Superkompleksu klātbūtni elpošanas elektronu transporta ķēdē nodrošina SCAFI proteīns. Elpošanas ķēde Samazināta dzintarskābes elektronu transportēšanas ķēde

11.3.3.1. Elektronu nesēji

Elektronu nesēji atrodas uz virsmas vai dziļi iekšējā mitohondriju membrānā, kas ir sakārtota krustos, kuru skaits un iepakojuma blīvums korelē ar šūnas enerģijas vajadzībām.

Daudzi elektronu nesēji ir proteīni, kas satur hēmu kā protezēšanas grupu.

Hēmas molekulas īpašības ir atkarīgas no olbaltumvielām, kurām tā ir pievienota. Turklāt hemes dažādos citohromos var atšķirties pēc sānu grupu struktūras un piestiprināšanas metodes apoproteīnam. Tāpēc citohromi var atšķirties pēc redokspotenciāla, lai gan tiem visiem ir gandrīz vienādas protezēšanas grupas.

Elektronu nesējus sauc par citohromiem, jo ​​tie ir krāsoti sarkanā krāsā. Dažādus citohromus apzīmē ar burtu indeksiem: s 1, s, a, a 3 – secībā pēc to atrašanās vietas ķēdē.

Cits nehēmu dzelzi saturošu elektronu nesēju veids ietver proteīnus, kuros dzelzs atomi ir saistīti ar olbaltumvielu cisteīna atlikumu sulfhidrilgrupām, kā arī ar atlikumu sulfhidrila anjoniem, veidojot dzelzs-sēra kompleksus vai centrus ( 29. att.).

Rīsi. 29. Dzelzs-sēra centra uzbūve

Tāpat kā citohromos, dzelzs atomi šādos centros var pieņemt un nodot elektronus, pārmaiņus pārejot uz fero (Fe 2+) un ferri (Fe 3+) stāvokli. Dzelzs-sēra centri darbojas kopā ar flavīnu saturošiem enzīmiem, pieņemot elektronus no sukcināta dehidrogenāzes un dehidrogenāzes, kas iesaistītas tauku oksidācijā.

Cits transportiera veids ir FMN saturošs proteīns. FMN (flavīna adenīna mononukleotīds) ir savienojums, kas ir FAD molekulas flavīna puse. FMN pārnes elektronus no FADN uz dzelzs-sēra centriem.

Visi proteīnu nesēji ir neatņemami proteīni, kas membrānā ieņem stingri fiksētu pozīciju un ir noteiktā veidā orientēti. Izņēmums ir citohroms c, kas ir vāji saistīts ar ārējo membrānu un viegli to atstāj.

Vienīgais ne-olbaltumvielu elektronu nesējs ir ubihinons, kas nosaukts tāpēc, ka, no vienas puses, tas ir hinons, un, no otras puses, tas ir atrodams visur (no angļu valodas. visuresošs- visuresošs). Tās saīsinātais nosaukums ir CoQ, UQ vai vienkārši Q. Visi dzelzs sēra centri ziedo elektronus ubihinonam.

Redukcijas laikā ubihinons iegūst ne tikai elektronus, bet arī protonus (30. att.).

30. att. Ubihinons – koenzīms Q (a)
un tā redokspārveidojumi (b)

Ar viena elektrona reducēšanu tas pārvēršas par semihinonu (organisko brīvo radikāli), un ar divu elektronu reducēšanu pārvēršas par hidrohinonu. Tas ir starpposma brīvo radikāļu veidošanās, kas ļauj ubihinonam kalpot nevis divu, bet gan viena elektrona nesējam. Ļoti garā hidrofobā aste (40 oglekļa atomi desmit secīgos izoprenoīdu atlikumos) dod ubihinonam spēju viegli ievietot un brīvi pārvietoties iekšējās mitohondriju membrānas nepolārajā slānī.

11.3.3.2. Vektoru atrašanās vieta

Elektronu plūsma starp nesējiem tiek virzīta no nesēja ar lielāku reducēšanas potenciālu (t.i., zemāku redokspotenciālu) uz nesēju ar mazāku reducēšanas potenciālu (t.i., vairāk oksidētu, ar lielāku redokspotenciālu) (31. att.).

31. att. Elpošanas ķēdes komponentu redokspotenciāls mitohondrijās

Mitohondriju ķēdē transportētājiem ir atšķirīgs redokspotenciāls.

Elektronu nesēji ķēdē atrodas ķēdē tā, ka DG 0 (brīvā enerģija) pakāpeniski samazinās un attiecīgi palielinās redokspotenciāls. Katrā elektronu pārneses posmā uz nesēju, kas atrodas blakus ķēdei, tiek atbrīvota brīvā enerģija.

Glikozes oksidēšanas laikā elektroni tiek pārnesti no NADH un FADH 2 uz skābekli. Šajā procesā ir iesaistīti daudzi transportētāji, taču tos var sagrupēt četros kompleksos, kas ir iestrādāti mitohondriju membrānā.
(32. att.).

Rīsi. 32.Četri elektronu transporta kompleksi
mitohondriju membrānā

Starp kompleksiem elektroni pārvietojas kopā ar mobilajiem nesējiem: ubihinonu un citohromu c. Ubihinons saņem elektronus no I un II kompleksa un pārnes tos uz III kompleksu. Citohroms c kalpo kā starpnieks starp III un IV kompleksiem. Komplekss I pārnes elektronus no NADH uz Q; komplekss II – no sukcināta caur FADN 2 līdz Q; komplekss III izmanto QH 2, lai samazinātu citohromu c, un komplekss IV pārnes elektronus no citohroma Ar par skābekli. I, III un IV kompleksi tiek saukti attiecīgi par NADH-CoQ reduktāzi, CoQH 2 -citohromu. Ar-reduktāze un citohroma oksidāze. Komplekss IV - citohroma oksidāze - sastāv no vairākiem proteīniem. Tas saņem elektronus no citohroma Ar iekšējās mitohondriju membrānas ārpusē. Ceļā uz skābekli šie elektroni iziet cauri citohromiem A Un a 3, kas satur vara atomus, kas pārmaiņus pārvēršas Cu + un Cu 2+ stāvokļos. Citohroma oksidāze samazina brīvo skābekli:

O 2 + 4 e - + 4H+® 2H2O

11.3.3.3. Mičela ķīmijmotiskā teorija

Elektronu transportēšana gar elpošanas ķēdi izraisa ATP veidošanos. Elektronu transporta savienošanas ar ATP sintēzi mehānisma koncepciju 1961. gadā izstrādāja angļu bioķīmiķis Pīters Mičels (Mičelam 1978. gadā tika piešķirta Nobela prēmija). Mičels atklāja, ka elektronu plūsma izraisa protonu izsūknēšanu no mitohondrijiem apkārtējā vidē, radot protonu gradientu pāri membrānai (ārējā šķīduma pH samazinās). Tā kā protoni ir pozitīvi uzlādētas daļiņas, to izsūknēšanas dēļ no mitohondrijiem uz membrānas rodas elektriskā potenciāla atšķirība (mīnus - iekšpusē) un pH atšķirība (lielāka - iekšpusē). Elektriskie un koncentrācijas gradienti kopā veido (pēc Mičela) protonu dzinējspēku, kas ir enerģijas avots ATP sintēzei (33. att.).

Rīsi. 33. ATP sintēzes shēma iekšējā
mitohondriju membrāna

Protonu dzinējspēks virza ATP sintāzes kompleksus, kas izmanto elektronu plūsmu, lai sintezētu ATP no ADP un fosfora.Kompleksi ir specializēti protonu kanāli (sēnes formas projekcijas, kas pārklāj kristālu iekšējo virsmu). Kompleksu attēlo divi savstarpēji saistīti komponenti F 0 F 1, no kuriem katrs sastāv no vairākām olbaltumvielu molekulām. F 0 ir padziļināts membrānā, un F 1 atrodas uz tās virsmas. Tieši F1 tiek sintezēts ATP, savukārt F0 pilda paša protonu kanāla funkciju (34. att.).

34. attēls. E. coli F 0 F 1 ATP sintetāzes "sēnes" struktūras shematisks attēlojums. F 0 komponents iekļūst membrānā, veidojot kanālu protoniem. Tiek pieņemts, ka F 1 sastāv no trim a un trim b apakšvienībām, kas sakārtotas tā, lai tās veidotu heksamerisku struktūru, piemēram, “sēņu cepurīti”, un viena g, viena d un viena e apakšvienība, kas veido “stieni”, kas savieno F 0 uz F 1 kanālu

Nav precīzi zināms, kā ATP tiek ģenerēts, izmantojot ATP sintetāzi. Saskaņā ar vienu teoriju, protonu pārvietošanas laikā, izmantojot F0 faktoru, F1 komponentā notiek konformācijas izmaiņas, kas sintezē ATP no ADP un fosfora.

Katram elektronu pārim, kas pārnests no NADH uz skābekli, no mitohondriju matricas tiek izsūknēti 10 protoni. Tādējādi 1 NADH molekulas oksidēšanās noved pie 2,5 ATP molekulu sintēzes, bet 1 FADH 2 molekulas oksidēšanās noved pie 1,5 ATP molekulu sintēzes. Iepriekš tika uzskatīts, ka tika sintezētas attiecīgi trīs un divas ATP molekulas. Šos lielumus parasti sauc par P/O attiecībām, jo ​​2 elektronu pārnese ir līdzvērtīga 1 skābekļa atoma reducēšanai.

ATP iznākums glikozes molekulas oksidēšanās laikā līdz CO 2 un H 2 O.

Glikolīzē rodas 2 ATP molekulas (4 tiek ražotas, bet 2 tiek patērētas). Glikolīzes laikā citoplazmā veidojas arī 2 NADH molekulas uz 1 glikozes molekulu. Citronskābes ciklā veidojas 2 ATP molekulas (no 1 glikozes molekulas veidojas 2 acetil-CoA molekulas, izraisot divus cikla apgriezienus).

Uz katru 1 glikozes molekulu piruvāta dehidrogenāze ražo 2 NADH molekulas, bet citronskābes cikls ražo 6 NADH molekulas. To oksidēšanās noved pie 20 ATP molekulu sintēzes. Vēl trīs ATP molekulas veidojas, pateicoties FADH 2 oksidēšanai sukcināta pārvēršanas laikā par fumarātu.

Kopējā ATP molekulu izlaide būs atkarīga no tā, kādu atspoles mehānismu (glicerofosfātu un malāta aspartātu) izmanto šūnas, lai nogādātu NADH elpošanas ķēdē. Glicerīna fosfāta mehānismā elektroni no NADH tiek pārnesti uz dihidroksiacetona fosfātu, veidojot glicerīna-3-fosfātu, kas pārnes elektronus uz elpošanas ķēdi (35. att.). Tas notiek, piedaloties enzīmam glicerīna-3-fosfāta dehidrogenāzei. Ar citoplazmas NADH palīdzību tiek atjaunots mitohondriju FAD, kas ir flavoproteīna - glicerīna-3-fosfāta dehidrogenāzes - protezēšanas grupa.

Rīsi. 35. Glicerīna fosfāta atspoles mehānisms

Vēl viena atspoles sistēma, malāta-aspartāta sistēma, pārnes elektronus no citoplazmas NADH uz mitohondriju NAD + (36. att.). Tas noved pie mitohondriju NADH veidošanās, kas tālāk tiek oksidēts elektronu transporta ķēdē. Citoplazmā NADH reducē oksaloacetātu līdz malātam. Pēdējais ar nesēja palīdzību nonāk mitohondrijās, kur, samazinot NAD +, tiek reoksidēts par oksaloacetātu. Oksaloacetāts pats nevar iziet no mitohondrijiem, tāpēc tas vispirms pārvēršas par aspartātu, ko nesējs transportē citoplazmā. Citoplazmā aspartāts tiek deaminēts, pārvēršoties oksaloacetātā un tādējādi aizverot atspoles mehānismu.

36. att. Malāta-aspartāta atspoles sistēma elektronu pārnesei

Tie ir proteīnu kompleksi un elektronu nesēji, kas peld uz mitohondriju iekšējās membrānas, nododot elektronus viens otram pa ķēdi un tādējādi radot enerģiju. Ir četri elpošanas proteīnu kompleksi, un joprojām nav skaidrs, kā tie ir sakārtoti uz membrānas: vai tie peld neatkarīgi viens no otra vai savienojas kopā, veidojot tā sauktos superkompleksus. Spānijas pētnieku grupa atklāja, ka proteīns, ko sauc par SCAFI (superkomplekss montāžas faktors I), īpaši regulē elpošanas kompleksu montāžu superkompleksos.

Pirms vairākām desmitgadēm, kad mitohondriju elpošanas proteīnu kompleksi tika tikko izolēti un pētīti, tika pieņemts, ka tie pastāv membrānā neatkarīgi viens no otra un sazinās tikai ar elektronu nesēju palīdzību, kas pārvietojas starp tiem - ubihinonu un citohromu c (att. 1). Šo pieņēmumu sauc par "šķidruma modeli". Taču pamazām parādījās pierādījumi, ka situācija nav tik vienkārša un ka elpošanas kompleksi savā starpā var apvienoties lielākās struktūrās – “superkompleksos”.

Piemēram, tika konstatēts, ka I komplekss parasti ir nestabils, ja nav III vai IV kompleksa. Un 2000. gadā tika izvirzīta drosmīga hipotēze - to sauca par "cieto modeli" -, saskaņā ar kuru I, III un IV kompleksi tiek apvienoti vienā milzīgā superkompleksā, ko sauc par respirasomu, kā rezultātā tie darbojas harmoniskāk ( skat. Hermann Schägger, Kathy Pfeiffer, 2000. Superkompleksi rauga un zīdītāju mitohondriju elpošanas ķēdēs). Nepieciešamās respirasomas tika izolētas no liellopu sirds muskuļa mitohondrijiem, taču, kā vienmēr šādos delikātos molekulāros pētījumos, pastāvēja iespēja, ka tas ir vienkārši nepareizi izvēlētas tehnikas artefakts, un kompleksi tika savienoti kopā, nevis liellopu mitohondriālos. membrānā, bet tieši pētnieka mēģenē. Turpmākajos gados tika veikti daudzi mēģinājumi pierādīt vai atspēkot respirasomas esamību, taču veltīgi: netika iegūti pārliecinoši argumenti ne par, ne pret respirasomu. Respirasomas un citi superkompleksi bija lieliski nosakāmi mitohondrijās, izmantojot dažus proteīnu izolācijas paņēmienus, taču joprojām nebija skaidrs, vai tas ir fakts vai artefakts.

Pārrunātā darba autori nolēma pieiet problēmai no cita leņķa. Ja respirasomas (un citi superkompleksi) nav artefakts, tad tās, iespējams, sastāvēs ne tikai no elpošanas kompleksiem kā tādiem, bet arī no dažiem citiem palīgproteīniem. Un, ja šie palīgproteīni tiek identificēti un pēc tam ar tiem “spēlēti” - piemēram, tos izslēdzot vai ieslēdzot -, jūs varat iegūt netiešus pierādījumus (vai, tieši otrādi, atspēkojumus) par superkompleksu esamību, kā arī vispārīgi saprast, kādos apstākļos. šie kompleksi veidojas un kāpēc tie ir vajadzīgi?

Tāpēc pētnieki vispirms atsevišķi no mitohondrijiem izolēja superkompleksus un elpošanas kompleksus (tas tika darīts, izmantojot zilo native elektroforēzi (skatīt BN-PAGE) - vienu no maigākajiem proteīnu maisījumu atdalīšanas veidiem), un pēc tam analizēja olbaltumvielas, kas veido superkompleksus un "atsevišķi" kompleksi. "elpošanas kompleksi.

Un izrādījās, ka viens proteīns (kuram bija neskaidrs nosaukums Cox7a2l - citohroma c oksidāzes apakšvienība VIIa polipeptīdam 2 līdzīgs) atrodas tikai superkompleksos, kas satur elpošanas kompleksu IV (tas ir, respirasomā un superkompleksā III+IV), un tas ir. nav atrodams atsevišķos kompleksos. Paralēli pētniekiem paveicās nejauši atklāt, ka trīs mutantu peļu šūnu līnijās ar bojātu (un šķietami dzīvotspējīgu) šī proteīna formu superkompleksi, kas ietver kompleksu IV mitohondriju membrānā, vispār netika atklāti. Turklāt, ja mutantu šūnās tiek ievietots normāla proteīna gēns, tad tajās sāk veidoties šie superkompleksi. No tā visa pētnieki izdarīja loģisku secinājumu: šis proteīns palīdz kompleksam IV veidot superkompleksus un tāpēc ir pelnījis to pārdēvēt par superkompleksu montāžas faktoru I (SCAFI) un izpētīt sīkāk.

Taisnības labad jāatzīmē, ka ideja par olbaltumvielām, kas stabilizē superkompleksus, nav jauna: pagājušajā gadā raugā jau tika atklāti divi proteīni Rcf1 un Rcf2, kas arī bija iesaistīti superkompleksu veidošanā (sk.: V. Strogolova et al., 2012. Rcf1 un Rcf2, hipoksijas izraisītas gēna 1 proteīnu saimes locekļi, ir mitohondriju citohroma bc1-citohroma c oksidāzes superkompleksa kritiskās sastāvdaļas).

Kāpēc ir nepieciešama superkompleksu veidošanās? Pētnieki piedāvāja elegantu šīs parādības skaidrojumu (2. attēls).

Pieņemsim, ka membrānā nav superkompleksu, un elpošanas kompleksi darbojas individuāli un neatkarīgi viens no otra. Tad elektronu pārnešana notiek pa vienkāršu ceļu ar tikai vienu atzaru: komplekss I pārnes elektronus no NADH uz koenzīmu Q (sauksim šo koenzīma Q kopu “CoQ NADH”), komplekss II pārnes elektronus no sukcināta uz koenzīmu Q (mēs' šo koenzīma Q kopu sauc par “CoQ FAD”, jo oksidēšanās kompleksā II notiek ar kofaktora FAD palīdzību); pēc tam no abiem koenzīma Q kopumiem elektroni tiek pārnesti uz citohromu c, izmantojot kompleksu III (tas ir, veidojas tikai viens liels citohroma c kopums, sauksim to par Cyt c abiem, jo ​​tas pieder abām plūsmām); un visbeidzot, citohroms c, ko ieslodzīja komplekss IV, pārnes elektronus uz skābekli. Citiem vārdiem sakot, visā sistēmā ir tikai viens IV kompleksu kopums - sauksim to par IV kompleksu abiem.

Ja bez vientuļajiem kompleksiem membrānā peld arī superkompleksi, tad elektronu ceļš ir sarežģītāks un sazarotāks. Papildus iepriekš aprakstītajam ceļam caur brīvajiem kompleksiem tie var iekļūt arī respirasomā, kur galu galā atsevišķs IV kompleksa baseins (sauksim to par IV NADH) pārnes tos no atsevišķa citohroma c kopuma uz skābekli. Ar II kompleksa palīdzību viņi var nokļūt superkompleksā III+IV, no kurienes atkal nonāks pie skābekļa (šo kompleksu kopu sauksim IV IV FAD). Tādējādi mums ir trīs kompleksu kopas IV - IV NADH, IV FAD un IV abi.

Šāda dalījuma rezultātā sistēma kļūst elastīgāka, apdrošināta pret pārsātinājumu ar vienu substrātu un substrātu konkurenci un, otrādi, pielāgota dažādu substrātu izmantošanai optimālā līmenī. Piemēram, ja mitohondrijus “barojat” tikai ar sukcinātu (kas sūta elektronus pa FAD ceļu), tad, ja nav superkompleksu, tie to apstrādās ātrāk nekā to klātbūtnē. Taču, ja šos mitohondrijus ievieto barotnē, kurā ir gan sukcināts, gan piruvāts + malāts (nosūta elektronus pa NADH ceļu), tad sukcināta apstrāde superkompleksus saturošajos mitohondrijos nemainīsies, bet mitohondrijās bez superkompleksiem tā ievērojami samazināsies (att. 3).

Acīmredzot superkompleksu klātbūtne ir vienkārši papildu un neobligāts “loks” elektronu transportēšanas ķēdē. Lai gan superkompleksi šai ķēdei acīmredzot pievieno ergonomiku, pat tad, ja to nav, mitohondriji (kā arī dzīvnieki, kuros šie mitohondriji darbojas) jūtas lieliski. Apspriežamais darbs, pirmkārt, sniedz ģenētiskus pierādījumus par superkompleksu klātbūtni, un, otrkārt, piedāvā elegantu teoriju par elektronu transportēšanas ķēdes plastiskumu.

Kur tiek inducēts protonu potenciāls? Protonu potenciālu ATP sintāze pārvērš ATP ķīmiskās saites enerģijā. ETC un ATP sintāzes konjugēto darbu sauc par oksidatīvo fosforilāciju.

Eikariotu mitohondrijās elektronu transportēšanas ķēde sākas ar NADH oksidēšanu un ubihinona Q reducēšanu ar kompleksu I. Tālāk komplekss II oksidē sukcinātu par fumarātu un samazina ubihinonu Q. Ubihinonu Q oksidē un reducē citohroma c komplekss III. Ķēdes beigās komplekss IV katalizē elektronu pārnešanu no citohroma c uz skābekli, veidojot ūdeni. Reakcijas rezultātā uz katriem konvencionāli atbrīvotiem 6 protoniem un 6 elektroniem izdalās 2 molekulas ūdens, jo tiek iztērēta 1 molekula O2 un 10 molekulas NAD∙H.

Komplekss I jeb NADH dehidrogenāzes komplekss oksidē NAD-H. Šim kompleksam ir galvenā loma šūnu elpošanas procesos un. Šis komplekss rada gandrīz 40% no ATP sintēzes protonu gradienta. Komplekss I oksidē NADH un samazina vienu ubihinona molekulu, kas izdalās membrānā. Katrai oksidētai NADH molekulai komplekss pārnes četrus protonus pa membrānu. NADH dehidrogenāzes komplekss paņem no tā divus elektronus un pārnes tos uz ubihinonu. Ubihinons ir lipīdos šķīstošs. Ubihinons membrānas iekšpusē izkliedējas kompleksā III. Tajā pašā laikā komplekss I sūknē 2 protonus un 2 elektronus no matricas mitohondrijās.

Kompleksa I elektronu transportēšanas ķēde. Pelēkās bultiņas - maz ticams vai nu jau vairs neeksistējošs transporta ceļš

N5 klasterim ir ļoti zems potenciāls, un tas ierobežo kopējās elektronu plūsmas ātrumu visā ķēdē. Dzelzs-sēra centru parasto ligandu vietā (četri cisteīna atlikumi) to koordinē trīs cisteīna atlikumi un viens histidīna atlikums, un to ieskauj arī lādēti polārie atlikumi, lai gan tas atrodas dziļi fermentā.

Klasteris N7 atrodas tikai dažu baktēriju I kompleksā. Tas ir ievērojami noņemts no pārējām kopām un nevar ar tiem apmainīties ar elektroniem, tāpēc tas acīmredzot ir relikts. Dažos baktēriju kompleksos, kas saistīti ar kompleksu I, starp N7 un citām kopām un baktēriju kompleksā I tika atrasti četri konservēti cisteīna atlikumi. Aquifex aeolicus tika atklāts papildu Fe 4 S 4 klasteris, kas savieno N7 ar atlikušajiem klasteriem. No tā izriet, ka A. aeolicus komplekss I, papildus NADH, var izmantot citu elektronu donoru, kas tos pārnes caur N7.

NADH dehidrogenāzes komplekss oksidē NADH, kas veidojas matricā trikarbonskābes cikla laikā. Elektronus no NADH izmanto, lai atjaunotu membrānas transportētāju ubihinonu Q, kas tos pārnes uz nākamo mitohondriju elektronu transportēšanas ķēdes kompleksu, III kompleksu vai citohromu. bc 1-komplekss.

NADH dehidrogenāzes komplekss darbojas kā protonu sūknis: katram oksidētam NADH un reducētajam Q caur membrānu starpmembrānu telpā tiek iesūknēti četri protoni:

Reakcijas laikā radītais elektroķīmiskais potenciāls tiek izmantots ATP sintezēšanai. Reakcija, ko katalizē komplekss I, ir atgriezeniska, process, ko sauc par aerobo sukcināta izraisītu NAD+ reducēšanu. Augsta membrānas potenciāla un pārmērīga samazinātu ubihinolu apstākļos komplekss var samazināt NAD+, izmantojot savus elektronus, un nodot protonus atpakaļ matricā. Šī parādība parasti rodas, ja ir daudz sukcināta, bet maz oksaloacetāta vai malāta. Ubihinona samazināšanos veic enzīmi sukcināta dehidrogenāze jeb mitohondriju fermenti. Augsta protonu gradienta apstākļos palielinās kompleksa afinitāte pret ubihinolu, un ubihinola redokspotenciāls samazinās, palielinoties tā koncentrācijai, kas nodrošina elektronu reverso transportēšanu gar iekšējās mitohondriju membrānas elektrisko potenciālu uz. NAD. Šī parādība tika novērota laboratorijas apstākļos, taču nav zināms, vai tā notiek dzīvā šūnā.

I kompleksa izpētes sākumposmā plaši apspriestais modelis tika balstīts uz pieņēmumu, ka kompleksā darbojas līdzīga sistēma. Tomēr vēlākos pētījumos I kompleksā netika atrasti iekšēji saistīti hinoni un pilnībā noraidīja šo hipotēzi.

Šķiet, ka NADH dehidrogenāzes kompleksam ir unikāls protonu transportēšanas mehānisms, izmantojot konformācijas izmaiņas pašā fermentā. ND2, ND4 un ND5 apakšvienības sauc par antiportiem, jo ​​tās ir homologas viena otrai un baktēriju Mrp Na + / H + antiportiem. Šīs trīs apakšvienības veido trīs galvenos protonu kanālus, kas sastāv no konservētiem lādētu aminoskābju atlikumiem (galvenokārt lizīna un glutamāta). Ceturto protonu kanālu veido daļa no Nqo8 apakšvienības un mazajām apakšvienībām ND6, ND4L un ND3. Kanāls pēc struktūras ir līdzīgs līdzīgiem antiportveida apakšvienību kanāliem, bet satur neparasti lielu skaitu blīvi iesaiņotu glutamāta atlikumu matricas pusē, tāpēc to sauc par E-kanālu (kā standarts tiek izmantots latīņu E. glutamāta apzīmējums). No ND5 apakšvienības C-gala stiepjas pagarinājums, kas sastāv no divām transmembrānas spirālēm, kas savienotas ar neparasti garu (110 Å) α-spirāli (HL), kas, ejot gar kompleksa matricu vērsto pusi, fiziski savieno visas trīs. antiportam līdzīgas apakšvienības un, iespējams, iesaistītas elektronu transporta savienošanā ar konformācijas pārkārtošanos. Vēl viens savienojuma elements, βH, ir izveidots ar virkni pārklājošu un α-spirāles, un tas atrodas kompleksa pretējā, periplazmatiskajā pusē. Joprojām nav pilnīgi zināms, kā tieši elektronu transportēšana ir saistīta ar protonu pārnesi. Tiek uzskatīts, ka N2 klastera spēcīgais negatīvais lādiņš var atgrūst apkārtējos polipeptīdus, izraisot konformācijas izmaiņas, kas kaut kādā veidā izplatās uz visām antiportveida apakšvienībām, kas atrodas diezgan tālu viena no otras. Vēl viena hipotēze liecina, ka konformācijas izmaiņas liek neparasti garajai ubikinona saistīšanās vietai stabilizēt ubihinolu Q-2 ar ārkārtīgi zemu redokspotenciālu un negatīvu lādiņu. Daudzas detaļas par konformācijas izmaiņu kinētiku un ar to saistīto protonu transportēšanu joprojām nav zināmas.

Visvairāk pētītais kompleksa I inhibitors ir rotenons (plaši izmantots kā organiskais pesticīds). Rotenons un rotenoīdi ir izoflavonoīdi, kas atrodas vairāku tropu augu ģinšu saknēs, piemēram, Antonija (Loganiaceae), Deriss Un Lonchocarpus (Fabaceae). Rotenons jau sen ir izmantots kā insekticīds un zivju inde, jo kukaiņu un zivju mitohondriji ir īpaši jutīgi pret to. Zināms, ka Francijas Gviānas pamatiedzīvotāji un citi Dienvidamerikas indiāņi rotenonu saturošus augus zvejai izmantoja jau 17. gadsimtā. Rotenons mijiedarbojas ar ubikinona saistīšanās vietu un konkurē ar galveno substrātu. Ir pierādīts, ka ilgstoša I kompleksa sistēmiskā inhibīcija ar rotenonu var izraisīt selektīvu dopamīnerģisko neironu nāvi (kas izdala neirotransmitera dopamīnu). Piericidin A, vēl viens spēcīgs kompleksa I inhibitors, kas strukturāli līdzīgs ubihinonam, darbojas līdzīgi. Šai grupai pieder arī nātrija amitāls, barbitūrskābes atvasinājums.

Neskatoties uz vairāk nekā 50 gadu I kompleksa pētījumu, nav bijis iespējams atklāt inhibitorus, kas bloķē elektronu pārnesi kompleksā. Hidrofobi inhibitori, piemēram, rotenons vai piericidīns, vienkārši pārtrauc elektronu pārnešanu no gala N2 klastera uz ubihinonu.

Vēl viena viela, kas bloķē I kompleksu, ir adenozīna difosfāta riboze NADH oksidācijas reakcijā. Tas saistās ar enzīmu nukleotīdu saistīšanās vietā (FAD).

Daži no spēcīgākajiem I kompleksa inhibitoriem ir acetogenīna saime. Ir pierādīts, ka šīs vielas veido ķīmiskas šķērssaites ar ND2 apakšvienību, kas netieši norāda uz ND2 lomu ubikinona saistīšanā. Interesanti atzīmēt, ka acetogenīns rolliniastatīns-2 bija pirmais kompleksa I inhibitors, kas atklāts, ka tas saistās citā vietā, nevis rotenonā.

Pretdiabēta līdzeklim metformīnam ir mērena inhibējoša iedarbība; Acīmredzot šī zāļu īpašība ir tās darbības mehānisma pamatā.

Elektroni no sukcināta vispirms tiek pārnesti uz FAD un pēc tam caur Fe-S kopām uz Q. Elektronu transportēšanu kompleksā nepavada protonu gradienta veidošanās. 2H+, kas veidojas sukcināta oksidēšanas laikā, paliek tajā pašā membrānas pusē, tas ir, matricā, un pēc tam tiek reabsorbēts hinona reducēšanas laikā. Tādējādi II komplekss neveicina protonu gradienta veidošanos pāri membrānai un darbojas tikai kā elektronu transportētājs no sukcināta uz ubihinonu.

Sukcināta oksidācijas rezultātā tā elektroni tiek pārnesti uz FAD un pēc tam tiek pārnesti pa dzelzs-sēra kopu ķēdi no kopas uz klasteri. Tur šie elektroni tiek pārnesti uz ubikinona molekulu, kas gaida saistīšanās vietā.

Pastāv arī pieņēmums, ka, lai novērstu elektrona tiešu nokļūšanu no kopas uz hemu, darbojas īpašs vārtu mehānisms. Iespējamais vārtu kandidāts ir B apakšvienības histidīns-207, kas atrodas tieši starp dzelzs-sēra kopu un hēmu, tuvu saistītajam ubihinonam un, iespējams, var kontrolēt elektronu plūsmu starp šiem redokscentriem.

Ir divas kompleksa II inhibitoru klases: daži bloķē sukcinātu saistošo kabatu, bet citi bloķē ubihinola saistošo kabatu. Inhibitori, kas atdarina ubihinolu, ir karboksīns un tenoiltrifluoracetons. Sukcināta inhibitori-analogi ietver sintētisko savienojumu malonātu, kā arī Krebsa cikla sastāvdaļas, malātu un oksaloacetātu. Interesanti, ka oksaloacetāts ir viens no spēcīgākajiem kompleksa II inhibitoriem. Kāpēc trikarbonskābes cikla parastais metabolīts inhibē II kompleksu, joprojām nav skaidrs, lai gan ir ierosināts, ka tas tādējādi var kalpot kā aizsargājoša loma, samazinot reverso elektronu transportu kompleksā I, kā rezultātā veidojas superoksīds.

Ubihinolu imitējošie inhibitori lauksaimniecībā ir izmantoti kā fungicīdi kopš 1960. gadiem. Piemēram, karboksīns galvenokārt ir izmantots bazidiomicītu izraisītām slimībām, piemēram, stublāju rūsas un bazidiomicītu slimībām. Rhizoctonia. Nesen tie ir aizstāti ar citiem savienojumiem ar plašāku nomākto patogēnu klāstu. Šādi savienojumi ietver boskalīdu, pentiopirādu un fluopiramu. Dažas lauksaimniecībā nozīmīgas sēnes nav jutīgas pret šīs jaunās paaudzes inhibitoru iedarbību.

Citohroma-bc1 komplekss (citohroma komplekss bc 1) vai nu ubihinola-citohroma c-oksidoreduktāze, vai III komplekss - elektronu transporta elpošanas ķēdes daudzproteīnu komplekss un svarīgākais protonu gradienta bioķīmiskais ģenerators uz mitohondriju membrānas. Šo daudzproteīnu transmembrānas kompleksu kodē mitohondriju (citohroms b) un kodolgenomi.

citohroms- bс 1-komplekss oksidē reducēto ubihinonu un samazina citohromu c (E°"=+0,25 V) saskaņā ar vienādojumu:

Elektronu transportēšana kompleksā ir saistīta ar protonu pārnešanu no matricas (iekšpusē) uz starpmembrānu telpu (ārā) un protonu gradienta ģenerēšanu uz mitohondriju membrānas. Uz katriem diviem elektroniem, kas iet pa transporta ķēdi no ubikinona uz citohromu c, no matricas tiek absorbēti divi protoni, bet vēl četri tiek izlaisti starpmembrānu telpā. Samazināts citohroms c pārvietojas pa membrānu ūdens frakcijā un pārnes vienu elektronu uz nākamo elpošanas kompleksu, citohroma oksidāzi.

Notikumi, kas notiek, ir pazīstami kā Q-cikls, ko 1976. gadā postulēja Pīters Mičels. Q cikla princips ir tāds, ka H+ pārnešana cauri membrānai notiek hinonu oksidēšanās un reducēšanās rezultātā uz paša kompleksa. Šajā gadījumā hinoni attiecīgi dod un ņem 2H ​​+ no ūdens fāzes selektīvi no dažādām membrānas pusēm.

III kompleksa struktūrā ir divi centri jeb divas "kabatas", kurās var saistīties hinoni. Viens no tiem, Q out centrs, atrodas starp dzelzs-sēra kopu 2Fe-2S un hemu b L pie membrānas ārējās puses, kas vērsta pret starpmembrānu telpu. Šajā kabatā saistās samazināts ubikinons (QH 2). Otra, Q kabatā, ir paredzēta oksidētā ubihinona (Q) saistīšanai un atrodas netālu no membrānas iekšējās (iekšējās) puses, kas saskaras ar matricu.

Nepieciešams un paradoksāls nosacījums Q cikla darbībai ir fakts, ka pushinonu dzīves ilgums un stāvoklis abos saistīšanās centros ir atšķirīgs. Q out centrā Q ir nestabils un darbojas kā spēcīgs reducētājs, kas spēj ziedot e - zema potenciāla heme by. Q centrā veidojas salīdzinoši ilgmūžīgs Q −, kura potenciāls ļauj tam darboties kā oksidētājam, pieņemot elektronus no hēma. b H. Vēl viens Q cikla galvenais punkts ir saistīts ar divu kompleksā iekļauto elektronu atšķirību pa diviem dažādiem ceļiem. Kompleksa kristāliskās struktūras pētījums parādīja, ka 2Fe-2S centra pozīcija attiecībā pret citiem redokscentriem var mainīties. Izrādījās, ka Rieske proteīnam ir mobilais domēns, uz kura faktiski atrodas 2Fe-2S klasteris. Pieņemot elektronu un tiek reducēts, 2Fe-2S centrs maina savu pozīciju, attālinoties no Q out centra un hēma b L par 17 ar rotāciju par 60° un tādējādi tuvojoties citohromam c. Nododot elektronu citohromam, 2Fe-2S centrs, gluži pretēji, virzās tuvāk Q out centram, lai izveidotu ciešāku kontaktu. Tādējādi darbojas sava veida atspole, kas garantē, ka otrais elektrons nonāk hēmās b Zeme b H. Pagaidām šis ir vienīgais piemērs, kur elektronu transportēšana kompleksos ir saistīta ar mobilo domēnu proteīna struktūrā.

Neliela daļa elektronu atstāj transportēšanas ķēdi, pirms sasniedz IV kompleksu. Pastāvīga elektronu noplūde uz skābekli izraisa superoksīda veidošanos. Šī mazā blakusreakcija noved pie visa spektra reaktīvo skābekļa sugu veidošanās, kas ir ļoti toksiskas un kurām ir nozīmīga loma patoloģiju attīstībā un novecošanā). Elektroniskās noplūdes galvenokārt notiek Q vietā. Šo procesu veicina antimicīns A. Tas bloķē hemes b samazinātā stāvoklī, neļaujot tiem izdalīt elektronus uz pushinonu Q, kas savukārt izraisa tā koncentrācijas palielināšanos. Semihinons reaģē ar skābekli, kas izraisa superoksīda veidošanos. Iegūtais superoksīds nonāk mitohondriju matricā un starpmembrānu telpā, no kurienes tas var iekļūt citozolā. Šo faktu var izskaidrot ar to, ka III komplekss, iespējams, rada superoksīdu neuzlādēta HOO formā, kas var vieglāk iekļūt ārējā membrānā, salīdzinot ar uzlādētu superoksīdu (O 2 -).

Dažas no šīm vielām tiek izmantotas kā fungicīdi (piemēram, strobilurīna atvasinājumi, no kuriem pazīstamākais ir azoksistrobīns, Q ext vietas inhibitors) un pretmalārijas līdzekļi (atovakvons).

Citohroma c oksidāze (citohroma oksidāze) vai citohroma c skābekļa oksidoreduktāze, kas pazīstama arī kā citohroma aa 3 un komplekss IV, ir aerobās elpošanas elektronu transportēšanas ķēdes gala oksidāze, kas katalizē elektronu pārnešanu no citohroma. Ar pie skābekļa, veidojot ūdeni. Citohroma oksidāze atrodas visu eikariotu mitohondriju iekšējā membrānā, kur to parasti sauc par kompleksu IV, kā arī daudzu aerobo baktēriju šūnu membrānā.

Komplekss IV secīgi oksidē četras citohroma c molekulas un, pieņemot četrus elektronus, reducē O 2 līdz H 2 O. O 2 reducēšanas laikā no ūdeņiem tiek uztverti četri H +.

Eikariotos - uz mitohondriju iekšējās membrānas. Nesēji atrodas atbilstoši to redokspotenciālam; elektronu transportēšana visā ķēdē notiek spontāni.

Protonu potenciālu ATP sintāze pārvērš ATP ķīmiskās saites enerģijā. ETC un ATP sintāzes konjugēto darbu sauc par oksidatīvo fosforilāciju.

Mitohondriju elektronu transportēšanas ķēde

• Komplekss I (NADH dehidrogenāzes komplekss) oksidē NAD-H, paņemot no tā divus elektronus un pārnesot tos uz lipīdos šķīstošo ubihinonu, kas membrānas iekšpusē izkliedējas kompleksā III. Tajā pašā laikā komplekss I sūknē 2 protonus un 2 elektronus no matricas mitohondriju starpmembrānu telpā.
• Komplekss II (sukcināta dehidrogenāze) nesūknē protonus, bet nodrošina ķēdē papildu elektronus sukcināta oksidēšanās dēļ.
• III komplekss (Citohroma bc 1 komplekss) pārnes elektronus no ubikinona uz diviem ūdenī šķīstošiem citohromiem c, kas atrodas uz mitohondriju iekšējās membrānas. Ubihinons pārnes 2 elektronus, un citohromi nodod vienu elektronu ciklā. Tajā pašā laikā tur iziet arī 2 ubikinona protoni, kas tiek sūknēti cauri kompleksam.
• Komplekss IV (citohroma c oksidāze) katalizē 4 elektronu pārnesi no 4 citohroma molekulām uz O 2 un iesūknē 4 protonus starpmembrānu telpā. Komplekss sastāv no citohromiem a un a3, kas papildus hēmam satur vara jonus.

Oksidatīvā potenciāla ietekme

Reducējošs līdzeklis	Oksidētājs	Ео´, В
H2	2 +	- 0,42
NAD H+H+	NAD +	- 0,32
NADP H+H+	NADP+	- 0,32
Flavoproteīns (samazināts)	Flavoproteīns (oksidēts)	- 0,12
Koenzīms Q H2	Koenzīms Q	+ 0,04
Citohroms B (Fe2+)	Citohroms B (Fe3+)	+ 0,07
Citohroms C 1 (Fe2+)	Citohroms C 1 (Fe3+)	+ 0,23
Citohromi A (Fe2+)	Citohromi A (Fe3+)	+ 0,29
Citohromi A3 (Fe2+)	Citohromi A3 (Fe3+)	+0,55
H2O	½ O2	+ 0,82

Elpošanas ķēdes inhibitori

Dažas vielas bloķē elektronu pārnesi caur I, II, III, IV kompleksiem.

• Kompleksa I inhibitori - barbiturāti, rotenons, piericidīns
• Kompleksa II inhibitors ir malonāts.
• Kompleksa III inhibitors - antimicīns A, miksotiazols, stigmatīns
• Kompleksie IV inhibitori - sērūdeņradis, cianīds, oglekļa monoksīds, slāpekļa oksīds, nātrija azīds

Baktēriju elektronu transportēšanas ķēdes

Baktērijas, atšķirībā no mitohondrijiem, izmanto lielu elektronu donoru un akceptoru kopumu, kā arī dažādus elektronu pārneses ceļus starp tiem. Šos ceļus var veikt vienlaikus, piemēram, E. coli audzējot uz barotnes, kas satur glikozi kā galveno organisko vielu avotu, tas izmanto divas NADH dehidrogenāzes un divas hinoloksidāzes, kas nozīmē 4 elektronu transportēšanas ceļu klātbūtni. Lielākā daļa ETC enzīmu ir inducējami un tiek sintezēti tikai tad, ja ceļš, kurā tie nonāk, ir pieprasīts.

Papildus organiskajām vielām elektronu donori baktērijās var ietvert molekulāro ūdeņradi, oglekļa monoksīdu, amoniju, nitrītu, sēru, sulfīdu un divvērtīgo dzelzi. NADH un sukcinātdehidrogenāzes vietā var būt formiāts -, laktāts -, gliceraldehīda-3-fosfātdehidrogenāze, hidrogenāze u.c.. Oksidāzes vietā, ko lieto aerobos apstākļos, skābekļa trūkuma gadījumā baktērijas var izmantot reduktāzes, kas samazina dažādus galīgie elektronu akceptori: fumarāta reduktāze, nitrātu un nitrītu reduktāze utt.

Skatīt arī

Uzrakstiet atsauksmi par rakstu "Elektronu transporta elpošanas ķēde"

Piezīmes

Fragments, kas raksturo elektronu transporta elpošanas ķēdi

Beidzot viss apkārt sāka kustēties, un viss šis lieliski ģērbtais pūlis it kā uz burvju mājienu sadalījās divās daļās, veidojot ļoti plašu, “balles” eju tieši pa vidu. Un pa šo eju lēnām virzījās absolūti satriecoša sieviete... Pareizāk sakot, kāds pāris kustējās, bet vīrietis viņai blakus bija tik vienkāršprātīgs un neuzkrītošs, ka, neskatoties uz viņa krāšņajām drēbēm, viss viņa izskats vienkārši izgaisa blakus. viņa satriecošais partneris.
Skaistā dāma izskatījās kā pavasaris – viņas zilā kleita bija pilnībā izšūta ar brīnišķīgiem paradīzes putniem un pārsteidzošiem sudraba rozā ziediem, un veselas īstu, svaigu ziedu vītnes atradās trauslā rozā mākonī uz viņas zīdainajiem, smalki veidotajiem pelnu matiem. Daudzi smalku pērļu pavedieni bija apvijušies ap viņas garo kaklu un burtiski mirdzēja, ko ieslēdza viņas apbrīnojamās ādas neparastais baltums. Milzīgas dzirkstoši zilas acis laipni raudzījās uz apkārtējiem cilvēkiem. Viņa priecīgi pasmaidīja un bija satriecoši skaista...

Francijas karaliene Marija Antuanete

Turpat, stāvot atsevišķi no visiem, Aksels bija burtiski pārvērties!.. Garlaikotais jauneklis kaut kur pazuda, acu mirklī, un savā vietā... stāvēja visskaistāko sajūtu dzīvais iemiesojums uz zemes, kurš burtiski "aprija" viņu ar liesmojošu skatienu. Viņam tuvojās skaista dāma...
"Ak-ak... cik viņa ir skaista!..." Stella entuziastiski izdvesa. – Viņa vienmēr ir tik skaista!
- Ko, tu esi viņu redzējis daudzas reizes? – ieinteresēti jautāju.
- Ak jā! Es ļoti bieži eju uz viņu skatīties. Viņa ir kā pavasaris, vai ne?
- Un tu viņu pazīsti?.. Vai tu zini, kas viņa ir?
"Protams!.. Viņa ir ļoti nelaimīga karaliene," mazā meitene kļuva nedaudz skumja.
- Kāpēc nelaimīgs? Šķiet, ka viņa ir ļoti priecīga par mani,” es biju pārsteigts.
"Tas ir tikai tagad... Un tad viņa nomirs... Viņa nomirs ļoti biedējoši - viņi viņai nocirtīs galvu... Bet man nepatīk uz to skatīties," Stella skumji čukstēja.
Tikmēr daiļā dāma panāca mūsu jauno Akselu un, ieraugot viņu, uz mirkli sastinga pārsteigumā, un tad, burvīgi nosarkdama, ļoti mīļi uzsmaidīja viņam. Man nez kāpēc radās iespaids, ka pasaule uz brīdi sastinga ap šiem diviem cilvēkiem... It kā uz ļoti īsu brīdi viņiem nebija nekā un neviena, izņemot abus... Bet dāma sakustējās. uz , un maģiskais mirklis sadalījās tūkstošiem īsu mirkļu, kas starp šiem diviem cilvēkiem savijās spēcīgā dzirkstošā pavedienā, lai tie nekad nepalaistu...
Aksels stāvēja pilnīgi apstulbis un, atkal nemanot nevienu apkārt, pieskatīja savu skaisto dāmu, un viņa iekarotā sirds lēnām aizgāja ar viņu... Viņš nepamanīja garāmejošo jauno skaistuļu skatienus, kas skatījās uz viņu, un nereaģēja uz viņu vārdiem. mirdzoši, aicinoši smaidi.

Grāfs Aksels Fersens Marija Antuanete

Kā cilvēks Aksels, kā saka, “gan no iekšpuses, gan no ārpuses” bija ļoti pievilcīgs. Viņš bija garš un graciozs, ar milzīgām nopietnām pelēkām acīm, vienmēr laipns, atturīgs un pieticīgs, kas vienlīdz piesaistīja gan sievietes, gan vīriešus. Viņa korektā, nopietnā seja reti iedegās smaidā, bet, ja tas notika, tad tādā brīdī Aksels kļuva vienkārši neatvairāms... Tāpēc apburošajai sievišķajai pusītei bija pilnīgi dabiski pastiprināt uzmanību pret viņu, bet, Viņu kopējo nožēlu, Akselu interesēja tikai tas, ka visā plašajā pasaulē ir tikai viena būtne - tās neatvairāmā, skaistā karaliene...
– Vai viņi būs kopā? – Es nevarēju to izturēt. - Viņi abi ir tik skaisti!..
Stella tikai skumji pasmaidīja un uzreiz ierauta mūs šī neparastā un kaut kā ļoti aizkustinošā stāsta nākamajā “epizodē”...
Atradāmies ļoti omulīgā, pēc ziediem smaržojošā, mazā vasaras dārziņā. Visapkārt, cik vien acs sniedza, bija krāšņs zaļš parks, ko rotāja daudzas statujas, un tālumā bija redzama satriecoši milzīga mūra pils, kas līdzinājās mazai pilsētai. Un starp visu šo “grandiozo”, nedaudz nomācošo, apkārtējo varenību tikai šis dārzs, pilnībā pasargāts no svešiem skatieniem, radīja patiesa komforta sajūtu un kaut kādu siltu, “mājīgu” skaistumu...
Vasaras vakara siltuma pastiprināti, gaisā virmoja reibinoši saldas ziedošu akāciju, rožu un vēl kaut kā neatpazīta smaržas. Virs mazā dīķa skaidrās virsmas it kā spogulī atspīdēja milzīgi maigi rozā ūdensrožu krūzes un slinko, karalisko gulbju sniegbaltie “kažoki”, kas bija gatavi miegam. Skaists jauns pāris gāja pa mazu, šauru taciņu apkārt dīķim. Kaut kur tālumā atskanēja mūzika, jautri sieviešu smiekli mirgoja kā zvani, skanēja daudzu cilvēku priecīgās balsis, un tikai šiem diviem pasaule apstājās tepat, šajā mazajā zemes stūrītī, kur tajā brīdī maigās balsis. putni skanēja tikai viņiem; tikai viņiem rotaļīgs, viegls vējiņš čaukstēja rožu ziedlapiņās; un tikai viņiem uz mirkli izpalīdzīgi apstājās laiks, dodot iespēju pabūt vienatnē - tikai vīrietis un sieviete, kuri ieradās šeit atvadīties, pat nezinot, vai tas būs uz visiem laikiem...
Dāma bija burvīga un kaut kā “gaisīga” savā pieticīgajā, baltajā vasaras kleitiņā, kas izšūta ar maziem zaļiem ziediņiem. Viņas brīnišķīgie pelnu mati bija sasieti ar zaļu lentīti, kas lika viņai izskatīties kā jaukai meža fejai. Viņa izskatījās tik jauna, tīra un pieticīga, ka es viņā uzreiz neatpazinu karalienes majestātisko un spožo skaistumu, kuru biju redzējis tikai pirms dažām minūtēm visā viņas lieliskajā “ceremoniālajā” skaistumā.

Strukturāli un funkcionāli saistītu transmembrānu proteīnu un elektronu nesēju sistēma. Tas ļauj uzglabāt enerģiju, kas izdalās NAD*H un FADH2 oksidēšanas laikā ar molekulāro skābekli transmembrānas protonu potenciāla veidā, pateicoties secīgai elektrona pārnešanai gar ķēdi, kopā ar protonu sūknēšanu caur membrānu. Transporta ķēde eikariotos ir lokalizēta uz iekšējās mitohondriju membrānas. Elpošanas ķēdē ir 4 multienzīmu kompleksi. Ir arī vēl viens komplekss, kas nav iesaistīts elektronu pārnesē, bet sintezē ATP.

1. — CoA oksidoreduktāze.

1.Pieņem elektronus no NADH un pārnes tos uz koenzīmu Q (ubihinonu). 2.Pārnes 4 H+ jonus uz iekšējās mitohondriju membrānas ārējo virsmu.

2.-FAD atkarīgās dehidrogenāzes.

1. FAD samazināšana ar citohroma c oksidoreduktāzi.

2.Saņem elektronus no koenzīma Q un pārnes tos uz citohromu c.

3.Pārnes 2 H+ jonus uz iekšējās mitohondriju membrānas ārējo virsmu.

4.-citohroma c-skābekļa oksidoreduktāze.

1.Pieņem elektronus no citohroma c un pārnes tos uz skābekli, veidojot ūdeni.

2.Pārnes 4 H+ jonus uz iekšējās mitohondriju membrānas ārējo virsmu. Visi ūdeņraža atomi, kas aerobos apstākļos atdalīti no substrātiem ar dehidrogenāžu palīdzību, sasniedz iekšējo mitohondriju membrānu kā NADH vai FADH2 daļu.

Elektroniem kustoties tie zaudē enerģiju -> enerģiju patērē kompleksi, sūknējot H protonus.H jonu pārnešana notiek stingri noteiktos apgabalos -> konjugācijas apgabalos Rezultāts: rodas ATP: H+ joni zaudē enerģiju, ejot caur ATP sintāzi. Daļa šīs enerģijas tiek iztērēta ATP sintēzei. Otra daļa tiek izkliedēta kā siltums.

Mitohondriju elpošanas ķēde sastāv no 5 multienzīmu kompleksiem, kuru apakšvienības kodē gan kodola, gan mitohondriju gēni. Koenzīms Q10 un citohroms c ir iesaistīti elektronu transportēšanā. Elektroni nāk no NAD*H un FAD"H molekulām un tiek transportēti gar elpošanas ķēdi. Atbrīvotā enerģija tiek izmantota protonu transportēšanai uz mitohondriju ārējo membrānu, un iegūtais elektroķīmiskais gradients tiek izmantots ATP sintezēšanai, izmantojot kompleksa V kompleksu. mitohondriju elpošanas ķēde

44. Elektronu nesēju secība un struktūra elpošanas ķēdē

1 komplekss. NADH-CoQ oksidoreduktāze

Šim kompleksam ir arī darba nosaukums NADH dehidrogenāze, tas satur FMN (flavīna mononukleotīdu), 22 olbaltumvielu molekulas, no kurām 5 ir dzelzs-sēra proteīni ar kopējo molekulmasu līdz 900 kDa.

Pieņem elektronus no NADH un pārnes tos uz koenzīmu Q (ubihinonu).

Pārnes 4 H+ jonus uz iekšējās mitohondriju membrānas ārējo virsmu.

2 komplekss. No FAD atkarīgās dehidrogenāzes

Tajā ietilpst no FAD atkarīgi enzīmi, kas atrodas uz iekšējās membrānas, piemēram, acil-SCoA dehidrogenāze (taukskābju oksidēšana), sukcināta dehidrogenāze (trikarbonskābes cikls), mitohondriju glicerīna-3-fosfāta dehidrogenāze (NADH atspole uz mitohondrijiem).

FAD samazināšana redoksreakcijās.

Elektronu pārnešanas nodrošināšana no FADN2 uz iekšējās mitohondriju membrānas dzelzs-sēra proteīniem. Šie elektroni pēc tam nonāk koenzīmā Q.

46. ​​Oksidācijas un fosforilēšanās atdalīšanas bioķīmiskie mehānismi, tos izraisošie faktori Elpošanas un fosforilācijas atdalīšana

Dažas ķīmiskās vielas (protonofori) var transportēt protonus vai citus jonus (jonoforus) no starpmembrānu telpas caur membrānu matricā, apejot ATP sintāzes protonu kanālus. Tā rezultātā elektroķīmiskais potenciāls pazūd un ATP sintēze apstājas. Šo parādību sauc par elpošanas un fosforilācijas atsaisti. Atvienošanas rezultātā ATP daudzums samazinās un ADP palielinās. Šajā gadījumā palielinās NADH un FADH2 oksidēšanās ātrums, palielinās arī absorbētā skābekļa daudzums, bet enerģija tiek atbrīvota siltuma veidā, un P/O attiecība strauji samazinās. Parasti atvienotāji ir lipofīlas vielas, kas viegli iziet cauri membrānas lipīdu slānim. Viena no šīm vielām ir 2,4-dinitrofenols (6.-17. att.), kas viegli pāriet no jonizētas formas uz nejonizētu, pievienojot protonu starpmembrānu telpā un pārnesot to matricā.

Atdalītāju piemēri var būt arī daži medikamenti, piemēram, dikumarols - antikoagulants (skatīt 14. apakšpunktu) vai metabolīti, kas veidojas organismā, bilirubīns - katabolisma produkts (skatīt 13. apakšpunktu), tiroksīns - vairogdziedzera hormons (skatīt sadaļu 11). Visām šīm vielām ir atvienošanas efekts tikai lielās koncentrācijās.

Fosforilācijas izslēgšana pēc ADP vai neorganiskā fosfāta izsīkšanas tiek pavadīta ar elpošanas kavēšanu (elpošanas kontroles efekts). Liels skaits efektu, kas bojā mitohondriju membrānu, izjauc savienojumu starp oksidāciju un fosforilāciju, ļaujot notikt elektronu pārnesei pat tad, ja nav ATP sintēzes (atsaistes efekts)

1. Kopējā produkcija:

Lai sintezētu 1 ATP molekulu, nepieciešami 3 protoni.

2. Oksidatīvās fosforilācijas inhibitori:

Inhibitori bloķē V kompleksu:

Oligomicīns - bloķē ATP sintāzes protonu kanālus.

Atraktilozīds, ciklofilīns - bloķē translokāzes.

3. Oksidatīvās fosforilācijas atvienotāji:

Atvienotāji ir lipofīlas vielas, kas spēj pieņemt protonus un pārnest tos caur mitohondriju iekšējo membrānu, apejot V kompleksu (tā protonu kanālu). Atvienotāji:

Dabiski - lipīdu peroksidācijas produkti, garās ķēdes taukskābes; lielas vairogdziedzera hormonu devas.

Mākslīgie - dinitrofenols, ēteris, K vitamīna atvasinājumi, anestēzijas līdzekļi.