Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 96
Текст из файла (страница 96)
В присутствии кислорода происходит эффективный перенос электронов, в результате которого цитохромы переходят в окисленную форму, бедную электронами. Б. Наблюдения Кейлина указывают на то, что порядок движения электронов по цепи цитохромов должен быть следующим: восстановленные — «цитохром Ь вЂ” «цитохром с субстраты цитохром а- О,.
Полосы поглощения появляются в отсутствие кислорода, следовательно, они соответствуют восстановленным формам цитохромов (богатых электронами). При добавлении кислорода цитохромы переходят в окисленную форму (бедную электронами). При добавлении цианида все цитохромы восстанавливаются, что свидетельствует о блокировании этим соединением потока электронов от цитохромов к кислороду; т.е. все цитохромы располагаются до кислорода в цепи транспорта электронов.
При добавлении уретана цитохром Ь остается восстановленным, но цитохромы а и с окнсляются. Таким образом, уретан нарушает поток электронов от цитохрома Ь к цитохромам а и с, из чего следует, что цитохром Б располагается перед цитохромами а и с. Эти результаты показывают, что либо цитохром а, либо цитохром с переносят электроны на кислород. Тот факт, что кислород не окисляет препарат цитохрома с, позволяет предполагать, что ответственным за перенос электронов непосредственно на кислород может быть питохром гь Однако вывод о таком порядке функционирования цнтохромов а и с представляется недостаточно убедительным, поскольку основан иа одном отрицательном результате (который можно интерпретировать и по-другому).
Кейлин сам доказал, что существует именно такой порядок, на основании данных о тонких спектральных сдвигах в полосе цитохрома а в присутствии циангща при восстановительных условиях; он 342 Глава 7 назвал активный компонент этого цитохрома цитохромом ав. Теперь мы знаем, что цитохром а — это крупный комплекс с несколькими редокс-центрами, один из которых взаимодействует с молекулярным кислородом.
В. Быстрое окисление глюкозы до СО, препятствует исчезновению полос поглогцения, поскольку служит источником восстановленных субстратов (таких, как АРАОН и ГАРН,), которые поставляют электроны в электронтранспортную цепь быстрее, чем те могут быть связаны кислородом. В ~аких условиях цитохромы находятся в восстановленной (богатой электронами) форме и, следовательно, продолжают поглощать свет. Литература: Кейл, Гг. ТЬе Нааогу оГ Се!1 певрггабоп алгГ СугосЬгогае. СагльГЫ8, !).
Кв СагоЬг148е !!шгегаву Ргем, !9бб. 7- 13 Эксперименты с модификацией отдельных остатков лизина показывают, что все остатки лизина важны для переноса электронов на цитохром с и от него. Одна из возможных причин подавления, в результате таких модификаций, транспорта электронов-это влияние их на связывание цитохрома с с обоими комплексами. Такое объяснение подтверждается теми экспериментами, в которых показано, что одни и те же лизины защищены от модификации, когда цитохром с связан с комплексом Ь вЂ” с, и когда он связан с комплексом цитохромоксндазы. Результаты этих двух экспериментов показывают, что одни н те же остатки лизина в цнтохроме с взаимодействуют с комплексом Ь вЂ” с, и с комплексом цнтохромоксидазы. Если одни и те же остатки лизина участвуют во взаимодействии с обоими комплексамн, то цитохром с не может связываться одновременно с двумя комплексами (а следовательно, не может действовать по механизму проволочной связи), Следовательно, цитохром с должен взаимодействовать с этими комплексами по отдельности, т.
е, служить челночным переносчиком электронов. Литеритураг бтггб, О.Т., Абтег), А.д, МПГег, К Е1есггов!аьс ннегасбоо оГ сугосЬгогпе с гв!ГЬ сугоеЬготе с, аогГ сугосЬготе ох!г)аве. Ь Вгн. СЬет. 256, 4984-4990, 1981. СараИ, Я.А., Гваг!еу-ггвтаг, г'., Еипег, 5., МШег, Р. Я!гас!ига! алгГ Гиасбоаа! Геагигев оГ Гйе !а!стас!гоп оГ сугосЬголге с гв!ГЬ сотр!ех 111 аагГ сугосЬготе с ох!г!аве. ГЕВ8 1.ецегв 138, 1-7, 1982. 7-14 А. Скорость поглощения кислорода определяется скоростью транспорта электронов в дыхательной цепи. Транспорт электронов генерирует электрохимический протонный градиент, направленный против потока электронов.
Если возможность дисснпации этого градиента отсутствует, поток электронов в конце концов должен прекратиться, когда давление электронов уравновесит противоположный по направлению электрохимическнй протонный градиент. В опыте, проиллюстрированном на рис. 7-9, электро- химический протонный градиент диссипирует с низкой фоновой скоростью, чем можно объяснить низкуго фоновую скорость потребления кислорода.
Добавление АГ)Р и последующее его превращение в АТР вызывают вход протонов назад в митохондрии, что приводит к резкому снижению электрохнмического протонного градиента и быстрому транспорту электронов на кислород. Ускорение транспорта электронов способствуе~ увеличению скорости потребления кислорода. После полного превращения АОР в АТР поток протонов внутрь митохондрий вновь Преобразование энергии:митохондрии и хлоролласты 343 снижается до фонового уровня, а возросший электрохимический протонный градиент опять начинает тормозить поток электронов. Б. Низкая фоновая скорость потребления кислорода митохондриями в отсутствие экзогенного АОР свидетельствует о том, что транспорт электронов на кислород по электронтранспортной цепи продолжается, хотя синтеза АТР не происходит.
Транспорт может продолжаться лишь в том случае, если электрохимический протонный градиент медленно диссипирует. Если бы внутренняя мембрана митохондрии была полностью непроницаемой для протонов, скорость потребления кислорода должна была упасть до нуля, когда накачивание протонов за счет транспорта электронов уравновесилось бы обратным давлением электрохимического протонного градиента. Этого не происходит, следовательно, протоны должны проходить через мембрану в отсутствие синтеза АТР.
Кроме синтеза АТР из АОР некоторые другие процессы также могут обеспечивать слабый поток протонов через мембрану, 1. Внутренняя мембрана митохондрий не полностью непроницаема для протонов, они могут медленно проходить сквозь мембрану даже в отсутствие синтеза АТР. 2. Имеющийся внутри митохондрий АТР может гидролизоваться до АРР, а затем вновь превращаться в АТР за счет протондвижушей силы, 3. Если некоторые митохондрии в препарате повреждаются в процессе его приготовления, так что их внутренние мембраны перестают быть интактными, они начинают осуществлять транспорт электронов на кислород непрерывно, поскольку электрохимического протонного градиента, направленного противоположно потоку электронов, в этом случае не возникает.
В. Поскольку каждая пара электронов, проходяших по дыхательной цепи от МАРН к кислороду, восстанавливает один атом кислорода, то отношение Р/2е эквивалентно отношению Р/О. Это отношение, как будет показано далее, находится в пределах 2,5- 2,8 молекул АТР на 1 атом кислорода. Неопределенность величины Р/О 1или Р/2е ) происходит из-за неопределенности в том, сколько атомов кислорода поглощено в ходе превращения 500 имоль АОР в АТР. Если потребление кислорода рассчитывать по разнице между количествами Ом указываемыми штриховыми линиями на рис.
7-9 1она составляет 100 нмоль О,), то отношение Р/О будет равно 500 нмоль АТР/200 имоль О, т. е, 2,5. С другой стороны, если потребление кислорода рассчитывать по разнице между значениями, указываемыми пунхтирными линиями на рис. 7-9 1она составляет 90 нмоль О,), то отношение Р/О будет равняться 500 нмоль АТР/180 нмоль О, т.е. 2,8.
В последнем случае расчет основан на допушении, что фоновая скорость потребления кислорода сохраняется в ходе превращения АВР в АТР, что вполне резонно. Оказывается, однако, что медленный естественный поток протонов через интактные внутренние мембраны очень чувствителен к величине электрохимического протонного градиента. Слабое снижение величины протондвижущей силы в процессе синтеза АТР может привести к тому, что утечка снизится почти до нуля, тогда ббльшая величина потребления кислорода может быть более правильной и отношение Р/О будет равно 2,5. Г. В экспериментах такого типа наряду с синтезом АТР еще ряд процессов приводится в действие электрохимическим протонным градиентом. Для поглощения субстрата ф-гидроксимасляная кислота) митохондриями может быть необходим симпорт с 344 Глава 7 протонами. Поступление фосфата в митохондрии также происходит по механизму симпорта с протонами.
Наконец, обмен внутреннего АТР на наружный АОР поддерживается за счет мембранного потенциала, являющегося одним из компонентов электрохимического протонного градиента. Поскольку от этого градиента зависит несколько процессов одновременно, не приходится удивляться, что отношение Р/О не равно целому числу. До появления хемиосмотической теории, когда были в моде гипотезы химического сопряжения, считалось, что эти величины должны быть целыми. Поэтому предполагалось, что такие значения, как 2,5 или 2,8, указывают на истинную величину 3. 4 Митохонщ|ин Латература: №с!Нт!!г, В.6., Вюепегяебсь Ьопг!Ол: Асаг!ещ1с Ргево, 1982. 7-15 А.
Кривую поглощения кислорода, показанную на рис. 7-10,А можно получить при добавлении малоната, цианида или бутилмалоната. Каждый из этих ингибиторов блокирует поток электронов к кислороду, останавливая тем самым его поглощение. Бутилмалонат и малонат блокируют поглощение и окисление сукцината соответственно, перекрывая тем самым поток электронов в самом его начале.
Пианид останавливает поток электронов на уровне цитохромоксидазы, которая в норме переносит электроны непосредственно на кислород. Кривой поглощения кислорода, показанной на рис. 7-10, Б, соответствуют атрактилат и олигомицин. Блокируя обмен АОР на АТР, атрактилат препятствует вхождению А)эР в митохондрии и последующему синтезу АТР. В результате такого нотлучения» А(УР скорость дыхания снижается до уровня, предшествовавшего добавлению АОР.
Олигомицин, подавляя АТР-синтетазу, тоже по- существу выводит АОР из системы, и скорость дыхания возвращается к той величине, которая была перед добавлением АОР. Кривая поглощения кислорода на рис. 7-10, В показывает эффект добавления ГССР. Делая внутреннюю мембрану проницаемой для протонов, ГССР разобщает транспорт электронов и окислительное фосфорилирование, обеспечивая тем самьпи максимальную скорость прохождения электронов по дыхательной цепи к кислороду (так как ему не противодействует электро- химический протонный градиент). Б Митохонлрии ОЛИГОНИНИН Б Митохондрии Б. Кривые поглощения кислорода митохондриями, соответствующие трем комбинациям ингибиторов, показаны на рис. 7-26.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
