3

Механизмы образования атф в клетке

Имеется два пути синтеза атф в клетке: 1) окислительное фосфорилирование и 2) субстратное фосфорилирование.

Окислительное фосфорилирование является главным путем синтеза АТФ из АДФ и Ф_н. С помощью этого механизма в клетках миокарда и скелетных мышц синтезируется около 90% АТФ. Реакция энергетически сопряжена с переносом электронов с восстановленных коферментов на кислород и требует наличия неповрежденной митохондриальной мембраны. Альтернативный путь синтеза АТФ из АДФ и Ф_н - субстратное фосфорилирование. В этом случае происходит перенос фосфата с высокоэнергетических фосфатов клетки на АДФ с образованием АТФ. Это происходит в ходе а) креатинкиназной реакции:

Креатинфосфат + АДФ → креатин + АТФ

и в ходе 2-х реакций гликолиза: б) фосфоглицераткиназной

1,3-Дифосфоглицерат + АДФ → 3-фосфоглицерат + АТФ

и в) пируваткиназной

фосфоенолпируват + АДФ → пируват + АТФ

В этом случае механизм сопряжения не нуждается в наличии кислорода и неповрежденной митохондриальной мембраны.

Цепь переноса электронов (цпэ) или дыхательная цепь

Окисление субстратов в процессе дыхания можно представить как перенос электронов и протонов от органических веществ на кислород:

S·H₂ + ˡ/2 О2 → S + Н2О

Перенос электронов на кислород происходит при участии системы переносчиков, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий и образующих цепь переноса электронов (ЦПЭ) или дыхательную цепь. В состав ЦПЭ входят 4 ферментативных комплекса: НАДН-дегидрогеназа (I), сукцинатдегидрогеназа (II), Q·H₂-дегидрогеназа (III), цитохромоксидаза (IV), а также 2 низкомолекулярных переносчика: гидрофобная молекула кофермента Q и цитохром С - небольшой по размерам белок. Все компоненты ЦПЭ расположены в митохондриальной мембране в порядке возрастания редокс потенциала (окислительно­восстановительного потенциала); самый высокий редокс-потенциал у кислорода. Это обеспечивает последовательное перемещение электронов от НАДН·Н⁺ на кислород, при этом происходит выделение энергии на каждом этапе ЦПЭ.

Атомы водорода или электроны перемещаются по цепи от более электроотрицательных компонентов к более электроположительному кислороду. Изменение окислительно-восстановительного потенциала при переходе от системы НАД⁺/НАДН к системе 0₂/Н₂0 составляет 1,1В.

Водород от первичных доноров (цитрат, 2-оксоглутарат, малат, пируват, глутамат) вводится в дыхательную цепь при участии НАД-зависимых дегидрогеназ (с образованием НАДН·Н⁺). С НАДН·Н⁺ водород поступает на I ферм. комплекс (НАДН-дегидрогеназу), который состоит из нескольких пептидных цепей и в качестве простетической группы содержит флавинмононуклеотид (ФМН):

НАДН·Н⁺ + Е₁(ФМН) → НАД⁺ + Е₁(ФМН-Н₂)

С ФМН·Н₂ электроны переносятся на ряд железосерных белков (FeS), играющих роль второй простетической группы в молекуле НАДН-дегидрогеназы. От железосерных белков электроны переносятся на кофермент на KoQ (убихинон) с образованием KoQ·H₂ (убихинола).

KoQ является митохондриальным липидом. Молекулы убихинона в зависимости от источника, из которого они выделены, различаются длиной углеводородной цепи. У млекопитающих она содержит 10 изопреноидных звеньев и обозначается как Q₁₀

Убихинон выполняет функцию сборщика, присоединяя электроны от НАДН- дегидрогеназы и других флавинзависимых дегидрогеназ, в частности, от

сукцинатдегидрогеназы:

Е₁(ФМН·Н₂) + KoQ → Е₁(ФМН) + KoQ·H₂

Поскольку содержание KoQ значительно превосходит содержание других компонентов дыхательной цепи, считается, что он является подвижным компонентом ЦПЭ, который получает восстановительные эквиваленты от фиксированных флавопротеиновых комплексов и передает их на цитохромы.