8. Современное представление о строении и переносе электронов в дыхательной цепи митохондрий.

Последовательность расположения компонентов дыхательной цепи определяется величиной их RedOx-потенциала и способностью переносить только электроны (e) либо одновременно и электроны, и протоны (p). Электроны переносятся от элементов с более низкими стандартными потенциалами (т.е. от более активных восстановителей) к элементам с более высокими стандартными потенциалами.

I комплекс – НАДН2:CoQ-оксидоредуктаза (ФМН-зависимая, с FeS-центрами). Принимает на стороне митохондриального матрикса 2 Н (2 e + 2 p) от НАДН2, имеющего самый низкий стандартный потенциал (Е0= - 0,32 В), окисляя его до НАД, высвобождает 2 p в межмембранное пространство МТХ, а 2 e передает дальше по e-транспортной цепи – на III комплекс.

II комплекс – сукцинат-дегидрогеназа (ФАД-зависимая, с FeS-центрами), принимает 2 e и 2 p от ФАДН2 с Е0= - 0,15 В (окисляя его до ФАД) на стороне митохондриального матрикса и передает их напрямую на CoQ III комплекса, минуя I комплекс.

III комплекс – CoQН2:cyt c-оксидоредуктаза (с FeS-центром; включает в себя убихинон, FeS-белок и цитохромы b, c1, c), принимает e от комплексов I и II и передает на IV комплекс e-транспортной цепи, а также высвобождает в межмембранное пространство 2 p, полученных от II комплекса либо захваченных из митохондриального матрикса сопряжено с переносом пары e от I комплекса.

IV комплекс – цитохромоксидаза (комплекс цитохромов a, a3), переносит e с cyt c III комплекса на конечный акцептор – О2, восстанавливая его до Н2О с Е0= + 0,82 В в митохондриальном матриксе.

НАДН2-дегидрогеназа и CoQ – способны переносить как e, так и р. Поэтому являются 2 точками сопряженной перекачки р. Механизм третьей точки сопряжения не ясен. В итоге переносятся по цепи 2 e и с одной стороны внутренней митохондриальной мембраны на другую – 6 р. В случае, когда донор e – ФАДН2, только 4 р, т.к. минуется первая точка сопряжения.

8. Современные представления о механизме сопряжения окисления и фосфорилирования в биосистемах.

(см. вопрос 30)

1961 г. – Митчелл: хемиосмотическая концепция сопряжения.

Свободная энергия транспорта электронов в дыхательной цепи затрачивается на перенос протонов через внутреннюю мембрану из матрикса в межмембранное пространство. При этом на внутренней мембране возникает разность электрических потенциалов ?? и разность химических активностей водородных ионов ?рН. В сумме эти компоненты дают трансмембранную разность электрохимических потенциалов для Н+:

??(Н+) = ?? – ?рН RT/F. где R-универсальная газовая постоянная, T-абс. т-ра, F- число Фарадея. Обычно ??(Н+) = 0,25 В, из них 0,15-0,20 В – вклад электрохим. составляющей.

АТФ-синтетаза использует энергию ??(Н+), которая выделяется при прохождении протонов по электрическому полю в сторону меньшей их концентрации – обратно в матрикс, для синтеза АТФ из АДФ и Ф.

Реально Н+/АТФ = 2. Но кажущаяся величина – 3, т.к. еще один Н+ позже затрачивается переносчиком адениновых нуклеотидов на вынос синтезированного АТФ в цитоплазму в обмен на АДФ.

В отличие от субстратного фосфорилирования, протекающего в растворе, сопряжение окисления и фосфорилирования через ??(Н+) возможно только в замкнутых мембранных структурах.

Сопряжение окисления и фосфорилирования через ?мюH позволяет объяснить, почему О.ф., в отличие от гликолитич. ("субстратного") фосфорилирования, протекающего в р-ре, возможно лишь в замкнутых мембранных структурах, а также почему все воздействия, снижающие электрич. сопротивление и увеличивающие протонную проводимость мембраны, подавляют ("разобщают") О.ф. Энергия ?мюH помимо синтеза АТФ, может непосредственно использоваться клеткой для др. целей - транспорта метаболитов, движения (у бактерий), восстановления никотинамидных коферментов и др.

В дыхат. цепи имеется неск. участков, к-рые характеризуются значит. перепадом окислит.-восстановит. потенциала ?E и сопряжены с запасанием энергии (генерацией ?мюH ). Таких участков, наз. пунктами или точками сопряжения, обычно три: НАДН: убихинон-редуктазное звено ( ?E 0,35-0,4 В), убихинол: цитохром-c-редуктазное звено (?E~ ~ 0,25 В) и цитохром-с-оксидазный комплекс (?E~ 0,6 В)-пункты сопряжения 1, 2 и 3 соотв. Каждый из пунктов сопряжения дыхат. цепи м.б. выделен измембраны в виде индивидуального ферментного комплекса, обладающего окислит.-восстановит. активностью. Такой комплекс,встроенный в фосфолипидную мембрану, способен функционировать как протонный насос.

Максимальная величина коэффициента фосфорили-рования, составляет 3 (т.к. в дыхательной цепи есть только 3 участка, где перенос электронов сопряжен с накоплением энергии, достаточным для образования АТФ ), если реакция окисления идет с участием НАД, и 2, если окисление субстрата протекает через флавиновые дегидрогеназы. Экспериментально определяемые значения Р/О, как правило, оказываются меньше 3. Это свидетельствует о том, что процесс дыхания не полностью сопряжен с фосфорилированием.