Основные процессы, для которых используется энергия АТФ

Активный транспорт (транспорт веществ через мембрану против градиента их концентраций). 30% от общего количества расходуемого АТФ приходится на Na+, К+-АТФ-азу. Механическое движение (мышечная работа). Во внутренней мембране митохондрий расположен интегральный белковый комплекс — Н+-зависимая АТ Ф-синтаза, или Н+-зависимая АТ Ф-аза (два разных названия связаны с полной обратимостью катализируемой реакции), обладающий значительной молекулярной массой. Состоит из двух субъединиц: F0 и F1. F1 — грибовидный вырост на матриксной поверхности внутренней митохондриальной мембраны, F0 же пронизывает эту мембрану насквозь. В толще F0 расположен протонный канал, позволяющий протонам возвращаться обратно в матрикс по градиенту их концентраций. F1 способна связывать АДФ и фосфат на своей поверхности с образованием АТФ — без затраты энергии, но обязательно в комплексе с ферментом. Энергия необходима лишь для освобождения АТФ из этого комплекса. Эта энергия выделяется в результате тока протонов через протонный канал F0. В дыхательной цепи сопряжение абсолютно: ни одно вещество не может окисляться без восстановления другого вещества. Но при синтезе АТФ сопряжение одностороннее: окисление может идти без фосфорилирования, а фосфорилирование без окисления никогда не идет. Это означает, что система МтО может работать без синтеза АТФ, но АТФ не может быть синтезирована, если не работает система МтО. Специфические ингибиторы тканевого дыхания — вещества, прекращающие работу того или иного комплекса дыхательной цепи. Ингибитор комплекса I — яд растительного происхождения ротенон. Ингибиторы комплекса IV — цианиды, угарный газ (СО ), сероводород (H2S).

Вещества — разобщители процессов окисления и фосфорилирования — не прекращают процессов окисления, но снижают синтез АТФ. Дыхательная цепь работает, а АТФ при этом синтезируется в меньшем количестве, чем в норме. Энергия, получаемая при переносе электронов по цепи МтО, выделяется в виде тепла. Состояние, при котором происходит окисление субстратов, а фосфорилирование (образование АТФ из АДФ и Фн) не идет, — разобщение окисления и фосфорилирования. Возникает под действием веществ-разобщителей, например, 2,4-динитрофенол при введении в организм повышает температуру тела и понижает синтез АТФ. Механизм действия веществ-разобщителей понятен с точки зрения хемоосмотической теории. Разобщители — слабые кислоты, растворимые в жирах. В межмембранном пространстве они связывают протоны и затем диффундируют в матрикс, тем самым снижая DmH+. Подобным действием обладают йодсодержащие гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин. При состояниях, сопровождающихся гиперфункцией щитовидной железы (Базедова болезнь), больным не хватает энергии АТФ: они много едят (нужно большое количество субстратов для окисления), но при этом теряют в весе. Большая часть энергии выделяется в виде тепла.