Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Восстановлекие убихииона не может быть заметно в показанном спектральном диапазоне. (Любезно предоставлено д-ром Б. Чансом и д-ром Д. Истабруком.) переноса электрона между этими компонентами, в основном были выполнены с помощью спектрофотометрии, как это проиллюстрировано на рис. 12.12, спектроскопии и метода электронного пара- магнитного резонанса (разд.
10.2), который оказался особенно пригодным дли изучспия белков, содержащих негемнновое железо. Установление локусов действия арсенала различных ингибиторов имело решающее значение для успеха этих исследований, Например, было установлено, что ротенон, относящийся к группе инсектицидов, ингибирует )т)А()Н-дегидрогеназу„. барбитураты, например амитал, препятствуют восстановлению убихинона; пирицидин А и нордигидрогваяретовая кислота предотвращают восстановление цитохромов под дсйствием ЫА1)Н; теноилтрифторацетон препятствует восстановлению цитохрома Ь сукцинатом; антимицин А (антибиотик из Ягер1огпусез пгиеиз) блокирует повторное окисление цитохромов Ь; цианид, Нзз и азнд связываются с окисленным ге- !З.
БПОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. ! и! 1иА!еН Ре-й с с! соимииам Флавии Ге-5 Рис. 12.13. комплексы, выделенные из митохондрий и участвуюшие в мнтохондриазьном транспорте злектронов. !приведено с изменениями нз работы (огееа 11. е,, йо111Ьегаег !1, Г., Мо!еси!аг !из!К!1!а!010 1!ге гзу10К Ргосезз, Асабеш10 Ргезз, 1пс. !Чета '101)г, 19671.) мнновым железом цнтохромов а н а, и предотвращают их восстановление, не влияя на восстановление любого другого компонента. На основании экспериментов, где применялись ингибиторы еще до появления метода ЭПР, сделан вывод, что в общих чертах движение электронов в митохондрии происходит следующим образом: суг Ь вЂ” е суг с, е +уомВ +11амВ 1 сус с — Е сусем -Е«О +110 мВ +110 мв +610 мВ +ЫВ ми ВГАПН -Д«нсзм -Й«ибеммюи -де ЗзомВ ЗомВ -100 мВ )е ело ияенмйим «Зо ма Для каждого компонента электронпереносящей цепи внизу указаны значения Е 0.
Предполагается, что все флавопротеиды, находящиеся в мембране, будучи восстановлены, окисляются также фондом убихинона (СОЯ) и таким образом присоедини!отея к основной элекгронпереносящей цепи. Как показано на рнс. !2.13, полученные после обработки детергентами субмятохондриальные частицы можно разделить на пять основных комплексов, катализирующих следующие реакции: е е 1: КЛОН вЂ” иубихинон; 11: сукцинат — 1-убихинон; П1: дигидроубихие е е нон феррицитохром с; 1Ъ': ферроцитохром с в Оз, '!1: ЛТР— и е --.-ЛОР+Рт.
Поскольку каждый комплекс частиц сохраняет некоторые из мембранных липидов, масса выделенных комплексов (табл, !2.2) превышает ожидаемое значение, соответствующее их теоретическому составу. Эти полученные экспериментально субмнтохондрпальные частицы отражагот реальную структуру самой мембраны; каждый и!. мнтлиолизм 432 комплекс состоит нз нескольких различных субьединиц, прн сборке которых образуется единая функциональная единица. Комплексы разделены мембранными липндами.
Если учесть, что ансамбль Таблица 12.2 Компоненты главной дыхательной цепи ! Месс Относительное ( честна сохе! мюме Ревниво в мембране Комп- Компоненем ЫАРН вЂ” еубнхинон 1 ! ГМЫ, 10 (Геб) Убнхннон П! 4 цнтохром Ь, 2 цнтохром с, 8 илн 12 (геб) 1(итохром с 1Ч 1(цтохром аав, 2 Сне+ ! 04 4 500 000 2 0000 Дигидроубихинон — вцитохром с с срерроцитохром — о 12 000 200 000 комплексов в целом содержит функционально свнзанную с ним А!Разу (комплекс Ъ'), равно как н переносчики адениннуклеотндов и Рь то можно рассчитать, что «молекулярная масса» такого функционального ансамбля, включаю!цего также одну ГМХ-содержащую 5)А(лН-дегидрогеназу, должна составлять -5 10'.
Метод ЭПР использовали для обнаружения и характеристики специфических белков, содержащих негемнновое железо; при этом учитывали значения д и тонкую структуру спектров ЭПР при различных температурах и рН. Это привело к обнаружению нескольких центров, содержащих негеминовое железо, в комплексах 1 — 1П. Например, в одном только комплексе 1 было выявлено по крайней мере четыре, а возможно и шесть, отчетливо различимых центров; приводимые различными авторами значения потенциала этих центров не совпадают. Поскольку каждый белок может иметь более чем одни такой центр, неизвестно, сколько таких белков находится в каждом комплексе.
В самом деле, в комплексе 1 при фракционировании более подходящими методами обнаруживается ие менее семи различных белков с массой от 25000 до 75000. Кроме того, центры негеминового железа найдены в комплексах П и П1. Рис. 12.14 помогает понять взаимосвязь между компонентами элсктронпереносящсй цепи с точки зрения их окнслительно-восстановительных потенциалов. Комплексы 1 — П1 осуществляют электрический контакт с соответствующими окислительяымн комплексами через центр негеминового железа (Ре5), Это также справедливо для других флавопротеидов, которые имеют доступ к электронпереносящей цепи. Окислительио-восстановительные потенциа- !з Г!юлогичкскоп Окислении.
1 +б25 бОО ! ! гп о оЕ=315 мз 400 ~НПП пп0 Рис. 12,!4, Окнслительно-восстановительные потенциалы компонентов дыхательной цепи. Каждый ирямоугольиик обозначает окислительно-восстановительный потенциал данного компонента в диапазоне от 9 до 9! з/р полного восстановления. г!ентр прямоугольника совпадает с потенциалом средаей точки Е зтага компононта, шкала которого показана слева. Справа показаны действительные и некоторых ключевых членов дыхательной цепи, обнаруженные прн наблюдении митохондрий из сердца голубя в состоянии 4 (см.
табл. 12.3) при дыхании на В-анси. бутирате и низкой !АРР1! наказаны также перепады потенциала ЛЕ между компг.неитчмн данной системы в указанных условиях. !97!зоп Р. Е., Ригов Р, Егесгпзйа М.. Е!пг!зпр А б., 1п! О. Р. Аххопе, 1.. Егпз!ег, 8.
Рара, Е. Г3наа!1аг!е!1о, Х. 8!1!огапб1, ебз., Месйзп!зшз 1п В!оспе!бе!!сз, р. 630. Асаньею!с Ргевз., Ыетт Уогй, 1973; йг!Ьап Р. и., Егесапзйо М., Ошеп !.. Е., йбе!а 1., !и; 1.. Егпз1ег, !!. мг. Ев!аЬ- гоой, Е. С, Б!а!ег, ебв., Рапага!сз о! Епегйу.!гапзбсс!пй МешЬгапез, р. 223, Е!зеч!ег 3сгепИйс Сатрапу, Ашз!егйзгп, 1974; доколнительиыс данные любезно предоставлены проф. Вайнертомй лы (ге5)-центров в каждом комплексе создают внутри его падение потенциалов от 250 до 300 мБ, но вместе с тем разность потенциалов между самым высокопотенциальным компонентом одного комплекса и самым низкопотенциальным компонентом соседнего комплекса сравнительно невелика.
На рисунке не указано, что значения кажущейся Е длн нескольких компонентов существенно 28 †11 > и. метанол изя 434 внуюренняя Рис. 12.!б. Схема организации основных компонентов электронпереносяшей цепи >чА!>!.! — нОз. Только цнтохром с легко удаляется водными растворителями. Все другие белки являются интегральной частью мембраны. Значительная часть цитотрома с находится на наружной поверхности мембраны, а ХАТ>?1-дегндрогеназа и цнтохром аэ -- на внутренней поверхности, где они реагируют соответственно с 1ЧАО!! и Оэ. Указаны только относительные положения без соблюдения мас- штаба; кроме того, не показаны липидные молекулы.
сдвига!отса при воздействии АТР в близких к аиаэробным условиям: Ен, для цитохрома аз уменьшается на 225 мВ, для формы Ьг цитохрома Ь увеличивается на 275 мВ, для цитохрома с уменьшается на 50 мВ и для цитохрома а увеличивается иа 50 мВ. Этот рисунок также показывает, что в митохондриях сердца голубя, окпс.чающих !>-оксибутират при низкой [АПР1, разность ЛЕ между основными компонентами каждого нз трех комплексов составляет 310 — 315 мВ. Высокое значение Е для цитохрома а: отражает тот факт, что не более 0,19з цитохрома аз в этих условиях находится в восстановленном состоянии, в результате чего Е для цитохромоксидазы приближается к +525 мВ.
т. с. по крайней иере на 250 мВ превышает Ео. Как следует из уравнения Лб=пЕЛЕ, при ЛЕ=312 мВ Лб для каждого из главных перепадов потенпиала должна составлять — !4000 кал/моль. Это значение можно сравнить с Лб для синтеза АТР при тех же концентрациях [АТР1, [АПР! и [Рт]. Если намеренно поддерживать низкую концентрацию [АРР1, так чтобы отношение [АТР1!'[АРР1 было оче>гь высоким, тогда Лег для синтеза АТР должна составлять +14600 кал/моль, как это можно рассчитать, принимая для реакции АТР АРР+Рг Лб'=+8400 кал/моль.
Примечательно. что свободная энергия, которая становится доступной в результате процесса переноса электронов через каждый комплекс, приблизительно равна энергии, требующейся для синтеза АТР в этих условиях, т. е. такое преобразование энергии при наличии необходимых средств может стать легко обратимым.
Таким образом, возникает картина высокоупорядоченной физической организации, при которой во внутренней мембране каждый компонент физически встроен между своим восстановителем и окпслптелем, в результате чего создаются условия для потока электронов от субстрата через последовательно расположенные переносчики электронов к О,. Активный центр ИА1>Н-дегидрогеназы находится на мембране со стороны матрикса, как и центр для 12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. 1 кислорода на цитохроме ав. Цитохром с прикреплен на наружной стороне мембраны, в то время как убихинон (кофермент 9).
вероятно, растворен в липидной фазе мембраны, как показано на рпс. 12.15. 12А.4.1. Окиелекке вкеявгокоидрквлького МААК Митохондриальный НАО в основном сосредоточен в жидкости матрикса, где он служит связующим звеном между окисляемымн субстратами н электронпереносящей цепью. Суммарное количество митохондриального 5)АВ в 40 раз превышает количество цитохрома с. Прохождение образующегося в цнтоплазме МАРН через внутреннюю мембрану митохондрий печени фактически невозможно. Это ставит вопрос о механизме, посредством которого восстановленный в цитоплазме НАР может быть использован путем повторного окисления в мптохондриях.
Такой вопрос не возникает в случае дрожжей, митохондрии которых легко пропускают КАВН, и, возможно, не очень важен для митохондрий мозга илн сердпа. Митохондрии мозга могут осуществлять глпколиз, а митохондрии сердца получают большую часть энергии путем окисления жирных кислот и ацетоацетата. Однако ИОН образуется в печени н цитоплазме скелетной мышцы в количествах, которые превышают возможности любого известного способа использования, кроме повторного окисления. Эта проблема особенно очевидна в метаболизме глюкозы; четыре из шести дегидрогеназных реакций в окислении глюкозы относятся к циклу лимонной кислоты, пятая— дегидрирование пировиноградной кислоты, которое также происходит в митохондриальном матриксе.
Однако шестая реакция, которая фактически предшествует всем остальным, представляет собой окисление глицеральдегид-3-фосфата с участием НАВ+ (разд. 14.4.2) и осу1цествляется в цитоплазме. Полагают, что повторное окисление образованного в этой реакции ХАКАН совершается по челночному механизму: какое-то вещество может восстанавливаться цитоплазматическим )ь)А12Н и образовавшаяся восстановленная форма этого вещества может пересекать митохондрнальныс мембраны, окислятьси там ферментом, связанным с электронперсносящей цепью, и затем возвращаться в цитоплазму для повторения всего процесса. В летательной мышце мясных мух эту роль выполняет гь-глицерол-3-фосфат. Диоксиацетонфосфат восстанавливается в цнтоплазме глицерол-3-фосфат-дегидрогеназой и МАРН.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
