IV. Наличие разобщителей биологического окисления и фосфорилирования.

Разобщители обычно принадлежат к амфифилам – амфипатическим соединениям, имеющим двойственную природу: одна часть молекулы у них неполярна и, следовательно, гидрофобна, вторая - гидрофильная головка представляет реже ион, чаще - полярную структуру. Вследствие этого подобные структуры легко преодолевают все слои мембран. А так как они по большей части способны диссоциировать, то могут служить источниками подвижных протонов, которые и переносятся в сторону их меньшей концентрации. Подобное явление приводит к снижению электрохимического потенциала и выключению АТФ-синтазы по типу короткого замыкания. Потребление кислорода и окисление субстратов продолжается, но из-за невозможности генерации АТФ вся свободная энергия выделяется в виде теплоты (пирогенный, или калорический эффект).

Классическим примером действия разобщителей может служить развитие гипертермии и общей слабости в ходе инфекционных заболеваний, так как практически все токсины микроорганизмов обладают данным свойством.

В основе второго варианта повреждений биоэнергетических процессов лежат явления абсолютной и относительной гипероксии. Молекулярный кислород, не слишком реакционноспособный в своем основном состоянии, может образовывать высокоактивные формы, способные даже убить живую клетку за счет:

а) продукции токсичных пероксидов;

б) окислительного повреждения мембран из-за активации перекисного окисления ненасыщенных высших жирных кислот – обязательных компонентов их глицерофосфолипидов;

в) окислительного разрушения коллагеновых волокон;

г) деполимеризации глюкозамингликанов в суставах (одного из звеньев развития артритов);

д) окисления гемоглобина в метгемоглобин;

е) нарушений в структуре ДНК.

Причиной развития этих процессов является следующий механизм. Молекулярный кислород обычно имеет два неспаренных, с одинаково ориентированными спинами электрона, занимающих самостоятельные внешние орбитали. Каждая из них способна принять дополнительно еще один электрон. Присоединение первого образует супероксид анион (О₂^-˙): а в результате взаимодействия с двумя электронами генерируется пероксидный анион (О₂^2-).

Полное восстановление кислорода обеспечивается протонами, в чем и заключается смысл биологического окисления:

−•

О2

+ ē + 2Н+ Н2О2

Его поэтапное течение таит опасность генерации активных форм. Один из представителей подобных структур – супероксид анион ведет себя как окислитель: действуя в водной среде, он превращается в пероксид водорода:

В то же время супероксид способен выступать в качестве восстановителя. В клетках может происходить такая реакция, где один ион окисляется, а другой, являясь акцептором электрона, восстанавливается (реакция дисмутации):

 

упероксид анион, пероксид водорода, гидроксильный радикал и синглентный кислород объединяют термином активные формы кислорода (АФК),так как они обладают высокой химической активностью, приводящей к повреждению различных органических соединений, имеющих в своем составе неполярные участки, в первую очередь, липидов. Особенно опасен супероксидный анион, так как его действие в тканях усиливается продукцией свободных радикалов за счет инициирования цепной реакции:

Однако ряд свободнорадикальных реакций имеет важное значение для нормальной жизнедеятельности организмов. Например, цитолеммы фагоцитирующих клеток за счет НАДФ–оксидаз:

активно выделяют супероксид, пероксид водорода и гидроксильные радикалы, которые, разрушая липиды мембран микроорганизмов, оказывают бактерицидное действие.