щеплению уже синтезированной молекулы АТФ, т.е. обеспечивает переход сайта в другое состояние: T →O. Это происходит за счет разрыва связей между самим сайтом фермента (комплекса V) и молекулой АТФ.

Рис. 125. Механизм работы АТФ-синтазы

Бойер предположил, что циклические изменения в конформации субъединиц вызваны вращением каталитической части комплекса (α 3β 3) относительно своей оси. Эта гипотеза была подтверждена с помощью рентгенографических исследований. Действительно, тесная связь между цилиндрической частью комплекса, образованной α - и β -субъединицами, и С-концевым фрагментом γ -субъединицы напоминает подшипник и втулку. Гидрофобные участки этой структуры лишены водородных и ионных связей, которые препятствовали бы вращению. Более того, центральная полость α 3β 3 обеспечивает свободное движение N-терминального фрагмента γ -субъ- единицы в пределах её ядра. Наконец, конформация каталитических сайтов компонента F1 связана с положением самой γ -субъединицы. Очевидно, γ -субъединица играет роль распределительного вала, связывающего протондвижущую вращательную часть F0 с конформационными изменениями в каталитических сайтах F1.

11.4 Разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования

Перенос электронов (окисление NADH и FADH2 молекулой кислорода) и окислительное фосфорилирование (синтез АТФ, запускаемый протонным градиентом) обычно тесно сопряжены. Такое сопряжение возможно благодаря непроницаемости внутренней мембраны митохондрий для протонов H+, что в свою очередь позволяет создавать электрохимический градиент протонов при переносе электронов между комплексами в дыхательной цепи. Есть лишь один путь для свободного проникновения протонов в матрикс митохондрий — через F0 компонент АТФ-синтазы. В состоянии покоя, когда окислительное фосфорилирование замедляется, накапливаемый электрохимический градиент препятствует дальнейшей перекачке протонов и тем самым ингибирует перенос электронов.

Некоторые соединения обладают способностью разобщать процессы переноса электронов и синтеза АТФ. 2,4-Динитрофенол (ДНФ) — липофильная слабая кислота, легко проникающая через липидные мембраны в незаряженном, протонированном

Термины 209

состоянии (см. Рис. 126 ▼). В градиенте pH динитрофенол связывает протоны в кислой среде, диффундирует через мембрану и отдаёт протоны в щелочной среде. Кислая и щелочная среды создаются по обе стороны от внутренней митохондриальной мембраны при перекачке протонов из матрикса митохондрий (щелочная среда у поверхности мембраны) в межмембранное пространство (кислая среда у поверхности мембраны). Динитрофенол является ионофором — веществом, способным переносить протоны — и нарушает протонный градиент.

Рис. 126. Действие 2,4-динитрофенола

Хемиосмотическая теория так объясняет явление разобщения: вещества, находящиеся во внутренней мембране митохондрий и повышающие её проницаемость для протонов H+, разобщают процессы окислительного фосфорилирования и переноса электронов, пропуская эти протоны в обход АТФ-синтазы. При разобщении перенос электронов продолжается, а синтез АТФ приостанавливается. По этой причине динитрофенол использовался как «диетическое средство» в 1920-х годах. Его применяли для ускорения потери веса, однако побочные эффекты оказывались фатальными.

Термины

Окислительное фосфорилирование, протонный градиент, восстановительные эквиваленты, дыхательные комплексы, дыхательная цепь, коэффициент P/O, хемиосмотическое сопряжение, ионофор, челночные системы.

Вопросы к занятию

1.Принципы получения энергии в живых объектах. Носители энергии.

2.Общая характеристика компонентов в дыхательной цепи.

3.Гипотезы сопряжения дыхания и окислительного фосфорилирования. Хемиосмотическая теория Митчелла.

4.Способы разобщения дыхания и окислительного фосфорилирования.