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.
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.
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.
560
электроны переносятся от цитохрома с к кислороду.
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.
.
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.
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.
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.
-белков, в митохондриях содержится еще приблизительно 1.7 моль Fe на 1 мг митохондриального белка.
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 +.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
2+ окислительные повреждения в белках внутренне митохондриальной мембраны вызывают явление неспецифической проницаемости внутренне митохондриальной мембраны вследствие открытия пор .
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.