Окисление через дыхательную цепь

На рисунке схематично изображены принципы, лежащие в основе хемиосмотической теории окислительного фосфорилирования. Р, и Ро - белковые субъединицы, ответственные за фосфорилирование. Основной поток протонов создается сопряжением окисления с транслокацией протонов, переносимых с внутренней на наружную сторону мембраны эта транслокация осуществляется комплексами дыхательной цепи I, 111 и IV, каждый из которых действует как протонная помпа. Разобщители, например, динитрофенол, вызывают утечку Н через мембрану, сильно снижая электрохимический протонный градиент. Олигомицин специфически блокирует поток протонов через Рц [c.88]

KoQ (убихинон), необходимый компонент дыхательной цепи, является производным бензохинона с боковой цепью, которая у млекопитающих чаще всего представлена 10 изопреноидными единицами (см. главу 7). Как любой хинон, KoQ способен находиться и в восстановленном, и окисленном состоянии. Это свойство определяет его роль в дыхательной цепи - служить коллектором восстановительных эквивалентов, поставляемых в дыхательную цепь через флавиновые дегидрогеназы. Содержание его значительно превосходит содержание других компонентов дыхательной цепи. [c.310]

Механизм окислительного фосфорилирования. Существует несколько теорий, объясняющих механизм тканевого дыхания (окисления) и его сопряжения с фосфорилированием. Наибольшее подтверждение получила теория, разработанная английским биохимиком П. Митчеллом (1961 — 1966). Согласно этой теории, получившей название хемиосмотическая , или протондвижущая , свободная энергия движущихся по дыхательной цепи электронов используется для перекачивания протонов (Н ) через внутреннюю мембрану митохондрий из матрикса во внутримембранное пространство. Это приводит к изменению числа протонов водорода на наружной и внутренней мембранах митохондрий, в результате чего возникает электрохимический градиент протонов водорода (ЛрН) на мембране (рис. 21). За счет протонного градиента ионы водорода возвращаются снова в митохондриальный матрикс через каналы, образованные специальным белком Рц и ферментом Н -АТФ-синтетазой. При этом энергия протонного потенциала используется для синтеза АТФ с участием Н -АТФ-синтетазной системы. Синтез АТФ возможен только при определенной величине протонного потенциала. Если его величина на мембране мала, то АТФ-синтетаза будет функционировать как АТФ-аза, т. е. катали- [c.58]

Окисление через дыхательную цепь [c.204]

Сопряженное с синтезом АТФ окисление НАДН в дыхательной цепи митохондрий представляет собой один из путей утилизации восстановительных эквивалентов клетки. Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для пиридиннуклеотидов и добавленный НАДН может быть окислен в дыхательной цепи только после разрушения внутренней мембраны. Однако в клетке существуют специальные челночные механизмы , которые обеспечивают окисление цитоплазматического НАДН дыхательной цепью и не требуют его переноса через внутреннюю мембрану митохондрий. [c.437]

Электроны поступают в дыхательную цепь различными путями. При окислении НАДН -Ь Н+ комплекс I переносит электроны через ФМН и FeS-центры на убихинон. [c.174]

Известны два основных тина биологического окисления. Главный путь состоит в прохождении активного водорода через систему переносчиков водорода (в дыхательной цепи митохондрий) и в соединении его в конце пути с кислородом с образованием воды. Этот путь очень важен, так как процесс фосфорилирования, сопряженный с реакциями дыхательной цепи, служит источником большей части АТФ, образующегося в результате биологического окисления (см. стр. 243). Второй путь представляет собой более прямое соединение активного водорода с кислородом в присутствии какой-либо оксидазы. Однако прямой путь окисления , по-видимому, не сопряжен с синтезом АТФ. [c.204]

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]

Однако наиболее важное значение, несомненно, имеет ресинтез АТФ в процессе тканевого дыхания, точнее при миграции электронов и протонов от субстрата окисления через цепь дыхательных катализаторов к кислороду [c.248]

Цитохром с легко экстрагируется из любой содержаш ей его ткани и может быть просто и быстро очиш,ен. В связи с этим структура цитохрома с изучена гораздо лучше, чем структура других цитохромов. Однако, хотя аминокислотная последовательность цитохрома с из разных тканей детально изучена [66], механизм окисления и восстановления железа в геме остается по существу неизвестным. Проводимые сейчас исследования показывают, что восстановление цитохрома с происходит через предварительное акцептирование электрона белком цитохрома, сопровождающееся изменением третичной структуры белка ([10] и С. Гринвуд, личное сообщение). В цитохроме с гем связан с белком через этиленовые группы колец I и II в положении 2 и 4 соответственно и через серу цистеина. Кроме того, две из шести координационных связей железа в геме замыкаются на имидазольном кольце гистидина [87]. В дыхательной цепи митохондрий цитохром с является субстратом цитохромоксидазы. [c.64]

В дыхательной цепи есть только 3 участка, где перенос электронов сопряжен с накоплением энергии, достаточным для образования АТФ (см. рис. 9.7), на других этапах возникающая разность потенциалов для этого процесса недостаточна. Максимальная величина коэффициента фосфорилирования, таким образом, составляет 3, если реакция окисления идет с участием НАД, и 2, если окисление субстрата протекает через флавиновые дегидрогеназы. Теоретически еще одну молекулу АТФ можно получить в трансгидрогеназной реакции (если процесс начинается с восстановленного НАДФ) [c.312]

И Цыбакова высказали предположение, что этот новый тип фосфорилирования сопряжен с переходом водорода от НАД-Нг к кислороду через реакции дыхательной цепи. Последующие работы подтвердили это предположение и показали, что при переходе каждой пары водородных атомов или электронов через реакции дыхательной цепи может происходить максимум три фосфорилирования. Прямое доказательство того, что фосфорилирование происходит не только на уровне субстратов, но и на уровне переносчиков водорода, было получено в 1951 г., когда Ленинджер показал, что при окислении НАД-Нг кислородом в митохондриях печени крысы отношение Р/0 близко к трем. Фосфорилирование в дыхательной цепи у растений впервые показали Миллер, Боннер, Аксельрод и Бандурский [22], которые использовали митохондрии, выделенные из проростков маша, и кислоты цикла Кребса в качестве субстратов. Эти авторы получили более низкое отношение Р/0 по сравнению с найденным для митохондрий животного происхождения. Поэтому возникло предположение, что митохондрии растений не эффективны как фосфорилирующие системы. Более поздние исследования показали, что митохондрии растений окисляют промежуточные продукты цикла Кребса, причем отношение Р/0 сравнимо с отношением, полученным для митохондрий животных. [c.243]

Дыхательная цепь. Цикл Кребса функционально связан с дыхательной цепью, которая представляет собой ряд окислительно-восстановительных ферментов, осуществляющих перенос водорода и электронов от субстрата к кислороду. Кислород для реакции окисления поступает в организм из воздуха через легкие. В легких он образует лабильное соединение с переносчиком кислорода — гемоглобином. По кровеносному руслу оксигемоглобин попадает в ткани, обедненные кислородом, где легко диссоциирует. Через стенки капилляров кислород диффундирует в клетки, где и участвует в реакциях окисления. [c.402]

Источниками (донорами) атомов водорода в дыхательной цепи служат питательные вещества, которые расщепляются клеткой с образованием пировиноградной кислоты, жирных кислот и аминокислот. Эти соединения превращаются в ацетил-КоА, щавелевоуксусную кислоту или а-кетоглутаровую кислоту, которые, включаясь в цикл Кребса, подвергаются определенным внутримолекулярным превращениям. Все эти сложные структурные перестройки углеродных атомов в конце концов завершаются тем, что пара электронов, отнятая от субстратов, поступает в дыхательную цепь и постепенно, ступенчато, через ряд переносчиков достигает кислорода — своего конечного акцептора. Этот взаимосвязанный и строго контролируемый процесс делает возможным эффективное накопление энергии обмена вешеств, образующейся в процессах окисления. [c.357]

Теперь мы можем написать полное уравнение окисления двух молекул пирувата с образованием двух молекул аце-тил-СоА и двух молекул СО2 в митохондриях. В результате этого окисления образуются две молекулы NADH, которые передают затем два своих электрона через дыхательную цепь на кислород, что сопровождается синтезом трех молекул АТР на каждую пару перенесенных электронов [c.539]

Амитал, ингибируя поток электронов через дыхательную цепь, поступающий за счет окисления НАД-зависимых субстратов, имеет в этом случае сходное действие с K N. Однако на фоне сукцината, окисляющего по НАД-незави-симому пути, амитал не только практически не влияет на форму этой зависимости, но даже увеличивает ее кривизну . Подавляя сохраняющийся в присутствии сукцината подток восстановительных эквивалентов от эндогенныл субстратов, он тем самым обеспечивает более полноценное использование сукцината (см. рис. 10). [c.45]

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]

На перфузируемой печени было показано, что стимуляция окисления этанола в этом случае может быть обусловлена увеличением производства энергии при образовании метаболитов фруктозы. Как уже говорилось, два процесса могут лимитировать наблюдаемое ускорение метаболизма этанола — транспорт восстановленных эквивалентов в митохондрии с последуюпщм реокислением НАДН и поток электронов через дыхательную цепь. [c.168]

Цитохромы — это переносчики электронов в процессе окислительного фосфорилирования, суть которого состоит в образовании АТР при переносе электронов от NADH или FADH2 к молекулярному кислороду. Весь процесс включает окисление субстрата (например, глюкозы). При этом поток электронов проходит через компоненты дыхательной цепи (цитохромы) к молекулярному кислороду, который в конечном счете восстапавливастся до воды. [c.413]

Основной функцией флавинов в дыхательной цепи является транспорт водорода. В окисленной форме трехъядерный гетероцикл флавина плоский. При захвате им двух атомов водорода (через образование свободного радикала в семихинонной форме) три цикла располагаются относительно друг друга в конформации бабочка (средний дигидропиразиновый цикл имеет конформацию ванна ). [c.171]

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]

Как видно, за один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций, происходит полное окисление ( сгорание ) одной молекулы ацетил-КоА. Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-КоА, а коферменты (НАД и ФАД), перешедщие в восстановленное состояние, должны снова и снова окисляться. Это окисление осуществляется в системе переносчиков электронов в дыхательной цепи (в цепи дыхательных ферментов), локализованной в мембране митохондрий. Образовавщийся ФАДН, прочно связан с СДГ, поэтому он передает атомы водорода через KoQ. Освобождающаяся в результате окисления ацетил-КоА энергия в значительной мере сосредоточивается в макроэргических фосфатных связях АТФ. Из 4 пар атомов водорода 3 пары переносят НАДН на систему транспорта электронов при этом в расчете на каждую пару в системе биологического окисления образуется 3 молекулы АТФ (в процессе сопряженного окислительного фосфорилирования), а всего, следовательно, 9 молекул АТФ (см. главу 9). Одна пара атомов от сукцинатдегидрогеназы-ФАДН, попадает в систему транспорта электронов через KoQ, в результате образуется только 2 молекулы АТФ. В ходе цикла Кребса синтезируется также одна молекула ГТФ (субстратное фосфорилирование), что равносильно одной молекуле АТФ. Итак, при окислении одной молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и системе окислительного фосфорилирования может образоваться 12 молекул АТФ. [c.349]

Механизм окисления Fe " в дыхательной цепи изучен у Т. ferrooxidans. Дыхательная цепь этой бактерии содержит все типы переносчиков, характерные для дыхательной системы аэробных хемо-органотрофных эубактерий, но участок цепи, связанный с получением энергии, очень короток (рис. 98, А). Окисление Fe " происходит на внешней стороне ЦПМ в цитозоль через мембрану железо не проникает. Электроны с Fe акцептируются особым медьсодержащим белком — рустицианином, находящимся в периплазматическом пространстве. [c.379]

Таким образом, окисление, сопряженное с фосфорилированием,— это окислительная реакция, при которой перенос электрона в дыхательной цепи сопряжен с синтезом АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Окислительное фосфорилирование является одним нз важнейших путей аккумуляции энергии в живых организмах. Синтез АТФ из АДФ в процессе тканевого дыхания, точнее, при переброске электронов и протонов от окисляемого субстрата через цепь дыхательных катализаторов к кислороду, был открыт в. А. Белицером и Е. Т. Цыбаковой (1938—1939). Особенности этого процесса привлекают внимание многих исследователей. Работами многих авторов (Грина, Ленинджера, Лар-ди, Очоа, Слейтера) установлено, что ферменты тканевого дыхания и сопряженного с ним окислительного фосфорилирования сосредоточены в митохондриях. Митохондрии стали рассматривать как важнейшие компоненты клетки (органоиды), основной функцией которых является снабжение клетки и ее работающих механизмов. [c.368]

В процессе тканевого дыхания, при переносе электронов и протонов от субстрата окисления через цепь дыхательных катализаторов к кислороду, происходит освобождение энергии, за счет которой ресинтезируется АТФ из АДФ и неор- [c.229]

Ключевой ферментной системой в реакциях окисления глюкозы через пентозный шунт является транскетолаза. В дыхательной цепи важное значение имеют дегидрогеназные системы, определяющие, какие субстраты будут окисляться. В синтезе пиридоксалевых ферментов центральное место принадлежит пиридоксалькиназе, в реакциях превращения углеводов — гексокиназе. [c.241]

Большая часть общей свободной энергии окисления освобождается по мере того, как водород переносится к кислороду через реакции дыхательной цепи. Например, при полном окислении глюкозы до углекислого газа и воды изменение свободной энергии составляет —688 ккал. Окисление 1 молекулы глюкозы по пути ЭМП и в цикле Кребса сопровождается образованием 10 молекул восстановленного НАД и 2 молекул восстановленного флавопротеида. Последующее окисление этих восстановленных переносчиков в дыхательной цепи приводит к общему изменению свободной энергии, равному —620,1 ккал [окисление НАД-Нг, Ю- (—53,75) ккал Ч-4- окисление восстановленного флавопротеида, 2-(—41,3) ккал]. Таким образом, при окислении глюкозы 90% [ (620,1/688)-100% ] общего изменения свободной энергии происходит в реакциях дыхательной цепи. Если допустить, что отношение Р/О для окисления восстановленного НАД и восстановленного флавопротеида составляет соответственно 3 и 2, то высоко экзергоиические реакции дыхательной цепи должны быть сопряжены с синтезом АТФ с эффективностью приблизительно 44% [ (3-8-10 + 2-8-2)/(620,1) 100% ]. [c.243]

При изучении дыхательных ферментов отмечалось, что обычно окисление органических веществ происходит отщеплением от них водорода и что перенос водорода на кислород воздуха идет не сразу, а ступенчато, через промежуточные переносчики водорода никотинамид-аденин-динуклеотиды, флавиновые ферменты и цитохромную систему. Белицер предположил, что окислительное фосфорилирование происходит не в самом цикле ди- и трикарбоновых кислот, а при переносе электронов от окисляющегося вещества на кислород через промежуточные переносчики электронов, входящих в дыхательную цепь. Белицер показал, что изменение свободной энергии для переноса пары электронов от восстановленного никотинамида на кислород составляет приблизительно 55 ккал АР = —55 ккал). В связи с тем, что для образования 1 моля АТФ из АДФ требуется затрата 12 ккал, то, очевидно, при наличии соответствующего ферментативного механизма перенос каждой пары электронов от НАД или НАДФ на кислород теоретически может сопровождаться образованием около четырех молей АТФ (12X4 = 48 ккал). [c.172]

Окислительное фосфорилирование. При протекании многостадийных окислительных реакций в дыхательной цепи происходит дробное выделение энергии окисляющегося субстрата. Различают два вида окисления — сопряженное фосфорилирующее и сопряженное нефосфорилирую-щее. При сопряженном фосфорилирующем окислении в клетке накапливается выделяющаяся при окислении энергия в виде АТФ. При сопряженном нефосфорилирующем окислении энергия, выделяющаяся в дыхательной цепи, используется клеткой для выполнения работы (перенос ионов через мембрану митохондрий, изменение конформации митохондриальной структуры и др.) [9]. [c.406]

Биологическое действие. Убихинон — очень важный кофермент процессов биологического окисления питательных веществ и образования энергии в клетках. Входя в состав компонентов дыхательной цепи в митохондриях, он осуществляет перенос водорода через мембраны к цитохро-мам. Кофермент О включен во многие пищевые смеси, которые используются для коррекции массы тела, повышения физической работоспособности, а также в растирочные препараты для улучшения энергообразования в суставах и мышцах. [c.125]

Через длинную цепь переносчиков электроны входят в реакцию с системой цитохромов либо какой-то другой оксидазы (например, полифенолоксидазы) и через ее посредство — с кислородом. В этом состоит сущность заверщающего этапа окисления дыхательного субстрата. Регенерировавшая щавелевоуксусная кислота вновь вступает в описанную выше цепь процессов (конденсация с пировиноградной кислотой и последующий распад образующейся 6-углеродной кислоты). Суммарно аэробный распад пировиноградной кислоты может быть выражен следующим уравнением [c.266]

КАОН, образовавшийся в цитозоле при гликолизе, тоже передает свои электроны в дыхательную цепь (не показано) Так как NADH не способен проходить через внутреннюю мембрану, перенос его электронов осуществляется непрямым путем -при помощи одной из нескольких челночных систем, транспортирующих в митохондрию другое восстановленное соединение после окисления это соединение возвращается в цитозоль, где вновь восстанавливается с помощью NADH. [c.439]

В интактных митохондриях дыхательная цепь относительно недоступна для экспериментального анализа Однако путем обработки митохондрий ультразвуком можно получить функционально активные субмитохондриальные частицы - обрывки крист, замкнувшиеся в маленькие пузырьки около 100 нм в диаметре (рис. 7-23). При использовании метода негативного контрастирования на электронных микрофотографиях субмитохондриальных частиц видно, что их наружная поверхность усеяна крошечными шариками, прикрепленными к мембране с помощью ножки (рис. 7-24). В интактных митохондриях эти грибовидные структуры локализованы на внутренней (обращенной к матриксу) стороне внутренней мембраны. Таким образом, субмитохондриальные частипы представляют собой как бы вывернутые наизнанку фрагменты внутренней мембраны поверхности их, ранее обращенные к матриксу, обращены теперь к окружающей среде. В результате на них легко воздействовать теми не проходящими через мембрану веществами, которые в обычных условиях находились в матриксе. При добавлении NADH, ADP и неорганического фосфата эти частицы осуществляют перенос электронов с NADH на О2, сопрягая это окисление с синтезом АТР. Такая бесклеточная система дает возможность вьщелять в функционально активной форме многочисленные белки, ответственные за окислительное фосфорилирование. [c.447]

Если АТР-синтетаза в норме не транспортирует П из матрикса, то дыхательная цепь, находящаяся во внутренней митохондриальной мембране, при нормальных условиях переносит через эту мембрану протоны, создавая гаким образом электрохимический протонный градиент, доставляющий энергию для синтеза АТР. При определенных условиях можно экспериментально продемонстрировать способность дыхательной цепи откачивать протоны из матрикса. Можно, например, обеспечить взвесь изолированных митохондрий подходящим субстратом для окисления, а поток протонов через АТР-синтетазу блокировать В анаэробных условиях небольшая добавка кислорода к такому препарату вызовет вспышку дыхательной активности, которая будет длиться одну-две секунды - пока весь кислород не израсходуется Во время такой вспышки дыхания с помощью чувствительного рП-электрода можно зарегистрировать внезапное подкислепие среды в результате выталкивания ионов П из матрикса митохондрий. [c.450]

В реакциях фотосинтетического переноса электронов (иногда называемых световыми реакциями) лучистая энергия возбуждает электрон в молекуле хлорофилла, что делает возможным перенос электрона по окислительной цепи в тилакоидной мембране, аналогичный переносу его по дыхательной цепи во внутренней мембране митохондрий. В результате такого транспорта электронов происходит перекачивание протонов через тилакоидную мембрану, и создающаяся протонодвижущая сила доставляет энергию для синтеза АТР в строме. В то же время высокоэнергетические электроны, образуемые в окислительной цепи, восстанавливают NADP до NADPH. Источником электронов, участвующих в этом процессе, служит окисление воды, при котором выделяется О2. [c.462]