Окислительное фосфорилирование из 2-х этапов
1) окисление - окисление НАДН и ФАДН2 (на первых четырех комплексах), этот процесс дает тепло и электрохимический градиент - дельта мю H+ т.е. конвертировали ЭНЕРГИЮ движения электронов по дыхательной цепи в ЭНЕРГИЮ электрохимического градиента электроны движутся в соответствие с их редокс-потенциалами
2) фосфорилирование
Утечка электронов
Происходит, когда находятся по одиночке: с CYTC, с III комплекса с QH•
Фосфорилирование
Нужно конвергировать Е э-х градиента в макроэрг связи и молекулы АТФ => для этого 5 комплекс
5 комплекс из 2х частиц - Fo, F1
●компонент Fо (олигомицин-чувствительный) – его функция каналообразующая, через него выкачанные наружу ионы водорода устремляются в матрикс,
●компонент F1 (fraction 1, англ. - часть 1) – его функция каталитическая. Именно он, используя энергию протонного градиента, синтезирует АТФ.
Строение компонента Fо
Данный компонент погружен в мембрану, является интегральным белком цилиндрической формы, образован субъединицами типов a и b, и 10-12 субъединицами типа с, собранными в единый комплекс. В каждой из c-субъединиц есть отрицательно заряженные центры связывания протонов – остатки аспарагиновой кислоты. Эти центры взаимодействуют с полуканалами для ионов H+, открывающимися наружу (в межмембранное пространство), и внутрь (в матрикс).
a- и b-Субъединицы являются структурными. Их задача - обеспечить прикрепление к мембране F1-компонента.
Строение компонента F1
Молекулы этого компонента состоят из девяти субъединиц пяти различных типов (3α, 3β, γ, δ, ε). Основной функциональной
субъединицей F1-компонента является гексамер, состоящий из 3α- и 3β-субъединиц. Через δ-субъединицу гексамер присоединен к b- субъединице (Fo), которая в свою очередь зацеплена в мембране за a-субъединицу Fo-компонента. Таким образом, гексамер 3αβ
фиксирован и неподвижен. Каталитический центр, в котором и происходит синтез АТФ, находится в β-субъединице.
γ-Субъединица одним концом жестко связана с комплексом c-субъединиц (Fo), другим концом она входит внутрь гексамера 3αβ. С ней
дополнительно связана минорная субъединица ε.
Взаимодействие F1 и Fo
Синтез АТФ происходит за счет энергии, высвобождающейся при прохождении протонов через каналы комплекса Fo.
Протоны из межмембранного пространства достигают своих центров связывания на с-субъединицах (Fo) через входной
полуканал
и прикрепляются к аспартату, нейтрализуя его отрицательный заряд. Лишенная заряда с-субъединица меняет свою конформацию
и
принуждает Fo-комплекс вращаться вокруг своей оси, доставляя протоны к другому полуканалу, который направлен уже в
матрикс
митохондрий. Поскольку концентрация ионов H+ в матриксе низка, то они легко отрываются от аспартата и уходят внутрь, а
оставшийся, уже заряженный, аспартат не позволяет комплексу вращаться в обратном направлении.
При связывании ионов H+ происходит поворот не только комплекса c-субъединиц Fo-компонента, но и жестко связанной с ним γ- субъединицы F1-компонента. Стержень γ–субъединицы проворачивается внутри неподвижного гексамера 3αβ и при каждом
повороте на 120° она поочередно вступает в контакт с каталитическими β-субъединицами, что меняет их функционирование.
β-субъединицы могут находиться в трех конформациях, выполняющих разную функцию:
●loose, L (англ. слабо связано) – удерживает АДФ и ион фосфата,
●tight, T (англ. тесно) – "прижимает" молекулы АДФ и фосфат-иона, т.е. происходит синтез АТФ,
●open, O (англ. открыто) – в этом состоянии субъединица высвобождает АТФ и захватывает АДФ и ион фосфата.
При каждом обороте γ-субъединицы на 360º синтезируются три молекулы АТФ.
Теория Митчела
Впервые описал окислительное фосфорилирование
Энергия движения электронов по дыхательной цепи тратится на формирование энергии э-х градиента, который служит источником энергии для синтеза макроэргической связи АТФ
Коэффициент P/O
●3 протона непосредственно на поворот +1 (на что-то другое) ДЛЯ СИНТЕЗА 1 МОЛЕКУЛЫ
●НАДН + Н+ = 10Н+/4Н+ = 2,5 АТФ
на этапе окисления 1-4
комплекс (видно в схеме на предыдущих с 3 и 4 комплексов
слайдах)
●P/O - сколько остатков фосфорной кислоты присоединится к АДФ при восстановлении одного атома кислорода (2е)
Дыхательный контроль
Окисление и фосфорилирование сопряжены ΔμН+
Если не работает 5 комплекс, то окисление тоже не будет работать, это объясняет дыхательный контроль.
5 комплекс регулируется ТОЛЬКО доступностью субстрата
↑АТФ => ↓АДФ=> ↓V АТФ-синтазы => ↑ΔμН+ => ↓Vцпэ (=>↓тепла) => ↓потребление кислорода - дых контроль (при снижении
АТФ все наоборот)
Зависимость скорости потребления кислорода от концентрации АТФ - дых контроль
Окислительное фосфорилирование - один из главных источников тепла
Нам нужно поддерживать температуру тела 36,7 градусов, поэтому определенные клетки организма должны постоянно
вырабатывать тепло (как это происходит: след. страница)
Разобщение окисления и фосфорилирования
-
-
-
процесс в бурой жировой ткани
во внутренней мембраны есть альтернативные
отверстия, образованные UCP белками (UCP1 - термогенин)
протонный градиент через них будет утекать в матрикс
=> кол-во продукции АТФ снижается, протоны будут энергию, которая будет рассеиваться в виде тепла
Разобщители: динитрофенол, UCP белки, салицилаты, дикумарол, жирные кислоты, непрямой билирубин, трийодтиронин
Ингибирование ферментов дыхательной цепи
Ряд веществ может ингибировать ферменты дыхательной цепи и блокировать движение электронов от НАДН и ФАДН2 на
кислород. В результате прекращается движение электронов, выкачивание ионов Н+ и работа АТФ-синтазы. Синтез АТФ резко
снижается, метаболизм в клетке нарушается вплоть до ее гибели. Выделяют три основных группы ингибиторов:
●действующие на I комплекс, например, амитал (успокаивающее и снотворное средство), ротенон (пестицид широкого
спектра),
●действующие на III комплекс, например, антимицин А (экспериментальный антибиотик),
●действующие на IV комплекс, например, сероводород (H2S), угарный газ (СО), цианиды (-CN).