5. Связь между общим путем катаболизма (окисление пирувата и ацетил-КоА) и митохондриальной цепью переноса электронов. Механизмы регуляции общего пути катаболизма.

Общий путь катаболизма, включающий ПДК и ЦТК, локализованные митохондриальном матриксе, и цепь переноса электронов, локализованная во внутренней мембране митохондрий

функционально связаны между собой через общие молекулы НАД+ и НАДН+.

При увеличении расхода энергии в клетке уменьшается концентрация молекул АТФ и увеличивается АДФ. При этом увеличивается количество электронов, поступающих в цепь

переноса электронов от молекул НАДН, поэтому их доля снижается, но увеличивается количество молекул НАД+. Эти изменения активируют ПДК и ЦТК (АДФ активирует реакции).

Напротив, снижение энергопотребления в клетках влечет за собой увеличение концентраций АТФ и НАДН. При этом активность ПДК и ЦТК снижается (АТФ и НАДН ингибируют реакции).

5. Структурная организация и функции дыхательной цепи.

Дыхательная цепь – последовательность переносчиков электронов на кислород, локализованная во внутренней мембране митохондрий.

Роль таких переносчиков выполняют:

• коферментные формы витамина В2 — ФМН и ФАД (присоединяют электроны и протоны); ▪ атомы железа и меди в составе цитохромов;

• железосерные белки (FeS-белки); цитохромы и железосерные белки переносят только электроны;

• жирорастворимый переносчик электронов и протонов, свободно перемещающийся по мембране, — убихинон (КоQ).

Место того или иного переносчика в дыхательной цепи определяется величиной редокс-

потенциала. Все реакции в дыхательной цепи направлены от компонента с самым отрицательным редокс-потенциалом (НАДH·Н+ ) к кислороду, имеющему самый положительный редокс-

потенциал.

Редокс-потенциал (Ео  ) численно равен электродвижущей силе (эдс) в вольтах, возникающей между растворами окислителя и восстановителя (концентрации 1М, рН = 7,0, температура 25С). Чем отрицательнее редокс-потенциал системы, тем выше ее способность отдавать электроны (восстановители), чем положительнее редокс-потенциал, тем выше способность вещества

присоединять электроны (окислители).

Во внутренней митохондриальной мембране переносчики электронов и протонов сгруппированы в 3 белково-липидные комплекса, пересекающих мембрану, обозначаются они латинскими

цифрами – I, III и IV. Убихинон (КоQ) не входит в состав комплексов; цитохром с, являясь водорастворимым, находится в межмембранном пространстве.

Последовательность передачи водорода:

Водород от первичных субстратов передается в дахательную цепь с участием НАД+ – зависимых и ФАД – зависимых дегидрогеназ. Протоны от НАДН2 поступают в комплекс I, от ФАДН2 – в комплекс II ( в этом случае работа комплекса I исключается).

Комплекс I (НАДН2 – ФП – КоQ) – состоит из НАДН 2 – дегидрогеназы с коферментом ФМН и железосерных белков. Катализирует перенос протонов и электронов от восстановленных коферментов НАД-зависимых дегидрогеназ на убихинон (кофермент Q). Образовавшийся

восстановленный КоQН2 отдает водород комплексу III. На данном этапе происходит разделение потока электронов и протонов: электроны далее транспортируются по цепи цитохромов, а

протоны переносятся из матрикса в межмембранное пространство.

Цитохромы представляют собой гемпротеины, содержащие в качестве простетической (небелковой) части - гем и обозначаются буквами b, c1, c, a, a3. Отличаюся друг от друга: - строением боковых цепей в структуре гема; - аминокислотным составом в структуре

полипептидных цепей; - способом связи полипептидных цепей с гемом. Главным

функциональным центром цитохромов является атом железа, который может менять валентность, присоединяя или отдавая электрон: Fe3+ + e - → Fe2+ (восстановленная форма) Fe2+ - e - → Fe3+ (окисленная форма).

Комплекс II включает ФАД-зависимую сукцинатдегидрогеназу, железосерные белки и катализирует перенос электронов от сукцината на коэнзим Q. Работа данного комплекса не

сопряжена с переносом протонов водорода в межмембранное пространство. Основная функция этой структуры заключается в поставке дополнительных электронов в электрон-транспортную

цепь посредством окисления сукцината. Коэнзим Q является коллектором электронов и атомов водорода не только от I и II комплексов, но также и от ФАДзависимых ферментов β-окисления жирных кислот и других дегидрогеназ.

Комплекс III –включает в себя цитохромы b, с1 и FeS белок. Они транспортируют только электроны от КоQН2 на цитохром с. Два же протона (Н+ ) комплекс III выбрасывает в

межмембранное пространство вместе с еще одной парой протонов, захваченной из матрикса.

Комплекс IV (цитохромоксидаза) включает в себя цитохромы а и а3. Это конечное звено в цепи

электронного транспорта, оно обеспечивает перенос электронов от цитохрома с на молекулу О2 в матриксе. Также он способен захватывать 4 протона из матрикса, два из них идет на образование воды. А другие два поступают в межмембранное пространство. Перенос электронов по дыхательной цепи осуществляется в следующей последовательности:

Таким образом, комплексы I, III и IV обеспечивают постепенный перенос электронов и протонов от субстрата к кислороду. Энергия, которая высвобождается при движении электронов, используется для переноса протонов из матрикса митохондрий в межмембранное пространство, где создается градиент концентраций ионов Н+ , а этот градиент используется АТФ-синтазой для образования

АТФ.