Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Загрузка...

Дыхательную цепь переноса электронов, как отмечалось выше, имеет три участка фосфорилирования, которое должно отвечать трем протонным насосам. Как результат, в случае переноса двух электронов от НАД-H к

кислороду по дыхательной цепи образуются три молекулы АТФ, а в случае переноса электронов от ФАД-дегидрогеназы-две молекулы АТФ.

 

Основные звенья трансмембранного переноса протонов и электронов в митохондрии изображенные на схеме (рис. 59). Из схемы следует, что первый перекрест начинается на участке от НАД-H к КОО (убихи-нона). Как уже отмечалось, на внутренней поверхности внутренней мембраны расположена НАД-дегидрогеназа или ФАД-дегидрогеназа с активным центром, направленным к матрикса, откуда они получают соответствующие субстраты. Здесь осуществляется процесс дегидрирования субстратов с образованием НАД • H + H +; атомы водорода от него поступают в флавопротеинов (ФП). В состав последних входит ФМН и зализосир-чаний белок с негеминовых железом (FeS-ПР ^, который принимает электроны, а 2H + перебрасываются на внешнюю сторону мембраны. Следовательно, здесь освобождается первая пара протонов, а два электрона транспортируются через FeS-ПР1 к КОО. КОО, присоединяя электроны, приобретает отрицательный заряд и одновременно захватывает протоны из матрикса митохондрий. Это сопровождается образованием KoQ-H2 и отрицательного заряда на внутренней поверхности мембраны.

 

Второй перекрест имеет место на участке от KoQ-H2 в цитохрома с1. Восстановленный KoQ-H2 диффундирует через мембрану к наружной поверхности, где расположен цитохром b и зализосирчаний белок (FeS-ПР ^. На внешней поверхности окисления KoQ-H2 сопровождается переходом второй пары 2H + в среду и возвращением двух электронов на FeS-ПР ^ а затем в вторую молекулу КОО. При этом статистика, присоединяя два электрона, приобретает отрицательный заряд и захватывает еще 2H + из матрикса.

 

Третий перекрест начинается, когда снова переносит на-

 

внешне третью пару протонов, а два электрона ^ О-H через цитохромы с1 и c передаются на цитохромоксидазу (а-а3), где заканчивается третья, электронная петля. На цитохромоксидазы, активный центр которой обращен к матрикса, происходит передача электронов на молекулярный кислород по уравнению: 2е-+ 1/2O2 + 2H + ^ H2O. Ионы Ы + для образования гидроксильных ионов и молекул воды поступают из матрикса митохондрий.

 

Итак, окисления НАДЫ2, начавшись на внутренней поверхности, заканчивается после троекратного пересечения мембраны протонами и электронами восстановлением кислорода и образованием воды тоже на внутренней поверхности мембраны митохондрий. Источником шести протонов является: два Ы + от субстратов окисления (находящихся в составе НАДЫ2) и четыре Ы + из среды матрикса. Источниками электронов, которые используются для восстановления кислорода, есть только НАД Ы2 или, в случае ФАД-де-гидрогеназы, - ФАДЫ2, образующиеся при дегидрировании субстратов.

 

Механизм фосфорилирования. Согласно хемиосмотичною концепцией протоны, выведены наружу за счет энергии переноса электронов, в случае их избытка на внешней стороне внутренней мембраны снова направляются в митохондриальный матрикс. Однако внутренняя мембрана непроницаема для них, за исключением специального участка - протонных каналов. В зоне этих каналов находится Ы +-АТФ-синтетаза, которая является протонным насосом, обеспечивающим переход Ы + из зоны с более высокой (внешняя сторона внутренней мембраны) в зону с более низкой концентрацией (в матрикс), что сопровождается выделением свободной энергии, за счет которой и синтезируется АТФ. В настоящее время окончательно установлено, что комплекс Ы +-АТФ-синтетазы, встроенный в мембрану, представляет собой простейшую систему, способную осуществлять взаимопревращения энергии АТФ и ДцЫ +. Как уже отмечалось, внутренняя мембрана пронизана выростами грибовидной формы, которые и представляют собой АТФ-синтетазной комплекс, состоящий из двух структурных частей. «Ножка гриба» (фактор F0) в виде белкового цилиндра пронизывает всю толщу внутренней мембраны (рис. 59 и рис. 60), один конец которого сообщается с внешней средой, а второй выходит в матрикс в виде головки с активным центром и обозначается как фактор F1. Итак, Ы +-АТФ-синтетазу можно обозначить как F0 + F1. Строение, свойства и функции этих двух частей фермента совершенно разные. Общая масса F0 + F1 примерно равна 500000 дальтон, из них на F1 приходится около 340000, а на F0 - остальная масса. F0 - очень гидрофобный белок, который состоит из четырех полипеп-тидних цепей. F1 состоит из десяти субъединиц - полипептид-ных цепей пяти различных типов (а, ß, у, 5, есть). F0 выполняет функцию канала в мембране, через который проходят протоны, а F1 - фосфорилю-ючу функцию при синтезе АТФ. Этот спряжуючий фактор может вызвать при определенных условиях и гидролиз АТФ, поскольку может находиться в двух взаемоперетворюваних состояниях, равновесие между которыми контролируется соотношением количеств АТФ и АДФ в митохондриях.

 

Распределение функциональных особенностей между субъединицами - вопрос дискуссионный. Предполагают, что aß-композиция формирует каталитический центр фермента, у-и 5-полипептиды обеспечивают связывание F1 и F0, а есть-субъединица является воротами протонного канала. Таким образом, АТФ-синтетазной комплекс функционирует как единая система, преобразуя энергию, которая содержится в электрохимическом градиенте ионов Ы +, в фосфатный связь молекулы АТФ. АТФ из АДФ и фосфата прекращается, и через канал Fx проходят протоны по градиенту их концентрации. Добавление Fx «запечатывает» протонный канал и восстанавливает способность к синтезу АТФ, сопряженного с клеточным дыханием. Итак, через F0 поставляются протоны к активному центру Fb который располагается вблизи протонпроводящих пути, где и происходит синтез АТФ.

 

В каталитическом центре фермента электрическое поле, которое создается дыханием, смещает равновесие системы

 

АДФ3 + + РО43-+ 2Н + АТФ4-в сторону синтеза АТФ.

 

Последовательность молекулярных преобразований на заключительном этапе процесса фосфорилирования точно не выяснена. Предложено два гипотетических механизмы. В основе модели П. Митчелла лежит предположение о непосредственном участии ионов водорода в фосфорилирования АДФ в активном центре фермента. Ионы водорода, используя энергию электрохимического потенциала, проходят протонный канал комплекса F0, попадая в активный центр Fx-компонента, где реагируют с атомом кислорода неорганического фосфата. Как результат образуется реакцийноз-пригоден фосфатное производное, которое непосредственно взаимодействует с АДФ, фосфо-рилюючы его. В других случаях ведущая роль принадлежит изменениям пространственной структуры Fx-АТФ-синтетазы. Считают, что энергия протонного потенциала расходуется на индукцию конформационных перестроек в белковых цепях Fx-комплекса, что приводит к формированию каталитических центров в молекуле фермента для связывания АДФ и фосфата, а следовательно, и к синтезу АТФ.

 

Клетка использует АТФ, синтезированный в митохондриях, как химическое топливо при различных энергозатратах. Поэтому митохондриальный АТФ необходимо доставить в ту часть клетки, где он необходим. Также необходимо поступления субстрата фосфорилирования АДФ и донора фосфатной группы в митохондрии. Свободная диффузия этих метаболитов через внутреннюю мембрану митохондрий невозможна благодаря ее непроницаемости для гидрофильных молекул, таких как АТФ4-, АДФ3,-Р043-. Эта проблема решается благодаря существованию в липидном би-слое двух специализированных белковых транспортных систем: транслока-зи фосфата, которая доставляет его в матрикс, и транслоказы адениловых нуклеотидов (АДФ-АТФ-транслоказы), которая переносит АДФ3-в Мито-хондрии, а АТФ4 - в цитоплазму (рис.59).

 

Система АДФ-АТФ-транслоказ высокоспецифического. Она не способна переносить другие нуклеотиды. Проявление ее биологической активности связан с конформационными переходами комплекса. В одной конформации связывающая участок доступна со стороны цитоплазмы и взаимодействует с АДФ, в другой-связывающим АТФ на противоположной стороне. Если на поверхности внутренней мембраны потенциал отсутствует, транслоказа переносит оба нуклеотиды с равной эффективностью в обоих направлениях. Наличие положительного мембранного потенциала на внешней стороне бислоя делает невозможным перенос АТФ4-внутрь, а АДФ3-- наружу. Таким образом, мембранный потенциал определяет физиологически необходимое направление движения-захват АДФ из цитоплазмы и выброс в это же среду АТФ.

 

Важным моментом является оборачиваемость реакции, катализируемой АТФ-синтетазной комплексом. При соответствующих условиях комплекс F1-F0 может расщеплять молекулу АТФ и использовать полученную при этом энергию для скачивания протонов, т.е. для образования на мембране электрохимического потенциала ионов водорода. Итак, катализируя обратную реакцию распада АТФ, H + ^ ТФ-синтетаза работает как H +-АТФаза (протонная аденозинтрифосфатаза), откачивая протоны из внутреннего пространства наружу за счет энергии гидролиза АТФ. Протонные АТФазы, которые были выделены из митохондрий животных, высших растений и грибов, хлоропластов и некоторых бактериальных клеток, имеют одинаковый тип строения и, вероятно, один и тот же механизм функционирования.



Загрузка...
Загрузка...
Реферати і шпаргалки на українській мові.
Биология      Физика      Химия      Экономика     География
Микробиология      Теоретическая механика     География Белоруссии    География Украины    География Молдавии
Растительность мира      Электротехника    География Грузии    География Армении    География Азербайджана
География Казахстана    География Узбекистана    География Киргизии    География Туркменистана    Природоведение
География Таджикистана    География Эстонии