Дыхательная митохондриальная

Рис. 1. Механизм переноса ионов Н , постулируемый хемиосмотической гипотезой. Предполагается, что последовательные переносчики дыхательной цепи (А—Р) образуют три Н -переносящие петли . Каждая такая петля переносит из митохондриального матрикса наружу два иона Н через переносчик (красные стрелки), транспортирующий восстановительные эквиваленты в виде атомов водорода.

Несопряженное дыхание (свободное окисление) выполняет важные биологические функции. Оно обеспечивает поддержание температуры тела на более высоком уровне, чем температура окружающей среды. В процессе эволюции у гомойотермных животных и человека сформировались специальные ткани (бурый жир), функцией которых является поддержание постоянной высокой температуры тела за счет регулируемого разобщения окисления и фосфорилирования в митохондриальной дыхательной цепи. Процесс разобщения контролируется гормонами. [c.313]

Протонный насос представляет собой значительно более сложную систему по сравнению с ионными насосами, описанными ранее. Его физиологическая функция заключается не в ионном транспорте, а, наоборот, в использовании ионного градиента для синтеза АТР — наиболее важного энергетического источника клетки. Митохондриальная электронная транспортная цепь, сопряженная с дыхательной цепью, генерирует необходимый градиент протонов. Некоторые микроорганизмы в качестве источника энергии вместо дыхания используют свет (см. ниже). [c.179]

При действии активных форм кислорода происходит пероксидное окисление мембранных липидов, что приводит к повреждению структур и функции мембран. Активные формы кислорода способны вызывать окислительные повреждения ДНК. В ядерной ДНК клетки человека такие повреждения оцениваются величиной порядка 10 тыс. в день, а в митохондриальной ДНК, расположенной в непосредственной близости от дыхательной цепи — генератора супероксида, по-видимому, их частота на порядок выше. В настоящее время доказано действие активных форм кислорода на белки, приводящие к их химической и структурной модификациям (окислительная денатурация). [c.208]

Согласно хемиосмотической концепции, движение электронов по дыхательной цепи является источником энергии для транслокации протонов через митохондриальную мембрану. Возникающая при этом разность электрохимических потенциалов (A(iH ) приводит в действие АТФ-синтазу, катализирующую реакцию [c.312]

Расчеты показали, что дыхательная митохондриальная цепь создает протонный потенциал в 0,25 В. Этого вполне достаточно для синтеза одной молекулы АТФ. Из указанной величины протонного потенциала при- [c.325]

Дополнительным участником дыхательной цепи является железосерный белок FeS (негемовое железо). Он участвует в окислительно-восстановительном процессе, протекающем по одноэлектронному типу. Первый участок локализации FeS находится между ФМП и KoQ, второй - между цитохромами Ь и с . Это соответствует тому факту, что со стадии ФМП путь протонов и электронов разделяется первые накапливаются в митохондриальном матриксе, а вторые идут на гидрофобные переносчики - KoQ и цитохромы. [c.310]

В норме скорость митохондриального транспорта электронов регулируется содержанием АДФ. Выполнение клеткой функций с затратой АТФ приводит к накоплению АДФ, который в свою очередь активирует тканевое дыхание. Таким образом, клеткам свойственно реагировать на интенсивность клеточного метаболизма и поддерживать запасы АТФ на необходимом уровне. Это свойство называется дыхательным контролем. [c.313]

Следует подчеркнуть, что последовательность расположения переносчиков такова, что значения потенциала ставновятся все более положительными. Каждый предыдущий, более восстановленный переносчик, находится в более высокоэнергетическом состоянии, чем каждый последующий. Другими словами, электроны переходят на все более низкий энергетический уровень. Компоненты дыхательной цепи расположены во внутренней митохондриальной мембране в виде высокоупорядоченных надмолекулярных ансамблей. Показано, что перенос электронов от НАДН к ФМН (1-й участок), от цит.Ь к ЦИТ.С) (2-й участок) и от цит. а, к О2 (3-й участок) сопряжены с фосфорилированием АДФ, т.е. происходит образование АТФ. Данные три участка называют участками окислительного фосфорилирования. Выяснено, что перенос пары электронов от НАДН к О2 сопровождается синтезом трех молекул АТФ. Это было показано отношением Р/О, т.е. числом молей Р, превращаемых на 1 грамм-атом израсходованного кислорода. [c.86]

Цитохромы располагаются в митохондриальной цепи между убихиноном и кислородом. При этом цитохромы в дыхательную цепь включаются в определенной последовательности [c.196]

Н -АТФ-аза — протонный насос, функционирующий в сопрягающих мембранах, в том числе в митохондриальной мембране, где Н" -АТФ-аза работает в обратном направлении, используя ДцН" , образующийся в дыхательной цепи для синтеза АТФ (гл. 15). [c.311]

Дыхательная цепь включает три белковых комплекса комплексы I, III и IV), встроенных во внутреннюю митохондриальную мембрану, и две подвижные мо леку лы-переносчика - убихинон (кофермент Q) и цитохром с. Сукцинатдегидрогеназа, принадлежащая собственно к цитратному циклу, также может рассматриваться как комплекс II дыхательной цепи. АТФ-синтаза иногда называется комплексом V, хотя она не принимает участия в переносе электронов (см. рис. 7.12). [c.174]

В эукариотических клетках почти все специфичные дегидрогеназы, принимающие участие в окислении пирувата и другого клеточного топлива через цикл лимонной кислоты, находятся во внутреннем компартменте митохондрий-в их матриксе (рис. 17-2). Во внутренней митохондриальной мембране локализуются переносчики электронов, составляющие дыхательную цепь, и ферменты, катализирующие синтез АТР из ADP и фосфата. Молекулы, играющие роль [c.509]

Какие факты свидетельствуют о том, что переносчики электронов в дыхательной цепи функционируют именно в указанной выше последовательности Во-первых, именно в этой последовательности их стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (рис. 14-7 и табл. 17-1) становятся все более положительными по мере приближения к кислороду, а этого и следует ожидать, поскольку электроны всегда стремятся переходить от электроотрицательных систем к электроположительным, что вызывает снижение свободной энергии. Во- вторых, каждое звено этой цепи специфично в отнощении определенного донора и определенного акцептора электронов. И, наконец, в-третьих, из митохондриальной мембраны удалось выделить структурно обособленные комплексы функционально связанных между собой переносчиков электронов (рис. 17-12). [c.522]

Два электрона, оставшиеся после выведения в среду двух ионов Н , возвращаются обратно, т. е. переходят на другую сторону мембраны, с помощью переносчика (серые стрелки), транспортирующего восстановительные эквиваленты в виде электронов. На каждую пару электронов, поступающих от субстрата ЕНг на кислород, эти три петли переносят из митохондриального матрикса в среду шесть ионов водорода (3-2 = 6Н ). Предполагается, что все компоненты дыхательной цепи фиксированы на мембране. Этим обеспечивается их необходимое расположение друг относительно друга. [c.533]

Энергетический диапазон дыхательной цепи. Перенос электронов в митохондриальной дыхательной цепи описывается следующим суммарным уравнением [c.547]

Соотношение концентраций ряда митохондриальных ферментов, в том числе типичных дегидрогеназ цикла лимонной кислоты и переносчиков электронов в дыхательной епи, остается неизменным в митохондриях [c.364]

Для осуществления окислительного фосфорилирования со столь высокой эффективностью природе пришлось создать весьма сложное многокомпонентное устройство, составные части которого связаны с митохондриальной мембраной и расположены строго упорядоченным образом. У бактерий, которые отличаются более простой организацией дыхательной цепи, отношение Р/0 обычно ниже величины, наблюдаемой для соответствующих реакций в митохондриальных системах. [c.395]

Характеризуя дыхательную цепь, важно различать функциональные и нефункциональные компоненты. Во многих митохондриальных препаратах содержатся значительные количества цитохромов, которые не восстанавливаются ферментативно, а могут быть восстановлены только химическим путем, например путем добавления гидросульфита. На практике функциональными компонентами дыхательной цепи митохондрий считаются те, которые полностью окисляются в состоянии 2 и восстанавливаются нри переходе из состояния 3 в состояние 5. Ниже обсуждаются свойства именно функциональных компонентов дыхательной цепи животных и растительных митохондрий. [c.63]

Окислительное фосфорилирование и дыхательный контроль. Функция дыхательной цепи—утилизация восстановленных дыхательных переносчиков, образующихся в реакциях метаболического окисления субстратов (главным образом в цикле трикарбоновых кислот). Каждая окислительная реакция в соответствии с величиной высвобождаемой энергии обслуживается соответствующим дыхательным переносчиком НАДФ, НАД или ФАД. Соответственно своим окислительно-восстановительным потенциалам эти соединения в восстановленной форме подключаются к дыхательной цепи (см. рис. 9.7). В дыхательной цепи происходит дискриминация протонов и электронов в то время как протоны переносятся через мембрану, создавая АрН, 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. [c.311]

Энергия, освобождающаяся при окислении субстратов и последующем переносе электронов в дыхательной цепи, используется не только на синтез АТФ, но и для осуществления других функций митохондрий, например для активного транспорта ионов a + через митохондриальную мембрану. Если к суспензии аэробно инкубируемых митохондрий в присутствии субстрата добавить некоторое количество ионов a + (в виде какой-либо его соли), то по истечении небольшого промежутка времени весь добавленный Са + оказывается во внутримитохондриальном пространстве. В процессе активного транспорта создается и поддерживается высокий концентрационный градиент ионов Са + по обе стороны митохондриальной мембраны. Когда функционирование дыхательной цепи полностью блокировано, транспорт может обеспечиваться за счет энергии гидролиза АТФ. [c.449]

Энергетика окисления жирных кислот. Окисление жирных кислот сопровождается вьщелением большого количества метаболической энергии. При расчете баланса АТФ в этом процессе следует предположить, что все образовавшиеся молекулы ацетил-КоА включаются в цикл трикарбоновых кислот и их полное окисление сопровождается синтезом 12 молекул АТФ в расчете на окисление одной молекулы ацетила. НАДН и ФАДНз окисляются в митохондриальной дыхательной цепи. При окислении НАДН синтезируются 3 АТФ, а ФАДНз — 2 АТФ и, следовательно, в одном цикле р-окисления синтезируется 5 АТФ. Таким образом, расчет баланса АТФ при полном окислении жирной кислоты с числом углеродных атомов, равным п, можно провести по формуле [c.333]

Было предложено множество схем образования высокоэнергетических промежуточных соединений в результате переноса электронов. В этом случае естественна аналогия с субстратным фосфорилировани- ем, при котором высокоэнергетические промежуточные соединения образуются при переходе электронов от субстрата к субстрату. Как мы уже видели (гл. 8, разд. 3,5), альдегидная группа глицеральдегид-З-фосфата превращается в ацилфосфат, который после переноса фосфатной группы на ADP освобождается в виде карбоксилатной группы. В этом процессе свободная энергия окисления альдегида в карбоксильную группу расходуется на синтез АТР. Реакция отличается от митохондриального переноса электронов тем, что продукт 3-фосфоглицери-Новая кислота уже не превращается обратно в глицеральдегид-З-фос- фат. В то же время переносчики электронов дыхательной цепи должны быть регенерированы в каком-то циклическом процессе. Последнее тре- бование вынуждает искать какие-то иные механизмы окислительного фосфорилирования. [c.410]

Существует несколько гипотез, объясняющих механизм сопряжения. Одной из них является хемиосмотическая теория. Цепь транспорта электронов функционирует как протонная (Н+) помпа, осуществляя перенос протонов из матрикса через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство. Эндоэргический процесс выброса протонов из матрикса возможен за счет экзоэргических окислительно-восстановительных реакций дыхательной цепи. Перенос протонов приводит к возникновению разности концентрации с двух сторон митохондриальной мембраны более высокая концентрация будет снаружи и более низкая - внутри. Митохондрия в результате переходит в энергизованное состояние, так как возникает градиент концентрации Н+ и одновременно разность электрических потенциалов со знаком плюс на наружной поверхности. [c.177]

К настоящему времени выяснена основная коферментная роль KoQj . Он оказался обязательным компонентом дыхательной цепи (см. главу 9) осуществляет в митохондриях перенос электронов от мембранных дегидрогеназ (в частности, НАДН-дегидрогеназы дыхательной цепи, СДГ и т.д.) на цитохромы. Таким образом, если никотинамидные коферменты участвуют в транспорте электронов и водорода между водорастворимыми ферментами, то KoQj благодаря своей растворимости в жирах осуществляет такой перенос в гидрофобной митохондриальной мембране. Пластохиноны выполняют аналогичную функцию переносчиков при транспорте электронов в процессе фотосинтеза. [c.243]

Разность электрических потенциалов на митохондриальной мембране, создаваемая дыхательной цепью, которая выступает в качестве молекулярного проводника электронов, является движущей силой для образования АТФ и других видов полезной биологической энергии (см. рис. 9.6). Механизмы этих превращений описывает хемиосмотическая концепция превращения энергии в живых клетках. Она была вьщвинута П. Митчеллом в 1960 г. для объяснения молекулярного механизма [c.311]

Суспензию митохондрий (1,5 мг митохондриального белка) добавляли (точка М) к раствору, содержащему 0,,3 М маннит, ОмМ калий-фосфатный буфер, pH 7,2, 5 мМ Mg U и 10 мМ K I. После добавления в суспен.зию малата и АДФ устанавливается некоторая скорость поглощения кислорода. Очень четко проявляется контроль скорости дыхания со стороны АДФ. Отношение скоростей иоглощения кислорода в состояниях 4 и 3 называется коэффициентом дыхательного контроля (в данном случае он равен примерно 6). На основании полярографической записи можно рассчитать величину отношения АДФ О, которое эквивалентно отношению Р 0. Общий объем реакционной смеси 3 мл. [c.61]

Схема хемиосмотического сопряжения Митчелла показана на-рис. 13.7. Сопрягающей системой является мембрана. Донор водорода АНа (например, аскорбат) окисляется переносчиком электронов (например, цитохромом с) у внешней стороны мембраны,-Два электрона переносятся через мембрану по дыхательной цепп и посредством цитохромоксидазы передаются акцептору водорода В, т. е. кислороду. Акцептор присоединяет два протона из внутренней фазы митохондриального матрикса. Создается градиент концентраций протонов — их избыток во внешней и недостаток во внутренней жидкой фазе. Вследствие этого пронсходит перенос протонов через мембрану в противоположном направлении, в результате чего и реализуется фосфорилирование. Синтез одной молекулы АТФ приводит к поглощению днух протонов из внешней фазы и выделению двух протонов в матрикс. Митохондриальная мембрана работает как топливный элемент, в котором, разность электрохимических потенциалов создается за счет окислительно-восстановительного процесса. [c.433]

Участие в дыхательном электронном транспорте принимают белки, содержащие железосероцентры (см. рис. 58). Они входят в состав некоторых флавопротеинов, например сукцинат и НАД(Ф) Нз-дегидрогеназ, или же служат в качестве единственных простетических групп белков. Дыхательные цепи содержат больщое число Ре8-центров. В митохондриальной электронтранс-портной цепи функционирует, вероятно, около дюжины таких белков. В зависимости от строения Ре8-центры могут осуществлять одновременный перенос 1 или 2 электронов, что связано с изменением валентности атомов железа. [c.362]

Зависимость митохондриального 01сисления (дыхания) от концентрации АДФ получила название дыхательного контроля (рис. 15.6). [c.202]

Конформационная гипотеза сопр51жения окисления и фосфорилирования. В соответствии с этой гипотезой перенос электронов вызывает изменение конформации липопротеиновых ансамблей в митохондриальной мембране, в том числе АТФ-синтетазы, и переводит ее из неактивного (релаксированного) состояния в напряженное, активное. Современные данные подтверждают различное конформационное состояние крист митохондрий при разных уровнях дыхательной активности. Однако, очевидно, что объяснить активацию АТФ-синтетазного комплекса лишь конформационными переходами не представляется возможным, хотя это явление имеет место. [c.206]

Первым выделили Fi в очищенном виде из внутренней митохондриальной мембраны Эфраим Рэккер с сотрудниками. В изолированном виде компонент F не обладает способностью синтезировать АТР из ADP и фосфата, но может расщеплять АТР на ADP и фосфат, из-за чего его называют также Fj-АТРазой. Если осторожно экстрагировать Fj из инвертированных мембранных пузырьков, полученных путем разрушения внутренней митохондриальной мембраны (рис. 17-15), то дыхательные цепи в этих пузырьках оказываются ненарушенными они способны осуществлять перенос электронов. Однако пузырьки, лишенные Fj (отсутствие Fj-головок [c.526]

Энергия, выделяемая при переносе электронов по дыхательной цепи от субстрата на кислород, может при определенных условиях вызвать перенос ионов Н из митохондриального матрикса в среду. В результате pH митохондриального матрикса повышается, а pH среды понижается, т.е. матрикс становится более щелочным, а среда, окружающая митохондрии, более кислой. Во внутренней митохондриальной мембране имеются, следовательно, какие-то насосы для ионов Н эти насосы используют свободную энергию потока электронов для перекачивания ионов Н наружу против градиента концентращад. Выкачивание ионов Н из митохондрий приводит к появлению мембранного электрического потенциала, потому что вследствие выхода этих ионов из матрикса в среду наружная сторона мембраны становится более электроположительной, а внутренняя-более электроотрицательной. Таким образом, перенос электронов создает электрохимический градиент ионов Н, включающий два компонента мембранный потенциал вносит больший вклад в энергию этого градиента [c.530]

ЧТО приводит к образованию малата. Малат, несущий восстановительные эквиваленты, полученные от щ1тозольного NADH, проходит через внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс-его переносит через мембрану система, транспортирующая дикарбоксилаты. Попав внутрь митохондрии, малат отдает эти восстановительные эквиваленты NAD матрикса в реакции, катализируемой матриксной малатдегидрогеназой. NAD восстанавливается при этом в NADH, который может теперь передавать свои электроны прямо в дыхательную цепь внутренней митохондриальной мембраны. На каждую пару электронов, переданных на кислород, синтезируются три молекулы АТР. Другие компоненты этой челночной системы (рис. 17-26) регенерируют цитозольный оксалоацетат это необходимо для того, чтобы мог начаться новый оборот челночного цикла. [c.538]

От всех NAD-зависимых реакций дегидрирования восстановительные эквиваленты переходят к митохондриальной NADH-дегидрогеназе, содержащей в качестве простетической группы FMN. Затем через ряд железо-серных центров они передаются на убихинон, который передает электроны цитохрому Ъ. Далее электроны переходят последовательно на цитохромы j и с, а затем на цитохром аа , (цитохромоксидазу), которая содержит медь. Цитохромоксидаза передает электроны на О2. Для того чтобы полностью восстановить Oj с образованием двух молекул HjO, требуются четыре электрона и четыре иона Н. Перенос электронов блокируется в определенных точках ротеноном, антимицином А и цианидом. Процесс переноса электронов сопровождается значительным снижением свободной энергии. В трех участках дыхательной цепи происходит запасание энергии в результате синтеза АТР из ADP и Р . Окислительное фосфорилирование и перенос электронов можно разобщить, воспользовавшись для этого разобщающими агентами или ионофорами, такими, как валиномицин. Для того чтобы могло происходить окислительное фосфорилирование, внутренняя митохондриальная мембрана должна сохранять свою целостность и должна быть непроницаемой для ионов Н и некоторых других ионов. Перенос электронов сопровождается выталкиванием ионов Н из митохондрий. Согласно хемиосмотической гипотезе (одной из трех гипотез, предложенных для объяснения механизма окислительного фосфорилирования), перенос электронов создает между двумя сторонами внутренней митохондриальной мембраны градиент концентрации ионов Н , при котором их концентрация снаружи выше, чем внутри. Предполагается, что именно этот градиент служит движущей силой синтеза АТР, когда ионы Н, возвращающиеся из цитозоля в матрикс, проходят через [c.545]

Рис. 18-7. Восстановительные эквиваленты, отщепляемые от СоА-производного жирной кислоты ацил-СоА—дегидрогеназой (флавопроте-ин 3, или ФПз), передаются через элеи-рон-переносящий флавопротеин (ЭПФ) на убихинон (Q), входящий в состав митохондриальной дыхательной цепи. На каждую пару электронов, переданных от убихинона на кислород, образуются две молекулы АТР. Убихинон, следовательно, собирает электроны от NADH-дегидрогеназы (ФП,), сукцинатдегидрогеназы (ФП2) и ацил-СоА—дегидрогеназы (ФП3).

Применение ингибиторов не ограничивается блокированием метаболических процессов с целью обнаружения соответствующих ферментов. Вполне возможно, что использование ингибиторов поможет понять, каков тот механизм, благодаря которому ферменты функционируют в клетке как единая система. Так, например, с помощью таких ингибиторов, как цианиды, окись углерода и наркотики, удалось выявить порядок расположения цитохромов в митохондриальной системе переноса электронов. Спектрофотометрические измерения в присутствии ингибитора позволили с помощью правила перекреста Чанса и Уильямса [13] установить, на каком участке дыхательной цепи митохондрий локализовано его действие. Правило это заключается в следующем. Если к системе окислительно-восстановительных переносчиков электронов, находящихся в стационарном состоянии, добавить какой-либо ингибитор, то переносчики, расположенные на восстановленной стороне от места действия ингибитора, станут еще более восстановленными, а переносчики, расположенные на более окисленной стороне, станут еще более окисленными. Олигомяцин, 2,4-динитрофенол и дикумарин относятся к агентам, блокирующим использование свободной энергии, освобождающейся в дыхательной цепи, для синтеза АТФ. Применение ингибиторов для выяснения основных этапов переноса энергии подробно обсуждается в статье Д. Гриффитса [14]. [c.16]

Наблюдаемая интенсивность митохондриального дыхания зависит не только от природы и концентрации субстрата, подвергающегося окислению, но и от эффективности сопряжения процессов дыхания и фосфорилирования. В интактных митохондриях эти процессы обычно накрепко сцеплены друг с другом (если только количества субстрата и Фд не лимитированы), так что скорость дыхания фактически регулируется величиной отношения [АДФ]/[АТФ.] Когда это отношение достаточно велико ( состояние 3 ), большая часть внутримитохондриального адениннуклеотида находится в форме АДФ и дыхание протекает весьма интенсивно. Напротив, если за счет АДФ накапливается АТФ (т. е. в условиях, когда скорость дефосфорилирования АТФ в процессах, требующих энергии или фосфата, отстает от скорости его образования), дыхание ослабевает ( состояние 4 ). Добавление АТФ может даже ингибировать дыхание вследствие обращения потока электронов Все эти явления составляют то, что принято называть дыхательным контролем. [c.365]

Митохондриальные фосфолипиды характеризуются особенно высокой степенью ненасыщенности в сердечной мышце на каждый атом фосфоли-нидного фосфора приходится в среднем 3,2 двойной связи. Эта ненасыщен-ность, видимо, имеет определенное функциональное значение, так как каталитическая активность любого из четырех комплексов при экстракции липидов жировыми растворителями резко снижается, а при добавлении ненасыщенных фосфолипидов (например, липидов из митохондрий, лецитина из яиц, мяса и сои или же синтетического о леи л лецитина) снова восстанавливается. При этом чем больше степень ненасыщенности добавляемых липидов, тем резче выражен их активирующий эффект. Роль фосфолипидов, по-видимому, двояка 1) они стабилизируют активные конформации белков дыхательной цепи, как каждого в отдельности, так и их комплексов, и 2) они способствуют взаимодействию активных белков с другими важнейшими компонентами — коферментом Q, факторами, необходимыми для окислительного фосфорилирования, а также со структурными белками. [c.392]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология