6. Дегидрирование сукцината

Образовавшийся на предьщущем этапе сукцинат превращается в фумарат под действием сукцинатдегидрогеназы. Этот фермент - флавопротеин, молекула которого содержит прочно связанный кофермент FAD. Сукцинат дегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондриальной мембраной. Она состоит из 2 субъединиц, одна из которых связана с FAD. Кроме того, обе субъединицы содержат железо-серные центры; одна - Fe₂S₂, a другая - Fe₄S₄. В железо-серных центрах атомы железа меняют свою валентность, участвуя в транспорте электронов.

7. Образование малата из фумарата

Образование малата происходит при участии фермента фумаратгидратазы. Этот фермент более известен как фумараза. Фумараза - олигомерный белок, состоящий из 4 идентичных полипептидных цепей. Он расположен в матриксе митохондрий. Фумаразу относят к ферментам с абсолютной субстратной специфичностью: она катализирует гидратацию только транс-формы фумарата.

7. Дегидрирование малата

В заключительной стадии цитратного цикла малат дегидрируется с образованием оксалоацетата. Реакцию катализирует NAD-зависимая малатдегидрогеназа, содержащаяся в матриксе митохондрий.

57. Механизм образования атф. Окислительное фосфорилирование. Отличие от субстратного фосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование – основной механизм синтеза АТФ в клетке, за счет энергии выделяющейся при тканевом дыхании.

Было установлено, что при тканевом дыхании митохондрий наряду с кислородом используется неорганический фосфат. Соотношение окисления и фосфорилирования определяется коэффициентом Р/О и этот показатель был назван коэффициентом фосфорилирования и зависит от точки вхождения восстановительных эквивалентов в цепь транспорта электронов.

Коэффициент окислительного фосфорилиования (К) – это отношение количества неорганического фосфата, потребляемого в процессе дыхания, к количеству кислорода: Р/О, т.е. К показывает число молей АТФ, образующихся из АДФ и Р_Н на 1 грамм-атом поглощенного кислорода.

Расчет показывает, что в сутки митохондрии образуют более 30 кг АТФ и столько же АТФ расходуется. Скорость окислительного фосфорилирования зависит от содержания АДФ: чем быстрее расходуется АТФ, чем больше накапливается АДФ, тем больше потребность в энергии и, следовательно, в синтезе АТФ. Накопление АТФ сопровождается снижением содержания АДФ. Скорость образования АТФ при этом также уменьшается.

При органической потребности в АТФ падает и скорость переноса электронов и протонов от субстратов – источников энергии, т.е. падает скорость окислительного распада субстратов.

+При субстратном фосфорилировании образование АТФ сопряжено с окислением определенного вещества. Таких реакций известно три. Две из них протекают при гликолизе (глицероальдегид-фосфат → 1,3 дифосфоглицериновая кислота; 2 монофосфопируват → пируват). Обе эти реакции называются реакциями гликолитического фосфорилирования. 3-я реакция (аэробная фаза ЦТК – окислительное фосфорилирование α-кетоглутарата до сукцинил-КоА, затем до сукцинилфосфата, который является источником для образования ГТФ и АТФ. ГТФ, АТФ и другие соединения, при гидролизе связей которых выделяется более 30,5 кДж/моль энергии, называют макроэргами.

Окислительное фосфорилирование состоит из процессов окисления и фосфорилирования, которые между собой сопряжены.

Катаболизм органических веществ в тканях сопровождается потреблением кислорода и выделением СО₂. Этот процесс называют тканевым дыханием. Кислород в этом процессе используется как акцептор водорода от окисляемых (дегидрируемых) веществ (субстратов), в результате чего синтезируется вода. Процесс окисления можно представить следующим уравнением: SH₂ + 1/2 O₂ → S+ H₂O. Окисляемые различные органические вещества (S — субстраты), представляют собой метаболиты катаболизма, их дегидрирование является экзоэргическим процессом. Энергия, освобождающаяся в ходе реакций окисления, либо полностью рассеивается в виде тепла, либо частично тратится на фосфорилирование ADP с образованием АТР. Организм превращает около 40% энергии, выделяющейся при окислении, в энергию макроэргических связей АТР. Большинство организмов в биосфере использует этот способ или очень сходный с ним (в качестве терминального акцептора водорода может быть не кислород, а другое соединение) как основной источник энергии, необходимый для синтеза внутриклеточной АТР. Таким путем клетка превращает химическую энергию питательных веществ, поступивших извне, в утилизируемую метаболическую энергию. Реакция дегидрирования и способ превращения выделившейся энергии путем синтеза АТР — это энергетически сопряженные реакции. Целиком весь сопряженный процесс называется окислительным фосфорилированием ADP:

 МЕХАНИЗМ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ Для объяснения механизма сопряжения окисления и фосфорилирования были выдвинуты две принципиальные гипотезы. Химическая гипотеза постулирует прямое химическое сопряжение на всех стадиях процесса, как при образовании АТРв процессе гликолиза. Предполагается, что существует интер-медиат, богатый энергией (I ~ X), связывающий процессы окисления и фосфорилирования. Поскольку такое соединение до сих пор не было обнаружено, эта гипотеза в известной мере дискредитирована и в дальнейшем не будет рассматриваться (подробно об этом вопросе можно прочесть в обзоре: Harper, Rodwell and Mayes,- 1979). Хемиосмотическая теорияпостулирует, что при окислении компонентов дыхательной цепи генерируются ионы водорода, которые выходят на наружную сторону сопрягающей мито-хондриальной мембраны. Возникающая в результате асимметричного распределения ионов водорода (протонов, Н⁺) разность электрохимических потенциалов используется для приведения в действие механизма образования АТР. Были выдвинуты и другие гипотезы; согласно одной из них, энергия окисления запасается в форме изменения конформации молекул, а затем используется для генерирования богатых энергией фосфатных связей

Окислительное фосфорилирование происходит в митохондриях в процессе биологического окисления в дыхательной цепи. Энергия, высвобождающаяся в дыхательной цепи, аккумулируется в макроэргических соединениях АТФ. Энергия, освобождающаяся в процессе биологического окисления только частично рассеивается в виде тепла (около 40%), а большая часть накапливается в форме макроэргических молекул АТФ (около 60%). Молекула АТФ – это универсальный акцептор и донор химической энергии в клетках. Гидролиз каждой макроэргической связи АТФ сопровождается выделением 7,3 килокалорий энергии на 1 грамм-молекулу. В дыхательной цепи при переносе каждой пары электронов на 1 атом кислорода образуется 3 молекулы АТФ, то есть отношение фосфора к кислороду равно трем: P / О = 3. Синтез молекулы АТФ происходит в определенных участках дыхательной цепи. На каждом этапе синтеза АТФ аккумулируется 8 ккал на каждую грамм-молекулу образовавшейся АТФ.

Субстратное фосфорилирование участвует в анаэробном расщеплении глюкозы. За счет субстратного фосфорилирования 1 молекулы глюкозы синтезируется 6 молекул АТФ.

Процесс сопряжения тканевого дыхания и фосфорилирования получил название окислительного фосфорилирования.