Зачем врачу нужна биологическая химия

• Название: Зачем врачу нужна биологическая химия
• Анкор: Lektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
• Дата: 21.12.2017
• Размер: 6.47 Mb.
• Имя файла: Lektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
• Тип: Документы; #12377
• страница: 92 из 139

Дыхательная цепь включает множество белков-переносчиков

Всего цепь переноса электронов (англ. electron transport chain) включает в себя около 40 разнообразных белков, которые организованы в 4 больших мембраносвязанных мульферментных комплекса. Также существует еще один комплекс, участвующий не в переносе электронов, а синтезирующий АТФ. 

Блок-схема дыхательной цепи

Строение ферментативных комплексов дыхательной цепи 

1 комплекс. НАДН-КоQ-оксидоредуктаза

Этот комплекс также имеет рабочее название НАДН-дегидрогеназа, содержит ФМН, 22 белковых молекулы, из них 5 железосерных белков с общей молекулярной массой до 900 кДа.

Функция

1. 
   Принимает электроны от НАДН и передает их на коэнзим Q (убихинон).
   
2. 
   Переносит 4 иона Н⁺ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.
   

2 комплекс. ФАД-зависимые дегидрогеназы

Данный комплекс как таковой не существует, его выделение условно. Он включает в себя ФАД-зависимые ферменты, расположенные на внутренней мембране – например, ацил-SКоА-дегидрогеназа (окисление жирных кислот), сукцинатдегидрогеназа (цикл трикарбоновых кислот), митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (челночный механизм переноса НАДН в митохондрию).

Функция

1. 
   Восстановление ФАД в окислительно-восстановительных реакциях.
   
2. 
   Обеспечение передачи электронов от ФАДН₂ на железосерные белки внутренней мембраны митохондрий. Далее эти электроны попадают на коэнзим Q.
   

3 комплекс. КоQ-цитохром с-оксидоредуктаза

Данный комплекс включает цитохромы b и c₁. Кроме цитохромов в нем имеются 2 железо-серных белка. Всего насчитывается 11 полипептидных цепей общей молекулярной массой около 250 кDа.

Функция

1. 
   Принимает электроны от коэнзима Q и передает их на цитохромс.
   
2. 
   Переносит 2 иона Н⁺ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.
   

4 комплекс. Цитохром с-кислород-оксидоредуктаза

В этом комплексе находятся цитохромы а и а₃, он называется также цитохромоксидаза, всего содержит 6 полипептидных цепей. В комплексе также имеется 2 иона меди.

Функция

1. 
   Принимает электроны от цитохромас и передает их на кислородс образованием воды.
   
2. 
   Переносит 4 иона Н⁺ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.
   

5 комплекс

Пятый комплекс – это ферментАТФ-синтаза, состоящий из множества белковых цепей, подразделенных на две большие группы:

• 
  одна группа формирует субъединицу F_о (произносится со звуком "о", а не "ноль" т.к олигомицин-чувствительная) – ее функция каналообразующая, по ней выкачанные наружу протоны водорода устремляются в матрикс.
  
• 
  другая группа образует субъединицу F₁ – ее функция каталитическая, именно она, используя энергию протонов, синтезирует АТФ.
  

Упрощенно считают, что для синтеза 1 молекулы АТФ необходимо прохождение приблизительно 3-х протонов Н⁺.

Каким образом энергия водорода преобразуется в энергию АТФ?

Механизм окислительного фосфорилирования

На основании строения и функций компонентов дыхательной цепи предложен механизм окислительного фосфорилирования:

1. Ферменты дыхательной цепи расположены в строго определенной последовательности: каждый последующий белок обладает большим сродством к электронам, чем предыдущий (он более электроположителен, т.е. обладает более положительным окислительно-восстановительным потенциалом). Это обеспечивает однонаправленное движение электронов.

2. Все атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами от субстратов в аэробных условиях, достигают внутренней мембраны митохондрий в составе НАДНили ФАДН₂.

Строение дыхательной цепи и механизм окислительного фосфорилирования

3. Здесь атомы водорода (от НАДН и ФАДН₂) передают свои электроныв дыхательную ферментативную цепь, по которой электроны движутся (50-200 шт/сек) к своему конечному акцептору – кислороду. В результате образуется вода.

4. Поступающие в дыхательную цепь электроны богаты свободной энергией. По мере их продвижения по цепи они теряют энергию.

Энергетические соотношения в дыхательной цепи митохондрий и
участки переноса ионов Н⁺через мембрану

Часть энергии электронов используется I, III, IV комплексами дыхательных ферментов для перемещенияионов водорода через мембрану в межмембранное пространство. Другая часть рассеивается в виде тепла. Упрощенно сказанное представить в виде равенства:



 

5. Перенос ионов водорода через мембрану (выкачивание) происходит не случайно, а в строго определенных участках мембраны. Эти участки называются участки сопряжения (или, не совсем точно, пункты фосфорилирования). Они представлены I, III, IV комплексами дыхательных ферментов. В результате работы этих комплексов формируется градиент ионов водорода между внутренней и наружной поверхностями внутренней митохондриальной мембраны. Такой градиент обладает потенциальной энергией.

Градиент (Δμ, "дельта мю") получил название электрохимический градиент или протонныйградиент. Он имеет две составляющие – электрическую (ΔΨ, "дельта пси") и концентрационную (ΔрН):

Δμ = ΔΨ + ΔрН

Название "участки сопряжения" возникло из-за того, что появление протонного градиента в результате окислительных процессов  обеспечивает в дальнейшем фосфорилирование АДФ до АТФ (см п.п.6). Именно благодаря этим трем ферментным комплексам энергия реакций окисления может передаваться на фосфорилирование, т.е. существует сопряжение (связывание) двух процессов.

6. Как завершение всех предыдущих событий и необходимый их результат происходит наработка АТФ: ионы H⁺ теряют свою энергию, проходя через АТФ-синтазу (Н⁺-транспортирующая АТФ-аза, КФ 3.6.3.14.). Часть этой энергии тратится на синтез АТФ. Другая часть рассеивается в виде тепла: