Вопрос №45

Современные представления о механизме тканевого дыхания.

Дыхательная цепь, ее надмолекулярная организация, функции.

Дыхательная цепь – последовательная цепь ферментов, осуществляющая перенос ионов водорода и электронов от окисляемых субстратов к молекулярному кислороду – конечному акцептору водорода. В ходе этих реакций выделение энергии происходит постепенно, небольшими порциями, и она может быть аккумулирована в форме АТФ. Локализация ферментов дыхательной цепи – внутренняя митохондриальная мембрана.

Строение митохондриальной ЦПЭ

• протекает на внутренней мембране митохондрий

• функционируют 3 ферментных комплекса (I, III, IV)

• компоненты располагаются в порядке возрастания окислительно-восстановительного потенциала, т.е. окислительные свойства (способность забирать электроны) возрастает от начала цепи; самый сильный – кислород.

• В ЦПЭ существуют подвижные и неподвижные компоненты.

а) НАДН-ДГ (-дегидрогенеза) – неподвижный компонент.

Это первый ферментный комплекс.

Его называют первым участком сопряженного синтеза АТФ.

Имеет кофермент ФМН (флавинмононуклеотид) и FeS.

Принимает электроны и протоны от НАДН+Н⁺.

б) Кофермент Q10 (убихинон) – подвижный компонент.

Синтезируется из промежуточных продуктов биосинтеза холестерола.

Принимает электроны и протоны и от первого компонента ЦПЭ, и от второго (ФАД∙Н₂).

в) Система цитохромов – сложные белки гемопротеины

Имеют в составе Fe, который может менять валентность при переносе электронов (2+ → 3+).

Цитохромы переносят только электроны.

• bc1 – неподвижный компонент

Третий ферментный комплекс (QН₂-ДГ).

Второй участок сопряженного синтеза АТФ.

• с – подвижный компонент

• аа3 – неподвижный компонент

Четвертый ферментный комплекс (цитохромоксидаза – передает электроны на кислород).

Третий участок сопряженного синтеза АТФ.

Содержит Cu²⁺

Таким образом, все ферментные комплексы – неподвижные компоненты.

Существует пятый ферментный комплекс – АТФ-синтаза – осуществляет синтез АТФ.

Функция дыхательной цепи – утилизация восстановленных дыхательных переносчиков, образующихся в реакциях метаболического окисления субстратов (главным образом в цикле трикарбоновых кислот). Каждая окислительная реакция в соответствии с величиной высвобождаемой энергии «обслуживается» соответствующим дыхательным переносчиком: НАДФ, НАД или ФАД. Соответственно своим окислительно-восстановительным потенциалам эти соединения в восстановленной форме подключаются к дыхательной цепи (см. рис. 9.7). В дыхательной цепи происходит дискриминация протонов и электронов: в то время как протоны переносятся через мембрану, создавая ΔрН, электроны движутся по цепи переносчиков от убихинола к цитохромоксидазе, генерируя разность электрических потенциалов, необходимую для образования АТФ протонной АТФ-синтазой. Таким образом, тканевое дыхание «заряжает» митохондриальную мембрану, а окислительное фосфорилирование «разряжает» ее. Разность электрических потенциалов на митохондриальной мембране, создаваемая дыхательной цепью, которая выступает в качестве молекулярного проводника электронов, является движущей силой для образования АТФ и других видов полезной биологической энергии

Все ферментные комплексы ЦПЭ (места сопряженного синтеза) были изучены с помощью ингибиторов ЦПЭ - веществ, блокирующих процесс переноса электронов по ЦПЭ:

I ФК блокируется ядом ротеноном и аминобарбиталом

III ФК – антибиотиком антимицином-Д

IV ФК – цианидами, угарным газом

V ФК – антибиотиком олигомицином.