3 модуль / Lekcija_12_Ruseckaja_Mitochondrial_noe_Okislenie

Лекция № 12.

Тема: «Митохондриальное окисление»

План.

1.Понятие о биологическом окислении.

2.Субстраты митохондриального окисления.

3.Строение цепи переноса электронов

1. Понятие о биологическом окислении.

Биологическое окисление (тканевое дыхание) – это совокупность процессов окисления, сопровождающиеся потреблением кислорода, синтезом воды и выделением энергии, которая необходима организму для осуществления процессов жизнедеятельности.

Электроны передаются к кислороду через цепь переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий, и называются цепью переноса электронов (ц.п.э.).

МИТОХОНДРИЯ содержит ферменты системы переноса электронов и окислительного фосфорилирования, которые участвуют в генерации и аккумуляции энергии.

2. Субстраты митохондриального окисления можно разделить на 3 основные группы:

1.субстраты, окисляемые НАД-зависимыми дегидрогеназами: малат, изоцитрат, лактат, глутамат, β-гидроксибутират, β-гидроксиацил-КоА и др.

2.субстраты, окисляемые ФАД-зависимыми дегидрогеназами: сукцинат, ацил-КоА (активная жирная кислота), глицеролфосфат и др.

3.субстраты, окисляемые мультиферментными комплексами: пируват и α-кетоглутарат.

3.Строение цепи переноса электронов

Впроцессе окисления электроны и протоны от субстрата переходят на кофермент с образованием

его восстановленной формы (НАДН или ФМНН2, ФАДН2). Восстановленные коферменты затем отдают протоны и электроны в ц.п.э. или дыхательную цепь.

ЦПЭ – ферменты и коферменты, расположенные в определенной последовательности во внутренней мембране митохондрии (МХ). Все компоненты цпэ, кроме убихинона являются белками. Все вещества - «звенья цепи» - обладают способностью присоединять и отдавать электроны и существуют в окисленной и восстановленной формах. Окисленная и восстановленная формы вещества называются редокс-пара. Мерой сродства редокс-пары к электрону служит окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) или редокс-потенциал (выражают в вольтах). Чем меньше ОВП, тем меньше сродство вещества к электрону. Чем больше ОВП, тем больше сродство к электрону. Вещества расположены в цпэ по мере увеличения ОВП (см. ниже). Вещества – «звенья цепи» сгруппированы в комплексы: I, III, IV.

Комплекс I – НАДН-дегидрогеназа (ФМН-зависимый фермент), который принимает электроны от НАДН. Сам НАДН, от которого переносятся электроны и протоны, не встроен во внутреннюю мембрану МХ, а находится в матриксе МХ (НАДН-дегидрогеназа может диссоциировать с освобождением НАДН). От НАДН электроны и протоны передаются на ФМН с образованием восстановленного ФМНН2, который передает их дальше на железосерные белки («FeS»). Железосерные белки содержат негеминовое железо (цис-Fe) и передают электроны от ФМНН2 на убихинон (КоQ) с образованием восстановленной формы QH2. Убихинон может также принимать электроны и протоны от восстановленных флавинов ФМНН2 и ФАДН2, образованных приокислении субстратов второй группы.

Комплекс III – QН2-дегидрогеназа – передает электроны от QН2 на цитохромы b, c1 и c. Цитохром с – водорастворимый периферический белок, состоящий из одной полипептидной цепи. В переносе электронов также участвуют «FeS»белки.

Комплекс IV – цитохромоксидаза – комплекс цитохромов а и а3. Этот комплекс содержит «нестандартный» гем А и ионы меди, которые участвуют в переносе электронов на кислород.

Комплекс II – фермент ЦТК – сукцинатдегидрогеназа (СДГ), который, в отличие остальных ферментов цикла Кребса, расположен не в матриксе МХ, а во внутренней мембране. Являясь ФАД-зависимым ферментом, СДГ передает электроны и протоны от сукцината на КоQ.

Таким образом, в клетках происходят реакции трёх основных типов и все окисляемые субстраты можно разделить на 3 группы (см. выше). Для каждой группы субстратов существует своя цпэ: полная, укороченная или редуцированная и удлиненная.

АДФ, Фн АТФ

Схема полной цепи уже рассмотрена, в ней окисляются субстраты первой группы. Субстраты второй группы окисляются ФАД/ФМН-зависимыми дегидрогеназами (ДГ) с образованием восстановленных ФАДН2 или ФМНН2, которые передают электроны и протоны на убихинон, минуя комплекс I.

Субстраты третьей группы (пируват и α-кетоглутарат) окисляются мультиферментными комплексами, состоящими из трех ферментов и пяти коферментов. В процессе окисления протоны

и электроны от пирувата или α-кетоглутарата сначала передаются на окисленную липоевую кислоту, затем восстановленная липоевая кислота окисляется при участии ФАД. И, наконец, восстановленный ФАДН2 окисляется НАД. Восстановленный НАДН отдает электроны и протоны в цпэ через три комплекса I, III, IV. Такая цпэ называется удлиненной, т.к. к полной цпэ достраиваются липоевая кислота и ФАДН2.

Окислительно-восстановительные пары, входящие в дыхательную цепь и значения стандартных восстановительных потенциалов для них

Синтез АТФ из АДФ и Фн с использованием энергии тканевого дыхания получил название окислительного фосфорилирования.