И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 59
Текст из файла (страница 59)
В этом кармане связывается восстановленный ОНь Другой, О;„-карман, предназначен для связывания окисленного убихинона (О) и расположен вблизи внутренней (1п) стороны мембраны, контактирующей с матриксом. Транспорт электрона в комплексе организован следующим образом. Сначала первый ОНз связывается и окисляется в О,„;центре, освобождая при этом 2Н" в межмембранное пространство. При этом один е уходит на 2Ре-2$-центр белка Риске и далее на цитохром с~ и цитохром с (рис. 4.17, А).
В результате в О„;центре остается анион-радикал — семихинон О (см. подразд. 2.12 и рис. 2.8). В О,„,-центре 0 крайне нестабилен и быстро отдает второй электрон на гем Ьь и далее на тем Ьн. Расположение этих гемов в комплексе перпендикулярно плоскости мембраны, в результате чего электрон пересекает мембрану в направлении к О»„-центру. В этом «кармане» уже связан окисленный О, который принимает один е с тема Ьн и восстанавливается до семихинона (О ), находящегося здесь в более стабильном состоянии. Затем все события повторяются при окислении второго ОНз (рис. 4.17, Б).
Один е уходит на 2Ге-28-центр и далее на цитохромы с, и с, а второй е передается через два тема в Ом-карман; здесь семихинон О принимает второй электрон и полностью восстанавливается до ОНз захватывая 2Н из матрикса. Восстановленный таким образом ОНз покидает ()и-центр, уходит в мембранный пул и может быть вновь окислен в О г центре комплекса. Таким образом, при окислении двух ОНз в (),„;центре каждый раз 2 Н" уходят в межмембранное пространство. Из 4е, отданных в комплекс, 2е идут на восстановление цитохрома с, т.е. уходят по цепи, а два других последовательно восстанавливают () до ОН~ в О;„- центре, что сопровождается захватом из матрикса еще 2Н'. Написав общее уравнение, а затем сократив его, получим выражение, приведенное выше: 2ЯНз+ 2цит.с~'+ 2Н»+ О = 2О + ЯН»+ 2цит.ем+ 4Н',„„ или ОН + 2 цитн н + 2Н'„= О «2 пит. сз' «4Н', В итоге на каждый е, уходящий по цепи, 2Н' переносятся из матрикса в межмембранное пространство (2е /4Н ).
Необходимым и парадоксальным условием работы ()-цикла является тот факт, что время жизни и состояние семихинонов в двух пентрах связывания разное. В О,„г-центре О нестабилен и действует как сильный восстановитель, способный отдать е на низкопотенциальный гем Ь„.
В ()ы-центре образуется относительно долгоживущий О, потенциал которого позволяет ему действовать в качестве окислителя, принимая электроны с гема Ьн. Еще один ключевой момент О-цикла связан с расхождением двух электронов„входящих в комплекс, по двум разным путям. Механизм такой транспортной «развязки» интригует исследователей. Изучение кристаллической структуры комплекса показало„что позиция 2Ге-2$-центра относительно других редокс-центров может смещаться. Оказалось, что белок Риске имеет подвижный домен, на котором 241 Рис. 4.17. Организация в мембране комплекса 1Н и работа 0-цикла В электронном транспорте участвуют: 2ре-2$-центр белка Риске, гсмы Ь„и Ьн цитохрома Ь, цитохром сн а также убихиноны, связанные в Оп и О,-центрах.
А — первый ЯНз связывается в О,-центре и окисляется, отдавая 2Н' в межмембриэнсе пространство. При этом 1 е- уходит на 2Ге-2В-центр и далее на цитохром с, и цитохром с. В Яч центре осгаетсл нестабильный семихинон О, который отдает второй электрон на тем Ьь и далее на гем Ьгь В итоге второй электрон попадает в (~,-центр и восстанавливает окисленный хинон с образованием более стабильного семихинона О'; Б — при окислении второго ОНз один электрон опять уходит на 2ре-23-центр и последовательно восстанавливает цитохромы с, и с. Второй электрон через гсмы Ь„и Ьн попадает в Ог центр и восстанавливает (;>' с образованием ОНь При этом 2Н* захватываются из матрикса.
Образованный в Огцентре ОНз уходит в мембранный пул и может быль вновь окислен на комплексе. Транспорт двух электронов через комплекс сопровождается восстановлением двух цитохромов с и переносом 4Н' через мембрану за счет работы О-цикла 242 собственно и расположен 2Ре-2$-центр. Принимая электрон и восстанавливаясь, 2Ре-2$ центр меняет свое положение, отдаляясь от О,„,-центра и гема Ь„ иа 1,64 нм (2,12 нм) и тем самым приближаясь к цитохрому сь Отдав электрон цитохрому, 2Ре-2$-центр, наоборот, сближается с О г центром для установления более тесного контакта. Таким образом, функционирует своеобразный челнок (шаттл), гарантирующий уход второго электрона на гемы Ьс и Ьн.
Пока зто единственный пример, когда электронный транспорт в комплексах связан с подвижным доменом в структуре белка. Данные рентгеноструктурного анализа, позволяющие определить положение активных групп относительно друг друга, дают основание думать, что электронный транспорт возможен не только между двумя темами комплекса, но и между двумя гемами Ьы расположенными на разных комплексах, ассоциированных в димер. Комплекс 1П полифункционален. Недавние исследования на митохондриях пшеницы (Тпясит аезльит), картофеля ($о!плит МЬегтит) и шпината (Яртааа о!епгсеа) показали„что одна (две) из субъединиц комплекса, обращенных в матрикс, обладает МРР(М1!оспопс$па! Ргосе.в(пя РергМаэе)-пептидазной активностью и принимает участие в транспорте белков в митохондрии (см.
подразд. 4.2.11). Следует сказать„что среди комплексов, способных генерировать дрн ч комплекс 111 наиболее универсальный. Он присутствует не только в митохондриальной мембране, но и в мембранах хлоропластов и хроматофоров. В ЭТЦ фотосинтеза функционирует цитохром Ьк1-'комплекс, аналогичный цитохром Ьс,-комплексу дыхательной цепи. Итогом сложной работы комплекса 1П является восстановление цитохрома с.
Цитохром с — это небольшой (мол. масса - 12,5 кДа) белок, единственный белок цепи, не интегрированный в мембрану. Цитохром с курсирует вдоль мембраны в межмембранном пространстве и переносит по одному е на следующий и последний комплекс дыхательной цепи — цитохромоксидазу. 4.2.5. КОМПЛЕКС 1Ч, ИЛИ ЦИТОХРОМОКСИДАЗА. ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ В КОМПЛЕКСЕ СОПРЯЖЕН С ГЕНЕРАЦИЕЙ ор„ Комплекс ЪЧ (цитохром с-кислород-оксидоредукяазп) или цитохромоксидаза, был выделен и изучен на таких объектах, как митохондрии сердца быка и мембраны бактерии Рагасоссиз пел!гг!дсалк Комплекс из митохондрий быка (мол.
масса — 125 кДа) состоит из 13 белковых субъединиц. Три большие трансмембранные субъединицы кодируются митохондриальной ДНК и окружены 9 — 1О более мелкими, синтез которых контролируется ядерными генами. Редокс-центры комплекса расположены на двух крупных субъединицах 1 и !!, интегрально встроенных в мембрану (рис.
4.18). На субъединице П расположен СиА-цемтр (Е" - +0,24 В). В его составе есть два атома меди, лигандами которых являются остатки гистидина, метионина, глутамата и цистеина. Несмотря на присутствие двух атомов меди, СиА-центр функционирует как одно- электронный переносчик, при этом медь меняет свою валентность Спь Сц". Известно, что субъединица 1 образует 12 трансмембранных петель и содержит три редокс-центра: гам а (Е" = +0,22 В) и так называемый биядерный центр 243 Межмембрвнное простренопю н' н' зн,о о, Рис.
4.18. Органиэация в мембране и функционирование комплекса 1Ч, цитохром с-ки- слород-оксидоредуктаэы. На РисУнке изображены две крупные субъединицы комплекса (1 и Н), нв которых расположены редокс-центры. Комплекс последовательно окисляет четыре цитохромв с. Акцентируемые электроны сначала поступают на СцА-центр, затем на гем а и биядсрный центр тем аз-Сов. В биядерном центре происходит вкг восстановления Оз с образованием двух молекул Нзо. При этом 4Н звхвэтыввкпся из мвтрикса. Электронный транспорт в комплексе сопряжен со встречным движением протонов: на каждый электрон, поступивший в комплекс, один ион Н выкачиввется из мвтриксв в мсжмембрвнное пространство. Пути, по которым протоны пересекают комплекс, получили название О-, К- и Н-квнвлов гем аз-СиВ (Е" = +0,38 В), в состав которого входит гем аз и атом меди.
Атом Ре в составе гема аз и атом Сп связаны с остатками гистидина в структуре белка. Кроме того, недавно в комплексе обнаружены ионы Мйм и Уп~'. Известно, что комплекс!Ч проявляет наибольшую активность в форме димера. Классические ингибиторы комплекса — цианид, азид и СО. Комплекс 1Ч последовательно окисляет 4 цитохрома с (Е" = +0,25 В) и, принимая 4е, восстанавливает Оэ до НзО (Е" = +0,82 В). Электронный транспорт сопряжен с генерацией на мембране Ь)зн . Два различных механизма вносят вклад в образование Ь)зн'. при восстановлении От четыре Н' захватываются из матрикса для образования 2 молекул НзО и еще 4Н' активно перекачиваются из матрикса в межмембранное пространство, пересекая через комплекс мембрану: 4цит. см + 4Н я + 4Н'„+ Оз = 2Н10 + 4Н„м + 4цит. с Путь электрона в комплексе известен.
Цитохром с связывается на субьединице 11 и восстанавливает СиА-центр, расположенный вблизи поверхности мембраны. С СиА-центра е уходит на гем а и далее на биядерный центр гем аз— СиВ, расположенные в толще мембраны. В биялерном центре происходит связывание Оэ и его восстановление до НзО. Механизм восстановления кислорода уже давно является предметом интенсивного изучения, но ясен не до конца.
Известно, что необходимые для восстановления Оэ электроны поступают в биядерный центр последовательно. При этом фиксируются разные редокс-состояния, которые возникают при переходе окисленного центра 1Рез' — Сиз'1 в полностью восстановленное 1Рем — Сц"1 состояние. Помимо того, что комплекс 1Ч захватывает из матрикса 4Н для образования двух молекул воды, он еще работает как протонная помпа, перекачивая 1Н из матрикса наружу на каждый электрон, входящий в комплекс (4е /4Н ). Механизм захвата и транслокации ионов Н точно не установлен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
