Цитохромы.

	X	XX	XXX
А
Б
в

К оксидазам относятся: каталаза, пероксидаза (они отличаются от цитохрома-bтолько белковой частью). Перенос электронов с помощью цитохромов осуществляется в результате изменения степени окисления железа:

Последний цитохром – цитохром – оксидаза, так как он взаимодействует с кислородом:

Цитохром – оксидаза – два фермента а и а₃вместе. Состоит из 6-7 субъединиц. Каждая содержит геминовую группу цитохрома а и атомCu. 2 субъединицы – цитохром а, а остальные а₃.

Цитохром-bне очень большой белок (104 остатка), белковая молекула за счет 14 и 17 цистеинов присоединяется к гемму ковалентно. В положении 80 цитохром С есть метионин, который образует координационную связь с железом гемма (за счет серы). Цитохром С в процессе переноса электронов диссоциирует на белковые и небелковые компоненты.

Все цитохромы отличаются по окислительно-восстановительному потенциалу.

• Энергия для жизни имеет большое значение. Живые существа нуждаются в ней для выполнения задач:

1. Преобразование механической работы в мышечные сокращения и друге формы клеточного движения.

2. Для активного транспорта молекул в организме

3. Для синтеза макромолекул

Живые организмы делятся на:

1. Фототрофы (используют солнечную энергию – растения).

2. Хемотрофы (получают энергию путем окисления пищеварительных веществ).

• Свободная энергия, которая высвобождается за счет окисления (расщепления) питательных веществ должна быть преобразована в специальную форму, удобную для живых организмов (АТФ).

СТФ, ГТФ образуется уже с использованием АТФ

Центральная роль АТФ в обмене энергии в биологических целях была раскрыта в 1941 г. Лиманом и Калькаром. При гидролизе АТФ выделяется большое количество свободной энергии ∆G, ∆G зависит от ионной силы раствора, ионной силы среды ∆G ~ - 7,3 ккал/моль – расщепляется одна пирофосфатная связь (иногда может быть 12).

АТФ – главный донор свободной энергии в живых клетках, но не запасная форма (не набирается впрок).

Регинирирование (синтез) АТФ происходит:

АТФ + H₃PO₄↔ АТФ + Н₂О

[H⁺] = 10^-7, условия расщепления: рН=7,T=20⁰С => равновесие сдвинуто в сторону расщепления.

Процесс окисления начинается с окисления субстрата:

Энергетический обмен:

24. Окислительное фосфорилирование, сопряженное с дыханием. Теория Митчела.

Дыхательная цепь. В цикле трикарбоновых кислот от субстратов отщепляются протоны и электроны. Они поступают на коферменты НАД⁺и ФАД⁺, которые передают их в дыхательную цепь, образованную О-В ферментами, находящимися во внутренней мембране митохондрий. В последнем звене цепи электроны восстанавливают молекулярный кислород. Освобожденная энергия запасается в фосфатных связях АТФ.

Синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, который происходит с использованием энергии, освобождающейся при окислении веществ в живых клетках, и сопряжен с переносом электронов по дыхательной цепи, называется окислительным фосфорилированием. (Энгельгард)

В дыхательной цепи все реакции направлены по термодинамической лестнице от компонента с максимально отрицательным потенциалом – НАД (-0,32 В) к кислороду, имеющему большую положительную величину потенциала (+0,82). Можно рассчитать стандартное изменение свободной энергии ∆Gпо формуле :

∆G= -nF(∆Е₀),

где ∆Е₀– разность стандартных восстановительных потенциалов;n– число электронов;F– число Фарадея (96,5 кДж).

Перенос электронов через всю дыхательную цепь от НАДН к молекулярному кислороду приводит к большому изменению свободной энергии.

Чанс установил участки сопряжения в дыхательной цепи:

1. Перенос от НАД на ФАД

2. От цитохром b к С₁

3. На участке цитохромоксидазы

Механизм энергетического сопряжения в митохондриях:

Существует три группы теорий:

1. Химическая концепция или теория промежуточных факторов сопряжения. На продукте окисления образуется высокоэнергетическая связь, которая в т/д точки зрения очень неустойчива, распадается с выделением энергии.

А, В – переносчики электронов дыхательной цепи в окисленной или восстановленной форме

Х, У – промежуточные факторы сопряжения

Ф_н – неорганический фосфат

АН₂ + Х + В = А~Х + ВН₂ высокоэнергетическое соединение А~Х

А~Х + У = А + Х~У энергия сосредотачивается в другом промежуточном веществе

Х~У + Ф = Х + У~Ф

АДФ + У~Ф = АТФ + У

Гипотеза не объясняет:

1) не удалось доказать реальность существования высокоэнергетических промежуточных соединений типа А~Х.

2) Не ясно почему для осуществления окислительного фосфорилирования необходима неповрежденная мембрана митохондрий.

2. Хемиосмотическая (протондвижущая) концепция (Митчелл). Предусматривает переход химической энергии , которая освобождается в процессе переноса электронов, в электрическую энергию мембранного потенциала , а затем преобразование последней в химическую энергию связей АТФ. Согласно теории, внутренняя мембрана митохондрий обладает высоким электрическим сопротивлением и низкой проницаемостью для заряженных частиц. О – В ферменты , которые составляют дыхательную цепь, располагаются поперек внутренней мембраны митохондрий. В ней содержится также система ферментов – протонных насосов, приводимых в действие потоком электронов в дыхательной цепи. Используя энергию, «насосы» выкачивают протоны из матрикса в межмембранное пространство. Наружная сторона мембраны получает положительный заряд. В матриксе митохондрии при этом образуется избыток ОН^- , внутренняя сторона мембраны заряжается отрицательно. Таким образом, на сопрягающей мембране вместе с градиентом концентрации протонов (∆ рН ) возникает градиент электрического потенциала (∆ψ). Внутренняя мембрана митохондрий подобна конденсатору, ее поверхность – обкладкам конденсатора, которые разделены слоем изолятора – липидов. Обратный поток протонов по градиенту их концентрации к матриксной стороне мембраны осуществляется через АТФ – синтетазный комплекс. Именно этот поток протонов служит движущей силой для синтеза АТФ. Согласно теории на каждые два протона, прошедшие через мембрану, синтезируется одна молекула АТФ. Следовательно, цепь переноса электронов должна содержать три протонных насоса, соответствующих трем участкам фосфорилирования. В результате при переносе двух электронов образуется три молекулы АТФ. АТФазный комплекс митохондрий состоит из растворимой АТФазы (фактор F₁) и мембранных компонентов (комплекс F₀). Фактор F₁ обладает сложной четвертичной структурой: состоит из пяти типов субъединиц: α,β,γ,δ,ε. Основные каталитические свойства фактор F₁ обеспечиваются α- и β- субъединицами. Активный центр локализуется вблизи их контакта, находится на β- субъединице. На α- субъединице фермента располагается нуклеотидсвязывающий центр, обладающий высоким сродством к субстратам – АДФ и Ф_н . Роль γ- и δ –субъединиц состоит в осуществлении связи между фактором F₁ и остальными компонентами АТФазного комплекса. ε- субъединица играет роль природного ингибитора АТФазной активности. В состав комплекса F₀ входят четыре типа полипептидов: белок, фактор F₂, фактор F₆ , протеолипид.

3. Конфирмационная концепция. Она рассматривает работу митохондрий по аналогии с работой мышцы. Митохондрии могут сокращаться и расслабляться. Химическая энергия окисления сначала используется для совершения механической работы и лишь потом превращается в химическую энергию АТФ.