiн ФМН кайтымсыз реакциясы аркылы темендеуiне кедергi кел- тiруi мYмкiн екендiгiн керсеттi. DPI тежелу нэтижешнде, митохондриалык ОБТ ендiрiсi тежей- летiнi керсетiлген [31].
Кешен II электрондардыц тасымалдануы теноилтрифторацетонмен, малонатпен, оксалоаце- татпен [28], сонымен бiрге 3-нитропропиондык кышкылмен [32, 33] жэне карбоксинмен [34, 35]
тежеледг Малонат сукцинатдегидрогеназа ферментшщ бэсекелестiк ингибиторы болып табылады:
малонат ферментiнiц белсендi сайтымен эсер типзбей байланысады, жэне сондыктан сукцинатпен, ягни ферменттщ кэдiмгi субстратымен бэсекелеседi. М алонат сукцинатдегидрогеназаныц бэсеке- лестiк ингибиторы болып табылатындыгы жайлы бакылаулар, осы ферментшщ белсендi сайтыныц курылымын шыгару уш ш колданылган [36]. 3-нитропропион кышкылы, митохондриалык тыныс алуыныц кешен II ингибиторы болып табылады жэне ферменттщ белсендi орталыгында аргинин- нiц каталитикалык негiзiмен коваленттi аддукт тYзедi [32].
Кешен III антимицинмен, нафтохинонмен, миксотиазолмен, стигматтелинмен жэне гипоглике- миялык агенттермен тежеледi [11, 26, 28, 37, 38]. Антимицин A (AMA) Streptomyces Kitazawensis ендiрiлетiн химиялык косылыс (антибиотик) болып табылады [39]. АМ А цитохром b жэне с арасындагы митохондриялык электрондар тасымалдауын токтататын электрон тасымалдау то б е- гiндегi убихинолдыц тотыгуын тежеу Yшiн, митохондриялык кешен III цитохром с редуктазаныц Qi сайтымен байланысатыны белгiлi [11, 40-42]. Электрон тасымалдануыныц тежелуi iшкi мито
хондриялык мембрана аркылы протондык градиенттщ ыдырауын тудырады, ал бул митохонд
риялык мембраналык потенциалын (A ¥m ) жогалуына экеледi [40, 42, 43]. Кешен III тежелу салдарына ОБТ ендiрiлуiнiц арттырылуы [11, 37, 43, 44] мен клеткалык АТФ децгеш нщ темендеуi жатады [40-42]. Тежелу темен концентрацияларда, ягни 1 моль ингибитордыц 1 моль фермешгмен байланысу кезiнде жYредi [28].
Кешен IV цианидпен, азидпен жэне кемiртек тотыгымен (CO) тежеледi, эрi барлык Yш жаг- дайларда да, ингибиторлар цитохром а3 езара байланысады. Цианид (С№~ иондары) жэне азид - а3 феррицитохромыныц F e ^ -мен координациялык (YЙлестiрулiк) кешенiн калыптастырады жэне ЦХО Fe2+ дейiн тотыксыздануын тежейдi. Кемiртегi тотыгы (СО) - ЦХО тежейд^ ягни геммен (Fe2 ) байланысу аркылы оныц оттепмен езара байланысуын токтатады. Осы сайтта цианид пен азидтщ тежеуiшi эсерi ете кYштi болып табылады, ал кемiртегi тотыгыныц н е п зп улылыгы оныц гемоглобиндегi темiрге уксастыгынан туындайды. Бул цианид пен кемiртегi тотыгыныц улы эсер- лерi арасындагы мацызды айырмашылык болып табылады. Жануарлар (адамдарды коса алганда)
131
