Субстрат, отдав гидрид-ион НАД+ а протон в среду, окислился. НАД+ присоединив гидрид-ион, восстановился. Восстановленный НАД
отщепляется от своего апофермента и подходит к внутренней мембране митохондрий, где окисляется вторым участником полной дыхательной цепи.
Если окисление субстрата происходило в цитозоле, образовавшийся НАДН попадает в митохондрии с помощью специальных челночных механизмов, т.к. мембраны митохондрий не проницаемы для НАДН.
2. Окисление НАДН ФМН-зависимыми дегидрогеназами.
ФМН-зависимые дегидрогеназы расположены во внутренней мембране митохондрий. Это сложные ферменты, содержащие в качестве простетической группы ФМН и FeS (железосерные)-
центры. Субстратом для них служит НАДН, поэтому по субстрату их называют НАДН-дегидрогеназы.
СТРОЕНИЕ ФМН (Ф-флавин, М-моно, Н-нуклеотид (флавин + рибитол Ã вит В2,
рибофлавин))
|
|
H |
H |
H |
|
|
|
|
OH |
||||||
CH 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
C |
|
C |
|
CH 2 O |
|
P |
|
O |
||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
||
|
|
OH |
OH |
OH |
|
|
|
|
N |
N |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
9 |
1 |
|
C |
|
O |
|
|
|
|
|
|
||||||
C H 3 |
7 |
|
|
|
2 |
|
||||
|
|
6 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
C H 3 |
|
5 |
|
1 0 |
4 |
|
NH |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
N |
C |
|
O |
Главную роль в окислении НАДН играет изоаллоксазиновое кольцо флавина, где по месту разрыва двойных связей у атомов N в 1- ом и 10-ом положении могут присоединяться атомы водорода.
Механизм окисления НАДН НАДН-дегидрогеназой
|
R |
|
|
|
|
R |
H |
CH3 |
N |
N |
|
+ НАДН |
CH3 |
N |
N |
|
1 |
O |
|
O |
|||
CH3 |
N |
|
NH |
НАД+ |
CH3 |
N |
NH |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
10 |
O |
|
|
|
H |
O |
|
|
|
|
|
|||
|
ФМН |
|
|
|
|
ФМН!Н2 |
|
НАДН, отдавая гидрид-ион на ФМН-зависимую дегидрогеназу, окисляется, а ФМН, присоединив гидрид-ион и протон из матрикса,
112
восстанавливается. Окисленный НАД может присоединиться к апоферменту НАД-зависимых дегидрогеназ и окислять новую молекулу субстрата. Железосерные центры, входящие в состав ФМН-зависимых
дегидрогеназ, благодаря способности Fe менять свою степень окисления с Fe3+ на Fe2+, являются переносчиками электронов, но не могут присоединить к себе протоны. Следовательно, на этапе FeS-центров
происходит разделение потока протонов и электронов, т.е. далее по цепи переносятся только электроны, а протоны на этом этапе
выталкиваются в межмембранное пространство (ММП). До FeS-
центров протоны и электроны переносились вместе в виде гидрид-иона.
ФМНН2 + Fe3+S → ФМН + Fe2+S
Н+ в ММП
ФМНН2, отдав электроны железу FeS-центров, а протоны в ММП, окисляется, FeS-центры, присоединив электроны – восстанавливаются.
3. Окисление FeS-центров убихиноном.
Убихинон или кофермент Q (quinone – Q – уби-вездесущий)
найден практически во всех клетках. Это жирорастворимый хинон с длинной изопреноидной боковой цепью. Это единственный переносчик в цепи, не являющийся белком, он легко двигается в липидном слое мембраны. Убихинон выполняет коллекторную функцию, собирая восстановительные эквиваленты не только от НАДН-дегидрогеназ (полная дыхательная цепь), но и от ФАД-зависимых дегидрогеназ
(укороченная дыхательная цепь).
Строение убихинона, механизм окисления
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fe2+ |
|
H3C |
|
O |
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
Н+ + |
ē |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
O |
|
|
|
|
|
|
(CH2 |
|
CH |
|
C |
|
CH2)nH |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
H3C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окисленная форма (хинон) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
||||
|
|
|
|
Fe3+ |
|
H3C |
|
|
|
|
|
CH |
3 |
|
Н+ + |
ē H3C |
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
CH3 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|||
|
|
|
|
|
|
H3C |
O |
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
H3C |
|
O |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Семихинон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидрохинон |
|
|
|
Убихинон может присоединять 1 электрон к своему О2 от Fe2+,
кислород становится электроотрицательным и присоединяет протон из матрикса, образуется семихинон. Однако убихинон может присоединять
113
и 2 электрона, т.е. участвовать в двухэлектронном переносе, образуя гидрохинон.
Когда электроны от железосерных центров ФМН-зависимых дегидрогеназ переходят на убихинон, ФМН-зависимые дегидрогеназы
окисляются, убихинон восстанавливается. Подчеркнем, что убихинон от восстановленных НАДН-дегидрогеназ присоединяет только электроны
через железосерные центры. Протоны, которые присоединились к убихинону, происходят из матрикса (возможно из внутренней мембраны митохондрий).
4. Окисление восстановленного убихинона цепью цитохромов.
|
CH2 |
|
|
|
CH |
|
CH3 |
|
|
CH |
|
H3C |
N |
N |
CH CH2 |
|
CH |
Fe |
CH |
|
|
|
|
H3C |
N |
N |
CH3 |
|
|
CH |
|
|
CH2 |
|
CH2 |
|
CH2 |
|
CH2 |
|
COOH |
|
COOH |
|
|
|
Цитохромы это железосодержащие белки, окрашенные в красный или коричневый цвет. Они относятся к гемпротеинам, т.е. Fe входит в структуру гема. Они способны переносить электроны. Существуют 3 класса цитохромов: а, в, с, различающихся по спектрам поглощения. В дыхательной цепи они располагаются в порядке возрастания редокс-потенциала:
в→ с1 → с→ аа3 → О2
Входе переноса электронов атом Fe находится то в восстановленной форме Fe2+, то в окисленной – форме Fe3+. Группа гема, как и FeS-центра переносит только 1 электрон в отличие от НАД,
флавина и убихинона, переносящих по 2 электрона. Таким образом, восстановленный убихинон переносит свои 2 электрона на две молекулы цитохрома “в”. Fe в цитохроме “в” восстанавливается, убихинон окисляется, протоны убихинона выталкиваются в ММП.
114
Цитохромы отличаются друг от друга строением гема, способом связи гема с белковой частью. Простетической группой цитохромов “в”, “c”, “c1” служит протопорфирин IX (гем), как в миоглобине и гемоглобине, цитохромы а и а3 имеют другую железопорфириновую
группу, называемую гем “а”.
Связь гема с белковой частью цитохромов происходит по 5 и 6 координационным связям Fe
Цитохром |
|
5 |
6 |
“в” |
|
Гис |
Гис |
|
|
|
мет, |
“с” |
|
Гис |
ковалентная связь винильных групп |
|
|
|
гема с цис |
“а” |
NН2 |
аминосаха- |
О2, НСN, СО |
|
ра |
||
|
|
|
Все цитохромы прочно встроены в мембрану, исключением является цитохром “c”, который может свободно двигаться в плоскости мембраны, подобно убихинону.
Перенос электронов на О2 цитохромоксидазой. Цитохромы “а” и “а3” являются конечными звеньями дыхательной цепи. Они
существуют в виде комплекса – цитохромоксидаза. Она содержит две молекулы гема “a” и 2 атома Cu. Цитохромоксидаза может необратимо ингибироваться цианидами, угарным газом. Она имеет очень высокое средство к кислороду. Это позволяет дыхательной цепи функционировать с максимальной скоростью до тех пор, пока в ткани не будет практически исчерпан О2.
Цитохромоксидаза забирает 1 электрон от цитохрома “c”. Вначале электрон переносится на окисленное Fe3+ гема “a”, образуется восстановленное Fe2+. Электрон с Fe2+ дальше переносится на окисленную Cu2+. В результате Fe окисляется, а Cu восстанавливается в Cu1+. Сu1+ отдает 1 электрон на О2. При этом Cu окисляется, О2 – восстанавливается. Однако для восстановления О2 нужно 4 электрона, а
группы гема являются переносчиками одного электрона. Каким образом четыре электрона “сходятся” для восстановления молекулы О2, пока не
установлено.
О2 + 4е + 4Н+ → 2Н2О
Присоединение электрона к О2 сопровождается присоединением протонов, которые возвращаются в матрикс из ММП через канал АТФ-
синтазы.
115
Неполная (укороченная дыхательная цепь). В ней окисляются субстраты 1 рода. Первым звеном дыхательной цепи являются ФАД- зависимые дегидрогеназы. Это сложные ферменты, содержат
простетические группы ФАД и FeS-центры. По субстрату их называют сукцинатдегидрогеназа, ацилКоА-дегидрогеназа. Они
расположены во внутренней мембране митохондрий со стороны матрикса. Забирая атом водорода от окисляемого субстрата, они переносят электроны через FeS-центры на убихинон и далее цепь
цитохромов, а протоны остаются в матриксе.
СТРОЕНИЕ ФАД (Ф-флавин, А-аденин, Д-динуклеотид)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
N |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
CH2 |
|
|
CHOH |
CHOH CHOH CH2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
P |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
H3C |
|
|
N |
|
N |
O |
|
P |
|
O |
|
CH2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H3C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
N |
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
H |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH OH |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Структурная организация дыхательной цепи
Компоненты дыхательной цепи встроены во внутреннюю митохондриальную мембрану в виде четырех белковых комплексов. Цитохром “c” и убихинон, будучи относительно мобильными компонентами дыхательной цепи, осуществляют связь между фиксированными комплексами.
Ферментные комплексы цепи переноса электронов
НАДН+H+→ |
НАДН Ã |
|
|
QН2 Ã |
|
Цитохром- |
→½О2 |
||
|
→Q→ |
|
|
→цито→ |
оксидаза |
||||
|
дегидрогеназа |
|
дегидрогеназа |
хром с |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
III |
|
IV |
|
||
|
|
Сукцинат: |
дрогеназа |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II
116
Состав митохондриальных ферментных комплексов цепи переноса электронов
Название комплекса |
Состав |
|
I |
ФМН, FeS-центры |
|
НАДН-дегидрогеназа |
||
|
||
II |
ФАД, FeS-центры |
|
Сукцинатдегидрогеназа |
||
|
||
III |
Цитохромы в; с1, FeS-центры |
|
QН2-дегидрогеназа |
||
|
||
IV |
Цитохромы а, а3; Cu2+ |
|
Цитохромоксидаза |
|
Лекция 8
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ
1. Определение понятия «окислительное фосфорилирование». Коэффициент окислительного фосфорилирования
В процессе тканевого дыхания от окисляемых субстратов отщепляются протоны и электроны. Они поступают на кофакторы НАД+ и
ФАД, которые передают их в дыхательные цепи. Передвигаясь от одного переносчика электронов к другому, электроны опускаются на все более низкие энергетические уровни, отдавая порциями свою энергию. В последнем звене цепи они восстанавливают молекулярный кислород. Освобожденная при переносе электронов по дыхательной цепи энергия запасается в фосфатных связях АТФ.
Синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, который происходит с использованием энергии, освобождающейся при окислении веществ и сопряжен с переносом электронов по дыхательной цепи, называется окислительным фосфорилированием.
Окислительное фосфорилирование было открыто в начале 30-х годов XX в. В.А. Энгельгардтом.
Коэффициент окислительного фосфорилирования (К) – это отношение количества неорганического фосфата, потребляемого в процессе дыхания, к количеству кислорода: Р/0, т.е. К показывает число молей АТФ, образующихся из АДФ и Рн на 1 грамм-атом поглощенного О2. Предложен в 1939г. В.А. Белицером.
Экспериментально установлено, что для субстратов, окисляющихся в полной дыхательной цепи (яблочная, пировиноградная, изолимонная кислоты) этот коэффициент равен 3, т.е. синтезируется 3 АТФ
117
на каждый атом О2, а для субстратов неполной дыхательной цепи –
(сукцинат) – 2 (соответственно образуется 2 молекулы АТФ).
2. Участки сопряжения в дыхательной цепи
Образование АТФ возможно в тех участках дыхательной цепи, где изменение свободной энергии при переносе электронов превышает изменение свободной энергии гидролиза АТФ, т.е. 30,5 кДж/моль. Этой величине соответствует величина редокс-потенциала 0,22 В. В полной
дыхательной цепи есть 3 участка, отвечающих этим требованиям.
Участки сопряжения в полной дыхательной цепи
1. Между НАД-зависимой дегидрогеназой и ФМН-зависимой дегидрогеназой (комплекс I);
2. Между цитохромами «в» и «с» (комплекс III);
3. Между цитохромоксидазой и кислородом (комплекс IV).
В этих участках возможен синтез АТФ. Их называют участками сопряжения окисления и фосфорилирования. Здесь расположены ферменты дыхательной цепи (комплексы I, III и IV) и фермент синтеза АТФ
– АТФ синтаза.
Сопряжение дыхания и синтеза АТФ Наружная мембрана митохондрии
М
М
П |
Н+ |
+ |
+ |
+ |
Н+ |
|
+ |
|
|||
внутренняя |
2е |
Цитохром IV |
|||
|
|||||
|
II |
с |
а а3 |
||
мембрана |
|
|
|||
митохондрий |
|
ФАД |
|
Сu2+ |
|
|
|
|
|
||
|
- |
- |
- |
|
|
НАДН |
НАД |
а |
|
1/2О2 |
Н2 |
|
|
|
+Н3Р |
|
|
Оксал |
|
ат |
|
|
|
|
|
|
|
AТФ АТФ- АДФ- |
|
|
Матрикс |
|
|
транслоказа |
|
|
|
|
(антипорт) |
||
|
|
|
|
|
AДФ |
В местах расположения комплексов I, III и IV э |
оса |
||||
электронов используется для выкачивания протонов в |
ное |
||||
|
|
118 |
|
|
|
пространство, т.е. возникает электрохимический потенциал (ЭХП). В
настоящее время существует неясность в отношении механизма выделения протонов, но его реальное существование не вызывает сомнений. Возвращение протонов обратно в матрикс происходит через канал АТФ синтазы, в этот момент синтезируется АТФ.
При переносе электронов через всю дыхательную цепь от НАДН+Н+ к атому кислорода изменение свободной энергии составляет ~ 220 КДж/моль, а синтезируется 3 АТФ – т.е. 30,5·3=91,5 кДж/моль.
Отсюда КПД дыхательной цепи ~ 41%. Остальная часть энергии рассеивается в виде тепла.
КПД полной дыхательной цепи
Энергия окисления субстратов – 220 кДж/моль. Синтез АТФ - 30,5 3=91,5 кДж/моль. 30,5 кДж/моль – нужно для синтеза 1 АТФ; 3 –
количество синтезируемой АТФ в ПДЦ.
91,5 100
КПД = |
|
≈41% |
220
3. Гипотезы механизма окислительного фосфорилирования
Вопрос о механизме окислительного фосфорилирования – это выяснение того, как энергия переноса электронов по дыхательной цепи трансформируется в энергию фосфатных связей АТФ. Для объяснения этого явления было предложено много гипотез, заслуживают внимания
– 3.
1. Гипотеза химического сопряжения. Предложена Липманом,
Слейтером, Ленинджером. Она рассматривает окислительное фосфорилирование по аналогии с субстратным фосфорилированием.
Механизм синтеза АТФ на 1 участке сопряжения:
НАДН + ФМН→ ФМН2 + НАД+ НАДН + X→НАД+ +ХН2
ХН2 + Н3Р04→X·Н2·Н3Р04
X·Н2·Н3РО4 + ФМН→ФМН·Н2 + X~Н3Р04
X~Н3Р04 + АДФ→X + АТФ
Макроэрг передается на АДФ и образуется АТФ.
ЕОК→ЕМАКР→ЕАТФ
119
Сторонники этой гипотезы помещают в участки сопряжения гипотетические вещества, которые забирают протоны и электроны от первого участника пункта сопряжения и взаимодействуют с Н3Р04. В мо-
мент отдачи протонов и электронов второму участнику пункта сопряжения, связь с фосфатом становится макроэргической.
Недостаток: до сих пор не открыли эти соединения.
2. Механохимическая или конформационная (Грин, Бойер, 60-е
годы). Согласно этой гипотезе в процессе переноса протонов и электронов изменяется конформация белков-ферментов. Они переходят в но-
вое, богатое энергией конформационное состояние, а затем при возвращении в исходную конформацию отдают энергию для синтеза АТФ:
ЕОК→ ЕКОНФ.СДВИГ→ ЕАТФ
И действительно, прямые эксперименты показывают, что митохондрии могут сокращаться и расслабляться; на электронных фотографиях видно, что в покое внутренняя мембрана митохондрий шире, чем в процессе дыхания. Но связано ли это напрямую с синтезом АТФ – не известно.
3. Хемиосмотическая гипотеза Митчелла.
Была сформулирована в 1961 г., многое для ее доказательства сделано В.П. Скулачевым. В 1978 г. Митчелл получил за нее Нобелевскую премию.
Гипотеза опирается на следующие положения:
1.Внутренняя мембрана митохондрий обладает высоким электрическим сопротивлением и очень низкой проницаемостью для протонов и гидроксид-ионов.
2.В ходе дыхания протоны скапливаются в межмембранном пространстве (ММП), т.е. возникает электрохимический потенциал (ЭХП).
3.Протоны могут вернуться в матрикс только через канал АТФ-
синтазы. В этот момент происходит разрядка мембраны и синтез АТФ.
ЕОК → ЕЭХП → ЕАТФ
Все эти предположения в настоящее время экспериментально доказаны.
Предполагается, что во внутренней мембране митохондрий содержится система ферментов – протонных насосов, приводимых в действие переносом электронов по дыхательной цепи. Используя энергию, выделяющуюся при переносе электронов, насосы выкачивают протоны из матрикса в ММП. В результате наружная сторона мембраны получает (+) заряд. В матриксе митохондрий образуется избыток ОН–, т.е.
120
внутренняя сторона мембраны заряжается (-). Таким образом на внут-
ренней мембране митохондрий одновременно с градиентом концентрации протонов создается и градиент электрического потенциала – возникает ЭХП. Т.е. химическая энергия окисления трансформировалась в энергию ЭХП.
Избыток протонов из ММП стремится вернуться в матрикс по градиенту концентрации. Поскольку мембрана для них непроницаема, они двигаются по специальному протонному каналу АТФ-синтазы.
Именно этот поток протонов и служит движущей силой для синтеза АТФ.
Согласно гипотезе Митчелла на каждые два протона, прошедшие через мембрану, синтезируется 1 молекула АТФ. Следовательно, цепь переноса электронов должна содержать 3 протонных насоса, соответствующих трем участкам фосфорилирования. Каждая пара электронов от субстратов окисления, транспортируемая от НАДН к кислороду, как бы извлекает три пары ионов Н+ из матрикса в межмембранное пространст-
во, в результате при переносе двух электронов образуется 3 молекулы АТФ.
В момент возврата протонов из ММП в матрикс происходит разрядка мембраны и освобожденная энергия ЭХП идет на синтез АТФ.
ЕОК→ЕЭХП→ЕАТФ
Что же не доказано в этой гипотезе: 1) точная локализация протонных насосов, 2) механизм перехода электрической энергии в химическую энергию связей АТФ.
Гипотеза Митчелла
Перенос электронов с окисляемых субстратов на кислород (дыхание)
Перенос протонов из матрикса митохондрий в межмембранное пространство и образование трансмембранного электрохимического
потенциала
Синтез АТФ за счет потока протонов из межмембранного пространства в матрикс (окислительное фосфорилирование)
4. Строение Н+АТФсинтазного комплекса (или АТФсинтазы)
Этот комплекс по форме напоминает гриб, ножка которого погружена в мембрану, а круглая шляпка выступает наружу.
121