Marri_i_dr_-_Biokhimia_cheloveka_tom_1

брану в виде четырех белково-липидных комплексов дыхательной цепи. На этом основании был сделан

вывод об определенной пространственной ориента­

ции этих комплексов в мембране. Цитохром (' являе­

тся единственным растворимым цитохромом и на­

ряду с коферментом Q служит относительно моби­

льным компонентом дыхательной цепи, осуществ­ ляющим связь между фиксированными в простран­

стве комплексами (рис. 13.6).

РОЛЬ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

В УЛАВЛИВАНИИ ЭНЕРГИИ

Молекулой, улавливающей часть свободной эне­ ргии, высвобождаемой в катаболических процессах.

в виде высокоэнергеТИ'lеских фосфатов служит ADP.

Образующийся в результате АТР поставляет затем свободную энергию далее для осуществления эне­ ргозависимых процессов. Поэтому АТР можно на­

звать эиергетической «валютой)) клетки (см. рис.

11.8).

За счет гликолиза образуются две высокоэнерге­ тические фосфатные группы; их энергия равна при­ мерно 61 кДж· моль- r глюкозы (см. табл. 18.1). По­

скольку при полном сгорании глюкозы выделяется

примерно 2780 кДж, доля энергии, улавливаемой в ходе гликолиза путем фосфорилирования. весьма невелика. Реакции цикла лимонной кислоты. кото-

рыми завершается процесс полного окисления глю­

козы. включают еще одну стадию фосфорилирова­

ния; она сопровождает превращение сукцинил-СоА в сукцинат, что обеспечивает образование еще двух

высокоэнергетических фосфатов на 1 моль глюкозы. Все рассмотренные выше реакции фосфорилирова­ ния происходят иа субстраmом уровне. Оценка эффективности улавливания энергии интактными митохондриями показывает. что при окислении суб­

стратов, идущем с участием NАD-зависимых дегид­ рогеназ и дыхательной цепи. происходит ВК.:lючение

3 молей неорганического фосфата в АОР и образуе­ тся 3 моля Атр на 1/2 моля потребленного кислоро­ да. Отношение Р·: О = 3 (рис. 13.6). Н то же время

при окислении субстрата через Флавопротеиновую

дегидрогеназу образуется только 2 моля АТР. т.е. Р : О = 2. Эти реакции называют реакциями окисли­ тельного фосфорилироваиии на уровие дыхателыlOЙ цепи. В результате процессов деГИДРОГСНИРОВё1НИЯ

при катаболизме глюкозы на путях гликолиза и ци­

кла лимонной кислоты. завершаюшихся окислитель­ ным фосфорилированием. вместе с фосфорилирова­ нием на субстратном уровне улавливается в виде вы­ сокоэнергетических фосфатов примерно 42% сво­ бодной энергии сгорания глюкозы. Очевидно. что образование АТР в основном происходит за счет функ­

ционироваиии дыхательной цепи.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ

Скорость дыхания митохондрий может контро­ лироваться концентрацией АОР. Это обусловлено

тем, что окислеиие и фосфорилирование жестко сопря­

жены, т. е. функционирование дыхательной цепи не

может осуществляться, если оно не сопровождается

фосфорилированием АОР. Чанс и Уильямс предло­

жили рассматривать 5 состояний, при которых ско­ рость дыхания митохондрий лимитируется опреде­

ленными факторами (табл. 13.1).

Обычно большая часть клеток, находящихся в покоящемся состоянии, пребывает в состоянии 4.

при котором скорость дыхания определяется до­

ступностью АОР. Энергия, необходимая для совер­

шения работы, поставляется за счет превращения АТР в АОР; в результате создаются условия для уве­

личения скорости дыхания, что в свою очередь при­

водит к восполнению запасов АТР (рис. 13.7). Оче­

видно, что при определенных условиях на скорость

работы дыхательной цепи может влиять и концен­

трация неорганического фосфата. При повышении скорости дыхания (вызванном, например, физиче­ ской работой) клетка приближается к состоянию 3 или состоянию 5: либо исчерпываются возможно­ сти дыхательной цепи. либо величина Ро опус~ается

ниже знач~ния КМ дЛЯ цитохрома аз• Скорость­

лимитирующим фактором может оказаться

АТР/АОР-транслокатор (см. 138), обеспечива­

ющий поступление АОР из цитозоля В митохондрии.

Таким образом, механизм, с помощью которого

улавливается с~ободная энергия окисления пищевых продуктов. является ступенчатым, эффективным (4{}-45%) и регулируемым, а не взрывоподобным, неэффективным и неконтролируемым. Часть сво­

Таблица 13.1. Состояния дыхательного контроля

Состояния Факторы, лимитирующие скорость ДыХilНllЯ

пропадает напрасно - у теплокровных животных

она используется для поддержания температуры те­

ла.

ИНГИБИТОРЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

И ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

Значительная информация о дыхательной цепи

была получена при использовании различных инги­

биторов; предполагаемые места их действия показа­ ны на рис. 13.6. Ингибиторы можно разделить на 3 группы: ингибиторы собственно дыхательной це­ пи, ингибиторы окислительного фосфорилирования и разобщители окислительного фОСфОРИJ1ирования.

Ингибиторы, блокирующие дыхательную цепь,

по-видимому, действуют в трех местах. Одно из них ингибируется барбнтуратамн (например, амобарбнта­ лом), а также антибиотиком пиернцнднном А и роте­ ионом 1. Эти ингибиторы препятствуют окислению

субстратов, которые поставляют восстановительные

эквиваленты в дыхательную цепь при участии NAO-

Рис. 13.8. Дыхательный контроль в митохондриях. Экспе­

римент Л: исходный уровень дыхания в состоянии 4. добав­

ление ЛDР приводит к ускорению дыхания. После фосфо­ рилирования экзогенного ЛDР с образованием ЛТР дыха­ ние возвращается к уровню состояния 4. Добавление разоб­ щителя, например динитрофенола, вызывает дыхание, не сопряженное с фосфорилированием. В эксперименте Б до­ бавление олигомицина блокирует фосфорилирование экзо­ генного ЛDР. а также дыхание. Последующее добавление

разобщителя вызывает дыхание, не сопряженное с' фосфо-

рилированием.

зависимых деl"идрогеназ,- примером таких суб­

стратов является гидроксибутират.

Димеркапрол и антимиции А ингибируют дыхате­ льную цепь на участке между цитохромом h и цитох­

ромом с. Классические яды-Н1S, окись углерода

и циаиид - ингибируют цитохромоксидазу. Карбок­ снн и TTFA (теноилтрифторацетон) специфически ингибируют переход восстановительных эквивален­ тов от сукцинатдегидрогеназы на кофермент Q. а ма­ лонат является конкурентным ингибитором сукци­

натдсгидрогеназы.

Антибиотик олигомиции полностью блокирует окисление и фосфорилирование винтактных мито-· хондриях. Однако если вместе с олигомицином до­ бавить к системе разобшитель днннтрофенол. то оки­ сление протекает, но без фосфорилирования. Это

означает, что олигомицин не действует непосред­

ственно на дыхательную цепь, а подавляет стадию

фосфорилирования (рис. 13.8).

Атрактнлозид ингибирует окислительное фосфо­ рилирование. блокируя транспорт адениновых ну­

клеотидов через внутреннюю митохондриальную

мембрану. Он ингибирует траНСПQРТ АОР в мито­

хондрии И выход АТР из митохондрий (рис. 13.16).

Разобщители нарушают систему сопряжения про­ цессов окисления в дыхательной цепи и фосфорили­ рования. В этих условиях процесс дыхания происхо­

дит неконтролируемым образом, поскольку концен­ трации АОР или Р, не являются лимитирующими.

МЕХАНИЗМ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

Для объяснения механизма сопряжения окисле­

ния и фосфорилирования были выдвинуты две при­

нципиальные гипотезы. Химическая гип~те]а посту­

лирует прямое химическое сопряжение на всех ста­

диях процесса, как при образовании АТР в процессе

гликолиза. Предполагается, что сушествует интер­

медиат, богатый энергией (1 -- Х). связываюший

процессы окисления и фосфорилирования. Посколь­

ку 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. Rodwel1 and Mayes.. 1979). Хемиосмотическая теория

постулирует, что при окислении компонентов дыха­

тельной цепи генерируются ионы водорода, которые

выходят на наружную сторону сопрягающей мито­ хондриальной мембраны. Возникающая в результа­

те асимметричного распределения ионов водорода

(протонов, Н+) разность электрохимических потен­ циалов используется для приведения в действие ме­

ханизма образования АТР.

Были выдвинуты и другие гипотезы; согласно од­

ной из них, энергия окисления запасается в форме из­ менения конформации молекул, а затем используе­ тся для rснерирования богатых энергией фосфатных

связей.

Хемиосмотическая теория

Согласно Митчеллу. первичным событием в оки­ слительном фосфорилировании является транслока­

ция протонов (Н +) на наружную сторону сопрягаю­

щей мембраны (внутренней митохондриальной мем­

браны), осуществляемая за счет процесса окисления в дыхательной цепи. При этом предполагается, что

мембрана непроницаема для ионов вообще, особен-

но для протонов. которые накапливаются на нару­

жной стороне мембраны. создавая по обе стороны

мембраны разность электрохимических п~тенциа~ов

(.1 Jl н'), Она складывается из химического потен­

циала (разность рН) и электрического потенциала.

Разность электрохимических потенциалов обеспечи­ вает действие локализованной в мембране АТР­

синтаЗLl (или обращение процесса, катализируемого

локализованной в мембране АTP-гидролазоЙ). кото­

рая в присутствии Р; + АОР синтезирует АТР (рис.

13.9). Таким образом. нет необходимости в высо­ коэнергетическом промежуточном соединении, об­ щем для процессов окисления и фосфорилирования.

как это постулирует химическая гипотеза.

Предполагается. что дыхательная цепь в

мембране уложена в виде трех окислительно-вос­

становительных (о/в) петель, которые образова­

ны комплексами 1, 111 и IV соответственно. Идеали­

зированная петля. состоящая из переносчиков водо­

рода и переносчика электронов. показана на рис.

13.10. Возможная конфигурация дыхателъной цепи.

уложенной в три функциональные 0/8 петли, показа­ Юl на рис. 13.11.

Согласно этой схеме, перенос каждой пары элек-

2Н+

тронов от NADH на кислород сопровождается транслокацией 6 протонов с внутренней на нару­

жную сторону митохондриальной мембраны. Сна­

чала NADH отдает один протон и два электрона, ко­

торые вместе с еще одним протоном из матрикса ми­

тохондрии восстанавливают FMN в FMNH,. FMN

являегся частью большого белкового комnлек~, про­

низывающего всю толщу мембраны. что позволяет

ему высвободить два протона на наружной стороне мембраны. а затем возвратить два электрона на вну­

треннюю сторону при участии FeS-белков, которые

при этом восстанавливаются. Каждый восстанов­

ленный FeS-комплекс отдает один электрон молеку­

ле убихинона (Q). которая, принимая протоны с вну­

тренней стороны мембраны. превращается в QH,.

QH:!, будучи липидрастворимой небольшой моле­

кулой. легко перемещается к наружной стороне мем­ браны. где освобождает пару протонов, а два элек­

трона передает следующему переносчику дыхатель­

ной цепи- цитохрому Ь. Этот переносчик (в виде комплекса цитохромов bS66 и ьsы) также, как пола­

гают, пронизывает митохондриальную мембрану: это позволяет ему передавать электроны другой мо­

лекуле убихинона. которая одновременно присоеди-

ЦИТОЗ0Л" 8нутренн.... М.трикс

сн.ружи, с-сторон. МИТОХОНАРИIl1..Н... мембран. (8НУТРИ, м-сторон.)

NAO+

2Н+

2Н+

··С

е-

н+

е-

"O"-ЦИКn

Рис. 13.11. Возможная конфигурация о / в пе­

тель в дыхательной цепи (хеМИОСМОТlfческая

теория). Схема в значительной мере имее1 предположительный характер; это особенно

относится к облаqи, где происходит взаимо­

действие Q с ЦItТОХРОМОМ Ь, поскольку приро­

да интермедиатов и их относительное распо­

ложение точно не известны. Возможно. что

в данном случае функционирует «Q-цик.'I». обеспечивающий транслокацию про:rонов.

с участием семихинона (отмечен звездочкой), как указано. Ifa рисунке справа. На обеих сто­ ронах мембраны семихltllOН фиксируется Q- связывающими белками, тогда как QH2 и Q являются мобильными. Цитохромы распо­

ложены в последовательности Ь, С•• С, а. аз

(последний является частью цитохрома ааз" ПРОНlIзывающего мембрану). FeS-желе­ З(J-серный белок. Недавно полученные дан­

ные свидетельствуют о том, что цитохром

с-оксидоредуктаза работает как протонная

помпа (см. рис. 13.9).

няет еще два протона из матрикса. QH2 совершает

еще один челночный рейс на наружную поверхность,

где освобождаются два протона, а два электрона

передаются двум молекулам цитохрома ('. Недавно

постулированный Q-цикл, в пользу которого получе­ ны убедительные данные (рис. 13.11), предполагает, что семихинон QH2 является Н-переносящим компо­ нентом двух о/в петель. Далее электроны прохоД~т оставшуюся часть цитохромной цепи по мембране

до цитохрома aJ, находящегося на внутренней сторо­

не мембраны. Здесь два электрона соединяются

с двумя протонами (Н +) из матрикса и атомом ки­

слорода, образуя воду.

Внутренняя Мембрана содержит ряд белков­ ферментов дыхательной цепи, уложенных в мембра­

не по соседству друг с другом, как показано на рис.

13.11. При этом на поверхности внутренней мембра­

ны находятся фосфорилирующие субъединицы, от­ ветственные за образование ДТР (рис. 13.12). Они со­ стоят из нескольких белков, в совокупности обра­

зующих F.-субъединицу; последняя выступает в ма­

трикс и представляет собой ДТР-синтазу (рис. 13.9).

F.-субъединицы с помощью «стебелька» связаны

с мембранной белковой субъединицей Fo, пронизы­

вающей, вероятно, всю мембрану (рис. 13.9). При прохождении через (Fo- F.)-комплекс пары прото­ нов из ДОР и Р. образуется одна молекула ДТР. Ин­ тересно, что сходные фосфорилирующие субъедини­ ЦbI находятся на внутренней стороне плазматиче­

ской мембраны бактерий и на наружной стороне ти­

лакоидной мембраны хлоропластов. Важно отме-

тить, что В митохондриях И бактериях градиент про­

тонов направле~ снаружи внутрь, тогда как в хлоро­

пластах он имеет противоположное направление.

Представления о механизме сопряжения транс­ локации протонов с синтезом ДТР анизотропной (векторной) ДТР-синтазной системой имеют в зна­

чительной мере предположкrелъный характер. Модель,

предложенная Митчеллом, показана на рис. 13.13. Пара протонов атакует один из атомов кислорода молекулы Pj , при этом образуются Н2О и активная

форма Pj , которая сразу же соединяется с АОР, обра­

зуя АТР. Согласно данным представлениям, синтез

ДТР не является главной энергопотребляющей ста­

дией; скорее такой стадией является освобождение ДТР из активного центра, которое, вероятно, связа­ но с конформационными изменениями субъединицы

F •.

В пользу хемиосмо:rической теории говорят сле­

дующие экспериментальные данные:

1. Добавление протонов в среду, в которой нахо­

дятся митохондрии; приводит к образованию АТР.

2. Окислительное фосфорилирование не проис­

ходит в растворимых системах, в которых не может

функционировать векторная ДТР-синтаза. Для про­

текания окислительного фосфорилирования необхо­ дима замкнутая мембранная система (рис. 13.9).

3. Компоненты дыхательной цепи уложены в мембране упорядоченно, «бок о бок», поперек мем­

браны, как предусматривается хемиосмотической

теорией (рис. 13.11).

4. Коэффициент Р: Н+ для АТР-синтазы равен

Эти данные коррелируют с наличием трех о/в петель

дыхательной цепи.

Хемиосмотическая теория позволяет объяснить следующие феномены:

1. Феномен дыхательного контроля. Разность электрохимических потенциалов по обе стороны мембраны, возникающая вследствие транслокации протонов. ингибирует дальнейuuий транспорт вос­

становительных эквивалентов по дыхательной цепи

до тех пор, пока не произойдет обратная транслока­ ция протонов через мембранную векторную АТР­ синтазу. Этот процесс в свою очередь зависит от на­ личия АОР иР•.

2. Действие разобщителей. Эти соединения (на­ пример. динитрофенол) являются амфипатическими

(см. с. 164) и повышают проницаемость мембраны

для протонов (рис. 13.9), тем самым понижая элек­ трохимический потенциал и выключая АТР-синтазу по типу короткого замыкания. В этом случае окисле­ ние может происходить без фосфорилирования.

3. Функционирование митохондрвальиыx систем

обменного транспорта (см. ниже). Этот феномен мо­ жно рассматривать как условие функционирования сопрягающей мембраны, которая должна быть не­

проницаема для протонов и других ионов для того,

чтобы поддерживать электрохимический градиент. В мембране работают также системы диффузионно­ го обмена анионов на ионы ОН- и катионов на ионы Н+. Такие системы необходимы для ввода и вывода ионизированных метаболитов при сохранении элек­

трической и осмотической нейтральности.

Митохондриальные мембраны и локализация

важных ферментов в митохондриях

Митохондрии имеют наружную мембрану, про­

ницаемую для большинства метаболитов. и избира­

тельно проницаемую внутреннюю мембрану со мно­ жеством складок (крист), выступающих в сторону

матрикса (внутреннего пространства митохондрии) (рис. 13.12). Наружная мембрана может быть удале­ на путем обработки дигитонином; она характеризуе­

тся наличием моноаминоксидазы и некоторых дру­

гих ферментов (например. ацил-СоА-синтетазы, гли­ церофосфат-ацилтрансферазы, моноацилглицерофо­ сфат-ацилтрансферазы. фосфолипазы А2). В меж­

мембранном пространстве находятся аденилаткина­

за и креатинкиназа. Во внутренней мембране лока­ лизован фосфолипид кардиолипин.

В матриксе находятся растворимые ферменты

цикла лимонной кислоты и ферменты J3-0кисления

жирных кислот; в связи с этим возникает необходи­

мость в механизмах транспорта метаболитов и ну­ клеотидов через внутреннюю мембрану. Сукцинат­

дегидрогеназа локализована на внутренней поверх­

ности внутренней митохондриальной мембраны, где

она передает восстановительные эквиваленты дыха­

тельной цепи на уровне убихинона (минуя первую о/в петлю). 3-Гидроксибутиратдегидрогеназа также

локализована на матриксной стороне внутренней

митохондриальной мембраны. Глицерол-3-фос­

фат-дегидрогеназа находится на наружной по­

верхности внутренней мембраны, где она участвует в функционировании ГЛlщерофосфатного челночно­

Окuслиmелыше ФОСФОРU.fuрованuе u перенос электронов

Цитозоп.. Митохондрмя

137

R FAD

I.

FADH 2

~

Д..IХlтеп....м цеп..

Окисление внемитохо'"Идриального NADH

при участии субстратных челночных механизмов

NADH не может проникать через митохондриа­

льную мембрану; он непрерывно образуется в цито­ золе глицеральдегидфосфатдегидрогеназой, одним из ферментов гликолиза (см. рис. 18.2). Вместе с тем при аэробных условиях внемитохондриальный NADH не накапливается; он окисляется в дыхатель­ ной цепи митохондрий. Для объяснения этой ситуа­ ции предложено несколько механизмов. Они предпо­

лагают перенос восстановительных эквивалентов че­

рез митохондриальную мембрану при участии пар

субстратов, связанных соответствующими дегидро­

геназами. Необходимо~ чтобы с обеих сторон мито­

хондриальной мембраны находилась специфическая дегидрогеназа. Перенос восстановительных эквива­ лентов при участии гл~рофюсфатиorо челиочио~о механизма показан на рис. 13.14. Следует отметить, однако, что, поскольку митохондриальный фермент

связан с дыхательной цепью через флавопротеин,

а не через NAD. на каждый потребленный атом ки­ слорода образуется только две, а не три молекулы

реоидэктомии и повышается после введения тирок­

сина. Такой челночный механизм работает в летате­

льной мышце насекомых, в белых мышцах и играет

важную роль в печени, однако в других тканях (на­

пример, в сердечной мышце) митохондриальная гли­

церол-3-фосфат-деrидрогеназа отсутствует. Пола­

гают, что более универсальной является транспорт­

ная система, использующая малат и цитозольную

и митохондриальную малатдегидрогеназы. Система

«мал8ТВОГО челночного механизма» показана на рис.

13.15. Сложность этой системы обусловлена тем, что

митохондриальная мембрана непроницаема для ок­

салоацетата, поэтому через митохондриальную си­ стему в цитозоль транспортируются а-кетоглутарат

и аспартат, которые о~разуются в результате реак­

ции переаминирования оксалоацетата с глутаматом;

в цитозоле из а-кетоглутарата вновь образуется ок­

салоацетат.

Энергозависимый ионный транспорт

вмитохондрия;х

Вактивно дышащих митохондриях, в которых

идет окислительное фосфорилирование, накапли­

ваются и поддерживаются на определенном уровне

катионы К+, Na+, Са2 + и Mg2+, а также Pj • Разоб­

не только от транспорта малата, но также и от

транспорта неорганического фосфата. Переносчик адениновых нуклеотидов обменивает АТР на ADP, но не на АМР. Жизненно важной задачей является обеспечение выхода АТР из митохондрий для после­

дующего использования вне митохондрий и одно­

временного притока ADP дЛЯ образования АТР вну­

три митохондрий (рис. 13.17). Ионы Na + могут об­

мениваться на ионы Н+ за счет градиента протонов. Полагают, что при активном транспорте ионов Са2+ внутрь митохондрий происходит перенос еди­

ничного положительного заряда на каждый ион, что,

Системы транспорта (рис. 13.16)

Внутренняя бйслойная митохондриальная мем­

брана свободно проницаема для незаряженных небо­ льших молекул, таких. как кислород, вода, СО2 и NНз,

а также для монокарбоновых кислот, таких, как 3-

гидроксимасляная, ацетоуксусная и уксусная. Длин­

ноцепочечные жирные кислоты транспортируются

в митохондрии с помощью карнитиновой системы

(см. рис. 23.1); имеется также специальный перенос­

чик пирувата, функционирующий по принципу сим­

порта, использующего градиент протонов с нару­

жной на внутреннюю поверхность митохондриаль­

ной мембраны. Транспорт дикарбоксилатных и три­

карбоксилатных анионов, а также аминокислот осу­

ществляется с помощью специальных систем пере­

носа, облегчающих их прохождение через мембрану. Монокарбоновые кислоты легче проникают через мембрану вследствие меньшей степени их диссоциа­

ции; недиссоциированная форма кислоты имеет бб­

льшую растворимость в липидах, и, как полагают,

именно в этой форме монокарбоновые кислоты про­

ходят через липидную мембрану.

Транспорт ди- и трикарбоксилатных анионов тес­ но связан с транспортом неорганического фосфата, который легко проникает через мембрану в форме

ионов Н2РО"4 в обмен на Ofl-. Малат переносится

системой транспорта дикарбоксилатов в обмен на перенос неорганического фосфата в обратном на­

правлении. Перенос цитрата, изоцитрата и цис­ аконитата системой транспорта трикарбоновых ки­

слот происходит в обмен на перенос малата в обрат­

ном направлении. а-Кетоглутарат также поступает

в обмен на малат. Таким образом, в результате ра­

боты обменных механизмов подцерживается осмо­

тическое равновесие. Следует отметить, что перенос

цитрата через митохондриальную мембрану зависит

Н2РО4 --~~~~~~-.

N-Этилмалеимид

ГИДРОКСИЦИННIМат

ПИРV8lТ- ----IPIIIII.....--=---1---t~

АтраКТИЛО3МА

Рис. 13.16. Транспортные системы МIfТОХОНДРИальной мем­ браны. 1--псреRОСЧИК фосфата. 2-симпорт пирувата. 3 - переносчик дикарбоксилатов, 4 - псреНОСЧIfК трИlШр­ боксилатов, 5- переносчик а-кетоглутарата. 6-- переНОСIJИI\: адениновых нуклеотидов. N-Этилма.'1еИМIIД, ГИДРОКСИUИlIнамат и атрактилозид Иllгибируют (е) указан­ ные системы. Имеются также (на рисунке не показаны) си­ стемы переноса аспартата и глутамата (см. рис. 13.15), глу-

тамина. ОРlIитина, карнитина (см. рис: 23.1)

митохондриan~аА

мембplна

--4~+------. АDРЗ-

РГ ----ho--.c+-------------

1

----~~------~H+

Рис. 13.17. Совместное деЙС1вие переносчика фосфата (1)

и переносчика адеllИНОВЫХ НУК!1СОТИДОВ (2) в системе СИIIТе.­ за АТР. Симпорт H i /Pj эквивалеmсн aHTIfJlOplY

показаюlOМУ на рис 13.16: lIа каждую экспортированную из МИТОХОНl1.fНfJf молекулу АТР в митохондрию поступаюI ТРIl пrютона. Если жс АТР исllO....ЬзуеТся внутри МIПОХQНД­

рин, то постуоают ТОЛl,ко два протона. 31(\ модель преду­

сма1Jшвае1 стехиомеrrшчсско(' соотношение: 3 псрснеССII­

ных протона на Э.'1СКТРОIIНУЮ пару на каждом участкс со··

пряжеllИЯ (8 ОТЛllчие 01 IIfrtОТСЗЫ Кросса, преi1По!шrающей персное TO.;lbKO ДВУХ прОТОНОВ); OH.I не ПРОТИНОl'ечltт перво­ начаJIЫЮЙ rиI10ТСЗ~ Митчелла (рис. 13.11) (2- протона ш\ каждую электронную пару на каждом ytJaC1 ке сопряжения)

при 3liзчеюш 01НОШСНИЯ Р/О, равном 2 дЛЯ заВИСИМОl о ОКИС:lения и 1,3 Д.'1Й ОКИСЛСНlIЯ СУICЦlIната (по

ХIIНI\ЛlО).

Действие ионофоров

Соединения, о которых идет речь. получили свое

название вследствие их способности специфически

связывать определенные катионы и облегчать их

транспорт через биологические мембраны. Эти свой­ ства ионофоров обусловлены их липофильным ха­ рактером, благодаря чему они проникают через ли­ пидные мембраны. в частности через митохондриа-

льную мембрану. Примером служит антибиотик ва­ ЛИНОМИЦИВ. который переносцт К+ через митохонд­ риальную мембрану и тем самым снижает мембран­

ный потенциал между внутренней и наружной сторо­

нами. Нигерицин также действует как ионофор для ионов К+, но в обмен на Н+; в этом случае снижае­

тся градиент рН между сторонами мембраны. При

одновременном присутствии валиномицина и инге­

рицина утрачиваются и мембранный потенциал, и градиент рН, что приводит к полному ингибирова­ нию фосфори~ирования. Классические разобщите­ ли, такие, как динитрофенол, по сути дела являются протонными ионофорами.

Нарушения в работе дыхательной цепи

Состояние фатальной детской митохондриальной

миопатвв И двсфуикц~ почек связано со снижением

содержания или полным отсутствием большинства оксидоредуктаз дыхательной цепи.

ЛИТЕРАТУРА

Cross R. L. ТЬе mechaoism aod regulation of АТР synthesis Ьу F.-АТРаses, Aoou. Rev. Bioehem., 1981,50, 681. "

Р. А. Page 276. 10: Review of Physiological Chemistry, 17th ed., Laoge, 1979.

HateJi У. ТЬе mitoehondrial electron transport and oxidative phosphorylation system, Annu. Rev. Bioche"tn.• 1985, 54, 1015.

Hink/e Р. с., MeCarly R. Е. I-Iow cells make АТР, Sci. Аm. (МассЬ), 1978, 138, 104.

Hink/e Р. с., Уи М. L. Thе phosphorus/oxigen radio of mitochoodrial oxidative phosphorylation. J. Biol. СЬеm.• 1979, 154, 2450.

Mitehell Р. KeiIio's respiratory chain coocept aod its chemiosmotic coosequeoces, Science. 1979, 106, 1148.

Nicholls D. G. Bioeoergetics: Ап lntroduction to the Chemiosmotic ТЬеосу, Academic Press, 1982.

Ту/ег D. D. ТЬе mitoehoodrial АТР syothase, Page 117. Iп: Membraoe Structure and Fuoction, Vol. 5, Bittar Е. Е. (ed.), Wiley, 1984.

Ту/е, D. D., Sullon С. М. Mitochondrial traosportiog systems, Page 181. 10: Membraoe Structure and Functioo, Vol. 5, Bittar Е. Е. (00.), Wiley, 1984.