Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Гл. 17. пеРенОс электРОнОВ и ФОсФОРилировдние 529 б. Окислительное фосфорилирова ние требует целостности внутренней митохондриальной мембраны Окислительное фосфорилированне может происходить лишь в том случае, если целостность внутренней митохондриальной мембраны не нарушена, т.е. если зта мембрана представляет собой полностью замкнутое образование. Любые разрывы и трещины во внутренней мнтохондрнальной мембране лишают ее способности к окнслительному фосфорилнрованию, хотя перенос электронов от субстрата к кислороду н в этих условиях может продолжаться. в. Внутренняя митохондриальная мембрана непроницаема для ионов О+, Оо, К и СГ Это свойство мембраны также имеет отношение к окислнтельному фосфорилированию.
Если мембрана повреждена или если она в реэуль гаге какого-нибудь воздействия стала вдруг лепта проницаемой для этих или для некоторых других ионов, то окислнгельное фосфорилирование происходить не будет. Этн наблюдения показывают, что разница в ионном составе или в концентрации между двумя сторонами внутренней мнтохондрнальной мембраны играет важную роль в синтезе АТР. г. Окислшпель мое фосфорилиование можно предотвратить с помотцью разобщающих агентов Некоторые химические везцесгва, например 2,4-дагзытра1))енпл 1ргтс.
17-17). полавляют фосфорилирование АОР до АТР, не влияя при этом на перенос электронов в митохондрнях. Они разобшают перенос электронов и синтез АТР, разрушая необхолимую связь межлу этими процессами. Такие вещества называются поэтому раэабщающылш агентами. В их присутствии свободная энергия, выделяемая при переносе электронов, переходит в тепло, а не запасается в виде АТР. Раз- НО, О ~ н О Снаружи Мембрана Внутри ф.. ОИ Нь с1 ХО, О- Рис 17-17. Действие типичного рвзобщхюнжз о агента 2,4-диннтрафеноля. При рН 7 зтог вгент существует главным обрезом в виде ениоия, не облеляющего способностью рвстворяться в липилях, В протонировениой ферме 2Л-динитрафенол рящворим в липидех и нагому может прокалить сююзь мембрану. перенося с собой протон. По другую сторону мембряны перенесенный протон отщещмстся.
Действув таким образом, рвзобщвющис вгснты прспятствуизт возникновению з рдлиентв концентреции ионов Н между двумя оторопями мембраны. Подобные рязобщвюцсяе лгснты, переносящие наны Н', называют пратонофорами. общаюшне агенты резко повышают проницаемость внутренней мнтохонлрнальной мембраны лля ионов Н+. Это лнпофильныс вещества, обладающие способностью связывать ионы Н ' по одну сторону мембраны и переносить нх через мембрану на лругую сторону, туда, глс их концентрация ниже, Одно время пытались использовать некоторые разобщающие агенты для борьбы с ожирением за счет понижения эффективности синтеза АТР. Оказалось, однако, что зтн вещества крайне ток- ЧАСТЬ П БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ сФн Элекз рохимичсскии Н '-грапиенг Мембранный позенциал 1внугрснняя схороня мем- браны имеет огриюпеяь- ный ммкгри- ческпй заряч] Градиенг РН 1иаружная сгорона мембраны имсег более кислую реакцию! снчны, н потому от такого их применения пришлось отказаться. д.
Некоторые ионофоры тикэ1се способны подавлять пкислипильное фосфорилировиние Иоиофорами (т.е, «переносчиками ионов») называют жирорастворимые вещества, способные связывать определенные ионы и переносить нх через мембрану. От разобшающнх агентов они отличаются тем, что переносят через мембрану не ионы Н +, а какие-нибудь цругие катионы. Например, токсичный антибиотик валицомичин 1рнс. 17-18) образует жирорастворимый комплекс с ионами К+, легко проходящий через внутреннюю мембрану лчитохонлрий, тогда как в отсутствие валиномицина ионы К" проникают сквозь нее с большим трупом. Ионофор грамичидии облегчает проникновение через мембрану не только К +, но и )з)а +, а также некот орых лругих Рис 17-18. Валиноьгицин ° юксичныи ангибио- гик.
сгимуляруюпмй перенос ионов К через мембрану. Этот ионофор перенося~пня ионы К+. состоит из остатков 1: и О-валина, лак- тата и гидроксиизовалерага, соединенных в «ольцеобразную структуру. Валиномицин обра- зует спепифический «омплекс с ионом К' (показан «рясным мигом), который распог~а~ а- егса в его гилрофильной внутренней части. Благодаря растворимой в лил«пах наружной части молекулы валиномицина 1показана се- рым инскому «омплекс валиномиции- -К' лег- ко проходит через мигохондриальиую мемб- рану.
олновалентных катионов. Таким образом, разобщаюшие агенты и ионофоры подавляют окислительное фосфорилирование, увеличивая пронипаемосгь мембраны лля ионов Н+, К ' или )Ча'. е. Поток электронов выпуэкдиет ионы )Ч " вьтодитл из дыхиии)пх лгитохопдрий нируэусу Энергия, выделяемая при переносе электронов по дыхательной пепи от субсурата на кислород, може~ при опрелеленных условиях вызвать перенос ионов Н ' из митохонлриального матрикса в среду. В результате рН мнтохонлриального матрикса повышается, а рН среды понижается, т.е.
Матрикс становится более щелочным, а среда, окружающая митохондрии, более кислой. Во внутренней миюхонлриальной мембране имеют'ся, следовательно, какие-то «насосы» Лля ионов Н; эти насосы используют своболную энергию потока электронов лля перекачивания ионов Н ' наружу против градиента концентрации. Выкачивание ионов Н ' из митохондрий приводит к появлению мембранного электрического потенциала, потому что вследствие выхода этих ионов из матрикса в среду наружная сторона мембраны становится более электроположн тельной„а внутренняя-более электроозрнцательной.
Таким образом, перенос электронов создает электрохимический градиент ионов Н ', включающий лва компонен га; мембранный потенциал вноси.г больший вклад в энергию этого гряхяиента: В этом уравнении величина л. представляет собой козффипнент лля перевода единиц рН в милливольты, т.е. в те елиницы, в которых выражают обычно Лрн и Лф Вклад мембранного потенциала со- ГЛ.
17. ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНОВ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ 531 н зч чмз и мазана ставляет приблизительно 75;; всего электрохимического Н "-гралнента, создаваемого переносом электронов. 17.16. Согласно хемносмотнческой гипотезе энергия переноса электронов передается на синтез АТР через протонный градиент Именно те свойства митохондрий, которые мы только по рассмотрели, послужили основой для разработ ки хемиосмотической гипотезы (рис.
17-19). Согласно этой гипотезе, функция переноса электронов, происходящего во внутренней митохонлриальной мембране. заключается в том, чтобы откачивать ионы Н ' из матрикса митохондрии в наружную среду и таким путем созлавать лзежду двумя волными фазами, которые разделяет эта мембрана, градиент концентрациии ионов Н+ с более кислым значениелч рН снаружи. Такой грапиент, при котором концентрация ионов Н" снаружи выше, чем внутри митохондрии, обладает потенциальной энерпзей (разд. 14.16). Хемиосмотнческая пгпогеза посгулирует далее, что ионы Н", выведенные наружу за счет энергии переноса электронов, снова устремляются внутрь, в мнтохондриальный матрикс, через специальные каналы, или «поры», для этих ионов в молекулах ГоГ1-АТРазы. В эт'ом случае они перемещаются по градиенту концентрации и во время их перехода через молекулы АТРазы вьщеляется свободная энергия.
Именно эта энергия и служит движущей силой для сопряженного синтеза АТР из АОР н фосфата. Итак, хемиосмотическая гипотеза не требует никакого выгхэкоэнергетическог.о химического агента, который в качестве общего промежуточного продукта обеспечивал бы сопряжение между переносом электронов н синтезом АТР. Переносчиком энергии, связывающим два эти процесса, служит, согласно хемиосмотической гипотезе, градиент концентрации ионов Н ' между двумя сторонами митохонлрнальной мембраны. В свете этой гипотезы становится понятным и требование целоспюсти мембраны, т.е.
по- Рис. 17-19. Сопрюкение переноса электронов с синтезом АТР в свете хемиосмотической гип- отезыы. Согласно этой пзпотеик пель переноса электронов можно прелставить себе как насос. перекачиваюший наны Н". Энергия, высвобож- даемая при переносе электронон. используется лля перемещения ионов Н из митохондриаль- ного матрикса наружу. что приводит к возник- новению электрохимического Н" -градиента с более высокой конпентрапией ионов Н в наружной волнои фазе. Этот же пропесс ведет к появлению трансмембраниого электри- ческого потеиниала -наружная сторона мемб- раны оказывается электроположительной. Ионы Н" из окружаюшеа среды вновь устрем- лвются внутрь.
т.е в мигохондриальный мат- ракс, на этот раз по электрпхимическому градиенту через молекулы Р,рз-АТРазы. Этот переход ионов Н' из эоны с более высокой в зону с более низкой их коянентрапиеа сопровоашается выделением свободной энер- гии, за счет котороб и синтезируется АТР. Таким образом. хемиосматическая гипотеза прелполагает, что межлу митохонлриеби ок- ружаюшея ее срслоя сонершается непрерыв- ный круз оаорот ионов Н ", движущей силоя которого является перенес эяскзроное 1см.
по- полнение 17. Н; лной ее замкиутоспз в ингактных мнтохондриях или в мембранных пузырьках, образовавшихся из разрушенной внутренней мембраны (рис. 17-!5); ясно, что без этой целостности градиент концентрации ионов Н+ между двумя сторонами мембраны попросту не мог бы существовать. Нетрудно видеть также, что 532 ЧАСТЬ и БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ Дополнение 17-1.
Многое в механизме окислизельного фосфорилированпя остается ешс неясным Хотя хемиосмозическая гигютеза получила широкое признание в той сваей части, которая каса ез ся главного организующего принципа передачи энергии от процесса переноса электронов к синтезу АТР в мизохондриях. бактернальных клетках и хлоропластах (гл. 23), тем не менее она оставляет пока без ответа многие важные вопросы. Пожалуй, больше всего споров порождает вопрос о механизме, при помощи которого перенос электронов, происходящий во внутренней мембране, вызывает откачивание ионов Н+ из матрикса мизохондрии наружу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
