Prítomnosť superkomplexov v respiračnom elektrónovom transportnom reťazci zabezpečuje proteín SCAFI. Respiračný reťazec Redukovaný reťazec transportu elektrónov pre kyselinu jantárovú

11.3.3.1. Nosiče elektrónov

Nosiče elektrónov sa nachádzajú na povrchu alebo hlboko vo vnútornej mitochondriálnej membráne, ktorá je usporiadaná do krížikov, ktorých počet a hustota balenia koreluje s energetickými potrebami bunky.

Mnohé nosiče elektrónov sú proteíny obsahujúce hem ako prostetickú skupinu.

Vlastnosti molekuly hemu závisia od proteínu, ku ktorému je pripojená. Okrem toho sa hemy v rôznych cytochrómoch môžu líšiť v štruktúre bočných skupín a spôsobe pripojenia k apoproteínu. Preto sa cytochrómy môžu líšiť v redoxných potenciáloch, hoci všetky majú takmer rovnaké protetické skupiny.

Nosiče elektrónov sa nazývajú cytochrómy, pretože majú červenú farbu. Rôzne cytochrómy sú označené písmenovými indexmi: s 1, s, a, a 3 – v poradí ich umiestnenia v okruhu.

Iný typ nehémových nosičov elektrónov obsahujúcich železo zahŕňa proteíny, v ktorých sú atómy železa viazané na sulfhydrylové skupiny proteínových cysteínových zvyškov, ako aj na sulfhydrylové anióny zvyškov, ktoré tvoria komplexy alebo centrá železo-síra ( Obr. 29).

Ryža. 29.Štruktúra železo-sírového centra

Rovnako ako v cytochrómoch môžu atómy železa v takýchto centrách prijímať a darovať elektróny, pričom striedavo prechádzajú do fero (Fe 2+) a ferri (Fe 3+) stavov. Železo-sírové centrá fungujú spolu s enzýmami obsahujúcimi flavín, prijímajú elektróny zo sukcinátdehydrogenázy a dehydrogenázy zapojené do oxidácie tukov.

Ďalším typom transportéra je proteín obsahujúci FMN. FMN (flavín adenín mononukleotid) je zlúčenina, ktorá je flavínovou polovicou molekuly FAD. FMN prenáša elektróny z FADN do centier železa a síry.

Všetky proteínové nosiče sú integrálne proteíny, ktoré zaujímajú v membráne striktne pevnú polohu a sú určitým spôsobom orientované. Výnimkou je cytochróm c, ktorý je voľne naviazaný na vonkajšiu membránu a ľahko ju opúšťa.

Jediným neproteínovým nosičom elektrónov je ubichinón, ktorý sa tak nazýva preto, že na jednej strane je to chinón a na druhej strane sa nachádza všade (z angl. všadeprítomný– všadeprítomný). Jeho skrátený názov je CoQ, UQ alebo jednoducho Q. Všetky centrá železa a síry darujú elektróny ubichinónu.

Pri redukcii ubichinón získava nielen elektróny, ale aj protóny (obr. 30).

Obr.30. Ubichinón – koenzým Q (a)
a jeho redoxné premeny (b)

Pri jednoelektrónovej redukcii sa mení na semichinón (organický voľný radikál) a pri dvojelektrónovej redukcii na hydrochinón. Je to prechodná tvorba voľného radikálu, ktorá umožňuje ubichinónu slúžiť ako nosič nie dvoch, ale jedného elektrónu. Veľmi dlhý hydrofóbny chvost (40 atómov uhlíka v desiatich po sebe idúcich izoprenoidových zvyškoch) dáva ubichinónu schopnosť ľahko sa vložiť a voľne sa pohybovať v nepolárnej vrstve vnútornej mitochondriálnej membrány.

11.3.3.2. Umiestnenie vektorov

Tok elektrónov medzi nosičmi smeruje od nosiča s vyšším redukčným potenciálom (t.j. nižším redoxným potenciálom) na nosič s nižším redukčným potenciálom (t.j. viac oxidovaný, s vyšším redoxným potenciálom) (obr. 31).

Obr.31. Redoxný potenciál komponentov dýchacieho reťazca v mitochondriách

V mitochondriálnom reťazci majú transportéry rôzne redoxné potenciály.

Nosiče elektrónov v reťazci sú umiestnené v obvode tak, že DG 0 (voľná energia) postupne klesá a redoxný potenciál zodpovedajúcim spôsobom rastie. V každom štádiu prenosu elektrónov na nosič susediaci s reťazcom sa uvoľňuje voľná energia.

Počas oxidácie glukózy sa elektróny prenášajú z NADH a FADH 2 na kyslík. Do tohto procesu je zapojených veľa transportérov, ale môžu byť zoskupené do štyroch komplexov, ktoré sú vložené do mitochondriálnej membrány.
(obr. 32).

Ryža. 32.Štyri elektrónové transportné komplexy
v mitochondriálnej membráne

Medzi komplexmi sa elektróny pohybujú spolu s mobilnými nosičmi: ubichinónom a cytochrómom c. Ubichinón prijíma elektróny z komplexov I a II a prenáša ich do komplexu III. Cytochróm c slúži ako sprostredkovateľ medzi komplexmi III a IV. Komplex I prenáša elektróny z NADH do Q; komplex II – od sukcinátu cez FADN 2 po Q; komplex III využíva QH 2 na redukciu cytochrómu c a komplex IV prenáša elektróny z cytochrómu s pre kyslík. Komplexy I, III a IV sa nazývajú NADH-CoQ reduktáza, CoQH2-cytochróm s-reduktáza a cytochrómoxidáza. Komplex IV – cytochrómoxidáza – pozostáva z niekoľkých proteínov. Prijíma elektróny z cytochrómu s na vonkajšej strane vnútornej mitochondriálnej membrány. Na svojej ceste ku kyslíku tieto elektróny prechádzajú cez cytochrómy A A a 3, obsahujúci atómy medi, ktoré sa striedavo premieňajú na stavy Cu + a Cu 2+. Cytochrómoxidáza znižuje voľný kyslík:

O2 + 4 e - + 4H+® 2H20

11.3.3.3. Mitchellova chemiosmotická teória

Transport elektrónov pozdĺž dýchacieho reťazca vedie k tvorbe ATP. Koncepciu mechanizmu spájania transportu elektrónov so syntézou ATP vyvinul anglický biochemik Peter Mitchell v roku 1961 (Mitchell získal Nobelovu cenu v roku 1978). Mitchell objavil, že tok elektrónov spôsobuje, že protóny sa z mitochondrií odčerpávajú do okolitého prostredia, čím sa vytvára protónový gradient cez membránu (znižuje sa pH vonkajšieho roztoku). Keďže protóny sú kladne nabité častice, ich odčerpávaním z mitochondrií vzniká na membráne rozdiel v elektrickom potenciáli (mínus - vo vnútri) a rozdiel v pH (vyšší - vo vnútri). Elektrický a koncentračný gradient spolu tvoria (podľa Mitchella) protónovú hybnú silu, ktorá je zdrojom energie pre syntézu ATP (obr. 33).

Ryža. 33. Schéma syntézy ATP vo vnútornom
mitochondriálna membrána

Protónová hnacia sila poháňa komplexy ATP syntázy, ktoré využívajú tok elektrónov na syntézu ATP z ADP a fosforu.Komplexy sú špecializované protónové kanály (výbežky v tvare húb, ktoré pokrývajú vnútorný povrch krís). Komplex predstavujú dve vzájomne prepojené zložky F 0 F 1, z ktorých každá pozostáva z niekoľkých proteínových molekúl. F 0 je zapustená v membráne a F 1 je umiestnená na jej povrchu. V F1 sa syntetizuje ATP, zatiaľ čo F0 plní funkciu samotného protónového kanála (obr. 34).

Obrázok 34. Schematické znázornenie „hubovej“ štruktúry F 0 F 1 ATP syntetázy z E. coli. Zložka Fo preniká membránou a vytvára kanál pre protóny. Predpokladá sa, že F 1 pozostáva z troch a a troch b podjednotiek, organizovaných tak, že tvoria hexamérnu štruktúru ako „klobúčik huby“, a jednej g, jednej d a jednej e podjednotky, ktoré tvoria „tyčinku“ spájajúcu F 0 na kanál F 1

Nie je presne známe, ako sa ATP generuje prostredníctvom ATP syntetázy. Podľa jednej teórie dochádza pri translokácii protónov cez faktor F0 ku konformačným zmenám v zložke F1, ktorá syntetizuje ATP z ADP a fosforu.

Na každý pár elektrónov prenesených z NADH na kyslík pripadá 10 protónov odčerpaných z mitochondriálnej matrice. Oxidácia 1 molekuly NADH teda vedie k syntéze 2,5 molekúl ATP a oxidácia 1 molekuly FADH 2 vedie k syntéze 1,5 molekúl ATP. Predtým sa verilo, že boli syntetizované tri a dve molekuly ATP. Tieto množstvá sa zvyčajne nazývajú pomery P/O, pretože prenos 2 elektrónov je ekvivalentný redukcii 1 atómu kyslíka.

Výťažok ATP počas oxidácie molekuly glukózy na CO2 a H20.

Glykolýza produkuje 2 molekuly ATP (4 sú produkované, ale 2 sú spotrebované). Pri glykolýze vznikajú v cytoplazme aj 2 molekuly NADH na 1 molekulu glukózy. V cykle kyseliny citrónovej vznikajú 2 molekuly ATP (z 1 molekuly glukózy sa vytvoria 2 molekuly acetyl-CoA, čím sa spustia dve otáčky cyklu).

Na každú 1 molekulu glukózy produkuje pyruvátdehydrogenáza 2 molekuly NADH a cyklus kyseliny citrónovej produkuje 6 molekúl NADH. Ich oxidáciou dochádza k syntéze 20 molekúl ATP. Tri ďalšie molekuly ATP sa tvoria v dôsledku oxidácie FADH 2 počas premeny sukcinátu na fumarát.

Celkový výstup molekúl ATP bude závisieť od toho, ktorý kyvadlový mechanizmus (glycerofosfát a malát aspartát) používajú bunky na dodanie NADH do dýchacieho reťazca. V mechanizme glycerolfosfátu sa elektróny z NADH prenášajú na dihydroxyacetónfosfát za vzniku glycerol-3-fosfátu, ktorý prenáša elektróny do dýchacieho reťazca (obr. 35). K tomu dochádza za účasti enzýmu glycerol-3-fosfátdehydrogenázy. Pomocou cytoplazmatického NADH sa obnovuje mitochondriálny FAD, čo je prostetická skupina flavoproteínu – glycerol-3-fosfátdehydrogenázy.

Ryža. 35. Glycerolfosfátový kyvadlový mechanizmus

Ďalší kyvadlový systém, malát-aspartátový systém, prenáša elektróny z cytoplazmatického NADH do mitochondriálneho NAD + (obr. 36). To vedie k tvorbe mitochondriálneho NADH, ktorý sa ďalej oxiduje v reťazci transportu elektrónov. V cytoplazme NADH redukuje oxalacetát na malát. Ten sa pomocou nosiča dostáva do mitochondrií, kde sa reoxiduje na oxalacetát s redukciou NAD +. Samotný oxaloacetát nemôže opustiť mitochondrie, preto sa najskôr mení na aspartát, ktorý je prenášačom transportovaný do cytoplazmy. V cytoplazme sa aspartát deaminuje, mení sa na oxalacetát a tým sa uzaviera kyvadlový mechanizmus.

Obr.36. Malátovo-aspartátový kyvadlový systém na prenos elektrónov

Ide o proteínové komplexy a nosiče elektrónov, ktoré plávajú na vnútornej membráne mitochondrií, prenášajú elektróny medzi sebou pozdĺž reťazca a tým vytvárajú energiu. Existujú štyri respiračné proteínové komplexy a stále nie je jasné, ako sú organizované na membráne: či plávajú nezávisle od seba alebo sa spájajú a vytvárajú takzvané superkomplexy. Skupina španielskych vedcov zistila, že proteín nazývaný SCAFI (supercomplex Assembly factor I) špecificky reguluje zostavovanie respiračných komplexov do superkomplexov.

Pred niekoľkými desaťročiami, keď boli práve izolované a študované respiračné proteínové komplexy mitochondrií, sa predpokladalo, že existujú v membráne nezávisle od seba a komunikujú iba pomocou elektrónových nosičov, ktoré medzi nimi putujú - ubichinónu a cytochrómu c (obr. 1). Tento predpoklad sa nazýva „fluidný model“. Postupne sa však objavovali dôkazy, že situácia nie je taká jednoduchá a že dýchacie komplexy sa môžu medzi sebou spájať do väčších štruktúr – „superkomplexov“.

Napríklad sa zistilo, že komplex I je všeobecne nestabilný v neprítomnosti komplexov III alebo IV. A v roku 2000 bola predložená odvážna hypotéza - nazývala sa „pevný model“ - podľa ktorej sú komplexy I, III a IV spojené do jedného obrovského superkomplexu nazývaného respirasome, v dôsledku čoho fungujú harmonickejšie ( pozri Hermann Schägger, Kathy Pfeiffer, 2000. Superkomplexy v dýchacích reťazcoch kvasiniek a mitochondrií cicavcov). Požadované respirazómy boli izolované z mitochondrií hovädzieho srdcového svalu, ale ako vždy v takýchto jemných molekulárnych štúdiách zostávala možnosť, že to bol jednoducho artefakt nesprávne zvolenej techniky a komplexy neboli spojené dohromady v mitochondriách hovädzieho dobytka. membránou, ale priamo v skúmavke výskumníka. V nasledujúcich rokoch sa uskutočnilo množstvo pokusov dokázať alebo vyvrátiť existenciu respirasome, ale márne: nezískali sa žiadne presvedčivé argumenty ani pre, ani proti respirasome. Respirazómy a iné superkomplexy boli dokonale zistiteľné v mitochondriách pomocou niektorých techník izolácie proteínov, ale stále nebolo jasné, či ide o skutočnosť alebo artefakt.

Autori diskutovanej práce sa rozhodli pristúpiť k problému z iného uhla. Ak respirazómy (a iné superkomplexy) nie sú artefaktom, potom budú pravdepodobne pozostávať nielen z respiračných komplexov ako takých, ale aj z niektorých ďalších pomocných proteínov. A ak sú tieto pomocné proteíny identifikované a potom sa s nimi „hrá“ - napríklad ich vypnutie alebo zapnutie - potom môžete získať nepriame dôkazy (alebo naopak vyvrátenia) o existencii superkomplexov a tiež všeobecne pochopiť, za akých podmienok tieto komplexy sa tvoria a prečo sú potrebné?

Preto výskumníci najprv izolovali superkomplexy a respiračné komplexy jednotlivo z mitochondrií (urobilo sa to pomocou modrej natívnej elektroforézy (pozri BN-PAGE) - jeden z najšetrnejších spôsobov separácie proteínových zmesí) a potom analyzovali proteíny, ktoré tvoria superkomplexy a „jednorazové“ komplexy. „respiračné komplexy.

A ukázalo sa, že jeden proteín (ktorý niesol nejasný názov Cox7a2l - cytochróm c oxidáza podjednotka VIIa polypeptid 2-like) je prítomný iba v superkomplexoch obsahujúcich respiračný komplex IV (teda v respirasome a superkomplexe III+IV), a je nenachádzajú sa v jednotlivých komplexoch. Paralelne mali vedci to šťastie, že náhodou zistili, že v troch mutantných myšacích bunkových líniách s poškodenou (a zjavne neživotaschopnou) formou tohto proteínu neboli vôbec zistené superkomplexy zahŕňajúce komplex IV v mitochondriálnej membráne. Navyše, ak sa do mutantných buniek vloží gén pre normálny proteín, potom sa v nich začnú vytvárať tieto superkomplexy. Z toho všetkého vedci vyvodili logický záver: tento proteín pomáha komplexu IV vytvárať superkomplexy, a preto si zaslúži, aby bol premenovaný na superkomplexný montážny faktor I (SCAFI) a aby bol podrobnejšie študovaný.

Aby sme boli spravodliví, poznamenávame, že myšlienka proteínov stabilizujúcich superkomplexy nie je nová: minulý rok už boli v kvasinkách objavené dva proteíny, Rcf1 a Rcf2, ktoré sa tiež podieľali na tvorbe superkomplexov (pozri: V. Strogolova et al., 2012. Rcf1 a Rcf2, členovia hypoxiou indukovanej rodiny proteínov génu 1, sú kritickými zložkami mitochondriálneho superkomplexu cytochróm bc1-cytochróm c oxidáza).

Prečo je potrebná tvorba superkomplexov? Výskumníci navrhli elegantné vysvetlenie tohto javu (obrázok 2).

Povedzme, že v membráne nie sú žiadne superkomplexy a dýchacie komplexy fungujú individuálne a nezávisle od seba. Potom dochádza k prenosu elektrónov jednoduchou cestou len s jednou vetvou: komplex I prenáša elektróny z NADH do koenzýmu Q (nazvime túto zásobu koenzýmu Q „CoQ NADH“), komplex II prenáša elektróny z sukcinátu na koenzým Q (my budeme túto zásobu koenzýmu Q nazývať „CoQ FAD“, pretože oxidácia v komplexe II prebieha pomocou kofaktora FAD); potom sa z oboch poolov koenzýmu Q prenesú elektróny do cytochrómu c pomocou komplexu III (to znamená, že sa vytvorí len jeden veľký pool cytochrómu c, nazvime ho Cyt c oba, pretože patrí do oboch prúdov); a nakoniec cytochróm c, zachytený komplexom IV, prenáša elektróny na kyslík. Inými slovami, v celom systéme je len jeden súbor IV komplexov - nazvime to IV oba.

Ak v membráne plávajú okrem osamelých komplexov aj superkomplexy, potom je elektrónová cesta zložitejšia a rozvetvená. Okrem vyššie opísanej cesty cez voľné komplexy môžu vstúpiť aj do respirasome, kde ich nakoniec samostatný pool komplexu IV (nazvime ho IV NADH) prenesie zo samostatného poolu cytochrómu c na kyslík. Pomocou komplexu II sa môžu dostať do superkomplexu III+IV, odkiaľ opäť prejdú ku kyslíku (tento bazén komplexov budeme nazývať IV IV FAD). Máme teda tri skupiny komplexov IV - IV NADH, IV FAD a IV oba.

V dôsledku tohto rozdelenia sa systém stáva flexibilnejším, poistený proti presýteniu jedným substrátom a konkurenciou medzi substrátmi a naopak prispôsobený na použitie rôznych substrátov na optimálnych úrovniach. Napríklad, ak mitochondrie „kŕmite“ výlučne sukcinátom (ktorý posiela elektróny pozdĺž dráhy FAD), potom v neprítomnosti superkomplexov to spracujú rýchlejšie ako v ich prítomnosti. Ak sa však tieto mitochondrie umiestnia do média obsahujúceho sukcinát aj pyruvát + malát (vysielanie elektrónov cez dráhu NADH), potom sa spracovanie sukcinátu v mitochondriách obsahujúcich superkomplexy nezmení, ale v mitochondriách bez superkomplexov výrazne klesne (obr. 3).

Zdá sa, že prítomnosť superkomplexov je jednoducho dodatočným a voliteľným „lukom“ v reťazci prenosu elektrónov. Aj keď superkomplexy očividne dodávajú tomuto reťazcu ergonómiu, aj v prípade ich neprítomnosti sa mitochondrie (rovnako ako zvieratá, v ktorých tieto mitochondrie fungujú) cítia skvele. Diskutovaná práca po prvé poskytuje genetický dôkaz prítomnosti superkomplexov a po druhé navrhuje elegantnú teóriu plasticity elektrónového transportného reťazca.

Kde je indukovaný protónový potenciál? Protónový potenciál sa premieňa ATP syntázou na energiu chemickej väzby ATP. Konjugovaná práca ETC a ATP syntázy sa nazýva oxidatívna fosforylácia.

V eukaryotických mitochondriách začína elektrónový transportný reťazec oxidáciou NADH a redukciou ubichinónu Q komplexom I. Ďalej komplex II oxiduje sukcinát na fumarát a redukuje ubichinón Q. Ubichinón Q je oxidovaný a redukovaný komplexom cytochrómu c III. Na konci reťazca komplex IV katalyzuje prenos elektrónov z cytochrómu c na kyslík za vzniku vody. Výsledkom reakcie je, že na každých bežne uvoľnených 6 protónov a 6 elektrónov sa uvoľnia 2 molekuly vody v dôsledku vynaloženia 1 molekuly O2 a 10 molekúl NAD∙H.

Komplex I alebo komplex NADH dehydrogenázy oxiduje NAD-H. Tento komplex hrá ústrednú úlohu v procesoch bunkového dýchania a. Takmer 40 % protónového gradientu pre syntézu ATP je vytvorených týmto komplexom. Komplex I oxiduje NADH a redukuje jednu molekulu ubichinónu, ktorá sa uvoľňuje do membrány. Na každú oxidovanú molekulu NADH prenesie komplex štyri protóny cez membránu. Komplex NADH dehydrogenázy z neho odoberá dva elektróny a prenáša ich na ubichinón. Ubichinón je rozpustný v tukoch. Ubichinón vo vnútri membrány difunduje do komplexu III. Súčasne komplex I pumpuje 2 protóny a 2 elektróny z matrice do mitochondrií.

Elektrónový transportný reťazec komplexu I. Sivé šípky - nepravdepodobná alebo už zaniknutá transportná dráha

Klaster N5 má veľmi nízky potenciál a obmedzuje rýchlosť celkového toku elektrónov v reťazci. Namiesto zvyčajných ligandov pre centrá železa a síry (štyri cysteínové zvyšky) je koordinovaný tromi cysteínovými zvyškami a jedným histidínovým zvyškom a je tiež obklopený nabitými polárnymi zvyškami, hoci sa nachádza hlboko v enzýme.

Klaster N7 je prítomný iba v komplexe I niektorých baktérií. Od ostatných klastrov je výrazne vzdialený a nedokáže si s nimi vymieňať elektróny, takže ide zrejme o relikt. V niektorých bakteriálnych komplexoch súvisiacich s komplexom I sa medzi N7 a ostatnými zhlukmi našli štyri konzervované cysteínové zvyšky a v bakteriálnom komplexe I Aquifex aeolicus bol objavený ďalší klaster Fe 4 S 4 spájajúci N7 so zostávajúcimi klastrami. Z toho vyplýva, že A. aeolicus komplex I, okrem NADH, môže využiť aj iného donora elektrónov, ktorý ich prenáša cez N7.

Komplex NADH dehydrogenázy oxiduje NADH vytvorený v matrici počas cyklu trikarboxylových kyselín. Elektróny z NADH sa používajú na obnovenie membránového transportéra, ubichinónu Q, ktorý ich prenáša do ďalšieho komplexu mitochondriálneho elektrónového transportného reťazca, komplexu III alebo cytochrómu. bc 1-komplex.

Komplex NADH dehydrogenázy funguje ako protónová pumpa: na každý oxidovaný NADH a redukovaný Q sa štyri protóny pumpujú cez membránu do medzimembránového priestoru:

Elektrochemický potenciál generovaný počas reakcie sa využíva na syntézu ATP. Reakcia katalyzovaná komplexom I je reverzibilná, proces nazývaný aeróbnym sukcinátom indukovaná redukcia NAD+. V podmienkach vysokého membránového potenciálu a prebytku redukovaných ubichinolov môže komplex redukovať NAD+ pomocou svojich elektrónov a preniesť protóny späť do matrice. Tento jav sa zvyčajne vyskytuje, keď je veľa sukcinátu, ale málo oxaloacetátu alebo malátu. Redukcia ubichinónu sa uskutočňuje pomocou enzýmov sukcinátdehydrogenázy alebo mitochondrií. V podmienkach vysokého protónového gradientu sa zvyšuje afinita komplexu k ubichinolu a redoxný potenciál ubichinolu klesá v dôsledku zvýšenia jeho koncentrácie, čo umožňuje reverzný transport elektrónov pozdĺž elektrického potenciálu vnútornej mitochondriálnej membrány do NAD. Tento jav bol pozorovaný v laboratórnych podmienkach, no nie je známe, či sa vyskytuje aj v živej bunke.

Počas počiatočných fáz výskumu komplexu I bol široko diskutovaný model založený na predpoklade, že v komplexe funguje podobný systém. Neskoršie štúdie však nenašli žiadne vnútorne viazané chinóny v komplexe I a túto hypotézu úplne zamietli.

Zdá sa, že komplex NADH dehydrogenázy má jedinečný mechanizmus transportu protónov prostredníctvom konformačných zmien v samotnom enzýme. Podjednotky ND2, ND4 a ND5 sa nazývajú antiportové, pretože sú homológne navzájom a s bakteriálnymi Mrp Na + /H + antiportmi. Tieto tri podjednotky tvoria tri hlavné protónové kanály, ktoré sa skladajú z konzervovaných nabitých aminokyselinových zvyškov (hlavne lyzínu a glutamátu). Štvrtý protónový kanál je tvorený časťou podjednotky Nqo8 a malými podjednotkami ND6, ND4L a ND3. Kanál má podobnú štruktúru ako podobné kanály antiportových podjednotiek, ale obsahuje nezvyčajne veľký počet husto zbalených glutamátových zvyškov na strane matrice, a preto sa nazýva E-kanál (latinka E sa používa ako štandard označenie pre glutaman). Z C-konca podjednotky ND5 sa rozprestiera rozšírenie pozostávajúce z dvoch transmembránových helixov spojených nezvyčajne dlhou (110 Å) α-helixom (HL), ktorá prechádza pozdĺž strany komplexu privrátenej k matrici a fyzicky spája všetky tri antiportové podjednotky a možno sa podieľajú na spájaní transportu elektrónov s konformačným preskupením. Ďalší spojovací prvok, βH, je tvorený sériou prekrývajúcich sa a α-helixov a nachádza sa na opačnej, periplazmatickej strane komplexu. Stále nie je úplne známe, ako presne je transport elektrónov spojený s prenosom protónov. Predpokladá sa, že silný negatívny náboj N2 klastra môže odtlačiť okolité polypeptidy, čo spôsobí konformačné zmeny, ktoré sa nejakým spôsobom rozšíria do všetkých antiportových podjednotiek umiestnených dosť ďaleko od seba. Ďalšia hypotéza naznačuje, že konformačná zmena spôsobuje, že nezvyčajne dlhé väzbové miesto ubichinónu stabilizuje ubichinol Q-2 s extrémne nízkym redoxným potenciálom a negatívnym nábojom. Mnohé podrobnosti o kinetike konformačných zmien a súvisiaceho transportu protónov zostávajú neznáme.

Najviac študovaným inhibítorom komplexu I je rotenón (veľmi používaný ako organický pesticíd). Rotenón a rotenoidy sú izoflavonoidy, ktoré sú prítomné v koreňoch niekoľkých tropických rastlinných rodov ako napr. Antonia (Loganiaceae), Derris A Lonchocarpus (Fabaceae). Rotenón sa už dlho používa ako insekticíd a rybí jed, pretože mitochondrie hmyzu a rýb sú naň obzvlášť citlivé. Je známe, že domorodí obyvatelia Francúzskej Guyany a ďalší juhoamerickí Indiáni používali na rybolov rastliny s obsahom rotenónu už v 17. storočí. Rotenón interaguje s väzbovým miestom ubichinónu a súťaží s hlavným substrátom. Ukázalo sa, že dlhodobá systémová inhibícia komplexu I rotenónom môže vyvolať selektívnu smrť dopamínergných neurónov (vylučujúcich neurotransmiter dopamín). Piericidín A, ďalší silný inhibítor komplexu I štrukturálne podobný ubichinónu, pôsobí podobným spôsobom. Do tejto skupiny patrí aj amytal sodný, derivát kyseliny barbiturovej.

Napriek viac ako 50 rokom štúdia komplexu I nebolo možné objaviť inhibítory, ktoré blokujú prenos elektrónov v komplexe. Hydrofóbne inhibítory, ako je rotenón alebo piericidín, jednoducho prerušia prenos elektrónov z koncového klastra N2 na ubichinón.

Ďalšou látkou, ktorá blokuje komplex I, je adenozíndifosfát ribóza, v oxidačnej reakcii NADH. Viaže sa na enzým v mieste viazania nukleotidov (FAD).

Niektoré z najsilnejších inhibítorov komplexu I zahŕňajú rodinu acetogenínov. Ukázalo sa, že tieto látky tvoria chemické krížové väzby s podjednotkou ND2, čo nepriamo naznačuje úlohu ND2 vo väzbe ubichinónu. Je zaujímavé poznamenať, že acetogenín rolliniastatín-2 bol prvým inhibítorom komplexu I, o ktorom sa zistilo, že sa viaže na iné miesto ako rotenón.

Antidiabetikum metformín má mierny inhibičný účinok; Zdá sa, že táto vlastnosť lieku je základom mechanizmu jeho účinku.

Elektróny z sukcinátu sa najskôr prenesú do FAD a potom cez klastre Fe-S do Q. Transport elektrónov v komplexe nie je sprevádzaný tvorbou protónového gradientu. 2H+ vytvorený počas oxidácie sukcinátu zostáva na tej istej strane membrány, to znamená v matrici, a potom sa reabsorbuje počas redukcie chinónu. Komplex II teda neprispieva k vytvoreniu protónového gradientu cez membránu a funguje len ako elektrónový transportér z sukcinátu na ubichinón.

V dôsledku oxidácie sukcinátu sa jeho elektróny prenesú do FAD a potom sa prenesú pozdĺž reťazca zhlukov železa a síry z klastra do klastra. Tam sa tieto elektróny prenesú na molekulu ubichinónu čakajúcu na väzobnom mieste.

Existuje tiež predpoklad, že aby sa zabránilo elektrónu dostať sa priamo z klastra do hemu, funguje špeciálny mechanizmus brány. Pravdepodobným kandidátom na bránu je histidín -207 podjednotky B, ktorý sa nachádza priamo medzi klastrom železa a síry a hémom, blízko viazaného ubichinónu a môže prípadne riadiť tok elektrónov medzi týmito redoxnými centrami.

Existujú dve triedy inhibítorov komplexu II: niektoré blokujú kapsu viažucu sukcinát a iné blokujú kapsu viažucu ubichinol. Inhibítory, ktoré napodobňujú ubichinol, zahŕňajú karboxín a thenoyltrifluóracetón. Inhibítory-analógy sukcinátu zahŕňajú syntetickú zlúčeninu malonát, ako aj zložky Krebsovho cyklu, malát a oxalacetát. Je zaujímavé, že oxaloacetát je jedným z najsilnejších inhibítorov komplexu II. Prečo bežný metabolit cyklu trikarboxylových kyselín inhibuje komplex II, zostáva nejasné, aj keď sa predpokladá, že môže slúžiť ako ochranná úloha minimalizovaním reverzného transportu elektrónov v komplexe I, čo vedie k tvorbe superoxidu.

Inhibítory napodobňujúce ubichinol sa ako fungicídy v poľnohospodárstve používajú od 60. rokov 20. storočia. Napríklad karboxín sa primárne používa na choroby spôsobené bazídiomycétami, ako je hrdza na stonke a choroby bazídiomycét. Rhizoctonia. Nedávno boli nahradené inými zlúčeninami so širším rozsahom potlačených patogénov. Takéto zlúčeniny zahŕňajú boscalid, pentiopyrad a fluopyram. Niektoré poľnohospodársky dôležité huby nie sú citlivé na pôsobenie tejto novej generácie inhibítorov.

Cytochróm-bc1-komplex (cytochrómový komplex bc 1) buď ubichinol-cytochróm c-oxidoreduktáza, alebo komplex III - multiproteínový komplex dýchacieho reťazca transportu elektrónov a najdôležitejší biochemický generátor protónového gradientu na mitochondriálnej membráne. Tento multiproteínový transmembránový komplex je kódovaný mitochondriálnym (cytochrómom b) a jadrové genómy.

Cytochróm- bс 1-komplex oxiduje redukovaný ubichinón a redukuje cytochróm c (E°"=+0,25 V) podľa rovnice:

Transport elektrónov v komplexe je spojený s prenosom protónov z matrice (vnútri) do medzimembránového priestoru (von) a vytvorením protónového gradientu na mitochondriálnej membráne. Na každé dva elektróny prechádzajúce pozdĺž transportného reťazca z ubichinónu do cytochrómu c sa dva protóny absorbujú z matrice a ďalšie štyri sa uvoľnia do medzimembránového priestoru. Redukovaný cytochróm c sa pohybuje pozdĺž membrány vo vodnej frakcii a prenáša jeden elektrón do ďalšieho respiračného komplexu, cytochróm oxidázy.

Udalosti, ktoré nastanú, sú známe ako Q-cyklus, ktorý v roku 1976 stanovil Peter Mitchell. Princíp Q-cyklu spočíva v tom, že k prenosu H+ cez membránu dochádza v dôsledku oxidácie a redukcie chinónov na samotnom komplexe. V tomto prípade chinóny poskytujú a odoberajú 2H+ z vodnej fázy selektívne z rôznych strán membrány.

Štruktúra komplexu III má dve centrá alebo dve "vrecká", v ktorých sa môžu viazať chinóny. Jeden z nich, Q out centrum, sa nachádza medzi železno-sírovým klastrom 2Fe-2S a hemom b L blízko vonkajšej strany membrány, smerom k medzimembránovému priestoru. V tomto vrecku sa viaže redukovaný ubichinón (QH 2). Druhý, Q vo vrecku, je určený na viazanie oxidovaného ubichinónu (Q) a nachádza sa blízko vnútornej (in) strany membrány v kontakte s matricou.

Nevyhnutnou a paradoxnou podmienkou fungovania Q-cyklu je skutočnosť, že životnosť a stav semichinónov v dvoch väzbových centrách sú odlišné. V Q out centre je Q nestabilný a pôsobí ako silné redukčné činidlo schopné darovať e - nízkopotenciálnemu hemu by. V strede Q vzniká relatívne dlhotrvajúci Q −, ktorého potenciál mu umožňuje pôsobiť ako oxidačné činidlo prijímajúce elektróny z hemu. b H. Ďalší kľúčový bod Q-cyklu je spojený s divergenciou dvoch elektrónov zahrnutých v komplexe pozdĺž dvoch rôznych dráh. Štúdia kryštálovej štruktúry komplexu ukázala, že poloha centra 2Fe-2S vzhľadom na ostatné redoxné centrá sa môže posunúť. Ukázalo sa, že Rieskeho proteín má mobilnú doménu, na ktorej sa v skutočnosti nachádza klaster 2Fe-2S. Prijatím elektrónu a znížením centrum 2Fe-2S zmení svoju polohu a vzďaľuje sa od stredu Q a hemu b L o 17 s otočením o 60° a tým sa priblížiť k cytochrómu c. Po pridelení elektrónu cytochrómu sa centrum 2Fe-2S naopak priblíži k stredu Q von, aby sa vytvoril bližší kontakt. Funguje teda akýsi raketoplán, ktorý zaručuje, že druhý elektrón prejde na hemy b Pôda b H. Zatiaľ je to jediný príklad, kedy je transport elektrónov v komplexoch spojený s mobilnou doménou v proteínovej štruktúre.

Malá časť elektrónov opustí transportný reťazec pred dosiahnutím komplexu IV. Neustály únik elektrónov ku kyslíku má za následok tvorbu superoxidu. Táto malá vedľajšia reakcia vedie k vytvoreniu celého spektra reaktívnych foriem kyslíka, ktoré sú veľmi toxické a zohrávajú významnú úlohu pri rozvoji patológií a starnutí). Elektronické úniky sa vyskytujú hlavne na mieste Q. Tento proces podporuje antimycín A. Blokuje hemy b v ich redukovanom stave, čo im bráni uvoľňovať elektróny na semichinón Q, čo následne vedie k zvýšeniu jeho koncentrácie. Semichinón reaguje s kyslíkom, čo vedie k tvorbe superoxidu. Výsledný superoxid vstupuje do mitochondriálnej matrice a medzimembránového priestoru, odkiaľ sa môže dostať do cytosólu. Túto skutočnosť možno vysvetliť tým, že komplex III pravdepodobne produkuje superoxid vo forme nenabitého HOO, ktorý môže ľahšie preniknúť vonkajšou membránou v porovnaní s nabitým superoxidom (O 2 -).

Niektoré z týchto látok sa používajú ako fungicídy (napríklad deriváty strobilurínu, z ktorých najznámejší je azoxystrobín, inhibítor Q ext site) a antimalariká (atovakvón).

Cytochróm c oxidáza (cytochróm oxidáza) alebo cytochróm c oxidoreduktáza, tiež známa ako cytochróm aa 3 a komplex IV, je koncová oxidáza aeróbneho respiračného elektrónového transportného reťazca, ktorá katalyzuje prenos elektrónov z cytochrómu. s na kyslík za vzniku vody. Cytochrómoxidáza je prítomná vo vnútornej membráne mitochondrií všetkých eukaryotov, kde sa bežne nazýva komplex IV, ako aj v bunkovej membráne mnohých aeróbnych baktérií.

Komplex IV postupne oxiduje štyri molekuly cytochrómu c a prijatím štyroch elektrónov redukuje O 2 na H 2 O. Pri redukcii O 2 sa zachytia štyri H + z

V eukaryotoch - na vnútornej membráne mitochondrií. Nosiče sú umiestnené podľa ich redoxného potenciálu, transport elektrónov po celom reťazci prebieha spontánne.

Protónový potenciál sa premieňa ATP syntázou na energiu chemickej väzby ATP. Konjugovaná práca ETC a ATP syntázy sa nazýva oxidatívna fosforylácia.

Elektrónový transportný reťazec mitochondrií

• Komplex I (NADH dehydrogenázový komplex) oxiduje NAD-H, pričom z neho odoberá dva elektróny a prenáša ich na ubichinón rozpustný v tukoch, ktorý difunduje vnútri membrány na komplex III. Súčasne komplex I pumpuje 2 protóny a 2 elektróny z matrice do medzimembránového priestoru mitochondrie.
• Komplex II (sukcinátdehydrogenáza) nečerpá protóny, ale poskytuje ďalšie elektróny do reťazca v dôsledku oxidácie sukcinátu.
• Komplex III (komplex cytochrómu bc 1) prenáša elektróny z ubichinónu do dvoch vo vode rozpustných cytochrómov c umiestnených na vnútornej membráne mitochondrií. Ubichinón prenáša 2 elektróny a cytochrómy prenášajú jeden elektrón za cyklus. Zároveň tam prechádzajú aj 2 protóny ubichinónu, ktoré sú pumpované cez komplex.
• Komplex IV (cytochróm c oxidáza) katalyzuje prenos 4 elektrónov zo 4 molekúl cytochrómu na O 2 a pumpuje 4 protóny do medzimembránového priestoru. Komplex tvoria cytochrómy a a a3, ktoré okrem hemu obsahujú ióny medi.

Vplyv oxidačného potenciálu

Redukčné činidlo	Oxidačné činidlo	Áno, В
H2	2 +	- 0,42
NAD H + H+	NAD +	- 0,32
NADP H + H+	NADP+	- 0,32
Flavoproteín (znížený)	Flavoproteín (oxidovaný)	- 0,12
Koenzým Q H2	Koenzým Q	+ 0,04
Cytochróm B (Fe2+)	Cytochróm B (Fe3+)	+ 0,07
Cytochróm C 1 (Fe2+)	Cytochróm C 1 (Fe3+)	+ 0,23
Cytochrómy A (Fe2+)	Cytochrómy A (Fe3+)	+ 0,29
Cytochrómy A3 (Fe2+)	Cytochrómy A3 (Fe3+)	+0,55
H2O	½ O2	+ 0,82

Inhibítory dýchacieho reťazca

Niektoré látky blokujú prenos elektrónov cez komplexy I, II, III, IV.

• Inhibítory komplexu I - barbituráty, rotenón, piericidín
• Inhibítorom komplexu II je malonát.
• Inhibítor komplexu III - antimycín A, myxotiazol, stigmatelín
• Komplexné inhibítory IV - sírovodík, kyanid, oxid uhoľnatý, oxid dusnatý, azid sodný

Elektrónové transportné reťazce baktérií

Baktérie, na rozdiel od mitochondrií, využívajú veľký súbor donorov a akceptorov elektrónov, ako aj rôzne dráhy prenosu elektrónov medzi nimi. Tieto cesty je možné vykonávať súčasne, napr. E. coli pri pestovaní na médiu obsahujúcom glukózu ako hlavný zdroj organickej hmoty využíva dve NADH dehydrogenázy a dve chinoloxidázy, čo znamená prítomnosť 4 dráh transportu elektrónov. Väčšina enzýmov ETC je indukovateľná a syntetizuje sa iba vtedy, ak je požadovaná cesta, do ktorej vstupujú.

Okrem organickej hmoty môžu donory elektrónov v baktériách zahŕňať molekulárny vodík, oxid uhoľnatý, amónium, dusitan, síru, sulfid a dvojmocné železo. Namiesto NADH a sukcinátdehydrogenázy môžu byť prítomné formiát -, laktát -, glyceraldehyd-3-fosfát dehydrogenáza, hydrogenáza atď. konečné akceptory elektrónov: fumarát reduktáza, nitrát a dusitan reduktáza atď.

pozri tiež

Napíšte recenziu na článok "Dýchací reťazec transportu elektrónov"

Poznámky

Úryvok charakterizujúci dýchací reťazec transportu elektrónov

Nakoniec sa všetko naokolo dalo do pohybu a celý tento veľkolepo oblečený dav sa akoby mávom rozdelil na dve časti a presne v strede vytvoril veľmi široký, „tanečný“ priechod. A touto uličkou sa pomaly pohybovala úplne ohromujúca žena... Lepšie povedané, pohybovala sa dvojica, no muž vedľa nej bol taký prostoduchý a nenápadný, že aj napriek veľkolepému oblečeniu sa celý jeho vzhľad vedľa vytratil. jeho úžasný partner.
Krásna dáma vyzerala ako na jar – jej modré šaty boli celé vyšívané ozdobnými rajskými vtákmi a úžasnými strieborno-ružovými kvetmi a celé girlandy skutočných čerstvých kvetov spočívali v krehkom ružovom obláčiku na jej hodvábnych, zložito upravených popolavých vlasoch. Veľa nití jemných perál sa jej ovíjalo okolo dlhého krku a doslova žiarilo, odpálené mimoriadnou belosťou jej úžasnej pokožky. Obrovské trblietavé modré oči vítalo hľadeli na ľudí okolo nej. Šťastne sa usmievala a bola neskutočne krásna....

Francúzska kráľovná Mária Antoinetta

Priamo tam, stojac bokom od všetkých, sa Axel doslova premenil!.. Znudený mladík mihnutím oka kamsi zmizol a na jeho mieste... stálo živé stelesnenie tých najkrajších citov na zemi, ktoré doslova „zožral" ho plamenným pohľadom. približovala sa k nemu krásna dáma...
"Ach-och... aká je krásna!" Stella nadšene vydýchla. - Vždy je taká krásna!...
- Čo, videl si ju veľakrát? – spýtal som sa so záujmom.
- Ó áno! Veľmi často sa na ňu chodím pozerať. Je ako na jar, však?
- A ty ju poznáš?... Vieš kto to je?
„Samozrejme!... Je to veľmi nešťastná kráľovná,“ zarmútilo dievčatko.
- Prečo nešťastný? Vyzerá to tak, že má zo mňa veľkú radosť,“ prekvapilo ma.
"Toto je práve teraz... A potom zomrie... Zomrie veľmi desivo - odseknú jej hlavu... Ale nerada sa na to pozerám," smutne zašepkala Stella.
Nádherná pani medzitým dobehla nášho mladého Axela a vidiac ho, na chvíľu od prekvapenia stuhla a potom, pôvabne sa začervenala, veľmi milo sa naňho usmiala. Z nejakého dôvodu som mal dojem, že svet okolo týchto dvoch ľudí na chvíľu zamrzol... Akoby pre nich na veľmi krátku chvíľu nebolo nič a nikto okrem nich dvoch... Ale pani sa pohla a magický moment sa rozpadol na tisíce krátkych okamihov, ktoré sa medzi týmito dvoma ľuďmi preplietli do silnej iskrivej nite, ktorá ich nikdy nepustila...
Axel stál úplne omráčený a opäť nevnímajúc nikoho naokolo, obzeral sa za svojou krásnou dámou a jeho dobyté srdce pomaly odchádzalo s ňou... Nevnímal pohľady okoloidúcich mladých krások, ktoré sa naňho pozerali, a nereagoval na ich žiarivé, pozývajúce úsmevy.

Gróf Axel Fersen Mária Antoinetta

Ako človek bol Axel, ako sa hovorí, „zvnútra aj zvonku“ veľmi príťažlivý. Bol vysoký a pôvabný, s obrovskými vážnymi sivými očami, vždy prívetivý, rezervovaný a skromný, čo rovnako priťahovalo ženy aj mužov. Jeho správna, vážna tvár sa len málokedy rozžiarila úsmevom, no ak sa tak stalo, potom sa v takom momente stal Axel jednoducho neodolateľným... Preto bolo úplne prirodzené, že pôvabná ženská polovička zintenzívnila pozornosť voči nemu, ale ich spoločná ľútosť, Axela zaujímalo len to, že na celom šírom svete je len jedno stvorenie - jeho neodolateľná, krásna kráľovná...
— Budú spolu? – nevydržal som to. - Obaja sú tak krásni!...
Stella sa len smutne usmiala a okamžite nás ponorila do ďalšej „epizódy“ tohto nezvyčajného a akosi veľmi dojímavého príbehu...
Ocitli sme sa vo veľmi útulnej, kvetmi voňajúcej, malej letnej záhradke. Všade naokolo, kam len oko dovidelo, bol nádherný zelený park zdobený množstvom sôch a v diaľke bolo vidieť ohromujúco obrovský kamenný palác, ktorý vyzeral ako malé mesto. A medzi všetkou touto „grandióznou“, mierne tiesnivou okolitou vznešenosťou, iba táto záhrada, úplne chránená pred zvedavými očami, vytvorila pocit skutočného pohodlia a akejsi teplej, „domácej“ krásy...
Umocnené teplom letného večera boli vo vzduchu závratne sladké vône rozkvitnutých akácií, ruží a čohosi iného, ​​čo som nevedel identifikovať. Nad čistou hladinou jazierka sa akoby v zrkadle odrážali obrovské poháre jemne ružových lekien a snehobiele „kožúšky“ lenivých, na spánok pripravených labutí kráľovských. Krásny mladý pár kráčal po malej úzkej cestičke okolo jazierka. Kdesi v diaľke sa ozývala hudba, veselý ženský smiech sa mihol ako zvony, zneli radostné hlasy mnohých ľudí a len pre týchto dvoch sa svet zastavil práve tu, v tomto malom kúte zeme, kde sa v tej chvíli ozvali nežné hlasy. vtákov znelo len pre nich; len pre nich v lupienkoch ruží šumel hravý, ľahký vetrík; a len pre nich sa na chvíľu úslužne zastavil čas, ktorý im dal možnosť byť sami - len muž a žena, ktorí sa sem prišli rozlúčiť, ani nevediac, či to bude navždy...
Dáma bola očarujúca a akosi „vzdušná“ v skromných, bielych letných šatách, vyšívaných drobnými zelenými kvietkami. Jej nádherné popolavé vlasy boli zviazané zelenou stuhou, vďaka čomu vyzerala ako milá lesná víla. Vyzerala tak mlado, čisto a skromne, že som v nej hneď nespoznal majestátnu a žiarivú krásu kráľovnej, ktorú som pred pár minútami videl v celej jej veľkolepej „slávnostnej“ kráse.

Systém štruktúrne a funkčne príbuzných transmembránových proteínov a nosičov elektrónov. Umožňuje vám uchovávať energiu uvoľnenú počas oxidácie NAD*H a FADH2 molekulárnym kyslíkom vo forme transmembránového protónového potenciálu v dôsledku postupného prenosu elektrónu pozdĺž reťazca spojeného s čerpaním protónov cez membránu. Transportný reťazec v eukaryotoch je lokalizovaný na vnútornej mitochondriálnej membráne. V dýchacom reťazci sú 4 multienzýmové komplexy. Existuje aj ďalší komplex, ktorý sa nezúčastňuje prenosu elektrónov, ale syntetizuje ATP.

1. - CoA oxidoreduktáza.

1.Prijíma elektróny z NADH a prenáša ich na koenzým Q (ubichinón). 2.Prenáša 4 ióny H+ na vonkajší povrch vnútornej mitochondriálnej membrány.

2nd-FAD-dependentné dehydrogenázy.

1. Redukcia FAD pomocou cytochróm c oxidoreduktázy.

2.Prijíma elektróny z koenzýmu Q a prenáša ich do cytochrómu c.

3.Prenáša 2 ióny H+ na vonkajší povrch vnútornej mitochondriálnej membrány.

4.-cytochróm c-kyslíková oxidoreduktáza.

1.Prijíma elektróny z cytochrómu c a prenáša ich na kyslík za vzniku vody.

2.Prenáša 4 ióny H+ na vonkajší povrch vnútornej mitochondriálnej membrány. Všetky atómy vodíka odštiepené zo substrátov dehydrogenázami za aeróbnych podmienok sa dostávajú do vnútornej mitochondriálnej membrány ako súčasť NADH alebo FADH2.

Pri pohybe elektrónov strácajú energiu -> energiu vynakladajú komplexy na čerpanie protónov H. Prenos iónov H prebieha v presne definovaných oblastiach -> oblasti konjugácie Výsledok: Produkuje sa ATP: Ióny H+ strácajú energiu prechodom cez ATP syntázu. Časť tejto energie vynaložená na syntézu ATP. Druhá časť sa rozptýli ako teplo.

Mitochondriálny dýchací reťazec pozostáva z 5 multienzýmových komplexov, ktorých podjednotky sú kódované jadrovými aj mitochondriálnymi génmi. Koenzým Q10 a cytochróm c sa podieľajú na transporte elektrónov. Elektróny pochádzajú z molekúl NAD*H a FAD"H a sú transportované pozdĺž dýchacieho reťazca. Uvoľnená energia sa využíva na transport protónov k vonkajšej membráne mitochondrií a výsledný elektrochemický gradient sa využíva na syntézu ATP pomocou komplexu V mitochondriálny dýchací reťazec

44. Poradie a štruktúra nosičov elektrónov v dýchacom reťazci

1 komplex. NADH-CoQ oxidoreduktáza

Tento komplex má aj pracovný názov NADH dehydrogenáza, obsahuje FMN (flavín mononukleotid), 22 proteínových molekúl, z toho 5 železo-sírových proteínov s celkovou molekulovou hmotnosťou do 900 kDa.

Prijíma elektróny z NADH a prenáša ich na koenzým Q (ubichinón).

Prenáša 4 ióny H+ na vonkajší povrch vnútornej mitochondriálnej membrány.

2 komplex. FAD-dependentné dehydrogenázy

Zahŕňa FAD-dependentné enzýmy umiestnené na vnútornej membráne - napríklad acyl-SCoA dehydrogenáza (oxidácia mastných kyselín), sukcinátdehydrogenáza (cyklus trikarboxylových kyselín), mitochondriálna glycerol-3-fosfátdehydrogenáza (NADH presunutie do mitochondrií).

Zníženie FAD pri redoxných reakciách.

Zabezpečenie prenosu elektrónov z FADN2 na železo-sírové proteíny vnútornej mitochondriálnej membrány. Tieto elektróny potom prechádzajú na koenzým Q.

46. ​​Biochemické mechanizmy oddeľovania oxidácie a fosforylácie, faktory, ktoré ich spôsobujú Odpojenie dýchania a fosforylácie

Niektoré chemikálie (protonofóry) môžu transportovať protóny alebo iné ióny (ionofóry) z medzimembránového priestoru cez membránu do matrice, pričom obchádzajú protónové kanály ATP syntázy. Výsledkom je, že elektrochemický potenciál zmizne a syntéza ATP sa zastaví. Tento jav sa nazýva rozpojenie dýchania a fosforylácie. V dôsledku odpojenia sa množstvo ATP znižuje a ADP sa zvyšuje. V tomto prípade sa zvyšuje rýchlosť oxidácie NADH a FADH2 a zvyšuje sa aj množstvo absorbovaného kyslíka, ale energia sa uvoľňuje vo forme tepla a pomer P/O prudko klesá. Odpojovače sú spravidla lipofilné látky, ktoré ľahko prechádzajú cez lipidovú vrstvu membrány. Jednou z týchto látok je 2,4-dinitrofenol (obr. 6-17), ktorý ľahko prechádza z ionizovanej formy na neionizovanú, pričom v medzimembránovom priestore pripája protón a prenáša ho do matrice.

Príkladmi odpojovačov môžu byť aj niektoré lieky, napríklad dikumarol – antikoagulant (pozri časť 14) alebo metabolity, ktoré sa tvoria v tele, bilirubín – produkt katabolizmu (pozri časť 13), tyroxín – hormón štítnej žľazy (pozri časť 11). Všetky tieto látky vykazujú odpájací účinok len pri vysokých koncentráciách.

Vypnutie fosforylácie po vyčerpaní ADP alebo anorganického fosfátu je sprevádzané inhibíciou dýchania (účinok kontroly dýchania). Veľký počet účinkov poškodzujúcich mitochondriálnu membránu narúša spojenie medzi oxidáciou a fosforyláciou, čo umožňuje prenos elektrónov aj v neprítomnosti syntézy ATP (účinok odpojenia)

1. Celkový výstup:

Na syntézu 1 molekuly ATP sú potrebné 3 protóny.

2. Inhibítory oxidatívnej fosforylácie:

Inhibítory blokujú V komplex:

Oligomycín - blokuje protónové kanály ATP syntázy.

Atraktylozid, cyklofylín - blokové translokázy.

3. Odpojovače oxidačnej fosforylácie:

Uncouplers sú lipofilné látky, ktoré sú schopné prijímať protóny a prenášať ich cez vnútornú membránu mitochondrií, pričom obchádzajú V komplex (jeho protónový kanál). Odpojovače:

Prírodné - produkty peroxidácie lipidov, mastné kyseliny s dlhým reťazcom; veľké dávky hormónov štítnej žľazy.

Umelé - dinitrofenol, éter, deriváty vitamínu K, anestetiká.