Основные общие механизмы повреждения клетки
Нарушения энергетического обмена в клетке
Известно, что источником энергии в организме являются содержащиеся в пищевых продуктах углеводы, жиры и белки. В ходе сложных превращений, особенно в цикле Кребса, из глюкозы, жирных и аминокислот образуется большое количество энергии.
Часть энергии пищевых веществ используется для образования АТФ, гуа- нидинтрифосфата, креатинфосфата. Именно эти энергетические субстраты необходимы для осуществления таких биологических процессов в клетке, как сокращение и расслабление миофибрилл, синтез видоспецифических веществ, поддержание мембранного потенциала, секреция, всасывание, размножение и др.Это связано с тем, что для образования каждой макроэргической фосфатной связи, например, АТФ, требуется 12000 кал. Такое же количество выделяется в случае распада каждой макроэргической фосфатной связи АТФ. Энергия АТФ используется для осуществления вышеуказанных биологических процессов в клетке. АТФ находится в каждой клетке как в цито-, так и нуклеоплазме. В каждый данный момент АТФ используется для биологических процессов и, одновременно, в митохондриях ресинтезируется. Образование основной массы АТФ происходит в митохондриях в ходе сопряжения процессов окислительного фосфорилирования, при котором протоны передаются через специализированные каналы митохондрий, где, с одной стороны, активируют АТФ-синтетазу и способствуют образованию АТФ, а с другой, соединяясь с кислородом, на который передаются электроны с ферментов дыхательной цепи, образуют воду.
В ходе гликолитического окисления молекулы глюкозы образуется в чистом виде 2 мол. АТФ, в то время как в ходе полного ее окисления через цикл Кребса и дыхательную цепь в процессе фосфорилирования образуется 38 мол. АТФ, вода и углекислый газ.
Схематически образование АТФ и воды в митохондриях можно представить следующим образом. Энергетический субстрат (глюкоза, жирная и аминокислота) при поступлении в митохондрию, после образования ацетил-КоА, подвергается дегидрогенизации с отщеплением двух атомов водорода.
Один сразу же диссоциирует на ион водорода и электрон, другой соединяется с ферментом с образованием НАДН. Электроны по дыхательной цепи ферментов через флавины, цитохромы, в том числе цитохром а3, передаются на кислород. В ходе передачи электронов по дыхательной цепи ферментов выделяется большое количество энергии. Частично за счет этой энергии ион водорода активно переносится на наружную часть внутренней мембраны митохондрий, где создается избыток ионов водорода. Это, с одной стороны, обеспечивает отрицательный заряд внутренней мембраны митохондрий, а с другой, ион водорода поступает по специализированным каналам внутрь митохондрии, активируя одновременно находящуюся здесь АТФ-синтетазу. Следствием этого является образование АТФ. Причем при передаче двух электронов образуются три молекулы АТФ. Таким образом, в ходе окисления кислородом органического субстрата образуется большое количество АТФ. Поэтому этот процесс был назван окислительным фосфорилировали- ем.Таблица 2.1
Основные биологические процессы, требующие участия макроэргов
| Источники энергии | Основные макроэргические соединения | Основные биологические процессы, требующие участия макроэргов |
| Углеводы Жиры Белки | Аденозинтрифосфат Креатинфосфат Гуанинфосфат | Сокращение Расслабление Секреция Синтез Всасывание Образование потенциала покоя Размножение |
Следовательно, самым важным процессом в клетке, приводящим к образованию основной массы АТФ, является окислительное фосфорилирование. Нарушение его — самая частая причина дефицита энергии в клетке.
Для того чтобы энергия АТФ использовалась для биологических процессов, необходимо наличие фермента АТФ-азы, под влиянием которого происходит гидролиз АТФ, и химическая энергия макроэргиче- ской связи используется для сокращения мышц, образования потенциала покоя, процессов - синтеза, секреции (табл. 2.1). Около 60-70 % энергии пищевых веществ используется для образования макроэргов. И только 30-40 % не используется для образования макроэргов и теряется из организма в виде теплоты. Такая теплота была названа «первичной». Кроме того, в ходе распада АТФ также выделяется энергия, которая получила название «вторичной» теплоты. Теряемая в окружающую среду теплота играет важную роль в поддержании постоянства температуры тела, т.е. в терморегуляции организма. Например, при сгорании I грамма глюкозы образуется 686 000 кал, из которых 456 000 используется для образования АТФ. В то же время в ходе гликолиза только около 24 000 кал используется для образования 2 мол. АТФ. Остальная энергия глюкозы, в связи с тем, что она не превращается в цикле Кребса, теряется безвозвратно.
Еще по теме Основные общие механизмы повреждения клетки:
- Механизмы токсического повреждения систем энергообеспечения клетки
- Глава 8. Повреждение клетки
- Нелетальные повреждения генома клетки
- Общая этиология повреждения клетки
- Повреждение мембраны клетки
- 6. Повреждения грудной клетки.
- 2.1. Митохондрии как первичный объект повреждения ииндукции пероксидативного состояния в клетке
- Определение экспрессии Толл-подобных рецепторов (TLRs) на клетках крови, клетках кожи и клетках эпителия слизистой зева.
- Повреждение периферических нервов при инвазии нервных структур опухолевыми клетками
- Свойства селена, механизм транспорта и биохимических превращений в клетке
- Молекулярные механизмы лучевого повреждения биосистем
- механизмы повреждения печени вирусной природы.