Prisustvo superkompleksa u respiratornom lancu transporta elektrona osigurava SCAFI protein. Respiratorni lanac Smanjeni transportni lanac elektrona za jantarnu kiselinu

11.3.3.1. Nosači elektrona

Nosači elektrona nalaze se na površini ili duboko u unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani, koja je raspoređena u križeve, čiji je broj i gustina pakiranja u korelaciji sa energetskim potrebama ćelije.

Mnogi nosači elektrona su proteini koji sadrže hem kao prostetičku grupu.

Svojstva molekula hema zavise od proteina na koji je vezan. Osim toga, hemovi u različitim citohromima mogu se razlikovati po strukturi bočnih grupa i načinu vezivanja za apoprotein. Stoga se citokromi mogu razlikovati u redoks potencijalima, iako svi imaju gotovo iste protetske grupe.

Nosioci elektrona nazivaju se citohromi jer su obojeni crvenom bojom. Različiti citokromi su označeni slovnim indeksima: s 1, s, a, a 3 – redoslijedom njihove lokacije u krugu.

Drugi tip nosača elektrona koji ne sadrži željezo uključuje proteine ​​u kojima su atomi željeza vezani za sulfhidrilne grupe ostataka proteina cisteina, kao i za sulfhidrilne anione ostataka, formirajući komplekse željezo-sumpor ili centre ( Slika 29).

Rice. 29. Struktura gvožđe-sumpornog centra

Kao iu citohromima, atomi željeza u takvim centrima mogu prihvatiti i donirati elektrone, naizmjenično prelazeći u fero(Fe 2+) i feri(Fe 3+) stanja. Centri gvožđa i sumpora funkcionišu zajedno sa enzimima koji sadrže flavin, prihvatajući elektrone iz sukcinat dehidrogenaze i dehidrogenaze uključene u oksidaciju masti.

Drugi tip transportera je protein koji sadrži FMN. FMN (flavin adenin mononukleotid) je jedinjenje koje je polovina flavina molekula FAD. FMN prenosi elektrone od FADN do centara željezo-sumpor.

Svi proteinski nosači su integralni proteini koji zauzimaju strogo fiksiran položaj u membrani i orijentisani su na određeni način. Izuzetak je citokrom c, koji je labavo vezan za vanjsku membranu i lako je napušta.

Jedini neproteinski nosilac elektrona je ubikinon, nazvan tako jer je, s jedne strane, kinon, as druge, nalazi se svuda (od engl. sveprisutan– sveprisutan). Njegovo skraćeno ime je CoQ, UQ ili jednostavno Q. Svi gvožđe-sumporni centri doniraju elektrone ubihinonu.

Tokom redukcije, ubikinon ne dobija samo elektrone, već i protone (slika 30).

Fig.30. Ubikinon – koenzim Q (a)
i njegove redoks transformacije (b)

Jednoelektronskom redukcijom pretvara se u semikinon (organski slobodni radikal), a dvoelektronskom redukcijom pretvara se u hidrokinon. To je posredno formiranje slobodnog radikala koji omogućava ubikinonu da služi kao nosač ne dva, već jednog elektrona. Vrlo dugačak hidrofobni rep (40 atoma ugljika u deset uzastopnih izoprenoidnih ostataka) daje ubikinonu mogućnost da se lako ubaci i slobodno se kreće u nepolarnom sloju unutrašnje mitohondrijalne membrane.

11.3.3.2. Lokacija vektora

Protok elektrona između nosača usmjeren je od nosača s većim redukcijskim potencijalom (tj. nižim redoks potencijalom) do nosača sa nižim redukcijskim potencijalom (tj. oksidiranijim, sa većim redoks potencijalom) (slika 31).

Fig.31. Redox potencijali komponenti respiratornog lanca u mitohondrijama

U mitohondrijskom lancu transporteri imaju različite redoks potencijale.

Nosioci elektrona u lancu nalaze se u krugu tako da se DG 0 (slobodna energija) postepeno smanjuje, a redoks potencijal shodno tome raste. U svakom stupnju prijenosa elektrona na nosač koji je u blizini lanca, oslobađa se slobodna energija.

Tokom oksidacije glukoze, elektroni se prenose sa NADH i FADH 2 na kiseonik. Mnogi transporteri su uključeni u ovaj proces, ali se mogu grupirati u četiri kompleksa koji su ugrađeni u mitohondrijalnu membranu
(Sl. 32).

Rice. 32.Četiri kompleksa za transport elektrona
u mitohondrijalnoj membrani

Između kompleksa, elektroni se kreću zajedno s mobilnim nosačima: ubikinon i citokrom c. Ubikinon prima elektrone iz kompleksa I i II i prenosi ih u kompleks III. Citokrom c služi kao posrednik između kompleksa III i IV. Kompleks I prenosi elektrone sa NADH na Q; kompleks II – od sukcinata preko FADN 2 do Q; kompleks III koristi QH 2 za redukciju citokroma c, a kompleks IV prenosi elektrone iz citokroma With za kiseonik. Kompleksi I, III i IV nazivaju se, redom, NADH-CoQ reduktaza, CoQH 2 -citokrom With-reduktaza i citokrom oksidaza. Kompleks IV - citokrom oksidaza - sastoji se od nekoliko proteina. Prima elektrone iz citokroma With na vanjskoj strani unutrašnje mitohondrijalne membrane. Na svom putu do kiseonika, ovi elektroni prolaze kroz citokrome A I a 3, koji sadrži atome bakra, koji se naizmjenično transformiraju u Cu + i Cu 2+ stanja. Citokrom oksidaza smanjuje slobodni kisik:

O 2 + 4 e - + 4H + ® 2H 2 O

11.3.3.3. Mitchell-ova hemiosmotska teorija

Transport elektrona duž respiratornog lanca dovodi do stvaranja ATP-a. Koncept mehanizma spajanja transporta elektrona sa sintezom ATP-a razvio je engleski biohemičar Peter Mitchell 1961. (Mitchell je dobio Nobelovu nagradu 1978.). Mitchell je otkrio da protok elektrona uzrokuje ispumpavanje protona iz mitohondrija u okolno okruženje, stvarajući protonski gradijent preko membrane (smanjuje se pH vanjskog rastvora). Budući da su protoni pozitivno nabijene čestice, zbog njihovog ispumpavanja iz mitohondrija, na membrani nastaje razlika u električnom potencijalu (minus - unutra) i pH razlika (više - unutra). Zajedno, električni i koncentracijski gradijenti čine (prema Mitchell-u) protonsku pokretačku silu, koja je izvor energije za sintezu ATP-a (slika 33).

Rice. 33.Šema sinteze ATP-a u unutrašnjosti
mitohondrijalnu membranu

Protonska pokretačka sila pokreće komplekse ATP sintaze, koji koriste protok elektrona za sintetizaciju ATP-a iz ADP-a i fosfora.Kompleksi su specijalizovani protonski kanali (izbočine u obliku pečurke koje pokrivaju unutrašnju površinu krista). Kompleks je predstavljen sa dvije međusobno povezane komponente F 0 F 1, od kojih se svaka sastoji od nekoliko proteinskih molekula. F 0 je udubljen u membranu, a F 1 se nalazi na njenoj površini. U F1 se sintetiše ATP, dok F0 obavlja funkciju samog protonskog kanala (slika 34).

Slika 34.Šematski prikaz strukture „pečurke“ F 0 F 1 ATP sintetaze iz E. coli. Komponenta F 0 prodire kroz membranu, formirajući kanal za protone. Pretpostavlja se da se F 1 sastoji od tri a i tri b podjedinice, organizovane tako da formiraju heksameričku strukturu poput “klobuka pečurke”, i jedne g, jedne d i jedne e podjedinice, koje formiraju “šip” koji povezuje F 0 na F 1 kanal

Nije poznato kako se ATP stvara putem ATP sintetaze. Prema jednoj teoriji, tokom translokacije protona preko F0 faktora dolazi do konformacionih promena u F1 komponenti koja sintetiše ATP iz ADP-a i fosfora.

Za svaki par elektrona prebačenih sa NADH na kiseonik, postoji 10 protona koji se ispumpavaju iz mitohondrijalnog matriksa. Dakle, oksidacija 1 molekule NADH dovodi do sinteze 2,5 molekula ATP-a, a oksidacija 1 FADH 2 molekula dovodi do sinteze 1,5 molekula ATP-a. Ranije se vjerovalo da su sintetizirana tri i dva ATP molekula. Ove količine se obično nazivaju P/O odnosima, jer je prijenos 2 elektrona ekvivalentan redukciji 1 atoma kisika.

Prinos ATP-a tokom oksidacije molekula glukoze u CO 2 i H 2 O.

Glikoliza proizvodi 2 ATP molekula (4 se proizvode, ali 2 se troše). Tokom glikolize u citoplazmi se formiraju i 2 molekula NADH na 1 molekul glukoze. U ciklusu limunske kiseline formiraju se 2 molekula ATP-a (od 1 molekula glukoze formiraju se 2 molekula acetil-CoA, pokrećući dva kruga ciklusa).

Za svaki 1 molekul glukoze, piruvat dehidrogenaza proizvodi 2 molekula NADH, a ciklus limunske kiseline proizvodi 6 molekula NADH. Njihova oksidacija dovodi do sinteze 20 molekula ATP-a. Još tri ATP molekula nastaju zbog oksidacije FADH 2 tokom konverzije sukcinata u fumarat.

Ukupni izlaz molekula ATP-a ovisit će o tome koji šatl mehanizam (glicerofosfat i malat aspartat) koriste ćelije za isporuku NADH u respiratorni lanac. U mehanizmu glicerol fosfata, elektroni iz NADH se prenose na dihidroksiaceton fosfat da bi se formirao glicerol-3-fosfat, koji prenosi elektrone u respiratorni lanac (slika 35). To se događa uz sudjelovanje enzima glicerol-3-fosfat dehidrogenaze. Uz pomoć citoplazmatskog NADH obnavlja se mitohondrijski FAD, koji je prostetska grupa flavoprotein - glicerol-3-fosfat dehidrogenaze.

Rice. 35. Glicerol fosfatni šatl mehanizam

Drugi šatl sistem, malat-aspartat sistem, prenosi elektrone iz citoplazmatskog NADH u mitohondrijski NAD + (slika 36). To dovodi do stvaranja mitohondrijalnog NADH, koji se dalje oksidira u lancu transporta elektrona. U citoplazmi NADH reducira oksaloacetat u malat. Potonji, uz pomoć nosača, ulazi u mitohondrije, gdje se reoksidira u oksaloacetat uz redukciju NAD+. Sam oksaloacetat ne može napustiti mitohondrije, pa se prvo pretvara u aspartat, koji se nosiocem prenosi u citoplazmu. U citoplazmi se aspartat deaminira, pretvarajući se u oksaloacetat i time zatvarajući mehanizam šatla.

Fig.36. Malat-aspartat shuttle sistem za prijenos elektrona

To su proteinski kompleksi i nosači elektrona koji plutaju na unutrašnjoj membrani mitohondrija, prenoseći elektrone jedni na druge duž lanca i na taj način stvarajući energiju. Postoje četiri respiratorna proteinska kompleksa i još uvijek nije jasno kako su organizirani na membrani: da li plutaju nezavisno jedan od drugog ili se spajaju, formirajući takozvane superkomplekse. Grupa španjolskih istraživača otkrila je da protein nazvan SCAFI (faktor sastavljanja superkompleksa I) specifično regulira sastavljanje respiratornih kompleksa u superkomplekse.

Prije nekoliko decenija, kada su respiratorni proteinski kompleksi mitohondrija tek izolovani i proučavani, pretpostavljalo se da oni postoje u membrani nezavisno jedan od drugog i da komuniciraju samo uz pomoć nosača elektrona koji putuju između njih - ubikinona i citokroma c (Sl. 1). Ova pretpostavka se naziva “model fluida”. Međutim, postepeno su se pojavili dokazi da situacija nije tako jednostavna i da se respiratorni kompleksi mogu međusobno ujediniti u veće strukture – „superkomplekse“.

Na primjer, otkriveno je da je kompleks I općenito nestabilan u odsustvu kompleksa III ili IV. A 2000. godine iznesena je hrabra hipoteza - nazvana je "čvrsti model" - prema kojoj se kompleksi I, III i IV spajaju zajedno u jedan divovski superkompleks nazvan respirazom, zbog čega rade skladnije ( vidi Hermann Schägger, Kathy Pfeiffer, 2000. Superkompleksi u respiratornim lancima kvasca i mitohondrija sisara). Potrebni respirazomi su izolovani iz mitohondrija goveđeg srčanog mišića, ali, kao i uvek u tako delikatnim molekularnim studijama, ostala je mogućnost da je to jednostavno artefakt pogrešno odabrane tehnike, a kompleksi su međusobno povezani ne u mitohondrijama goveda. membranu, ali direktno u epruveti istraživača. U narednim godinama učinjeni su brojni pokušaji da se dokaže ili opovrgne postojanje respirazoma, ali uzalud: nisu dobijeni uvjerljivi argumenti ni za ni protiv respirazoma. Respirazomi i drugi superkompleksi bili su savršeno detektirani u mitohondrijima pomoću nekih tehnika izolacije proteina, ali još uvijek nije bilo jasno je li to činjenica ili artefakt.

Autori rada o kojima se raspravljalo odlučili su pristupiti problemu iz drugačijeg ugla. Ako respirazomi (i drugi superkompleksi) nisu artefakt, onda će se vjerovatno sastojati ne samo od respiratornih kompleksa kao takvih, već i od nekih drugih pomoćnih proteina. A ako se ti pomoćni proteini identifikuju i zatim se "igraju" s njima - na primjer, isključite ih ili uključite - tada možete dobiti indirektne dokaze (ili, obrnuto, opovrgavanje) o postojanju superkompleksa, a također općenito razumjeti pod kojim uvjetima ovi kompleksi nastaju i zašto su potrebni?

Stoga su istraživači prvo izolovali superkomplekse i respiratorne komplekse pojedinačno iz mitohondrija (ovo je učinjeno pomoću plave nativne elektroforeze (vidi BN-PAGE) – jednog od najnježnijih načina za odvajanje proteinskih mješavina), a zatim su analizirali proteine ​​koji čine superkomplekse i "pojedinačni" kompleksi "respiratorni kompleksi.

I pokazalo se da je jedan protein (koji je nosio nejasno ime Cox7a2l - citokrom c oksidaza podjedinica VIIa polipeptid 2-like) prisutan samo u superkompleksima koji sadrže respiratorni kompleks IV (to jest, u respirazomu i superkompleksu III+IV), i ne nalazi se u pojedinačnim kompleksima. Paralelno, istraživači su imali dovoljno sreće da slučajno otkriju da u tri mutantne ćelijske linije miša s oštećenim (i očigledno neodrživim) oblikom ovog proteina, superkompleksi koji uključuju kompleks IV u mitohondrijalnoj membrani uopće nisu otkriveni. Štoviše, ako se gen za normalan protein ubaci u mutantne stanice, tada se u njima počinju formirati ovi superkompleksi. Iz svega ovoga, istraživači su izveli logičan zaključak: ovaj protein pomaže kompleksu IV da formira superkomplekse i stoga zaslužuje da se preimenuje u faktor sklapanja superkompleksa I (SCAFI) i da se detaljnije proučava.

Iskreno rečeno, napominjemo da ideja o proteinima koji stabiliziraju superkomplekse nije nova: prošle godine su u kvascu već otkrivena dva proteina, Rcf1 i Rcf2, koji su također sudjelovali u formiranju superkompleksa (vidi: V. Strogolova et al., 2012. Rcf1 i Rcf2, članovi porodice proteina gena 1 izazvane hipoksijom, kritične su komponente superkompleksa mitohondrijalnog citokroma bc1-citokrom c oksidaze).

Zašto je potrebno formiranje superkompleksa? Istraživači su predložili elegantno objašnjenje za ovaj fenomen (slika 2).

Recimo da u membrani nema superkompleksa, a respiratorni kompleksi rade pojedinačno i nezavisno jedan od drugog. Tada se prijenos elektrona odvija jednostavnim putem sa samo jednom granom: kompleks I prenosi elektrone od NADH do koenzima Q (nazovimo ovaj skup koenzima Q "CoQ NADH"), kompleks II prenosi elektrone od sukcinata do koenzima Q (mi' Nazvaću ovaj skup koenzima Q „CoQ FAD“, pošto se oksidacija u kompleksu II odvija uz pomoć kofaktora FAD); nakon toga, iz oba bazena koenzima Q, elektroni se prenose na citokrom c pomoću kompleksa III (tj. formira se samo jedan veliki bazen citokroma c, nazovimo ga Cyt c oba, jer pripada oba toka); i konačno, citokrom c, zarobljen kompleksom IV, prenosi elektrone na kiseonik. Drugim riječima, u cijelom sistemu postoji samo jedan bazen IV kompleksa – nazovimo ga IV oba.

Ako pored usamljenih kompleksa postoje i superkompleksi koji lebde u membrani, onda je put elektrona složeniji i razgranatiji. Pored gore opisanog puta kroz slobodne komplekse, oni mogu ući i u respirazom, gdje ih na kraju odvojeni bazen kompleksa IV (nazovimo ga IV NADH) prenosi iz zasebnog bazena citokroma c u kisik. Uz pomoć kompleksa II mogu doći do superkompleksa III+IV, odakle će, opet, otići do kiseonika (ovaj bazen kompleksa IV IV ćemo nazvati FAD). Dakle, imamo tri bazena kompleksa IV - IV NADH, IV FAD i IV oba.

Kao rezultat ove podjele, sistem postaje fleksibilniji, osiguran od prezasićenja jednom podlogom i konkurencije između supstrata i, obrnuto, prilagođen upotrebi različitih supstrata na optimalnom nivou. Na primjer, ako "hranite" mitohondrije isključivo sukcinatom (koji šalje elektrone duž FAD puta), onda će u nedostatku superkompleksa oni to obraditi brže nego u njihovoj prisutnosti. Međutim, ako se ovi mitohondriji stave u medij koji sadrži i sukcinat i piruvat + malat (šalje elektrone kroz NADH put), tada se obrada sukcinata u mitohondrijima koji sadrže superkomplekse neće promijeniti, ali će se u mitohondrijima bez superkompleksa značajno smanjiti (Sl. 3).

Očigledno, prisustvo superkompleksa je samo dodatni i opcioni „luk“ u lancu transporta elektrona. Iako superkompleksi očigledno dodaju ergonomiju ovom lancu, čak i u njihovom odsustvu mitohondrije (kao i životinje u kojima ti mitohondriji rade) se osjećaju odlično. Rad o kojem se raspravlja, prvo, pruža genetske dokaze o prisustvu superkompleksa, i drugo, predlaže elegantnu teoriju o plastičnosti lanca transporta elektrona.

Gdje se indukuje protonski potencijal? ATP sintaza pretvara protonski potencijal u energiju hemijske veze ATP-a. Konjugirani rad ETC i ATP sintaze naziva se oksidativna fosforilacija.

U eukariotskim mitohondrijama, lanac transporta elektrona počinje oksidacijom NADH i redukcijom ubikinona Q kompleksom I. Zatim, kompleks II oksidira sukcinat u fumarat i reducira ubikinon Q. Ubikinon Q oksidira i reducira kompleks citokroma c III. Na kraju lanca, kompleks IV katalizira prijenos elektrona sa citokroma c na kisik da bi se formirala voda. Kao rezultat reakcije, na svakih konvencionalno oslobođenih 6 protona i 6 elektrona oslobađaju se 2 molekula vode zbog trošenja 1 molekula O2 i 10 molekula NAD∙H.

Kompleks I ili kompleks NADH dehidrogenaze oksidira NAD-H. Ovaj kompleks igra centralnu ulogu u procesima ćelijskog disanja i. Skoro 40% gradijenta protona za sintezu ATP-a stvara ovaj kompleks. Kompleks I oksidira NADH i reducira jedan molekul ubikinona koji se oslobađa u membranu. Za svaki oksidirani NADH molekul, kompleks prenosi četiri protona preko membrane. Kompleks NADH dehidrogenaze uzima dva elektrona iz njega i prenosi ih na ubikinon. Ubikinon je rastvorljiv u lipidima. Ubikinon unutar membrane difundira u kompleks III. U isto vrijeme, kompleks I pumpa 2 protona i 2 elektrona iz matriksa u mitohondrije.

Lanac transporta elektrona kompleksa I. Sive strelice - malo vjerojatan ili sada nefunkcionalni transportni put

N5 klaster ima vrlo nizak potencijal i ograničava brzinu ukupnog protoka elektrona kroz lanac. Umjesto uobičajenih liganada za željezo-sumporne centre (četiri cisteinska ostatka), koordiniraju ga tri cisteinska ostatka i jedan histidinski ostatak, a također je okružen nabijenim polarnim ostacima, iako se nalazi duboko u enzimu.

Klaster N7 prisutan je samo u kompleksu I nekih bakterija. Značajno je udaljen od ostalih klastera i ne može s njima razmjenjivati ​​elektrone, tako da je očigledno relikt. U nekim bakterijskim kompleksima povezanim s kompleksom I, četiri konzervirana cisteinska ostatka pronađena su između N7 i ostalih klastera, a u bakterijskom kompleksu I Aquifex aeolicus otkriven je dodatni Fe 4 S 4 klaster koji povezuje N7 sa preostalim klasterima. Iz ovoga proizilazi da A. aeolicus kompleks I, pored NADH, može koristiti još jedan donor elektrona, koji ih prenosi preko N7.

Kompleks NADH dehidrogenaze oksidira NADH formiran u matriksu tokom ciklusa trikarboksilne kiseline. Elektroni iz NADH se koriste za obnavljanje membranskog transportera, ubikinona Q, koji ih prenosi do sljedećeg kompleksa mitohondrijalnog lanca transporta elektrona, kompleksa III ili citokroma. bc 1-kompleks.

Kompleks NADH dehidrogenaze radi kao protonska pumpa: za svaki oksidirani NADH i smanjeni Q, četiri protona se pumpaju kroz membranu u međumembranski prostor:

Elektrohemijski potencijal koji nastaje tokom reakcije koristi se za sintezu ATP-a. Reakcija katalizirana kompleksom I je reverzibilna, proces koji se naziva aerobna redukcija NAD+ izazvana sukcinatom. U uslovima visokog membranskog potencijala i viška redukovanih ubikvinola, kompleks može smanjiti NAD+ koristeći svoje elektrone i protone vratiti u matriks. Ovaj fenomen se obično javlja kada ima puno sukcinata, ali malo oksaloacetata ili malata. Redukciju ubikinona provode enzimi sukcinat dehidrogenaze, odnosno mitohondrijski. U uslovima visokog protonskog gradijenta, afinitet kompleksa za ubikinol se povećava, a redoks potencijal ubikinola opada usled povećanja njegove koncentracije, što omogućava obrnuti transport elektrona duž električnog potencijala unutrašnje mitohondrijske membrane do NAD. Ova pojava je uočena u laboratorijskim uslovima, ali nije poznato da li se javlja u živoj ćeliji.

U početnim fazama istraživanja kompleksa I, široko razmatran model zasnivao se na pretpostavci da u kompleksu funkcioniše sistem sličan onom. Međutim, kasnije studije nisu pronašle nikakve intrinzično vezane kinone u kompleksu I i potpuno su odbacile ovu hipotezu.

Čini se da kompleks NADH dehidrogenaze ima jedinstveni mehanizam transporta protona kroz konformacijske promjene u samom enzimu. ND2, ND4 i ND5 podjedinice se nazivaju antiport-like jer su homologne jedna drugoj i bakterijskim Mrp Na + /H + antiportovima. Ove tri podjedinice formiraju tri glavna protonska kanala, koji se sastoje od konzerviranih nabijenih aminokiselinskih ostataka (uglavnom lizina i glutamata). Četvrti protonski kanal formiran je od dijela podjedinice Nqo8 i malih podjedinica ND6, ND4L i ND3. Kanal je po strukturi sličan sličnim kanalima antiportnih podjedinica, ali sadrži neobično veliki broj gusto zbijenih ostataka glutamata na strani matriksa, zbog čega se naziva E-kanal (latinsko E se koristi kao standard). oznaka za glutamat). Od C-terminusa podjedinice ND5 proteže se produžetak koji se sastoji od dva transmembranska spirala povezana neobično dugačkom (110 Å) α-heliksom (HL), koja, prolazeći duž matriks okrenute strane kompleksa, fizički povezuje sva tri antiport-like podjedinice, i moguće uključene u spajanje transporta elektrona s konformacijskim preuređenjem. Drugi element spajanja, βH, formira se nizom preklapajućih i α-heliksa i nalazi se na suprotnoj, periplazmatskoj strani kompleksa. Još uvijek je potpuno nepoznato kako je točno transport elektrona povezan s prijenosom protona. Vjeruje se da snažan negativni naboj N2 klastera može odgurnuti okolne polipeptide, uzrokujući konformacijske promjene koje se na neki način šire na sve podjedinice slične antiportima koje se nalaze prilično udaljene jedna od druge. Druga hipoteza sugerira da konformacijska promjena uzrokuje da neobično dugo mjesto vezivanja ubikinona stabilizira ubikinol Q-2 s ekstremno niskim redoks potencijalom i negativnim nabojem. Mnogi detalji kinetike konformacijskih promjena i povezanog transporta protona ostaju nepoznati.

Najviše proučavan inhibitor kompleksa I je rotenon (koji se široko koristi kao organski pesticid). Rotenon i rotenoidi su izoflavonoidi koji su prisutni u korijenu nekoliko tropskih biljnih rodova kao npr. Antonia (Loganiaceae), Derris I Lonchocarpus (Fabaceae). Rotenon se dugo koristio kao insekticid i otrov za ribe, jer su mitohondriji insekata i riba posebno osjetljivi na njega. Poznato je da su starosjedioci Francuske Gvajane i drugi južnoamerički Indijanci koristili biljke koje sadrže rotenon za ribolov još u 17. stoljeću. Rotenon stupa u interakciju s mjestom vezivanja ubikinona i takmiči se s glavnim supstratom. Pokazalo se da dugotrajna sistemska inhibicija kompleksa I rotenonom može izazvati selektivnu smrt dopaminergičkih neurona (koji luče neurotransmiter dopamin). Piericidin A, drugi moćni inhibitor kompleksa I, strukturno sličan ubikinonu, djeluje na sličan način. U ovu grupu spada i natrijum amital, derivat barbiturne kiseline.

Uprkos više od 50 godina proučavanja kompleksa I, nije bilo moguće otkriti inhibitore koji blokiraju prijenos elektrona unutar kompleksa. Hidrofobni inhibitori kao što su rotenon ili piericidin jednostavno prekidaju prijenos elektrona iz terminalnog N2 klastera u ubikinon.

Druga supstanca koja blokira kompleks I je adenozin difosfat riboza, u reakciji oksidacije NADH. Veže se za enzim na mjestu vezivanja nukleotida (FAD).

Neki od najjačih inhibitora kompleksa I uključuju porodicu acetogenina. Pokazalo se da ove supstance formiraju hemijske poprečne veze sa ND2 podjedinicom, što indirektno ukazuje na ulogu ND2 u vezivanju ubikinona. Zanimljivo je napomenuti da je acetogenin rolliniastatin-2 bio prvi inhibitor kompleksa I za koji je otkriveno da se veže na mjestu koje nije rotenon.

Antidijabetički lijek metformin ima umjereno inhibitorno djelovanje; Očigledno, ovo svojstvo lijeka je u osnovi mehanizma njegovog djelovanja.

Elektroni iz sukcinata se prvo prenose u FAD, a zatim preko Fe-S klastera u Q. Transport elektrona u kompleksu nije praćen stvaranjem protonskog gradijenta. 2H+ nastao tokom oksidacije sukcinata ostaje na istoj strani membrane, odnosno u matriksu, a zatim se reapsorbuje tokom redukcije kinona. Dakle, kompleks II ne doprinosi stvaranju gradijenta protona preko membrane i funkcioniše samo kao transporter elektrona od sukcinata do ubikinona.

Kao rezultat oksidacije sukcinata, njegovi elektroni se prenose na FAD, a zatim se prenose duž lanca klastera željezo-sumpor od klastera do klastera. Tamo se ovi elektroni prenose na molekul ubikinona koji čeka na mjestu vezivanja.

Postoji i pretpostavka da, kako bi se spriječilo da elektron direktno dođe iz klastera u hem, radi poseban mehanizam kapije. Vjerovatni kandidat za kapiju je histidin -207 podjedinice B, koji se nalazi direktno između klastera gvožđe-sumpor i hema, blizu vezanog ubikinona, i može da kontroliše protok elektrona između ovih redoks centara.

Postoje dvije klase inhibitora kompleksa II: neki blokiraju džep za vezivanje sukcinata, a drugi blokiraju džep koji se vezuje za ubikinol. Inhibitori koji oponašaju ubikinol uključuju karboksin i tenoiltrifluoroaceton. Inhibitori-analozi sukcinata uključuju sintetičko jedinjenje malonat, kao i komponente Krebsovog ciklusa, malat i oksaloacetat. Zanimljivo je da je oksaloacetat jedan od najjačih inhibitora kompleksa II. Zašto zajednički metabolit ciklusa trikarboksilne kiseline inhibira kompleks II ostaje nejasno, iako se sugerira da bi stoga mogao imati zaštitnu ulogu minimizirajući obrnuti transport elektrona u kompleksu I, što rezultira stvaranjem superoksida.

Inhibitori koji oponašaju ubikinol se koriste kao fungicidi u poljoprivredi od 1960-ih godina. Na primjer, karboksin se prvenstveno koristio za bolesti uzrokovane bazidiomicetama, kao što su rđa stabljike i bolesti bazidiomiceta. Rhizoctonia. Nedavno su zamijenjeni drugim spojevima sa širim spektrom potisnutih patogena. Takva jedinjenja uključuju boskalid, pentiopirad i fluopiram. Neke gljive važne za poljoprivredu nisu podložne djelovanju ove nove generacije inhibitora.

Citokrom-bc1-kompleks (citokromski kompleks bc 1) ili ubikinol-citokrom c-oksidoreduktaza, ili kompleks III - multiproteinski kompleks respiratornog lanca transporta elektrona i najvažniji biohemijski generator gradijenta protona na mitohondrijalnoj membrani. Ovaj multiproteinski transmembranski kompleks kodiran je od strane mitohondrija (citokrom b) i nuklearni genomi.

citokrom- bs 1-kompleks oksidira reducirani ubikinon i reducira citokrom c (E°"=+0,25 V) prema jednadžbi:

Transport elektrona u kompleksu povezan je s prijenosom protona iz matriksa (in) u intermembranski prostor (out) i stvaranjem protonskog gradijenta na mitohondrijalnoj membrani. Za svaka dva elektrona koji prolaze kroz transportni lanac od ubikinona do citokroma c, dva protona se apsorbuju iz matriksa, a još četiri se oslobađaju u intermembranski prostor. Redukovani citokrom c kreće se duž membrane u vodenoj frakciji i prenosi jedan elektron na sljedeći respiratorni kompleks, citokrom oksidazu.

Događaji koji se dešavaju poznati su kao Q-ciklus, koji je postulirao Peter Mitchell 1976. Princip Q-ciklusa je da prijenos H+ preko membrane nastaje kao rezultat oksidacije i redukcije kinona na samom kompleksu. U ovom slučaju, kinoni daju i uzimaju 2H+ iz vodene faze selektivno sa različitih strana membrane.

Struktura kompleksa III ima dva centra, odnosno dva „džepa“, u koja se mogu vezati kinoni. Jedan od njih, Q out centar, nalazi se između klastera željezo-sumpor 2Fe-2S i hema b L blizu vanjske strane membrane, okrenut prema intermembranskom prostoru. U ovom džepu se vezuje redukovani ubikinon (QH 2). Drugi, Q u džepu, dizajniran je da veže oksidirani ubikinon (Q) i nalazi se blizu unutrašnje (unutrašnje) strane membrane u kontaktu sa matriksom.

Neophodan i paradoksalan uslov za rad Q-ciklusa je činjenica da su životni vek i stanje semikinona u dva centra vezivanja različiti. U Q out centru, Q je nestabilan i djeluje kao jak redukcijski agens sposoban da donira e - hemu s niskim potencijalom. Relativno dugovječni Q − formira se u Q u centru, čiji potencijal mu omogućava da djeluje kao oksidacijsko sredstvo, prihvatajući elektrone iz hema b H. Druga ključna tačka Q-ciklusa povezana je sa divergencijom dva elektrona uključena u kompleks duž dva različita puta. Proučavanje kristalne strukture kompleksa pokazalo je da se položaj centra 2Fe-2S u odnosu na druge redoks centre može pomjeriti. Pokazalo se da Rieske protein ima mobilnu domenu, na kojoj se zapravo nalazi klaster 2Fe-2S. Prihvatajući elektron i bivajući reduciran, centar 2Fe-2S mijenja svoj položaj, udaljavajući se od Q out centra i hema b L za 17 sa rotacijom od 60° i time se približava citokromu c. Dajući elektron citokromu, centar 2Fe-2S se, naprotiv, približava Q out centru kako bi uspostavio bliži kontakt. Tako funkcionira neka vrsta šatla, koji jamči da drugi elektron ide u hemove b L i b H. Za sada, ovo je jedini primjer gdje je transport elektrona u kompleksima povezan s mobilnim domenom u strukturi proteina.

Mali dio elektrona napušta transportni lanac prije nego što stigne do Kompleksa IV. Konstantno curenje elektrona do kisika rezultira stvaranjem superoksida. Ova mala nuspojava dovodi do stvaranja čitavog spektra reaktivnih kisikovih vrsta, koje su vrlo toksične i igraju značajnu ulogu u razvoju patologija i starenju). Elektronsko curenje se uglavnom dešava na Q na lokaciji. Ovaj proces potiče antimicin A. Blokira hemove b u reduciranom stanju, sprečavajući ih da odbace elektrone na semikinon Q, što zauzvrat dovodi do povećanja njegove koncentracije. Semikinon reagira s kisikom, što dovodi do stvaranja superoksida. Nastali superoksid ulazi u mitohondrijski matriks i međumembranski prostor, odakle može ući u citosol. Ova činjenica se može objasniti činjenicom da Kompleks III vjerovatno proizvodi superoksid u obliku nenabijenog HOO, koji može lakše prodrijeti kroz vanjsku membranu u odnosu na nabijeni superoksid (O 2 -).

Neke od ovih supstanci se koriste kao fungicidi (na primjer, derivati ​​strobilurina, od kojih je najpoznatiji azoksistrobin, inhibitor Q ext mjesta) i antimalarici (atovaquone).

Citokrom c oksidaza (citokrom oksidaza) ili citokrom c kisik oksidoreduktaza, također poznata kao citokrom aa 3 i kompleks IV, je terminalna oksidaza aerobnog respiratornog transportnog lanca elektrona koji katalizira prijenos elektrona iz citokroma With do kiseonika da bi se formirala voda. Citokrom oksidaza je prisutna u unutrašnjoj membrani mitohondrija svih eukariota, gdje se obično naziva kompleks IV, kao i u ćelijskoj membrani mnogih aerobnih bakterija.

Kompleks IV sekvencijalno oksidira četiri molekula citokroma c i, prihvatajući četiri elektrona, redukuje O 2 u H 2 O. Tokom redukcije O 2, četiri H + su zarobljene iz

Kod eukariota - na unutrašnjoj membrani mitohondrija. Nosači su locirani prema njihovom redoks potencijalu; transport elektrona duž cijelog lanca odvija se spontano.

ATP sintaza pretvara protonski potencijal u energiju hemijske veze ATP-a. Konjugirani rad ETC i ATP sintaze naziva se oksidativna fosforilacija.

Lanac transporta elektrona mitohondrije

• Kompleks I (kompleks NADH dehidrogenaze) oksidira NAD-H, uzimajući iz njega dva elektrona i prebacujući ih na ubikinon rastvorljiv u lipidima, koji difunduje unutar membrane u kompleks III. Istovremeno, kompleks I pumpa 2 protona i 2 elektrona iz matriksa u intermembranski prostor mitohondrija.
• Kompleks II (sukcinat dehidrogenaza) ne pumpa protone, već daje dodatne elektrone u lanac zbog oksidacije sukcinata.
• Kompleks III (kompleks citokroma bc 1) prenosi elektrone sa ubikinona na dva citokroma c rastvorljiva u vodi koja se nalaze na unutrašnjoj membrani mitohondrija. Ubikinon prenosi 2 elektrona, a citokromi prenose jedan elektron po ciklusu. Istovremeno, tu prolaze i 2 protona ubikinona koji se pumpaju kroz kompleks.
• Kompleks IV (citokrom c oksidaza) katalizira prijenos 4 elektrona sa 4 molekula citokroma na O 2 i pumpa 4 protona u intermembranski prostor. Kompleks se sastoji od citokroma a i a3, koji osim hema sadrže i jone bakra.

Utjecaj oksidativnog potencijala

Redukciono sredstvo	Oksidator	Eo´, V
H2	2 +	- 0,42
NAD H + H+	NAD +	- 0,32
NADP H + H+	NADP+	- 0,32
Flavoprotein (smanjen)	Flavoprotein (oksidirani)	- 0,12
Koenzim Q H2	Koenzim Q	+ 0,04
citokrom B (Fe2+)	citokrom B (Fe3+)	+ 0,07
citokrom C 1 (Fe2+)	citokrom C 1 (Fe3+)	+ 0,23
citohromi A (Fe2+)	citohromi A(Fe3+)	+ 0,29
citohromi A3 (Fe2+)	citohromi A3 (Fe3+)	+0,55
H2O	½ O2	+ 0,82

Inhibitori respiratornog lanca

Neke supstance blokiraju prenos elektrona kroz komplekse I, II, III, IV.

• Inhibitori kompleksa I - barbiturati, rotenon, piericidin
• Inhibitor kompleksa II je malonat.
• Inhibitor kompleksa III - antimicin A, miksotiazol, stigmatelin
• Inhibitori kompleksa IV - sumporovodik, cijanid, ugljen monoksid, azot oksid, natrijum azid

Elektronski transportni lanci bakterija

Bakterije, za razliku od mitohondrija, koriste veliki skup donora i akceptora elektrona, kao i različite puteve prijenosa elektrona između njih. Ovi putevi se mogu izvoditi istovremeno, npr. E. coli kada se uzgaja na podlozi koja sadrži glukozu kao glavni izvor organske materije, koristi dve NADH dehidrogenaze i dve kinoloksidaze, što znači prisustvo 4 puta transporta elektrona. Većina ETC enzima je inducibilna i sintetizira se samo ako je put kojim ulaze potreban.

Osim organske tvari, donori elektrona u bakterijama mogu uključivati ​​molekularni vodonik, ugljični monoksid, amonijum, nitrit, sumpor, sulfid i dvovalentno željezo. Umjesto NADH i sukcinat dehidrogenaze mogu biti prisutne format -, laktat -, gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza, hidrogenaza itd. Umjesto oksidaze, koja se koristi u aerobnim uvjetima, u nedostatku kisika, bakterije mogu koristiti reduktaze koje smanjuju različite konačni akceptori elektrona: fumarat reduktaza, nitrat i nitrit reduktaza itd.

vidi takođe

Napišite recenziju o članku "Dišni lanac transporta elektrona"

Bilješke

Izvod koji karakteriše respiratorni lanac transporta elektrona

Konačno se sve okolo počelo kretati, a cijela ova raskošno odjevena gomila se, kao magijom, podijelila na dva dijela, formirajući veoma širok, „balski“ prolaz tačno u sredini. I potpuno zapanjujuća žena polako se kretala ovim prolazom... Tačnije, kretao se par, ali muškarac pored nje bio je toliko prostodušan i neupadljiv da je, uprkos njegovoj veličanstvenoj odeći, ceo njegov izgled jednostavno nestao pored njegova zapanjujuća partnerka.
Prelepa dama je izgledala kao proleće - njena plava haljina bila je u potpunosti izvezena otmjenim rajskim pticama i neverovatnim srebrno-ružičastim cvećem, a čitavi venci pravog svežeg cveća počivali su u krhkom ružičastom oblaku na njenoj svilenkastoj, zamršeno oblikovanoj, pepeljastoj kosi. Mnoge niti delikatnih bisera obavijale su njen dugi vrat i bukvalno sijale, naglašene izuzetnom belinom njene neverovatne kože. Ogromne blistave plave oči su s dobrodošlicom gledale ljude oko nje. Sretno se nasmijala i bila je zapanjujuće lijepa...

Francuska kraljica Marija Antoaneta

Upravo tu, odvojen od svih, Axel se bukvalno preobrazio!.. Mladić koji je dosadan nestao je negdje, za tren oka, a na njegovom mjestu... stajalo je živo oličenje najljepših osjećaja na zemlji, koji su bukvalno "prožderao" ga plamenim pogledom, prilazi mu prelepa dama...
“Oh-oh... kako je lijepa!..” Stella je uzdahnula oduševljeno. – Ona je uvek tako lepa!..
- Šta, jesi li je vidio mnogo puta? – upitao sam zainteresovano.
- O da! Često je gledam. Ona je kao proleće, zar ne?
- A ti je znaš?.. Znaš li ko je ona?
„Naravno!.. Ona je veoma nesrećna kraljica“, malo se rastužila devojčica.
- Zašto nesrećni? Izgleda da mi je veoma srećna - iznenadila sam se.
„Ovo je upravo sada... A onda će umrijeti... Umrijet će jako strašno - odsjeći će joj glavu... Ali ja to ne volim da gledam“, tužno je prošaputala Stela.
U međuvremenu, prelijepa dama sustigla je našeg mladog Axela i, ugledavši ga, na trenutak se ukočila od iznenađenja, a onda mu se, šarmantno pocrvenjevši, vrlo slatko nasmiješila. Iz nekog razloga, imao sam utisak da se svijet na trenutak ukočio oko ovo dvoje ljudi... Kao da na vrlo kratak trenutak oko njih nije bilo ničega i nikoga osim njih dvoje... Ali gospođa se pomaknula na , a magični trenutak se raspao na hiljade kratkih trenutaka koji su se između ovo dvoje ljudi ispleli u snažnu iskričavu nit, da ih nikad ne pusti...
Axel je stajao potpuno zapanjen i, opet ne primećujući nikoga oko sebe, gledao svoju prelepu damu, a njegovo osvojeno srce polako je odlazilo sa njom... Nije primetio poglede mladih lepotica u prolazu koje su ga gledale, i nije odgovarao na njihove blistave, mamljive osmehe.

Grof Axel Fersen Marija Antoaneta

Kao osoba, Axel je bio, kako kažu, “i iznutra i izvana” vrlo privlačan. Bio je visok i graciozan, ogromnih ozbiljnih sivih očiju, uvijek ljubazan, suzdržan i skroman, što je podjednako privlačilo i žene i muškarce. Njegovo korektno, ozbiljno lice retko je sijalo od osmeha, ali ako se to desilo, onda je Axel u takvom trenutku postao jednostavno neodoljiv... Stoga je bilo sasvim prirodno da šarmantna ženska polovina pojača pažnju prema njemu, ali da Njihovo zajedničko žaljenje, Axela je zanimalo samo da postoji samo jedno stvorenje na cijelom svijetu - njegova neodoljiva, lijepa kraljica...
– Hoće li biti zajedno? – Nisam mogao da izdržim. - Oboje su tako lepi!..
Stela se samo tužno nasmešila i odmah nas ubacila u sledeću „epizodu“ ove neobične i nekako veoma dirljive priče...
Našli smo se u vrlo ugodnoj, maloj ljetnoj bašti s mirisom cvijeća. Posvuda okolo, dokle god je pogled sezao, bio je veličanstven zeleni park, ukrašen mnogim statuama, a u daljini se nazirala zadivljujuće ogromna kamena palata, koja liči na mali grad. A među svom tom “grandioznom”, pomalo opresivnom, okolnom veličinom, samo je ova bašta, potpuno zaštićena od znatiželjnih pogleda, stvarala osjećaj prave udobnosti i neke tople, “domaće” ljepote...
Pojačani toplinom ljetne večeri, vrtoglavo slatki mirisi rascvjetalog bagrema, ruža i još nečega što nisam mogao prepoznati bili su u zraku. Iznad bistre površine malog ribnjaka, kao u ogledalu, ogledale su se ogromne čaše nježnoružičastih lokvanja i snježnobijeli „krzneni kaputi“ lijenih, kraljevskih labudova, spremnih za spavanje. Prelijepi mladi par šetao je malom, uskom stazom oko jezerca. Negde u daljini se čula muzika, veseli ženski smeh treptao je kao zvona, čuli su se radosni glasovi mnogih ljudi, a samo za ovo dvoje svet je stao baš ovde, u ovom malom kutku zemlje, gde su u tom trenutku nežni glasovi od ptica koje su zvučale samo za njih; samo za njih razigrani, lagani povjetarac šuštao je u laticama ruže; i samo za njih, na trenutak, vreme je uslužno stalo, dajući im priliku da budu sami - samo muškarac i žena koji su došli da se oproste, ni ne znajući da li će to biti zauvek...
Gospođa je bila šarmantna i nekako "prozračna" u svojoj skromnoj, bijeloj ljetnoj haljini, izvezenoj malim zelenim cvjetićima. Njena divna pepeljasta kosa bila je vezana zelenom trakom, zbog čega je izgledala kao ljupka šumska vila. Izgledala je tako mlado, čisto i skromno da nisam odmah u njoj prepoznao veličanstvenu i briljantnu ljepotu kraljice koju sam prije samo nekoliko minuta vidio u svoj njenoj veličanstvenoj „svečanoj“ ljepoti.

Sistem strukturno i funkcionalno povezanih transmembranskih proteina i nosača elektrona. Omogućava vam da uskladištite energiju oslobođenu tokom oksidacije NAD*H i FADH2 molekularnim kiseonikom u obliku transmembranskog protonskog potencijala usled sekvencijalnog prenosa elektrona duž lanca, zajedno sa pumpanjem protona kroz membranu. Transportni lanac kod eukariota je lokaliziran na unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani. U respiratornom lancu postoje 4 multienzimska kompleksa. Postoji još jedan kompleks koji nije uključen u prijenos elektrona, ali sintetiše ATP.

1. - CoA oksidoreduktaza.

1.Prihvata elektrone iz NADH i prenosi ih na koenzim Q (ubikinon). 2.Prenosi 4 H+ jona na vanjsku površinu unutrašnje mitohondrijalne membrane.

2nd-FAD zavisne dehidrogenaze.

1. Redukcija FAD-a citokrom c oksidoreduktazom.

2.Prima elektrone od koenzima Q i prenosi ih na citokrom c.

3. Prenosi 2 H+ jona na vanjsku površinu unutrašnje mitohondrijalne membrane.

4.-citokrom c-oksigen oksidoreduktaza.

1.Prihvata elektrone iz citokroma c i prenosi ih na kisik da bi se formirala voda.

2.Prenosi 4 H+ jona na vanjsku površinu unutrašnje mitohondrijalne membrane. Svi atomi vodonika odcijepljeni sa supstrata dehidrogenazama u aerobnim uvjetima dospiju do unutrašnje mitohondrijalne membrane kao dio NADH ili FADH2.

Kako se elektroni kreću, gube energiju -> energiju troše kompleksi na pumpanje H protona. Prijenos H jona se dešava u strogo određenim područjima -> područjima konjugacije. Rezultat: ATP se proizvodi: H+ joni gube energiju prolazeći kroz ATP sintazu. Dio ove energije troši se na sintezu ATP-a. Drugi dio se rasipa kao toplina.

Mitohondrijski respiratorni lanac sastoji se od 5 multienzimskih kompleksa, čije su podjedinice kodirane i nuklearnim i mitohondrijalnim genima. Koenzim Q10 i citokrom c uključeni su u transport elektrona. Elektroni dolaze iz NAD*H i FAD"H molekula i transportuju se duž respiratornog lanca. Oslobođena energija se koristi za transport protona do vanjske membrane mitohondrija, a rezultirajući elektrohemijski gradijent se koristi za sintetizaciju ATP-a koristeći kompleks V. mitohondrijalnog respiratornog lanca

44. Redoslijed i struktura nosača elektrona u respiratornom lancu

1 kompleks. NADH-CoQ oksidoreduktaza

Ovaj kompleks ima i radni naziv NADH dehidrogenaza, sadrži FMN (flavin mononukleotid), 22 proteinska molekula, od kojih su 5 gvožđe-sumporni proteini ukupne molekulske težine do 900 kDa.

Prihvata elektrone iz NADH i prenosi ih na koenzim Q (ubikinon).

Prenosi 4 H+ jona na vanjsku površinu unutrašnje mitohondrijalne membrane.

2 kompleks. FAD zavisne dehidrogenaze

Uključuje FAD-ovisne enzime smještene na unutarnjoj membrani - na primjer, acil-SCoA dehidrogenazu (oksidacija masnih kiselina), sukcinat dehidrogenazu (ciklus trikarboksilne kiseline), mitohondrijalnu glicerol-3-fosfat dehidrogenazu (NADH transfer u mitohondrije).

Smanjenje FAD-a u redoks reakcijama.

Osiguravanje prijenosa elektrona sa FADN2 na željezo-sumporne proteine ​​unutrašnje mitohondrijalne membrane. Ovi elektroni zatim idu u koenzim Q.

46. ​​Biohemijski mehanizmi razdvajanja oksidacije i fosforilacije, faktori koji ih uzrokuju Razdvajanje disanja i fosforilacije

Neke hemikalije (protonofori) mogu transportovati protone ili druge jone (jonofore) iz intermembranskog prostora kroz membranu u matriks, zaobilazeći protonske kanale ATP sintaze. Kao rezultat toga, elektrohemijski potencijal nestaje i sinteza ATP-a prestaje. Ovaj fenomen se zove razdvajanje disanja i fosforilacije. Kao rezultat razdvajanja, količina ATP-a se smanjuje, a ADP povećava. U tom slučaju se povećava brzina oksidacije NADH i FADH2, a povećava se i količina apsorbiranog kisika, ali se energija oslobađa u obliku topline, a P/O omjer naglo opada. U pravilu, rastavljači su lipofilne tvari koje lako prolaze kroz lipidni sloj membrane. Jedna od ovih supstanci je 2,4-dinitrofenol (slika 6-17), koji lako prelazi iz jonizovanog oblika u nejonizovani, vezujući proton u međumembranskom prostoru i prenosi ga u matriks.

Primjeri odvajača mogu biti i neki lijekovi, na primjer, dikumarol - antikoagulant (vidi odjeljak 14) ili metaboliti koji se stvaraju u tijelu, bilirubin - produkt katabolizma (vidi odjeljak 13), tiroksin - hormon štitnjače (vidi odjeljak 11). Sve ove supstance pokazuju efekat razdvajanja samo u visokim koncentracijama.

Isključivanje fosforilacije nakon iscrpljivanja ADP-a ili neorganskog fosfata je praćeno inhibicijom disanja (efekat kontrole disanja). Veliki broj efekata koji oštećuju mitohondrijalnu membranu remete spregu između oksidacije i fosforilacije, omogućavajući da se transfer elektrona dogodi čak i u odsustvu sinteze ATP-a (efekat odvajanja)

1. Ukupni učinak:

Za sintetizaciju 1 ATP molekula potrebna su 3 protona.

2. Inhibitori oksidativne fosforilacije:

Inhibitori blokiraju V kompleks:

Oligomicin - blokira protonske kanale ATP sintaze.

Atraktilozid, ciklofilin - blok translokaze.

3. Rastavljači oksidativne fosforilacije:

Odvajači su lipofilne supstance koje su u stanju da prihvate protone i prenesu ih kroz unutrašnju membranu mitohondrija, zaobilazeći V kompleks (njegov protonski kanal). rastavljači:

Prirodni - proizvodi peroksidacije lipida, dugolančane masne kiseline; velike doze hormona štitnjače.

Vještački - dinitrofenol, etar, derivati ​​vitamina K, anestetici.