ЛЕКЦІЯ №11 на тему:

БІОЕНЕРГЕТИКА

1. Будова мітохондрій;

2. Типи внутрішньомітохондріальних білків;

3. Електронтранспортний ланцюг;

4. Окисно-відновні потенціали;

5. Дихання мітохондрій;

6. Гіпотези окисного фосфорилювання;

7. Будова АТФ-синтази

Біоенергетика – наука про перетворення енергії

1.Будова мітохондрій

Біоенергетичні функції

1. Окисне фосфорилювання

   • Дихальний ланцюг

   • Гіпотези окисного фосфорилювання

2. Транспорт іонів

   • Нагромадження іонів кальцію

   • Набухання мітохондрій

-Апоптоз

БУДОВА МІТОХОНДРІЙ

Мітохондрії – це везикулярні структури, діаметром 0,5-1,0 мкм, двомембранні органели. Внутрішня мембрана яких утворює складки, тобто кристи, які оточують матрикс. На внутрішній мембрані локалізовані грибоподібні структури - це H+-АТФаза, або АТФ-синтаза.

Трансформація енергії відбувається на внутрішній мембрані, яка має велику кількість крист, кількість і поверхня яких безпосередньо пов'язані з інтенсивністю клітинного дихання.

Серед специфічних особливостей внутрішньої мембрани слід відзначити наявність кардіоліпіну – фосфоліпіду, який забезпечує дуже низьку проникність для іонів.

СПІВВІДНОШЕННЯ КОМПОНЕНТІВ МЕМБРАН

Відносний вміст білків та ліпідів (%) в деяких мембранах

ДФГ – міститься у внутрішній мембрані мітохондрій, хлоропластів, рідко в бактеріях.

ФОСФОЛІПІДИ

2.Типи внутрішньомітохондріальних білків

Внутрішня мембрана містить білки трьох типів:

1. Білки електронтранспортного ланцюга (флавопротеїни, цитохроми, убіхінон), які формують мультиферментні комплекси та інтегрально включені в мембрану.

2. Ферментний комплекс, який називається АТФ-синтазою (FoF1-АТФаза). З боку внутрішньої мембрани, яка повернута в матрикс (М-бік), за допомогою електронної мікроскопії виявлено грибоподібні утвори, які являють собою каталітичні одиниці АТФазного комплексу.

3. Специфічні транспортні білки, які регулюють перенесення метаболітів чи в матрикс, чи з матриксу.

Матрикс містить розчинні ферменти циклу трикарбонових кислот (Цикл Кребса) й ферменти розщеплення жирних кислот, а також ДНК і рибосоми

Запасання енергії в мітохондріях (окисне фосфорилювання)

Субстрат + кисень ® продукти окисненя

АДФ + H3PO4 ® АТФ

ВІДНОВЛЕННЯ АТФ

3.Електронтранспортний ланцюг

Окисний процес у мітохондріях починається з утворенням в матриксі достатньої кількості ацетил-КоА з пірувату й жирних кислот.

На певних стадіях циклу Кребса виділяються атоми водню Н, які відновлюють такі коферменти, як НАД і ФАД.

Для неперервного й повного біологічного окиснення ці коферменти мають окислюватися за участю специфічних переносників електронів, які утворюють електронтранспортний ланцюг (дихальний ланцюг).

У цих реакціях електрони, які переносяться при окисненні від НАД і ФАД, зв'язуються молекулярним киснем, а енергія, що звільняється при цьому, використовується для синтезу АТФ з АДФ і Фн – цей процес називається окисним фосфорилюванням.

Сумарна екзергонічна реакція:

Сумарна ендергонічна реакція фосфорилювання:

Дихальний ланцюг МХ складається з більше ніж 20 різних переносників і багатьох структурних білків. Завдяки детергентам (солі жовчних кислот, холат) дихальний ланцюг мітохондрій розділяють на 4 комплексів – І, ІІ, ІІІ, ІV.

Комплекси І, ІІІ, ІV є складними інтегральними білковими структурами, які виконують роль вузлів сполучення, де перенесення електронів спричиняє перекачування протонів з матриксу в міжмембранний простір, закиснюючи його.

Комплекси ІІ є локалізований на поверхні ПМ.

Комплекс І (НАДН-дегідрогеназа) - каталізує перенесення двох електронів НАДН до убіхінону UQ10, з цим процесом пов'язане перекачування протонів у міжмембранний простір.

Комплекс І є найбільшим серед білкових комплексів внутрішньої мембрани МХ (850 кДа), складається з 16 субодиниць, більшість яких не бере участі в редокс-перетвореннях.

НАДН окиснюється на поверхні мембрани через ФМН-вмісний фермент. Комплекс І містить 20 атомів Fe у п'яти Fe-S-центрах. Активність цього комплексу інгібується пірицидином.

Комплекс ІІ (сукцинатдегідрогеназа) - в цьому комплексі електрони переносяться електрони на убіхінон UQ10, без перекачування протонів у міжмембранний простір.

Комплекс ІІ локалізований на поверхні мембрани.

Комплекс ІІ є найменшим серед білкових комплексів внутрішньої мембрани МХ (97 кДа), складається з 4 субодиниць – 2 великі субодиниці утворюють сукцинатдегідрогеназу, містить цитохром b.

Комплекс ІІІ (убіхінон-цитохром с-оксидоредуктаза) - містить 8 білкових субодиниць, переносниками електронів у цьому комплексі є два цитохроми b, цитохром с1, білок з негеміновим білком (білок Ріске) .

Комплекс ІІІ – молекулярна маса – 280 кДа, інгібується антиміцином А.

Комплекс ІV (цитохром с-оксидаза) - кінцевий комплекс каталізує відновлення О2 до Н2О. Електрони від комплексу ІІІ постачаються рухомим цитохромом с, який є переферійним білком міжмембранного

простору .

Це невеликий білок (13 кДа). Гем-група виконує роль каркасу, на яку намотаний поліпептидний ланцюг, і перенесення електрона на Fe3+ у гем-групі відбувається з поверхні білкової групи.