2.4 Окислительное фосфорилирование.Хемиосмотическая теория сопряжения окислительного фосфорилирования п. Митчелла

Окислительное фосфорилирование – один из механизмов образования АТФ

Транспорт электронов в дыхательной цепи сопряжён (связан) с образованием протонного градиента, необходимого для синтеза АТФ. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. Иными словами, окислительное фосфорилировние – это процесс, в котором энергия биологического окисления превращается в химическую энергию АТФ.

Образование протонного градиента (генерирование электро-хими-ческого потенциала). Хемиосмотическая теория Митчелла.

Ингибиторы цепи тканевого дыхания – это яды.

Ингибиторы дыхательной цепи являются ядами. Они в равной степени тормозят и дыхание, и фосфорилирование, соотношение Р/О при этом не изменяется. Наиболее популярными являются следующие ингибиторы: ротенон (растительный токсин, применяемый индейцами Амазонии при ловле рыбы, а также используемый в качестве инсектицида), амитал (аминобарбитал – производное барбитуровой кислоты), антимицин А (антибиотик) и цианиды. Ротенон и амитал тормозят перенос водорода от ФМН к убихинону; антимицин А тормозит транспорт электронов от цитохрома b к цитохрому с₁; CN^-, CO, H₂S – ингибиторы цитохромоксидазы (рис.5. 8):

НАДН∙Н⁺ КоQ С О₂

ротенон антимицин А СО, СN^-

амитал H₂S

Рис.5.8. Ингибиторы дыхательной цепи

Следует различать ингибиторы цепи тканевого дыхания и разобщители окислительного фосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование является процессом, при котором выделение энергии при окислении субстрата сопряжено с синтезом АТФ. Для объяснения сопряжения окисления с фосфорилированием Митчеллом была выдвинута гипотеза. Он предположил, что сопряжение переноса электронов и синтеза АТФ обеспечивается протонным градиентом. Согласно этой модели, перенос электронов по дыхательной цепи приводит к выбросу протонов из матрикса на цитоплазматическую сторону внутренней митохондриальной мембраны, где возрастает концентрация протонов Н+. Возникает электрохимический градиент протонов в мембране. Этот градиент состоит из двух составных частей – разницы в концентрации водородных ионов (рН) и разницы в электрических потенциалах. Энергия этого градиента является движущей силой процесса синтеза АТФ, в ходе которого происходит обратное перемещение протонов по направлению градиента.

Митчелл предложил рассматривать внутреннюю мембрану митохондрий как конденсатор, который со стороны матрикса заряжается отрицательно (благодаря направленному току электронов), а со стороны межмембранного пространства – положительно. Следовательно, при тканевом дыхании совершается осмотическая работа по концентрации протонов в межмембранном пространстве и возникает разность электрических потенциалов, т.е. генерируется электро-химический (или протонный) потенциал:

Δ μН⁺ = Δ Ψ – (-)ΔрН⁺

Электрохимический Мембранный Градиент рН

градиент рН потенциал

Градиент ΔрН⁺ имеет отрицательное значение, поскольку измерение проводится от внутренней поверхности мембраны, имеющей более отрицательную величину, к наружной. В целом Δ μН⁺ имеет положительное значение, равное +0,224v.

Внутренняя мембрана не может заряжаться сколь угодно долго. Если продолжить аналогию с конденсатором, то перезарядка приводит к «пробою», т.е. разрядке. Роль разряжающего устройства выполняет АТФ-синтаза – V комплекс дыхательной цепи.

Доказательства хемиоосмотической теории:

· на внутренней мембране есть градиент Н+ и его можно измерить;

· создание градиента Н+ в митохондрии сопровождается синтезом АТФ;

· ионофоры (разобщители), разрушающие протонный градиент, тормозят синтез АТФ;

· ингибиторы, блокирующие транспорт протонов по протонным каналам АТФ-синтазы, ингибируют синтез АТФ