Transcript Document

Тема: “Бурштинова” енергетика
План
1. Структура і функції сукцинату і сукцинатдегідрогенази
2. Нові дані про функціональну та структурну організацію циклу
Кребса
3. Структурно-кінетична організація швидкого циклу сукцинату
4. Терапевтична дія сукцинату та інших субстратів циклу Кребса
Структура сукцинату
•
Сукцинат (бурштинова кислота, янтарна кислота, бутандіонова кислота, етан1,2-дикарбонова кислота) – це двоосновна насичена карбонова кислота.
Особлива роль СДГ-комплексу у ЦТК
Сукциніл-КоА-синтетазна реакція
(1) Пірофосфатна група заміщає КоА, зв’язаний з
молекулою сукциніл-КоА, утворюючи високо
енергетичний ацил-фосфат.
(2) Сукциніл-фосфат віддає свою фосфатну групу на
залишок гістидину у молекулі ферменту, утворюючи
високо енергетичний фосфогістидиловий фермент.
(3) Фосфатна група переноситься з гістидинового
залишку на молекулу кінцевого фосфату, яким є ГДФ
(чи АДФ), утворюючи таким чином ГТФ (чи АТФ).
Структура сукцинатдегідрогенази
•
СДГ складається з 4 субодиниць: двох гідрофільних (флавопротеїн (SDHA,
зелена) і залізо-сірковий білок (SDHB, блакитна)) і двох гідрофобних (SDHC,
рожева і SDHD, жовта)
Окислення сукцинату до фумарату
•
•
•
•
Сукцинат, утворений з сукциніл-КоА окислюється до фумарату
флавопротеїновою сукцинатдегідрогеназою (СДГ).
СДГ виділена з мітохондрій волового серця містить три різні залізо-сіркові
кластери і одну молекулу ковалентно зв’язаного ФАД.
Електрони, утворені у процесі окислення сукцинату, перед тим як потрапити у
дихальний ланцюг проходять через ФАД- і залізо-сіркові центри.
Потік електронів з сукцинату до О2 cпряжений із синтезом близько 1,5 молекули
АТФ на пару електронів.
Окислення різних субстратів нативними та пошкодженими мітохондріями
Проінкубований
гомогенат
Свіжий
гомогенат
А: “1937”
Б: “1987”
Гомогенати печінки контрольних
щурів:
А – гомогенат приготовлений у
150 мМ натрій-фосфатному
буфері, рН 7,4, 37 оС;
Б – свіжоприготовлений
гомогенат у 300 мМ сахарозі, 50
мМ КСl, 1 мМ КН2РО4, 5 мМ
трис-НСl, рН 7,4, 27 оС.
Стрілками позначено додавання
200 мкМ АДФ, а пунктиром –
окиснення субстратів з доданим
амінооксиацетатом (АОА).
1 – ендогенні субстрати
2 – цитрат, 1 мМ
3 – сукцинат, 0,35 мМ
4 – глутамат, 3 мМ + малат, 3 мМ
Роль циклу
лимонної
кислоти в
анаболізмі
•
•
Інтермедіати циклу лимонної кислоти
використовуються як попередники для
багатьох біосинтетичних шляхів.
Товстими лініями показано чотири
анаплеротичні реакції, які поповнюють запаси
використаних інтермедіатів циклу.
Повний (повільний) і короткий (швидкий) шляхи окиснення
субстратів в клітині
Професор
Кондрашова М.М.
GOT дозволяє оминути повільну ділянку циклу Кребса, утворюючи «вкорочений цикл Кребса»
(Coleman P. Chemical Carcinogenesis 2: 265, 1991), або «швидкий цикл» (Кондрашова МН, 1988), або
«сукцинатний (бурштиновий) цикл» (Кондрашова МН, 2003). Його роль полягає у прискореному
постачанні енергії через вибіркове утворення та окислення бурштинової кислоти (SUC).
1, 1*, 1** - трансамінази, 2 - піруваткарбоксилаза; 3, 3*, 3** - утворення та метаболічні перетворення
фосфоенолпірувату; 4 – зворотній шлях циклу Кребса при гіпоксії; 5 – гліоксалатний цикл.
Структурно-кінетична організація окислення субстратів у клітині
Цитозоль
Мітохондрія
Глікоген
У цитозолі трансамінази через флавопротеїни (ФП) і піруват (П) пов’язані із синтезом і
розпадом глікогена. У середині МХ – серцевинна частина – швидкий транаміназний цикл
окислення. Прямі і жирні лінії характеризують високу швидкість перетворень. Подвійною
тонкою лінією наведено шлях перетворень лимонних кислот.
Реконструкція структурної організації ферментів
окислення у мітохондріях
•
1 – цитратсинтаза, 2 – аконітаза, 3 – ізоцитратдегідрогеназа, 4а –
кетоглутаратдегідрогеназа, 4б – транссукцинілаза, 4в – сукцинаттіокіназа, 6 –
фумараза, 7 – млатдегідрогеназа, 8 – аспартатамінотрансфераза, 9 –
нуклеозиддифосфокіназа. (За: Любарев, Курганов, 1987)
Трансаміназні реакції відіграють важливу роль в
енерготворчих процесах мітохондрій
31Р
ЯМР спектри суперфузованих мітохондрій серця за окиснення різних субстратів.
Концентрації (у мМ): піруват, 5; малат, 5; глутамат, 5; амінооксиацетат, 0,5. Позначено
піки: МDP – метилендифосфонатний стандарт, Pi – неорганічний фосфат, ADP – АДФ
(,), ATP – АТФ (,,), АОА - амінооксиацетат.
Метаболічні стани мітохондрій за Б. Чансом
 Полярографічний метод:
Стан 2, V2
О2 макс.
АДФ / Са2+
О2
Зменшення О2
МХ
Drs. B. Chance & N. Doliba
t
АДФ / Са2+
O
Стан 3, V3
нг-атом О / хв  мг білка
V3
t
Стан 4, V4
МХ
V2
V4
t
О2 мін.
Гідроксиаміноацетат (ГAA), інгібітор глутаматоксалоацетат трансамінази (ГOT), нівелює вплив
адреналіну та ацетилхоліну на дихання мітохондрій
Печінка
Серце
+ГАА
1
2
+ГАА
3
4
Тонкі лінії – Контроль, товсті – Адреналін або Ацетилхолін
Адреналін: 1,2 – сукцинат 0.35 мM, 1- без ГAA, 2 - ГAA 1 мM.
Ацетилхолін: 3,4 – α-кетоглутарат 1 мM, 3 - без ГAA, 4 - ГAA 1 мM.
Стадії реакції клітинної популяції лімфоцитів в
процесі развитку перинатальної патології
(за Нарцисовим Р.П., 1969 – 2013)
Множинна модуляція активності сукцинатдегідрогенази природніми
речовинами та лікарськими препаратами
Кола – зміни діапазону активності. Мале коло усередині – активність у стані спокою. Гострий стрес
(зигзагоподібні стрілки) викликає тенденцію вибухоподібного розширення діапазону активності аж до максимуму
(зовнішнє коло). Проте ця тенденція стримуєтьмя збільшення кількості факторів, що обмежують гіперактивацію
(смугасті стрілки), завдяки чому реалізується не максимальний, а деякий обмежений напружений об’єм
активності (зубчасте коло). За хронічного напруження розвивається стійке пригнічення активності аж до нуля.
ISMRM Meeting, Montreal, Canada, May 2011
Фрагмент “Бурштинової кімнати” майстра Андреаса Шлюттера (1709 р.)
Додаткова література
1. Терапевтическое действие янтарной кислоты. Под ред. М.Н.Кондрашовой. Пущино,
1976 (збірник)
2. Кондрашова М.Н. Двигатель живого. В кн.: Биология. Проблемы биоэнергетики. М.:
Знание. С.17-38.
3. Kondrashova M. et al. Rapid cycle of substrate oxidation under activation of energy
metabolism. 5th EBEC Reports, Aberysthwith 1:287, 1988 (повідомлення про
сукцинатний цикл за кордоном)
4. Бабский A. и др. Действие и последействие адреналина на дыхание митохондрий.
Физиол. журн. 31: 301, 1985 (вплив адреналіну на окиснення сукцинату)
5. Янтарная (сукцинат) кислота в медицине, пищевой промышленности и сельском
хозяйстве. Под ред. М.Н.Кондрашовой. Пущино, 1997 (терапевтична дія і промислове
використання сукцинату)
6. He W. et al. Citric acid cycle intermediates as logands for orphan G-protein-coupled
receptors. Nature 429: 188, 2004. (відкрито рецептори для сукцинату і –кетоглутарату)
7. Kondrashova M. et al. Succinic acid as a physiological signal molecule. In: Signal Molecules
and Behavior, Eds. W. Winlow et al. Manchester University Press, p. 294, 1991 (ефекти
сукцинату у фізіологічних дозах)
8. MacDonald M. et al. Citrate oscillates in liver and pancreatic beta cell mitochondria and in
INS-1 insulinoma cells. J Biol Chem. 278: 51894, 2003 (показано коливання рівня
субстратів циклу Кребса)
9. Шостаковська І. та ін. Ефект парантерального введення –кетоглутарату на
резистентність до іонізуючої радіації та холінергічну систему щурів. Фізіол. журн.
45:119, 1999 (радіопротекторна дія кетоглутарату)