Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 20
Текст из файла (страница 20)
В качестве промежуточного продукта при этих реакциях переноса электронов, возможно, образуется свободный радикал семихинона (обозначенный ОН ). В цепи переноса электронов на участке от ЯНг до Ог располагаются пять цитохромов. Цитохромы Ь и с, наряду с Ге-5-белком являются компонентами ЦН;т(итохром-с — редуктаэного комплекса. Цитохром с переносит электроны от этого комплекса к читохром-с — оксидазному комплексу, содержащему цитохромы а и аэ.
Окисли- Часть 1!. Генерирование и хранение энергии Молекулярные модели Ге-5- комплексов: А) Ге-5-центр; Б) Гег-5г-центр; В] Гел-5м центр. Атомы железа окрашены красным цветом, атомы серы цистеина — желтым, атомы неорганической серы- зеленым. (Из атомных координат модельных соединений, любезно предоставленных уегещу Вегу.)  — СН=СН Вининьипн труппо тоин "Ь вЂ” ';Н. — и Цнотониоома остаток Ыпкп СН (( — СН вЂ” . г Тнокфнрннн окоь тельно-восстановительный потенциал (сролство к электронам, или окислительная способность) этих цитохромов возрастает в последовательности ОНг — Цитохром Ь вЂ” Ге-ЯЦитохром с, — Цнтохром с— Цитохром а — Цитохром аз — О,. 0 Указанные цитохромы различаются по структуре н свойствам. Простетической группой цитохромов Ь, с, и с служит железосодержаший протопорфирин 1Х, называемый обычно семом, который является СН, (СН вЂ” СН вЂ” СН вЂ” СНг)г — Н СН, СН О Н СН, СН=СН, СН, СН, Гои а ( СН ) СОО 14.
Окислвтельное фосфорилироваине ООС вЂ” СН вЂ” СН г г СНг НС— СОО простетической группой также в миоглобине н гемоглобине. В цитохроме Ь гем не связан ковалентно с белком, тогда как в цитохромах с и с, он ковалентно присоединяется к белку при помощи тиоэфирных связей (рис. 14.6). Эти связи образуются путем присоединения сульфгидрильных групп двух цистеиновых остатков к винильным группам гема.
Цитохромы а н а, имеют иную железопорфириновую простетическую группу, называемую гемом а. Он отличается от гема цитохромов с и с, наличием формнльной группы вместо одной из метильных групп и углеводородной цепи вместо одной из винильных групп. Цитохромы а и аз являются конечными звеньями дыхательной цепи. Они существуют в виде комплекса, иногда называемого г)пгпахромоксидазой. ОНг-цитохром-с — редуктазный комплекс переносит электроны от ЯНг к цитохрому с, водорастворимому периферическому мембранному белку (разд.
14.15 — 14.17). ГЦит Ь (+3) ЛроЯ (+2);,тцит с, (+3)к,цито (+2) "цито (+2) тео8 (+3)ехцитс, (+2)"цит с (ч-3) Оиг „, то сои.с — оьсм ага Затем восстановленный цитохром с переносит свои электроны на г)ипгохром-с-оксидазиый комплекс. Роль цитохрома с аналогична роли кофермента О: он служит мобильным переносчиком электронов между Н Н вЂ” -те — -Н М вЂ” сн сн, н,с Сн,— сн, ООС вЂ” СН вЂ” СНт НС СН, СН, СН СОО Рис. 14.6. Гем в цитохромах с и с, ковалентно присоединен к двум цистенновым боковым цепям, Эта свободная энергия окисления используется для синтеза АТР: А)ЭР + Р, + Н АТР -ь НзО Ьтта' = -(- 7,3 ккал(моль.
различными комплексами в дыхательной цепи. Электроны переносятся к а-цитохромному компоненту комплекса и затем к цитохрому аз, содержащему медь, При транспорте электронов от цитохрома аз к модеЦит с (+2)ттнит а (1 3), ~нита, (+2)~~си (+ 2)7(нто цитс (ч-3)и=пита (+2)2 пита (-1-3) Си (1-1) О, кулярному кислороду атом меди существует то в окисленной (+ 2), то в восстановленной (-Ь 1) форме. Образование воды — процесс, связанный с переносом четырех электронов, тогда как группы гема являются переносчиками одного электрона. Каким образом четыре электрона «сходятсял для восстановления молекулы Он пока не установлено; 14.5. Сопряжение окислении и фосфорилироваиня осуществляется протонным градиентом Рассмотрим ~еперь поток электронов от )т)АВН к О,, представляющий собою экзер- гонический процесс: Рнс.
14.7. МАРН + 1/2О, + Н Н,О + + (чАВ' Л6"' = — 52,6 акал(моль. 78 О, т 4Н + 4е -т 2НтО. Часть Н. Генерирование н хранение энергии Электронная микрофотография двухмерной кристаллической структуры цитохром-соксидазы. (Печатается с любезного разрешения д-ра Я(етеп Еп!)ег н д-ра йодепсЕ Сара)й.) Протон Мвтрняо Рис. 14.8. 14. Окислительиое фосфорилироваиие 79 Синтез АТР осуществляется молекулярными ансамблями во внутренней митохондриальной мембране.
Соответствующий ферментный комплекс (разд. 14.8) назван митохондриальной АТРазой, потому что он был открыт благодаря способности катализировать гидролитические реакции. Каким образом осузцествляется сопряжение между окислением ХАРИ и фосфорилированием А(эР? Вначале предполагалось, что при переносе электронов происходит образование ковалентного высокоэнергетического промежуточного продукта, являющегося предшественником АТР. Эта гипотеза химического сопряжения основывалась на механизме субстратного фосфорилирования, примером которого служила глицеразьдегид-3-фосфат — дегидрогеназная реакция, приводящая к образованию 1,3-БФà — высокоэнергетического промежуточного продукта (разд.
12.14). Высказывалось и другое предположение, а именно что свободная энергия окисления улавливается белком, находящимся в активированной конформации, что затем стимулирует синтез АТР. Исследователи во многих лабораториях в течение десятилетий пробовали выделить эти предполагаемые высокоэнергетические промежуточные продукты, но все предпринятые попытки оказались безуспешными.
Совершенно иной механизм, хемиосмотическую гипотезу, постулировал Питер Митчелл (Ре1ег Мйсйей) в 1961 г. Он предположил, что сопряжение переноса электронов и синтеза АТР обеспечивается протонным Прн переносе электронов по дыхательной цепи происходит генерирование протонного градиента и мембранного потенциала на внутренней митохондриальной мембране. градиентом, а не вгясокоэнер~ етическим ковалентным промежуточным продуктом или активированным белком.
Согласно этой модели, перенос электронов по дыхательной цепи приводит к выбросу протонов из матрикса на цитоплазматическую сторону внутренней митохондриальной мембраны, где таким образом возрастает концентрация ионов Н . В результате происходит генерирование мембранного потенциала с положительным зарядом на цитоплазматической стороне мембраны (рис.
14.8). Эта протонодвнжущая сила, постулирует автор, запускает синтез АТР АТРазным комплексом. В описанной модели взаимодействие между цепью переноса электронов и АТР- синтезирующим комплексом осуществляется лишь благодаря наличию мембранного потенциата. Модель требует, чтобы переносчики электронов в дыхательной цепи и АТРаза имели векторную организацию, т.е. чтобы они были определеннным образом ориентированы по отношению к двум поверхностям внутренней митохондриальной мембраны. Далее, внутренняя митохондриальная мембрана должна бьггь совершенно непроницаема для протонов, поскольку для существования протонного градиента необходимо наличие замкнутого компартмента. Основной смысл предложенного механизма состоит в том, что первичным эапасаютцим энергию антон.явллепн сч перенос протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану.
Гипотеза Митчелла о сопряжении окисления и фосфорилирования протонным гра- Нврутянвя мнтояондрнвяьнвя мембране Внутренняя ннтояонаанвяьнвя неибявнв Метямембрвнное проотренотво диентом получила к настоящему времени множество подтверждений. 1. Протонный градиент через внутреннюю митохондриальную мембрану создается во время переноса электронов. рН с наружной стороны на 1,4 единицы ниже, чем с внутренней, и мембранный потенциал составляет 0,14 В, причем наружная сторона несет положительный заряд.
Общий электрохимический потенциал Лр (в вольтах) складывается из мембранного .потенциала (Лф) и градиента концентрации ионов Н" (йрН). В приведенном ниже уравнении )1 — газовая постоянная, Т - абсолютная температура, Г-число Фарадея. с)р = АФ вЂ” ЛрН = Лф — 0,06брН = йТ Г = 0,14 — 0,06 ( — 1,4) = 0,224 В. МАОН МАОН.О- родуктякв Бкоккрувток ротекоиом и амитяяом ан Цитокром Ь Брокирувтск — внтимицином А Т Цктокром ос Цктокром о 1 Цитохромы в и в3 Бвокируетоя — СМ-, МН3- и СО Ог Рис. 14.9. Пункты действия некоторых ингнбнторов транспорта электронов.
Часть Н. Генерирование и хранение энергии 80 Эта общая протонодвижушая сила в 0.224 В соответствует свободной энергии 5,2 ккал в расчете на 1 моль протонов. 2. При создании градиента рН в митохондриях или хлоропластах (разд. 19.13) в них происходит синтез АТР в отсусссвие переноса электронов. 3. Белок пурпурных мембран галобактерий прн освещении перекачивает протоны (разл, 19.21). Синтетические пузырьки, содержащие этот бактернальный белок и очищенную АТРазу из митохондрий сердца крупно~о рога~ого скота, синтезируют АТР при освещении.
В этом опыте белок пурпурных мембран заменяет дыхательную цепь; слеловательно, дыхательная цепь и АТРаза-биохимически отлельные сиссемы, связываемые только протонным градиснтом. 4. И дыхательная цепь (разд. 14.7), и АТРаза (разд. 14.8) имеют векторную организацию во внутренней митохонлриальной мембране.
.5. Для окислительного фосфорилирования существенное значение имеет замкну- гость компартментов. В растворимых препаратах или в мембранных фрагментах, лишенных хорошо отграниченных внутренних и внешних компартментов, не происхолит синтеза АТР, сопряженного с переносом электронов. 6. Вещества, переносящие протоны через внутреннюю митохондриальную мембрану. разрушают протонный градиент и таким образом вызывают разобщение окисления и фосфорилирования (разд. 14.14), 14.6. Протонный градиепг генерируется в трех пунктах Выброс протонов происходит в трех пунктах потока электронов по дыхательной цепи от ХА13Н к Ох (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
