Синтез макроэргических соединений
ГТФ:1,3-Дифосфоглицерат:Фосфоенолпируват:Ацилтиоэфиры:Креатинфосфат:
Макроэргическая связь - это такая ковалентная связь, при гидролизе которой выделяется не менее 30 кДж/моль энергии. Эта связь обозначается знаком ~.
Чрезвычайно важной функцией дыхательной цепи является аккумуляция части освобождающейся энергии в фосфатных связях высокоэнергитических (макроэргических) соединений, главным образом АТФ. Процесс сопряжения тканевого дыхания и образования АТФ получил название ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ.
Окислительное фосфорилирование – способ синтеза АТФ в аэробных условиях путем присоединения к АДФ остатка фосфорной кислоты за счет энергии, выделяемой при транспорте электронов по дыхательной цепи и при участии фермента АТФ-синтетазы.
В главной дыхательной цепи есть только 3 участка, где перенос электронов сопряжен с накоплением энергии, достаточным для образования АТФ: НАД/ФМН; цитохромы b/CC1; цитохромы АА3/О2- и соответственно 2 пунктов окислительного фосфорилирования в укороченной дыхательной цепи.
Значит, на каждую пару атомов водорода, отнятых от субстрата, в главной дыхательной цепи возможен синтез 3-х молекул АТФ. В сокращенной дыхательной цепи – 2 молекулы АТФ.
Механизм окислительного фосфорилирования объясняется хемиосмотической гипотезой П.Митчелла.
Энергия, которая выделяется при переносе электронов по дыхательной цепи, приводит к переносу протонов (Н+) из матрикса митохондрии в межмембранное пространство. Поэтому на внутренней мембране митохондрий образуется градиент концентраций протонов: в межмембранном пространстве Н+ становится много, а в матриксе остается мало. Образуется разность потенциалов - наружная часть мембраны заряжена положительно, а внутренняя - отрицательно. Накопившиеся в межмембранном пространстве Н+ стремятся выйти обратно в матрикс по градиенту их концентраций, но митохондриальная мембрана для них непроницаема. Единственный обратный путь в матрикс для протонов - через протонный канал фермента АТФ-синтетазы, которая встроена (built-in) во внутреннюю мембрану митохондрий.
Согласно хемиосмотической теории роль АТФазы заключается в следующем.
1. Перенос протонов через липидный бислой с внешней стороны митохондриальной мембраны - транслокационная ступень.
2. Образование АТФ из АДФ н Фн—каталитическая ступень.
3. Обеспечение направленности тока протонов на использование энергии электрохимического потенциала для получения высоких концентраций АТФ — сопрягающая ступень.
Каталитическая стадия, или синтез АТФ из АДФ и Н3Р04, формально может рассматриваться как реакция дегидратации:
АДФ + Н3Р04 ←→ АТФ+Н2О.
Субстратное фосфорелирование – это анаэробный процесс, когда для синтеза АТФ используется макроэргическая связь в молекуле активной формы какого-нибудь субстрата.
Макроэргическая связь в молекулах этих активных форм может легко трансформироваться в макроэргическую связь молекулы АТФ. Например, для молекулы сукцинил-КоА:
В организмах высших животных и человека этот путь получения АТФ не является главным.
ВНЕМИТОХОНДРИАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ
На его долю приходится 5-10% кислорода, поступающего в организм.
АТФ в процессе свободного окислении никогда не образуется.
Существуют 2 типа свободного окисления:
I. ОКИСЛЕНИЕ ОКСИДАЗНОГО ТИПА. Ферменты - ОКСИДАЗЫ. По строению являются металлофлавопротеинами. Содержат металлы с переменной валентностью - железо(Fe), медь(Cu), молибден(Mo). Отнимают водород от субстрата и передают его на кислород с образованием Н2О2 - перекиси водорода.