Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 44
Текст из файла (страница 44)
17-11). Кейлин показал, что цитохромы действуютт в определенной последователь ности и что цитохром, стоящий последним 100 вя й в о 300 400 ' 000 000 Длина волны, нм Рио 17и Ь Спектры поглопмния лигохрома г в окисленной [красная линия) и мкстановлснной [ясрнва линия) форме. Указаны характер. ные полосы поглопыния восстановленной формы-и, [! и у. в этом ряду, передаст электроны на кислород. Теперь мы знаем, что цитохромы в дыхательной цепи расположены в последовательности Ь г, — с — х ааз (рис.
17-1 и 17-7). Цитохром Ь, присутствующий в двух формах, принимает электроны от убихинона и передает их цитохрому с„ который в свою очередь передает их цитохрому г. Каждый из этих цитохромов, находясь в окисной (Ре(!!1)] форме, присоединяет олин электрон и переходит в закисную (ге(!!)! форму. В переносе электронов от убихинона на цитохром с принимает участие также белок, содержащий железо и серу (рис.
17-5). Последним в ряду переносчиков электронов стоит цитохром аа,. называемый также Питохролгоктидизой, поскольку он переносит электроны прямо на кислород и тем самым завершает процесс переноса. Лучше всего изучен среди цитохромов цитохром с. Это небольшой белок (мол. масса 12 500) с железопорфириновой группой, ковалентпо присоединенной к единственной полнпептилной цепи (разд, 8.4). Установлена аминокислотнал последовательность белка [рис. 6-14) и выяснены все детали трехмергюй структуры его молекул (рис. 6-5). Цитохром с, легко экстрагируемый из митохондрий, был получен в кристаллической форме из многих источников.
Ранее мы уже упоминали (рис. 6-14), что цитохром с — один из белков. возникших на заре эволюции. На это указывает сходство многих участков его аминокислотной последовательности у всех эукариот:микроорганизмов„ растений и животных. Цитохром аа, отличается от других цитохромов. В его состав входят лве молекулы прочно связанного гема А, отличающегося от протогема гемоглобина наличием у его порфиринового кольца длинной углеводородной боковой цепи. Кроме того, в нем имеются также два атома мели, играющие важную роль.
Присоединив электроны, поступившие от питохрома с, и перейдя таким образом в Ге[!!)-форму. компонент а цитохрома ааз передает затем эти электроны цито- ЧАСТЬ Ц. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ хрому а,. Восстановленный цитохром а, в свою очередь передает электроны на молекулярный кислород (Оь). В этом процессе вместе с двуми железопорфириновыми группами участвуют два связанных атома меди, что сопровождается обратимым изменением их валентности 'ЕСи(1)-Си(П)1. Этот сложный процесс является важным этапом переноса электронов, поскольку на этом этапе четыре электрона должны быть переданы почти одновременно на О, для того, чтобы образовались две молекулы Н,О (четыре Н '-иона, которые тоже для этого необходимы, поступают из водной среды).
Из всех переносчиков цепи переноса элек- 'ьдОнОВ ьолько ььитохром ааз способен вступать непосредственно в реакцию с кислородом. 17.11. Неполное восстановление КПЕЛОРОДН ПОДЕТ к повреждению клеток Для клетки очень важно, чтобы молекула кислорода, присоединив четыре электрона. полностью восстановилась до двух молекул Н,О. При неполном восстановлении кислорода в случае присоединения только двух электронов образуется перекись волорода (Н,О,), а в случае присоединения одного электрона — гуиерокгидиый радикал (:Оь ).
И перекись водорода, и суперокснд крайне токсичны для клеток, потому что они повреждают клеточные мембраны, взаимодействуя с остатками ненасыщенных жирных кислот мембранных липидов Азробпые ю~етки защищают себя от этого вредного действия супероксида и перекиси с помощью двух фермеьпов: супераксиддисмутаэы (металлсодержашего фермента, превращающего супероксидный радикал в перекись водорода) и катализы (превращающей перекись водорода в Н,О и молекулярный кислород) Суаерахсиахисмутаьа 2О, » 2Н' — . ----.- .- .— НеОх + О, К«ххаааа 2Н,О ...
— 2НхО + Оа, Токсичная перекись водорода находит, однако, своеобразное применение у жуков-бомбардиров. У этих жуков имеется особая железа, состоящая из двух оз.делов: в одном из них накапливается концентрированный раствор перекиси водорода, а в другом- раствор гидрохинона. Когда бомбардиру угрожает опасносп это удивительное насекомое отпугивает своего врага, выстреливая в него горячей (100 С) струей токсичного хинона. который образуется при мгновенном, «взрывномгч окислении гидрохинона перекисью водорода. 17.12. Переносчики электронов девствуют всегда в определенной посуюдовнтйлььиьстн Какие факты свидетельствуют о том.
что переносчики электронов в дыхательной цепи функционируют именно в указанной выше последовательности? Вопервых, именно в этой последовательности нх стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (рис. 14-7 н табл. 17-1) становятся все более положительными по мере приближения к кислороду, а этого и следует ожидать, поскольку электроны всегда стремятся переходить от электроогрицательных систем к электроположительным, что вызывает снижение свободной энергии. Вовторых, каждое звено этой цепи специфично в отношении определенного донора и определенного акцептора электронов. И.
наконец. в-третьих, из митохондриальной мембраны удалось выделить структурно обособленные комплексы функционально связанных между собой переносчиков электронов (рис. 17-12). Комплекс 1 состоит из )ЧАОН-дегидрогеназы и ее железо-серных центров, функционирующих в тесной связи друг с другом. Комплекс П включает сукцинатдегидрогеназу и ее железо-серные центры. В комплекс П1 входят цитохромы Ь и с вместе с одним специфичным железо-серным центром. Комплекс 1Ч 523 ГЛ 17. ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНОВ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ НАПН 1 НАПН: убихиноноксидородуктнзв (учнсток 1) Комплекс 1 Комплвкс Ш Убихинолз цвтохром с — Оксидородуктвзв (учвстск 2) ЫАПИ 1 )РМ1 ' йб ' пФфФ~Вф Ротонон (ирсо ~' Цитохромоксилвзв (учвсток 3) Комплекс (У Антнмицин А Амитлл Иивнид Окись углерода " ьрз~®~~~~ Сероводород Комплем Ц Ц ч — — Сукцинвт 1 Сукциивтз убихинон- оксидорвлуктвзв О, Рис.
17-12. Элсктронпорсносяшис комплсксы. Они могут быть выделены в виля Функциоюзгвных ннсвмблсй. состоит из цитохромов а и аз. Убихинон служит связующим звеном между комплексами 1, П и 1П, а цитохром с связывает между собой комплексы П! и 1У (рис. 17-12). Изучению переноса электронов в немалой мере способствовал и такой метод, как применение специфических ингибнгоров, блокирующих определенные этапы этого процесса. Среди них особо пенными оказались; 1) ропзеноп, блокирующий перенос электронов на участке от МАРН до убихинона (это высокотоксичное вещество„добываемое из растений, употреблялось американскими индейцами в качестве яда для рыб!. 2) токсичный антибиотик иигпимпяпл А (образуется одним иэ штаммов о(гергоп1усех), блоки- рующий перенос электронов от убихинона на щзтохром г, и 3) зрзонис). один нз самых сильных ядов, блокирующий процесс восстановления кислорода, катализируемый цитохромолз паз (рнс. !7-13).
(Еще одним важным инз нбитором щггохрома опз является окись углерода.) Прн ингибировании цепи переноса электронов в определенной точке возникает пункт перекреспза, как это видно из гидравлической модели, представленной на рнс. (7-14. Переносчики электронов, стоящие в цепи непосредственно перед блокированным этапом, становятся более восстановленными, а стоящие после этого этапа более окисленнымп. Такие изменения можно обнаружи гь при помощи спектрофотометра. поскольку у окнспенных и у восстановленных форм переносчиков спектры пот дощения различны. Рис. 17-13. Места дсйстви» рвзчичных июноиторов. блокируюшнх псрснос ялик~ донов Аьзнгил.
лскврствснный препарат нз группы блрбнтурктов, примснясмый я качестве снотворного. Моюнымзз им ибнторями пмозромаксидвзы являются, помимо цилннлв. тякнс окись угясродв и ссроволоро.ь 524 ЧАСТЬ и БИОЗНЗ РЗ ЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ х и о антимицином А Рис Зь За Гидравлическая модель дыквгель- ной цепи А И норме в дыхательнон цени полдерниваезся стационарное состояние.
Сте- мгзь аоссыновггегп~я паслеловательиых пере- носчиков глектронов а популяции митохонд- рии спи юется при переносе электронов от суб- сгратов на кислород. Б. Иигибнтор переноса злсхз ранов антимицин А создает в дыхатель- ной цепи пункт перекреста. в которолг оюх- янтсльно-восстановительное состояние лере- носчико» изменяется. х х х 8 х х х $ в и о х гс ь' 8 .а Ю т" 17ЛЗ. Энергия, выделяемая нри переносе электронов, запасается в реэульэ.ате оияслнтельного фосфорнлнрованиа Выше мы уже отмечали, что в цепи переноса электронов есть три пункта способных обеспечить энергией образование АТР из АЗУР н фосфата, т.е.
процесс окислительного фосфорилирования ГЛ. !7 ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНОВ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ 525 (рис. 17-4, 17-7 и 17-12). Пары электронов от ХЛО-зависимых дегидрогеназ проходят через все три пункта, чт-о и дает в итоге максимальный возможный выход АТР-три молекулы. Суммарное уравнение для процесса переноса электронов от ХА)ЗН к кислороду и сопряженного с ним окислительного фосфорилирования имеет вид ХЛОН + Н' + '(зОз + ЗР, + + ЗАОР -в ХАО' ЗАТР + 4Н,О. + Однако, когда сукцинат окисляется под действием флавинзависимой сукцииатдегндрогеназы, на каждую пару электронов, переносимых на кислород, образуются только две молекулы АТР (рис. 17-7 и табл. 17-З). Объясняется это тем, что пара электронов„отшепляемая от сукцината, поступает в дыхательную цепь иа уровне убихинона, минуя участок 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
