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.
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.
Механизм переноса электронов и образования воды
Электроны могут поступать в ЦПЭ от НАДН+Н+ и ФАД∙Н2.
От НАДН+Н+ - в начало цепи, от ФАД∙Н2 – на Q10.
НАДН+Н+ отделяется от фермента и поступает к внутренне мембране митохондрий.
Отделяется 2Н (в виде 2е- и 2Н+) и пуступает к первому участку дыхательной цепи – к НАДН-ДГ (сначала на ФМН, потом на FeS).
От I ФК е- и Н+ передаются на Q10. Он становится QH2.
От QH2 по системе цитохромов передаются только электроны, а протоны поступают матрикс и идут на восстановление воды.
От ФАД∙Н2 е- и Н+ поступают на Q10 и двигаются точно также (цепь укорочена).
На этом тканевое дыхание заканчивается.
 |
 | |||
 | |||
Роль передачи электронов в синтезе АТФ
В начало цепи поступают электронов, богатые энергией.
В процессе переноса из-за разности ОВ-потенциала они теряют эту энергию на каждом участке (около 200 кДж). Этого хватило бы на синтез 4 молекул АТФ, но синтезируется всего 3. Остальная энергия рассеивается для поддержания температуры тела.
Больше всего свободной энергии выделяется в трех участках. Они называются участками сопряженного синтезаАТФ (I, III, IV ФК).
Свободная энергия Гиббса, которая выделяется при переносе электронов в трех участках. Направлена на выталкивание протонов из матрикса в межмембранное пространство.
В результате наружная сторона внутренне мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно.
Создается трансмембранный электрохимический протонный градиент. Он необходим для последующего синтеза АТФ.
Протоны по своему градиенту стремятся вернуться назад в матрикс. Но внутренняя мембрана для них не проницаема, и они возвращаются в матрикс через специфический F1-комплекс (АТФ-синтаза, V ФК).
F1-комплекс состоит из двух частей:
· F0 – канал в мембране (из 6 субъединиц)
· F1 = фермент АТФ-синтаза – синтез АТФ при прохождении протонов (6 субъединиц).
Каждая пара протонов, проходящая через F1-комплекс, активирует АТФ-синтазу, которая синтезирует 1 молекулу АТФ.
Таким образом, если е- и Н+ поступают в начало цепи (от НАДН+Н+), то в процессе сопряженного синтеза образуется 3 АТФ. Если от ФАД∙Н2, то - 2 АТФ.
Следовательно, за счет 4 реакций ЦТК синтезируется 11 АТФ (3х3+1х2).
Коэффициент фосфорилирования (р/о) - количество АТФ, которое образуется при переносе электронов к одному атому кислорода. Он может быть равен 3, 2, 1.
Теорию создания протонного градиента и его роль в синтезе АТФ создал Митчелл (хеми-осмотическая теория):
«Компоненты дыхательной цепи расположены строго определенным образом так, что при передаче пары электронов по ЦПЭ энергия, выделяющаяся в трех участках, направлена на выталкивание протонов в межмембранное пространство. В результате создается трансмембранный электрохимический протонный градиент – движущая сила синтеза АТФ» (путем окислительного фосфорилирования).
Существуют вещества, которые (как и ингибиторы дыхательной цепи) снижают синтез АТФ. Это разобщители окислительного фосфорилирования.
Они легко проникают через внутреннюю мембрану митохондрий, связывают Н+ (протонофоры) или другие положительно заряженные ионы (ионофоры) и переносят их назад в матрикс.
Следовательно, протонный градиент не создается, АТФ не синтезируется.
Этими веществами являются 2,4 – динитрофенол, жирные кислоты, тироксин в избытке.
Дыхательный контроль
Если в организме количество АДФ увеличено, то активируется все тканевое дыхание, окисление субстратов и синтез АТФ.
И наоборот.
ТЕМА 6