Головна

Субстратне і окисне фосфорилювання. Теорія Мітчелла.

  1. Aвторітаріая теорія
  2. D Еволюційна теорія пізнання
  3. I. Теорія
  4. I. Теорія і методологія соціології
  5. I. Економіка і економічна теорія
  6. II частина доповіді: Теорія
  7. III Теорія ймовірностей

Окисного фосфорилювання - це синтез АТФ з аденозиндифосфату та неорганічного фосфату, який наразі триває в живих клітинах, завдяки енергії, що виділяється при окисленні органічних речовин в в процесі клітинного дихання.

Фосфорилювання - це синтез АТФ, не пов'язаний з електрон-транспортною системою, при якому залишок фосфорної кислоти (Н2РО3) переноситься на АДФ від високоенергетичного (фосфорилированного) з'єднання. Для ряду анаеробів (здійснюють бродіння) є єдиним способом отримання енергії.

В процесі біологічного окислення близько 50% енергії резервується клітинами тканин в макроергічних сполуках, переважно АТФ. Синтез АТФ з АДФ і фосфорної кислоти, який відбувається з використанням енергії, що виділяється при окисленні речовин в живих клітинах, і пов'язаний з переносом електронів по дихальному ланцюгу, називається окислювальним фосфорилюванням.

Окисного фосфорилювання може здійснюватися на рівні субстрату (субстратне фосфорилювання), але головним чином на різних етапах дихального ланцюга. Субстратне фосфорилювання, як зазначалося вище, відбувається шляхом безпосередньої передачі молекули активного фосфату з субстратів, що містять макроергічних зв'язок, на АДФ з утворенням АТФ (див. Обмін вуглеводів, ліпідів). Наприклад, проміжний продукт розпаду глюкози і тріацілгліцери-нів 2-фосфоєнолпіровіноградная кислота віддає свій активний фосфат на АДФ з утворенням АТФ за реакцією. Однак субстратне фосфорилювання дає незначну кількість молекул АТФ. Основна їх кількість синтезується в процесі фосфорилювання, яке пов'язане з клітинним диханням. Встановлено, що на кожному етапі перенесення електронів від одного переносника на інший вони переходять з одного енергетичного рівня на інший (нижче), в результаті чого відбувається вивільнення певної кількості енергії. Однак існує три етапи, коли енергії, що вивільняється, досить для синтезу АТФ

На основі даних термодинаміки допускала наявність трьох ділянок (пунктів) дихального ланцюга, які супроводжувалися синтезом АТФ. Досліди із застосуванням специфічних інгібіторів певних ферментів дихального ланцюга підтвердили ці дані. Так, ро-теноніт (інсектицид - токсична речовина рослинного походження, застосовується індіанцями як отрута) блокує перенесення електронів на ділянці від НАДН2 до КОО. При цьому всі компоненти дихального ланцюга переходять в окислений стан, т. Е зменшується швидкість транспорту електронів. Амітал (барбітурати натрію) перешкоджає відновленню КОО. Антибіотик антіміцін А

блокує перенесення електронів від цитохрому b цитохром Cj, а ціаніди, азид натрію, сірководень зв'язуються з цітохромокси-ДАЗО і перешкоджають переходу електронів з ЦХО на молекулярний кисень.

З наведеної вище схеми (рис. 57) слід, що перша молекула АТФ синтезується під час перенесення електронів і протонів на ділянці «нікотінамідних кофермент - флавопротеид - KoQ», друга - при перенесенні електронів від цитохрому b цитохром с1 і третя - на ділянці перенесення електронів від цитохромоксидази на молекулярний кисень. Звідси при перенесенні двох атомів водню в дихальному ланцюзі утворюється три молекули АТФ.

Отже, в дихальної ланцюга є три ділянки, в яких перенесення електронів супроводжується значним зниженням вільної енергії. Це ті ділянки, де звільнена енергія запасається, тобто використовується для синтезу АТФ.

Основними постулатами теорії Мітчелла є наступне:

1. 1) внутрішня мембрана мітохондрій непроникна для іонів і малих молекул (за винятком молекул води);

2. 2) дихальна ланцюг працює як «насос», що викачує протони з матриксу в межмембранного простір - рух 2 електронів від субстрату на кисень призводить до переносу 8-10 Н + (протони транспортуються через I, III і IV комплекси) через мембрану;

3. 3) робота дихального ланцюга створює електрохімічний градієнт протонів (?? Н +), так як вони вільно через внутрішню мітохондріальну мембрану повернутися в матрикс не можуть і будуть накопичуватися в міжмемб-ранній просторі; ?? Н + - це проміжна форма зберігання енергії окислення субстратів;

4. 4) енергію протонного градієнта використовує Н + -АТФ- синтаза (V комплекс) для синтезу АТФ, коли через одну з її субодиниць протони повертаються в матрикс;

5. 5) існують сполуки - роз'єднувачі окисного фосфорілю ня, які порушують електрохімічний градієнт протонів і знижують ефективність роботи Н + АТФ-синтази.

Відповідно до цієї теорії, трансмембранні потенціали іонів можуть служити джерелом енергії для синтезу АТФ, транспорту речовин та інших енергозалежних процесів в клітині. Зокрема, АТФ синтезується за рахунок кінетичної енергії протона, що проходить через АТФ-синтетазу (специфічний тунельний білок, пронизливий мембрану).

Протонна АТФ-синтаза - це олігомерних білок, вбудований у внутрішню мембрану мітохондрії і за будовою нагадує гриб. Вона містить дві субодиниці:
 Fo - протонний канал (в - від «олігоміцін»); тільки через цей канал протони можуть повернутися в матрикс;
 F1 - фермент, який використовує енергію, яка вивільняється при транспорті протонів через Fo для синтезу АТФ з АДФ і Фн.
 П. Мітчелл в своїй теорії теоретично віддав процес створення пари на окислення і фосфорилювання саме Н + АТФ-азу. Експериментальне піддтердження цей факт знайшов в працях Джона Уокера і Пола Бойера, які за «З'ясування ензімного механізму, що лежить в основі синтезу аденозин-фосфату» в 1997 році отримали Нобелівську премію з хімії.

На сьогодні відомо, що при транспорті протонів через Fo-субодиницю відбуваються конфірмаційні зміни в активному центрі F1-субодиниці, які призводять до її активації і відповідно синтезу АТФ і її вивільнення. Молекули АТФ, які синтезуються транспортуються в цитозоль за допомогою транслокази.

Для синтезу молекули АТФ, її вивільнення і транспорту в цитозоль потрібна енергія 4 протонів (40% цієї енергії йде на синтез АТФ, 60% виділяється у вигляді тепла).

Кількість молекул неорганічного фосфату, яке перейшло в пов'язану форму (тобто в АТФ) в перерахунку на один атом кисню називається коефіцієнт окисного фосфорилювання і позначається Р / O (коефіцієнт фосфорилювання).
 Коефіцієнт Р / O чисельно дорівнює кількості молекул АТФ, синтезувалися в результаті транспорту 2? на один атом кисню. Тому для субстратів, окислюються під дією НАД-залежних дегідрогеназ Р / O = 3 (наприклад, для пірувату,? -кетоглутарата, Ізоцитрату, малата). Для субстратів, які окислюються за допомогою ФАД-залежних дегідрогеназ, цей коефіцієнт дорівнює 2 (наприклад, для сукцината, ацил-КоА, гліцерил-3-фосфату).

Відповідно до цієї теорії, перенесення електронів по дихальної ланцюга супроводжується скачуванням протонів з матриксу через внутрішню мембрану в водне середовище межмембранного простору.

Припускають, асиметрично розташовані в мембрані компоненти дихального ланцюга утворюють три петлі, які переносять через мембрану протони, тобто служать протонної помпи. З кожною парою електронів, що передаються від субстрату до кисню, ці три петлі транспортують з матриксу мітохондрій шість протонів (за новими даними, не менше 9). Таким чином, енергія, яка виділяється при перенесенні електронів, витрачається на перекачування іонів Н + проти градієнта концентрації. Внаслідок скачування іонів Н + з матриксу внутрішню сторону внутрішньої мембрани мітохондрій стає електронегативний, а зовнішній - електропозитивні, тобто виникає градієнт концентрації іонів водню: менше в матриксі і більше - у зовнішній водній фазі. Сумарний електрохімічний протонний потенціал позначається ?? Н +. Він складається з 2-х компонентів: ?? Н =? РН і? V.

Внутрішня мембрана мітохондрій непроникна для іонів Н +, а також іонів ОН, К +, Na +, СI-, але мембранний білок Fo АТФази утворює канал, по якому іони Н + повертаються в матрикс за градієнтом концентрації, вільна енергія, яка при цьому виділяється , використовується F1-компонентом АТФази для синтезу АТФ з АДФ і Фн.



Дихальна ланцюг Цитохроми. Убіхінон. Железосерние білки. цитохромоксидази | Фотосинтетичні пігменти. Електротранспорт система фотосинтезу. Фотофосфорилювання. цикл Кальвіна

Біосинтез білка, етапи. Посттрансляційна процесинг білка, значення в біосинтезі білків. Регуляція біосинтезу білків. Інгібітори біосинтезу білків і нуклеїнових кислот | Гниття білків і амінокислот (триптофану, тирозину, лізину, орнітину) в кишечнику. Знешкодження продуктів гниття білків в організмі. | Номенклатура і класифікація ферментів. Сучасні уявлення про механізм ферментативного каталізу. Активатори і інгібітори ферментів. | Холестерол і жовчні кислоти, уявлення про емульгування жирів. Структура і класифікація фосфоліпідів. | Окислення жирних кислот. Окислення ненасичених жирних кислот | Розрахунок енергетичного балансу ?-окислення | Гліколіз. Бродіння. Основні функції. Ферменти і коферменти. Регуляція. | Пентозофосфатний шлях окислення глюкози. Ферменти. Реакції. | Глюконеогенез. Стадії. Регуляція глюконеогенезу. | Цикл Кребса. Основні стадії. Ферменти і коферменти. Інгібітори і регулятори |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати