Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Например, у пары изоцитратгп-кетоглутарат + + СО, при концентрациях компонентов 1,0 М стандартный потенциал Е,', равен — 0,38 В. Поэтому в присутствии изоцитратдегидрогеназы (разл. 16.5) она будет отдавать свои электроны окислительновоссгановнтель!юй паре АРАОН/ХАЕг ', имеющей более положительный потенциал. Вместе с тем болыпая положительная величина стандартного потенциала окислительно-восстановительной нары вола~кислород ( + 0,82 В] указывает на то, чго у этой пары способносэь отдавать электроны (т.е. способность образовывать молекулярный кислород) выражена очень слабо.
Можно сформулировать это иначе, сказав, что у молекулярного кис- 514 ЧАСТЬ Н БИгзэНЕРГЕ!ИКА И МЕТАБОЛИЗМ Таб.пща !7-1. Стандартные восстнноиительные потенциалы Еа некоторых сопряженных окислитезьио-восстановительных цар, нграюглих епжиую роль в окислительиом метаболизмеы Окислнтсльно-яасстенаентсльнкя пара Некоторые субстрлтные пары Ацегил-Сод .г- СОз + 2Н' з 2е 17лгруват + СоА и-Кеюглутарат + СО, + 2Н' + 2е -ь Изоцитраг 3-Фосфоглицероилфосфат + 2Н' + 2е' — Глицеральдегил-3-фосфат + Рг Пируват + 2Н' + 2е Лактаг Оксалоацетат + 2Н' + 2с Малат Фумарат + 2Н' + 2е Сукцинат Комгюиенты цепи переноса электронов 2Н' + 2е ь Нт )ЧАЕ!' + Н' + 2е' ю НАГ)Н НАПР + Н + 2е )ЧАГЗРН АРАОН-дегидрогеказа (РМ7(-форма) + 2Н' + 2е АРАОН-дегилрогеназа (ЕМХНх-форма) Убнхииов + 2Н' э- 2е' Убихинол Цитохром Ь (окисл.) + е Цитохром Ь (васст.) Цнтохром с, (окисл.) + е Цнтохром с, (васс!.! Цитохром г (окисл.) + е Цитохром с (восст.) Цитохром а (окисл.) 4 е' Цитохром и !восст.) Цитохром и, (окисл.) -!- с Цитохром и, (воссг.) ''хОз 4 2Н' + 2е НэΠ— 0,48 — 0,38 — 0,29 — 0,19 — О,!8 + 0,03 — 0,41 — 0,3ч — 0,32 -0,30 +0,04 +0,07 +0,23 +0,25 + 0,29 + 0.55 40,82 илн какого-нибудь катализатора, способного ускорять процесс; катализатор, однако.
не изменяет направления потока и не влияет на положение равновесия.) В таких условиях электроны будут переходить от более злектроотрицательной окислительно-восстановительной пары, например от АРАОН))ч(Агэ' (Еа —— .— †.0,32 В), к более злектроположительным акцепторам электронов. например к паре восстановленный цитохром с)окислениый цитохром с(Ео.= + 0,23 В). В силу той же причины они будут переходить и от нары восстановленный цитохром сгокислениый цитохром с (Ео = =- +0,23 В) к паре вода/кислород (Еа —— .= +0,82 В). Эта способность электронов переходить от злелтроотрицательных систем к элекгроположительным связана порода очень велико сродство к электронам или водородным атомам.
Стандартные потенциалы следует выражать в пилыних, однако для удобства нх часто указываю! в л!плливолыпих. ) 7.5. Перенос электр(низа сопровождается нзмененнямн свободной энергии Згюние величии Е;; различных окислительно-восстановительных пар позволяет предсказать направление потока элелтронов от одной окисли'тельно-восстановительной пары к другой при сгандартных условиях в присутствии катализатора. (Электроны обычно не переходят от одной окислц тельно-восстановительной пары к другой в отсу гствие фермента " Пришлепы данные, ркссчнтенные для конпентркпий всех компапентое ! М.
РН 70 и температуры 25 Г Ггоккэяны протскеющнс е полуэлемснтс рслкнии. которые хлрнктсрпзуют сролстио ленной системы к электронсьь Чем более стриг!ятптьной является величина Е;,, тем это сролстео нюке: н не- оборот. чслг оне более паложительня, тем выше это сродстеа. Поэтому электроны будут стремиться персчодггть от одной окнсли сельпо-есссглноептсльной акры к другая п непркнлснии более положительного Ес Красным еьислспы нотснннялы экннмеюшле особое, гюгзнничное, положение, к именно потенаиклы акнслитсльпо-еос тяноеитеньиых пнр Нт,,'2Н' и НхО"гэО 515 гл.
Рь г!врвнос элнктронов и эосфорилировднив -дг Рис. !7-4 Направление потока электронаа и энергетические соотношения в питательной цепи митохондрий. с- ГМ!Ч означает НАНН-де. лр шзу; Π— уб; Д сп с, и якая гояромы. Обратите внимание, что в дыкательной цепи имеется трп участка !красные огрел«и!, в котарык перенос электронов сопровождаетсе относительно большим снижением сво. бодной энергии. Этн этапы поставляют свобод- УВ ную энергию для синтеза АТР. Значения Кс для переносчиков электронов приведены а табл. !7-!.
лг В,у й ° вге ч д В эО,В Направление истока мектроиж с тем, что такой ноток сопровождается уменьшением свободной энергии; поток электронов направлен всегда ~аким образом, чтобы в результате свободная энергия сисгемы уменьшалась. Чем больше разность стандартных потенциалов двух окислительно-восстановительных пар, тем большим оказывается уменьшение свободной энергии при переносе электронов от злектроотрицательной пары к электроположительпой. Пройдя через всю цепь переносчиков электронов, от ФАВН (Ео= — 32 В) к кислороду (Ео = +0,82 В), электроны теряют значительное количество свобод- ной энергии, поскольку разность между станлартнымн потенциалами окнслнтельно-восстановительных пар )ч)АВН/ НАВ иНзО/'/дОд относительно велика.
Определим теперь точно, чему равно количество свободной энергии, высвобождающейся при переносе двух электронов от ФАВН на кислород. Изменение стандартной свободной энергии в реакции, связанной с переносом электронов, вычисляют по формуле лбе' = — иЕЬЕО, где ет6~'-изменение стандартной свободной энергии в калориях, и †чис перенесенных электронов, Š†констан, называемая числом Фаралея (23062 кал/(В моль)], ЛЕ'-разность стандартных потенциалов электронодонорной и электроноакцепторной систем. Стандартные условия предполагают концентрации всех компонентов 1.0 М, температуру 25'С и рН 7,0.
Таким образом, при переходе двух электронов от окислительно-восстановительной пары ХАВН/ХАВ э (Е,, '= — 0,32 В) к окнслительно-восстановительной паре НдО/'/д Од (Ео = + 0,82 В) изменение стандартной свободной энергии раино Або. 2 23062 (082 ( 032) = — 52,6 ккал. Этого количества энергии (52,6 ккал), высвобожлающейся при переносе двух электронов в стандартных условиях от ФАВН на кислород, более чем достаточно для синтеза трех молекул АТР, который в стандартных условиях требует затраты 3 7,3 = 21,9 ккал. С помощью той же формулы, Або' = = — пИ~Ео, можно рассчитать изменение стандартной свободной энергии для любого отрезка цепи переноса электронов по разности между стандартными потенциалами днух окислительно-восстановительных пар †электронодон.
ной и электроноакцепторной. На рис. 17-4 показаны: !) стандартные потенциалы некоторых переносчиков электронов дыхательной цепи, 2) направление потока электронов (поток неизменно направлен <!вниз», т.е. к кислороду) и 3) относительные величины изменения свободной энергии на каждом из этапов. Обратите внимание, что в дыхательной цени есть три участка. в которых перенос электронов сопровождается болыпим снижением свободной энергии. Это те участки, где высвобождающаяся энергия запасаешься, г.е. используется для синтеза АТР. 5!б ЧАГТЪ Ц. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ 17.6.
Цепь переноси электронов включает большое число переносчиков В дыхательную цепь митохондрий входит большое число различных белков, осуществляющих в определенной последовательности перенос электронов от субстратов на кислород. На рис. 17-1 в составе дыхательной цепи показано только семь переносчиков электронов, но, как мы уже отмечали выше, это упрощенное ее изображение. В действительности в цепи переноса электронов имеется не менее 15 (а может быть, и больше) химических групп, способных присоединять и отдавать восстановительные эквивалеупы в последовательности. показанной на рис.
17-5. Обращает на себя внимание разнообразие химических групп, предназначенных для переноса электронов и всегда связанных с белком. Сюда входят: никотинахзидадениггдинукзеапщд (НАР), действуюзций в составе различных дегидрогеназ; флавинлюнануккеанщд (РМХ), связанный с МАРН-дегидрогеиазой; удихинон, или кофермент О (жирорастворимый хинан с изопреноидной боковой цепью) — он может функционировать в соединении с одним или несколькими белками; железосодержашие белки двух разных типов: железо-серные центры (ре-а) и цщлохромы; и, наканегь медь цитохрама аа, .
Третье важное обстоятельство заключается в том, что все эти белки, играющие роль переносчиков электронов, нерастворимы в воде и все онп «встроены» во внутреннюю мембрану митохондрий. 17.7. Пиридииовые нуклеотиды вьзполиюот колленторную функцию Большинство электронных пар поступает в дыхательную цепь благодаря действию дегидрогеназ, использующих в качестве акцепторов электронов коферменты НАР ' нли МАРР (рис. !7-6). Всю эту з руппу а целом называют )УА0(Р)-зависимы.ыи двгидрогенизалги. Мы уже встречались с отдельными ее прелсгавителями, когда рассматривали Субстрат 1 Š— рмх Участок ! а Участок 2 ! с, Участок 3 О, Рис.
! 7-5. Полный нвбор переносчиков электранов, входяпзпх в состав дыхательной цепи. Нв учвсткс ! имеется не мелев пяти различных нслеза-серных центров. Учкстак з включает две рвэные формы цптохрамв Ь !с разнЫми максимумвми поглощения) и один иелезг серный цеит р, отличный от тех, какие имеются нв участке К Участок 3 содериит в дополнение к цитохромкм л и сз еще и двк иона мели.
Ни точной последоввтельвости, ии функции всех этих акислительно-восствиовительных центров мы локк еще не знаем. процесс гликолиза и цикл лимонной кислоты. Существует, однако, еше и много других. Некоторые биологически важные реакции, катализируемые такими дегидрогеназами, привелены в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
