Tilstedeværelsen av superkomplekser i den respiratoriske elektrontransportkjeden sikres av SCAFI-proteinet. Respirasjonskjede Redusert elektrontransportkjede for ravsyre

11.3.3.1. Elektronbærere

Elektronbærere er plassert på overflaten eller dypt i den indre mitokondriemembranen, som er arrangert i kryss, hvis antall og pakningstetthet korrelerer med cellens energibehov.

Mange elektronbærere er proteiner som inneholder hem som en protesegruppe.

Egenskapene til et hem-molekyl avhenger av proteinet det er festet til. I tillegg kan hemer i forskjellige cytokromer variere i strukturen til sidegruppene og metoden for binding til apoproteinet. Derfor kan cytokromer variere i redokspotensiale, selv om de alle har nesten de samme protesegruppene.

Elektronbærere kalles cytokromer fordi de er rødfarget. Ulike cytokromer er betegnet med bokstavindekser: s 1, s, a, a 3 – i rekkefølgen etter deres plassering i kretsen.

En annen type ikke-hemjernholdige elektronbærere inkluderer proteiner der jernatomer er bundet til sulfhydrylgruppene til proteincysteinrester, så vel som til sulfhydrylanionene til restene, og danner jern-svovelkomplekser eller sentre ( Fig. 29).

Ris. 29. Strukturen til jern-svovelsenteret

Som i cytokromer, kan jernatomer i slike sentre akseptere og donere elektroner, vekselvis gå inn i ferro(Fe 2+) og ferri(Fe 3+) tilstandene. Jern-svovelsentre fungerer sammen med flavinholdige enzymer, og aksepterer elektroner fra succinatdehydrogenase og dehydrogenaser involvert i fettoksidasjon.

En annen type transportør er det FMN-holdige proteinet. FMN (flavin adenin mononukleotid) er en forbindelse som er flavinhalvdelen av FAD-molekylet. FMN overfører elektroner fra FADN til jern-svovelsentre.

Alle proteinbærere er integrerte proteiner som inntar en strengt fast posisjon i membranen og er orientert på en bestemt måte. Unntaket er cytokrom c, som er løst bundet til den ytre membranen og lett forlater den.

Den eneste ikke-protein-elektronbæreren er ubiquinon, slik kalt fordi det på den ene siden er et kinon, og på den andre siden finnes det overalt (fra engelsk. allestedsnærværende– allestedsnærværende). Det forkortede navnet er CoQ, UQ eller ganske enkelt Q. Alle jern-svovelsentre donerer elektroner til ubiquinon.

Under reduksjon tilegner ubikinon ikke bare elektroner, men også protoner (fig. 30).

Fig.30. Ubiquinon – koenzym Q (a)
og dens redokstransformasjoner (b)

Med en-elektron-reduksjon blir det til semikinon (et organisk fritt radikal), og med to-elektron-reduksjon blir det til hydrokinon. Det er den mellomliggende dannelsen av et fritt radikal som gjør at ubiquinon kan tjene som en bærer av ikke to, men ett elektron. Den svært lange hydrofobe halen (40 karbonatomer i ti påfølgende isoprenoidrester) gir ubiquinon muligheten til enkelt å sette inn og bevege seg fritt i det ikke-polare laget av den indre mitokondriemembranen.

11.3.3.2. Plassering av vektorer

Strømmen av elektroner mellom bærere ledes fra bæreren med høyere reduksjonspotensial (dvs. lavere redokspotensial) til bæreren med lavere reduksjonspotensial (dvs. mer oksidert, med høyere redokspotensial) (fig. 31).

Fig.31. Redokspotensialer for respiratoriske kjedekomponenter i mitokondrier

I mitokondriekjeden har transportører forskjellige redokspotensialer.

Elektronbærerne i kjeden er plassert i kretsen slik at DG 0 (fri energi) gradvis avtar og redokspotensialet øker tilsvarende. Ved hvert trinn av elektronoverføring til en bærer ved siden av kjeden frigjøres fri energi.

Under oksidasjonen av glukose overføres elektroner fra NADH og FADH 2 til oksygen. Mange transportører er involvert i denne prosessen, men de kan grupperes i fire komplekser som er innebygd i mitokondriemembranen
(Fig. 32).

Ris. 32. Fire elektrontransportkomplekser
i mitokondriemembranen

Mellom komplekser beveger elektroner seg sammen med mobile bærere: ubikinon og cytokrom c. Ubiquinon mottar elektroner fra komplekser I og II og overfører dem til kompleks III. Cytokrom c fungerer som et mellomledd mellom komplekser III og IV. Kompleks I overfører elektroner fra NADH til Q; kompleks II - fra succinat gjennom FADN 2 til Q; kompleks III bruker QH 2 for å redusere cytokrom c, og kompleks IV overfører elektroner fra cytokrom Med for oksygen. Kompleksene I, III og IV kalles henholdsvis NADH-CoQ reduktase, CoQH 2 -cytokrom Med-reduktase og cytokromoksidase. Kompleks IV - cytokromoksidase - består av flere proteiner. Den mottar elektroner fra cytokrom Med på utsiden av den indre mitokondriemembranen. På vei til oksygen passerer disse elektronene gjennom cytokromer EN Og en 3, som inneholder kobberatomer, som vekselvis transformeres til Cu + og Cu 2+ tilstandene. Cytokromoksidase reduserer fritt oksygen:

O 2 + 4 e - + 4H +® 2H20

11.3.3.3. Mitchells kjemiosmotiske teori

Transporten av elektroner langs respirasjonskjeden fører til generering av ATP. Konseptet med mekanismen for kobling av elektrontransport med ATP-syntese ble utviklet av den engelske biokjemikeren Peter Mitchell i 1961 (Mitchell ble tildelt Nobelprisen i 1978). Mitchell oppdaget at strømmen av elektroner fører til at protoner pumpes ut av mitokondriene inn i det omkringliggende miljøet, og skaper en protongradient over membranen (pH i den eksterne løsningen synker). Siden protoner er positivt ladede partikler, på grunn av deres pumping ut av mitokondriene, oppstår det en forskjell i elektrisk potensial (minus - inne) og en pH-forskjell (høyere - innvendig) på membranen. Sammen utgjør de elektriske og konsentrasjonsgradientene (ifølge Mitchell) protonets drivkraft, som er energikilden for syntesen av ATP (fig. 33).

Ris. 33. Opplegg for ATP-syntese i det indre
mitokondriell membran

Protonmotorkraften driver ATP-syntasekomplekser, som bruker strømmen av elektroner til å syntetisere ATP fra ADP og fosfor. Komplekset er representert av to sammenkoblede komponenter F 0 F 1, som hver består av flere proteinmolekyler. F 0 er forsenket i membranen, og F 1 er plassert på overflaten. Det er i F1 at ATP syntetiseres, mens F0 utfører funksjonen til selve protonkanalen (fig. 34).

Figur 34. Skjematisk representasjon av "sopp"-strukturen til F 0 F 1 ATP-syntetase fra E. coli. F 0-komponenten trenger inn i membranen og danner en kanal for protoner. Det antas at F 1 består av tre a og tre b underenheter, organisert slik at de danner en heksamerisk struktur som en "sopphette", og en g, en d og en e underenheter, som danner en "stav" som forbinder F 0 til F 1 kanal

Det er ikke kjent nøyaktig hvordan ATP genereres gjennom ATP-syntetase. I følge en teori, under translokasjonen av protoner via F0-faktoren, oppstår konformasjonsendringer i F1-komponenten, som syntetiserer ATP fra ADP og fosfor.

For hvert par elektroner som overføres fra NADH til oksygen, er det 10 protoner som pumpes ut av mitokondriematrisen. Dermed fører oksidasjonen av 1 NADH-molekyl til syntesen av 2,5 ATP-molekyler, og oksidasjonen av 1 FADH 2-molekyl fører til syntesen av 1,5 ATP-molekyler. Tidligere trodde man at henholdsvis tre og to ATP-molekyler ble syntetisert. Disse mengdene kalles vanligvis P/O-forhold, siden overføringen av 2 elektroner tilsvarer reduksjonen av 1 oksygenatom.

Utbyttet av ATP under oksidasjon av et glukosemolekyl til CO 2 og H 2 O.

Glykolyse produserer 2 ATP-molekyler (4 produseres, men 2 blir konsumert). Under glykolyse dannes det også 2 molekyler NADH per 1 molekyl glukose i cytoplasmaet. 2 ATP-molekyler dannes i sitronsyresyklusen (fra 1 glukosemolekyl dannes det 2 acetyl-CoA-molekyler, som utløser to omdreininger av syklusen).

For hvert molekyl glukose produserer pyruvatdehydrogenase 2 molekyler NADH, og sitronsyresyklusen produserer 6 molekyler NADH. Oksydasjonen deres fører til syntese av 20 ATP-molekyler. Tre flere ATP-molekyler dannes på grunn av oksidasjonen av FADH 2 under omdannelsen av succinat til fumarat.

Den totale produksjonen av ATP-molekyler vil avhenge av hvilken skyttelmekanisme (glyserofosfat og malataspartat) som brukes av celler for å levere NADH til respirasjonskjeden. I glyserolfosfatmekanismen overføres elektroner fra NADH til dihydroksyacetonfosfat for å danne glyserol-3-fosfat, som overfører elektroner til respirasjonskjeden (fig. 35). Dette skjer med deltakelse av enzymet glyserol-3-fosfatdehydrogenase. Ved hjelp av cytoplasmatisk NADH gjenopprettes mitokondriell FAD, som er en protesegruppe av flavoproteinet - glyserol-3-fosfatdehydrogenase.

Ris. 35. Glyserolfosfat-skyttelmekanisme

Et annet skyttelsystem, malat-aspartat-systemet, overfører elektroner fra cytoplasmatisk NADH til mitokondriell NAD+ (fig. 36). Dette fører til dannelsen av mitokondriell NADH, som oksideres ytterligere i elektrontransportkjeden. I cytoplasmaet reduserer NADH oksaloacetat til malat. Sistnevnte, ved hjelp av en bærer, går inn i mitokondriene, hvor den reoksideres til oksaloacetat med reduksjon av NAD +. Oksalacetat i seg selv kan ikke forlate mitokondriene, så det blir først til aspartat, som transporteres av bæreren inn i cytoplasmaet. I cytoplasma deamineres aspartat, blir til oksaloacetat og lukker derved skyttelmekanismen.

Fig.36. Malat-aspartat skyttelsystem for elektronoverføring

Dette er proteinkomplekser og elektronbærere som flyter på den indre membranen av mitokondriene, overfører elektroner til hverandre langs kjeden og derved genererer energi. Det er fire respiratoriske proteinkomplekser, og det er fortsatt ikke klart hvordan de er organisert på membranen: om de flyter uavhengig av hverandre eller går sammen og danner såkalte superkomplekser. En gruppe spanske forskere oppdaget at et protein kalt SCAFI (supercomplex assembly factor I) spesifikt regulerer sammenstillingen av respiratoriske komplekser til superkomplekser.

For flere tiår siden, da de respiratoriske proteinkompleksene til mitokondrier nettopp ble isolert og studert, ble det antatt at de eksisterer i membranen uavhengig av hverandre og bare kommuniserer ved hjelp av elektronbærere som reiser mellom dem - ubiquinon og cytokrom c (fig. 1). Denne antagelsen kalles "væskemodellen". Imidlertid dukket det gradvis opp bevis for at situasjonen ikke er så enkel og at respirasjonskompleksene kan forenes seg imellom i større strukturer - "superkomplekser".

For eksempel ble det funnet at kompleks I generelt er ustabilt i fravær av komplekser III eller IV. Og i 2000 ble det fremsatt en dristig hypotese - den ble kalt "den solide modellen" - ifølge hvilken komplekser I, III og IV er kombinert sammen til et gigantisk superkompleks kalt respirasomet, som et resultat av at de fungerer mer harmonisk ( se Hermann Schägger, Kathy Pfeiffer, 2000. Superkomplekser i respirasjonskjedene til gjær og pattedyrs mitokondrier). De nødvendige respirasomene ble isolert fra mitokondriene til bovin hjertemuskel, men som alltid i slike delikate molekylære studier, var det fortsatt mulighet for at dette ganske enkelt var en artefakt av en feil valgt teknikk, og kompleksene ble koblet sammen ikke i bovine mitokondrie. membran, men direkte i forskerens reagensglass. I de påfølgende årene ble det gjort utallige forsøk på å bevise eller motbevise eksistensen av respirasomet, men forgjeves: ingen avgjørende argumenter ble oppnådd verken for eller mot respirasomet. Respirasomer og andre superkomplekser var perfekt detekterbare i mitokondrier ved bruk av noen proteinisolasjonsteknikker, men det var fortsatt uklart om dette var et faktum eller en artefakt.

Forfatterne av arbeidet som ble diskutert bestemte seg for å nærme seg problemet fra en annen vinkel. Hvis respirasomer (og andre superkomplekser) ikke er en artefakt, vil de sannsynligvis ikke bare bestå av respiratoriske komplekser som sådan, men også av noen andre hjelpeproteiner. Og hvis disse hjelpeproteinene identifiseres og deretter "lekes" med dem - for eksempel ved å slå dem av eller på - kan du få indirekte bevis (eller omvendt tilbakevisninger) for eksistensen av superkomplekser, og generelt forstå under hvilke forhold disse kompleksene dannes og hvorfor trengs de?

Derfor isolerte forskerne først superkomplekser og respiratoriske komplekser individuelt fra mitokondrier (dette ble gjort ved bruk av blå naturlig elektroforese (se BN-PAGE) - en av de mest skånsomme måtene å skille proteinblandinger på), og analyserte deretter proteinene som utgjør superkomplekser og "enkelte" komplekser "respiratoriske komplekser.

Og det viste seg at ett protein (som bar det obskure navnet Cox7a2l - cytokrom c-oksidase-underenhet VIIa polypeptid 2-lignende) er tilstede kun i superkomplekser som inneholder respiratorisk kompleks IV (det vil si i respirasomet og superkomplekset III+IV), og er ikke funnet i enkeltkomplekser. Parallelt var forskerne heldige nok til å oppdage at i tre mutante musecellelinjer med en skadet (og tilsynelatende ikke-levedyktig) form av dette proteinet, ble superkomplekser som involverer kompleks IV i mitokondriemembranen ikke oppdaget i det hele tatt. Dessuten, hvis et gen for et normalt protein settes inn i mutante celler, begynner disse superkompleksene å dannes i dem. Fra alt dette trakk forskerne en logisk konklusjon: dette proteinet hjelper kompleks IV med å danne superkomplekser og fortjener derfor å bli omdøpt til superkompleks monteringsfaktor I (SCAFI) og bli studert mer detaljert.

For å være rettferdig bemerker vi at ideen om proteiner som stabiliserer superkomplekser ikke er ny: i fjor ble to proteiner, Rcf1 og Rcf2, allerede oppdaget i gjær, som også var involvert i dannelsen av superkomplekser (se: V. Strogolova et al., 2012. Rcf1 og Rcf2, medlemmer av den hypoksi-induserte gen 1-proteinfamilien, er kritiske komponenter i det mitokondrielle cytokrom bc1-cytokrom c-oksidase-superkomplekset).

Hvorfor er dannelsen av superkomplekser nødvendig? Forskerne foreslo en elegant forklaring på dette fenomenet (figur 2).

La oss si at det ikke er superkomplekser i membranen, og respirasjonskompleksene fungerer individuelt og uavhengig av hverandre. Deretter skjer overføringen av elektroner langs en enkel rute med bare én gren: kompleks I overfører elektroner fra NADH til koenzym Q (la oss kalle denne poolen av koenzym Q "CoQ NADH"), kompleks II overfører elektroner fra succinat til koenzym Q (vi' Jeg vil kalle denne poolen av koenzym Q "CoQ FAD", siden oksidasjon i kompleks II skjer ved hjelp av kofaktoren FAD); etter dette, fra begge bassengene av koenzym Q, overføres elektroner til cytokrom c ved hjelp av kompleks III (det vil si at det bare dannes en stor pool av cytokrom c, la oss kalle det Cyt c begge, fordi det tilhører begge strømmer); og til slutt overfører cytokrom c, fanget av kompleks IV, elektroner til oksygen. Med andre ord, i hele systemet er det bare en pool av IV-komplekser - la oss kalle det IV begge.

Hvis det i tillegg til ensomme komplekser også er superkomplekser som flyter i membranen, så er elektronruten mer kompleks og forgrenet. I tillegg til den ovenfor beskrevne ruten gjennom frie komplekser, kan de også gå inn i respirasomet, hvor til slutt en egen pool av kompleks IV (la oss kalle det IV NADH) overfører dem fra en egen pool av cytokrom c til oksygen. Ved hjelp av kompleks II kan de komme til superkompleks III+IV, hvorfra de igjen vil gå til oksygen (vi vil kalle denne poolen av komplekser IV IV FAD). Dermed har vi tre bassenger av komplekser IV - IV NADH, IV FAD og IV begge.

Som et resultat av denne oppdelingen blir systemet mer fleksibelt, forsikret mot overmetning med ett underlag og konkurranse mellom underlag og omvendt tilpasset bruk av ulike underlag på optimale nivåer. For eksempel, hvis du "mater" mitokondrier utelukkende med succinat (som sender elektroner langs FAD-banen), vil de i fravær av superkomplekser behandle det raskere enn i deres nærvær. Imidlertid, hvis disse mitokondriene plasseres i et medium som inneholder både succinat og pyruvat + malat (sender elektroner gjennom NADH-banen), vil ikke behandlingen av succinat i mitokondrier som inneholder superkomplekser endres, men i mitokondrier uten superkomplekser vil den falle betydelig (fig. 3).

Tilsynelatende er tilstedeværelsen av superkomplekser ganske enkelt en ekstra og valgfri "bue" i elektrontransportkjeden. Selv om superkomplekser tilsynelatende legger ergonomi til denne kjeden, føles mitokondriene (så vel som dyrene som disse mitokondriene fungerer i) bra selv i deres fravær. Arbeidet under diskusjon gir for det første genetisk bevis for tilstedeværelsen av superkomplekser, og for det andre foreslår en elegant teori om plastisiteten til elektrontransportkjeden.

Hvor induseres protonpotensialet? Protonpotensialet omdannes av ATP-syntase til den kjemiske bindingsenergien til ATP. Det konjugerte arbeidet til ETC- og ATP-syntase kalles oksidativ fosforylering.

I eukaryote mitokondrier begynner elektrontransportkjeden med oksidasjon av NADH og reduksjon av ubiquinon Q med kompleks I. Deretter oksiderer kompleks II succinat til fumarat og reduserer ubiquinon Q. Ubiquinon Q oksideres og reduseres av cytokrom c kompleks III. På slutten av kjeden katalyserer kompleks IV overføringen av elektroner fra cytokrom c til oksygen for å danne vann. Som et resultat av reaksjonen, for hver konvensjonelt frigjorte 6 protoner og 6 elektroner, frigjøres 2 molekyler vann på grunn av forbruket av 1 molekyl O2 og 10 molekyler NAD∙H.

Kompleks I eller NADH dehydrogenasekompleks oksiderer NAD-H. Dette komplekset spiller en sentral rolle i prosessene for cellulær respirasjon og. Nesten 40 % av protongradienten for ATP-syntese skapes av dette komplekset. Kompleks I oksiderer NADH og reduserer ett molekyl av ubiquinon, som frigjøres i membranen. For hvert NADH-molekyl som oksideres, overfører komplekset fire protoner over membranen. NADH-dehydrogenasekomplekset tar to elektroner fra det og overfører dem til ubikinon. Ubiquinon er lipidløselig. Ubiquinon inne i membranen diffunderer til kompleks III. Samtidig pumper kompleks I 2 protoner og 2 elektroner fra matrisen inn i mitokondriene.

Elektrontransportkjede av kompleks I. Grå piler - usannsynlig eller nå nedlagt transportvei

N5-klyngen har et veldig lavt potensial og begrenser hastigheten på den totale strømmen av elektroner gjennom hele kjeden. I stedet for de vanlige ligander for jern-svovelsentre (fire cysteinrester), er den koordinert av tre cysteinrester og en histidinrest, og er også omgitt av ladede polare rester, selv om den befinner seg dypt i enzymet.

Klynge N7 er kun til stede i kompleks I av noen bakterier. Det er betydelig fjernet fra de andre klyngene og kan ikke utveksle elektroner med dem, så det er tilsynelatende et relikvie. I noen bakteriekomplekser relatert til kompleks I ble det funnet fire konserverte cysteinrester mellom N7 og de andre klyngene, og i bakteriekompleks I Aquifex aeolicus en ekstra Fe 4 S 4-klynge ble oppdaget som forbinder N7 med de gjenværende klynger. Av dette følger det A. aeolicus kompleks I, i tillegg til NADH, kan bruke en annen elektrondonor, som overfører dem gjennom N7.

NADH-dehydrogenasekomplekset oksiderer NADH dannet i matrisen under trikarboksylsyresyklusen. Elektroner fra NADH brukes til å gjenopprette membrantransportøren, ubiquinone Q, som overfører dem til det neste komplekset i den mitokondrielle elektrontransportkjeden, kompleks III eller cytokrom f.Kr 1-kompleks.

NADH-dehydrogenasekomplekset fungerer som en protonpumpe: for hver oksidert NADH og redusert Q, pumpes fire protoner gjennom membranen inn i intermembranrommet:

Det elektrokjemiske potensialet som genereres under reaksjonen brukes til å syntetisere ATP. Reaksjonen katalysert av kompleks I er reversibel, en prosess som kalles aerob succinatindusert NAD+-reduksjon. Under forhold med høyt membranpotensial og overflødig reduserte ubiquinols, kan komplekset redusere NAD+ ved å bruke elektronene deres og føre protoner tilbake til matrisen. Dette fenomenet oppstår vanligvis når det er mye succinat, men lite oksaloacetat eller malat. Reduksjonen av ubiquinon utføres av enzymene succinatdehydrogenase, eller mitokondriell. Under forhold med høy protongradient øker affiniteten til komplekset for ubiquinol, og redokspotensialet til ubiquinol avtar på grunn av en økning i konsentrasjonen, noe som muliggjør omvendt transport av elektroner langs det elektriske potensialet til den indre mitokondriemembranen til NAD. Dette fenomenet ble observert under laboratorieforhold, men det er ukjent om det forekommer i en levende celle.

Under de innledende stadiene av forskning på kompleks I, ble en mye diskutert modell basert på antakelsen om at et system som ligner det som opererer i komplekset. Senere studier fant imidlertid ingen egenbundne kinoner i kompleks I og avviste denne hypotesen fullstendig.

NADH-dehydrogenasekomplekset ser ut til å ha en unik mekanisme for protontransport gjennom konformasjonsendringer i selve enzymet. ND2, ND4 og ND5 underenhetene kalles antiport-lignende fordi de er homologe med hverandre og med de bakterielle Mrp Na + /H + antiportene. Disse tre underenhetene danner tre hovedprotonkanaler, som er sammensatt av konserverte ladede aminosyrerester (hovedsakelig lysin og glutamat). Den fjerde protonkanalen er dannet av en del av Nqo8-underenheten og de små underenhetene ND6, ND4L og ND3. Kanalen ligner i strukturen på lignende kanaler av antiportlignende underenheter, men inneholder et uvanlig stort antall tettpakkede glutamatrester på matrisesiden, og det er derfor den kalles E-kanalen (den latinske E brukes som standard betegnelse for glutamat). Fra C-terminalen til ND5-underenheten strekker det seg en forlengelse bestående av to transmembranhelikser forbundet med en uvanlig lang (110 Å) α-helix (HL), som passerer langs den matrisevendte siden av komplekset, fysisk forbinder alle tre antiport-lignende underenheter, og muligens involvert i kobling av elektrontransport med konformasjonsomorganisering. Et annet koblingselement, βH, er dannet av en serie overlappende og α-helikser og er lokalisert på motsatt, periplasmatisk side av komplekset. Det er fortsatt helt ukjent hvordan nøyaktig elektrontransport er koblet med protonoverføring. Det antas at den kraftige negative ladningen til N2-klyngen kan skyve bort omkringliggende polypeptider, og forårsake konformasjonsendringer som på en eller annen måte sprer seg til alle antiportlignende underenheter som ligger ganske langt fra hverandre. En annen hypotese antyder at konformasjonsendringen får det uvanlig lange ubiquinon-bindingsstedet til å stabilisere ubiquinol Q−2 med et ekstremt lavt redokspotensial og en negativ ladning. Mange detaljer om kinetikken til konformasjonsendringer og tilhørende protontransport forblir ukjent.

Den mest studerte komplekse I-hemmeren er rotenon (mye brukt som et organisk plantevernmiddel). Rotenon og rotenoider er isoflavonoider som finnes i røttene til flere tropiske planteslekter som f.eks. Antonia (Loganiaceae), Derris Og Lonchocarpus (Fabaceae). Rotenon har lenge vært brukt som insektmiddel og fiskegift, siden mitokondriene til insekter og fisk er spesielt følsomme for det. Det er kjent at urbefolkningen i Fransk Guyana og andre søramerikanske indianere brukte rotenonholdige planter til fiske allerede på 1600-tallet. Rotenon interagerer med ubiquinon-bindingsstedet og konkurrerer med hovedsubstratet. Det er vist at langsiktig systemisk hemming av kompleks I av rotenon kan indusere selektiv død av dopaminerge nevroner (som skiller ut nevrotransmitteren dopamin). Piericidin A, en annen potent kompleks I-hemmer som strukturelt ligner ubiquinon, virker på lignende måte. Natriumamytal, et derivat av barbitursyre, tilhører også denne gruppen.

Til tross for mer enn 50 års studier av kompleks I, har det ikke vært mulig å oppdage inhibitorer som blokkerer elektronoverføring i komplekset. Hydrofobe hemmere som rotenon eller piericidin avbryter ganske enkelt elektronoverføringen fra den terminale N2-klyngen til ubikinon.

Et annet stoff som blokkerer kompleks I er adenosindifosfatribose, i oksidasjonsreaksjonen til NADH. Det binder seg til enzymet på nukleotidbindingsstedet (FAD).

Noen av de mest potente hemmere av kompleks I inkluderer acetogenin-familien. Disse stoffene har vist seg å danne kjemiske tverrbindinger med ND2-underenheten, noe som indirekte indikerer rollen til ND2 i ubikinonbinding. Det er interessant å merke seg at acetogenin rolliniastatin-2 var den første kompleks I-hemmeren som ble oppdaget å binde seg på et annet sted enn rotenon.

Det antidiabetiske stoffet metformin har en moderat hemmende effekt; Tilsynelatende ligger denne egenskapen til stoffet til grunn for virkningsmekanismen.

Elektroner fra succinat overføres først til FAD og deretter gjennom Fe-S klynger til Q. Elektrontransport i komplekset er ikke ledsaget av generering av en protongradient. 2H+ som dannes under oksidasjonen av succinat forblir på samme side av membranen, det vil si i matrisen, og blir deretter reabsorbert under reduksjonen av kinon. Dermed bidrar kompleks II ikke til dannelsen av protongradienten over membranen og fungerer bare som en elektrontransportør fra succinat til ubiquinon.

Som et resultat av oksidasjonen av succinat blir elektronene overført til FAD og deretter overført langs en kjede av jern-svovelklynger fra klynge til klynge. Der overføres disse elektronene til et ubikinonmolekyl som venter på bindingsstedet.

Det er også en antagelse om at for å forhindre at et elektron kommer direkte fra klyngen til hemen, fungerer en spesiell portmekanisme. En sannsynlig kandidat for porten er histidin -207 av underenhet B, som ligger direkte mellom jern-svovel-klyngen og hemen, nær det bundne ubikinonet, og kan muligens kontrollere strømmen av elektroner mellom disse redokssentrene.

Det er to klasser av komplekse II-hemmere: noen blokkerer succinatbindingslommen og andre blokkerer ubiquinolbindingslommen. Inhibitorer som etterligner ubiquinol inkluderer karboksin og thenoyltrifluoraceton. Inhibitorer-analoger av succinat inkluderer den syntetiske forbindelsen malonat, så vel som komponenter i Krebs-syklusen, malat og oksaloacetat. Interessant nok er oksaloacetat en av de mest potente komplekse II-hemmere. Hvorfor en vanlig metabolitt av trikarboksylsyresyklusen hemmer kompleks II er fortsatt uklart, selv om det har blitt antydet at det dermed kan tjene en beskyttende rolle ved å minimere omvendt elektrontransport i kompleks I, noe som resulterer i dannelsen av superoksid.

Ubiquinol-lignende hemmere har blitt brukt som soppdrepende midler i landbruket siden 1960-tallet. For eksempel har karboksin først og fremst blitt brukt mot sykdommer forårsaket av basidiomyceter, som stilkrust og basidiomycetsykdommer. Rhizoctonia. Nylig har de blitt erstattet av andre forbindelser med et bredere spekter av undertrykte patogener. Slike forbindelser inkluderer boscalid, penthiopyrad og fluopyram. Noen landbruksmessig viktige sopp er ikke mottakelige for virkningen av denne nye generasjonen av inhibitorer.

Cytokrom-bc1-kompleks (cytokromkompleks f.Kr 1) enten ubiquinol-cytokrom c-oksidoreduktase, eller kompleks III - et multiproteinkompleks av den respiratoriske kjeden av elektrontransport og den viktigste biokjemiske generatoren av protongradienten på mitokondriemembranen. Dette multiprotein transmembrankomplekset er kodet av mitokondrie (cytokrom b) og kjernefysiske genomer.

Cytokrom- bс 1-kompleks oksiderer redusert ubiquinon og reduserer cytokrom c (E°"=+0,25 V) i henhold til ligningen:

Elektrontransport i komplekset er assosiert med overføring av protoner fra matrisen (inn) til intermembranrommet (ut) og generering av en protongradient på mitokondriemembranen. For hver to elektroner som passerer langs transportkjeden fra ubikinon til cytokrom c, absorberes to protoner fra matrisen, og fire til slippes ut i intermembranrommet. Redusert cytokrom c beveger seg langs membranen i den vandige fraksjonen og overfører ett elektron til neste respiratoriske kompleks, cytokromoksidase.

Hendelsene som skjer er kjent som Q-syklusen, som ble postulert av Peter Mitchell i 1976. Prinsippet for Q-syklusen er at overføringen av H+ over membranen skjer som et resultat av oksidasjon og reduksjon av kinoner på selve komplekset. I dette tilfellet gir og tar kinoner henholdsvis 2H + fra den vandige fasen selektivt fra forskjellige sider av membranen.

Strukturen til kompleks III har to sentre, eller to "lommer", der kinoner kan binde seg. En av dem, Q out-senteret, ligger mellom jern-svovel-klyngen 2Fe-2S og heme b L nær yttersiden av membranen, vendt mot intermembranrommet. Redusert ubikinon (QH 2) binder seg i denne lommen. Den andre, Q in pocket, er designet for å binde oksidert ubiquinon (Q) og er plassert nær den indre (in) siden av membranen i kontakt med matrisen.

En nødvendig og paradoksal betingelse for driften av Q-syklusen er det faktum at levetiden og tilstanden til semikinoner i de to bindingssentrene er forskjellige. I Q out-senteret er Q ustabil og fungerer som et sterkt reduksjonsmiddel som er i stand til å donere e - til lavpotensialet heme ved. En relativt langvarig Q - dannes i Q i sentrum, hvis potensiale gjør at den kan fungere som et oksidasjonsmiddel som aksepterer elektroner fra hemen b H. Et annet nøkkelpunkt i Q-syklusen er assosiert med divergensen mellom de to elektronene som er inkludert i komplekset langs to forskjellige baner. En studie av krystallstrukturen til komplekset viste at posisjonen til 2Fe-2S-senteret i forhold til andre redokssentre kan skifte. Det viste seg at Rieske-proteinet har et mobilt domene, hvor 2Fe-2S-klyngen faktisk er plassert. Aksepterer et elektron og blir redusert, endrer 2Fe-2S-senteret sin posisjon og beveger seg bort fra Q-utsenteret og hemen b L med 17 med en rotasjon på 60° og derved nærmer seg cytokrom c. Etter å ha gitt et elektron til cytokrom, beveger 2Fe-2S-senteret seg tvert imot nærmere Q-utsenteret for å etablere tettere kontakt. Dermed fungerer en slags skyttel som garanterer at det andre elektronet går til hemene b Land b H. Så langt er dette det eneste eksemplet hvor elektrontransport i komplekser er assosiert med et mobilt domene i proteinstrukturen.

En liten brøkdel av elektronene forlater transportkjeden før de når kompleks IV. Den konstante lekkasjen av elektroner til oksygen resulterer i dannelsen av superoksid. Denne lille bireaksjonen fører til dannelsen av et helt spekter av reaktive oksygenarter, som er svært giftige og spiller en betydelig rolle i utviklingen av patologier og aldring). Elektroniske lekkasjer oppstår hovedsakelig ved Q in-stedet. Denne prosessen fremmes av antimycin A. Det blokkerer hemes b i redusert tilstand, og hindrer dem i å avgi elektroner på semikinon Q, noe som igjen fører til en økning i konsentrasjonen. Semikinon reagerer med oksygen, noe som fører til dannelse av superoksid. Det resulterende superoksidet går inn i mitokondriematrisen og intermembranrommet, hvorfra det kan gå inn i cytosolen. Dette faktum kan forklares med at Complex III sannsynligvis produserer superoksid i form av uladet HOO, som lettere kan trenge gjennom den ytre membranen sammenlignet med ladet Superoksid (O 2 -).

Noen av disse stoffene brukes som soppdrepende midler (som strobilurinderivater, hvor den mest kjente er azoksystrobin, en Q ext site-hemmer) og antimalariamidler (atovaquone).

Cytokrom c oksidase (cytokrom oksidase) eller cytokrom c oksygen oksidoreduktase, også kjent som cytokrom aa 3 og kompleks IV, er en terminal oksidase i den aerobe respiratoriske elektrontransportkjeden som katalyserer overføringen av elektroner fra cytokrom Med til oksygen for å danne vann. Cytokromoksidase er tilstede i den indre membranen av mitokondriene til alle eukaryoter, hvor det vanligvis kalles kompleks IV, så vel som i cellemembranen til mange aerobe bakterier.

Kompleks IV oksiderer sekvensielt fire molekyler av cytokrom c og, ved å akseptere fire elektroner, reduserer O 2 til H 2 O. Under reduksjonen av O 2 fanges fire H + fra

I eukaryoter - på den indre membranen av mitokondrier. Bærerne er lokalisert i henhold til deres redokspotensiale elektrontransport langs hele kjeden skjer spontant.

Protonpotensialet omdannes av ATP-syntase til den kjemiske bindingsenergien til ATP. Det konjugerte arbeidet til ETC- og ATP-syntase kalles oksidativ fosforylering.

Mitokondrier elektrontransportkjede

• Kompleks I (NADH-dehydrogenasekompleks) oksiderer NAD-H, tar to elektroner fra det og overfører dem til lipidløselig ubiquinon, som diffunderer inne i membranen til kompleks III. Samtidig pumper kompleks I 2 protoner og 2 elektroner fra matrisen inn i det intermembrane rommet til mitokondriet.
• Kompleks II (suksinatdehydrogenase) pumper ikke protoner, men gir ekstra elektroner inn i kjeden på grunn av oksidasjonen av succinat.
• Kompleks III (Cytokrom bc 1 kompleks) overfører elektroner fra ubiquinon til to vannløselige cytokrom c lokalisert på den indre membranen av mitokondriet. Ubiquinon overfører 2 elektroner, og cytokromer overfører ett elektron per syklus. Samtidig passerer også 2 protoner av ubiquinon dit og pumpes gjennom komplekset.
• Kompleks IV (Cytokrom c-oksidase) katalyserer overføringen av 4 elektroner fra 4 cytokrommolekyler til O 2 og pumper 4 protoner inn i intermembranrommet. Komplekset består av cytokromer a og a3, som i tillegg til hem inneholder kobberioner.

Effekt av oksidativt potensial

Reduksjonsmiddel	Oksidasjonsmiddel	Ео´, В
H2	2 +	- 0,42
NAD H + H+	NAD +	- 0,32
NADP H + H+	NADP+	- 0,32
Flavoprotein (redusert)	Flavoprotein (oksidert)	- 0,12
Koenzym Q H2	Koenzym Q	+ 0,04
Cytokrom B (Fe2+)	Cytokrom B (Fe3+)	+ 0,07
Cytokrom C 1 (Fe2+)	Cytokrom C 1 (Fe3+)	+ 0,23
Cytokromer A (Fe2+)	Cytokromer A(Fe3+)	+ 0,29
Cytokromer A3 (Fe2+)	Cytokromer A3 (Fe3+)	+0,55
H2O	½ O2	+ 0,82

Respiratoriske kjedehemmere

Noen stoffer blokkerer elektronoverføring gjennom komplekser I, II, III, IV.

• Komplekse I-hemmere - barbiturater, rotenon, piericidin
• Complex II-hemmeren er malonat.
• Kompleks III-hemmer - antimycin A, myxotiazol, stigmatelin
• Komplekse IV-hemmere - hydrogensulfid, cyanid, karbonmonoksid, nitrogenoksid, natriumazid

Elektrontransportkjeder av bakterier

Bakterier, i motsetning til mitokondrier, bruker et stort sett med elektrondonorer og -akseptorer, samt forskjellige elektronoverføringsveier mellom dem. Disse banene kan utføres samtidig, f.eks. E coli når den dyrkes på et medium som inneholder glukose som hovedkilden til organisk materiale, bruker den to NADH-dehydrogenaser og to kinoloksidaser, som betyr tilstedeværelsen av 4 elektrontransportveier. De fleste ETC-enzymer er induserbare og syntetiseres bare hvis veien de går inn i er etterspurt.

I tillegg til organisk materiale kan elektrondonorer i bakterier inkludere molekylært hydrogen, karbonmonoksid, ammonium, nitritt, svovel, sulfid og toverdig jern. I stedet for NADH og succinatdehydrogenase, kan formiat -, laktat -, glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenase, hydrogenase etc. være tilstede I stedet for oksidase, brukt under aerobe forhold, i fravær av oksygen, kan bakterier bruke reduktaser som reduserer div. endelige elektronakseptorer: fumaratreduktase, nitrat- og nitrittreduktase, etc.

se også

Skriv en anmeldelse om artikkelen "The respiratory chain of elektron transport"

Notater

Utdrag som karakteriserer den respiratoriske kjeden for elektrontransport

Til slutt begynte alt rundt å bevege seg, og hele denne praktfullt kledde mengden, som ved et trolldom, delte seg i to deler, og dannet en veldig bred "ballsal"-passasje nøyaktig i midten. Og en helt fantastisk kvinne beveget seg sakte langs denne midtgangen... Eller rettere sagt, et par flyttet på seg, men mannen ved siden av henne var så enkeltsinnet og lite iøynefallende at, til tross for de praktfulle klærne hans, ble hele utseendet rett og slett borte ved siden av hans fantastiske partner.
Den vakre damen så ut som våren - den blå kjolen hennes var fullstendig brodert med fancy paradisfugler og fantastiske sølvrosa blomster, og hele girlandere av ekte friske blomster hvilte i en skjør rosa sky på det silkeaktige, intrikate, askeaktige håret hennes. Mange tråder av delikate perler viklet rundt den lange halsen hennes og bokstavelig talt glødet, satt i gang av den ekstraordinære hvitheten til hennes fantastiske hud. Store glitrende blå øyne så imøtekommende på menneskene rundt henne. Hun smilte fornøyd og var fantastisk vakker....

Fransk dronning Marie Antoinette

Akkurat der, stående bortsett fra alle, ble Axel bokstavelig talt forvandlet!.. Den kjedelige unge mannen forsvant et sted, på et øyeblikk, og på hans sted... sto den levende legemliggjørelsen av de vakreste følelsene på jorden, som bokstavelig talt "slukte" ham med et flammende blikk, en vakker dame som nærmet seg ham.
«Å-å... så vakker hun er!...» Stella pustet entusiastisk ut. – Hun er alltid så vakker!
– Hva, har du sett henne mange ganger? – spurte jeg interessert.
- Å ja! Jeg går og ser på henne veldig ofte. Hun er som vår, er hun ikke?
– Og du kjenner henne?.. Vet du hvem hun er?
"Selvfølgelig!.. Hun er en veldig ulykkelig dronning," ble den lille jenta litt trist.
– Hvorfor ulykkelig? Det ser ut som hun er veldig glad for meg," ble jeg overrasket.
"Dette er akkurat nå... Og så vil hun dø... Hun vil dø veldig skummelt - de vil kutte hodet av henne... Men jeg liker ikke å se det," hvisket Stella trist.
I mellomtiden innhentet den vakre damen vår unge Axel, og da hun så ham, frøs hun et øyeblikk av overraskelse, og så, rødmende sjarmerende, smilte hun veldig søtt til ham. Av en eller annen grunn hadde jeg inntrykk av at rundt disse to menneskene frøs verden et øyeblikk... Som om det i et veldig kort øyeblikk var ingenting og ingen rundt for dem bortsett fra de to... Men damen beveget seg på , og det magiske øyeblikket falt fra hverandre til tusenvis av korte øyeblikk som vevde seg mellom disse to menneskene til en sterk glitrende tråd, for aldri å la dem gå ...
Axel sto helt lamslått og, igjen uten å merke noen rundt seg, passet på den vakre damen hans, og hans erobrede hjerte dro sakte med henne... Han la ikke merke til blikkene til de forbipasserende unge skjønnhetene som så på ham, og reagerte ikke på deres skinnende, innbydende smil.

Grev Axel Fersen Marie Antoinette

Som person var Axel, som de sier, "både innvendig og utvendig" veldig attraktiv. Han var høy og grasiøs, med store alvorlige grå øyne, alltid elskverdig, reservert og beskjeden, som tiltrakk både kvinner og menn like mye. Hans korrekte, alvorlige ansikt lyste sjelden opp med et smil, men hvis dette skjedde, så ble Axel i et slikt øyeblikk rett og slett uimotståelig... Derfor var det helt naturlig for den sjarmerende kvinnelige halvdelen å intensivere oppmerksomheten mot ham, men å deres vanlige anger, Axel var bare interessert i at det bare er én skapning i hele den vide verden - dens uimotståelige, vakre dronning...
– Vil de være sammen? – Jeg tålte det ikke. – De er så vakre begge to!
Stella smilte bare trist og kastet oss umiddelbart inn i neste "episode" av denne uvanlige og på en eller annen måte veldig rørende historien...
Vi befant oss i en veldig koselig, blomsterduftende liten sommerhage. Rundt omkring, så langt øyet rakk, var det en praktfull grønn park, dekorert med mange statuer, og i det fjerne kunne man se et forbløffende stort steinpalass, som ligner på en liten by. Og blant all denne "grandiose", litt undertrykkende, omkringliggende storheten, skapte bare denne hagen, fullstendig beskyttet mot nysgjerrige øyne, en følelse av ekte komfort og en slags varm, "hjemmekoselig" skjønnhet ...
Forsterket av varmen fra sommerkvelden, var den svimlende søte lukten av blomstrende akasie, roser og noe annet som jeg ikke kunne identifisere i luften. Over den klare overflaten av den lille dammen, som i et speil, ble det reflektert enorme kopper med myke rosa vannliljer, og de snøhvite "pelsfrakkene" av late, kongelige svaner, allerede klare til å sove. Et vakkert ungt par gikk langs en liten, smal sti rundt en dam. Et sted i det fjerne hørtes musikk, munter kvinnelatter glitret som bjeller, de glade stemmene til mange mennesker lød, og bare for disse to stoppet verden akkurat her, i dette lille hjørnet av jorden, hvor de milde stemmene i det øyeblikket av fugler lød bare for dem; bare for dem raslet en leken, lett bris i rosebladene; og bare for dem, et øyeblikk, stoppet tiden hjelpsomt, og ga dem muligheten til å være alene - bare en mann og en kvinne som kom hit for å si farvel, uten engang å vite om det ville være for alltid ...
Damen var sjarmerende og på en eller annen måte "luftig" i sin beskjedne, hvite sommerkjole, brodert med små grønne blomster. Det fantastiske askegrå håret hennes var bundet tilbake med et grønt bånd, som fikk henne til å se ut som en nydelig skogsfe. Hun så så ung, ren og beskjeden ut at jeg ikke umiddelbart gjenkjente i henne den majestetiske og strålende skjønnheten til dronningen som jeg hadde sett for bare noen minutter siden i all hennes storslåtte "seremonielle" skjønnhet.

Et system av strukturelt og funksjonelt beslektede transmembranproteiner og elektronbærere. Den lar deg lagre energien som frigjøres under oksidasjonen av NAD*H og FADH2 av molekylært oksygen i form av et transmembran protonpotensial på grunn av sekvensiell overføring av et elektron langs kjeden, kombinert med pumping av protoner gjennom membranen. Transportkjeden i eukaryoter er lokalisert på den indre mitokondriemembranen. Det er 4 multienzymkomplekser i respirasjonskjeden. Det er også et annet kompleks som ikke er involvert i elektronoverføring, men syntetiserer ATP.

1. CoA-oksidoreduktase.

1. Aksepterer elektroner fra NADH og overfører dem til koenzym Q (ubiquinon). 2. Overfører 4 H+ ioner til den ytre overflaten av den indre mitokondriemembranen.

2. FAD-avhengige dehydrogenaser.

1. Reduksjon av FAD ved cytokrom c oksidoreduktase.

2.Mottar elektroner fra koenzym Q og overfører dem til cytokrom c.

3. Overfører 2 H+ ioner til den ytre overflaten av den indre mitokondriemembranen.

Fjerde-cytokrom c-oksygenoksidoreduktase.

1. Aksepterer elektroner fra cytokrom c og overfører dem til oksygen for å danne vann.

2. Overfører 4 H+ ioner til den ytre overflaten av den indre mitokondriemembranen. Alle hydrogenatomer spaltet fra substrater av dehydrogenaser under aerobe forhold når den indre mitokondriemembranen som en del av NADH eller FADH2.

Når elektroner beveger seg, mister de energi -> energi blir brukt av komplekser på å pumpe H-ioner, skjer i strengt definerte områder. En del av denne energien brukt på ATP-syntese. Den andre delen spres som varme.

Den mitokondrielle respirasjonskjeden består av 5 multienzymkomplekser, hvis underenheter er kodet av både nukleære og mitokondrielle gener. Koenzym Q10 og cytokrom c er involvert i elektrontransport. Elektroner kommer fra NAD*H- og FAD"H-molekyler og transporteres langs respirasjonskjeden. Den frigjorte energien brukes til å transportere protoner til den ytre membranen av mitokondriene, og den resulterende elektrokjemiske gradienten brukes til å syntetisere ATP ved bruk av kompleks V av mitokondriell respirasjonskjede

44. Sekvens og struktur av elektronbærere i respirasjonskjeden

1 kompleks. NADH-CoQ oksidoreduktase

Dette komplekset har også arbeidsnavnet NADH dehydrogenase, inneholder FMN (flavinmononukleotid), 22 proteinmolekyler, hvorav 5 er jern-svovelproteiner med en total molekylvekt på opptil 900 kDa.

Aksepterer elektroner fra NADH og overfører dem til koenzym Q (ubiquinon).

Overfører 4 H+ ioner til den ytre overflaten av den indre mitokondriemembranen.

2 kompleks. FAD-avhengige dehydrogenaser

Den inkluderer FAD-avhengige enzymer lokalisert på den indre membranen - for eksempel acyl-SCoA-dehydrogenase (fettsyreoksidasjon), succinatdehydrogenase (trikarboksylsyresyklus), mitokondriell glyserol-3-fosfatdehydrogenase (NADH-transport inn i mitokondriene).

Reduksjon av FAD i redoksreaksjoner.

Sikre overføring av elektroner fra FADH2 til jern-svovelproteiner i den indre mitokondriemembranen. Disse elektronene går deretter til koenzym Q.

46. ​​Biokjemiske mekanismer for separasjon av oksidasjon og fosforylering, faktorer som forårsaker dem Frakobling av respirasjon og fosforylering

Noen kjemikalier (protonoforer) kan transportere protoner eller andre ioner (ionoforer) fra intermembranrommet gjennom membranen inn i matrisen, og omgå protonkanalene til ATP-syntase. Som et resultat forsvinner det elektrokjemiske potensialet og ATP-syntesen stopper. Dette fenomenet kalles frakobling av respirasjon og fosforylering. Som et resultat av frakobling reduseres mengden ATP og ADP øker. I dette tilfellet øker oksidasjonshastigheten av NADH og FADH2, og mengden absorbert oksygen øker også, men energi frigjøres i form av varme, og P/O-forholdet synker kraftig. Som regel er uncouplers lipofile stoffer som lett passerer gjennom lipidlaget i membranen. Et av disse stoffene er 2,4-dinitrofenol (fig. 6-17), som lett går fra en ionisert form til en ikke-ionisert, fester et proton i intermembranrommet og overfører det til matrisen.

Eksempler på frikoblinger kan også være enkelte medisiner, for eksempel dicumarol – et antikoagulant (se avsnitt 14) eller metabolitter som dannes i kroppen, bilirubin – et produkt av katabolisme (se avsnitt 13), tyroksin – et skjoldbruskkjertelhormon (se pkt. 11). Alle disse stoffene viser en frakoblingseffekt kun ved høye konsentrasjoner.

Å slå av fosforylering ved utarming av ADP eller uorganisk fosfat er ledsaget av hemming av respirasjonen (respirasjonskontrolleffekt). Et stort antall effekter som skader mitokondriemembranen forstyrrer koblingen mellom oksidasjon og fosforylering, slik at elektronoverføring kan skje selv i fravær av ATP-syntese (frakoblingseffekt)

1. Total produksjon:

For å syntetisere 1 ATP-molekyl kreves det 3 protoner.

2. Hemmere av oksidativ fosforylering:

Inhibitorer blokkerer V-komplekset:

Oligomycin - blokkerer protonkanaler av ATP-syntase.

Atractylosid, cyklofyllin - blokker translokaser.

3. Frakoblinger av oksidativ fosforylering:

Uncouplers er lipofile stoffer som er i stand til å akseptere protoner og overføre dem gjennom den indre membranen av mitokondrier, utenom V-komplekset (dets protonkanal). Frakoblinger:

Naturlig - produkter av lipidperoksidasjon, langkjedede fettsyrer; store doser skjoldbruskhormoner.

Kunstig - dinitrofenol, eter, vitamin K-derivater, anestetika.