Prisutnost superkompleksa u respiratornom transportnom lancu elektrona osigurava protein SCAFI. Respiratorni lanac Reducirani transportni lanac elektrona za sukcinatnu kiselinu

11.3.3.1. Nosači elektrona

Nositelji elektrona nalaze se na površini ili duboko u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani, koja je raspoređena u križeve, čiji broj i gustoća pakiranja koreliraju s energetskim potrebama stanice.

Mnogi prijenosnici elektrona su proteini koji sadrže hem kao prostetičku skupinu.

Svojstva molekule hema ovise o proteinu na koji je vezana. Osim toga, hemi u različitim citokromima mogu se razlikovati u strukturi bočnih skupina i načinu vezanja na apoprotein. Stoga se citokromi mogu razlikovati u redoks potencijalima, iako svi imaju gotovo iste protetske skupine.

Nosači elektrona nazivaju se citokromi jer su obojeni crveno. Različiti citokromi označeni su slovnim indeksima: s 1, s, a, a 3 – redoslijedom njihovog položaja u krugu.

Druga vrsta ne-hem prijenosnika elektrona koji sadrže željezo uključuje proteine ​​u kojima su atomi željeza vezani na sulfhidrilne skupine proteinskih cisteinskih ostataka, kao i na sulfhidrilne anione ostataka, tvoreći željezo-sumporne komplekse ili centre ( Slika 29).

Riža. 29. Struktura željezo-sumpornog centra

Kao iu citokromima, atomi željeza u takvim centrima mogu prihvaćati i donirati elektrone, naizmjenično prelazeći u fero(Fe 2+) i feri(Fe 3+) stanja. Željezo-sumporni centri funkcioniraju zajedno s enzimima koji sadrže flavin, prihvaćajući elektrone od sukcinat dehidrogenaze i dehidrogenaza uključenih u oksidaciju masti.

Druga vrsta prijenosnika je protein koji sadrži FMN. FMN (flavin adenin mononukleotid) je spoj koji je flavinska polovica molekule FAD. FMN prenosi elektrone od FADN do željezo-sumpornih centara.

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

Jedini neproteinski prijenosnik elektrona je ubikinon, nazvan tako jer je s jedne strane kinon, a s druge strane ima ga posvuda (od engl. sveprisutan– sveprisutan). Njegov skraćeni naziv je CoQ, UQ ili jednostavno Q. Svi željezo-sumporni centri doniraju elektrone ubikinonu.

Tijekom redukcije ubikinon ne dobiva samo elektrone, već i protone (slika 30).

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

Jednoelektronskom redukcijom prelazi u semikinon (organski slobodni radikal), a dvoelektronskom redukcijom prelazi u hidrokinon. To je intermedijarno stvaranje slobodnog radikala koji omogućuje ubikinonu da služi kao prijenosnik ne dva, već jednog elektrona. Vrlo dugačak hidrofobni rep (40 atoma ugljika u deset uzastopnih izoprenoidnih ostataka) daje ubikinonu mogućnost lakog umetanja i slobodnog kretanja u nepolarnom sloju unutarnje mitohondrijske membrane.

11.3.3.2. Položaj vektora

Tijek elektrona između nositelja usmjeren je od nosača s višim redukcijskim potencijalom (tj. nižim redoks potencijalom) prema nosaču s nižim redukcijskim potencijalom (tj. više oksidiranim, s višim redoks potencijalom) (slika 31).

Sl.31. Redoks potencijali komponenti respiratornog lanca u mitohondrijima

U mitohondrijskom lancu prijenosnici imaju različite redoks potencijale.

Nositelji elektrona u lancu smješteni su u krugu tako da se DG 0 (slobodna energija) postupno smanjuje, a redoks potencijal u skladu s tim raste. U svakom stupnju prijenosa elektrona na nosač koji je uz lanac, oslobađa se slobodna energija.

Tijekom oksidacije glukoze dolazi do prijenosa elektrona s NADH i FADH 2 na kisik. Mnogi prijenosnici su uključeni u ovaj proces, ali oni se mogu grupirati u četiri kompleksa koji su ugrađeni u membranu mitohondrija
(Slika 32).

Riža. 32.Četiri transportna kompleksa elektrona
u membrani mitohondrija

Između kompleksa elektroni se kreću zajedno s mobilnim nositeljima: ubikinonom i citokromom c. Ubikinon prima elektrone iz kompleksa I i II i prenosi ih na kompleks III. Citokrom c služi kao posrednik između kompleksa III i IV. Kompleks I prenosi elektrone od NADH do 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 S za kisik. Kompleksi I, III i IV nazivaju se redom NADH-CoQ reduktaza, CoQH 2 -citokrom S-reduktaza i citokrom oksidaza. Kompleks IV – citokrom oksidaza – sastoji se od nekoliko proteina. Prima elektrone od citokroma S s vanjske strane unutarnje mitohondrijske membrane. Na putu do kisika ti elektroni prolaze kroz citokrome A I a 3, koji sadrži atome bakra, koji naizmjenično prelaze u Cu + i Cu 2+ stanja. Citokrom oksidaza smanjuje slobodni kisik:

O 2 + 4 e - + 4H +® 2H20

11.3.3.3. Mitchellova kemiosmotska teorija

Prijenos elektrona duž dišnog lanca dovodi do stvaranja ATP-a. Koncept mehanizma povezivanja transporta elektrona sa sintezom ATP-a razvio je engleski biokemičar Peter Mitchell 1961. (Mitchell je 1978. dobio Nobelovu nagradu). Mitchell je otkrio da protok elektrona uzrokuje ispumpavanje protona iz mitohondrija u okolni okoliš, stvarajući protonski gradijent preko membrane (pH vanjske otopine se smanjuje). Kako su protoni pozitivno nabijene čestice, zbog njihovog ispumpavanja iz mitohondrija na membrani nastaje razlika u električnom potencijalu (minus - unutra) i pH razlika (viši - unutra). Zajedno, električni i koncentracijski gradijenti čine (prema Mitchellu) pokretačku silu protona, koja je izvor energije za sintezu ATP-a (slika 33).

Riža. 33. Shema sinteze ATP-a u unutarnjem
mitohondrijska membrana

Protonska pokretačka sila pokreće komplekse ATP sintaze, koji koriste protok elektrona za sintezu ATP-a iz ADP-a i fosfora. Kompleksi su specijalizirani protonski kanali (izbočine u obliku gljive koje prekrivaju unutarnju površinu krista). Kompleks predstavljaju 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 sintetizira ATP, dok F0 obavlja samu funkciju protonskog kanala (slika 34).

Slika 34. Shematski prikaz "gljive" strukture F 0 F 1 ATP sintetaze iz E. coli. Komponenta F 0 prodire kroz membranu, stvarajući kanal za protone. Pretpostavlja se da se F 1 sastoji od tri a i tri b podjedinice, organizirane tako da tvore heksamernu strukturu poput "klobuka gljive", i jedne g, jedne d i jedne e podjedinice, koje tvore "štapić" koji povezuje F 0 na F 1 kanal

Ne zna se točno kako ATP nastaje putem ATP sintetaze. Prema jednoj teoriji, tijekom translokacije protona preko F0 faktora dolazi do konformacijskih promjena u F1 komponenti koja sintetizira ATP iz ADP i fosfora.

Za svaki par elektrona prenesenih iz NADH u kisik, postoji 10 protona ispumpanih iz mitohondrijske matrice. Tako oksidacija 1 molekule NADH dovodi do sinteze 2,5 molekula ATP, a oksidacija 1 molekule FADH 2 dovodi do sinteze 1,5 molekula ATP. Ranije se vjerovalo da su sintetizirane tri, odnosno dvije molekule ATP-a. Ove se količine obično nazivaju P/O omjeri, budući da je prijenos 2 elektrona ekvivalentan redukciji 1 atoma kisika.

Prinos ATP-a tijekom oksidacije molekule glukoze u CO 2 i H 2 O.

Glikoliza proizvodi 2 ATP molekule (4 se proizvode, ali 2 se troše). Tijekom glikolize u citoplazmi nastaju i 2 molekule NADH na 1 molekulu glukoze. U ciklusu limunske kiseline nastaju 2 molekule ATP (od 1 molekule glukoze nastaju 2 molekule acetil-CoA, pokrećući dva zavoja ciklusa).

Za svaku 1 molekulu glukoze, piruvat dehidrogenaza proizvodi 2 molekule NADH, a ciklus limunske kiseline proizvodi 6 molekula NADH. Njihovom oksidacijom dolazi do sinteze 20 molekula ATP-a. Još tri molekule ATP-a nastaju uslijed oksidacije FADH 2 tijekom pretvorbe sukcinata u fumarat.

Ukupni izlaz molekula ATP-a ovisit će o tome koji mehanizam prijenosa (glicerofosfat i malat aspartat) koriste stanice za isporuku NADH u dišni lanac. U mehanizmu glicerol fosfata, elektroni iz NADH prenose se na dihidroksiaceton fosfat da nastane glicerol-3-fosfat, koji prenosi elektrone u dišni lanac (slika 35). To se događa uz sudjelovanje enzima glicerol-3-fosfat dehidrogenaze. Uz pomoć citoplazmatskog NADH obnavlja se mitohondrijski FAD, koji je prostetička skupina flavoproteina - glicerol-3-fosfat dehidrogenaze.

Riža. 35. Glicerol fosfat shuttle mehanizam

Drugi shuttle sustav, malat-aspartatni sustav, prenosi elektrone iz citoplazmatskog NADH u mitohondrijski NAD + (Slika 36). To dovodi do stvaranja mitohondrijskog NADH, koji se dalje oksidira u transportnom lancu 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 putem nosača prenosi u citoplazmu. U citoplazmi se aspartat deaminira, pretvarajući se u oksaloacetat i time zatvarajući mehanizam prijenosa.

Sl.36. Malat-aspartat shuttle sustav za prijenos elektrona

To su proteinski kompleksi i prijenosnici elektrona koji lebde na unutarnjoj membrani mitohondrija, prenose elektrone jedni drugima duž lanca i tako stvaraju energiju. Četiri su respiratorna proteinska kompleksa, a još uvijek nije jasno kako su organizirani na membrani: plutaju li neovisno jedan o drugome ili se spajaju tvoreći takozvane superkomplekse. Skupina španjolskih istraživača otkrila je da protein nazvan SCAFI (supercomplex assembly factor I) specifično regulira sastavljanje respiratornih kompleksa u superkomplekse.

Prije nekoliko desetljeća, kada su respiratorni proteinski kompleksi mitohondrija tek izolirani i proučavani, pretpostavljalo se da oni postoje u membrani neovisno jedan o drugom i da komuniciraju samo uz pomoć prijenosnika elektrona koji putuju između njih - ubikinona i citokroma c (Sl. 1). Ova se pretpostavka naziva "fluidni model". Međutim, postupno su se pojavljivali dokazi da situacija nije tako jednostavna i da se dišni kompleksi mogu međusobno ujediniti u veće strukture – “superkomplekse”.

Na primjer, nađeno je da je kompleks I općenito nestabilan u odsutnosti kompleksa III ili IV. A 2000. godine iznesena je hrabra hipoteza - nazvana je "čvrsti model" - prema kojoj su kompleksi I, III i IV spojeni zajedno u jedan divovski superkompleks nazvan respirasom, zbog čega djeluju skladnije ( vidi Hermann Schägger, Kathy Pfeiffer, 2000. Superkompleksi u respiratornim lancima kvasca i mitohondrija sisavaca). Potrebni respirasomi izolirani su iz mitohondrija goveđeg srčanog mišića, ali, kao i uvijek u tako delikatnim molekularnim studijama, ostala je mogućnost da je to jednostavno artefakt netočno odabrane tehnike, a kompleksi su međusobno povezani ne u goveđim mitohondrijima. membranu, već izravno u epruveti istraživača. Sljedećih godina učinjeni su brojni pokušaji da se dokaže ili opovrgne postojanje respirasoma, ali uzalud: nisu dobiveni uvjerljivi argumenti ni za ni protiv respirasoma. Respirasomi i drugi superkompleksi savršeno su se mogli detektirati u mitohondrijima korištenjem nekih tehnika izolacije proteina, ali još uvijek nije jasno je li to činjenica ili artefakt.

Autori razmatranog rada odlučili su pristupiti problemu iz drugačijeg kuta. Ako respirasomi (i drugi superkompleksi) nisu artefakt, tada će se vjerojatno sastojati ne samo od respiratornih kompleksa kao takvih, već i od nekih drugih pomoćnih proteina. A ako se ti pomoćni proteini identificiraju i zatim se s njima "igraju" - na primjer, isključuju ili uključuju - tada možete dobiti neizravne dokaze (ili, obrnuto, opovrgavanje) postojanja superkompleksa, a također općenito razumjeti pod kojim uvjetima nastaju ti kompleksi i zašto su potrebni?

Stoga su istraživači najprije izolirali superkomplekse i respiratorne komplekse pojedinačno iz mitohondrija (to je učinjeno pomoću plave nativne elektroforeze (vidi BN-PAGE) – jedan od najnježnijih načina razdvajanja proteinskih smjesa), a zatim su analizirali proteine ​​koji čine superkomplekse i "pojedinačni" kompleksi "dišni kompleksi.

I pokazalo se da je jedan protein (koji je nosio nejasno ime Cox7a2l - podjedinica citokrom c oksidaze VIIa polipeptid 2-sličan) prisutan samo u superkompleksima koji sadrže respiratorni kompleks IV (odnosno u respiratornom kompleksu i superkompleksu III+IV), i to ne nalaze se u pojedinačnim kompleksima . Paralelno, istraživači su imali dovoljno sreće da slučajno otkriju da u tri mutirane mišje stanične linije s oštećenim (i očito neživim) oblikom ovog proteina, superkompleksi koji uključuju kompleks IV u mitohondrijskoj membrani uopće nisu otkriveni. Štoviše, ako se gen za normalan protein umetne u mutirane stanice, tada se ti superkompleksi počinju stvarati u njima. Iz svega ovoga istraživači su izvukli logičan zaključak: ovaj protein pomaže kompleksu IV u formiranju superkompleksa i stoga zaslužuje da ga se preimenuje u faktor sastavljanja superkompleksa I (SCAFI) i da se detaljnije proučava.

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

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

Recimo da u membrani nema superkompleksa, a dišni kompleksi rade pojedinačno i neovisno jedan o drugom. Zatim se prijenos elektrona odvija duž jednostavnog puta 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' nazvat ću ovaj skup koenzima Q "CoQ FAD", jer se oksidacija u kompleksu II događa uz pomoć kofaktora FAD); nakon toga, iz oba pula koenzima Q, elektroni se prenose na citokrom c pomoću kompleksa III (odnosno, formira se samo jedan veliki bazen citokroma c, nazovimo ga oba Cyt c, jer pripada oba toka); i konačno, citokrom c, zarobljen kompleksom IV, prenosi elektrone na kisik. Drugim riječima, u cijelom sustavu postoji samo jedan skup IV kompleksa - nazovimo ga IV oba.

Ako uz usamljene komplekse u membrani plutaju i superkompleksi, tada je put elektrona složeniji i razgrananiji. Osim gore opisanog puta kroz slobodne komplekse, oni također mogu ući u respirasom, gdje ih eventualno zasebni 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 kisika (taj bazen kompleksa IV IV nazvat ćemo FAD). Dakle, imamo tri bazena kompleksa IV - IV NADH, IV FAD i IV oba.

Kao rezultat ove podjele, sustav postaje fleksibilniji, osiguran od prezasićenosti jednom podlogom i konkurencije među podlogama i, obrnuto, prilagođen korištenju različitih podloga u optimalnim količinama. Na primjer, ako mitohondrije "hranite" isključivo sukcinatom (koji šalje elektrone duž FAD putanje), tada će u nedostatku superkompleksa oni to obraditi brže nego u njihovoj prisutnosti. Međutim, ako se ti mitohondriji stave u medij koji sadrži i sukcinat i piruvat + malat (šalje elektrone kroz NADH put), tada se procesiranje sukcinata u mitohondrijima koji sadrže superkomplekse neće promijeniti, ali u mitohondrijima bez superkompleksa značajno će pasti (slika 3).

Očigledno je prisutnost superkompleksa samo dodatni i izborni "luk" u lancu prijenosa elektrona. Iako superkompleksi naizgled dodaju ergonomiju ovom lancu, čak i u odsutnosti mitohondriji (kao i životinje u kojima ti mitohondriji rade) osjećaju se odlično. Rad o kojem se raspravlja, prvo, daje genetske dokaze za prisutnost superkompleksa, i drugo, predlaže elegantnu teoriju plastičnosti transportnog lanca elektrona.

Gdje je induciran protonski potencijal? Potencijal protona ATP sintaza pretvara u energiju kemijske veze ATP-a. Konjugirani rad ETC i ATP sintaze naziva se oksidativna fosforilacija.

U eukariotskim mitohondrijima lanac prijenosa elektrona započinje oksidacijom NADH i redukcijom ubikinona Q pomoću kompleksa I. Zatim, kompleks II oksidira sukcinat u fumarat i reducira ubikinon Q. Ubikinon Q se oksidira i reducira kompleksom citokroma c III. Na kraju lanca, kompleks IV katalizira prijenos elektrona s citokroma c na kisik pri čemu nastaje voda. Kao rezultat reakcije, na svakih konvencionalno oslobođenih 6 protona i 6 elektrona, oslobađaju se 2 molekule vode zbog utroška 1 molekule O2 i 10 molekula NAD∙H.

Kompleks I ili kompleks NADH dehidrogenaze oksidira NAD-H. Ovaj kompleks ima središnju ulogu u procesima staničnog disanja i. Gotovo 40% protonskog gradijenta za sintezu ATP-a stvara ovaj kompleks. Kompleks I oksidira NADH i reducira jednu molekulu ubikinona, koja se oslobađa u membranu. Za svaku oksidiranu molekulu NADH, kompleks prenosi četiri protona kroz membranu. Kompleks NADH dehidrogenaze od njega uzima dva elektrona i prenosi ih na ubikinon. Ubikinon je topiv 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 prijenosa elektrona kompleksa I. Sive strelice - put prijenosa malo vjerojatan ili sada ne postoji

N5 klaster ima vrlo nizak potencijal i ograničava brzinu ukupnog protoka elektrona kroz lanac. Umjesto uobičajenih liganada za željezno-sumporne centre (četiri cisteinska ostatka), koordiniran je s tri cisteinska ostatka i jednim histidinskim ostatkom, 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 izmjenjivati ​​elektrone, pa je očito relikt. U nekim bakterijskim kompleksima povezanim s kompleksom I pronađena su četiri konzervirana cisteinska ostatka između N7 i ostalih klastera, a u bakterijskom kompleksu I Aquifex aeolicus otkriven je dodatni Fe 4 S 4 klaster koji povezuje N7 s preostalim klasterima. Iz ovoga slijedi da A. aeolicus kompleks I, osim NADH, može koristiti još jedan donor elektrona, koji ih prenosi preko N7.

Kompleks NADH dehidrogenaze oksidira NADH nastao u matriksu tijekom ciklusa trikarboksilne kiseline. Elektroni iz NADH koriste se za obnavljanje membranskog transportera, ubikinona Q, koji ih prenosi u sljedeći kompleks mitohondrijskog transportnog lanca elektrona, kompleks III ili citokrom prije Krista 1-složeno.

Kompleks NADH dehidrogenaze radi poput protonske pumpe: za svaki oksidirani NADH i reducirani Q, četiri protona se pumpaju kroz membranu u međumembranski prostor:

Elektrokemijski potencijal nastao tijekom reakcije koristi se za sintezu ATP-a. Reakcija katalizirana kompleksom I je reverzibilna, proces koji se naziva redukcija NAD+ izazvana aerobnim sukcinatom. U uvjetima visokog membranskog potencijala i viška reduciranih ubikvinola, kompleks može reducirati NAD+ pomoću svojih elektrona i vratiti protone natrag u matricu. Ovaj se fenomen obično događa kada ima puno sukcinata, ali malo oksaloacetata ili malata. Redukciju ubikinona provode enzimi sukcinat dehidrogenaza ili mitohondrija. U uvjetima visokog protonskog gradijenta, afinitet kompleksa prema ubikinolu raste, a redoks potencijal ubikinola opada zbog porasta njegove koncentracije, što omogućuje obrnuti transport elektrona duž električnog potencijala unutarnje mitohondrijske membrane do NAD. Ovaj fenomen uočen je u laboratorijskim uvjetima, no nije poznato događa li se u živoj stanici.

Tijekom početnih faza istraživanja kompleksa I, model o kojem se naširoko raspravljalo temeljio se na pretpostavci da sustav sličan onom djeluje u kompleksu. Međutim, kasnije studije nisu pronašle 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. Podjedinice ND2, ND4 i ND5 nazivaju se sličnim antiportu jer su homologne jedna drugoj i bakterijskim Mrp Na + /H + antiportovima. Ove tri podjedinice tvore tri glavna protonska kanala, koji se sastoje od konzerviranih nabijenih aminokiselinskih ostataka (uglavnom lizina i glutamata). Četvrti protonski kanal formira dio podjedinice Nqo8 i male podjedinice ND6, ND4L i ND3. Kanal je po strukturi sličan sličnim kanalima podjedinica sličnih antiportu, ali sadrži neobično velik broj gusto zbijenih glutamatnih ostataka na strani matriksa, zbog čega se naziva E-kanal (latinski E koristi se kao standard oznaka za glutamat). Od C-kraja podjedinice ND5 proteže se produžetak koji se sastoji od dvije transmembranske spirale povezane neobično dugom (110 Å) α-heliksom (HL), koja, prolazeći duž strane kompleksa okrenute prema matriksu, fizički povezuje sve tri podjedinice slične antiportu, i moguće uključene u spajanje prijenosa elektrona s konformacijskim preuređivanjem. Drugi spojni element, βH, formiran je nizom preklapajućih i α-spirala i nalazi se na suprotnoj, periplazmatskoj strani kompleksa. Još uvijek je potpuno nepoznato kako je točno prijenos elektrona povezan s prijenosom protona. Vjeruje se da snažan negativni naboj klastera N2 može odgurnuti okolne polipeptide, uzrokujući konformacijske promjene koje se nekako šire na sve podjedinice poput antiporta koje se nalaze dosta daleko jedna od druge. Druga hipoteza sugerira da konformacijska promjena uzrokuje neuobičajeno dugo mjesto vezivanja ubikinona da stabilizira ubikinol Q-2 s iznimno niskim redoks potencijalom i negativnim nabojem. Mnogi detalji kinetike konformacijskih promjena i povezanog transporta protona ostaju nepoznati.

Najproučavaniji inhibitor kompleksa I je rotenon (široko korišten kao organski pesticid). Rotenon i rotenoidi su izoflavonoidi koji su prisutni u korijenu nekoliko rodova tropskih biljaka kao što su Antonija (Loganiaceae), Derris I Lonchocarpus (Fabaceae). Rotenon se od davnina koristi kao insekticid i otrov za ribe, budući da 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 veznim mjestom ubikinona i natječe se s glavnim supstratom. Pokazalo se da dugotrajna sustavna inhibicija kompleksa I rotenonom može izazvati selektivnu smrt dopaminergičkih neurona (koji izlučuju neurotransmiter dopamin). Piericidin A, još jedan snažan inhibitor kompleksa I strukturno sličan ubikinonu, djeluje na sličan način. Ovoj skupini pripada i natrijev amital, derivat barbiturne kiseline.

Unatoč 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 sa terminalnog N2 klastera na ubikinon.

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

Neki od najjačih inhibitora kompleksa I uključuju obitelj acetogenina. Pokazalo se da te tvari stvaraju kemijske poprečne veze s podjedinicom ND2, što neizravno ukazuje na ulogu ND2 u vezanju ubikinona. Zanimljivo je primijetiti da je acetogenin rolliniastatin-2 bio prvi inhibitor kompleksa I za koji je otkriveno da se veže na mjestu koje nije rotenon.

Antidijabetik metformin ima umjeren inhibicijski učinak; Očigledno, ovo svojstvo lijeka je u osnovi mehanizma njegovog djelovanja.

Elektroni iz sukcinata prvo se prenose u FAD, a zatim preko Fe-S klastera u Q. Prijenos elektrona u kompleksu nije popraćen stvaranjem protonskog gradijenta. 2H+ nastao tijekom oksidacije sukcinata ostaje na istoj strani membrane, odnosno u matriksu, a zatim se reapsorbira tijekom redukcije kinona. Dakle, kompleks II ne doprinosi stvaranju protonskog gradijenta kroz membranu i djeluje samo kao prijenosnik elektrona od sukcinata do ubikinona.

Kao rezultat oksidacije sukcinata, njegovi elektroni se prenose na FAD i zatim se prenose duž lanca klastera željezo-sumpor od klastera do klastera. Tamo se ti elektroni prenose na molekulu ubikinona koja čeka na mjestu vezivanja.

Također postoji pretpostavka da kako bi se spriječilo da elektron izravno dođe iz klastera u hem, radi poseban mehanizam vrata. Vjerojatni kandidat za vrata je histidin -207 podjedinice B, koji se nalazi izravno između klastera željeza i sumpora i hema, blizu vezanog ubikinona, i možda može kontrolirati protok elektrona između ovih redoks centara.

Postoje dvije klase inhibitora kompleksa II: neki blokiraju džep za vezanje sukcinata, a drugi blokiraju džep za vezanje ubikinola. Inhibitori koji oponašaju ubikinol uključuju karboksin i tenoiltrifluoroaceton. Inhibitori-analozi sukcinata uključuju sintetski spoj malonat, kao i komponente Krebsovog ciklusa, malat i oksalacetat. Zanimljivo je da je oksaloacetat jedan od najjačih inhibitora kompleksa II. Zašto uobičajeni metabolit ciklusa trikarboksilne kiseline inhibira kompleks II ostaje nejasno, iako je sugerirano da bi stoga mogao imati zaštitnu ulogu minimiziranjem obrnutog transporta elektrona u kompleksu I, što rezultira stvaranjem superoksida.

Inhibitori koji oponašaju ubikinol koriste se kao fungicidi u poljoprivredi od 1960-ih. Na primjer, karboksin se primarno koristio za bolesti uzrokovane bazidiomicetama, kao što su hrđa stabljike i bolesti bazidiomicete. Rizoktonija. Nedavno su zamijenjeni drugim spojevima sa širim rasponom potisnutih patogena. Takvi spojevi uključuju boskalid, pentiopirad i fluopiram. Neke gljive važne za poljoprivredu nisu osjetljive na djelovanje ove nove generacije inhibitora.

Cytochrome-bc1-complex (kompleks citokroma prije Krista 1) ili ubikinol-citokrom c-oksidoreduktaza, ili kompleks III - multiproteinski kompleks respiratornog lanca prijenosa elektrona i najvažniji biokemijski generator protonskog gradijenta na membrani mitohondrija. Ovaj multiproteinski transmembranski kompleks kodiran je mitohondrijskim (citokromom b) i nuklearni genomi.

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

Prijenos elektrona u kompleksu povezan je s prijenosom protona iz matriksa (unutra) u intermembranski prostor (van) i stvaranjem protonskog gradijenta na membrani mitohondrija. Za svaka dva elektrona koja prođu duž transportnog lanca od ubikinona do citokroma c, dva protona se apsorbiraju iz matriksa, a još četiri se otpuštaju u međumembranski prostor. Reducirani citokrom c kreće se duž membrane u vodenoj frakciji i prenosi jedan elektron na sljedeći dišni kompleks, citokrom oksidazu.

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

Struktura kompleksa III ima dva središta, odnosno dva "džepića", u kojima se kinoni mogu vezati. 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. Reducirani ubikinon (QH 2) veže se u ovom džepu. Drugi, Q u džepu, dizajniran je za vezanje oksidiranog ubikinona (Q) i nalazi se blizu unutarnje (unutarnje) strane membrane u kontaktu s matricom.

Neophodan i paradoksalan uvjet za rad Q-ciklusa je činjenica da su životni vijek i stanje semikinona u dva centra za vezanje različiti. U Q out centru, Q je nestabilan i djeluje kao jako redukcijsko sredstvo sposobno donirati e - hemu niskog potencijala. Relativno dugovječni Q − nastaje u središtu Q, čiji mu potencijal omogućuje da djeluje kao oksidacijsko sredstvo, prihvaćajući elektrone iz hema b H. Još jedna ključna točka Q-ciklusa povezana je s 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 pomaknuti. Ispostavilo se da protein Rieske ima mobilnu domenu, na kojoj se zapravo nalazi klaster 2Fe-2S. Prihvatajući elektron i reducirajući se, 2Fe-2S centar mijenja svoj položaj, odmičući se od Q out centra i hema b L za 17 uz rotaciju 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. Dakle, funkcionira neka vrsta shuttlea, jamčeći da drugi elektron ide u heme b L i b H. Do sada je ovo jedini primjer gdje je prijenos elektrona u kompleksima povezan s mobilnom domenom u strukturi proteina.

Mali dio elektrona napušta transportni lanac prije nego što stigne do kompleksa IV. Konstantno curenje elektrona u kisik rezultira stvaranjem superoksida. Ova mala nusreakcija dovodi do stvaranja čitavog spektra reaktivnih kisikovih spojeva, koji su vrlo toksični i imaju značajnu ulogu u razvoju patologija i starenju). Elektronička curenja uglavnom se javljaju na mjestu Q in. Ovaj proces potiče antimicin A. Blokira heme b u reduciranom stanju, sprječavajući ih da odbacuju 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 se činjenica može objasniti činjenicom da kompleks III vjerojatno proizvodi superoksid u obliku nenabijenog HOO, koji može lakše prodrijeti kroz vanjsku membranu u usporedbi s nabijenim superoksidom (O 2 -).

Neke od ovih tvari koriste se kao fungicidi (kao što su 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, terminalna je oksidaza aerobnog respiratornog transportnog lanca elektrona koja katalizira prijenos elektrona iz citokroma S na kisik da nastane voda. Citokrom oksidaza prisutna je u unutarnjoj membrani mitohondrija svih eukariota, gdje se obično naziva kompleks IV, kao iu staničnoj membrani mnogih aerobnih bakterija.

Kompleks IV sekvencijalno oksidira četiri molekule citokroma c i, prihvaćajući četiri elektrona, reducira O 2 u H 2 O. Tijekom redukcije O 2, četiri H + su uhvaćena iz

U eukariota - na unutarnjoj membrani mitohondrija. Nosioci su locirani prema svom redoks potencijalu; transport elektrona duž cijelog lanca događa se spontano.

Potencijal protona ATP sintaza pretvara u energiju kemijske veze ATP-a. Konjugirani rad ETC i ATP sintaze naziva se oksidativna fosforilacija.

Lanac transporta elektrona mitohondrija

• Kompleks I (kompleks NADH dehidrogenaze) oksidira NAD-H, uzima dva elektrona od njega i prenosi ih na ubikinon topljiv u lipidima, koji difundira unutar membrane u kompleks III. U isto vrijeme kompleks I pumpa 2 protona i 2 elektrona iz matriksa u međumembranski prostor mitohondrija.
• Kompleks II (Sukcinat dehidrogenaza) ne pumpa protone, već osigurava dodatne elektrone u lanac zbog oksidacije sukcinata.
• Kompleks III (kompleks citokroma bc 1) prenosi elektrone s ubikinona na dva citokroma c topljiva u vodi koji se nalaze na unutarnjoj membrani mitohondrija. Ubikinon prenosi 2 elektrona, a citokromi prenose jedan elektron po ciklusu. U isto vrijeme, 2 protona ubikinona također prolaze tamo i pumpaju se kroz kompleks.
• Kompleks IV (citokrom c oksidaza) katalizira prijenos 4 elektrona sa 4 molekule citokroma na O 2 i pumpa 4 protona u međumembranski prostor. Kompleks se sastoji od citokroma a i a3 koji osim hema sadrže ione bakra.

Učinak oksidativnog potencijala

Reducirajuće sredstvo	Oksidator	Eo´, V
H2	2 +	- 0,42
NAD H + H+	NAD +	- 0,32
NADP H + H+	NADP+	- 0,32
Flavoprotein (smanjeni)	Flavoprotein (oksidiran)	- 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
Citokromi A (Fe2+)	Citokromi A(Fe3+)	+ 0,29
Citokromi A3 (Fe2+)	Citokromi A3 (Fe3+)	+0,55
H2O	½ O2	+ 0,82

Inhibitori respiratornog lanca

Neke tvari blokiraju prijenos 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, ugljikov monoksid, dušikov oksid, natrijev azid

Lanci prijenosa elektrona bakterija

Bakterije, za razliku od mitohondrija, koriste veliki skup donora i akceptora elektrona, kao i različite putove prijenosa elektrona između njih. Ti se putovi mogu izvoditi istovremeno, na primjer, E coli kada se uzgaja na podlozi koja sadrži glukozu kao glavni izvor organske tvari, koristi dvije NADH dehidrogenaze i dvije kinoloksidaze, što znači prisutnost 4 transportna puta elektrona. Većina ETC enzima je inducibilna i sintetiziraju se samo ako postoji potražnja za putem kojim ulaze.

Osim organske tvari, donori elektrona u bakterijama mogu uključivati ​​molekularni vodik, ugljikov monoksid, amonij, nitrit, sumpor, sulfid i dvovalentno željezo. Umjesto NADH i sukcinat dehidrogenaze mogu biti prisutne format -, laktat -, gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza, hidrogenaza itd. Umjesto oksidaze, korištene u aerobnim uvjetima, u nedostatku kisika, bakterije mogu koristiti reduktaze koje reduciraju razne. konačni akceptori elektrona: fumarat reduktaza, nitrat i nitrit reduktaza itd.

vidi također

Napišite recenziju o članku "Respiratorni lanac prijenosa elektrona"

Bilješke

Izvadak koji karakterizira respiratorni lanac prijenosa elektrona

Napokon se sve uokolo pokrenulo, a cijela se ta veličanstveno odjevena gomila, kao čarolijom, podijelila na dva dijela, formirajući vrlo širok, "balski" prolaz točno u sredini. A ovim prolazom polako se kretala nadasve zapanjujuća žena... Točnije, kretao se par, ali muškarac pored nje bio je toliko prostodušan i neupadljiv da je, unatoč veličanstvenoj odjeći, cijela njegova pojava naprosto nestala. njegov zadivljujući partner.
Lijepa dama izgledala je poput proljeća - njezina plava haljina bila je u cijelosti izvezena otmjenim rajskim pticama i nevjerojatnim srebrno-ružičastim cvjetovima, a čitavi vijenci pravog svježeg cvijeća počivali su u krhkom ružičastom oblaku na njezinoj svilenkastoj, složeno stiliziranoj, pepeljastoj kosi. Mnoge niti nježnih bisera omotale su se oko njezina dugog vrata i doslovno su blistale, osvijetljene neobičnom bjelinom njezine nevjerojatne kože. Ogromne svjetlucave plave oči ljubazno su gledale ljude oko nje. Sretno se smiješila i bila je nevjerojatno lijepa....

Francuska kraljica Marija Antoaneta

Upravo tu, stojeći odvojeno od svih, Axel se doslovno preobrazio!.. Mladić koji se dosađivao negdje je nestao, u tren oka, a na njegovo mjesto... stajalo je živo utjelovljenje najljepših osjećaja na zemlji, koji je doslovno “proždirao” ga je plamenim pogledom lijepa dama koja mu je prilazila...
“Oh-oh... kako je lijepa!..” Stella je oduševljeno izdahnula. – Uvijek je tako lijepa!..
- Što, jesi li je vidio mnogo puta? – upitah zainteresirano.
- O da! Često je idem pogledati. Ona je kao proljeće, zar ne?
- A ti je znaš?.. Znaš li tko je ona?
“Naravno!.. Ona je vrlo nesretna kraljica”, malo se rastuži djevojčica.
- Zašto nesretni? Izgleda da mi je jako sretna - iznenadio sam se.
“Ovo je tek sada... A onda će umrijeti... Umrijet će jako strašno - odsjeći će joj glavu... Ali ja to ne volim gledati”, tužno je prošaputala Stella.
U međuvremenu je lijepa dama sustigla našeg mladog Axela i, ugledavši ga, na trenutak se ukočila od iznenađenja, a onda mu se, dražesno pocrvenjevši, vrlo slatko nasmiješila. Iz nekog razloga, imala sam dojam da se oko ovo dvoje ljudi svijet na trenutak zamrznuo... Kao da na vrlo kratak trenutak nije bilo ničega i nikoga u blizini njih osim njih dvoje... Ali gospođa se pomaknula na , a čarobni trenutak raspao se na tisuće kratkih trenutaka koji su se između ovo dvoje ljudi ispleli u snažnu svjetlucavu nit, ne puštajući ih...
Axel je stajao potpuno zapanjen i, opet ne primjećujući nikoga oko sebe, gledao za svojom lijepom damom, a njegovo pokoreno srce polako je odlazilo s njom... Nije primjećivao poglede prolazećih mladih ljepotica koje su ga gledale, i nije odgovarao na njihove blistavi, mamljivi osmijesi.

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, koji je jednako privlačio i žene i muškarce. Njegovo ispravno, ozbiljno lice rijetko je ozario osmijeh, ali ako se to dogodilo, onda je Axel u takvom trenutku postao jednostavno neodoljiv... Stoga je bilo sasvim prirodno da šarmantna ženska polovica pojača pažnju prema njemu, ali, Na njihovu zajedničku žalost, Axela je zanimalo samo da postoji samo jedno stvorenje na cijelom svijetu - njegova neodoljiva, prekrasna kraljica...
– Hoće li biti zajedno? – nisam mogla izdržati. - Obje su tako lijepe!..
Stella se samo tužno nasmiješila i odmah nas ubacila u sljedeću “epizodu” ove neobične i nekako vrlo dirljive priče...
Našli smo se u vrlo ugodnom malom ljetnom vrtu s mirisom cvijeća. Posvuda uokolo, dokle god je pogled sezao, bio je veličanstven zeleni park, ukrašen mnogim kipovima, au daljini se vidjela zapanjujuće ogromna kamena palača, koja je izgledala kao mali grad. I među svom tom “grandioznom”, pomalo ugnjetavačkom, okolnom veličanstvenošću, samo je ovaj vrt, potpuno zaštićen od znatiželjnih pogleda, stvarao osjećaj prave ugode i nekakve tople, “domaće” ljepote...
Pojačani toplinom ljetne večeri, u zraku su se osjećali vrtoglavo slatki mirisi rascvjetanih bagrema, ruža i još nečega što nisam mogla prepoznati. Iznad čiste površine malog jezerca, kao u zrcalu, ogledale su se goleme čašice nježnoružičastih lopoča i snježnobijele "bube" lijenih, kraljevskih labudova, spremnih za san. Prekrasan mladi par šetao je malom, uskom stazom oko ribnjaka. Negdje u daljini čula se muzika, treperio je poput zvona veseli ženski smijeh, odzvanjali su radosni glasovi mnogih ljudi, a samo za njih dvoje svijet je stao baš ovdje, u ovom malom kutku zemlje, gdje su u tom trenutku nježni glasovi ptica koje su se čule samo za njih; samo je za njih razigrani, lagani povjetarac šuštao u ružinim laticama; i samo za njih, na tren, vrijeme je uslužno stalo, dajući im priliku da budu sami - samo muškarac i žena koji su se došli ovdje oprostiti, ni sami ne znajući hoće li to biti zauvijek...
Dama je bila šarmantna i nekako “prozračna” u skromnoj, bijeloj ljetnoj haljini, izvezenoj malim zelenim cvjetićima. Njezina divna pepeljasta kosa bila je svezana zelenom vrpcom, zbog čega je izgledala poput ljupke šumske vile. Izgledala je tako mlado, čisto i skromno da u njoj nisam odmah prepoznao veličanstvenu i briljantnu ljepotu kraljice koju sam prije samo nekoliko minuta vidio u svoj njenoj veličanstvenoj "ceremonijalnoj" ljepoti.

Sustav strukturno i funkcionalno povezanih transmembranskih proteina i prijenosnika elektrona. Omogućuje vam pohranjivanje energije oslobođene tijekom oksidacije NAD*H i FADH2 pomoću molekularnog kisika u obliku transmembranskog protonskog potencijala zbog sekvencijalnog prijenosa elektrona duž lanca, zajedno s pumpanjem protona kroz membranu. Transportni lanac u eukariota je lokaliziran na unutarnjoj membrani mitohondrija. U dišnom lancu postoje 4 multienzimska kompleksa. Postoji i drugi kompleks koji nije uključen u prijenos elektrona, ali sintetizira ATP.

1. - CoA oksidoreduktaza.

1.Prihvaća elektrone iz NADH i prenosi ih na koenzim Q (ubikinon). 2. Prenosi 4 H+ iona na vanjsku površinu unutarnje mitohondrijske membrane.

2-FAD-ovisne dehidrogenaze.

1. Obnova FAD pomoću 3-citokrom c-oksidoreduktaze.

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

3. Prenosi 2 H+ iona na vanjsku površinu unutarnje mitohondrijske membrane.

4.-citokrom c-oksigen oksidoreduktaza.

1. Prihvaća elektrone iz citokroma c i prenosi ih na kisik kako bi se stvorila voda.

2. Prenosi 4 H+ iona na vanjsku površinu unutarnje mitohondrijske membrane. Svi atomi vodika odcijepljeni od supstrata dehidrogenazama u aerobnim uvjetima dospijevaju do unutarnje membrane mitohondrija kao dio NADH ili FADH2.

Kako se elektroni kreću, oni gube energiju -> kompleksi troše energiju na pumpanje H iona u strogo određenim područjima -> Rezultat: ATP ioni gube svoju energiju prolazeći kroz ATP sintazu. Dio te 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 mitohondrijskim genima. Koenzim Q10 i citokrom c sudjeluju u prijenosu elektrona. Elektroni dolaze iz molekula NAD*H i FAD"H i transportiraju se duž dišnog lanca. Oslobođena energija koristi se za transport protona do vanjske membrane mitohondrija, a rezultirajući elektrokemijski gradijent koristi se za sintezu ATP-a pomoću kompleksa V dišni lanac mitohondrija

44. Redoslijed i struktura nositelja elektrona u dišnom lancu

1 kompleks. NADH-CoQ oksidoreduktaza

Ovaj kompleks ima i radni naziv NADH dehidrogenaza, sadrži FMN (flavin mononukleotid), 22 proteinske molekule od kojih je 5 željezo-sumpornih proteina ukupne molekulske mase do 900 kDa.

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

Prenosi 4 H+ iona na vanjsku površinu unutarnje mitohondrijske membrane.

2 složeno. FAD-ovisne dehidrogenaze

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

Smanjenje FAD u redoks reakcijama.

Osiguravanje prijenosa elektrona s FADH2 na željezo-sumporne proteine ​​unutarnje mitohondrijske membrane. Ti elektroni zatim odlaze u koenzim Q.

46. ​​​​Biokemijski mehanizmi razdvajanja oksidacije i fosforilacije, čimbenici koji ih uzrokuju Razdvajanje disanja i fosforilacije

Neke kemikalije (protonofori) mogu transportirati protone ili druge ione (ionofore) iz intermembranskog prostora kroz membranu u matriks, zaobilazeći protonske kanale ATP sintaze. Kao rezultat toga, elektrokemijski potencijal nestaje i sinteza ATP-a prestaje. Taj se fenomen naziva odvajanje disanja i fosforilacije. Kao rezultat odvajanja, količina ATP-a se smanjuje, a ADP povećava. U tom se slučaju povećava brzina oksidacije NADH i FADH2, povećava se i količina apsorbiranog kisika, ali se energija oslobađa u obliku topline, a omjer P/O naglo pada. U pravilu, razdvojitelji su lipofilne tvari koje lako prolaze kroz lipidni sloj membrane. Jedna od tih tvari je 2,4-dinitrofenol (sl. 6-17), koji lako prelazi iz ioniziranog oblika u neionizirani, pri čemu veže proton u međumembranskom prostoru i prenosi ga u matriks.

Primjeri razdvojača mogu biti i neki lijekovi, na primjer, dikumarol - antikoagulans (vidi odjeljak 14) ili metaboliti koji se stvaraju u tijelu, bilirubin - produkt katabolizma (vidi dio 13), tiroksin - hormon štitnjače (vidi odjeljak 11). Sve ove tvari pokazuju učinak razdvajanja samo pri visokim koncentracijama.

Isključivanje fosforilacije nakon iscrpljivanja ADP-a ili anorganskog fosfata popraćeno je inhibicijom disanja (učinak respiratorne kontrole). Velik broj učinaka koji oštećuju membranu mitohondrija ometaju spregu između oksidacije i fosforilacije, omogućujući prijenos elektrona čak i u odsutnosti sinteze ATP-a (učinak razdvajanja)

1. Ukupni učinak:

Za sintezu 1 molekule ATP potrebna su 3 protona.

2. Inhibitori oksidativne fosforilacije:

Inhibitori blokiraju V kompleks:

Oligomicin - blokira protonske kanale ATP sintaze.

Atraktilozid, ciklofilin - blokiraju translokaze.

3. Razdvojitelji oksidativne fosforilacije:

Razdvojitelji su lipofilne tvari koje mogu prihvatiti protone i prenijeti ih kroz unutarnju membranu mitohondrija, zaobilazeći V kompleks (njegov protonski kanal). Rastavljači:

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

Umjetni - dinitrofenol, eter, derivati ​​vitamina K, anestetici.