6.Функции атф-синтетазы и молекулярного кислорода в клеточном дыхании.

АТФ-синтаза – комплекс, состоящий из множества белковых цепей, подразделенных на две большие группы: одна группа формирует субъединицу Fо – ее функция каналообразующая, по ней выкачанные наружу протоны водорода устремляются в матрикс. Другая группа образует субъединицу F1 – ее функция каталитическая, именно она, используя энергию протонов, синтезирует АТФ.

Основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи. Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН₂, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т.д. Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (упрокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал. Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей. Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2.5 молекулы АТФ, ФАДН₂ — 1.5 молекулы.Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.

Молекулярный кислород – поступает на мембраны клеток из крови – с гемоглобином. Его функция заключается в привязке протонов водорода, которые проходят через канальное образование АТФ-синтетазы на наружную часть мембраны, тем самым регулируя приход и уход протонов водорода, не создавая в клетке излишнего давления. Так образуется молекула H2O.

Молекулярный кислород является идеальным конечным акцептором электронов как сильный окисляющий агент. Восстановление кислорода, однако, включает образование потенциально опасных промежуточных соединений^[82]. Хотя перенос четырёх электронов и четырёх протонов восстанавливает кислород до безвредной воды, однако перенос одного или двух электронов превращает кислород в супероксидный или пероксидный анион соответственно, которые чрезвычайно опасны из-за своей активности. Такие активные формы кислорода и продукты их реакций, таки как гидроксильный радикал, очень опасны для клетки, так как они окисляют белки и вызывают мутации в ДНК. Такие клеточные повреждения приводят к болезням и предположительно являются одной из причин старения.

7. )Механизм синтеза атф путем окислительного фосфорилирования

Процесс синтеза ATP и высвобождение его в среду проходит в 4 этапа:

Этап Ⅰ

Присоединение ADP и Pi в активном центре β1-субъединицы;

устремление потока 3 протонов водорода по одному через Fo белковый комплекс и вращение γ-субъединицы(вместе ε-белком) вокруг своей оси на 120 по отношению к трем β-субъединицам;

изменение степени сродства β-субъединиц к присоединенным субстратам, а именно: β1- переход из состояния О в состояние С(связь с АТР и Рi усиливается); β 2- переход из состояния П в состояние О- легкое высвобождение ранее присоединенного к нему АТР; β3- переход из состояния С в состояние П(сильное упрочнение связи с ADP и Рi).

Этап II

• спонтанный синтез АТР из ADP и Рi в субъединице β3;

• присоединение ADP и Рi, к β 2-субъединице в месте, откуда ранее была высвобождена молекула АТР .

Этап III

• (прохождение 3 протонов водорода через FoFi-комплекс). Вращение γ-субъединицы(вместе β-белком) вокруг своей оси на 120 ( вызванное присоединением ADP и Pi к субъединице β2);

• укрепление связи β1-субъединицы с ADP и P;

• высвобождение АТР из субъединицы β3 и присоединение на его место ADP и Pi.

• Укрепление связи субъеденицы β2 с АDP и Pi.

• Спонтанный синтез ATP из ADP и Pi в субъеденице в2;

• высвобождение АТР из субъединицы В1 и присоединение на его место ADP и Pi

• (прохождение трех протонов водорода через FoF1-комплекс вращение γ-субъединицы(вместе с 8-белком) вокруг своей оси на 120 , вызванное присоединением ADP и Р к субъединице β1.

Этим завершается один цикл вращения на 360 γ-субъединицы вокруг своей оси(3 раза по 120 ) и возвращение ее к исходному состоянию к началу первого этапа, т. е. к состоянию, когда происходит присоединения к ADP и Pi субъединицы β1). После этого начинается новый цикл.

F0- и F1- субъеденицы коплекса V работают четко согласованно между собой. Фактором, индуцирующим движение протонов водорода из межмембранного пространства через комплекс Fo направлению к F1 является факт присоединения ADP и Pi к одной из β- субъединиц комплекса F1.

Каждое вращение F1-белка на 120 (вместе с β -белком), вызванное прохождением трех протонов водорода через комплекс Fo, приводит к циклическому изменению пространственной структуры и субстратосвязывающей способности β -субъединиц и в результате к высвобождению по 1 молекуле АТР β -субъединицей комплекса F1.

Количество молей АТР, образованных при восстановлении 1 атома кислорода до H2O по дыхательной цепи(т.е. при прохождении двух электронов по цепи переноса электронов), выражается коэффицентом фосфорилирования(Р/О).

Скорость синтеза АТР АТРазой тесным образом зависит от доступности ADP и Н2РО4. Для синтеза АТР эти субстраты поступают в клетку извне помощью специальных транспортных систем белковой природы:

1) аденuлнуклеоmuдmранслoказы - для переноса ADP из цитозоля в матрикс итохондрий в обмен на транспорт АТР из матрикса в цитозоль;

2) фосфаmmранслoказы для переноса иона Н2РО4 из цитозоля в обмен на ионы водорода.