5.5: ניתוק הובלת אלקטרונים מסינתזת ATP

Last updated
Save as PDF

Page ID: 208575

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

אז זהו זרחון חמצוני. הוא מנצל באופן פרודוקטיבי את האנרגיה של שיפוע הפרוטונים על פני הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית (שנוצרה על ידי משאבות המונעות על ידי חמצון) כדי להניע היווצרות ATP בקצב משוער של 3 פרוטונים ל-1 ATP. ^{המערכת בדרך כלל מווסתת מאוד את עצמה עקב אטימות הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית ל- H +.} אם ה- ATP אינו מנוצל במהירות, הריכוז שלו מאט את פעולתם של סינתזות ATP, המאטות את תנועת הפרוטונים אל מחוץ לחלל הבין -ממברני. הצטברות פרוטונים זו תספיק בסופו של דבר כדי שהאנרגיה החופשית הדרושה להעברת פרוטון לחלל הבין-ממברני (משרשרת הובלת האלקטרונים) לא תספיק כדי להתגבר על שיפוע הריכוז. הובלת האלקטרונים מואטת, ועבודה לאחור, תגובת השרשרת מאטה את קצב הנשימה באופן כללי. מכיוון שהתא/האורגניזם דורש יותר אנרגיה ומשתמש ב- ATP מהר יותר, פרוטונים זורמים מהר יותר ושרשרת הובלת האלקטרונים אינה מעוכבת. לפיכך קיים קשר ישיר בין קצב הנשימה לבין צורך באנרגיה פיזיולוגית.

מעניין שיש יוצא מן הכלל לצימוד הדוק הזה של שרשרת הובלת האלקטרונים ויצירת ATP. מטרת השומן החום (המכונה גם רקמת שומן חומה), שנמצאת לרוב אצל יונקים שזה עתה נולדו ותרדמה, היא לייצר חום לא רועד (שאינו מבוסס תנועה) כדי לשמור על חום החיה. זה מושג על ידי ניתוק שרשרת הובלת האלקטרונים מסינתזת ה- ATP. ניתוק זה הוא תהליך מבוקר הורמונלי המבוסס על נוכחות של תעלת פרוטון מיטוכונדריאלית הנקראת תרמוגנין. ההורמון נוראדרנלין מגביר את ייצור חומצות השומן החופשיות, הפותחות את תעלת התרמוגנין. זה מאפשר לפרוטונים לצאת מהחלל הבין-ממברני בחזרה למטריצה מבלי לעבור דרך סינתאז ATP. בגלל זה, שרשרת הובלת האלקטרונים יכולה להמשיך להתרחק, רמות ה- ATP אינן מצטברות, אין הפחתה בקצב הנשימה, והאנרגיה העודפת שאינה בשימוש בייצור ATP משתחררת כחום.

למעשה, 2,4-דיניטרופנול, המשמש במגוון יישומים מחקריים ותעשייתיים כיום, שימש בעת ובעונה אחת כתרופת דיאטה (בשנות השלושים) מכיוון שבאמצעות מנגנון אחר, היא ניתקה מדי הובלת אלקטרונים מסינתזת ATP. מנגנון הפעולה שלו נגזר מיכולתו לשאת ולשחרר פרוטונים כשהוא מתפזר בחופשיות דרך הממברנה המיטוכונדריאלית (מכיוון שמדובר במולקולה הידרופובית קטנה). ככל שזה נמשך, תאים מקטלים יותר ויותר מאגרי פחמימות ושומנים, וזו הסיבה להתעניינות של דיאטנים. לרוע המזל עבור חלק מאותם דיאטות, לאמצעי פרמקולוגי זה לניתוק שרשרת הובלת האלקטרונים מסינתזת ה- ATP לא היה ויסות מלבד כמות ה- DNP שנלקחה. במקרים של מנת יתר, שיעורי הנשימה עלולים לעלות באופן דרמטי תוך ייצור מעט ATP וחום רב. למעשה, מחלות ומוות ממנת יתר נובעות בדרך כלל מהעלייה בטמפרטורת הגוף ולא בזמינות ATP מופחתת. למרבה הצער, ישנם עדיין כמה דיאטנים ומפתחי גוף שעושים תרופות עצמיות עם DNP למרות הסכנות.