Дыхательная цепь

Дыхательная цепь - это переносчики протонов и электронов от окисляемого субстрата на О2. Дыхат. цепь состоит из: НАД-зависимой дегидрогеназы; ФАД-зависимой дегидрогеназы; Убихинона (КоQ); Цитохрмов b, c, a+a3. Соединение может отдавать электроны только соед-ю с более высоким ок-восст. потенциалом. В дых. цепи каждое последующее звено имеет более высокий потенциал, чем предыдущее. Наруж. мембрана митох. проницаема для большинства мелких молекул и ионов, внутренняя почти для всех ионов (кроме протонов Н) и для большинства незаряженных молекул. Компоненты дых. цепи встроены во внутр. мембрану. Транспорт протонов и электронов по дых. цепи обеспечивается разностью потенциалов между ее компонентами. При этом каждое увеличение потенциала на 0,16 В освобождает энергию, достаточную для синтеза одной молекулы АТФ из АДФ и Н3РО4. Процессы ок. и образования АТФ из АДФ и фосфорной к-ты т.е. фосфорилирования протекают в митох. Внутр. мембрана образует множество складок - крист. Про-во органиченное внутренней мембраной - матриксом. Пр-во между внутр. и наруж. мембранами наз. межмембранным. Перенос электронов по дыхат. цепи от НАДН к О2 сопровождается выкачиванием протонов из матрикса митохондрий через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство. Протоны, перенесённые из матрикса в межмембранное пр-во, не могут вернуться обратно в матрикс. Создаётся протонный градиент, при котором концентрация протонов в межмембранном пространстве больше, а рН меньше, чем в матриксе. В дыхат. цепи есть только 3 участка - уч-ки сопряжения и фосфолирования, где перенос электронов сопряжен с накоплением энергии, достаточным для обр-я АТФ, на др. этапах возник-я разн. потенциалов для этого пр-са недостаточна. Теория сопряжения Митчела - ок-е субстрата и фосфолир-е АДФ через протонный градиент. Часть энергии эл. трансформир. в энергию трансмембранного электрохим. потенциала, созд-го путем перекачки протонов из матрикса митох. в межмебр. пр-во. В дальнейшем протоны через канал сопрягаещего устройства возвр. в матрикс, конц. протонов выравнивается, мембрана разряж., а энергия трансмемранного потенциалал исп. для синт. АТФ.

Коэфф. фосфолирования Р/О - соотношение колич. израсход. на синт. АТФ Н3РО4 и поглощенного О2. Выраж. эффективность функционирования цепи транспорта эл., чем выше этот коэфф., тем больше синт-ся АТФ в расчете на каждую пару синт-х электронов. В случае полной дых. цепи равен 3.

Трансмембр. электрохимич. потенциал. - градиент концентрации ионов водорода и эл. зарядов по обес строноны мембр. митох. Наруж. заряж. положит. - конц. протонов увеличена. Этот потенциал склад из разности эл. зарядов величиной 0.20 В и концентрац. градиента ионов водорода - 0.05 В. Возн. протонный потенциал путем перекачки ионов водорода из матрикса в межмембранное пр-во за счет энергии электронов окисленного субстрата, проходящих по дыхат. цепи. в каждой точке споряж ок. с фосф-м в межмембр. пр-во поступает 4 протона а не 2. избыт. величина электрохим потенциала необх для обесп. транспорта из цитоплазмы в митохондрию ПВК, неорг. фосфата, АДФ, а из митох в цитопл. - АТФ.

НАД-зависимые дегидрогеназы. В качестве кофермента содержат НАД и НАДФ. Пиридиновое кольцо никотинамида способно присоединять электроны и протоны водорода.В активном центре фермента НАД+ взаимодействует с субстратом и, отбирая два атома водорода, окисляет субстрат. К атому углерода, расположенному напротив заряженного азота, присоединяются два электрона и протон, т.е. гидрид-ион Н-, взаимодействие НАД+ с двумя электронами и протоном ведет к образованию НАДН.

В дыхат. цепи протоны переносятся через мембрану, создавая ΔрН, электроны движутся по цепи переносчиков от убихинола к цитохромоксидазе, генерируя разность электрических потенциалов, необходимую для образования АТФ протонной АТФ-синтазой. Таким образом, тканевое дыхание «заряжает» митохондриальную мембрану, а окислительное фосфорилирование «разряжает» ее. Разность эл. потенциалов на митох. мембране, создаваемая дыхат. цепью, к-я выступает в кач-ве молекулярного проводника электронов, является движущей силой для образования АТФ. Разобщение процессов дыхания и окислительного фосфорилирования происходит если протоны начинают проникать через внутреннюю мембрану митохондрий. В этом случае выравнивается градиент рН и исчезает движущая сила фосфорилирования. Хим. в-ва - разобщители называются протонофорами, они способны переносить протоны через мембрану. К таковым относятся 2,4 -динитрофенол, гормоны щитовидной железы и др. В норме скорость митохондриального транспорта электронов регул-ся содержанием АДФ. Выполнение кл. ф-ций с затратой АТФ приводит к накоплению АДФ, к-й в свою очередь активирует тканевое дыхание. Т. о., клеткам свойственно реагировать на интенс-ть клет. метаболизма и поддерживать запасы АТФ на необходимом уровне. Это свойство называется дыхательным контролем.