Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 45
Текст из файла (страница 45)
ГМИ является частью большого белкового комплекса, пронизывающего всю толщу мембраны, что позволяет ему высвободить два протона на наружной стороне мембраны, а затем возвратить два электрона на внутреннюю сторону при участии ГеЯ-белков, которые при этом восстанавливаются. Каждый восстановленный ГеЯ-комплекс отдает один электрон молекуле убихинона (9), которая, принимая протоны с внутренней стороны мембраны, превращается в ЯН.. ЯН„будучи липидрастворимой небольшой молекулой, легко перемешается к наружной стороне мембраны.
где освобождает пару протонов, а два электрона передает следующему переносчику дыхательной цепи — цитохрому Ь. Этот переносчик (в виде комплекса цитохромов Ь„и Ь,) также, как полагают, пронизывает митохондриальную мембрану; это позволяет ему передавать электроны другой молекуле убихинона, которая одновременно присоеди- Солрлга$вии$л мембрана АН2 ПерА А 1 еРА Н2 $ Пере!' н,о Перв ЫО,+2Н 1 2Н 1 или ! 1 $ 1 ! 2Н 2н ! 2Н вЂ” Ь» ' 1 'в 2в. 1 1 $ 1 2е- н+ "О"-циил Рис. 13.11. Возможная конфигурация о/в петель в дыхательной цепи (хемносмотическая теория). Схема в значительной мере имеет предположительный характер; это особенно относится к области, где происходит взаимодействие Я с цнтохромом Ь, поскольку природа нитермедиатов и их относительное расположение точно не известны.
Возможно, что в данном случае функционирует еЦ-цикл», обеспечивающий транслокацию протонов, с участием семихннона (отмечен звездочкой), как указано на рисунке справа. На обеих сторонах мембраны семихипон фиксируется Я- связываюшими белкамн, тогда как ЯН1 и () являются мобильными. Цитохромы расположены в последовательности Ь, с„с, а, а, (последний является частью цитохрома пап пронизывающего мембрану).
Ре5 — железосерпый белок. Недавно полученные данные свидетельствуют о том, что цитохром с-оксидоредуктаза работает как протонная помпа (см. рис. 13.9). Рнс.13.10. Окислительно-восстановительная (о~в) петля переноса протонов (хемиосмотическая теория); Пер— переносчик. Окислителыос фосфорилироаание и перенос электронов 135 льтрезвуном НАРУЖНАН МЕМБРАНА Субмитохондриапьнаа частица, образовавшаяся из фрагментов внутрен«за мембраны Рис. 13.12. Структура митохоидриальиых мембран. Субмитохондриальпые частицы «вывернуты нвружуи и позволяют изучать замкиугыс мембрвииые системы, у которых фосфорилирующис субъедииицы оказываются снаружи, а градиент протонов имеет «обратиое» направление.
няет еще два протона из матрикса. ЯН, совершает еще один челночный рейс на наружную поверхность, где освобождаются два протона, а два электрона передаются двум молекулам цитохрома с. Недавно постулированный 1.)-цнкл, в пользу которого получены убедительные данные (рис. 13.1!), предполагает, что семихинон ЯН, является Н-переносящим компонентом двух о/в петель. Далее электроны проходят оставшуюся часть цитохромной цепи по мембране до цитохрома аи находящегося на внутренней стороне мембраны. Здесь два электрона соединяются с двумя протонами (Н') из матрикса и атомом кислорода, образуя воду. Внутренняя мембрана содержит ряд белков— ферментов дыхательной цепи, уложенных в мембране по соседству друг с другом, как показано на рис. 13.1!.
При этом на поверхности внутренней мембраны находятся фосфорилирующие субъединицы, ответственные за образование АТР (рис. 13.12). Они состоят из нескольких белков, в совокупности образующих Г,-субъеднницу; последняя выступает в матрикс н представляет собой АТР-синтазу (рис. 13.9). Г,-субъединицы с помощью «стебелька» связаны с мембранной белковой субъединицей Г„ пронизывающей, вероятно, всю мембрану (рис. 13.9).
При прохождении через (Г,— Г,)-комплекс пары протонов из АРР и Р, образуется одна молекула АТР. Интересно, что сходные фосфорилирующие субъединицы находятся на внутренней стороне плазматической мембраны бактерий и на наружной стороне тилакоидной мембраны хлоропластов. Важно отме- тить, что в митохондриях и бактериях градиент протонов направлен снаружи внутрь, тогда как в хлоропластах он имеет противоположное направление.
Представления о механизме сопряжения транс- локации протонов с синтезом АТР анизотропной (векторной) АТР-синтазной системой имеют в значительной мере предположительный характер. Модель, предложенная Митчеллом, показана на рис. 13.13. Пара протонов атакует один из атомов кислорода молекулы Р„при этом образуются Н,О и активная форма Р„которая сразу же соединяется с А1эР, образуя АТР. Согласно данным представлениям, синтез АТР не является главной энергопотребляющей стадией; скорее такой стадией является освобождение АТР из активного центра, которое, вероятно, связано с конформационными изменениями субъединицы Г,.
В пользу хемиосмотической теории говорят следующие экспериментальные данные: 1. Добавление протонов в среду, в которой находятся митохондрии, приводит к образованию АТР. 2. Окислительное фосфорилирование не проио. ходит в растворимых системах, в которых не может функционировать векторная АТР-синтаза. Для протекания окислнтельного фосфорилирования необходима замкнутая мембранная система (рис. 13.9). 3. Компоненты дыхательной цепи уложены в мембране упорядоченно, «бок о бок», поперек мембраны, как предусматривается хемиосмотической теорией (рис. 13.11).
4. Коэффициент Р:Н+ для АТР-синтазы равен Глава 13 Ч Х $ 2Н+ АОР АТР Р;+ А0Р Рве. 13.13. Перенос протонов прн участии АТР-синтвзной системы (по Митчеллу). 1:2, а коэффициент Н';О для окисления сукцнната и 3-гидроксибутирата 4 и б соответственно; зто примерно согласуется с ожидаемыми соотношениями. Этн данные коррелируют с наличием трех о~в петель дыхательной цепи. Хемиосмотическая теория позволяет объяснить следующие феномены: 1. Феномен дыхательного контроля.
Разность электрохнмических потенциалов по обе стороны мембраны, возникающая вследствие транслокацин протонов, ингибирует дальнейший транспорт восстановительных эквивалентов по дыхательной цепи до тех пор, пока не произойдет обратная транслокация протонов через мембранную векторную АТР- синтазу. Этот процесс в свою очередь зависит от наличия АОР и Р,. 2. Действие разобщителей. Эти соединения (например. динитрофенол) являются амфипатическими (см. с. 164) н повышают проницаемость мембраны для протонов (рис. 13.9), тем самым понижая электрохимический потенциал и выключая АТР-синтазу по типу короткого замыкания.
В этом случае окисление может происходить без фосфорилнрования. 3. Функционирование митохоидриальных систем обменного транспорта (см. ниже). Этот феномен можно рассматривать как условие функционирования сопрягающей мембраны, которая должна быть непроницаема для протонов и других ионов для того, чтобы поддерживать электрохимнческий градиент. В мембране работают также системы диффузионного обмена анионов на ионы ОН и катионов на ионы Н'. Такие системы необходимы для ввода и вывода ионизированных метаболитов при сохранении электрической и осмотической нейтральности. МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ Митохондриальные мембраны и локализации важных ферментов в митохондринх Митохондрии имеют наружную мембрану, проннцаемую для большинства метаболитов, и избирательно проницаемую внутреннюю мембрану со множеством складок (крист), выступающих в сторону матрикса (внутреннего пространства митохондрии) (рис. 13.12).
Наружная мембрана может быть удалена путем обработки дигитонином; она характеризуется наличием моноамнноксидазы и некоторых других ферментов (например, ацил-СоА-синтетазы, глицерофосфат-ацнлтрансферазы, моноацнлглицерофосфат-ацилтрансферазы, фосфолнпазы А,). В межмембранном просгранстве находятся аденилаткиназа и креатинкиназа. Во внутренней мембране локализован фосфолипид кардиолипин. В матриксе находятся растворимые ферменты цикла лимонной кислоты и ферменты р-окисления жирных кислот; в связи с этим возникает необходимость в механизмах транспорта метаболитов и нуклеотидов через внутреннюю мембрану.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
