В.В. Полевой - Физиология растений (1134228), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Первая из них передас~ алек~роны в ЭТЦ митохондрий на убихинон (см. рис. 4.6), а вторая — на цитохром с. Для функционирования НА)3Н- дегидрогсназы на наружной с~оране внутренней мембраны необходимо присутствие кальция. Другое сушественное отличие растительных митохондрий состоит в том, что во внутренней мембране помимо основного (цитохромного) пути переноса электронов имеется альтернативный путь переноса е , устойчивый к действию цианида (см. рис. 4.6). Перенос электронов от )ч(А(УН к молекулярному кислороду через ЭТЦ митохондрий сопровождается потерей свободной энергии. Какова судьба этой энергии? Вше в 1931 г.
В. А. Энгелыардт показал, что при аэробном дыхании накапливается АТР. Он первый высказал идею о сопряжении между фосфорилированием АОР и азробным дыханием. В 1937 — 1939 гг. биохимики В. А. Белицер в СССР и Г. Калькар в США установили, что при окислении промежуточных продуктов никла Кребса, в частности янтарной и лимонной кислот, суспензнями животных тканей исчезает неорганический фосфат и образуется АТР. В аназробных условиях или при подавлении дыханяя цианидом тако>'о фосфорилирования не происходит.
Процесс фосфорилирования АОР с образованием АТР, сопря>жснный с переносом электронов по ЭТЦ митохондрий, полу- >>чгьз название окислил>ехьного фосфоризированил. 15т 4.3. ЭТ и окиелитеаьиов ое о или рвание Экспериментально установлено, что передача пары электронов от (х(АОН на Оз сопровождается образованием по крайней мере трех молекул АТР, т, е. коэффициент фосфорилирования Р/О = 3.
Такое жс значение коэффициента фосфорилирования следует из величин перепадов свободной энергии между различными группами переносчиков (см. табл. 4.1). '1 аких перепадов, достаточных для синтеза молекулы АТР, по крайней мере три: между АРАОН и РеЯн, в комплексе ! (-50 кДж), между убихиноном и цитохромом с, в комплексе ГП (-13 кДж) и, наконец.
между цнтохромом а — Спх и О, (-84 кДж). Причем если окисляется сукцинат с использованием РАО, то отсутствует первый пункт фосфорилирования и при переносе 2е образуются лишь две молекулы АТР. По поводу механизма окислительного фосфорилировання существуют три теории: химическая, механохимнческая (конформационная) и хемиосмотичсская.
Химическая и мехаиохимическая гипотезы овпрязкення. Согласно химической гипотезе в митохондрпях имеются интермедиаторы белковой природы (Х, У, У), образующие комилексы с соответствующими восстановленными переносчиками. В результате окисления переносчика в комплексе возникает высокоэнергетическая связь. При распаде комплекса к интермсдиатору с высокоэнергетической связью присоединяется неорганический фосфат, который затем передается на АПР: х ~ НА1ЗН НА(ЗН вЂ” х ~ РА(ЗНз ! Субстрат — з~-~ ) ит.д. НА(У МА1У -х РА11 + изкО~ х-(Р) ч АПР АТР+ х Однако несмотря на упорные поиски, не удалось выделить или как-то иначе доказать реальное существование постулированных высокоэнергетических интермедиаторов типа Х (Р). Гипотеза химического сопряжения не объясняет, почему окислительное фосфорилирование обнаруживается только в препаратах митохондрий с ненарупзенными мембранами.
И, наконец, с позиций этой гипотезы нс находит объяснения способность митохондрий подкислять внешнюю среду и изменять свой объем в зависимости от степени их энергизапип. Способность митохондриальных мембран к конформационным изменениям и связь этих изменений со степенью знергнзации митохондрий послужила основой для создания механо- 168 4.
Дыхание растений химических гипотез образования АТР в ходе окислительного фосфорилирования. Согласно этим гипотезам энергия, высвобождающаяся в процессе переноса электронов, непосредственно используется для перевода белков внутренней мембраны митохондрий в новос, богатое энергией конформапионное состояние, приводящее к образованию АТР.
Одна из гипотез подобного рода, выдвинутая американским биохимиком П. Д. Бойером (1965), может быть представлена в виде следующей схемы: Сокращение АТР окисление белка Субстрат Расслабление А(ЗР+ Р, Автор предположил, что запасание энергии происходит путем конформапиоиных изменений ферментов ЭТЦ аналог ично гому, как это наблюдается в белках мышц.
Актомиозиновый комплекс сокращается, гидролизуя АТР. Если сокращение бгцчкового комплекса достигается за счет другой формы энергии (за счет окисления), то расслабление, возможно, будет сопровожлаться синтезом АТР. Таким образом, согласно механохимическим гипотезам, энергия окисления превращается сначала в механическую энергию, а затем в энергию высокоэнергетической связи АТР. Однако, подобно химической теории сопряжения, механохимические гипотезы также не могут объяснить подкисление митохондриями окружающей среды. Хемиосмотическая теория сопряжения. В настоящее время наибольшим признанием пользуется хемиосмотическая теория английского биохимика П. Митчелла (1961), Он высказал предположение, что поток электронов через сне|ему молекулпсреносчиков сопровождается транспортом ионов Н' через внутреннюю мембрану митохондрий.
В результате на мембране создается электрохнмический потенциал ионов Н', включающий химический, или осмотический, с радиент (ЛрН) и электрический градиент (мембранный потенциал). Согласно хемиосмотической |сории электрохнмнческий трансмембранный потенпнал ионов Н и является источником энергии для синтеза АТР за счет обращения транспорта ионов Н через протонный канал мембранной Н -АТРазы. Теория Митчелла исходит из того, что переносчики псрешнуровывают мембрану, чередуясь таким образом, что в одну сторону возможен перенос и электронов, и протонов, а в обратную — только электронов.
В результате ионы Н накапливаются иа одной стороне мембраны. На рнс. 4.7 показано, как функционирует ЭТЦ митохондрий в соответствии с хемиосмотической теорией. Между двумя сторонами внутренней мнтохондриальной мембраны в результате направленного движения протонов против концентрационного градиента возникает электрохимический потенциал. Энергия, запасенная таким образом, используется для синтеза АТР как результат разрядки мембраны при обратном (по ятк ЭТ и окислитольнов ое о илироваиио 159 концентрационному градиенту) транспорте протонов через АТРазу. которая работает в этом случае как АТР-сиитетаза. За прошедший период хемиосмотическая гипотеза Митчелла получила целый ряд экспериментальных подтверждений.
Одним из доказательств роли протонного градиента в образовании АТР при окислительном фосфорилировании может служить разобщающее действие на этот процесс некоторых веществ. Известно. что 2,4-динитрофснол (2,4-ДНФ) подавляет синтез АТР, но стимулирует транспорт электронов (поглощение Оз), т. е. разобщает дыхание (окисление) и фосфорилирование. Митчелл предположил, что такое действие 2,4-ДНФ связано с тем, что он переносит протоны через мембрану (т.
е. является лроеонофоро.и) и поэтому разряжает ее. Это предположение полностью подтвердилось. Оказалось, что разные по своей химической природе вещества, разобщающие окисление и фосфорилирование, сходны в том, что, во-первых, они растворимы в липидной фазе мембраны, а, во-вторых, это слабые кислоты, т. с. легко приобретают и теряют протон в зависимости от рН среды. В. П. Скулачев на искусственных фосфолипидных мембранах показал, что чем легче вацество переносит протоны через мембрану, тем сильнее разобщает эти процессы. Другое экспериментальное подтверждение роли протонного градиента в фосфорилированин было получено Митчеллом, который сообщил о синтезе АТР в митохондриях в результате замены щелочной инкубационной среды на кислую (т. е.
в условиях искусственно созданного трансмембранного градиента ионов Н ). В 1973 г, Э. Рэкеру (США) удалось получить липосомы (везикулы нз фосфолипидов), в которые была встроена АТРаза, выделенная из митохондрий сердца быка, и хромопротеин галофильной бактерии Оа!обасгег(игл ла)о)лим — бактериородопсин, обусловливающий созлание протонного градиента за счет энергии света. Фосфолипиды для реконструкции мембран этих липосом бьши выделены нз растений (соевые бобы). Полученные таким образом гибридные пузырьки на свету осушествл ял и фо сфор ил ирование.
Механизм синтеза АТР. Сопряжение диффузии протонов назад через внутреннюю мембрану митохондрии с синтезом АТР осуществляется с помощью АТРазного комплекса, получившего название фактора сопряжения Гь На злектронномикроскопических снимках эти факторы выглядят глобулярными образованиями грибовидной формы на внутренней мембране митохондрий, причем нх кголовкнв выступают в матрикс (см. рис. 4.7). Г, — водорастворимый белок, состоящий из 9 субъединиц пяти различных типов. Белок Е, представляет собой АТРазу и связан с мембраной через другой белковый комплекс Ря, которыя перешнуровывает мембрану.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
