И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Ионные градиенты на мембранах, создаваемые АТФазами„— это еще один источник энергии в клетке. Ионные градиенты могут быть движущей силой активного транспорта веществ через мембраны (см. гл. 6). С ними связаны такие процессы, как рост растительных клеток и трансдукция сигнала (см. гл. 7). 2.10. НАПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ В ЭТЦ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ РЕДОКС-ПОТЕНЦИАЛОМ ПЕРЕНОСЧИКОВ Создание дри сопряжено с электронным транспортом в тилакоидной и митохондриальной мембранах. Рассмотрим, что представляет собой ЭТЦ и какие события в ней происходят. Прежде всего нужно сказать, что электронный транспорт связан с происходящими в мембране окислительно-восстановительными реакциями.
В широком смысле слова окислением называется процесс, связанный с отдачей электронов (е ), а восстановлением — процесс, связанный с их присоединением. Соединение, присоединяющее электроны, является акцептором, а отдающее электроны — донором электронов. Окисленная и восстановленная формы соединения, способного отдавать и принимать е, называется окислительно-восстановительной, или редокс-парой: донор электронов акцептор электронов + и е .
Способность данной редокс-пары бьп ь донором или акцептором е определяется на основе окислительно-восстановительного, или редокс-потенциала, Е', выраженного в вольтах: 2,3ЯТ [акцептор е ] Е'= Е" + ' 18 иГ [донор е ] где 21 — газовая постоянная (8,314 Дж моль '. К '); Т вЂ” абсолютная температура, К; и — число переносимых электронов; Š— число Фарадея (96,4 кДж В 'х хмоль '); [акцептор е ], [донор е ] — концентрации в молях окисленной и восстановленной форм редокс-пары; Е" — стандартный редокс-потенциал.
Стандартный потенциал Е" определяется экспериментально. Помегцая электрод в раствор, содержащий данную редокс-пару, можно измерить э.д.с. цепи, составленной из данного электрода и электрода сравнения. В качестве стандарта используется водородный электрод (потенциал реакции Нг = 2е + 2Н' при давлении газообразного Нг ! атм, концентрации ионов водорода 1М (рН О) и 25 'С условно принят за нуль). В биохимии электродные потенциалы Е" определяются при рН 7,0. Потенциал водородного электрода равен -0,42 В. По определению, Е" (или потенциал средней точки Е,) равен ЭДС, возникающей в полуэлементе, содержащем донор и акцептор е в равной концентрации (при 25 С и рН 7,0) и находящемся в равновесии с электродом, способным обратимо принимать электроны. Значение Е" характеризует способ- 101 ность данной редокс-пары быть донором или акцептором электронов и позволяет предсказать направление переноса в от одной редокс-пары к другой при стандартных условиях.
Система с более положительным Е" может быть окислителем по отношению к системе с более отрицательным Е". Например, редокспара НАДН/НАД' имеет потенциал -0,32 В, что указывает на сильно выраженную способность НАДН к отдаче электронов. Наоборот, Е" пары НтО/г/зОг составляет +0,82 В, что отражает слабую тенденцию воды к отдаче е и сильно выраженную способность кислорода к их присоединению. Следует отметить, чго в этом интервале находятся редокс-потенциалы многих соединений, принимающих участие в процессах фотосинтеза и дыхания.
В мембране тилакоидов и внутренней мембране митохондрий локализованы и определенным образом ориентированы соединения, которые являются переносчикалги злеклгроггов и имеют разные редокс-потенциалы. Эти соединения„ реагируя друг с другом, способны обратимо окисляться и восстанавливаться, поочередно выступая в роли доноров и акцепторов электронов. В результате последовательных окислительно-восстановительных реакций происходит перенос е по цепочке от одного переносчика к другому в соответствии со значениями их редокс-потенциалов.
Процесс этот называется электронным трансггортохг, а переносчики электрона формируют электрон-трвнсггортвую цепь. Важно знать, что переносчики электрона имеют разную природу, и реакции с их участием могут быть связаны с транспортом непосредственно электрона (е ), атома водорода (Н ) или гидрид-иона (Н: = 2е +Н ) от донора к акцептору. Согласно законам термодинамики, перенос е в ходе редокс-реакций в ЭТЦ сопровождается изменением свободной энергии 6, которое для стандартных условий может быть рассчитано по уравнению оСг" = — ггЕ оЕ" (Дж.моль г), где ЛСг" — стандартное изменение свободной энергии; л — число переносимых электронов; ЛЕ" — разность стандартных потенциалов конечного акцептора и исходного донора е в реагирующей системе. Редокс-потенциалы определены практически для всех участников ЭТЦ дыхания и фотосинтеза.
В дыхательной цепи митохондрий электронный транспорт от НАДН на Оз идет по градиенту редокс-потенциала. В процессе фотосинтеза энергия света используется для инициации электронного транспорта от воды к НАДФ' против градиента редокс-потенциала. 2.11. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭТЦ В МЕМБРАНЕ Электрон-транспортные цепи фотосинтеза и дыхания организованы в мембране сложным образом и представляют собой встроенные в нее суперкомплексы, состоящие из многих субъединиц белка. В их составе обязательно присутствуют трансмембранные белки, закрепляющие весь комплекс в мембране.
Каждый суперкомплекс содержит, как правило, несколько активных центров: на белках в качестве простетических групп или за счет нековалентных взаимодействий удерживаются соединения, которые участвуют в переносе электрона. Некоторые комплексы из тилакоидных и митохондриальных мембран удалось выделить с помощью детергентов и получить в кристаллизованном сосгоянии, 102 Это позволило изучить их молекулярную организацию методом рентгеноструктурного анализа. Связь между комплексами осуществляют подвижные переносчики, которые могут перемещаться либо в липидной фазе мембраны (хиноны), либо в водной фазе вблизи мембраны. Реакции в ЭТЦ идут с большими скоростями, измеряемыми в интервалах 10"' — 10 9 с.
Организация электронного транспорта такова, что перенос электрона по цепи неразрывно связан с направленной транслокацией ионов Н через мембрану и генерацией гЧ3н . В тилакоидной мембране протоны переносятся внутрь тилакоидного пространства, а в митохондриях — из матрикса в межмембранное пространство. Механизмы транслокации Н' через мембрану могут быть разными и в ряде случаев пока остаются неясными.
Общим случаем является перенос протона через мембрану при участии подвижных переносчиков— хинонов (см. гл. 4). Если в процессе электронного транспорта на мембране возникает Л13нч который используется на синтез АТФ, то транспорт называется сопряженным. Однако могут быть ситуации, когда работа цепи не сопряжена с генерацией Лрн и синтезом АТФ. Тогда электронный транспорт называется разобщенным.
Разобщение электронного транспорта с фосфорилированием имеет место и а1ио, при этом энергия электронного потока преобразуется (диссипирует) в тепло. Разобщение имеет место в митохондриях животных и растений и представляет особый механизм регуляции метаболизма (см. подразд. 4.3.8). 2 12. НЕКОТОРЫЕ ПЕРЕНОСЧИКИ ЭЛЕКТРОНОВ ЯВЛЯЮТСЯ ОБЩИМИ ДЛЯ ЭТЦ ВСЕХ ТИПОВ Никотинамидаденигшинуклеотид (НАД(Н)) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ(Н)) — это близкие по структуре растворимые соединения, функциональной частью которых является ароматическое кольцо (рис.
2.4). НАД(Н) и НАДФ(Н) являются коферментами НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ. Эти ферменты катализируют реакции, связанные с отнятием или присоединением двух атомов водорода, при этом коферменты переносят гидридион Н'. (2е + Н '), а недостающий протон захватывается или отдается в водную ф у: АНа+ НАД(Ф) .— А+ НАД(Ф)Н + Н Большая часть НАД(Н) и НАДФ(Н) растворена в водной фазе, так как их связи с ферментными белками непрочные и возникают только в момент ферментативной реакции. Окисленные формы НАД' и НАДФ" имеют полосу поглощения при 260 нм, а при их восстановлении появляется полоса поглощения при 340 нм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
