נוכחותם של קומפלקסים על בשרשרת הובלה של אלקטרונים נשימתית מובטחת על ידי חלבון SCAFI. שרשרת נשימה שרשרת הובלת אלקטרונים מופחתת לחומצה סוקסינית

11.3.3.1. נושאי אלקטרונים

נושאי אלקטרונים ממוקמים על פני השטח או בעומק הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית, המסודרת בצלבים, שמספרם וצפיפות האריזה שלהם עומדים בקורלציה לצרכי האנרגיה של התא.

נושאי אלקטרונים רבים הם חלבונים המכילים heme כקבוצה תותבת.

התכונות של מולקולת heme תלויות בחלבון שאליו היא מחוברת. בנוסף, hemes בציטוכרומים שונים עשויים להיות שונים במבנה של קבוצות צד ובשיטת ההתקשרות לאפופרוטאין. לכן, ציטוכרומים עשויים להיות שונים בפוטנציאל החיזור, למרות שלכולם יש כמעט אותן קבוצות תותבות.

נושאי אלקטרונים נקראים ציטוכרומים מכיוון שהם בצבע אדום. ציטוכרומים שונים מסומנים על ידי מדדי אותיות: s 1, s, a, a 3 –לפי סדר מיקומם במעגל.

סוג אחר של נשאי אלקטרונים שאינם מכילי ברזל המכיל חלבונים בהם אטומי ברזל קשורים לקבוצות הסולפהידריל של שאריות ציסטאין חלבון, כמו גם לאניונים הסולפתיים של השאריות, ויוצרים קומפלקסים של ברזל-גופרית או מרכזים ( איור 29).

אורז. 29.מבנה מרכז ברזל גופרית

כמו בציטוכרומים, אטומי ברזל במרכזים כאלה יכולים לקבל ולתרום אלקטרונים, ולחלופין עוברים למצבי ferro(Fe 2+) ו-ferri(Fe 3+). מרכזי ברזל-גופרית פועלים יחד עם אנזימים המכילים פלאבין, ומקבלים אלקטרונים מ-succinate dehydrogenase ו-dehydrogenases המעורבים בחמצון שומן.

סוג אחר של טרנספורטר הוא החלבון המכיל FMN. FMN (flavin adenine mononucleotide) היא תרכובת שהיא חצי הפלבין של מולקולת FAD. FMN מעביר אלקטרונים מ-FADN למרכזי ברזל-גופרית.

כל נושאי החלבון הם חלבונים אינטגרליים אשר תופסים מיקום קבוע בקרום ומכוונים בצורה מסוימת. היוצא מן הכלל הוא ציטוכרום c, אשר קשור באופן רופף לממברנה החיצונית ועוזב אותו בקלות.

נושא האלקטרונים היחיד שאינו חלבוני הוא יוביקינון, שנקרא כך מכיוון שמצד אחד הוא קינון, ומצד שני הוא נמצא בכל מקום (מהאנגלית. נמצא בכל מקום– נוכח בכל מקום). שמו המקוצר הוא CoQ, UQ או פשוט Q. כל מרכזי הברזל-גופרית תורמים אלקטרונים ליוביקווינון.

במהלך ההפחתה, ubiquinone רוכש לא רק אלקטרונים, אלא גם פרוטונים (איור 30).

איור 30. Ubiquinone - קואנזים Q (א)
ותמורות החיזור שלו (ב)

בהפחתת אלקטרון אחד הוא הופך לסמיקינון (רדיקל חופשי אורגני), ועם הפחתת שני אלקטרונים הוא הופך להידרוקינון. זוהי היווצרות ביניים של רדיקל חופשי המאפשר לאוביקווינון לשמש כנשא של לא שניים, אלא אלקטרון אחד. הזנב ההידרופובי הארוך מאוד (40 אטומי פחמן בעשרה שאריות איזופרנואיד עוקבות) מעניק לאוביקווינון את היכולת להחדיר בקלות ולנוע בחופשיות בשכבה הלא קוטבית של הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית.

11.3.3.2. מיקום וקטורים

זרימת האלקטרונים בין נשאים מופנית מהנשא בעל פוטנציאל הפחתה גבוה יותר (כלומר פוטנציאל חיזור נמוך יותר) אל הנשא בעל פוטנציאל הפחתה נמוך יותר (כלומר מחומצן יותר, בעל פוטנציאל חיזור גבוה יותר) (איור 31).

איור.31.פוטנציאל חיזור של רכיבי שרשרת נשימה במיטוכונדריה

בשרשרת המיטוכונדריה, לטרנספורטרים יש פוטנציאל חיזור שונה.

נושאי האלקטרונים בשרשרת ממוקמים במעגל כך ש-DG 0 (אנרגיה חופשית) יורד בהדרגה ופוטנציאל החיזור עולה בהתאם. בכל שלב של העברת אלקטרונים לנשא הסמוך לשרשרת, משתחררת אנרגיה חופשית.

במהלך החמצון של גלוקוז, אלקטרונים מועברים מ-NADH ו-FADH 2 לחמצן. טרנספורטרים רבים מעורבים בתהליך זה, אך ניתן לקבץ אותם לארבעה קומפלקסים המוטבעים בקרום המיטוכונדריה
(איור 32).

אורז. 32.ארבעה מתחמי הובלה של אלקטרונים
בממברנה המיטוכונדריאלית

בין קומפלקסים, אלקטרונים נעים יחד עם נשאים ניידים: ubiquinone וציטוכרום c. Ubiquinone מקבל אלקטרונים ממתחמים I ו-II ומעביר אותם לקומפלקס III. ציטוכרום c משמש כמתווך בין קומפלקסים III ו-IV. קומפלקס I מעביר אלקטרונים מ-NADH ל-Q; קומפלקס II - מ-succinate דרך FADN 2 עד Q; קומפלקס III משתמש ב-QH 2 כדי להפחית ציטוכרום c, וקומפלקס IV מעביר אלקטרונים מציטוכרום עםעבור חמצן. קומפלקסים I, III ו-IV נקראים, בהתאמה, NADH-CoQ רדוקטאז, CoQH 2 -ציטוכרום עם-רדוקטאז וציטוכרום אוקסידאז. קומפלקס IV - ציטוכרום אוקסידאז - מורכב ממספר חלבונים. הוא מקבל אלקטרונים מציטוכרום עםבצד החיצוני של הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית. בדרכם לחמצן, האלקטרונים הללו עוברים דרך ציטוכרומים או א 3, המכילים אטומי נחושת, אשר הופכים לסירוגין למצבי Cu + ו- Cu 2+. ציטוכרום אוקסידאז מפחית חמצן חופשי:

O 2 + 4 e - + 4H + ® 2H 2 O

11.3.3.3. התיאוריה הכימיוסמטית של מיטשל

הובלת אלקטרונים לאורך שרשרת הנשימה מובילה ליצירת ATP. הרעיון של מנגנון צימוד הובלת אלקטרונים עם סינתזת ATP פותח על ידי הביוכימאי האנגלי פיטר מיטשל ב-1961 (מיטשל זכה בפרס נובל ב-1978). מיטשל גילה שזרימת האלקטרונים גורמת לפרוטונים להישאב החוצה מהמיטוכונדריה אל הסביבה הסובבת, וליצור שיפוע פרוטונים על פני הממברנה (ה-pH של התמיסה החיצונית יורד). מכיוון שהפרוטונים הם חלקיקים בעלי מטען חיובי, עקב שאיבתם החוצה מהמיטוכונדריה, נוצר על הממברנה הבדל בפוטנציאל החשמלי (מינוס - בפנים) ובהפרש pH (גבוה יותר - בפנים). יחד, שיפועי החשמל והריכוז מהווים (לפי מיטשל) את כוח המניע של הפרוטונים, שהוא מקור האנרגיה לסינתזה של ATP (איור 33).

אורז. 33.ערכת סינתזת ATP בפנים
קרום מיטוכונדריאלי

כוח המניע של הפרוטונים מניע מתחמי סינתאז של ATP, המשתמשים בזרימת האלקטרונים כדי לסנתז ATP מ-ADP וזרחן.הקומפלקסים הם תעלות פרוטונים מיוחדות (הקרנות בצורת פטריות המכסות את פני השטח הפנימיים של הקריסטה). הקומפלקס מיוצג על ידי שני רכיבים מחוברים זה לזה F 0 F 1, שכל אחד מהם מורכב ממספר מולקולות חלבון. F 0 שקוע בממברנה, ו-F 1 ממוקם על פני השטח שלו. ב-F1 מסונתז ATP, בעוד ש-F0 מבצע את הפונקציה של ערוץ הפרוטונים עצמו (איור 34).

איור 34.ייצוג סכמטי של מבנה "פטריות" של F 0 F 1 ATP סינתזה מ-E. coli. רכיב F 0 חודר לממברנה ויוצר תעלה לפרוטונים. ההנחה היא ש-F 1 מורכב משלושה יחידות משנה a ושלוש b, המאורגנות כך שהן יוצרות מבנה הקסאמרי כמו "כובע פטרייה", ויחידות משנה אחת g, אחת d ואחת e, היוצרות "מוט" המחבר את F 0 לערוץ F 1

לא ידוע בדיוק כיצד נוצר ATP באמצעות סינתטאז ATP. לפי תיאוריה אחת, במהלך טרנסלוקציה של פרוטונים דרך גורם F0, מתרחשים שינויים קונפורמטיביים ברכיב F1, המסנתז ATP מ-ADP וזרחן.

על כל זוג אלקטרונים המועבר מ-NADH לחמצן, ישנם 10 פרוטונים הנשאבים מתוך המטריצה ​​המיטוכונדריאלית. לפיכך, החמצון של מולקולת NADH 1 מוביל לסינתזה של 2.5 מולקולות ATP, והחמצון של מולקולת FADH 2 אחת מוביל לסינתזה של 1.5 מולקולות ATP. בעבר, האמינו ששלוש ושתי מולקולות ATP סונתזו, בהתאמה. כמויות אלו נקראות בדרך כלל יחסי P/O, שכן העברה של 2 אלקטרונים שווה ערך להפחתה של אטום חמצן אחד.

התשואה של ATP במהלך החמצון של מולקולת גלוקוז ל-CO 2 ו- H 2 O.

גליקוליזה מייצרת 2 מולקולות ATP (4 מיוצרות, אך 2 נצרכות). במהלך הגליקוליזה נוצרות בציטופלזמה גם 2 מולקולות של NADH לכל מולקולה אחת של גלוקוז. 2 מולקולות ATP נוצרות במחזור חומצת לימון (ממולקולת גלוקוז 1 נוצרות 2 מולקולות אצטיל-CoA המעוררות שני סיבובים של המחזור).

על כל מולקולה אחת של גלוקוז, פירובאט דהידרוגנאז מייצר 2 מולקולות של NADH, ומחזור חומצת הלימון מייצר 6 מולקולות של NADH. החמצון שלהם מוביל לסינתזה של 20 מולקולות ATP. שלוש מולקולות ATP נוספות נוצרות עקב חמצון של FADH 2 במהלך ההמרה של succinate ל fumarate.

התפוקה הכוללת של מולקולות ATP תהיה תלויה באיזה מנגנון מעבורת (גליצרופוספט ומלאט אספרטאט) משתמשים בתאים כדי להעביר NADH לשרשרת הנשימה. במנגנון הגליצרול פוספט, אלקטרונים מ-NADH מועברים ל-dihydroxyacetone phosphate ליצירת גליצרול-3-פוספט, המעביר אלקטרונים לשרשרת הנשימה (איור 35). זה מתרחש בהשתתפות האנזים glycerol-3-phosphate dehydrogenase. בעזרת NADH ציטופלזמי משוחזר FAD המיטוכונדריאלי, שהיא קבוצה תותבת של הפלבופרוטאינים - גליצרול-3-פוספט דהידרוגנאז.

אורז. 35.מנגנון הסעות גליצרול פוספט

מערכת מעבורת נוספת, מערכת המלט-אספרטאט, מעבירה אלקטרונים מ-NADH ציטופלזמי ל-NAD + מיטוכונדריאלי (איור 36). זה מוביל להיווצרות של NADH המיטוכונדריאלי, אשר מחומצן עוד יותר בשרשרת הובלת האלקטרונים. בציטופלזמה, NADH מפחית אוקסלואצטט למאלאט. האחרון, בעזרת נשא, נכנס למיטוכונדריה, שם הוא מחומצן מחדש לאוקסלואצטט עם הפחתת NAD +. אוקסלואצטט עצמו אינו יכול לעזוב את המיטוכונדריה, ולכן הוא הופך תחילה לאספרטט, אשר מועבר על ידי הנשא לתוך הציטופלזמה. בציטופלזמה, אספרטאט נהרס, הופך לאוקסלואצטט ובכך סוגר את מנגנון המעבורת.

איור.36.מערכת מעבורת מאלאט-אספרטאט להעברת אלקטרונים

אלו הם קומפלקסים של חלבונים ונושאי אלקטרונים הצפים על הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה, מעבירים אלקטרונים זה לזה לאורך השרשרת ובכך מייצרים אנרגיה. ישנם ארבעה קומפלקסים של חלבון נשימתי, ועדיין לא ברור כיצד הם מאורגנים על גבי הממברנה: האם הם צפים ללא תלות זה בזה או מתחברים יחד, ויוצרים מה שנקרא קומפלקסים על. קבוצה של חוקרים ספרדים גילתה שחלבון בשם SCAFI (גורם הרכבה סופר-קומפלקס I) מווסת באופן ספציפי את ההרכבה של קומפלקסים נשימתיים לקומפלקסים-על.

לפני מספר עשורים, כאשר רק בודדו ונחקרו מתחמי החלבונים הנשימתיים של המיטוכונדריה, ההנחה הייתה שהם קיימים בממברנה ללא תלות זה בזה ומתקשרים רק בעזרת נשאי אלקטרונים העוברים ביניהם - אוביקינון וציטוכרום c (איור. 1). הנחה זו נקראת "מודל הנוזל". עם זאת, הופיעו בהדרגה עדויות לכך שהמצב אינו כל כך פשוט וכי תסביכי הנשימה עשויים להתאחד בינם לבין עצמם למבנים גדולים יותר - "קומפלקסים על".

לדוגמה, נמצא כי קומפלקס I אינו יציב בדרך כלל בהיעדר קומפלקסים III או IV. ובשנת 2000 הועלתה השערה נועזת - היא כונתה "המודל המוצק" - לפיה קומפלקסים I, III ו-IV משולבים יחדיו לקומפלקס על ענק אחד שנקרא ה-respirasome, וכתוצאה מכך הם פועלים בצורה הרמונית יותר ( ראה Hermann Schägger, Kathy Pfeiffer, 2000. Supercomplexes בשרשרות הנשימה של שמרים ומיטוכונדריה יונקים). הנשימות הנדרשות בודדו מהמיטוכונדריה של שריר לב בקר, אבל, כמו תמיד במחקרים מולקולריים עדינים כאלה, נותרה האפשרות שזה פשוט חפץ של טכניקה שנבחרה בצורה שגויה, והקומפלקסים נקשרו יחד לא במיטוכונדריה של הבקר. קרום, אבל ישירות במבחנה של החוקר. בשנים שלאחר מכן, נעשו ניסיונות רבים להוכיח או להפריך את קיומו של הנשימה, אך לשווא: לא התקבלו טיעונים חותכים לא בעד או נגד הנשימה. נשימה וקומפלקסים אחרים היו ניתנים לזיהוי מושלם במיטוכונדריה באמצעות כמה טכניקות של בידוד חלבון, אך עדיין לא היה ברור אם זו עובדה או חפץ.

מחברי העבודה שנידונו החליטו לגשת לבעיה מזווית אחרת. אם נשימה (ותסביכי על אחרים) אינם חפץ, כנראה שהם יהיו מורכבים לא רק מתסביכים נשימתיים ככאלה, אלא גם מחלבוני עזר אחרים. ואם מזהים את חלבוני העזר האלה ואז "משחקים" איתם - למשל, כיבוי או הדלקה - אז אתה יכול להשיג ראיות עקיפות (או, להיפך, הפרכות) לקיומם של קומפלקסים-על, וגם להבין באופן כללי באילו תנאים מתחמים אלו נוצרים ומדוע הם נחוצים?

לכן, החוקרים בודדו תחילה קומפלקסים-על ותסביכי נשימה בנפרד מהמיטוכונדריה (הדבר נעשה באמצעות אלקטרופורזה מקומית כחולה (ראה BN-PAGE) - אחת הדרכים העדינות ביותר להפריד בין תערובות חלבון), ולאחר מכן ניתחו את החלבונים המרכיבים את קומפלקסי העל. קומפלקסים "בודדים". "קומפלקסים נשימתיים.

והתברר שחלבון אחד (שנשא את השם המעורפל Cox7a2l - תת-יחידה של cytochrome c oxidase VIIa polypeptide 2-like) קיים רק בקומפלקסים-על המכילים קומפלקס נשימתי IV (כלומר, ב-respirasome ו- supercomplex III+IV), והוא לא נמצא במתחמים בודדים. במקביל, התמזל מזלם של החוקרים לגלות בטעות שבשלוש שורות תאים של עכברים מוטנטים עם צורה פגומה (וכנראה לא ברת קיימא) של חלבון זה, כלל לא זוהו קומפלקסים של קומפלקס IV בממברנת המיטוכונדריה. יתרה מכך, אם מוחדר גן לחלבון תקין לתאים מוטנטים, אז מתחילים להיווצר בהם קומפלקסים-על אלה. מכל אלה הסיקו החוקרים מסקנה הגיונית: חלבון זה מסייע ביצירת קומפלקס IV ביצירת קומפלקסים-על ולכן ראוי לשנות את שמו של supercomplex assembly factor I (SCAFI) ולהיבדק ביתר פירוט.

למען ההגינות, נציין שהרעיון של חלבונים המייצבים קומפלקסים-על אינו חדש: בשנה שעברה כבר התגלו בשמרים שני חלבונים, Rcf1 ו-Rcf2, שהיו מעורבים גם ביצירת קומפלקסים-על (ראה: V. Strogolova et al., 2012. Rcf1 ו-Rcf2, חברים במשפחת חלבוני גן 1 המושרה בהיפוקסיה, הם מרכיבים קריטיים של קומפלקס הציטוכרום המיטוכונדריאלי bc1-cytochrome c oxidase).

מדוע יש צורך ביצירת קומפלקסים על? החוקרים הציעו הסבר אלגנטי לתופעה זו (איור 2).

נניח שאין קומפלקסים על בממברנה, ותסביכי הנשימה פועלים בנפרד ובלתי תלוי זה בזה. אז העברת האלקטרונים מתרחשת במסלול פשוט עם ענף אחד בלבד: קומפלקס I מעביר אלקטרונים מ-NADH לקו-אנזים Q (בואו נקרא את המאגר הזה של קו-אנזים Q "CoQ NADH"), קומפלקס II מעביר אלקטרונים מסוקסינאט לקו-אנזים Q (אנחנו' אקרא למאגר זה של קו-אנזים Q "CoQ FAD", מכיוון שהחמצון במתחם II מתרחש בעזרת הקופקטור FAD); לאחר מכן, משתי מאגרי הקואנזים Q, אלקטרונים מועברים לציטוכרום c באמצעות קומפלקס III (כלומר, נוצרת רק מאגר אחד גדול של ציטוכרום c, נקרא לזה Cyt c שניהם, כי הוא שייך לשני הזרמים); ולבסוף, ציטוכרום c, שנלכד על ידי קומפלקס IV, מעביר אלקטרונים לחמצן. במילים אחרות, בכל המערכת יש רק מאגר אחד של מתחמי IV – נקרא לזה IV שניהם.

אם בנוסף לקומפלקסים הבודדים יש גם קומפלקסים-על הצפים בממברנה, אז תוואי האלקטרונים מורכב ומסועף יותר. בנוסף למסלול המתואר לעיל דרך קומפלקסים חופשיים, הם יכולים גם להיכנס ל-respirasome, שם בסופו של דבר מאגר נפרד של קומפלקס IV (בואו נקרא לזה IV NADH) מעביר אותם ממאגר נפרד של ציטוכרום c לחמצן. בעזרת קומפלקס II הם יכולים להגיע לסופרקומפלקס III+IV, משם, שוב, הם יעברו לחמצן (נקרא למאגר זה של קומפלקסים IV IV FAD). לפיכך, יש לנו שלוש בריכות של מתחמים IV - IV NADH, IV FAD ו-IV שניהם.

כתוצאה מחלוקה זו המערכת הופכת גמישה יותר, מבוטחת מפני רווית יתר במצע אחד ותחרות בין מצעים ומנגד, מותאמת לשימוש במצעים שונים ברמות אופטימליות. לדוגמה, אם אתה "מאכיל" את המיטוכונדריה באופן בלעדי עם succinate (ששולח אלקטרונים לאורך מסלול ה-FAD), אז בהיעדר קומפלקסים על הם יעבדו אותו מהר יותר מאשר בנוכחותם. עם זאת, אם המיטוכונדריה הללו ממוקמות בתווך המכיל גם סוצ'ינט וגם פירובט + מאלאט (שליחת אלקטרונים דרך מסלול ה-NADH), אז העיבוד של סוצ'ינט במיטוכונדריה המכילות קומפלקסים על לא ישתנה, אך במיטוכונדריה ללא קומפלקסים על הוא יירד באופן משמעותי (איור 3 ).

ככל הנראה, נוכחותם של קומפלקסים על היא פשוט "קשת" נוספת ואופציונלית בשרשרת העברת האלקטרונים. למרות שככל הנראה מתחמי על מוסיפים ארגונומיה לשרשרת הזו, גם בהיעדרם המיטוכונדריה (כמו גם החיות שבהן מיטוכונדריה עובדות) מרגישות מצוין. העבודה הנדונה, ראשית, מספקת ראיות גנטיות לנוכחותם של קומפלקסים-על, ושנית, מציעה תיאוריה אלגנטית של הפלסטיות של שרשרת הובלת האלקטרונים.

היכן מושרה פוטנציאל הפרוטונים? פוטנציאל הפרוטון הופך על ידי סינתאז ATP לאנרגיית הקשר הכימי של ATP. העבודה המצומדת של סינתאז ETC ו-ATP נקראת זרחון חמצוני.

במיטוכונדריה איקריוטיות, שרשרת הובלת האלקטרונים מתחילה בחמצון של NADH ובהפחתת ubiquinone Q על ידי קומפלקס I. בשלב הבא, קומפלקס II מחמצן את succinate ל- fumarate ומפחית את ubiquinone Q. Ubiquinone Q מתחמצן ומופחת על ידי ציטוכרום c קומפלקס III. בסוף השרשרת, קומפלקס IV מזרז את העברת האלקטרונים מציטוכרום c לחמצן ליצירת מים. כתוצאה מהתגובה, על כל 6 פרוטונים ו-6 אלקטרונים המשתחררים באופן קונבנציונלי, משתחררות 2 מולקולות מים עקב ההוצאה של מולקולה אחת של O2 ו-10 מולקולות של NAD∙H.

קומפלקס I או NADH dehydrogenase קומפלקס מחמצן את NAD-H. קומפלקס זה ממלא תפקיד מרכזי בתהליכי הנשימה התאית ו. כמעט 40% משיפוע הפרוטונים עבור סינתזת ATP נוצר על ידי קומפלקס זה. קומפלקס I מחמצן את NADH ומפחית מולקולה אחת של יוביקינון, המשתחררת לתוך הממברנה. עבור כל מולקולת NADH מחומצנת, הקומפלקס מעביר ארבעה פרוטונים על פני הממברנה. קומפלקס NADH dehydrogenase לוקח ממנו שני אלקטרונים ומעביר אותם לאוביקווינון. Ubiquinone מסיס בשומנים. Ubiquinone בתוך הממברנה מתפזר לקומפלקס III. במקביל, קומפלקס I שואב 2 פרוטונים ו-2 אלקטרונים מהמטריצה ​​למיטוכונדריה.

שרשרת הובלת אלקטרונים של מורכבת I. חיצים אפורים - מסלול תחבורה לא סביר או שעדיין לא פעיל

לצביר N5 יש פוטנציאל נמוך מאוד ומגביל את קצב הזרימה הכוללת של אלקטרונים לאורך השרשרת. במקום הליגנדים הרגילים למרכזי ברזל-גופרית (ארבעה שרידי ציסטאין), הוא מתואם על ידי שלושה שיירי ציסטאין ושריד היסטידין אחד, והוא מוקף גם בשאריות קוטביות טעונות, אם כי הוא ממוקם עמוק באנזים.

אשכול N7 קיים רק בקומפלקס I של כמה חיידקים. הוא מוסר באופן משמעותי מהצבירים האחרים ואינו יכול להחליף איתם אלקטרונים, כך שככל הנראה מדובר בשריד. בכמה קומפלקסים חיידקיים הקשורים לקומפלקס I, נמצאו ארבעה שאריות ציסטאין שנשמרו בין N7 לשאר האשכולות, ובקומפלקס חיידקים I Aquifex aeolicusהתגלה צביר נוסף של Fe 4 S 4 המחבר את N7 עם הצבירים הנותרים. מכאן נובע מכך א.איוליקוסקומפלקס I, בנוסף ל-NADH, יכול להשתמש בתורם אלקטרוני אחר, שמעביר אותם דרך N7.

קומפלקס NADH dehydrogenase מחמצן את NADH שנוצר במטריקס במהלך מחזור החומצה הטרי-קרבוקסילית. אלקטרונים מ-NADH משמשים לשחזור טרנספורטר הממברנה, ubiquinone Q, המעביר אותם לקומפלקס הבא של שרשרת הובלת האלקטרונים המיטוכונדריה, קומפלקס III או ציטוכרום לִפנֵי הַסְפִירָה 1-מתחם.

קומפלקס NADH dehydrogenase פועל כמו משאבת פרוטונים: עבור כל NADH מחומצן ו-Q מופחת, ארבעה פרוטונים נשאבים דרך הממברנה אל החלל הבין-ממברני:

הפוטנציאל האלקטרוכימי שנוצר במהלך התגובה משמש לסינתזה של ATP. התגובה המזרזת על ידי קומפלקס I היא הפיכה, תהליך הנקרא הפחתת NAD+ הנגרמת על ידי סוקסינאט אירובי. בתנאים של פוטנציאל ממברנה גבוה ועודף יוביקינולים מופחתים, הקומפלקס יכול להפחית NAD+ באמצעות האלקטרונים שלהם ולהעביר פרוטונים חזרה למטריצה. תופעה זו מתרחשת בדרך כלל כאשר יש הרבה succinate אבל מעט oxaloacetate או malate. ההפחתה של יוביקינון מתבצעת על ידי האנזימים succinate dehydrogenase, או מיטוכונדריה. בתנאים של שיפוע פרוטונים גבוה, הזיקה של הקומפלקס ליוביקווינול עולה, ופוטנציאל החיזור של יוביקינול יורד עקב עלייה בריכוזו, מה שמאפשר את ההובלה ההפוכה של אלקטרונים לאורך הפוטנציאל החשמלי של הממברנה המיטוכונדרית הפנימית. NAD. תופעה זו נצפתה בתנאי מעבדה, אך לא ידוע אם היא מתרחשת בתא חי.

בשלבי המחקר הראשוניים של מתחם I, מודל שנדון בהרחבה התבסס על ההנחה שמערכת דומה לזו פועלת במתחם. עם זאת, מחקרים מאוחרים יותר לא מצאו כינונים הקשורים באופן מהותי בקומפלקס I ודחו לחלוטין השערה זו.

נראה שלקומפלקס NADH dehydrogenase יש מנגנון הובלת פרוטונים ייחודי באמצעות שינויים קונפורמטיביים באנזים עצמו. תת-יחידות המשנה ND2, ND4 ו-ND5 נקראות דמוי יציאות מכיוון שהן הומולוגיות זו לזו ולאנטי-פורטים החיידקיים Mrp Na + /H +. שלוש תת-יחידות אלו יוצרות שלוש תעלות פרוטונים עיקריות, המורכבות משאריות חומצות אמינו טעונות שמורות (בעיקר ליזין וגלוטמט). ערוץ הפרוטונים הרביעי נוצר על ידי חלק מתת-היחידה Nqo8 ומתת-היחידות הקטנות ND6, ND4L ו-ND3. התעלה דומה במבנה לערוצים דומים של יחידות משנה דמויות אנטי-פורט, אך מכילה מספר רב יוצא דופן של שאריות גלוטמט צפופות בצד המטריצה, ולכן היא נקראת E-channel (ה-E הלטינית משמשת כתקן ייעוד לגלוטמט). מקצה ה-C של תת-היחידה ND5 משתרעת שלוחה המורכבת משני סלילים טרנס-ממברניים המחוברים באמצעות סליל α (HL) ארוך במיוחד (110 Å), שעובר לאורך הצד הפונה למטריצה ​​של המתחם, מחבר פיזית את שלושתם. תת-יחידות דמויות יציאות, ואולי מעורבות בצימוד הובלת אלקטרונים עם סידור מחדש קונפורמטיבי. אלמנט צימוד נוסף, βH, נוצר על ידי סדרה של חפיפה וסלילי α וממוקם בצד הנגדי, הפריפלסמי של הקומפלקס. עדיין לא ידוע לחלוטין כיצד בדיוק העברת אלקטרונים קשורה להעברת פרוטונים. מאמינים שהמטען השלילי החזק של צביר N2 יכול לדחוק את הפוליפפטידים הסובבים, ולגרום לשינויים קונפורמטיביים שמתפשטים איכשהו לכל יחידות המשנה דמויות אנטי-פורט הממוקמות די רחוק אחת מהשנייה. השערה נוספת מציעה כי השינוי הקונפורמטיבי גורם לאתר הקישור הארוך במיוחד של יוביקינון לייצב את Ubiquinol Q−2 עם פוטנציאל חיזור נמוך במיוחד ומטען שלילי. פרטים רבים של הקינטיקה של שינויים קונפורמטיביים והובלת פרוטונים קשורה נותרו לא ידועים.

המעכב Complex I הנחקר ביותר הוא רוטנון (בשימוש נרחב כחומר הדברה אורגני). רוטנון ורוטנואידים הם איזופלבונואידים הנמצאים בשורשים של כמה סוגים של צמחים טרופיים כגון אנטוניה (Loganiaceae), דריסו לונכוקרפוס (Fabaceae). רוטנון שימש כבר זמן רב כקוטל חרקים ורעל דגים, שכן המיטוכונדריה של חרקים ודגים רגישות אליו במיוחד. ידוע כי הילידים של גיאנה הצרפתית ואינדיאנים אחרים מדרום אמריקה השתמשו בצמחים המכילים רוטנון לדיג כבר במאה ה-17. Rotenone מקיים אינטראקציה עם אתר הקישור של יוביקינון ומתחרה עם המצע הראשי. הוכח שעיכוב מערכתי ארוך טווח של קומפלקס I על ידי רוטנון יכול לגרום למוות סלקטיבי של נוירונים דופמינרגיים (המפרישים את הנוירוטרנסמיטר דופמין). Piericidin A, מעכב קומפלקס I חזק נוסף הדומה מבחינה מבנית לאוביקווינון, פועל באופן דומה. נתרן אמיטל, נגזרת של חומצה ברביטורית, שייכת גם היא לקבוצה זו.

למרות יותר מ-50 שנות מחקר של קומפלקס I, לא ניתן היה לגלות מעכבים החוסמים העברת אלקטרונים בתוך הקומפלקס. מעכבים הידרופוביים כגון רוטנון או piericidin פשוט קוטעים את העברת האלקטרונים מאשכול N2 המסוף לאוביקווינון.

חומר נוסף שחוסם קומפלקס I הוא אדנוזין דיפוספט ריבוז, בתגובת החמצון של NADH. הוא נקשר לאנזים באתר הקישור הנוקלאוטיד (FAD).

כמה מהמעכבים החזקים ביותר של קומפלקס I כוללים את משפחת האצטוגנין. הוכח כי חומרים אלו יוצרים קשרים צולבים כימיים עם תת-היחידה ND2, מה שמעיד בעקיפין על תפקידו של ND2 בקישור יוביקינון. מעניין לציין שהאצטוגנין rolliniastatin-2 היה מעכב ה-complex I הראשון שהתגלה כקשר לאתר שאינו רוטנון.

לתרופה נגד סוכרת מטפורמין יש השפעה מעכבת מתונה; ככל הנראה, תכונה זו של התרופה עומדת בבסיס מנגנון הפעולה שלה.

אלקטרונים מסוקסינאט מועברים תחילה ל-FAD ולאחר מכן דרך אשכולות Fe-S ל-Q. הובלת אלקטרונים במתחם אינה מלווה ביצירת שיפוע פרוטונים. ה-2H+ הנוצר במהלך החמצון של הסוקסינאט נשאר באותו צד של הממברנה, כלומר במטריצה, ולאחר מכן נספג מחדש במהלך הפחתת הכינון. לפיכך, קומפלקס II אינו תורם ליצירת שיפוע הפרוטונים על פני הממברנה ומתפקד רק כמעביר אלקטרונים מסוקסינאט לאוביקווינון.

כתוצאה מחמצון הסוקסינאט, האלקטרונים שלו מועברים ל-FAD ולאחר מכן מועברים לאורך שרשרת של צבירי ברזל-גופרית מאשכול לאשכול. שם, האלקטרונים הללו מועברים למולקולת יוביקינון הממתינה באתר הקישור.

יש גם הנחה שכדי למנוע מאלקטרון להגיע ישירות מהאשכול אל ההמה, פועל מנגנון שער מיוחד. מועמד סביר לשער הוא היסטידין -207 של תת-יחידה B, אשר ממוקמת ישירות בין צביר הברזל-גופרית וה-heme, קרוב לאוביקווינון הקשור, ואולי עשויה לשלוט בזרימת האלקטרונים בין מרכזי החיזור הללו.

ישנן שתי קבוצות של מעכבי קומפלקס II: חלקם חוסמים את כיס הקישור לסוקסינאט ואחרים חוסמים את כיס הקישור של יוביקינול. מעכבים המחקים את יוביקינול כוללים קרבוקסין ותנויל טריפלואורואצטון. מעכבים-אנלוגים של succinate כוללים את התרכובת הסינטטית מאלונט, כמו גם רכיבים של מחזור קרבס, מאלאט ואוקסלואצטט. מעניין לציין כי אוקסלואצטט הוא אחד ממעכבי ה-complex II החזקים ביותר. מדוע מטבוליט נפוץ של מחזור החומצה הטריקרבוקסילית מעכב את קומפלקס II עדיין לא ברור, אם כי הוצע כי הוא עשוי לשרת תפקיד מגן על ידי מזעור הובלת אלקטרונים הפוכה בקומפלקס I, מה שגורם להיווצרות סופראוקסיד.

מעכבי Ubiquinol המחקים שימשו כקוטלי פטריות בחקלאות מאז שנות ה-60. לדוגמה, קרבוקסין שימש בעיקר למחלות הנגרמות על ידי basidiomycetes, כגון חלודה גזע ומחלות basidiomycete. ריזוקטוניה. לאחרונה, הם הוחלפו בתרכובות אחרות עם מגוון רחב יותר של פתוגנים מדוכאים. תרכובות כאלה כוללות boscalid, penthiopyrad ו fluopyram. כמה פטריות חשובות מבחינה חקלאית אינן רגישות לפעולה של דור חדש זה של מעכבים.

ציטוכרום-bc1-קומפלקס (קומפלקס ציטוכרום לִפנֵי הַסְפִירָה 1) או ubiquinol-cytochrome c-oxidoreductase, או קומפלקס III - קומפלקס מולטי חלבון של שרשרת הנשימה של הובלת אלקטרונים והמחולל הביוכימי החשוב ביותר של שיפוע הפרוטונים על הממברנה המיטוכונדריאלית. קומפלקס טרנסממברני רב-חלבון זה מקודד על ידי מיטוכונדריה (ציטוכרום ב) וגנומים גרעיניים.

ציטוכרום- bсקומפלקס 1 מחמצן יוביקינון מופחת ומפחית ציטוכרום c (E°"=+0.25 V) לפי המשוואה:

הובלת אלקטרונים בקומפלקס קשורה להעברת פרוטונים מהמטריצה ​​(פנימה) לחלל הבין-ממברני (החוצה) ויצירת שיפוע פרוטונים על גבי הממברנה המיטוכונדריאלית. על כל שני אלקטרונים העוברים לאורך שרשרת התחבורה מאוביקינון לציטוכרום c, שני פרוטונים נספגים מהמטריצה, וארבעה נוספים משתחררים לחלל הבין-ממברני. ציטוכרום c מופחת נע לאורך הממברנה בשבר המימי ומעביר אלקטרון אחד לקומפלקס הנשימה הבא, ציטוכרום אוקסידאז.

האירועים המתרחשים ידועים כ-Q-cycle, אשר הונח על ידי פיטר מיטשל ב-1976. העיקרון של מחזור ה-Q הוא שהעברת H+ על פני הממברנה מתרחשת כתוצאה מחמצון והפחתה של קינונים על הקומפלקס עצמו. במקרה זה, קינונים בהתאמה נותנים ולוקחים 2H + מהפאזה המימית באופן סלקטיבי מצדדים שונים של הממברנה.

למבנה של קומפלקס III יש שני מרכזים, או שני "כיסים", שבהם קינונים יכולים להיקשר. אחד מהם, מרכז ה-Q out, ממוקם בין צביר הברזל-גופרית 2Fe-2S וה-heme ב L ליד הצד החיצוני של הממברנה, פונה לחלל הבין-ממברנה. יוביקינון מופחת (QH 2) נקשר בכיס זה. השני, ה-Q בכיס, נועד לקשור Ubiquinone מחומצן (Q) והוא ממוקם ליד הצד הפנימי (בפנים) של הממברנה במגע עם המטריצה.

תנאי הכרחי ופרדוקסלי לפעולת מחזור ה-Q הוא העובדה שאורך החיים והמצב של הסמיקווינונים בשני מרכזי הקישור שונים. במרכז Q out, Q אינו יציב ופועל כחומר מפחית חזק המסוגל לתרום e - ל-heme בעל פוטנציאל נמוך על ידי. Q − נוצר ב-Q במרכז, שהפוטנציאל שלו מאפשר לו לפעול כחומר מחמצן, המקבל אלקטרונים מה-heme. בח. נקודת מפתח נוספת של מחזור ה-Q קשורה לסטייה של שני האלקטרונים הכלולים בקומפלקס לאורך שני נתיבים שונים. מחקר של מבנה הגבישי של הקומפלקס הראה שהמיקום של מרכז 2Fe-2S ביחס למרכזי חיזור אחרים יכול להשתנות. התברר שלחלבון Rieske יש תחום נייד, שעליו נמצא למעשה אשכול 2Fe-2S. מקבל אלקטרון ומצטמצם, מרכז 2Fe-2S משנה את מיקומו, מתרחק ממרכז ה-Q out וה-heme ב L על 17 עם סיבוב של 60° ובכך מתקרבים לציטוכרום ג. לאחר שנתן אלקטרון לציטוכרום, מרכז 2Fe-2S, להיפך, מתקרב למרכז Q out כדי ליצור מגע קרוב יותר. לפיכך, מעין מעבורת מתפקדת, המבטיחה שהאלקטרון השני יעבור להמס בארץ בח. עד כה, זו הדוגמה היחידה שבה הובלת אלקטרונים בקומפלקסים קשורה לתחום נייד במבנה החלבון.

חלק קטן מהאלקטרונים עוזב את שרשרת ההובלה לפני הגעה למתחם IV. דליפה מתמדת של אלקטרונים לחמצן גורמת להיווצרות סופראוקסיד. תגובת לוואי קטנה זו מובילה להיווצרות ספקטרום שלם של מיני חמצן תגובתיים, שהם רעילים מאוד ומשחקים תפקיד משמעותי בהתפתחות פתולוגיות והזדקנות). דליפות אלקטרוניות מתרחשות בעיקר באתר Q in. תהליך זה מקודם על ידי antimycin A. זה חוסם hemes בבמצבם המופחת, מונע מהם לשפוך אלקטרונים על סמיקווינון Q, מה שמוביל בתורו לעלייה בריכוזו. Semiquinone מגיב עם חמצן, מה שמוביל ליצירת סופראוקסיד. הסופראוקסיד המתקבל חודר למטריקס המיטוכונדריאלי ולחלל הבין-ממברני, משם הוא יכול להיכנס לציטוזול. ניתן להסביר עובדה זו בכך שקומפלקס III מייצר כנראה סופראוקסיד בצורה של HOO לא נטען, שיכול לחדור בקלות רבה יותר את הממברנה החיצונית בהשוואה לסופראוקסיד טעון (O 2 -).

חלק מהחומרים הללו משמשים כקוטלי פטריות (כגון נגזרות של סטרובילורין, שהידוע שבהם הוא אזוקסיסטרובין, מעכב Q ext site) ותרופות נגד מלריה (אטוקווון).

ציטוכרום c אוקסידאז (ציטוכרום אוקסידאז) או ציטוכרום c חמצן אוקסידודורדוקטאז, הידוע גם כציטוכרום aa 3 וקומפלקס IV, הוא אוקסידאז סופני של שרשרת הולכת האלקטרונים הנשימה האירובית המזרזת את העברת האלקטרונים מציטוכרום. עםלחמצן ליצירת מים. ציטוכרום אוקסידאז קיים בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה של כל האיקריוטים, שם הוא מכונה בדרך כלל מורכב IV, כמו גם בקרום התא של חיידקים אירוביים רבים.

קומפלקס IV מחמצן ברצף ארבע מולקולות של ציטוכרום c ובקבלת ארבעה אלקטרונים, מפחית O 2 ל H 2 O. במהלך הפחתת O 2, ארבעה H + נלכדים מ

באאוקריוטים - על הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה. הנשאים ממוקמים בהתאם לפוטנציאל החיזור שלהם; הובלת אלקטרונים לאורך כל השרשרת מתרחשת באופן ספונטני.

פוטנציאל הפרוטון הופך על ידי סינתאז ATP לאנרגיית הקשר הכימי של ATP. העבודה המצומדת של סינתאז ETC ו-ATP נקראת זרחון חמצוני.

שרשרת הובלת אלקטרונים של מיטוכונדריה

• קומפלקס I (קומפלקס NADH dehydrogenase) מחמצן את NAD-H, לוקח ממנו שני אלקטרונים ומעביר אותם ל-ubiquinone מסיס בשומנים, שמתפזר בתוך הממברנה לקומפלקס III. במקביל, קומפלקס I שואב 2 פרוטונים ו-2 אלקטרונים מהמטריצה ​​לחלל הבין-ממברני של המיטוכונדריון.
• קומפלקס II (Succinate dehydrogenase) אינו שואב פרוטונים, אלא מספק אלקטרונים נוספים לשרשרת עקב חמצון של succinate.
• קומפלקס III (קומפלקס ציטוכרום bc 1) מעביר אלקטרונים מאוביקינון לשני ציטוכרום c מסיס במים הממוקם על הממברנה הפנימית של המיטוכונדריון. Ubiquinone מעביר 2 אלקטרונים, וציטוכרומים מעבירים אלקטרון אחד בכל מחזור. במקביל עוברים שם גם 2 פרוטונים של יוביקינון ונשאבים דרך הקומפלקס.
• קומפלקס IV (Cytochrome c oxidase) מזרז העברה של 4 אלקטרונים מ-4 מולקולות ציטוכרום ל-O 2 ומשאב 4 פרוטונים לחלל הבין-ממברני. הקומפלקס מורכב מציטכרומים a ו-a3, אשר בנוסף להם מכילים יוני נחושת.

השפעת פוטנציאל החמצון

חומר מצמצם	מְחַמצֵן	Ео´, В
H2	2 +	- 0,42
NAD H + H+	NAD +	- 0,32
NADP H + H+	NADP+	- 0,32
פלבופרוטאינים (מופחת)	פלבופרוטאין (מחומצן)	- 0,12
קואנזים Q H2	קואנזים Q	+ 0,04
ציטוכרום B (Fe2+)	ציטוכרום B (Fe3+)	+ 0,07
ציטוכרום C 1 (Fe2+)	ציטוכרום C 1 (Fe3+)	+ 0,23
ציטוכרומים A (Fe2+)	ציטוכרומים A(Fe3+)	+ 0,29
ציטוכרומים A3 (Fe2+)	ציטוכרומים A3 (Fe3+)	+0,55
H2O	½ O2	+ 0,82

מעכבי שרשרת נשימה

חומרים מסוימים חוסמים העברת אלקטרונים דרך קומפלקסים I, II, III, IV.

• מעכבי Complex I - ברביטורטים, רוטנון, piericidin
• מעכב Complex II הוא מלונאט.
• מעכב קומפלקס III - אנטימיצין A, מיקסותיאזול, סטיגמטלין
• מעכבי קומפלקס IV - מימן גופרתי, ציאניד, פחמן חד חמצני, תחמוצת חנקן, אזיד נתרן

שרשראות העברת אלקטרונים של חיידקים

חיידקים, בניגוד למיטוכונדריה, משתמשים במערך גדול של תורמי ומקבלי אלקטרונים, כמו גם מסלולי העברת אלקטרונים שונים ביניהם. מסלולים אלו יכולים להתבצע בו זמנית, למשל, אי - קוליכאשר הוא גדל על מצע המכיל גלוקוז כמקור העיקרי לחומר אורגני, הוא משתמש בשני NADH dehydrogenases ושני quinoloxidases, כלומר נוכחות של 4 מסלולי הובלה של אלקטרונים. רוב אנזימי ה-ETC ניתנים להשראה והם מסונתזים רק אם המסלול שהם נכנסים אליו מבוקש.

בנוסף לחומר אורגני, תורמי אלקטרונים בחיידקים יכולים לכלול מימן מולקולרי, פחמן חד חמצני, אמוניום, ניטריט, גופרית, גופרית וברזל דו ערכי. במקום NADH ו-succinate dehydrogenase, עשויים להיות נוכחים פורמט -, לקטט -, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, hydrogenase וכו'. במקום אוקסידאז, בשימוש בתנאים אירוביים, בהיעדר חמצן, חיידקים יכולים להשתמש ברדוקטזות המפחיתות שונות מקבלי אלקטרונים סופיים: פומראט רדוקטאז, ניטראט וניטריט רדוקטאז וכו'.

ראה גם

כתבו ביקורת על המאמר "שרשרת הנשימה של הובלת אלקטרונים"

הערות

קטע המאפיין את שרשרת הנשימה של הובלת אלקטרונים

לבסוף, הכל מסביב התחיל לזוז, וכל הקהל הלבוש להפליא הזה, כמו בקסם, התחלק לשני חלקים, ויצר מעבר רחב מאוד, "אולם נשפים" בדיוק באמצע. ואישה מהממת לחלוטין נעה לאט לאט לאורך המעבר הזה... או ליתר דיוק, זוג זז, אבל הגבר שלצדה היה כל כך פשוט אופקים ולא בולט, שלמרות בגדיו המפוארים, כל המראה שלו פשוט התפוגג ליד בת הזוג המהממת שלו.
הגברת היפה נראתה כמו אביב - שמלתה הכחולה הייתה רקומה כולה בציפורי גן עדן מהודרות ובפרחים ורודים-כסופים מדהימים, וזרים שלמים של פרחים טריים אמיתיים נחו בענן ורוד שביר על שערה המשי, המעוצב בצורה מורכבת, האפרפר. חוטים רבים של פנינים עדינות נכרכו סביב צווארה הארוך וממש זוהרו, החל מהלובן יוצא הדופן של עורה המדהים. עיניים כחולות ונוצצות ענקיות הביטו בברכה באנשים סביבה. היא חייכה בשמחה והייתה יפה להפליא....

המלכה הצרפתית מארי אנטואנט

ממש שם, בעמידה בנפרד מכולם, הפך אקסל ממש! "טרפה" אותו במבט בוער, גברת יפה מתקרבת אליו...
"אוי-אוי... כמה שהיא יפה!.." נשפה סטלה בהתלהבות. – היא תמיד כל כך יפה!..
- מה, ראית אותה הרבה פעמים? – שאלתי בעניין.
- הו כן! אני הולך להסתכל עליה לעתים קרובות מאוד. היא כמו אביב, לא?
- ואתה מכיר אותה?.. אתה יודע מי היא?
"כמובן!.. היא מלכה מאוד אומללה," הילדה הקטנה נעשתה קצת עצובה.
- למה לא מאושר? נראה לי שהיא מאוד שמחה", הופתעתי.
"זה רק עכשיו... ואז היא תמות... היא תמות מפחיד מאוד - הם כרתו לה את הראש... אבל אני לא אוהבת לראות את זה," לחשה סטלה בעצב.
בינתיים, הגברת היפה השיגה את אקסל הצעיר שלנו, ובראותה אותו, קפאה לרגע בהפתעה, ואז, מסמיקה מקסים, חייכה אליו במתיקות רבה. משום מה היה לי הרושם שהעולם קפא לרגע סביב שני האנשים האלה... כאילו לרגע קצר מאוד לא היה כלום ואף אחד בסביבה חוץ משניהם... אבל הגברת זזה הלאה, והרגע הקסום התפרק לאלפי רגעים קצרים שנשזרו בין שני האנשים האלה לחוט נוצץ חזק, כדי לא לתת להם ללכת...
אקסל עמד המום לגמרי ושוב לא הבחין באיש בסביבה, הביט בגברת היפה שלו, ולבו הכבוש עזב אט אט איתה... הוא לא הבחין במבטי היפהפיות הצעירות החולפות שהביטו בו, ולא הגיב להן. חיוכים נוצצים ומזמינים.

הרוזן אקסל פרסן מארי אנטואנט

כאדם, אקסל היה, כמו שאומרים, "גם מבפנים וגם מבחוץ" מאוד מושך. הוא היה גבוה וחינני, עם עיניים אפורות ורציניות, תמיד חביב, מסויג וצנוע, שמשכו נשים וגברים באותה מידה. פניו הנכונות והרציניות ממעטות להאיר בחיוך, אבל אם זה קרה, אז ברגע כזה אקסל הפך פשוט לבלתי ניתן לעמוד בפניו... לכן, זה היה טבעי לחלוטין שהחצי הנשי המקסים תעצים את תשומת הלב כלפיו, אבל, כדי החרטה המשותפת שלהם, אקסל התעניין רק בכך שיש רק יצור אחד בכל העולם הרחב - המלכה היפה, שאי אפשר לעמוד בפניו...
– האם הם יהיו ביחד? - לא יכולתי לעמוד בזה. - שניהם כל כך יפים!..
סטלה פשוט חייכה בעצב ומיד צללה אותנו ל"פרק" הבא של הסיפור הבלתי רגיל ואיכשהו הנוגע ללב הזה...
מצאנו את עצמנו בגן קיץ קטן ונעים מאוד בניחוח פרחים. מסביב, עד כמה שהעין יכולה לראות, היה פארק ירוק ומרהיב, מעוטר בפסלים רבים, ומרחוק נראה ארמון אבן עצום להפליא, שנראה כמו עיר קטנה. ובין כל ההוד ה"גרנדיוזי", המעיק מעט, המקיף הזה, רק הגן הזה, מוגן לחלוטין מעיניים סקרניות, יצר תחושה של נוחות אמיתית ואיזה יופי חם, "ביתי"...
התגברו על ידי החמימות של ערב הקיץ, ריחות מתוקים מסחררים של שיטים פורחים, ורדים ועוד משהו שלא יכולתי לזהות היו באוויר. מעל פני השטח הצלולים של הבריכה הקטנה, כמו במראה, השתקפו כוסות ענק של חבצלות מים ורודות ורכות ו"מעילי פרווה" לבנים כשלג של ברבורים מלכותיים עצלים, מוכנים לשינה. זוג צעיר ויפה הלך בשביל קטן וצר סביב בריכה. אי שם מרחוק נשמעה מוזיקה, צחוק נשי עליז הבליח כמו פעמונים, נשמעו קולות צהלה של אנשים רבים, ורק עבור שני אלה נעצר העולם ממש כאן, בפינה הקטנה הזו של הארץ, שבה באותו רגע הקולות העדינים. של ציפורים נשמעו רק להם; רק עבורם רשרש רוח שובב וקליל בעלי הכותרת של הוורדים; ורק עבורם, לרגע, הזמן עצר בעזרה, נותן להם את ההזדמנות להיות לבד - רק גבר ואישה שבאו לכאן להיפרד, אפילו בלי לדעת אם זה יהיה לנצח...
הגברת הייתה מקסימה ואיכשהו "אוורירית" בשמלת הקיץ הצנועה והלבנה שלה, רקומה בפרחים ירוקים קטנים. שערה האפרורי הנפלא נקשר לאחור בסרט ירוק, שגרם לה להיראות כמו פיית יער מקסימה. היא נראתה כל כך צעירה, טהורה וצנועה שלא זיהיתי בה מיד את יופייה המלכותי והמבריק של המלכה שראיתי רק לפני כמה דקות במלוא יופיה ה"טקסי" המפואר.

מערכת של חלבונים טרנסממברניים ונושאי אלקטרונים הקשורים מבחינה מבנית ותפקודית. זה מאפשר לך לאחסן את האנרגיה המשתחררת במהלך החמצון של NAD*H ו-FADH2 על ידי חמצן מולקולרי בצורה של פוטנציאל פרוטונים טרנסממברני עקב העברה רציפה של אלקטרון לאורך השרשרת, יחד עם שאיבת פרוטונים דרך הממברנה. שרשרת התחבורה באאוקריוטים ממוקמת על הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית. ישנם 4 קומפלקסים מולטי-אנזים בשרשרת הנשימה. יש גם קומפלקס נוסף שאינו מעורב בהעברת אלקטרונים, אלא מסנתז ATP.

1 - CoA oxidoreductase.

1. מקבל אלקטרונים מ-NADH ומעביר אותם לקואנזים Q (יוביקינון). 2.מעביר 4 ​​יוני H+ למשטח החיצוני של הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית.

דהידרוגנאזות תלויות FAD 2.

1. הפחתת FAD על ידי ציטוכרום c oxidoreductase.

2.מקבל אלקטרונים מקו-אנזים Q ומעביר אותם לציטוכרום c.

3.מעביר 2 יוני H+ למשטח החיצוני של הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית.

ציטוכרום c-oxygen oxidoreductase הרביעי.

1. מקבל אלקטרונים מציטוכרום c ומעביר אותם לחמצן ליצירת מים.

2.מעביר 4 ​​יוני H+ למשטח החיצוני של הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית. כל אטומי המימן שנבקעו ממצעים על ידי דהידרוגנאזות בתנאים אירוביים מגיעים לממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית כחלק מ-NADH או FADH2.

כאשר האלקטרונים נעים, הם מאבדים אנרגיה -> אנרגיה מבוזבזת על ידי קומפלקסים על שאיבת פרוטונים H. העברת יוני H מתרחשת באזורים מוגדרים בהחלט -> אזורי צימוד. תוצאה: ATP מיוצר: יוני H+ מאבדים את האנרגיה שלהם עוברים דרך סינתאז ATP. חלק מהאנרגיה הזו מושקעת בסינתזה של ATP. החלק השני מתפזר כחום.

שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית מורכבת מ-5 קומפלקסים מולטי-אנזים, שתת-היחידות שלהם מקודדות על ידי גנים גרעיניים ומיטוכונדריאליים כאחד. קו-אנזים Q10 וציטוכרום c מעורבים בהובלת אלקטרונים. האלקטרונים מגיעים ממולקולות NAD*H ו-FAD"H ומועברים לאורך שרשרת הנשימה. האנרגיה המשתחררת משמשת להובלת פרוטונים אל הממברנה החיצונית של המיטוכונדריה, והגרדיאנט האלקטרוכימי המתקבל משמש לסינתזה של ATP באמצעות קומפלקס V של שרשרת נשימה מיטוכונדריאלית

44. רצף ומבנה של נושאי אלקטרונים בשרשרת הנשימה

מתחם 1. NADH-CoQ oxidoreductase

לקומפלקס זה יש גם את שם העבודה NADH dehydrogenase, מכיל FMN (flavin mononucleotide), 22 מולקולות חלבון, מתוכן 5 חלבוני ברזל-גופרית במשקל מולקולרי כולל של עד 900 kDa.

מקבל אלקטרונים מ-NADH ומעביר אותם לקו-אנזים Q (ubiquinone).

מעביר 4 ​​יוני H+ למשטח החיצוני של הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית.

2 מתחם. Dehydrogenases תלויי FAD

זה כולל אנזימים תלויי FAD הממוקמים על הממברנה הפנימית - למשל, acyl-SCoA dehydrogenase (חמצון חומצות שומן), succinate dehydrogenase (מחזור חומצה טריקרבוקסילי), דהידרוגנאז של מיטוכונדריאלי גליצרול-3-פוספט (NADH מעבורת למיטוכונדריה).

הפחתת FAD בתגובות חיזור.

הבטחת העברה של אלקטרונים מ-FADN2 לחלבוני ברזל-גופרית של הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית. אלקטרונים אלה עוברים לאחר מכן לקו-אנזים Q.

46. ​​מנגנונים ביוכימיים של הפרדת חמצון וזרחון, גורמים הגורמים להםניתוק הנשימה וזרחון

כמה כימיקלים (פרוטונופורים) יכולים להעביר פרוטונים או יונים אחרים (יונופורים) מהחלל הבין-ממברני דרך הממברנה אל המטריצה, תוך עקיפת תעלות הפרוטונים של סינתאז ATP. כתוצאה מכך, הפוטנציאל האלקטרוכימי נעלם וסינתזת ה-ATP נעצרת. תופעה זו נקראת ניתוק נשימה וזרחון. כתוצאה מניתוק, כמות ה-ATP יורדת וה-ADP עולה. במקרה זה, קצב החמצון של NADH ו-FADH2 עולה, וגם כמות החמצן הנספג עולה, אך אנרגיה משתחררת בצורת חום, ויחס ה-P/O יורד בחדות. ככלל, uncouplers הם חומרים ליפופיליים שעוברים בקלות דרך שכבת השומנים של הממברנה. אחד מהחומרים הללו הוא 2,4-דיניטרופנול (איור 6-17), שעובר בקלות מצורה מיוננת לבלתי מיוננת, מחבר פרוטון בחלל הבין-ממברני ומעביר אותו אל המטריצה.

דוגמאות לניתוק יכולות להיות גם תרופות מסוימות, למשל, dicumarol - נוגד קרישה (ראה סעיף 14) או מטבוליטים שנוצרים בגוף, בילירובין - תוצר של קטבוליזם (ראה סעיף 13), תירוקסין - הורמון בלוטת התריס (ראה סעיף 11). כל החומרים הללו מציגים אפקט ניתוק רק בריכוזים גבוהים.

כיבוי הזרחן לאחר דלדול של ADP או פוספט אנאורגני מלווה בעיכוב הנשימה (אפקט בקרת נשימה). מספר רב של השפעות הפוגעות בממברנה המיטוכונדריאלית משבשות את הצימוד בין חמצון לזרחון, ומאפשרות העברת אלקטרונים להתרחש גם בהיעדר סינתזת ATP (אפקט ניתוק צימוד)

1. תפוקה כוללת:

כדי לסנתז מולקולת ATP אחת, נדרשים 3 פרוטונים.

2. מעכבי זרחן חמצוני:

מעכבים חוסמים את קומפלקס V:

אוליגומיצין - חסימת תעלות פרוטונים של סינתאז ATP.

Atractyloside, Cyclophylline - לחסום טרנסלוקזות.

3. מנתקים של זרחון חמצוני:

מפרקים הם חומרים ליפופיליים המסוגלים לקבל פרוטונים ולהעביר אותם דרך הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה, תוך עקיפת קומפלקס V (תעלת הפרוטונים שלו). מנתקים:

טבעי - מוצרים של חמצון שומנים, חומצות שומן ארוכות שרשרת; מינונים גדולים של הורמוני בלוטת התריס.

מלאכותי - דיניטרופנול, אתר, נגזרות ויטמין K, חומרי הרדמה.