A szuperkomplexek jelenlétét a légzési elektrontranszport láncban a SCAFI fehérje biztosítja. Légzőlánc Csökkentett elektrontranszport lánc a borostyánkősav számára

11.3.3.1. Elektronhordozók

Az elektronhordozók a belső mitokondriális membrán felszínén vagy mélyén helyezkednek el, amely keresztekbe rendeződik, amelyek száma és csomagolási sűrűsége korrelál a sejt energiaszükségletével.

Számos elektronhordozó olyan fehérje, amely protetikai csoportként hemet tartalmaz.

A hem molekula tulajdonságai a fehérjétől függenek, amelyhez kapcsolódik. Ezenkívül a különböző citokrómokban lévő hemek eltérhetnek az oldalcsoportok szerkezetében és az apoproteinhez való kapcsolódás módjában. Ezért a citokrómok redoxpotenciáljukban különbözhetnek, bár mindegyiküknek majdnem ugyanaz a protetikai csoportja.

Az elektronhordozókat citokrómoknak nevezik, mert vörös színűek. A különböző citokrómokat betűindexek jelölik: s 1, s, a, a 3 – az áramkörben elfoglalt helyük sorrendjében.

A nem hem vastartalmú elektronhordozók egy másik típusa közé tartoznak azok a fehérjék, amelyekben a vasatomok a fehérje cisztein-maradékainak szulfhidril-csoportjaihoz, valamint a maradékok szulfhidril-anionjaihoz kötődnek, vas-kén komplexeket vagy centrumokat képezve ( 29. ábra).

Rizs. 29. A vas-kén centrum felépítése

A citokrómokhoz hasonlóan az ilyen centrumokban lévő vasatomok is képesek elektronokat fogadni és leadni, felváltva ferro(Fe 2+) és ferri(Fe 3+) állapotba kerülve. A vas-kén centrumok a flavin tartalmú enzimekkel együtt működnek, elektronokat fogadnak el a szukcinát-dehidrogenáztól és a zsíroxidációban részt vevő dehidrogenázoktól.

A transzporter másik típusa az FMN-tartalmú fehérje. Az FMN (flavin adenin mononukleotid) egy vegyület, amely a FAD molekula flavin fele. Az FMN elektronokat visz át a FADN-ből a vas-kén központokba.

Minden fehérjehordozó integrált fehérje, amely szigorúan rögzített pozíciót foglal el a membránban, és bizonyos módon orientált. Kivételt képez a citokróm c, amely lazán kötődik a külső membránhoz, és könnyen elhagyja azt.

Az egyetlen nem fehérje elektronhordozó az ubikinon, ezért nevezték így, mert egyrészt kinon, másrészt mindenhol megtalálható (az angolból. mindenütt jelenlévő– mindenütt jelenlévő). A rövidített neve CoQ, UQ vagy egyszerűen Q. Minden vas-kén központ elektronokat ad az ubikinonnak.

A redukció során az ubikinon nemcsak elektronokat, hanem protonokat is szerez (30. ábra).

30. ábra. Ubikinon – Q koenzim (a)
és redox átalakulásai (b)

Egyelektronos redukcióval szemikinonná (szerves szabadgyökké), kételektronos redukcióval hidrokinonná alakul. Ez egy szabad gyök köztes képződése, amely lehetővé teszi, hogy az ubikinon ne két, hanem egy elektron hordozójaként szolgáljon. A nagyon hosszú hidrofób farok (40 szénatom tíz egymást követő izoprenoid maradékban) lehetővé teszi az ubikinon számára, hogy könnyen beilleszkedjen a belső mitokondriális membrán nem poláris rétegébe, és szabadon mozogjon benne.

11.3.3.2. A vektorok elhelyezkedése

Az elektronok áramlása a hordozók között a nagyobb redukciós potenciálú (azaz kisebb redoxpotenciálú) hordozóról a kisebb redukciós potenciállal rendelkező (azaz oxidáltabb, nagyobb redoxpotenciálú) hordozóra irányul (31. ábra).

31. ábra. A légzési lánc komponenseinek redox potenciálja a mitokondriumokban

A mitokondriális láncban a transzporterek különböző redoxpotenciálokkal rendelkeznek.

A láncban lévő elektronhordozók úgy helyezkednek el az áramkörben, hogy a DG 0 (szabadenergia) fokozatosan csökken, és ennek megfelelően nő a redoxpotenciál. A lánc melletti hordozóra történő elektronátvitel minden szakaszában szabad energia szabadul fel.

A glükóz oxidációja során az elektronok a NADH-ból és a FADH 2-ből oxigénbe kerülnek. Sok transzporter vesz részt ebben a folyamatban, de négy komplexbe sorolhatók, amelyek a mitokondriális membránba vannak beágyazva.
(32. ábra).

Rizs. 32. Négy elektrontranszport komplexum
a mitokondriális membránban

A komplexek között az elektronok együtt mozognak mobil hordozókkal: ubikinonnal és citokrómmal c. Az ubikinon elektronokat fogad az I. és II. komplexből, és továbbítja a III. komplexbe. A citokróm c közvetítőként szolgál a III és IV komplexek között. Az I. komplex elektronokat visz át a NADH-ból Q-ba; komplex II – a szukcináttól a FADN 2-n keresztül a Q-ig; a III-as komplex QH2-t használ a citokróm c redukálására, a komplex IV pedig elektronokat ad át a citokrómból Val vel oxigénért. Az I., III. és IV. komplexet NADH-CoQ reduktáznak, CoQH 2 -citokrómnak nevezik. Val vel-reduktáz és citokróm-oxidáz. A komplex IV - citokróm-oxidáz - több fehérjéből áll. Elektronokat kap a citokrómtól Val vel a belső mitokondriális membrán külső oldalán. Az oxigén felé vezető úton ezek az elektronok áthaladnak a citokrómon AÉs a 3, amely rézatomokat tartalmaz, amelyek felváltva alakulnak át Cu + és Cu 2+ állapotba. A citokróm-oxidáz csökkenti a szabad oxigén mennyiségét:

O 2 + 4 e - + 4H+® 2H2O

11.3.3.3. Mitchell kemiozmotikus elmélete

Az elektronok szállítása a légzési lánc mentén ATP termelődéséhez vezet. Az elektrontranszport és az ATP szintézis összekapcsolásának mechanizmusát Peter Mitchell angol biokémikus dolgozta ki 1961-ben (Mitchell 1978-ban Nobel-díjat kapott). Mitchell felfedezte, hogy az elektronok áramlása hatására protonok pumpálódnak ki a mitokondriumból a környező környezetbe, protongradiens jön létre a membránon keresztül (a külső oldat pH-ja csökken). Mivel a protonok pozitív töltésű részecskék, a mitokondriumból való kiszivattyúzásuk miatt elektromos potenciálkülönbség (mínusz - belül) és pH-különbség (magasabb - belül) keletkezik a membránon. Az elektromos és a koncentráció gradiens együtt alkotja (Mitchell szerint) a proton mozgatóerőt, amely az ATP szintézisének energiaforrása (33. ábra).

Rizs. 33. A belső ATP szintézis sémája
mitokondriális membrán

A proton hajtóereje az ATP szintáz komplexeket hajtja meg, amelyek az elektronok áramlásával ATP-t szintetizálnak ADP-ből és foszforból, melyek speciális protoncsatornák (gomba alakú vetületek, amelyek a kriszták belső felületét borítják). A komplexet két egymással összefüggő F 0 F 1 komponens képviseli, amelyek mindegyike több fehérjemolekulából áll. Az F 0 a membránba süllyesztett, az F 1 pedig a felületén található. Az F1-ben szintetizálódik az ATP, míg az F0 maga a protoncsatorna funkcióját tölti be (34. ábra).

34. ábra. Az E. coliból származó F 0 F 1 ATP-szintetáz „gomba” szerkezetének sematikus ábrázolása. Az F 0 komponens áthatol a membránon, csatornát képezve a protonok számára. Feltételezzük, hogy az F 1 három a és három b alegységből áll, amelyek úgy vannak elrendezve, hogy hexamer szerkezetet képezzenek, mint egy „gombasapka”, és egy g, egy d és egy e alegységből áll, amelyek egy „rudat” alkotnak, amely összeköti az F 0-t. az F 1 csatornára

Nem ismert pontosan, hogyan keletkezik az ATP az ATP-szintetázon keresztül. Az egyik elmélet szerint a protonok F0 faktoron keresztüli transzlokációja során konformációs változások következnek be az F1 komponensben, amely ADP-ből és foszforból ATP-t szintetizál.

Minden egyes NADH-ból oxigénhez átvitt elektronpárhoz 10 proton pumpál ki a mitokondriális mátrixból. Így 1 NADH molekula oxidációja 2,5 ATP molekula, 1 FADH 2 molekula oxidációja pedig 1,5 ATP molekula szintéziséhez vezet. Korábban azt hitték, hogy három, illetve két ATP-molekulát szintetizáltak. Ezeket a mennyiségeket szokták P/O aránynak nevezni, mivel 2 elektron átvitele egyenértékű 1 oxigénatom redukciójával.

Az ATP hozama egy glükózmolekula CO 2 -vé és H 2 O -dá történő oxidációja során.

A glikolízis során 2 ATP molekula keletkezik (4 termelődik, de 2 elfogy). A glikolízis során 1 glükózmolekulánként 2 molekula NADH is képződik a citoplazmában. A citromsavciklusban 2 ATP molekula képződik (1 glükózmolekulából 2 acetil-CoA molekula képződik, a ciklus két fordulatát kiváltva).

Minden 1 glükózmolekula után a piruvát-dehidrogenáz 2 molekula NADH-t, a citromsavciklus pedig 6 molekula NADH-t termel. Oxidációjuk 20 ATP molekula szintéziséhez vezet. A szukcinát fumaráttá alakulása során a FADH 2 oxidációja következtében további három ATP molekula képződik.

Az ATP-molekulák összkibocsátása attól függ, hogy a sejtek melyik ingajárati mechanizmust (glicerofoszfátot és malát-aszpartátot) használják a NADH-nak a légzőláncba való eljuttatására. A glicerin-foszfát mechanizmusban a NADH-ból származó elektronok a dihidroxi-aceton-foszfátba kerülnek, így glicerin-3-foszfát keletkezik, amely elektronokat ad át a légzési láncnak (35. ábra). Ez a glicerin-3-foszfát-dehidrogenáz enzim részvételével történik. A citoplazmatikus NADH segítségével helyreáll a mitokondriális FAD, amely a flavoprotein - glicerin-3-foszfát dehidrogenáz protézis csoportja.

Rizs. 35. Glicerin-foszfát inga mechanizmus

Egy másik ingarendszer, a malát-aszpartát rendszer, a citoplazmatikus NADH-ból elektronokat ad át a mitokondriális NAD+-nak (36. ábra). Ez a mitokondriális NADH kialakulásához vezet, amely tovább oxidálódik az elektrontranszport láncban. A citoplazmában a NADH az oxálacetátot maláttá redukálja. Ez utóbbi egy hordozó segítségével bejut a mitokondriumokba, ahol a NAD + redukciójával oxálacetáttá újraoxidálódik. Az oxaloacetát maga nem tud elhagyni a mitokondriumokat, ezért először aszpartáttá alakul, amelyet a hordozó a citoplazmába szállít. A citoplazmában az aszpartát dezaminálódik, oxál-acetáttá alakul, és ezáltal bezárja a transzfer mechanizmust.

36. ábra. Malát-aszpartát ingarendszer az elektronátvitelhez

Ezek fehérjekomplexek és elektronhordozók, amelyek a mitokondriumok belső membránján lebegnek, a lánc mentén elektronokat adnak át egymásnak, és ezáltal energiát termelnek. Négy légzőszervi fehérjekomplex létezik, és még mindig nem világos, hogyan szerveződnek a membránon: egymástól függetlenül lebegnek-e, vagy összekapcsolódnak-e, úgynevezett szuperkomplexeket alkotva. Spanyol kutatók egy csoportja felfedezte, hogy az SCAFI (szuperkomplex összeállítási faktor I) nevű fehérje specifikusan szabályozza a légzési komplexek szuperkomplexekké történő összeállítását.

Néhány évtizeddel ezelőtt, amikor a mitokondriumok légzőszervi fehérjekomplexeit még csak izolálták és tanulmányozták, azt feltételezték, hogy ezek egymástól függetlenül léteznek a membránban, és csak a közöttük utazó elektronhordozók - ubikinon és citokróm c - segítségével kommunikálnak (3. 1). Ezt a feltételezést „fluid modellnek” nevezik. Fokozatosan azonban bizonyítékok jelentek meg arra vonatkozóan, hogy a helyzet nem ilyen egyszerű, és a légzési komplexumok egyesülhetnek egymás között nagyobb struktúrákká - „szuperkomplexekké”.

Például azt találtuk, hogy az I. komplex általában instabil a III. vagy IV. komplex hiányában. 2000-ben pedig egy merész hipotézist terjesztettek elő - ezt „szilárd modellnek” nevezték -, amely szerint az I., III. és IV. komplexek egyetlen óriási szuperkomplexummá, úgynevezett respiraszómává egyesülnek, aminek eredményeként harmonikusabban működnek ( lásd: Hermann Schägger, Kathy Pfeiffer, 2000. Szuperkomplexek élesztőgombák és emlősök mitokondriumainak légzőláncában). A szükséges respiraszómákat a szarvasmarha szívizom mitokondriumaiból izolálták, de mint mindig az ilyen kényes molekuláris vizsgálatok során, továbbra is fennáll annak a lehetősége, hogy ez egyszerűen egy rosszul kiválasztott technika műterméke, és a komplexek nem a szarvasmarha mitokondriálisban kapcsolódnak egymáshoz. membránon, hanem közvetlenül a kutató kémcsőjében. A következő években számos kísérlet történt a respiraszóma létezésének bizonyítására vagy cáfolására, de hiába: sem a respiraszóma mellett, sem ellene nem sikerült meggyőző érveket találni. A respiraszómák és más szuperkomplexek tökéletesen kimutathatók voltak a mitokondriumokban bizonyos fehérjeizolációs technikákkal, de még mindig nem volt világos, hogy ez tény vagy műtermék.

A megvitatott munka szerzői úgy döntöttek, hogy más oldalról közelítik meg a problémát. Ha a respiraszómák (és más szuperkomplexek) nem műtermékek, akkor valószínűleg nem csak légzési komplexekből állnak, hanem néhány más segédfehérjéből is. És ha ezeket a segédfehérjéket azonosítják, majd „játszanak” velük - például ki- vagy bekapcsolva -, akkor közvetett bizonyítékot (vagy éppen ellenkezőleg, cáfolatokat) szerezhet a szuperkomplexek létezésére, és általában megértheti, hogy milyen feltételek mellett. ezek a komplexek keletkeznek és miért van rájuk szükség?

Ezért a kutatók először külön-külön izolálták a szuperkomplexeket és a légzési komplexeket a mitokondriumokból (ezt kék natív elektroforézissel (lásd: BN-PAGE) végezték - ez a fehérjekeverékek szétválasztásának egyik legkíméletesebb módja), majd elemezték a szuperkomplexeket alkotó fehérjéket és „egyetlen" komplexek. „légzési komplexek.

És kiderült, hogy egy fehérje (amely a Cox7a2l homályos nevet viselte - citokróm c oxidáz alegység VIIa polipeptid 2-szerű) csak a IV-es légzési komplexet tartalmazó szuperkomplexekben (vagyis a respiraszómában és a III+IV szuperkomplexben) van jelen, és nem található meg egyetlen komplexumban. Ezzel párhuzamosan a kutatóknak volt szerencséjük véletlenül felfedezni, hogy három mutáns egérsejtvonalban, amelyekben ennek a fehérjének egy sérült (és látszólag életképtelen) formája volt, egyáltalán nem észleltek olyan szuperkomplexeket, amelyek a IV. komplexet tartalmazzák a mitokondriális membránban. Ezenkívül, ha egy normál fehérje génjét beépítik a mutáns sejtekbe, akkor ezek a szuperkomplexek elkezdenek képződni bennük. A kutatók mindebből egy logikus következtetést vontak le: ez a fehérje segíti a IV-es komplexet szuperkomplexek kialakításában, ezért érdemes átnevezni szuperkomplex összeállítási faktor I-re (SCAFI) és részletesebben is tanulmányozni.

Az igazság kedvéért megjegyezzük, hogy a szuperkomplexeket stabilizáló fehérjék ötlete nem új: tavaly már két fehérjét, az Rcf1-et és az Rcf2-t fedeztek fel élesztőben, amelyek szintén részt vettek a szuperkomplexek képződésében (lásd: V. Strogolova et al., 2012. Az Rcf1 és Rcf2, a hipoxia által kiváltott gén 1 fehérjecsalád tagjai, a mitokondriális citokróm bc1-citokróm c oxidáz szuperkomplex kritikus komponensei).

Miért van szükség szuperkomplexumok kialakítására? A kutatók elegáns magyarázatot javasoltak erre a jelenségre (2. ábra).

Tegyük fel, hogy a membránban nincsenek szuperkomplexek, a légzési komplexek külön-külön és egymástól függetlenül működnek. Ezután az elektronok átvitele egyszerű útvonalon megy végbe, egyetlen ággal: az I-es komplex az elektronokat a NADH-ból a Q-koenzimbe (nevezzük ezt a Q-koenzim-készletet „CoQ NADH-nak”), a II-es komplex pedig az elektronokat a szukcinátból a Q-koenzimbe (mi' Ezt a Q-koenzim-készletet CoQ FAD-nak nevezzük, mivel a II-es komplexben az oxidáció a FAD kofaktor segítségével megy végbe); ezt követően mindkét Q-koenzim-készletből a III-as komplex segítségével az elektronok a citokróm c-be kerülnek (vagyis csak egy nagy citokróm-c-készlet keletkezik, nevezzük Cyt c-nek mindkettőt, mert mindkét áramlathoz tartozik); végül pedig a IV komplex által csapdába esett citokróm c elektronokat ad át oxigénnek. Más szavakkal, az egész rendszerben csak egy IV-komplexum van - nevezzük IV-nek mindkettőt.

Ha a magányos komplexek mellett szuperkomplexek is lebegnek a membránban, akkor az elektronút összetettebb és elágazóbb. A fent leírt szabad komplexeken keresztüli útvonalon túlmenően a respiraszómába is bejuthatnak, ahol végül egy külön IV komplex (nevezzük IV NADH) egy különálló citokróm c-készletből oxigénbe juttatja őket. A II-es komplex segítségével eljuthatnak a III+IV-es szuperkomplexumba, ahonnan ismét oxigénhez jutnak (ezt a komplexek gyűjteményét IV IV FAD-nak nevezzük). Így három készletünk van IV - IV NADH, IV FAD és IV komplexekből.

Ennek a felosztásnak köszönhetően a rendszer rugalmasabbá válik, biztosítva van az egy szubsztrátummal való túltelítés és a szubsztrátumok közötti versengés ellen, és fordítva, alkalmazkodik a különböző hordozók optimális szintű használatához. Például, ha a mitokondriumokat kizárólag szukcináttal „táplálja” (ami elektronokat küld a FAD útvonalon), akkor szuperkomplexek hiányában gyorsabban dolgozzák fel, mint jelenlétükben. Ha azonban ezeket a mitokondriumokat szukcinátot és piruvát + malátot is tartalmazó közegbe helyezzük (elektronokat küldenek a NADH útvonalon), akkor a szuperkomplexeket tartalmazó mitokondriumokban a szukcinát feldolgozása nem változik, a szuperkomplexek nélküli mitokondriumokban viszont jelentősen lecsökken. 3).

Úgy tűnik, a szuperkomplexek jelenléte egyszerűen egy további és opcionális „íj” az elektronszállítási láncban. Bár a szuperkomplexumok látszólag ergonómiát adnak ehhez a lánchoz, a mitokondriumok (valamint azok az állatok, amelyekben ezek a mitokondriumok működnek) még ezek hiányában is remekül érzik magukat. A tárgyalt munka egyrészt genetikai bizonyítékot szolgáltat a szuperkomplexumok jelenlétére, másrészt az elektrontranszport-lánc plaszticitásának elegáns elméletét javasolja.

Hol indukálódik a protonpotenciál? A protonpotenciált az ATP-szintáz alakítja át az ATP kémiai kötési energiájává. Az ETC és az ATP szintáz konjugált munkáját oxidatív foszforilációnak nevezik.

Az eukarióta mitokondriumokban az elektrontranszport lánc a NADH oxidációjával és az ubikinon Q redukciójával kezdődik az I komplex által. Ezután a II komplex a szukcinátot fumaráttá oxidálja és az ubikinon Q-t redukálja. Az ubikinon Q-t a citokróm c komplex III oxidálja és redukálja. A lánc végén a IV-es komplex katalizálja az elektronok átvitelét a citokróm c-ből az oxigénbe, hogy víz keletkezzen. A reakció eredményeként minden hagyományosan felszabaduló 6 protonra és 6 elektronra 2 molekula víz szabadul fel 1 molekula O2 és 10 molekula NAD∙H elköltése miatt.

A komplex I vagy NADH dehidrogenáz komplex oxidálja a NAD-H-t. Ez a komplex központi szerepet játszik a sejtlégzés folyamataiban és. Az ATP-szintézis protongradiensének csaknem 40%-át ez a komplex hozza létre. Az I. komplex oxidálja a NADH-t és redukálja az ubikinon egy molekuláját, amely a membránba kerül. Minden oxidált NADH-molekula után a komplex négy protont visz át a membránon. A NADH-dehidrogenáz komplex két elektront vesz fel belőle, és átadja az ubikinonnak. Az ubikinon zsíroldható. A membránon belüli ubikinon a III-as komplexbe diffundál. Ugyanakkor az I komplex 2 protont és 2 elektront pumpál a mátrixból a mitokondriumokba.

I. komplex elektrontranszport lánca. Szürke nyilak - valószínűtlen vagy mára megszűnt szállítási útvonal

Az N5 klaszter nagyon alacsony potenciállal rendelkezik, és korlátozza az elektronok teljes áramlásának sebességét a láncban. A vas-kén-centrumok szokásos ligandumai (négy cisztein-maradék) helyett három cisztein- és egy hisztidin-maradék koordinálja, és töltött poláris maradékok is körülveszik, bár az enzim mélyén található.

Az N7 klaszter csak egyes baktériumok I komplexében van jelen. Jelentősen eltávolodik a többi klasztertől, és nem tud elektront cserélni velük, tehát láthatóan ereklye. Néhány, az I-es komplexhez kapcsolódó bakteriális komplexben négy konzervált cisztein-maradékot találtak az N7 és a többi klaszter között, valamint az I-es bakteriális komplexben. Aquifex aeolicus egy további Fe 4 S 4 klasztert fedeztek fel, amely összeköti az N7-et a fennmaradó klaszterekkel. Ebből az következik A. aeolicus Az I komplex a NADH mellett egy másik elektrondonort is használhat, amely az N7-en keresztül továbbítja azokat.

A NADH-dehidrogenáz komplex oxidálja a trikarbonsavciklus során a mátrixban képződő NADH-t. A NADH-ból származó elektronokat a membrántranszporter, az ubikinon Q helyreállítására használják, amely átviszi őket a mitokondriális elektrontranszport lánc következő komplexébe, a III-as komplexbe vagy a citokrómba. időszámításunk előtt 1-komplex.

A NADH dehidrogenáz komplex úgy működik, mint egy protonpumpa: minden oxidált NADH és redukált Q esetén négy protont pumpálnak a membránon keresztül a membránközi térbe:

A reakció során keletkező elektrokémiai potenciált az ATP szintézisére használják fel. Az I komplex által katalizált reakció reverzibilis, ezt a folyamatot aerob szukcinát által kiváltott NAD+ redukciónak nevezik. Magas membránpotenciál és feleslegben redukált ubikinolok esetén a komplex elektronjaik segítségével redukálhatja a NAD+-t, és protonokat juttathat vissza a mátrixba. Ez a jelenség általában akkor fordul elő, ha sok a szukcinát, de kevés az oxálacetát vagy a malát. Az ubikinon redukcióját a szukcinát-dehidrogenáz vagy mitokondriális enzimek végzik. Magas protongradiens esetén a komplex ubiquinol iránti affinitása megnő, az ubiquinol redoxpotenciálja pedig csökken a koncentrációjának növekedése miatt, ami lehetővé teszi az elektronok fordított transzportját a belső mitokondriális membrán elektromos potenciálja mentén. NAD. Ezt a jelenséget laboratóriumi körülmények között észlelték, de nem ismert, hogy élő sejtben fordul elő.

Az I. komplexum kutatásának kezdeti szakaszában egy széles körben tárgyalt modell azon a feltételezésen alapult, hogy a komplexumban egy ehhez hasonló rendszer működik. A későbbi vizsgálatok azonban nem találtak belsőleg kötött kinonokat az I. komplexben, és teljes mértékben elvetették ezt a hipotézist.

Úgy tűnik, hogy a NADH-dehidrogenáz komplex egyedülálló protontranszport-mechanizmussal rendelkezik magán az enzim konformációs változásán keresztül. Az ND2, ND4 és ND5 alegységeket antiport-szerűnek nevezzük, mivel homológok egymással és a bakteriális Mrp Na + /H + antiportokkal. Ez a három alegység három fő protoncsatornát alkot, amelyek konzervált töltésű aminosavakból (főleg lizinből és glutamátból) állnak. A negyedik protoncsatornát az Nqo8 alegység egy része és a kis ND6, ND4L és ND3 alegységek alkotják. A csatorna szerkezetében hasonló az antiport-szerű alegységek hasonló csatornáihoz, de szokatlanul sok sűrűn csomagolt glutamát maradékot tartalmaz a mátrix oldalán, ezért nevezik E-csatornának (a latin E-t használják szabványként glutamát megnevezése). Az ND5 alegység C-terminálisától egy szokatlanul hosszú (110 Å) α-hélix (HL) által összekapcsolt két transzmembrán hélixből álló meghosszabbítás nyúlik ki, amely a komplex mátrix felőli oldalán haladva fizikailag összeköti mindhárom antiport-szerű alegységek, és valószínűleg részt vesznek az elektrontranszport és a konformációs átrendeződés összekapcsolásában. Egy másik kapcsolóelem, a βH, egymást átfedő és α-hélixek alkotják, és a komplex ellentétes, periplazmatikus oldalán található. Még mindig teljesen ismeretlen, hogy az elektrontranszport pontosan hogyan párosul protontranszferrel. Úgy gondolják, hogy az N2 klaszter erőteljes negatív töltése eltávolíthatja a környező polipeptideket, konformációs változásokat okozva, amelyek valahogy átterjednek az összes egymástól meglehetősen távol elhelyezkedő antiport-szerű alegységre. Egy másik hipotézis azt sugallja, hogy a konformációs változás hatására a szokatlanul hosszú ubikinon kötőhely rendkívül alacsony redoxpotenciállal és negatív töltéssel stabilizálja az ubiquinol Q−2-t. A konformációs változások és a kapcsolódó protontranszport kinetikájának számos részlete ismeretlen.

A legtöbbet tanulmányozott I komplex inhibitor a rotenon (szerves peszticidként széles körben használt). A rotenon és a rotenoidok olyan izoflavonoidok, amelyek számos trópusi növénynemzetség gyökerében jelen vannak, mint pl. Antonia (Loganiaceae), DerrisÉs Lonchocarpus (Fabaceae). A rotenont régóta használják rovarirtó és halméregként, mivel a rovarok és halak mitokondriumai különösen érzékenyek rá. Ismeretes, hogy Francia Guyana őslakosai és más dél-amerikai indiánok már a 17. században használtak rotenon tartalmú növényeket halászatra. A rotenon kölcsönhatásba lép az ubikinon kötőhellyel, és verseng a fő szubsztráttal. Kimutatták, hogy az I-komplexum rotenon általi hosszú távú szisztémás gátlása a dopaminerg neuronok (a dopamin neurotranszmittert szekretáló) szelektív halálát idézheti elő. A piericidin A, egy másik, az ubikinonhoz szerkezetileg hasonló erős I komplex inhibitor, hasonló módon hat. A nátrium-amitál, a barbitursav származéka is ebbe a csoportba tartozik.

Az I. komplex több mint 50 éves tanulmányozása ellenére nem sikerült olyan inhibitorokat felfedezni, amelyek blokkolják az elektrontranszfert a komplexen belül. A hidrofób inhibitorok, például a rotenon vagy a piericidin egyszerűen megszakítják az elektrontranszfert a terminális N2-klaszterből az ubikinonba.

Egy másik anyag, amely blokkolja az I komplexet, az adenozin-difoszfát ribóz, a NADH oxidációs reakciójában. A nukleotid kötőhelyen (FAD) kötődik az enzimhez.

Az I. komplex legerősebb inhibitorai közé tartozik az acetogenin család. Ezekről az anyagokról kimutatták, hogy kémiai keresztkötéseket hoznak létre az ND2 alegységgel, ami közvetetten jelzi az ND2 szerepét az ubikinon megkötésében. Érdekes megjegyezni, hogy az acetogenin rolliniasztatin-2 volt az első komplex I inhibitor, amelyről felfedezték, hogy a rotenontól eltérő helyen kötődik.

A metformin antidiabetikus gyógyszer mérsékelt gátló hatású; Nyilvánvalóan a gyógyszer ezen tulajdonsága alapozza meg a hatásmechanizmusát.

A szukcinátból származó elektronok először a FAD-ba kerülnek, majd a Fe-S klasztereken keresztül a Q-ba. Az elektrontranszport a komplexben nem jár protongradiens keletkezésével. A szukcinát oxidációja során keletkező 2H+ a membrán ugyanazon az oldalán, azaz a mátrixban marad, majd a kinon redukciója során újra felszívódik. Így a II-es komplex nem járul hozzá a proton gradiens létrehozásához a membránon keresztül, és csak elektrontranszporterként működik a szukcináttól az ubikinonig.

A szukcinát oxidációja következtében elektronjai a FAD-ba kerülnek, majd a vas-kén klaszterek láncolatán átkerülnek klaszterről klaszterre. Ott ezek az elektronok átkerülnek a kötési helyen várakozó ubikinon molekulára.

Van egy olyan feltételezés is, hogy annak megakadályozására, hogy egy elektron közvetlenül a klaszterből a hembe kerüljön, egy speciális kapumechanizmus működik. A kapu valószínű jelöltje a B alegység hisztidin -207, amely közvetlenül a vas-kén klaszter és a hem között helyezkedik el, közel a kötött ubikinonhoz, és valószínűleg szabályozhatja az elektronok áramlását e redox központok között.

A komplex II-es inhibitoroknak két osztálya van: egyesek blokkolják a szukcinátkötő zsebet, mások pedig az ubiquinol kötőzsebét. Az ubikinolt utánzó inhibitorok közé tartozik a karboxin és a thenoiltrifluor-aceton. A szukcinát-analógok inhibitorai közé tartozik a malonát szintetikus vegyület, valamint a Krebs-ciklus komponensei, a malát és az oxálacetát. Érdekes módon az oxálacetát az egyik legerősebb komplex II inhibitor. Továbbra is tisztázatlan, hogy a trikarbonsavciklus egyik közös metabolitja miért gátolja a II-es komplexet, bár feltételezték, hogy így védő szerepet tölthet be az I. komplexben a fordított elektrontranszport minimalizálásával, ami szuperoxid képződést eredményez.

Az ubikinol-utánzó inhibitorokat az 1960-as évek óta használják gombaölő szerként a mezőgazdaságban. Például a karboxint elsősorban a bazidiomicéták által okozott betegségek, például a szárrozsda és a bazidiomyceta betegségek kezelésére használták. Rhizoctonia. A közelmúltban ezeket más vegyületekkel váltották fel, amelyek szélesebb körben elnyomják a kórokozókat. Ilyen vegyületek a boszkalid, pentiopirád és fluopiram. Egyes mezőgazdaságilag fontos gombák nem érzékenyek az inhibitorok ezen új generációjának hatására.

Citokróm-bc1-komplex (citokróm komplex időszámításunk előtt 1) vagy ubikinol-citokróm c-oxidoreduktáz, vagy komplex III - az elektrontranszport légzőláncának multiprotein komplexe és a mitokondriális membrán protongradiensének legfontosabb biokémiai generátora. Ezt a multiprotein transzmembrán komplexet a mitokondriális (citokróm b) és a nukleáris genomok.

citokróm- bс Az 1-komplex oxidálja a redukált ubikinont és redukálja a citokróm c-t (E°"=+0,25 V) a következő egyenlet szerint:

Az elektrontranszport a komplexben a protonoknak a mátrixból (in) a membránközi térbe (out) való átvitelével és a mitokondriális membránon protongradiens létrehozásával jár. Az ubikinontól a citokróm c-ig terjedő transzportláncon minden két elektronra két proton abszorbeálódik a mátrixból, és további négy szabadul fel a membránközi térbe. A redukált citokróm c a membrán mentén mozog a vizes frakcióban, és egy elektront ad át a következő légzési komplexnek, a citokróm-oxidáznak.

A bekövetkező eseményeket Q-ciklusnak nevezik, amelyet Peter Mitchell 1976-ban feltételezett. A Q-ciklus elve az, hogy a H+ átjutása a membránon a kinonok oxidációja és redukciója eredményeként megy végbe magán a komplexen. Ebben az esetben a kinonok szelektíven adnak és vesznek fel 2H +-t a vizes fázisból a membrán különböző oldalairól.

A III-as komplex szerkezetének két központja vagy két "zsebje" van, amelyekben a kinonok meg tudnak kötődni. Az egyik, a Q out központ a 2Fe-2S vas-kén klaszter és a hem között található. b L a membrán külső oldalához közel, a membránközi tér felé néz. A csökkentett ubikinon (QH 2) ebben a zsebben kötődik. A másik, a zsebben lévő Q az oxidált ubikinon (Q) megkötésére szolgál, és a membrán belső (belső) oldalának közelében helyezkedik el, és érintkezik a mátrixszal.

A Q-ciklus működésének szükséges és paradox feltétele, hogy a szemikinonok élettartama és állapota a két kötőcentrumban eltérő. A Q out központban a Q instabil, és erős redukálószerként működik, amely képes e-t adni az alacsony potenciálú hemnek. A Q központban egy viszonylag hosszú életű Q − képződik, amelynek potenciálja lehetővé teszi, hogy oxidálószerként működjön, elektronokat fogadva el a hemből. b H. A Q-ciklus másik kulcsfontosságú pontja a komplexben lévő két elektron két különböző út mentén történő divergenciájához kapcsolódik. A komplex kristályszerkezetének vizsgálata kimutatta, hogy a 2Fe-2S központ helyzete a többi redox központhoz képest eltolódhat. Kiderült, hogy a Rieske fehérjének van egy mobil doménje, amelyen valójában a 2Fe-2S klaszter található. Elfogadva egy elektront és redukálva, a 2Fe-2S központ megváltoztatja helyzetét, távolodva a Q out központtól és a hemtől b L 17-tel 60°-os elforgatással, és ezáltal megközelíti a citokrómot c. Miután egy elektront adott a citokrómnak, a 2Fe-2S központ ezzel szemben közelebb kerül a Q out központhoz, hogy szorosabb kapcsolatot létesítsen. Így egyfajta inga működik, amely garantálja, hogy a második elektron a hemekhez kerüljön b L és b H. Eddig ez az egyetlen példa, ahol az elektrontranszport a komplexekben a fehérjeszerkezet mobil doménjéhez kapcsolódik.

Az elektronok kis része elhagyja a szállítási láncot, mielőtt elérné a IV. komplexumot. Az elektronok állandó szivárgása az oxigénhez szuperoxid képződést eredményez. Ez a kis mellékreakció a reaktív oxigénfajták egész spektrumának kialakulásához vezet, amelyek nagyon mérgezőek és jelentős szerepet játszanak a patológiák és az öregedés kialakulásában. Elektronikus szivárgások főként a Q helyszíni helyen fordulnak elő. Ezt a folyamatot az antimycin A segíti elő. Blokkolja a hemeket b redukált állapotukban megakadályozzák, hogy elektronokat vesszenek a Q szemikinonra, ami viszont annak koncentrációjának növekedéséhez vezet. A szemikinon reakcióba lép az oxigénnel, ami szuperoxid képződéséhez vezet. A keletkező szuperoxid bejut a mitokondriális mátrixba és a membránközi térbe, ahonnan a citoszolba juthat. Ez a tény azzal magyarázható, hogy a III. komplex valószínűleg töltetlen HOO formájában szuperoxidot termel, amely könnyebben áthatol a külső membránon, mint a töltött szuperoxid (O 2 -).

Ezen anyagok egy részét gombaölő szerként (például strobilurin-származékokként, amelyek közül a legismertebb az azoxistrobin, egy Q ext site inhibitor) és maláriaellenes szerként (atovaquone) alkalmazzák.

A citokróm c oxidáz (citokróm oxidáz) vagy citokróm c oxigén oxidoreduktáz, más néven citokróm aa 3 és komplex IV, az aerob légúti elektrontranszport lánc terminális oxidáza, amely katalizálja az elektronok átadását a citokrómból. Val vel oxigénhez, hogy vizet képezzen. A citokróm-oxidáz jelen van az összes eukarióta mitokondriumának belső membránjában, ahol általában IV komplexnek nevezik, valamint számos aerob baktérium sejtmembránjában.

A IV-es komplex szekvenciálisan oxidál négy citokróm c molekulát, és négy elektront befogadva az O 2 -t H 2 O-vá redukálja. Az O 2 redukciója során négy H + köt le

Eukariótákban - a mitokondriumok belső membránján. A hordozók redox potenciáljuk szerint helyezkednek el, az elektrontranszport a teljes lánc mentén spontán módon megy végbe.

A protonpotenciált az ATP-szintáz alakítja át az ATP kémiai kötési energiájává. Az ETC és az ATP szintáz konjugált munkáját oxidatív foszforilációnak nevezik.

Mitokondrium elektrontranszport lánc

• Az I-es komplex (NADH-dehidrogenáz komplex) oxidálja a NAD-H-t, ebből két elektront vesz át, és átadja a lipidoldható ubikinonnak, amely a membránon belül a III-as komplexhez diffundál. Ugyanakkor az I komplex 2 protont és 2 elektront pumpál a mátrixból a mitokondrium membránközi terébe.
• A II-es komplex (szukcinát-dehidrogenáz) nem protonokat pumpál, hanem a szukcinát oxidációja miatt további elektronokat biztosít a láncba.
• A III-as komplex (Cytochrome bc 1 komplex) elektronokat visz át az ubikinonból két vízoldható citokróm c-be, amelyek a mitokondrium belső membránján helyezkednek el. Az ubikinon 2 elektront, a citokrómok pedig egy elektront adnak át ciklusonként. Ugyanakkor 2 proton ubikinon is áthalad ott, és átpumpálódik a komplexen.
• A IV-es komplex (Cytochrome c oxidase) 4 elektron átvitelét katalizálja 4 citokróm molekuláról O 2 -re, és 4 protont pumpál a membránközi térbe. A komplex a és a3 citokrómokból áll, amelyek a hem mellett rézionokat is tartalmaznak.

Az oxidatív potenciál hatása

Redukáló szer	Oxidálószer	Ео´, В
H2	2 +	- 0,42
NAD H+H+	NAD +	- 0,32
NADP H + H+	NADP+	- 0,32
Flavoprotein (csökkentett)	Flavoprotein (oxidált)	- 0,12
Koenzim Q H2	Koenzim Q	+ 0,04
Citokróm B (Fe2+)	Citokróm B (Fe3+)	+ 0,07
Citokróm C 1 (Fe2+)	Citokróm C 1 (Fe3+)	+ 0,23
Citokróm A (Fe2+)	Citokrómok A(Fe3+)	+ 0,29
Citokrómok A3 (Fe2+)	Citokrómok A3 (Fe3+)	+0,55
H2O	½ O2	+ 0,82

Légzési lánc gátlók

Egyes anyagok blokkolják az elektronátvitelt az I, II, III, IV komplexeken keresztül.

• Komplex I inhibitorok - barbiturátok, rotenon, piericidin
• A II. komplex inhibitor a malonát.
• Komplex III inhibitor - antimycin A, myxotiazol, stigmalin
• Komplex IV inhibitorok - hidrogén-szulfid, cianid, szén-monoxid, nitrogén-monoxid, nátrium-azid

A baktériumok elektronszállító láncai

A baktériumok a mitokondriumokkal ellentétben elektrondonorok és akceptorok nagy halmazát, valamint különböző elektrontranszfer útvonalakat használnak közöttük. Ezek az utak egyidejűleg is végrehajthatók, pl. E. coli fő szervesanyag-forrásként glükózt tartalmazó táptalajon termesztve két NADH-dehidrogenázt és két kinoloxidázt használ, ami 4 elektrontranszport-útvonal jelenlétét jelenti. A legtöbb ETC enzim indukálható, és csak akkor szintetizálódik, ha az általuk bevitt útvonal igényes.

A szerves anyagokon kívül a baktériumok elektrondonorai közé tartozik a molekuláris hidrogén, szén-monoxid, ammónium, nitrit, kén, szulfid és kétértékű vas. NADH és szukcinát-dehidrogenáz helyett formiát -, laktát -, gliceraldehid-3-foszfát-dehidrogenáz, hidrogenáz stb. Az aerob körülmények között használt oxidáz helyett oxigén hiányában a baktériumok reduktázokat alkalmazhatnak, amelyek redukálják a különböző végső elektronakceptorok: fumarát-reduktáz, nitrát- és nitrit-reduktáz stb.

Lásd még

Írjon véleményt az "Az elektronszállítás légzési lánca" című cikkről

Megjegyzések

Az elektrontranszport légzési láncát jellemző részlet

Végül minden megmozdult körülötte, és ez az egész pompásan öltözött tömeg, mintegy varázsütésre, két részre oszlott, és egy nagyon széles, „báltermi” átjárót alkotott pontosan a közepén. És ezen a folyosón lassan haladt egy teljesen lenyűgöző nő... Illetve egy pár költözött, de a mellette lévő férfi annyira egyszerű és nem feltűnő volt, hogy csodálatos ruhái ellenére egész megjelenése egyszerűen elhalványult mellette. lenyűgöző partnere.
A gyönyörű hölgy úgy nézett ki, mint a tavasz – kék ruháját teljes egészében díszes paradicsommadarakkal és csodálatos ezüst-rózsaszín virágokkal hímezték, selymes, bonyolult fazonú, hamuszürke haján pedig valódi friss virágok egész füzérei pihentek törékeny rózsaszín felhőben. Sok finom gyöngyszál tekert hosszú nyaka köré, és szó szerint izzott, bámulatos bőrének rendkívüli fehérségétől. Hatalmas, csillogó kék szemek üdvözlően néztek a körülötte lévő emberekre. Boldogan mosolygott és elképesztően szép volt....

Marie Antoinette francia királynő

Ott, mindenkitől különálló Axel szó szerint átalakult!... Az unatkozó fiatalember egy szempillantás alatt eltűnt valahol, és a helyén... a föld legszebb érzéseinek élő megtestesülése állt, aki szó szerint lángoló tekintettel „falta fel” egy gyönyörű hölgy közeledett felé...
- Ó-ó... milyen gyönyörű!... - lehelte Stella lelkesen. - Mindig olyan szép!
- Mi van, sokszor láttad? – kérdeztem érdeklődve.
- Ó igen! Nagyon gyakran megyek rá nézni. Olyan, mint a tavasz, nem?
- És ismered?.. Tudod, ki ő?
„Persze!... Nagyon boldogtalan királynő” – lett egy kicsit szomorú a kislány.
- Miért boldogtalan? Úgy tűnik, nagyon örül nekem – lepődtem meg.
"Ez csak most van... És akkor meg fog halni... Nagyon ijesztően fog meghalni - levágják a fejét... De én ezt nem szeretem nézni" - suttogta Stella szomorúan.
Eközben a szép hölgy utolérte ifjú Axelünket, és meglátva egy pillanatra megdermedt a meglepetéstől, majd bájosan elpirulva nagyon édesen rámosolygott. Valamiért az volt a benyomásom, hogy a világ egy pillanatra megfagy e két ember körül... Mintha egy nagyon rövid pillanatra semmi és senki sem lenne a közelükben, csak ők ketten... De a hölgy megmozdult -on, és a varázslatos pillanat több ezer rövid pillanatra hullott szét, amelyek e két ember között egy erős, csillogó fonalba szövődtek, és soha nem engedték el őket...
Axel teljesen döbbenten állt, és ismét nem vett észre senkit a közelben, gyönyörű hölgyére nézett, és meghódított szíve lassan elment vele... Nem vette észre az elhaladó fiatal szépségek ránéző pillantásait, és nem reagált azokra. csillogó, hívogató mosolyok.

Gróf Axel Fersen Marie Antoinette

Emberként Axel, ahogy mondani szokták, „kívülről és belülről egyaránt” nagyon vonzó volt. Magas volt és kecses, hatalmas, komoly szürke szemekkel, mindig barátságos, visszafogott és szerény, ami nőket és férfiakat egyaránt vonzott. Korrekt, komoly arcán ritkán csillant fel mosoly, de ha ez megtörtént, akkor Axel egy ilyen pillanatban egyszerűen ellenállhatatlanná vált... Ezért teljesen természetes volt, hogy a bájos női fele felerősítette feléje a figyelmet, de közös sajnálkozásukat, Axelt csak az érdekelte, hogy az egész világon egyetlen teremtmény létezik - az ellenállhatatlan, gyönyörű királynője...
- Együtt lesznek? - nem bírtam ki. - Mindketten nagyon szépek!
Stella csak szomorúan mosolygott, és azonnal belecsöppentett minket ennek a szokatlan és valahogy nagyon megható történetnek a következő „epizódjába”...
Egy nagyon hangulatos, virágillatú, kis nyári kertben találtuk magunkat. Körös-körül, ameddig a szem ellát, egy csodálatos zöld park terült el, sok szoborral díszítve, a távolban pedig egy lenyűgözően hatalmas, kisvárosnak tűnő kőpalota látszott. És mindezen „grandiózus”, kissé nyomasztó, környező pompák között csak ez a kíváncsi tekintetektől teljesen védett kert teremtett igazi kényelem érzetét és valami meleg, „otthonos” szépséget...
A nyári este melegétől felerősítve virágzó akácok, rózsák és még valami szédítően édes illata terjengett a levegőben, amit nem tudtam azonosítani. A kis tavacska tiszta felszíne fölött, mintha tükörben, hatalmas kupák puha rózsaszín tavirózsa és a lusta, királyi hattyúk alvásra kész hófehér „bundája” tükröződött. Egy gyönyörű fiatal pár egy kis, keskeny ösvényen sétált egy tó körül. Valahol a távolból zene hallatszott, vidám női nevetés csengett, mint harangszó, sok ember örömteli hangja szólalt meg, és csak ezekre a kettőre állt meg a világ itt, a földnek ebben a kis zugában, ahol abban a pillanatban a szelíd hangok a madarak csak nekik szóltak; csak nekik játékos, könnyű szellő susogott a rózsaszirmokban; és csak nekik, egy pillanatra segítőkészen megállt az idő, lehetőséget adva az egyedüllétre - csak egy férfi és egy nő, akik elbúcsúzni jöttek ide, nem is tudva, hogy örökké tart-e...
A hölgy szerény, fehér, kis zöld virágokkal hímzett nyári ruhájában bájos és valahogy „levegős” volt. Csodálatos hamuszürke haja zöld szalaggal volt hátrakötve, amitől úgy nézett ki, mint egy kedves erdei tündér. Olyan fiatalnak, tisztának és szerénynek tűnt, hogy nem ismertem fel benne azonnal a királynő fenséges és ragyogó szépségét, akit alig néhány perce láttam teljes pompás „szertartásos” szépségében.

Szerkezetileg és funkcionálisan rokon transzmembrán fehérjék és elektronhordozók rendszere. Lehetővé teszi a NAD*H és FADH2 molekuláris oxigén általi oxidációja során felszabaduló energia tárolását transzmembrán protonpotenciál formájában az elektron lánc mentén történő szekvenciális átvitele következtében, és a protonoknak a membránon keresztül történő pumpálásával párosul. Az eukarióták szállítási lánca a belső mitokondriális membránon lokalizálódik. A légzési láncban 4 multienzim komplex található. Van egy másik komplex is, amely nem vesz részt az elektronátvitelben, hanem szintetizálja az ATP-t.

1. - CoA oxidoreduktáz.

1. Elfogadja az elektronokat a NADH-ból, és átadja a Q koenzimnek (ubikinonnak). 2.4 H+ iont visz át a belső mitokondriális membrán külső felületére.

2.-FAD-függő dehidrogenázok.

1. FAD redukciója citokróm c oxidoreduktázzal.

2.Fogveszi az elektronokat a Q koenzimtől és átadja a citokróm c-nek.

3. 2 H+ iont visz át a belső mitokondriális membrán külső felületére.

4.-citokróm-c-oxigén-oxidoreduktáz.

1. Elfogadja az elektronokat a citokróm c-ből, és átadja őket oxigénnek, hogy vizet képezzen.

2.4 H+ iont visz át a belső mitokondriális membrán külső felületére. Minden hidrogénatom, amelyet a dehidrogenázok aerob körülmények között lehasítanak a szubsztrátokról, a NADH vagy FADH2 részeként elérik a belső mitokondriális membránt.

Az elektronok mozgása során energiát veszítenek -> energiát fordítanak a komplexek H protonok pumpálására A H ionok átvitele szigorúan meghatározott területeken történik -> konjugációs területek Eredmény: ATP termelődik: A H+ ionok az ATP szintázon áthaladva veszítenek energiájukból. Ennek az energiának egy részét az ATP szintézisére fordítják. A másik rész hőként eloszlik.

A mitokondriális légzőlánc 5 multienzim komplexből áll, amelyek alegységeit nukleáris és mitokondriális gének egyaránt kódolják. A Q10 koenzim és a citokróm c részt vesz az elektrontranszportban. Az elektronok NAD*H és FAD"H molekulákból származnak, és a légzési lánc mentén szállítódnak. A felszabaduló energiát protonoknak a mitokondriumok külső membránjába történő szállítására használják fel, az így létrejövő elektrokémiai gradienst pedig az ATP szintézisére használják a V komplex segítségével. mitokondriális légzőlánc

44. A légzési lánc elektronhordozóinak sorrendje és szerkezete

1 komplex. NADH-CoQ oxidoreduktáz

Ennek a komplexnek a munkaneve is a NADH dehidrogenáz, FMN-t (flavin mononukleotid), 22 fehérjemolekulát tartalmaz, ebből 5 vas-kén fehérje, melynek összmolekulatömege eléri a 900 kDa-t.

Elfogadja az elektronokat a NADH-ból, és átadja a Q koenzimnek (ubikinonnak).

4 H+ iont visz át a belső mitokondriális membrán külső felületére.

2 komplex. FAD-függő dehidrogenázok

Tartalmazza a belső membránon található FAD-függő enzimeket - például acil-SCoA-dehidrogenázt (zsírsav-oxidáció), szukcinát-dehidrogenázt (trikarbonsavciklus), mitokondriális glicerin-3-foszfát-dehidrogenázt (NADH transzfer a mitokondriumokba).

FAD csökkentése redox reakciókban.

Az elektronok átvitelének biztosítása a FADN2-ből a belső mitokondriális membrán vas-kén fehérjéibe. Ezek az elektronok ezután a Q koenzimhez mennek.

46. ​​Az oxidáció és a foszforiláció szétválásának biokémiai mechanizmusai, azokat kiváltó tényezők A légzés és a foszforiláció szétválasztása

Egyes vegyszerek (protonoforok) protonokat vagy más ionokat (ionofórokat) tudnak szállítani a membránközi térből a membránon keresztül a mátrixba, megkerülve az ATP-szintáz protoncsatornáit. Ennek eredményeként az elektrokémiai potenciál eltűnik, és az ATP szintézise leáll. Ezt a jelenséget a légzés és a foszforiláció szétválásának nevezik. A szétkapcsolás hatására az ATP mennyisége csökken, az ADP pedig nő. Ebben az esetben a NADH és a FADH2 oxidációjának sebessége nő, és az elnyelt oxigén mennyisége is nő, de hő formájában energia szabadul fel, és a P/O arány meredeken csökken. A szétkapcsolók általában lipofil anyagok, amelyek könnyen átjutnak a membrán lipidrétegén. Az egyik ilyen anyag a 2,4-dinitrofenol (6-17. ábra), amely könnyen átmegy ionizált formából nem ionizált formába, a membránközi térben protont kötve a mátrixba.

A leválasztókra példák lehetnek bizonyos gyógyszerek is, például a dicumarol – véralvadásgátló (lásd 14. pont) vagy a szervezetben képződő metabolitok, bilirubin – a katabolizmus terméke (lásd 13. pont), tiroxin – egy pajzsmirigyhormon (lásd a pontot). 11). Mindezek az anyagok csak nagy koncentrációban mutatnak szétkapcsoló hatást.

A foszforiláció kikapcsolása az ADP vagy a szervetlen foszfát kimerülése esetén a légzés gátlásával jár (légzésszabályozó hatás). A mitokondriális membránt károsító hatások nagy száma megzavarja az oxidáció és a foszforiláció közötti kapcsolatot, lehetővé téve az elektrontranszfert még ATP szintézis hiányában is (lekapcsolási hatás).

1. Teljes kimenet:

1 ATP molekula szintéziséhez 3 proton szükséges.

2. Az oxidatív foszforiláció gátlói:

Az inhibitorok blokkolják a V komplexet:

Oligomicin - blokkolja az ATP-szintáz protoncsatornáit.

Atraktilozid, ciklofillin - blokkolja a transzlokázokat.

3. Az oxidatív foszforiláció szétkapcsolói:

Az uncouplerek olyan lipofil anyagok, amelyek képesek protonokat befogadni és a mitokondriumok belső membránján keresztül továbbítani, megkerülve a V komplexet (protoncsatornáját). Szakaszolók:

Természetes - lipid-peroxidáció termékei, hosszú szénláncú zsírsavak; nagy dózisú pajzsmirigyhormonok.

Mesterséges - dinitrofenol, éter, K-vitamin származékok, érzéstelenítők.