Загрузка...
Учебная работа. Биоэнергетика сердца
НА ТЕМУ: «БИОЭНЕРГЕТИКА СЕРДЦА»
РАПОВЕЦ В.А., врач-кардиолог
СОДЕРЖАНИЕ
Общие положения
Вступление
Аэробное окисление глюкозы и ЖК
Митохондрии
Транспорт Е
Заключение
Общие положения
Современная кардиология невообразима без исследования действий на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Лишь благодаря современным узким способам исследования стали вероятны открытия в области таковой науки, как биоэнергетика сердца.
одна из функций, присущих всему живому, — способность к энергообеспечению за счет от тех либо других наружных энергетических ресурсов. Это и изучает биоэнергетика. Само слово вошло в обиход с легкой руки А. Сцепт — Дьерди, прославившегося в свое время выделением первого витамина (витамины — сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи) — аскорбиновой кислоты. Так называлась маленькая книга, размещенная А. Сцепт -Дьерди в 1956 г. В этом труде было огромное количество интересных мыслей и гипотез, но испытание временем выдержало только слово, вынесенное создателем на обложку.
Поначалу в неких био центрах возникли лаборатории, отделы биоэнергетики (отдел МГУ (Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова) был сотворен в 1965 г.). Потом с конца 60-х годов стали издаваться журнальчики и сборники, пошли симпозиумы, конференции, курсы под сиим заглавием. И вот сейчас биоэнергетика — одно из фаворитных научных направлений со своим кругом мыслях, объектов и способов, своими фаворитами и соперничающими школами; словом, — международный организм, живущий и развивающийся по своим законам.
Вослед за известными фуррорами данной для нас ветки биологии пришла мода и возникла тенденция писать слово «биоэнергетика» во всех вариантах, где идет речь о энергетическом нюансе {живых} созданий, несмотря на степень их трудности. В этом смысле первым биоэнергетиком необходимо признать Платона, размышлявшего о судьбе еды в организме. Что все-таки до современных исследователей, пытающихся добыть четкие сведения о био преобразователях Е, то их вернее именовать «молекулярными биоэнергетиками». на данный момент конкретно о биоэнергетике сердца.
Вступление
Энергетический метаболизм клеток сердца содержит в себе 3 раздела:
1-й раздел: процессы аэробного окисления глюкозы и ЖК, которые приводят к образованию АТФ в митохондриях;
2-й раздел: процесс внутриклеточного транспорта Е;
3-й раздел: реакции использования Е:
а) для сокращения миофибрилл;
б) перенос ионов против градиента их концентрации через клеточные мембраны;
Примечание. Эти два процесса взаимосвязаны и их разглядим вкупе
На данный момент перейдем к первому большенному разделу: образованию энергии.
1-й раздел: процессы аэробного окисления глюкозы и ЖК
Источником био Е для организма служит еда, в какой эта Е заключена в хим связях сложных соединений, основным образом, — в связях С-С и С-Н.
Биохимические процессы, производящие Е, можно подразделить на 2 группы:
1-я группа: процессы, идущие с поглощением О2 воздуха;
2-я группа: без доступа кислорода.
Био синтез хоть какой хим связи просит в 3 раза больше Е, чем может образоваться при ординарном расщеплении схожей связи. Потому организм прибегает к обходному пути, чем добивается больший кпд.
Аэробный путь был открыт в 30-х годах Энгельгардтом и назван окислительным фосфорилированием, поэтому что на промежных шагах окисления освобождающаяся Е фиксируется в пирофосфатных связях молекул АТФ и остальных соединений. Эти связи Энгельгардт именовал макроэргическими — т.е., высокоэнергетическими. АТФ и ее аналоги играют роль всепригодного аккума Е в организме. В этом соединении Е концентрируется в комфортной форме, подходящей для утилизации. Процессы, идущие с выделением Е, соединены с синтезом АТФ. Процессы с поглощением Е связаны с расщеплением АТФ. Таковым образом, АТФ выступает связывающим звеном меж ними. Благодаря АТФ, 2 процесса расчленяются во времени. Это присваивает Е-обмену огромную упругость. Е — законсервирована и может расходоваться в хоть какое время и на любые нужды.
АТФ не только лишь посредник, да и депо Е. Во время работы количество АТФ миниатюризируется, идут реакции гликолитического фосфорилирования: растут АДФ, АМф, фосфат неорганический. Опосля перегрузки уровень АТФ восстанавливается.
Роль припаса Е и донора фосфатов для АТФ играет также иной макроэрг — КФ. КФ не поставляет Е для клеточки, а меняет собственный фосфат с АТФ. Реакция протекает по уравнению:
Креатин + АТФ кфк КФ + АДФ
При энергообразовании реакция идет на право, идет припас КФ. При потреблении Е — на лево — повышение АТФ. Все субклеточные структуры сердца, которые потребляют Е (миофибриллы, мембраны), — содержат КФК (ММ — изофермент), сопряженную с АТФ -азными реакцими.
Аэробный путь энергетически наиболее прибыльный. 1-ые его этапы совпадают с гликолизом — до стадии образования ПВК. Но в присутствии О2 ПВК не преобразуется в МК, а вступает в цикл трикарбоновых кислот Кребса. В цикле Кребса при окислении пирувата появляется 1 макроэргическая связь, сохраняемая в молекуле ГТФ, который передает ее на АТФ. Такое фосфорилирование именуется субстратным.
Вся остальная Е, содержащаяся в субстратах цикла Кребса передается без утрат на ферменты НАД и НАДФ, и фиксируется в их эфирных связях.
Предстоящее окисление этих коферментов через флавиновые ферменты и цитрохромную систему именуется терминальным. Это самый прибыльный участок дыхательной цепи, потому что тут идет больше всего реакций окислительного фосфорилирования. тут появляется 3 молекулярных АТФ. Таковым образом, Е субстратов цикла Кребса перебегает в Е АТФ.
Практически все другие субстраты имеют неуглеводную природу:- аминокислоты, ЖК, -подвергаясь ферментативным превращениям, образуют или метаболиты цикла Кребса, либо А -Ко — А (активированная форма уксусной кислоты).
В итоге — перевоплощение Е идет либо с окислением ПВК либо АКоА. 1 молекула ПВК дает 15 макроэргических связей.
на данный момент разглядим, как работают митохондрии.
Митохондрии
Функцию выработки и сохранения Е в клеточке несут митохондрии. Грин именовал митохондрии биохимическими машинками, которые трансформируют и консервируют Е. Они составляют 25 — 30% всей массы миокарда. Форма их зависит от вида клеток. Митохондрии сердца имеют цилиндрическую форму, размещены меж миофибриллами и в конкретной близости к ним, потому что тесноватый контакт упрощает обмен АТФ.
Это твердые тельца, окруженные гидрофильным золем и заключены в оболочку с избирательной проницаемостью. Мембраны — две. Наружная — гладкая. Внутренняя образует выпячивания. Палад именовал их кристами. От внешной мембраны вовнутрь, к центру отходят гребни. Они делят митохондрии на камеры, заполненные матриксом. В митохондриях клеток миокарда, где активно идет Е- обмен, число крист — наибольшее. Количество матрикса отражает побочные функции митохондрий. В миокарде его не много. Внешняя мембрана и гребни состоят из ЛП и ФЛ.
Киндэй и Шнейдер в 1948 г. отыскали в митохондриях полный набор ферментов для цикла Кребса. Грин, Рихтерих в 50-х годах нашли ферменты для окисления Б, Ж, У до субстратов цикла Кребса. В конце концов, Чейнс, Вильямс проявили, что ферменты терминального окисления (цитохромы, НАД) находятся лишь в митохондриях. Ферменты находятся в серьезном порядке, одни — растворены, остальные — крепко соединены со структурным белком.
Побочная функция митохондрий — синтез собственных структурных белков и неких ферментов. Цитохромы, дегидрогеназы поступают от рибосом, снаружи.
Митохондрии в работе клеточки — самое слабенькое звено. Они весьма чувствительны на хоть какое действие, в особенности, на кислородную дефицитность. Первичной реакцией является торможение окислительного фосфорилирования, называемое мягеньким разобщением. Это включение вольного окисления.
В 60-х годах Митчел сделал хемиоосмотическую теорию, по которой окислительное фосфорилирование есть перенос е*, р*, Н* во вне через мембрану, способную создавать и задерживать таковым образом мембранный потенциал. Этот потенциал и регулирует распределение ионов, в том числе, и возможность оборотного входа Н* для синтеза АТФ. Мощные нарушения движения ионов вызывает изменение РН. При вольном же окислении потенциала нет, и весь поток Е идет по недлинному пути, в обход фосфорилирующих реакций, без синтеза АТФ. е* стремительно переносится с восстановителя на окислитель.
Скулачев в 1962 г. показал, что свободное окисление — принужденная мера, энергетически она не прибыльна.
При заболеваниях сердца митохондрии мучаются посильнее. Переключение реакций на свободное окисление уменьшает Е — снабжение. В далековато зашедших вариантах угнетается и свободное окисление. Зрительно наблюдается набухание митохондрий, что приводит к нарушению высочайшей организации внутренней структуры. Нарушается размещение ферментов и проницаемость мембраны. Возникает грешный круг, потому что для восстановления структуры нужен приток Е.
АТФ выходит из митохондрий и не быть может применена миофибриллами. Наступает необратимое разрушение мембраны и гребней. При гипертрофии сердца митохондрии сначала набухают, потом уменьшаются в размерах. Кристы исчезают. Возникают жировые включения.
Функция митохондрий зависит от РН клеточки. В кислой среде, когда РН ниже 6,6, — фосфорилирование тормозится, мембраны набухают. Это обратимо. В наиболее кислой среде митохондрии сморщиваются. В щелочной среде митохондрии набухают.
При действии КА митохондрии уменьшают свои размеры, и практически, забиты кристами. Таковым образом, хоть какое патологическое состояние ведущее к нарушению обмена веществ (гипоксия, ацидоз, алкалоз, гиперметаболизм) — ведет к обратимому, или к необратимому повреждению митохондрий.
Главными источниками Е для миокарда являются: глюкоза, лактаты и вольные ЖК. В незначимой степени участвуют кетотела (< 10%).
Как изменяется Е-обмен при разных экстремальных критериях? Нормально функционирующее обеспечивающий ток крови (внутренней средой организма человека и животных) по кровеносным сосудам»>сердечко употребляет для энергетических целей разные субстраты, в выборе которых обеспечивающий ток крови (внутренней средой организма человека и животных) по кровеносным сосудам»>сердечко очень лабильно.
В критериях покоя важным источником Е является глюкоза крови (внутренней средой организма человека и животных), (до 30 %).Утилизация глюкозы миокардом, в главном, определяется не ее концентрацией, а содержанием инсулина.
При мышечной работе потребление глюкозы миниатюризируется — до 10%. организм сберегает глюкозу для мозга (центральный отдел нервной системы животных и человека) и остальных органов. А при повышении концентрации глюкозы в крови (внутренней средой организма человека и животных) утилизация ее миокардом растет. Окисление жира при всем этом понижается.
20-30% Е обеспечивают лактаты. Миокард свободно утилизирует из крови (внутренней средой организма человека и животных) МК и ПВК. При мышечной работе лактаты все больше окисляются в миокарде, и дают 70% всей Е. Только при пульсе 190-200 ударов за минуту в ток крови (внутренней средой организма человека и животных) по кровеносным сосудам»>сердечко окисляет также СЖК, которые при голодании и натощак стают главным источником. Е.
В крайнее время подчеркивается роль в обмене миокарда ТГ и ЖК. В покое толика СЖК — 40%, ТГ — 15%. Во время работы толика жиров миниатюризируется в 2 раза.
Такую лабильность следует разглядывать как проявление адаптации миокарда к разным условиям функционирования.
Транспорт Е
В сердечных клеточках Е переносится от митохондрий КФ ко всем местам использования: миофибриллам и клеточным мембранам, субклеточным мембранам. КФ-пути внутриклеточного транспорта Е в сердечных клеточках приведены на схеме.
Схема КФ-пути внутриклеточноготранспорта Е в сердечных клеточках
1-2 Основным макроэргом, выходящим из митохондрий, является КФ. В митохондриях работает замкнутый цикл перевоплощения АТФ и АДФ, связанный через КФК — митохондрий.
3А Сила сокращения миофибриллы и продолжительность ПД коррелирует не с концентрацией АТФ, а с КФ, который, в свою очередь, от креатинина. Таковым образом, на силу сокращения влияет не только лишь поток Са++, да и концентрация КФ. КФ через КФК миофибриллы рефосфорилирует АДФ для акта сокращения.
3В локализация КФК на мембране клеточного ядра дозволяет считать, что Е — КФ употребляется в биосинтетических действиях ядра.
Обеспечивая действенный транспорт Е, КФК — реакции делают также регуляторную функцию, участвуя в системе оборотной связи меж действиями образования и использования Е. Четкое выяснение природы оборотной связи просит предстоящего исследования.
3-й раздел: Реакции использования Е
Для того, чтоб осознать, как происходит сокращение мускулы сердца, нужно знать строение кардиального миоцита.
Клеточка на поперечном срезе содержит : ядро, миофибриллы, митохондрии, Т-система, СПР.
Основную массу клеточки занимают миофибриллы. Их число доходит до 400-700 тыщ. Миофибриллы представляют длинноватые нити, которые перебегают из саркомера в саркомер. Они состоят из 2 типов нитей. Толстые, нити миозина, находятся по середине соркомера. Ось миозина образует легкая субъединица — L-меромиозин. H- меромиозин — основная, томная субъединица, снабжена головками, на расстоянии 400 А°, которые образуют мостики с актином.
Нити актина — тонкие, размещены меж толстыми, в области Z — полосы любая соединена с 3-4 — мя примыкающего саркомера.
F- актин за счет Е — АТФ может перебегать в G — А, глобулярный А. К актину прикреплен тропомиозин, который не фиксирован и может передвигаться. Он перекрывает главные центры актина. Тропомиозин несет на для себя тропонин.
Тропонин имеет 3 субъединицы:
— TN — C — связывающая Са++;
— TN — I — ингибитор актина;
— TN — T — привязывает тропонин к тропомиозину.
Таковым образом, тропонин — тропомиозин — в комплексе перекрывает актин.
на данный момент о роли Са++ в сокращении. основное депо Са++ — это T — система, СПР и митохондрии. T- система появляется выпячиваниями сарколеммы в области Z — полосы вовнутрь клеточки.
СПР состоит из сети продольных трубочек и латеральных цистерн, где и концентрируется Са++ для еще одного залпа. В цистернах содержится мукополисахарид, который стремительно связывает Са++. Таковым образом, вольный Са++, попав в продольную сеть, движется к цистернам, где его концентрация меньше, а связанного — больше, это — транслокация Са++. Припас Са++ создается лишь на 1 залп. Цистерны близко прилегают к T — системе.
Во время плато ПД возрастает проницаемость мембраны для Са++, и он заходит в клеточку через Cа — каналы.
Это неспешный Са++ ток. Далее часть Са употребляется в миофибриллах для сокращения, равного 40 % всего Са. 2-ая часть поступает в СПР, про припас. Когда деполяризация добивается T — системы, срабатывает Na — триггер, и СПР выбрасывает весь припас Са из цистерн. Это 60 % всего Са. В соркоплазме концентрация Са возрастает в 100 раз, с 10-8 до 10-5 М.
Для расслабления нужно уменьшить его концентрацию в миофибриллах.
1-й механизм:
Обмен Na — Cа. Cа удаляется из клеточки против концентрационного градиента за счет Е
движения Na вовнутрь клеточки, по концентрационному градиенту. Это Na — Cа — насос.
2-й механизм:
Кальциевый насос продольных трубочек СПР стремительно поглощает Са++ из миоплазмы. Сам Cа активирует свое поглощение, стимулируя АТФ — азу мембраны СПР. АТФ дает Е для транспорта Са++ против градиента концентрации.
Эти процессы начинаются еще во время систолы и препятствуют сильному напряжению. Время транслокации Са++ в цистерны и описывает восстановление сердечной время ПД неспешный ток Cа в клеточку предназначает и сокращение, и включение механизма расслабления.
Резвый ток Na в клеточку вызывает выход Са++ из СПР — триггер и дает Е для удаления Cа из клеточки.
3-й насос — K— Na, за счет Е АТФ, удаляет Na, и возвращает K. Наступает реполяризация мембраны, и клеточка перебегает в начальное состояние.
Таковым образом, нужно гласить о едином механизме сопряжения возбуждения с сокращением и расслаблением.
Фактически мышечное сокращение происходит последующим образом. Когда Са++ присоединяется к тропонину — С (TNC), в нем происходят конформационные конфигурации, в итоге что тропонин — тропомиозин — комплекс двигается и обнажает центры актина. Головки H-меромиозина образуют мостики с нитью актина. Употребляются Е — АТФ, ионы Са++, Mg++.
характеристики фермента — АТФ — азы проявляет сам H-меромиозин.
Мостики образуются и вновь разрушаются. Таковым образом, нити актина скользят меж миозином к центру соркомера, всякий раз на 1 шаг — 400 А°.
способной сокращаться под воздействием мускула укорачивается, происходит систолическое сокращение. В итоге хим Е связей АТФ перебегает в механическую работу.
Тропонин — тропомиозин — комплекс (с TN-I) перекрывает актин. Ионы Са++ проходят через поры мембраны, и из СПР, Cа ведет взаимодействие с TN — C, тропонин — тропомиозин поворачиваются, актин ведет взаимодействие с миозином.
Cа уходит из клеточки либо в СПР.
Заключение
Таковым образом, согласованное во времени протекание всех 3-х реакций — образования, транспорта и использования Е — обеспечивается действенными механизмами их обоюдной регуляции. Основной фактор, влияющий на Е — метаболизм — сам акт сокращения, регулируемый потоком Са++ во время плато ПД. Изюминка сердца заключается в том, что существенное повышение работы и употребления О2 не много изменяют концентрацию макроэргов в клеточке (АТФ и КФ). В синтез Е Расход Е
Мы разглядели главные пути обмена Е в миокарде. Еще пока не все ясно. Почти все вопросцы еще требуют исследования.
]]>