Завдання 1. Вивчення окисного фосфорилювання в мітохондріях та дії роз’єднувача – 2,4-динітрофенолу на цей процес

Принцип методу. В процесі окислення різних субстратів і передачі електронів в дихальному ланцюгу мітохондрій вивільняється енергія. Частина цієї енергії використовується для синтезу АТФ в процесі окисного фосфорилювання:

АДФ + Ф_н ® АТФ

В експерименті, щоб запобігти нагромадженню АТФ (високий вміст АТФ інгібує ферменти дихального ланцюга) в якості кінцевого акцептора неорганічного фосфату використовують глюкозу. Фосфорилювання глюкози за участю АТФ каталізує фермент – гексокіназа:

Глюкоза + АТФ ® АДФ + глюкозо-6-фосфат

Визначення неорганічного фосфату ґрунтується на здатності молібдату амонію в кислому середовищі приєднувати залишок фосфорної кислоти з утворенням фосфату амонію. Фосфат амонію під дією відновника – аскорбінової кислоти утворює продукти забарвлені в синій колір. В процесі окисного фосфорилювання Ф_н вилучається з інкубаційного середовища, а тому інтенсивність синього забарвлення розчину зменшується.

Роз’єднувачі – це сполуки які порушують спряженість окислення і фосфорилювання в мітохондріях. В присутності роз’єднувачів спостерігається активне поглинання кисню мітохондріями, однак швидкість генерації АТФ – значно зменшується (або відсутня). Згідно з хеміосмотичною теорією, роз’єднувачі спричиняють втрату мембраною електрохімічного протонного потенціалу – рушійної сили генерації макроергічних зв’язків АТФ.

Матеріали і реактиви: свіжовиділені мітохондрії з м’язів кроля; суміш № 1 – 0,08 моль КН₂РО₄, 0,255 моль KCl, 0,05 моль MgCl₂ розчиняють в дистильованій воді, додають 0,1 М розчин КОН до рН = 7,4 та доводять об’єм в мірній колбі до 1 л; суміш № 2 – водний розчин глюкози з АТФ, що містить 90 мг глюкози та 30 мг АТФ в 1 мл; гексокіназа в 1%-му розчині глюкози (0,8 мг гексокінази в 1 мл); 5%-й розчин сукцинату калію; 5%-й розчин оцтової кислоти; 10%-й розчин три хлороцтової кислоти (ТХО); 1 %-й розчин динітрофенолу; 2,5%-й розчин молібдата амонію в 10 М розчині H₂SO₄ (2,5 г молібдата амонію розчиняють в 50 мл 20 М розчину H₂SO₄ і доводять об’єм водою до 100 мл); 5%-й розчин аскорбінової кислоти.

Хід роботи. Три пробірки – контрольну, дослідну № 1 та дослідну № 2 заповнюють реактивами за таблицею:

Оцтова кислота додається для повноти денатурації білка в контрольній пробірці. Після інкубації в термостаті протягом 15 хв. при 37^оС в кожну пробірку додають по 1,0 мл 10%-го розчину ТХО; по 0,5 мл 2,5%-го розчину молубдата амонію та по 0,5 мл 5%-го розчину аскорбінової кислоти. Протягом 20 хвилин спостерігають за появою синього забарвлення.

За результатами проведеного експерименту зробити висновки.

Клініко-діагностичне та практичне значення. Коефіцієнт окисного фосфорилювання – відношення кількості зв’язаного (етерифікованого) неорганічного фосфату до кількості поглинутого мітохондріями кисню позначається як P_i/О (Ф_н/О). Коефіцієнт кількісно дорівнює числу молекул АТФ, що утворюються при перенесенні двох відновлювальних еквівалентів на один атом кисню, тобто АТФ/О. При окисленні субстратів НАД-залежними дегідрогеназами коефіцієнт складає – 3, а для ФАД-залежних дегідрогеназ – 2.

Коефіцієнт окисного фосфорилювання використовується з метою характеристики ефективності процесів енергопродукції в тканинах в нормі та при патології. Порушення синтезу АТФ спостерігається в умовах дії на організм людини і тварин багатьох патогенних факторів хімічного (зокрема, природні та синтетичні токсини, лікарські засоби, тощо), біологічного (гормони, антибіотики, проміжні продукти метаболізму) та фізичного (іонізуюча радіація) походження. Всі вони спричиняють роз’єднання дихання та окисного фосфорилювання за рахунок порушення здатності створювати та підтримувати електрохімічний протонний потенціал на спрягаючи мембранах мітохондрій.

Роз’єднувачами окисного фосфорилювання є сполуки природного та синтетичного походження. Природні роз’єднувачі – вищі жирні кислоти, гормони щитовидної залози (тироксин, трийодтиронін), прогестерон, жовчні кислоти, деякі антибіотики. Синтетичні роз’єднувачі – 2,4-динітрофенол та близькі до нього за хімічною будовою динітрокрезол, пентахлорфенол, а також синтетична сполука – СССР (англ.) (карбоціанід-м-хлорфенілгідразон), що в 100 разів перевищує за специфічною активністю 2,4-динітрофенол.