Цепи переноса электронов в биологических системах

Основой биологического окисления является перенос атомов водорода от окисляемого вещества (например, от углеводов) к кислороду (электроны при этом присоединяются в конечном счете к атому кислорода, а ионы водорода образуют с ионами кислорода воду или пероксид водорода). Примером такой реакции может служить работа дыхательной цепи митохондрий. В этих органеллах энергия запасается в форме энергии химических связей (АТФ). Такой способ аккумулирования энергии неизбежен, поскольку живая клетка в отличие от небиологических систем не может производить работу за счет разности температур. Отщепленный от три-карбоновых кислот (субстратов окисления) водород переносится к активному центру дегидрогеназы — никотинамиддинуклеотиду (НАД), способность которого обратимо окисляться и восстанавливаться обеспечивает перенос протонов к следующему пункту цепи (точнее сказать, только на НАД поступает водород, а далее он, ионизируясь, переносится к конечному пункту не по цитохромам и цитохромоксидазе, а перемещаясь в среде).

По указанным переносчикам на каждый акт переноса транспортируется пара электронов, которая вместе с протонами «добираясь» к конечному пункту дыхательной цепи, взаимодействует с кислородом и образует молекулу воды. Этим заканчивается процесс биологического окисления субстратов, обеспечивающий сложным путем окислительного фосфорилирования запас энергии в клетке в виде энергии АТФ. С точки зрения фармакологии, интересной представляется возможность влиять на дыхательную цепь химическими агентами. Весьма важен факт избирательного ингибирования многими агентами определенных участков цепи: инсектициды ротенон и барбитурат амитал специфически ингибируют первый пункт (НАДН — флавопротеид): второй пункт окислительного фосфорилирования (зона цитохром b — цитохром С) блокируется антибиотиком анти-мицином А, наконец, цианиды ингибируют цепь переноса в конечном пункте — цитохромоксидазе.

Естественные биорегуляторы — стероидные гормоны, взаимодействуя с НАДН-дегидрогеназой, приводят к ингибированию переноса электронов дыхательной цепи: в первом пункте. Гормоны щитовидной железы — тироксин и три-иодтиронин — также активно влияют на скорость окисления в митохондриях. Активируя ферменты, участвующие в этом процессе, увеличивая содержание цитохромов, тиреоидные гормоны весьма существенно повышают скорость дыхания, т. е. скорость окислительной реакции. Возможность влиять с помощью химических веществ на функционирование дыхательной системы митохондрий крайне важна как для изучения работы самой этой системы (биохимический аспект), так и для фармакологической коррекции нарушений цепи переноса при патологии.

С каждым годом перспективы исследований в этой области расширяются, и успехи, достигнутые к настоящему времени, позволяют считать, что изучение слабых специфических взаимодействий представляет одну из наиболее перспективных ветвей современной фармакологии.

Литература

• Николаев Л. А. Физическая химия. — М.: Высшая школа, 1974.
• Николаев Л. А. Биокатализаторы и их модели. — М.: Высшая школа, 1972.
• Сергеев П. В., Сейфулла Р. Д., Майский А. И. Молекулярные аспекты действия стероидных гормонов. — М.: Наука, 1971.
• Беленький М. Л. Элементы количественной оценки фармакологического эффекта. — Л.: Наука, 1963.
• Netter Н. Theoretical Biochemistry, oliver a. Boyd, 1969.
• Gondot A. La chemie quantique appliquee a letude du DNA et RNA, Acad. Frances, 1967.

«Биохимическая фармакология»,
под ред. проф. П.В.Сергеева