33. Окисне фосфорилювання: пункти спряження транспорту електронів та фосфорилювання, коефіцієнт окисного фосфорилювання

Окисне фосфорилування - процес, шляхом якого хімічна енергія, що вивільняється під час транспортування електронів упродовж дихального (електроно­транспортного) ланцюга мітохондрій, уловлюється та використовується для синтезу аденозинтрифосфату (АТФ) з аденозиндифосфату (АДФ) та неорганічного фосфату (Ф8). Синтез однієї молекули АТФ з АДФ та Фн потребує витрат хімічної енергії, що дорівнюють + 7,3 ккал (+ 30,5 кДж). Енергії, яка вивільняється за умов транспорту електронів у дихальному ланцюгу мітохондрій, достатньо для синтезу декількох молекул АТФ. Безпосередніми біохімічними дослідженнями доведено, що за умов окислення субстратів через НАДН: коензим Q-редуктазу утворюється 3 молекули АТФ, при дії сукцинат: коензим Q-редуктази - 2 молекули АТФ. 

Пункти спряження транспорту електронів та окисного фосфорилування

Утворення АТФ з АДФ та Ф_н може відбуватися тільки в певних ділянках електронотранспортного ланцюга мітохондрій, в яких величина хімічної енергії, що виділяється при транспортуванні пари електронів між двома редокс-системами (компонентами дихального ланцюга), достатня для синтезу 1 молекули АТФ (тобто > 7,3 ккал, або 30,5 кДж).

34. Хеміосмотична теорія окисного фосфорилювання, атф-синтетаза мітохондрій.

Головний постулат хеміосмотичної теорії - спряження електронного транспорту в мітохондріях із біохімічною системою синтезу АТФ здійснюється за рахунок електрохімічного потенціалу протонів, що утворюється під час функціонування електронотранспортного ланцюга.

Хеміосмотична теорія передбачає, що:

1. Функціонування дихального (електронотранспортного) ланцюга у внутрішніх (спрягаючих) мембранах мітохондрій супроводжується генерацією на цих мембранах електрохімічного градієнта протонів (Н⁺).

2. Окремі компоненти електронотранспортного ланцюга діють як протонні помпи, що спричиняють векторний (перпендикулярний площині мембрани) транспорт протонів, спрямований у напрямку "матрикс → зовнішня поверхня мембрани" Спроможність мітохондріальних переносників електронів до транслокації протонів через мембрану зумовлюється особливостями їх внутрішньомембранної топографії. Вважають, що дихальний ланцюг укладений у спрягаючій мембрані у вигляді трьох окислювально-відновлювальних "петель", що відповідають трьом комплексам переносу електронів - І, III та IV і транспортують два іони Н⁺ з матриксу в зовнішнє середовище.

3. Електрохімічний потенціал протонів на спрягаючих мембранах, який створюється завдяки дії протонних помп дихального ланцюга, є рушійною силою синтезу АТФ з АДФ та Фн.

4. Існує ферментна система, що використовує енергію електрохімічного протонного потенціалу для синтезу АТФ за рахунок зворотної транслокації протонів через мітохондріальну мембрану в напрямку "зовнішня поверхня → матрикс". Ця ферментна система, яка замикає протонний цикл на спрягаючих мембранах мітохондрій - протонна АТФаза, або АТФ-синтетаза. АТФ-синтетаза є білком з четвертинною структурою, що складається з декількох білкових субодиниць, які утворюють компоненти F₀ та F₁.

+5. Будь-які фізичні, хімічні та біологічні фактори, що пошкоджують цілісність спрягаючих мембран мітохондрій та розсіюють енергію електрохімічного градієнта, порушують синтез АТФ, тобто виступають як роз'єднувачі транспорту електронів та окисного фосфорилування.

Таким чином, згідно з хеміосмотичною теорією, спряження між переносом електронів в дихальному ланцюгу та синтезом АТФ здійснюється за рахунок утворення при функціонуванні протонних помп градієнта концентрації Н⁺ між двома поверхнями мітохондріальної мембрани. АТФ-синтетаза, транспортуючи протони у зворотному напрямку (за електрохімічним градієнтом) призводить до вивільнення хімічної енергії, за рахунок якої утворюються макроергічні зв'язки АТФ.