Toshkent farmatsevtika instituti
Download 4.3 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- GTF (GDF F) ADF → GDF ADF F (ATF)
- Mitoxondriya nafas olishida proton potentsialining hosil bo`lish mexanizmi
- 6.14. Biologik oksidlanish reaktsiyalarida kislorodning iste`mol qilinish yo`llari
- H 2 O 2 2 2 s uvda
|
ADF 3- + PO³ - 4 + 2H + ↔ ATF 4- Sintezlangan ATF matriksga o`tadi. Tashqariga ATF ning o`tkazilishi mitoxondriya membranasining maxsus tashuvchi oqsillari orqali amalga oshadi hamda ATF fosforlanish uchun zarur bo`lgan tashqi ADF ga almashinadi. H +
energiyasi hisobiga ichki muhitdan tashqariga protonlarni itarib, xuddi H + - ATF aza (protonli adenozintrifosfataza) kabi ish bajaradi. Proton potentsialining ATF azali generatori potentsial qiymati ATF gidrolizida ajralgan energiya qiymati bilan tenglashganga qadar ishlaydi. Proton potentsiali generatori vazifasini nafas olish bajargan tabiiy sharoitlarda elektr maydoniga qarshi proton potentsiali energiyasidan foydalanib ATF ni parchalashi ATF sinteziga nisbatan qiyinroq bo`ladi, nafas olishli fosforlanish kuzatiladi. Nafas olishning tormozlanishi ATF- sintetazani ATF energiyasini ichki qismdan tashqariga itarilishiga majbur qiladi. Mitoxondriyaning ichki membranasi, o`simliklar xloroplastlarining tilakoidlar membranasi, fotosintezlovchi bakteriyalarning xromatofori hamda aerob
240
bakteriyalarning hujayra membranasi kabi barcha ma`lum bo`lgan energiyaning biologik transformatorlari proton sikli bo`yicha ishlaydi. Mitoxondriyada nafas
olish har
doim ham
fosforlanish bilan
tutashavermaydi. Nafas
olishda substratlarning bu kabi
oksidlanishi fosforlanmaydigan yoki erkin oksidlanish deb aytiladi. Fosforlanmaydigan oksidlanishda nafas olish fosforlanishdan ajralib, nafas olish zanjiri bamisoli samarasiz ishlaydi, chunki oksidlanayotgan moddalarning barcha energiyasi hujayra funktsiyalari uchun sarflanmasdan, issiqlik sifatida tarqaladi. Fosforlanmaydigan oksidlanish boradigan mitoxondriyalar issiqlik ishlab chiqaruvchi o`ziga xos hujayra ―pechkalari‖ aylanadi. Bunday holat organizm to`qimalarida ATF ga nisbatan issiqlikka ehtiyoj ko`proq zarur bo`lgan vaziyatlarda kuzatiladi. Masalan, issiq qonli organizmlar tana haroratini sovuq havoda saqlashda. Mushak mitoxondriyalari uchun issiqlik ajratish – asosiy vazifa emas. Organizmda maxsus – qo`ng`ir yog` to`qima mavjud bo`lib, uning mitoxondriyalari issiqlik ajralib chiqarishga moslashgan. Bunday to`qima chaqaloqlarda ko`p miqdorda uchrab, yoshi kattalashgan sari uning miqdori kamaya boradi. Qo`ng`ir yog` ayniqsa sovuq-muhit haroratiga sezgir bo`lgan, qishda uxlovchi hayvonlarda ko`p. Yog` uchun xos bo`lmagan qo`ng`ir rangning bo`lishi uning tarkibida katta miqdorda mitoxondriya borligi bilan tushuntiriladi. Qo`ng`ir mitoxondriyalarda nafas olish fermentlari fosforlanishga nisbatan deyarli 10 baravar ko`pligi, ularni ATF ishlab chiqarishga kamroq moslashganligi bilan farqlanadi. Mushak mitoxondriyalari to`qimalardagi erkin yog` kislotalarini proton potentsiali energiyasini issiqlikka o`tishiga yordam beradi. Biologik oksidlanish zanjirida substratlar oksidlanganda taxminan 50% energiya energiyaga boy makroergik birikmalarda to`planadi. Asosiy makroergik modda ATF. Shu nuqtai nazardan umumiy Krebs siklining energetik qiymati 12 molekula ATF ga teng bo`lib, ulardan 11 tasi oksidlanishli fosforlanish yo`li bilan, 241
1 tasi esa substratli fosforlanish ( Krеbs siklining 5-chi rеaktsiyasida suktsinil-KоA ning suktsinatga o`tishida GTF dan ATF hоsil bo`lishi)dan hosil bo`ladi Hisoblashlar atsetil-KoA ning karbonat angidrid va suvgacha parchalanishida 12 molekula ATF hosil bo`lishini ko`rsatadi:
3 NAD∙H 2
→ 9 ATF Oksidlanishli fosforlangan
1 molekula Atsetil-KoA 1 FAD∙H 2
→ 2 ATF ning energetik qiymati
fosforlanishidan Jami: 12 molekula ATF
1 molekula oksidlanadigan substratdan ATF ning hosil bo`lishi Substrat Substratning oksidlanish mahsulotlari Fosforlanish koeffitsienti (P/O)
1molekula oksidlangan substratdan hosil bo`ladigan ATF molekulalari soni Malat NAD∙H + H + 3 3 Suktsinat FAD∙H 2
2 2 Izotsitrat NAD∙H + H + 3 3 2-oksoglutarat NAD∙H + H + Suktsinil-KoA 3 1 = 4 3 1 = 4 6.12. Substratli fosforlanish
ADF dan ATF ning sintez bo`lishining yana bir yo`li hisoblanadi. Substratli fosforlanishda ATF kam miqdorda sintezlanadi. Mitoxondriyaga bog`liq bo`lmagan substratli fosforlanishning energetik qiymati kam bolsada, gipoksiya holatida ahamiyati katta. Substratli fosforlanish sitoplazmada amalga oshuvchi jarayon bo`lib, (jarayon mitoxondriyaga bog`liq bo`lmaydi) energiya faol noorganik fosfat qoldig`i bilan ADF dan ATF hosil bo`lishi uchun tashiladi. 242
Masalan, substrat guanidinuchfosfat kislotaning parchalanishi natijasida, makroergik bog`ni fosfat kislota qoldig`i bilan ADF ga ko`chishidan ATF sintezlanadi. GTF (GDF ~ F) ADF
Makroergik birikmalarning vakillari – ATF dan tashqari timidil-, sitidil-, adenil-, guanil- nukleoziduchfosfatlar hisoblanadilar. Substratli fosforlanish jarayonida yuqori energetik birikmalar sifatida kreatinfosfat, 1,3 – difosfoglitserin kislotasi, 2- fosfoenolpirouzum kislota birikmalari ishlatiladi.
243
6.13. Mitoxondriyada nafas olish va fosforlanish tutashuvining mexanizmi Oksidlanish va fosforlanish tutashuvi mexanizmini tushuntirishga harakat qilgan ko`plab farazlar orasida kimyoviy, mexano-kimyoviy va xemiosmotik farazlar alohida ahamiyatga ega. Kimyoviy faraz nafas olish zanjirida oksidlanish reaktsiyalarini borishida hosil bo`ladigan ATF substratli fosforlanishga o`xshash (achish va Krebs siklida), deb tushuntiriladi. Bu farazga asosan elektronlar tashilish energiyasi dastlab fosforillanmagan energiyaga boy X~Y turidagi intermediat ko`rinishida to`planadi. Keyin esa intermediat X~PO 3 H 2 fosforollanib fosfat guruhning ADF ga o`tishidan ATF sintezi amalga oshadi. Bu faraz energiyaga boy intermediatlar ishtirokini tushuntirib bera olmadi. OH ∕ X ─ O ~ P ═O
\ OH Mexano kimyoviy faraz yoki konformatsion faraz tutashuv mexanizmini mushak ishlashiga o`xshash ―qisqarish-bo`shashish‖ siklidan iborat oksidlanishli fosforlanish deb tushuntiradi. Keltirilgan farazlar hozirgi kunda faqat tarixiy ahamiyatga ega. Nafas olish va fosforlanish tutashuvining yangi mexanizmi ingliz bioximigi Mitchel tomonidan ishlab chiqilgan bo`lib, xemiosmotik faraz nomini olgan.
Piter Mitchel
tomonidan taklif
etilgan bu
farazga binoan
mitoxondriyalarning ichki
membranasida elektronlarni tashish vazifasi mitoxondriya matriksidan H + ionlarini tashqi muhitga ko`chirish va shu yo`l bilan membranani ajratib turadigan ikki suv fazasida H + ionlari kontsentratsiyasi gradiyentini yaratishdir. H + ionlari kontsentratsiyasi mitoxondriyalar ichidagidan baland bo`lgan bunday gradiyent potentsial energiyaga ega. Xemiosmotik nazariyaga asosan elektronlarni tashish energiyasi hisobiga tashqariga chiqarilgan H +
yoki ―g`ovaklar‖ orqali ichkariga kirishga intiladilar. Mana shunday holda ular 244
kontsentratsiyasi gradiyenti bo`yicha siljiydilar va ATF aza molekulalari orqali o`tishida erkin energiya ajratadi. Xuddi mana shu energiya ADF va anorganik fosfatdan hosil bo`ladigan ATF sintezi uchun harakat kuchi bo`ladi. Protonlar potentsiali yoki H + ionlarining elektrokimyoviy gradiyenti ∆μ H +
(delta myu H + ) bilan belgilanadi va ikki komponentdan iborat: osmotik – H + ionlarining kontsentratsiyasining farqi va elektrik – elektr potentsiallarining farqi. Vodorod ionlarining farqi pH birliklarida o`lchanadi va ∆pH deb belgilanadi. Elektr potentsiallarining farqi esa ∆φ (delta psi) bilan belgilanadi. Bundan quyidagi holat kelib chiqadi: ∆μ H+ = ∆φ + ∆pH Bir molekula ATF ning ADF va fosfatdan sintezi tashqi muhitdan mitoxondriya ichiga ikkita protonning kirishi bilan kuzatiladi. H + ionlarining farqi tenglashadi va membrananing zaryadsizlanishi, ya`ni elektr potentsialining yo`qolishi amalga oshadi. Demak, xemiosmotik faraz hech qanday yuksak energiyali kimyoviy omilga muhtoj emas. Ammo bu mexanizmni amalga oshishi uchun membrana butun, ya`ni mitoxondriyada u batamom yopiq bo`lishi kerak. O`z-o`zidan ma`lumki, membrana butun bo`lmasa, uning har ikki tomoni orasida H + ionlari kontsentratsiya gradiyenti paydo bo`lishi mumkin emas. Shuningdek, turli ajratuvchi agentlar ishtirokida ―H + ionlari oqib chiqib ketsa‖, gradiyent pasayadi, energetik ulanish bo`shashadi. Lekin xemiosmotik faraz ham oksidlanuvchi fosforlanish mexanizmining hamma masalalarini oxirigacha hal qilib bergani yo`q. Masalan, elektronlar tashish zanjiri qanday qilib H + ionlarini matriksdan tashqariga itarib chiqaradi, degan savolga hali javob topilgani yo`q. Mitoxondriya nafas olishida proton potentsialining hosil bo`lish mexanizmi: Proton va elektronlarning NAD∙H 2 (yoki FAD∙H 2
) dan kislorodga tomon tashilishi xemiosmotik kontseptsiyaga asosan proton potentsiali hosil bo`lishi bilan boradi. Hisoblashlarning ko`rsatishicha, 0,25 V da mitoxondriyaning nafas olish zanjiri proton potentsialini hosil qiladi. Bu esa ATF sintezi uchun tashqi muhitdan mitoxondriya ichiga ikkita proton o`tkazilishi talab etilgan sharoitda bir molekula ATF hosil bo`lishi uchun yetarlidir. Bundan kelib chiqadiki,
245
nafas olishda NAD∙H 2
dan kislorodga har bir juft elektronning tashilishi uchun mitoxondriya membranasining tashqi tomoniga kamida 3 juft protonni, FAD∙H 2
6.13.1–rasm. Proton potentsialining hosil bo`lish sxemasi (barcha membranalardagi kesishuvlar keltirilgan) 1 – matriks, 2 – mitoxondriyaning ichki membranasi, 3 – membranalar oralig`i, 4 – tashqi membrana, 5 – H + -ATF – sintetaza, 6 – ADF–ATF – translokaza, 7 – H + ionining aylanma yo`li bo`g`inida 2 tadan protonni o`zi bilan olib chiqib ketishi kerak. Proton potensialining hosil bo`lishi yuqoridagi 6.13.1–rasmda keltirilgan. Vodorodning proton va elektronlarga ajralishi ikki turdagi transport vositasining tashish ishini eslatadi. Bir turdagi transport bilan ikkala yuk ham (proton va elektronlar) olib boriladi, orqaga esa boshqa transport bilan yukning faqat bittasi (elektronlar) qaytib keladi. Natijada ikki tomonda turli xil yuklar (bir tomonda protonlar, ikkinchi tomonda elektronlar) to`planadi. Shuning uchun nafas olish zanjirida vodorod tashuvchilar faqat elektron tashuvchilar bilan navbatlashadi. Nafas olish zanjirining 3 ta joyida vodorod membrananing ichki 246
tomoni bilan tashqi tomonini tutashtiradi va har gal bir juftdan proton qoladi hamda bir juft elektron ichki tomonga qaytib ketadi. Birinchi kesishuv NAD∙H 2
dan KoQ gacha bo`lgan qismda kuzatiladi. Membrananing ichki yuzasida NAD∙H 2 ni flavinga bog`liq degidrogenazalar (FP 1 ) ishtirokida oksidlanishi FMN∙H 2 ning hosil bo`lishi va vodorodning membranani tashqi tomoniga o`tkazilishiga olib keladi. Bu yerda birinchi juft protonlar ajralib chiqadi, FMN∙H 2 dagi ikkita elektron esa membranani teskari yo`nalishda (ichki tomonga qarab) kesib o`tadi. Bu ikkita elektron FeS li oqsil-1 (FeS-PR 1 ) va sitoxromlar orqali KoQ ga tashiladi. KoQ ning qaytarilishi matriksdan 2 ta protonni bog`lab KoQ∙H 2 hosil qilishi bilan boradi. Ikkinchi kesishuv KoQ∙H 2
dan c 1 sitoxromgacha bo`lgan qismda ro`y beradi. Vodorodning tashqi membranaga transport qilinishi va bu joyda KoQ∙H 2
ning oksidlanishi qanday borishi noma`lum bo`lgan Q-siklda amalga oshadi. KoQ∙H
2
tarkibidagi vodorodning ichki membranadan tashqi membranaga maxsus Q-oqsillar yordamida o`tkaziladi. Tashqi membrana yuzasida KoQ∙H 2
ning oksidlanishi muhitga 2–juft protonlarning o`tishi va 2 ta elektronning b 566
2 ) orqali boshqa KoQ molekulasiga qaytadi. Bu KoQ esa qaytarilish jarayonida matriksdan yana 2 ta protonni biriktirib oladi.
2 vodorodni tashqi tomonga oksidlanish uchun o`tkazib, 3-juft protonni ajratgan vaqtda boshlanadi. KoQ∙H 2 ning 2 ta elektroni c 2
va с sitoxromlari orqali tashqi tomondan membranada ko`ndalang joylashgan a va a 3 sitoxromlari (sitoxromoksidazalarga) uzatadi. Sitoxromoksidaza – nafas olish zanjiridagi kislorodni bog`laydigan yagona tashuvchi. Matriks tomondagi a 3 sitoxromda kislorodning quyidagi tenglama bo`yicha qaytarilishi amalga oshadi: 2eˉ + ´O 2 + 2H + → H
2 O yoki 4eˉ + O 2 +
4H + → 2 H 2 O. Gidroksil ionlari va suv molekulalari hosil qilish uchun H + ionlari mitoxondriya matriksidan olinadi. Sitoxromoksidazalar faqatgina kislorodni qaytarmasdan, balki tashqi muhitga protonlarni ―itarib‖ chiqarish xususiyatiga ham ega. Yuzaga kelgan proton potentsiali fosforlanish jarayonida foydalaniladi. 247
6.14. Biologik oksidlanish reaktsiyalarida kislorodning iste`mol qilinish yo`llari Tirik organizm hujayralariga kiradigan kislorod faqatgina mitoxondriyaning nafas olish zanjirida substratlarning oksidlanishiga emas, balki boshqa biologik reaktsiyalar uchun ham sarflanadi. Kislorod sarflanishi bilan boradigan barcha turdagi reaktsiyalarni 4 ga ajratish mumkin. 1-tur – oksidazali deb aytiladi. Uni sxematik tarzda quyidagicha ifodalash mumkin: S ∙ H 2 + ´ O 2 → S + H
2 O. Bu turdagi reaktsiya mahsuloti oksidlangan substrat (S) va suvdan iborat. Reaktsiyalar mitoxondriyaning ichki membranasida joylashgan (nafas olish zanjiri) va kislorod ularda energiya hosil bo`lishi uchun sarflanadi. 2-tur reaktsiya – peroksidazali bo`lib, quyidagi S ∙ H 2 + O
2 → S + H 2 O
sxema bo`yicha boradi. Bunda oksidlangan substrat va vodorod peroksid reaktsiya mahsulotlari hisoblanadi. Ushbu turdagi reaktsiyalar hayvon va odam hujayralariga nisbatan o`simlik hujayralarida keng tarqalgan. 2-turdagi reaktsiyalar kislorod bir qator tabiiy birikmalar (aminokislotalar, poliaminlar, oksikislotalar, sulfitlar, purinlar, aldegidlar, biogen aminlar) ning oksidlanishida ishlatiladi. Moddalarning oksidlanishli parchalanishining o`ziga xos ―chiqiti‖ organizm hujayralari uchun zararli bo`lgan vodorod peroksidning hosil bo`lishidir. Ammo kislorodning bu turda iste`mol qilinishining boshqa biologik vazifasi ham bor. Fagotsitozni amalga oshiradigan leykotsitlar, gistiotsitlar va boshqa hujayralarda, ya`ni yot moddalarni va mikroorganizmalrni parchalovchilarda vodorod peroksidning bunday sintezi juda faol, hosil bo`ladigan peroksid esa og`riq hosil qiluvchi bakteriyalarni zararsizlantirish uchun ishlatiladi. 3-tur reaktsiya – oksigenazali. Bu reaktsiyalar monooksigenazali sxema bo`yicha boradi: A ∙ H 2 + S+O 2 → A +SO+H 2 O (bunda A ∙ H 2 – vodorod donori; S – oksidlovchi substrat) yoki dioksigenazali sxema bo`yicha: S + O 2 → SO 2
Monooksigenazali mexanizm oksidlanadigan substratga 1 atom kislorod-ning birikishi va 2-atomini suv molekulasiga birikishi bilan boradi. Dioksigenazali 248
turida esa molekulyar kislorodni ikkala atomini ham oksidlanuvchi moddalarga tadbiq etilishi bilan boradi. Monooksigenazalar hujayra shirasida erigan ferment holatida yoki jigar hujayralarining endoplazmatik retikulum membranalarida, buyrak usti bezi hujayralarining mitoxondriyalarida maxsus oksidlanish zanjiri ko`rinishida mavjud bo`ladi. Monooksigenazali zanjirlar o`t kislotalari, xolesterindan steroid gormonlar sintezi, shuningdek dori va zaharlarni zararsizlantirishda tabiiy organik moddalarning oksidlanishi uchun foydalaniladi. 4-tur reaktsiya – to`yinmagan yog` kislotalarning peroksidli oksidlanishi bo`lib, RH+O 2 →ROOH sxemasi bo`yicha boradi. Lipid, aldegid, keton va boshqalar to`yinmagan lipidlarning peroksidli oksidlanish mahsulotlari hisoblanadi. Bu reaktsiyalarda kislorodning sarflanishi mitoxondriya membrana- lari, endoplazmatik retikulum, lizosoma va boshqa to`yinmagan lipidlar (asosan fosfolipidlar) bo`lgan boshqa joylarda boradi. Bu turdagi reaktsiyalar biologik membrana lipidlarining yangilanishi va o`tkazuvchanligini boshqarishda muhim ahamiyatga ega. Hujayrada kislorod sarflanishining asosiy yo`llarini sxemasi quyidagi ko`rinishda bo`ladi: Mahsulotlari Vazifalari H 2 O 1 1 energetik
oksidlanishli parchalanishi
asosan lipofil moddalarning
oksidlanishli parchalanishi 4 4 struktura lipidlarining
Download 4.3 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|