Перекисне окислення ліпідів в мітохондріях

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Перекисне окислення ліпідів в мітохондріях

Незважаючи на доведену універсальність механізму ПОЛ у біологічних мембранах, виявлені деякі відмінності цього процесу в різних клітинних органелах.

На думку Ю.А. Владімірова та А.І. Арчакова, вони обумовлені в основному особливостями структурно-функціональної організації мембран цих органел.

Мітохондрії є «енергетичними станціями», що забезпечують клітини енергією, необхідної для їх функціонування. Це обов'язкові органели еукаріотичних клітин. Вони утворені двома мембранами, розділеними міжмембранні простором.

У матриксі мітохондрій містяться ДНК, рибосоми, ферменти циклу Кребса, окислення, а також ферменти, що забезпечують синтез білків і реплікацію генетичного матеріалу мітохондрій.

У цих органелах здійснюється окисне фосфорилювання, внаслідок чого в ході окислення субстратів утворюється АТР. Зовнішня мембрана відокремлює внутрішню частину мітохондрій від цитоплазми.

Вона гладка, не має складок і перегинів, містить ферменти та білки, що утворюють неспецифічні пори, здатні пропускати речовини з молекулярною масою не більше 10 кДа.

Внутрішня мембрана має велике число складок - крист. +, Mg 2 +, анионов Cl », Br », NO 3 », сахаров и большей части аминокислот, а также для НАД + , НАДФ + , НАДН, НАДФН, для нуклеотид-5'-моно-, ди- и трифосфатов, коэнзима А и его эфиров. Вона проникна тільки для води і невеликих нейтральних молекул, але непроникна для катіонів К +, Na +, Mg 2 +, аніонів Cl », Br», NO 3 », цукрів і більшої частини амінокислот, а також для НАД +, НАДФ +, НАДН, НАДФН, для нуклеотид-5'-моно-, ді-і трифосфату, коензиму А та його ефірів.

У внутрішній мембрані мітохондрій локалізовані дихальні ланцюги і АТФ-синтетаза. Цей ферментний комплекс функціонує як окисно-відновна протонна помпа.

Дихальна ланцюг мітохондрій рослин і тварин має подібну організацію, основні відмінності стосуються ціанід - резистентного шляху переносу електронів і будови НАДН-дегідрогеназного сегмента дихального ланцюга.

Рослинні мітохондрії здатні окислювати як ендогенні, так і екзогенних НАДН. Всі переносники електронів в мітохондріях згруповані в чотири комплекси.

Комплекс I здійснює перенесення електронів від НАДН до убіхінон. Він містить ротенончувствітельную НАДН-убіхінон-оксидоредуктаз. До його складу входять ФМН і железосерние центри.

Згідно з сучасними даними на поверхні внутрішньо мембрани локалізована ротеноном-нечутлива НАДН-дігідрогеназа. Завдяки діяльності цієї «зовнішньої» НАДН-дегідрогенази рослинні мітохондрії здатні безпосередньо окисляти цитозольні НАД.

осуществляет транспорт электронов от сукцината к убихинону. Комплекс II здійснює транспорт електронів від сукцинату до убіхінон. До його складу входять ФАД і три железосерних центру.

Перенесення електронів на даному етапі інгібується малонатом і оксалоацетата; активується сукцинатом, АТФ, АДФ, НАДH та ін агентами.

Є відомості, що гальмування активності сукцинатдегідрогенази оксалоацетата, що з'являється після 2-6-ти годинного охолодження, виступає в якості одного з механізмів, що дозволяють рослинам адаптуватися до дії низьких температур.

переносит электроны от восстановленного убихинона к цитохрому с. Его структурная организация в митохондриях растений изучена пока слабо. Комплекс III переносить електрони від відбудованого убихинона до цитохрому с. Його структурна організація в мітохондріях рослин вивчена поки слабо.

560 Відомо, що до його складу входять цитохроми b 560 566 , цитохром с 1 і b 566, цитохром з 1 і железосерний білок Ризик. Цей комплекс чутливий до антіміціну А.

электроны переносятся от цитохрома с к кислороду. У термінальному комплексі IV електрони переносяться від цитохрому с до кисню. Він містить два цитохрому - а і а 3, а також два атоми міді. Цитохром з-оксидаза блокується ціанідом, азидом.

Відомо, що в рослин і грибів, на відміну від тварин, є альтернативні шлях перенесення електронів, який називається ціанід-резистентним диханням. Воно обумовлене активністю ціанід-резистентною оксидази. Передбачається, що місцем відгалуження альтернативно оксидази від основної дихального ланцюга є убіхінон, і до її складу входить медьсодержащих флавопротеїдів. Перенесення електронів з цього шляху не супроводжується фосфорилюванням.

Згідно з однією з гіпотез про механізм перенесення протонів в дихальному ланцюзі викид протонів з матриксу відбувається в результаті транспорту електронів між переносниками Н-атомів і чисто електронними переносниками. До атомним переносникам відносять ФМН, убіхінон, цитохром с - оксидазу.

За теорією Мітчелла електрохімічні трансмембранни потенціал іонів водню є джерелом енергії для синтезу АТФ за рахунок зворотного струму протонів через канал мембранно АТФ-синтетази.

Таким чином, більша частина кисню в мітохондріях відновлюється цитохромоксидази в мітохондріальної електронно-транспортній системі з утворенням води. Мітохондрії рослин мають додатковий сайт відновлення кисню на альтернативно оксидазі, що відрізняється від цитохром оксидази її резистентністю до ціаніди. Вважалося, що жоден з цих сайтів не утворює значну кількість супероксиду.

Дійсно, у нормально функціонуючих мітохондріях звільнення АФК під час відновлення кисню цитохром с оксидазой не відбувається у зв'язку з його високою спорідненістю з цитохромом с. Зважаючи на це освіта супероксиду шляхом моноелектронного відновлення кисню на рівні цитохром с оксидази неістотно. Проте останнім часом отримано значну кількість даних, що свідчать про те, що мітохондрії постійно генерують супероксид і перекис водню.

. Генерація цієї активної форми кисню відбувається за участю НАДН-дегідрогенази, флавопротеїни і частково убихинона і цитохрому b. У нормально функціонуючої дихальної ланцюга електрони переносяться від НАДН до окислення формі убихинона, при цьому виходять відновлені форми убихинона. Ця форма потім передає електрони на цитохром с оксидазу і перетворюється назад у окислену форму, проходячи через форму вільного радикала - аніону семіхінона.

Цей процес спочатку відбувається на цитоплазматичній поверхні внутрішньо мітохондріальної мембрани, а потім повторюється на матриксних поверхні мембрани. Антіміцін А, який блокує електронний потік після убихинона, посилює відновлення кисню. » на матриксной поверхности мембраны, что вызывает аккумуляцию UQ » на ее цитоплазматической поверхности. При цьому антіміцін А блокує утворення UQ »на матриксних поверхні мембрани, що викликає акумуляцію UQ» на її цитоплазматичної поверхні. . Ймовірно, інші умови, які збільшують відновлення убихинона, також сприяють відновленню кисню в районі ланцюга убіхінон - цитохром b.

Є дані, що освіта мітохондріями АФК у присутності ротеноном, який переводить НАДН-дегідрогеназу в постійно відновлене стан, значно стимулюється при додаванні сукцинату, відновлюючого убіхінон.

- S белки и НАДН – дегидрогеназа также вовлечены как возможные са ты образования супероксида и перекиси водорода. Різні Fe - S білки і НАДН - дегідрогеназа також залучені як можливі са ти освіти супероксиду і перекису водню. У мітохондріях, що володіють високою інтенсивністю ціанід-резистентного дихання, ефективність освіти О 2 ~ може досягати значних величин.

Таким чином, в мітохондріях є все необхідне для протікання процесів ПОЛ: джерела активного кисню, субстрати перекисного окислення - ненасичені жирні кислоти мітохондріальних мембран. У мітохондріях присутній залізо в геміновой і негеміновой формі.

Отже, в умовах, коли генерація супероксиду мітохондріями зростає, або коли ослаблені антиоксидантні системи, в органелах може накопичуватися Н 2 О 2, і це призведе до виникнення окисного стресу.

2 +, образуя высокоактивный радикал гидроксида путем реакции Фентона. У даній ситуації Н 2 О 2 може реагувати з мітохондріальних Fe 2 +, утворюючи високоактивний радикал гідроксиду шляхом реакції Фентона.

-белков, в митохондриях содержится еще приблизительно 1.7 моль Fe на 1 мг митохондриального белка. При фізіологічних умовах, крім гемінового заліза і заліза у формі FeS-білків, в мітохондріях міститься ще приблизно 1.7 моль Fe на 1 мг мітохондріального білка. Це залізо хелатований такими речовинами, як АТФ, АДФ, ГТФ та цитрат.

Ці низькомолекулярні комплекси заліза здатні ініціювати процес ПОЛ у мітохондріальній мембрані і, як передбачається, беруть участь в механізмах пошкодження клітини під час різних стресових і хворобливих станів.

Останнім часом вивчення цих низькомолекулярних комплексів заліза, особливо Fe-цитрату і Fe-АТФ привертають значну увагу дослідника, оскільки встановлено їх присутність в матриксі в різних фізіологічних, стресових і хворобливих станах. 2 +. Встановлено, що механізм, за допомогою якого відбувається індукція ПОЛ цими низькомолекулярними комплексами заліза, вимагає наявності мікромолярних концентрацій Ca 2 +.

У той же час є дані, що свідчать про те, що генерація АФК в даному випадку не залежить від функціонування дихального ланцюга мітохондрій.

Процеси ПОЛ в мітохондріях, індуковані низькомолекулярними комплексами заліза, викликають зміни в спектрах мембранних білків, зокрема, зникнення білків з мовляв. масами 65 і 116 кДа і освіта ряду додаткових смуг, мабуть, через утворення шіффових підстав між продуктами ПОЛ і амінними групами білків.

Вільнорадикальні продукти ПОЛ і карбонільні з'єднання, наприклад, малоновий діальдегід, володіють сильним ушкоджує, на мітохондріальний геном. З ефектом саме цих сполук пов'язують порушення структури та експресії мітохондріального геному рослин в умовах in . vivo.

Продукти ПОЛ здатні викликати збільшення неспецифічної протонної провідності внутрішньо мембрани мітохондрій. Їх відносять до ефективних природним роз'єднувача. Активація процесів ПОЛ в мітохондріях може викликати порушення окисного фосфорилювання, оскільки ефект процесу синтезу АТФ залежить від структурної цілісності внутрішньої мембрани.

Тривалий перебіг ПОЛ при стимуляції залізом в мітохондріях призводить до утворення так званих «мітохондріальних тіней». Такі частинки не мають дихального контролю і не здатні до окислювальному фосфорилюванню.

Пошкоджені мітохондрії втрачають бар'єрну функцію і здатність накопичувати іони кальцію. 2+ активируют многие внутриклеточные процессы, например, повышают активность мембранных фосфолипаз. Іони Ca 2 + активують багато внутрішньоклітинні процеси, наприклад, підвищують активність мембранних фосфоліпаз. Це призводить до накопичення вільних жирних кислот і лізофосфатідов, порушують структурну організацію ліпідних і білкових комплексів в мембранах, що в свою чергу збільшує інтенсивність ПОЛ. У результаті нестачі енергії може наступити загибель клітини.

У мітохондріях вищих рослин, так само, як і в мітохондріях тварин, виділяють три системи ПОЛ: неферментативне реакції, що активуються аскорбат, ферментативні НАД і НАДФ-залежні реакції.

3+ 20 мкМ. Максимальна швидкість накопичення МДА в рослинних мітохондріях спостерігалася при концентрації іонів заліза Fe 3 + 20 мкМ. 3+ усиливается при добавлении их к суспензии митохондрий в комплексе с аденозиндифосфатом. В експериментах з ізольованими мітохондріями проростків кукурудзи було показано, що прооксидантно дію Fe 3 + посилюється при додаванні їх до суспензії мітохондрій в комплексі з аденозиндифосфату.

При вивченні залежності швидкості перекисного окислення від концентрацій аскорбату, НАД НАДФH встановлено, що при однакових концентраціях відновник швидкість реакцій піридиннуклеотидів-залежного ПОЛ у 3-4 рази перевищувала таку для аскорбат-залежного процесу. Системи ПОЛ мітохондрій рослин відрізняються також відношенням до інгібіторів.

Неферментативне система ПОЛ проявляє високу чутливість до ЕДТА і іонолу. НАДБ-залежне ПОЛ чутливо до ціанідів; іонол в це системі викликав значне інгібування процесу при більш низьких концентраціях, ніж у дослідах з ферментативною системою.

-22, и собственно митохондриальное дыхание. У зв'язку з тим, що в мітохондріях у фізіологічних умовах постійно відбувається генерація супероксиду, мітохондрії володіють ефективно власне антиоксидантною системою, що має в своєму складі супероксид дисмутазу, глутатіон пероксидазу, глутатіон редуктази, глутатіон, НАДH-трансгідрогеназу, НАД, тіол пероксидази, такі як SP -22, і власне мітохондріальне дихання.

Рівень генерації мітохондріями супероксиду змінюється в залежності від багатьох фізіологічних або стресових умов. Як зазначалося вище, освіта АФК посилюється при відновленні убихинона у присутності антіміціна А. Швидка зміна редокс-стану убихинона також стимулює утворення АФК мітохондріями. Хоча роз'єднання окислення і фосфорилювання в мітохондріях зазвичай зменшує утворення ними АФК, при деяких специфічних умовах воно може зростати.

2 + унипортер и блокированы потоки кальция. Наприклад, протонофори посилюють генерацію АФК при інгібуванні дихальної ланцюга антіміціном А чи в тому випадку, коли в мітохондріях заінгібірован Ca 2 + уніпортер і блоковані потоки кальцію. млекопитающих, PUMP растений и альтернативная оксидаза растений способны при своем функционировании уменьшать образование АФК митохондриями. З іншого боку, протонофори і такі роз'єднувальний білки як UCP ссавців, PUMP рослин і альтернативна оксидаза рослин здатні при своєму функціонуванні зменшувати утворення АФК мітохондріями.

Цей факт може бути пояснений тим, що роз'єднання окислення і фосфорилювання посилює мітохондріальне дихання, зменшує час життя радикала семіхінона і, отже, ймовірність утворення супероксиду за рахунок передачі електрона від радикала семіхінона на кисень.

Оскільки внутрішня мембрана мітохондрій містить велику кількість білків, то вважається, що вони є одна з первинних мішеней АФК у мітохондріях.

2 + индуцированного митохондриального окислительного стресса. Дійсно, тіолові групи мембранних білків піддаються сильному окислення в умовах Ca 2 + індукованого мітохондріального окисного стресу.

2+ окислительные повреждения в белках внутренне митохондриальной мембраны вызывают явление неспецифической проницаемости внутренне митохондриальной мембраны вследствие открытия пор . У присутності іонів Ca 2 + окисні пошкодження в білках внутрішньо мітохондріальної мембрани викликають явище неспецифічної проникності внутрішньо мітохондріальної мембрани внаслідок відкриття пір. Це явище характеризується прогресуючим збільшенням проникності внутрішньо мітохондріальної мембрани, яка послідовно стає проникності для протонів, іонів, осмотіков і навіть невеликих білків. может быть прямо причиной апоптоза, представлено P . Petit с соавторами. Переконливий доказ того, що MPT може бути прямо причиною апоптозу, представлено P. Petit зі співавторами. Вони показали, що індукція МРТ призводить до вивільнення з міжмембранну простору знаходиться там білка, «чинника індукції апоптозу». Цей білок викликає при додаванні апоптичні зміни в ізольованих ядрах і також, у свою чергу, здатний викликати МРТ. апоптозис может быть одним из механизмов защиты клетки от выработки избыточных количеств АФК. Таким чином, індукований MPT апоптозіс може бути одним з механізмів захисту клітини від виробітку надлишкових кількостей АФК.

Таким чином, на підставі наявних до теперішнього часу даних можна вважати, що, перш за все, мітохондрії рослин під час низькотемпературного стресу є одним з основних джерел АФК, що викликають окисні пошкодження мембранних ліпідів, білків і нуклеїнових кислот.

При цьому під час низькотемпературного стресу генеруються мітохондріями АФК можуть брати участь у апоптозу. У той же час в мітохондріях є потужні антиокислювальні системи, що дозволяють рослинній клітині регулювати освіта АФК і, внаслідок цього, контроліроліровать інтенсивність процесів ПОЛ. Одне з цих систем є недавно відкриті в рослинах мітохондріальні роз'єднувальний білки.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
48.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Вікові особливості вільнорадикального окислення білків і ліпідів у
Вікові особливості вільнорадикального окислення білків і ліпідів у мозку щурів з гіпотиреозом і вплив
Аеробне окислення вуглеводів Біологічне окислення і відновлення
Термічне окислення кремнію
Окислення парафінових вуглеводнів
Обмін ліпідів
Обмін ліпідів
Перетравлювання і всмоктування ліпідів
Порушення метаболізму ліпідів
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru