9.Окислительное фосфорилирование в дыхательной

цепи. Хемиосмотическая теория Митчелла.

I – NADH-дегидрогеназа; II – сукцинатдегидрогеназа;

III – цитохромы вс₁, IV – цитохромоксидаза

Синтез АТР из ADP и Н₃РО₄ за счет энергии, выделяющ

ейся при тканевом дыхании, называется окислительн

ым фосфорилированием.Митохондрии - реакцию фос

форилирования АDP с образованием АТP за счет энергии

окисления органических соединений. При переносе элект

ронов по дыхательной цепи происходит высвобождение

энергии

Разность электрохимических потенциалов протона между двумя водными фазами внутри и вне митохондрий описывается уравнением

где R ‒ газовая постоянная, T ‒ абсолютная температура, [H⁺]_o и [H⁺]_i ‒ концентрации ионов водорода вне и внутри матрикса, соответственно, F ‒ число Фарадея, ∆φ- разность потенциалов между окружающей средой и матриксом.

Суммарная энергия окислительно-восстановительной реакции, превращенная в разность электрохимических потенциалов ионов водорода, была названа П. Митчеллом протон-движущей силой (PMF)

PMF (мВ) = 60 (мВ) · pH + 

Согласно хемиосмотической теории П. Митчелла, сопряжение тканевого дыхания с окислительным фосфорилированием обеспечивается внутренней митохондриальной мембраной, целостность которой обуславливает возникновение движущей силы синтеза АТР-протонного потенциала. В результате происходит перекачивание протонов из матрикса на цитоплазматическую поверхность и создается градиент рН. Движение протонов в обратном направлении (по каналу фактора Fo) ведет к активации АТР-синтазы (фактор F₁) и синтезу АТР из АDP и фосфата. Транспорт АТР из матрикса в цитоплазму осуществляется переносчиком – транслоказой. Этот фермент катализирует перенос одной молекулы АТР из матрикса в обмен на одну молекулу АDP, переносимую в матрикс. Нарушение транспорта АDP или фосфата приводит к торможению синтеза АТP.

Гипотеза П.Митчелла требует соблюдения ряда условий:

1) внутренняя митохондриальная мембрана должна быть интактна и непроницаема для протонов, направляющихся снаружи внутрь;

2) в результате активности дыхательной цепи ионы водорода поступают в нее изнутри, из матрикса, а освобождаются на наружной стороне мембраны;

3) движение ионов водорода, направленное изнутри наружу должно приводить к их накоплению, вследствие чего между двумя сторонами митохондриальной мембраны возникает градиент рН;

4) необходимы затраты энергии, которая поставляется при переносе электронов по электронтранспортной цепи;

5) синтез АТР поддерживать наличием электрохимического градиента.

10.Строение атр-синтазного комплекса.

Механизм образования АТР.

АТР-синтазный комплекс (Н⁺-АТРаза) – об

ратимый фермент, обладающий как АТР-син

тазной, так и АТРазной активностью. Синтез

АТР осуществляется за счет протонного гра

диента ΔμН⁺.F₁ – сопрягающий фактор (бе

лок из α, β, γ + субъеденицы δ, ε) F_o – про

тонный канал (шляпка,частично погружено

му в мембрану, в основании которого находит

ся гидрофобный белок комплекса F₀, который

включает 3 типа полипептидов (a,b,c))

F₁ - может поворачиваться вокруг оси, совпад

ающей по направлению с субъединицей γ. П

ри повороте на 120º каждая из α и β-субъеди

ниц перемещается на место другой такой же

, а при повороте на 60º субъединицы меняю

тся местами. трех конформационных сост

ояний, которые различаются по степени ср

одства молекул АТР, АDP и Pi к каталитичес

кому центру. 1.В состоянии 1 центр β-субъ

единицы открыт и в нем связываются моле

кулы АDP и Pн, которые сравнительно слаб

о удерживаются центром.

2.Вращение и конформационные перестройки

комплекса F₁ переводят этот центр в состояние

2, где непосредственно происходит синтез АТP.

Здесь АDP и Pн прочно фиксируются в каталит

ическом центре, находясь в активной конфигура

ции, необходимой для образования ковалентно

й связи между фосфатными группами АDP и Pн.

3. На следующем этапе центр переходит в сос

тояние 3, где за счет энергозависимой структур

ной перестройки происходит ослабление прочн

ой связи молекулы АТP с центром и выход ее н

аружу. На освободившееся место из раствора п

риходят новые молекулы АDP и Pн. Перестрой

ки носят кооперативный характер и затрагива

ют состояние всех трех каталитических центро

в β-субъединиц. Поскольку весь цикл включает

3 этапа, а в Н⁺-АТР-синтазе имеется 3 субъе

диницы, то после каждого структурного перехо

да в растворе появляется новая молекула АТР.

F_o- формирует канал, по которому протоны по

ступают к активному центру АТРазы. Проводи

мость протонов носит специфический характе

р и подавляется антибиотиком олигомицином

и ДЦКД (N,N′-дициклогексилкарбодиимид), инг

ибиторами Н⁺-АТР-синтазы. Комплекс F₀ ‒ вра

щающийся ансамбль субъединиц с 9-12 остано

вками, позволяющими прерывать поток протон

ов. Временное связывание протонов может осу

ществляться остатком аспарагиновой кислоты

на каждой субъединице. Каждый поворот γ-суб

ъединицы внутри комплекса происходит в соот

ветствии с тем, заполнено ли гидролитическое

место АТР или АDP и Pн. Эти конформационн

ые изменения (механические изменения струк

туры) обеспечивает перенос протонов водород

а на каждый третий этап цикла. Связывание, г

идролиз и освобождение АТP и ADP в F₀-F₁-А

ТP-синтазе зависит от величин и геометрии ра

сположения заряда в активном состоянии.

Механизм образования АТP

Митчелл Согласно хемиосмотическому меха

низму захват энергии, выделяющейся в проце

ссах электронного транспорта, осуществляетс

я за счет создания трансмембранной разност

и ΔμН⁺, а перенос энергии к АТP-синтазе обе

спечивается потоком протонов через ее протон

ный канал. Синтез АТР из АDP и Рi может про

исходить и в отсутствие переносчиков электр

онов. Для этого необходима лишь разность эл

ектрохимических потенциалов Н⁺ на мембран

е, в которой находится АТР-синтаза. Хемиосм

отический принцип трансформации энергии н

е может объяснить непосредственного молеку

лярного механизма синтеза АТР. Термодинам

.невозможно. электрон-конформационных вза

имодействий в механизмах ферментативного

катализа. элементарный акт катализа осущест

вляется в активном центре спонтанно, когда в н

ем достигается реакционноспособная конфи

гурация между реагирующими группами суб

страта и фермента, расположенными на рас

стоянии порядка длин химических связей.

Бойер .Элементарное образование АТР мо

жет происходить в активном центре Н⁺-АТР-

синтазы в условиях деэнергизации мембраны

, когда ΔμН=0, и даже в активном центре изо

лированного фактора F₁, находящегося в раст

воре. Однако валового синтеза АТР при этом

не происходит. При энергизации мембраны з

а счет увеличения ΔμН процесс ускоряется в

1000 раз. Оказалось, что энергия ΔμН исполь

зуется в основном для вытеснения прочно св

язанного АТР из каталитического центра. Эн

ергия также затрачивается на связывание ф

осфата и АDP с ферментом.