МЕХАНІЗМ ОКИСНОГО ФОСФОРИЛЮВАННЯ

При відповіді на це питання слід пояснити, по-перше, яким чином перенесення електронів служить джерелом енергії; і, по-друге, як енергія передається реакції АДФ + Р_;.-? АТФ. Існує три основні гіпотези.

пояснюють механізм сполучення окислення і фосфорилювання: хімічна, хеміосмотична, конформационная.

Хімічна гіпотеза сполучення. Ця гіпотеза була запропонована більш 50 років тому. Вона постулює пряме хімічне сполучення за аналогією з субстратним фосфорилюванням. Передбачається, що існують гіпотетичні фактори сполучення (інтермедіати J), які здатні при окисленні утворювати макроергічні зв'язок (~) і потім переносити її на синтез АТФ за наведеною нижче схемою:

де А і В - переносники електронів в дихальної ланцюга; Е - фермент фосфорилювання.

В даний час ця гіпотеза досить дискредитована, оскільки багатих енергією проміжних з'єднань типу А - J не вдалося виявити.

Хеміосмотична теорія сполучення окислення і фосфорилювання. Ця гіпотеза запропонована в 1961 р П. Мітчеллом; причому значний внесок в се доказ був зроблений В. П. Скулачсвим з співавторами. Відповідно до цієї теорії, фактором, сполучаються окислення з фосфорилюванням, є електрохімічний, протонний потенціал ДРН⁺, що виникає на внутрішній мембрані мітохондрій в процесі транспорту електронів. При цьому передбачається, що мембрана непроникна для іонів, особливо протонів, їх гранслокація з внутрішньої сторони мембрани (з матриксу) на зовнішню сторону внутрішньої мембрани мітохондрій здійснюється за рахунок процесу окислення в дихальному ланцюгу, т. Е. Транспорту високоенергетичних електронів. Виникає електрохімічний потенціал ДРН ⁺ є адитивним; він складається з хімічного потенціалу ДРН і електричного зі знаком (+) на зовнішній стороні мембрани (Ду):

В даний час вдалося виміряти величину ДцН⁺, яка дорівнює 0,25 В, отже, є цілком достатньою для синтезу АТФ, при цьому більшу частину потенціалу складає Ду, т. е. електричний потенціал.

Градієнт протонів, що створює різницю хімічних і електричних потенціалів, і є джерелом енергії, необхідної для реакції

Дихальна ланцюг ферментів, утворює комплекси I, III і IV, як би тричі «перешнуровується» мембрану мітохондрій. Таким чином, кожна пара електронів, транспортують від НАДН до кисню, витягує з матриксу три пари Н⁺, які транслоціруется на зовнішню поверхню мембрани, в результаті чого утворюється три молекули АТФ (рис .15.7).

Мал. 15.7. Можлива конфігурація переносників електронів Н * вдихательная ланцюга

Мал. 15.8. Модель молекулярної організації Незалежної АТФ синтетазної комплексу

Яким же чином електрохімічний потенціал протонів використовується в синтезі ЛТФ? Процес фосфорилювання каталізується Незалежним АТФ-азним комплексом: Н⁺-АТФ-синтетаза. Цей складний комплекс складається з розчинної каталітичного компонента F, і мембранного компонента F₀ (Рис. 15.8).

Компонент F, - білок з молекулярною масою 36-38 kDa - складається з п'яти типів субодиниць: а, (3, у, 6, е. Його ймовірна формула основні

каталітичні властивості компонента F, (синтез АТФ) забезпечуються а- і (3-субодиницями, у- і 8-білки здійснюють зв'язок компонента F, з іншими компонентами комплексу, а е-суб'сдініца є інгібітором АТФ-азной активності.

компонент F₀ є інтегральним білком мембрани і, мабуть, наскрізь пронизує се. До складу Р₀-компонента входить чотири типи субодиниць, в тому числі білок, який повідомляє даного компоненту чутливість до олігоміціну (отже, тому компонент позначається за індексом «о» - олігоміцін). компонент F₀, по-перше, бере участь у зв'язуванні F, з мембраною і, по-друге, в ньому є протон-провідний канал, через який відбувається перенос Н⁺ із зовнішнього боку мембрани (по градієнту електрохімічного потенціалу) до компоненту F ,, який при цьому активується і стає здатним здійснити каталітичну ступінь процесу синтезу АТФ. Таким чином, так само як і комплекси дихальних ферментів, АТФ-синтетазної система фіксована в мембрані векторно, т. Е. Харастерізуется певної просторової спрямованістю, а комплекс F, виступає в матрикс і забезпечує синтез АТФ (див. Рис. 15.8).

Стадією, що лімітує синтез АТФ, є вивільнення синтезованого АТФ з активного центру ферменту в матрикс. Вважають, що енергозалежна протонирование окремих функціональних груп АТФ-азного комплексу, що відбувається за рахунок енергії ДРН⁺, викликає конформаційні зміни в F, -компонента, які призводять до швидкого вивільнення синтезованого АТФ з активного центру ферменту. Важливим моментом є оборотність реакції, що каталізує АТФ-азним комплексом. При відповідних умовах комплекс F₀-F, може розщеплювати молекулу АТФ і використовувати отриману при цьому енергію для транспорту протонів, т. Е. Для освіти на мембрані ДРН⁺. Згідно з концепцією, постульованої В. П. Скулачовим, ДцН⁺ поряд з АТФ використовується як конвертована «валюта» для енергетичних перетворень, що протікають на мембрані. У зв'язку з цим було запропоновано всі енергетичні перетворення в клітці поділити на дві групи: що протікають в цитоплазмі (джерело енергії - АТФ, крсатінфосфат і інші макроергів) і локалізовані в мембрані, що використовують енергію ДцН⁺ (Рис. 15.9). Слід зазначити, що Н⁺ не унікальний в якості сопрягающего іона і у деяких видів організмів при певних умовах його може замінити іон натрію.

Мал. 15.9. Схема енергетики клітини, що використовує ДцН * в якості мембранної конвертованій форми енергії (по В. П. Скулачова)

Таким чином, ДцН * -залежне освіту АТФ - головний, але не єдиний процес трансформації ДцН⁺ в хімічну роботу. До цього ж типу енергетичних перетворень відносяться синтез неорганічного пірофосфату і перенесення відновлювальних еквівалентів в напрямку більш негативних редокс-потенціалів, наприклад зворотний перенос електронів вдихательная ланцюга і трансгідрогеназная реакція. Залежить від ДРН⁴ транспорт через мембрану різних речовин в бік більшої їх концентрації є трансформацію енергії за типом ДцН⁺ -? осмотична робота, а обертання бактеріального джгутика за рахунок енергії ДцН⁺ служить прикладом перетворення ДцН⁺ -* - механічна робота. Освіта теплоти мітохондріями тварин описується перетвореннями типу ДцН⁺ -> Теплопродукція.

Конфірмаціонная гіпотеза сполучення окислення і фосфорилювання. Відповідно до цієї гіпотези перенесення електронів викликає зміна конформації ліпопротеїнових ансамблів в мітохондріальної мембрани, в тому числі АТФ-синтетази, і переводить її з неактивного (релаксувати) стану в напружене, активне. Сучасні дані підтверджують різне конформационное стан крист мітохондрій при різних рівнях дихальної активності. Однак, очевидно, що пояснити активацію АТФ-синтетазної комплексу лише конформаційними переходами не представляється можливим, хоча це явище має місце.

1. Методи вивчення функцій мозку, реєстрація імпульсної активності нейронів - вікова анатомія і фізіологія
   Для вивчення функцій мозку людини здавна застосовували різноманітні методи. Спостереження за здоровими і хворими людьми дозволили досліджувати у них різні рефлекторні реакції (сухожильні, зорові та ін.). З розвитком електронної техніки особливе значення придбали ел е кг р про ф і з і о л о
2. Методи вимірювання властивостей нервової системи - фізіологія вищої нервової діяльності та сенсорних систем
   У лабораторії Павлова властивості нервової системи і, відповідно, тип ВНД визначалися у собак на підставі особливостей вироблення у них умовних рефлексів, гальмування, переробки рефлексів і т. Д. Ця процедура була дуже трудомістка і тривала. Для визначення типу ВНД у одного собаки могло знадобитися
3. Методи локальної терапії - факультетська хірургія
   Хірургічне лікування. Один з основних методів локального лікування РМЗ - хірургічне лікування. Залежно від місцево-регіонарного поширення пухлини можуть виконуватися різні за обсягом операції. Радикальна мастектомія по Холстеду - Мейеру - молочна залоза з пухлиною видаляється єдиним блоком
4. Методи дослідження молочних залоз - факультетська хірургія
   Обстеження молочних залоз повинно бути комплексним. Воно включає в себе загальноклінічні методи (аналіз скарг, збір анамнезу, огляд та пальпацію молочних залоз), а також спеціальні методи, що дозволяють уточнити характер захворювання, його локалізацію і поширеність. Огляд. Огляд молочних залоз
5. Метастатичні пухлини печінки - факультетська хірургія
   Печінка - основний біологічний фільтр воротного кровотоку від непарних органів черевної порожнини. Вісцелярна локалізація раку призводить до розвитку метастазів в печінці в половині спостережень, що підтверджується даними аутопсії. Найбільш наочно це проявляється при колоректальному раку,
6. Метаболізм, біохімічні функції, синтез, авітаміноз, практичне застосування - біохімія
   Як і для інших водорозчинних вітамінів, всмоктування пантотенової кислоти відбувається в тонкому кишечнику методом простої дифузії. У печінці і деяких інших тканинах утворюються активні форми вітаміну В 3 - КоА і дефосфо-КоА. Після закінчення функціонування КоА гідролізується і вільна пантотенова
7. Мембранні білки - біохімія
   По розташуванню білків в мембрані, способу асоціації з ліпідним бішару їх можна розділити на: поверхневі (або периферичні) мембранні білки, пов'язані з гідрофільної поверхнею ліпідного бішару; занурені в гідрофобну область бішару - інтегральні мембранні білки. периферичні білки пов'язані з
8. Механізм реакції трансамінування - біохімія частина 2.
   Піридоксальфосфат в реакції трансамініріванія виконує роль переносника аміногрупи з амінокислоти на кетокислоту. Процес включає дві стадії. На першій стадії активна альдегидная група пиридоксальфосфата (-СНО) взаємодіє з аминогруппой амінокислоти з утворенням імінну зв'язку - шіффово підстави