Вопрос № 43

ФАД-зависимые дегидрогеназы и их субстраты. Строение окисленной и восстановленной форм ФАД. Путь электронов в дыхательной цепи от субстратов, окисляемых ФАД-зависимыми дегидрогеназами. Коэффициент Р/О.

Дегидрогеназы окисляют субстрат путем отнятия водорода. Со-ферментная часть дегидрогеназ представлена флавиновыми нуклеотидами (ФМН, ФАД). Флавиновые дегидрогеназы могут быть и анаэробными, и аэробными. Окисление с участием флавиновых дегидрогеназ аэробного типа, как правило, ведет к образованию пероксида водорода. Эти дегидрогеназы могут быть названы и оксидазами из-за их взаимодействия с кислородом. Флавиновые дегидрогеназы отличются большим разнообразием окислительно-восстановительного потенциала, они нередко содержат металлы - медь, молибден, железо.

ФАД-зависимые субстраты тканевого дыхания – сукцинат, глицерол-3-фосфат, ацил~КоА и некоторые другие. Водород от ФАД-зависимых субстратов передаётся на II-й комплекс дыхательной цепи.

Механизм переноса электронов и образования воды

Электроны могут поступать в ЦПЭ от НАДН+Н⁺ и ФАД∙Н₂.

От ФАД∙Н₂ – на Q10.

Он становится QH₂.

От QH₂ по системе цитохромов передаются только электроны, а протоны поступают матрикс и идут на восстановление воды.

На этом тканевое дыхание заканчивается.

НАДН-ДГ

ФМН

FeS

Роль передачи электронов в синтезе АТФ

В начало цепи поступают электронов, богатые энергией.

В процессе переноса из-за разности ОВ-потенциала они теряют эту энергию на каждом участке (около 200 кДж). Этого хватило бы на синтез 4 молекул АТФ, но синтезируется всего 3. Остальная энергия рассеивается для поддержания температуры тела.

Больше всего свободной энергии выделяется в трех участках. Они называются участками сопряженного синтеза АТФ (I, III, IV ФК).

Свободная энергия Гиббса, которая выделяется при переносе электронов в трех участках. Направлена на выталкивание протонов из матрикса в межмембранное пространство.

В результате наружная сторона внутренне мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно.

Создается трансмембранный электрохимический протонный градиент. Он необходим для последующего синтеза АТФ.

Протоны по своему градиенту стремятся вернуться назад в матрикс. Но внутренняя мембрана для них не проницаема, и они возвращаются в матрикс через специфический F1-комплекс (АТФ-синтаза, V ФК).

F1-комплекс состоит из двух частей:

• F0 – канал в мембране (из 6 субъединиц)

• F1 = фермент АТФ-синтаза – синтез АТФ при прохождении протонов (6 субъединиц).

Каждая пара протонов, проходящая через F1-комплекс, активирует АТФ-синтазу, которая синтезирует 1 молекулу АТФ.

Таким образом, если е^- и Н⁺ поступают в начало цепи (от ФАД∙Н₂), то в процессе сопряженного синтеза образуется 2 АТФ.

Следовательно, за счет 4 реакций ЦТК синтезируется 11 АТФ (3х3+1х2).

Коэффициент фосфорилирования (р/о) - количество АТФ, которое образуется при переносе электронов к одному атому кислорода. Он может быть равен 3, 2, 1.

Вопрос №44

Современные представления о механизме окислительного фосфорилирования. Хемоосмотическая теория Митчелла.

Теорию создания протонного градиента и его роль в синтезе АТФ создал Митчелл (хеми-осмотическая теория):

«Компоненты дыхательной цепи расположены строго определенным образом так, что при передаче пары электронов по ЦПЭ энергия, вылеляющаяся в трех участках, направлена на выталкивание протонов в межмембранное пространство. В результате создается трансмембранный электрохимический протонный градиент – движущая сила синтеза АТФ» (путем окислительного фосфорилирования).