წყალბადის და ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვი (რესპირატორული ჯაჭვი). ელექტრონების გადაცემის კომპლექსები. ოქსიდაციური ფოსფორილირება. ჟანგვის და ფოსფორილირების ქიმიოსმოტიკური თეორია. ელექტრონების ტრანსპორტირების პროცესის ატფ-ის წარმოქმნასთან შეერთების მექანიზმები. რესპირატორული

ოქსიდაციური ფოსფორილირება

ოქსიდაციური ფოსფორილირების მექანიზმი პირველად პიტერ მიტჩელმა შემოგვთავაზა. ამ ჰიპოთეზის თანახმად, ელექტრონის გადაცემა, რომელიც ხდება შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე, იწვევს H + იონების გადატუმბვას მიტოქონდრიული მატრიქსიდან მემბრანთაშორის სივრცეში. ეს ქმნის H + იონის კონცენტრაციის გრადიენტს ციტოზოლსა და დახურულ ინტრამიტოქონდრიულ სივრცეს შორის. წყალბადის იონებს ჩვეულებრივ შეუძლიათ მიტოქონდრიულ მატრიქსში დაბრუნება მხოლოდ ერთი გზით - სპეციალური ფერმენტის მეშვეობით, რომელიც აყალიბებს ATP - ATP სინთაზას.

თანამედროვე კონცეფციების თანახმად, შიდა მიტოქონდრიული მემბრანა შეიცავს უამრავ მულტიფერმენტულ კომპლექსს, მათ შორის ბევრ ფერმენტს. ამ ფერმენტებს რესპირატორულ ფერმენტებს უწოდებენ, ხოლო მემბრანაში მათი მდებარეობის თანმიმდევრობას რესპირატორული ჯაჭვი (ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვი) ეწოდება.

ოქსიდაციური ფოსფორილირების ზოგადი პრინციპი

ზოგადად, სასუნთქი ჯაჭვის მუშაობა შემდეგია:

1. კატაბოლიზმის რეაქციებში წარმოქმნილი NADH და FADH 2 წყალბადის ატომებს (ანუ წყალბადის პროტონებს და ელექტრონებს) გადასცემს რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტებს.
2. ელექტრონები მოძრაობენ სასუნთქი ჯაჭვის ფერმენტებში და კარგავენ ენერგიას.
3. ეს ენერგია გამოიყენება H+ პროტონების მატრიციდან მემბრანთაშორის სივრცეში გადასატანად.
4. სასუნთქი ჯაჭვის ბოლოს ელექტრონები ურტყამს ჟანგბადს და აქცევს წყალს.
5. H+ პროტონები შედიან მატრიცაში და გადიან ATP სინთაზას.
6. ამავე დროს ისინი კარგავენ ენერგიას, რომელიც გამოიყენება ატფ-ის სინთეზისთვის.

ამრიგად, NAD და FAD-ის შემცირებული ფორმები იჟანგება რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტებით, რის გამოც ფოსფატი ემატება ADP-ს, ანუ ფოსფორილირებას. ამიტომ, მთელ პროცესს ოქსიდაციური ფოსფორილირება ეწოდება.

სად არის გამოწვეული პროტონული პოტენციალი? პროტონული პოტენციალი ATP სინთაზას მიერ გარდაიქმნება ატფ-ის ქიმიურ ბმის ენერგიად. ETC და ATP სინთაზას კონიუგატულ მუშაობას ოქსიდაციური ფოსფორილირება ეწოდება.

ეუკარიოტულ მიტოქონდრიებში ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვი იწყება NADH-ის დაჟანგვით და Ubiquinone Q-ის შემცირებით I კომპლექსით. შემდეგ, II კომპლექსი აჟანგებს სუქცინატს ფუმარატამდე და ამცირებს უბიქინონ Q-ს. Ubiquinone Q იჟანგება და მცირდება ციტოქრომ c კომპლექსით III. ჯაჭვის ბოლოს, IV კომპლექსი კატალიზებს ელექტრონების გადაცემას ციტოქრომ c-დან ჟანგბადში წყლის წარმოქმნით. რეაქციის შედეგად, ყოველი პირობითად გამოთავისუფლებული 6 პროტონისა და 6 ელექტრონის შემთხვევაში, წყლის 2 მოლეკულა გამოიყოფა 1 მოლეკულის O2 და 10 მოლეკულის NAD∙H-ის ხარჯვის გამო.

I კომპლექსი ან NADH დეჰიდროგენაზას კომპლექსი აჟანგებს NAD-H-ს. ეს კომპლექსი ცენტრალურ როლს ასრულებს უჯრედული სუნთქვის პროცესებში და. ATP სინთეზისთვის პროტონული გრადიენტის თითქმის 40% იქმნება ამ კომპლექსით. I კომპლექსი ჟანგავს NADH-ს და ამცირებს უბიქინონის ერთ მოლეკულას, რომელიც გამოიყოფა მემბრანაში. ყოველი NADH დაჟანგული მოლეკულისთვის, კომპლექსი მემბრანაში გადააქვს ოთხ პროტონს. NADH დეჰიდროგენაზას კომპლექსი მისგან იღებს ორ ელექტრონს და გადასცემს მათ უბიქინონში. უბიქინონი ლიპიდში ხსნადია. უბიქინონი მემბრანის შიგნით დიფუზირდება III კომპლექსში. ამავდროულად, I კომპლექსი მატრიციდან 2 პროტონს და 2 ელექტრონს ტუმბოს მიტოქონდრიაში.

კომპლექსური I-ის ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვი. ნაცრისფერი ისრები - ნაკლებად სავარაუდოა, ან ახლა გაუქმებული სატრანსპორტო გზა

N5 კლასტერს აქვს ძალიან დაბალი პოტენციალი და ზღუდავს ელექტრონების მთლიანი ნაკადის სიჩქარეს მთელ ჯაჭვში. რკინა-გოგირდის ცენტრებისთვის ჩვეულებრივი ლიგანდების ნაცვლად (ცისტეინის ოთხი ნარჩენი), მას კოორდინაციას უწევს სამი ცისტეინის ნარჩენი და ერთი ჰისტიდინის ნარჩენები, ასევე გარშემორტყმულია დამუხტული პოლარული ნარჩენებით, თუმცა ის ღრმად მდებარეობს ფერმენტში.

კლასტერი N7 არის ზოგიერთი ბაქტერიის მხოლოდ I კომპლექსში. ის მნიშვნელოვნად არის ამოღებული სხვა მტევნებიდან და არ შეუძლია მათთან ელექტრონების გაცვლა, ამიტომ, როგორც ჩანს, რელიქვიაა. I კომპლექსთან დაკავშირებულ ზოგიერთ ბაქტერიულ კომპლექსში ნაპოვნი იქნა ოთხი კონსერვირებული ცისტეინის ნარჩენი N7-სა და სხვა კლასტერებს შორის, ხოლო I ბაქტერიულ კომპლექსში. Aquifex aeolicusაღმოაჩინეს დამატებითი Fe 4 S 4 კლასტერი, რომელიც აკავშირებს N7 დარჩენილ მტევნებს. აქედან გამომდინარეობს, რომ A. aeolicus I კომპლექსს, გარდა NADH-ისა, შეუძლია გამოიყენოს სხვა ელექტრონის დონორი, რომელიც გადასცემს მათ N7-ით.

NADH დეჰიდროგენაზას კომპლექსი აჟანგებს მატრიქსში წარმოქმნილ NADH-ს ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის დროს. NADH-ის ელექტრონები გამოიყენება მემბრანული გადამტანის, უბიქინონ Q-ის აღსადგენად, რომელიც მათ გადააქვს მიტოქონდრიული ელექტრონების სატრანსპორტო ჯაჭვის შემდეგ კომპლექსში, III კომპლექსში ან ციტოქრომში. ძვ.წ 1-კომპლექსი.

NADH დეჰიდროგენაზას კომპლექსი მუშაობს პროტონული ტუმბოს მსგავსად: ყოველი დაჟანგული NADH-სთვის და შემცირებული Q-სთვის, მემბრანის მეშვეობით მემბრანის ინტერმემბრანულ სივრცეში იტუმბება ოთხი პროტონი:

რეაქციის დროს წარმოქმნილი ელექტროქიმიური პოტენციალი გამოიყენება ატფ-ის სინთეზისთვის. I კომპლექსით კატალიზებული რეაქცია შექცევადია, პროცესს, რომელსაც აერობული სუქცინატით გამოწვეული NAD+ რედუქცია ეწოდება. მემბრანის მაღალი პოტენციალისა და ჭარბად შემცირებული უბიქინოლების პირობებში, კომპლექსს შეუძლია NAD+-ის შემცირება მათი ელექტრონების გამოყენებით და პროტონების მატრიცაში დაბრუნება. ეს ფენომენი ჩვეულებრივ ხდება მაშინ, როდესაც არის ბევრი სუქცინატი, მაგრამ ცოტა ოქსალოაცეტატი ან მალატი. უბიქინონის შემცირება ხორციელდება ფერმენტების სუქცინატ დეჰიდროგენაზას, ანუ მიტოქონდრიის მიერ. მაღალი პროტონული გრადიენტის პირობებში, კომპლექსის მიდრეკილება იზრდება უბიქინოლის მიმართ, ხოლო უბიქინოლის რედოქს პოტენციალი მცირდება მისი კონცენტრაციის ზრდის გამო, რაც შესაძლებელს ხდის ელექტრონების საპირისპირო ტრანსპორტირებას შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის ელექტრული პოტენციალის გასწვრივ. NAD. ეს ფენომენი დაფიქსირდა ლაბორატორიულ პირობებში, მაგრამ უცნობია ხდება თუ არა ის ცოცხალ უჯრედში.

I კომპლექსის კვლევის საწყის ეტაპებზე, ფართოდ განხილული მოდელი ეფუძნებოდა ვარაუდს, რომ კომპლექსში მსგავსი სისტემა მოქმედებს. თუმცა, შემდგომმა კვლევებმა ვერ იპოვა I კომპლექსში არსებითად შეკრული ქინონები და მთლიანად უარყო ეს ჰიპოთეზა.

როგორც ჩანს, NADH დეჰიდროგენაზას კომპლექსს აქვს პროტონების ტრანსპორტირების უნიკალური მექანიზმი თავად ფერმენტში კონფორმაციული ცვლილებების გამო. ND2, ND4 და ND5 ქვედანაყოფებს უწოდებენ ანტიპორტის მსგავსს, რადგან ისინი ჰომოლოგიური არიან ერთმანეთთან და ბაქტერიული Mrp Na + /H + ანტიპორტებთან. ეს სამი ქვედანაყოფი აყალიბებს სამ მთავარ პროტონულ არხს, რომლებიც შედგება შენახული დამუხტული ამინომჟავების ნარჩენებისგან (ძირითადად ლიზინი და გლუტამატი). მეოთხე პროტონული არხი წარმოიქმნება Nqo8 ქვედანაყოფის ნაწილი და მცირე ქვედანაყოფები ND6, ND4L და ND3. არხი სტრუქტურაში მსგავსია ანტიპორტის მსგავსი ქვედანაყოფების მსგავსი არხების, მაგრამ შეიცავს უჩვეულოდ დიდ რაოდენობას მჭიდროდ შეფუთული გლუტამატის ნარჩენებს მატრიცის მხარეს, რის გამოც მას უწოდებენ E-არხს (ლათინური E გამოიყენება როგორც სტანდარტი. აღნიშვნა გლუტამატისთვის). ND5 ქვედანაყოფის C-ბოლოდან ვრცელდება გაფართოება, რომელიც შედგება ორი ტრანსმემბრანული ხვეულისგან, რომლებიც დაკავშირებულია უჩვეულოდ გრძელი (110 Å) α-სპირალით (HL), რომელიც, კომპლექსის მატრიცისკენ მიმართული მხარის გასწვრივ, ფიზიკურად აკავშირებს სამივეს. ანტიპორტის მსგავსი ქვედანაყოფები და, შესაძლოა, ჩართული ელექტრონების ტრანსპორტირებაში კონფორმაციულ გადაწყობასთან. კიდევ ერთი შემაერთებელი ელემენტი, βH, წარმოიქმნება გადახურვისა და α-სპირალებით და მდებარეობს კომპლექსის მოპირდაპირე, პერიპლაზმურ მხარეს. ჯერ კიდევ სრულიად უცნობია, თუ როგორ უკავშირდება ელექტრონის ტრანსპორტირება პროტონების გადაცემას. ითვლება, რომ N2 კლასტერის მძლავრ უარყოფით მუხტს შეუძლია მოაშოროს მიმდებარე პოლიპეპტიდები, გამოიწვიოს კონფორმაციული ცვლილებები, რომლებიც ერთგვარად გავრცელდება ყველა ანტიპორტის მსგავს ქვეერთეულზე, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან საკმაოდ შორს. სხვა ჰიპოთეზა ვარაუდობს, რომ კონფორმაციული ცვლილება იწვევს უჩვეულოდ გრძელ უბიქინონის შეკვრის ადგილს უბიქინოლ Q−2-ის სტაბილიზაციას უკიდურესად დაბალი რედოქსის პოტენციალით და უარყოფითი მუხტით. კონფორმაციული ცვლილებების კინეტიკისა და მასთან დაკავშირებული პროტონების ტრანსპორტირების მრავალი დეტალი უცნობი რჩება.

ყველაზე შესწავლილი I კომპლექსის ინჰიბიტორია როტენონი (ფართოდ გამოიყენება როგორც ორგანული პესტიციდი). როტენონი და როტენოიდები არის იზოფლავონოიდები, რომლებიც გვხვდება ტროპიკული მცენარეების რამდენიმე გვარის ფესვებში, როგორიცაა ანტონია (Loganiaceae), დერისიდა ლონქოკარპუსი (Fabaceae). როტენონს დიდი ხანია იყენებდნენ როგორც ინსექტიციდს და თევზის შხამს, ვინაიდან მწერების და თევზის მიტოქონდრია განსაკუთრებით მგრძნობიარეა მის მიმართ. ცნობილია, რომ საფრანგეთის გვიანას მკვიდრი მოსახლეობა და სხვა სამხრეთ ამერიკის ინდიელები თევზაობისთვის იყენებდნენ როტენონის შემცველ მცენარეებს ჯერ კიდევ მე-17 საუკუნეში. როტენონი ურთიერთქმედებს უბიქინონის დამაკავშირებელ ადგილზე და კონკურენციას უწევს ძირითად სუბსტრატს. ნაჩვენებია, რომ როტენონის მიერ I კომპლექსის ხანგრძლივმა სისტემურმა ინჰიბირებამ შეიძლება გამოიწვიოს დოფამინერგული ნეირონების შერჩევითი სიკვდილი (ნეიროტრანსმიტერ დოფამინის სეკრეცია). Piericidin A, კიდევ ერთი ძლიერი კომპლექსის I ინჰიბიტორი, სტრუქტურულად მსგავსი უბიქინონისა, მოქმედებს ანალოგიურად. ამ ჯგუფს მიეკუთვნება აგრეთვე ნატრიუმის ამიტალი, ბარბიტური მჟავას წარმოებული.

I კომპლექსის 50 წელზე მეტი ხნის შესწავლის მიუხედავად, ვერ მოხერხდა ინჰიბიტორების აღმოჩენა, რომლებიც ბლოკავს ელექტრონის გადაცემას კომპლექსში. ჰიდროფობიური ინჰიბიტორები, როგორიცაა როტენონი ან პიერიციდინი, უბრალოდ აფერხებენ ელექტრონის გადაცემას ტერმინალური N2 კლასტერიდან უბიქინონში.

კიდევ ერთი ნივთიერება, რომელიც ბლოკავს I კომპლექსს, არის ადენოზინ დიფოსფატი რიბოზა, NADH-ის დაჟანგვის რეაქციაში. ის აკავშირებს ფერმენტს ნუკლეოტიდის შეკავშირების ადგილზე (FAD).

I კომპლექსის ზოგიერთი ყველაზე ძლიერი ინჰიბიტორი მოიცავს აცეტოგენინის ოჯახს. ნაჩვენებია, რომ ეს ნივთიერებები ქმნიან ქიმიურ ჯვარედინი კავშირებს ND2 ქვეერთეულთან, რაც ირიბად მიუთითებს ND2-ის როლზე უბიქინონის შეკავშირებაში. საინტერესოა აღინიშნოს, რომ აცეტოგენინ როლინიასტატინი-2 იყო პირველი კომპლექსური I ინჰიბიტორი, რომელიც აღმოაჩინეს როტენონის გარდა სხვა ადგილას.

ანტიდიაბეტურ პრეპარატ მეტფორმინს აქვს ზომიერი ინჰიბიტორული ეფექტი; როგორც ჩანს, პრეპარატის ეს თვისება უდევს საფუძვლად მისი მოქმედების მექანიზმს.

სუქცინატის ელექტრონები ჯერ გადადის FAD-ში, შემდეგ კი Fe-S კლასტერების მეშვეობით Q-ში. კომპლექსში ელექტრონების ტრანსპორტირებას არ ახლავს პროტონული გრადიენტის წარმოქმნა. სუქცინატის დაჟანგვის დროს წარმოქმნილი 2H+ რჩება მემბრანის იმავე მხარეს, ანუ მატრიცაში და შემდეგ ხელახლა შეიწოვება ქინონის შემცირების დროს. ამრიგად, II კომპლექსი არ უწყობს ხელს პროტონის გრადიენტის შექმნას მემბრანის გასწვრივ და ფუნქციონირებს მხოლოდ როგორც ელექტრონის გადამტანი სუქცინატიდან უბიქინონამდე.

სუქცინატის დაჟანგვის შედეგად, მისი ელექტრონები გადადის FAD-ში და შემდეგ გადადის რკინა-გოგირდის გროვების ჯაჭვის გასწვრივ კლასტერიდან კლასტერში. იქ ეს ელექტრონები გადაეცემა უბიქინონის მოლეკულას, რომელიც ელოდება შეკვრის ადგილზე.

ასევე არსებობს ვარაუდი, რომ იმისთვის, რომ ელექტრონი პირდაპირ არ მოხვდეს მტევანიდან ჰემში, მოქმედებს სპეციალური კარიბჭის მექანიზმი. კარიბჭის სავარაუდო კანდიდატი არის B ქვეერთეულის ჰისტიდინი -207, რომელიც მდებარეობს პირდაპირ რკინა-გოგირდის მტევანსა და ჰემს შორის, შეკრულ უბიქინონთან ახლოს და შესაძლოა აკონტროლოს ელექტრონების ნაკადი ამ რედოქს ცენტრებს შორის.

არსებობს II კომპლექსის ინჰიბიტორების ორი კლასი: ზოგი ბლოკავს სუქცინატის შემაკავშირებელ ჯიბეს, ზოგი კი ბლოკავს უბიკინოლის შემაკავშირებელ ჯიბეს. ინჰიბიტორები, რომლებიც ბაძავენ უბიქინოლს, მოიცავს კარბოქსინს და თენოილტრიფტორაცეტონს. სუქცინატის ინჰიბიტორ-ანალოგებს მიეკუთვნება სინთეზური ნაერთი მალონატი, აგრეთვე კრებსის ციკლის კომპონენტები, მალატი და ოქსალოაცეტატი. საინტერესოა, რომ ოქსალოაცეტატი არის II კომპლექსის ერთ-ერთი ყველაზე ძლიერი ინჰიბიტორი. რატომ აინჰიბირებს ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის საერთო მეტაბოლიტი II კომპლექსს, გაურკვეველია, თუმცა ვარაუდობენ, რომ ამგვარად, მას შეუძლია შეასრულოს დამცავი როლი I კომპლექსში ელექტრონების საპირისპირო ტრანსპორტის მინიმიზაციის გზით, რაც იწვევს სუპეროქსიდის წარმოქმნას.

უბიქინოლის მიმბაძველი ინჰიბიტორები სოფლის მეურნეობაში ფუნგიციდების სახით გამოიყენება 1960-იანი წლებიდან. მაგალითად, კარბოქსინი ძირითადად გამოიყენება ბაზიდიომიცეტებით გამოწვეული დაავადებებისთვის, როგორიცაა ღეროს ჟანგი და ბაზიდიომიცეტების დაავადებები. რიზოქტონია. ცოტა ხნის წინ, ისინი შეიცვალა სხვა ნაერთებით დათრგუნული პათოგენების უფრო ფართო სპექტრით. ასეთ ნაერთებს მიეკუთვნება ბოსკალიდი, პენთიოპირადი და ფლუოპირამი. ზოგიერთი სოფლის მეურნეობის თვალსაზრისით მნიშვნელოვანი სოკო არ არის მგრძნობიარე ამ ახალი თაობის ინჰიბიტორების მოქმედების მიმართ.

ციტოქრომ-bc1-კომპლექსი (ციტოქრომის კომპლექსი ძვ.წ 1) ან უბიქინოლ-ციტოქრომ c-ოქსიდორედუქტაზა, ან III კომპლექსი - ელექტრონული ტრანსპორტის რესპირატორული ჯაჭვის მრავალპროტეინის კომპლექსი და პროტონის გრადიენტის ყველაზე მნიშვნელოვანი ბიოქიმიური გენერატორი მიტოქონდრიულ მემბრანაზე. ეს მრავალპროტეინული ტრანსმემბრანული კომპლექსი კოდირებულია მიტოქონდრიული (ციტოქრომი ბ) და ბირთვული გენომები.

ციტოქრომი - ბს 1-კომპლექსი ჟანგავს შემცირებულ უბიქინონს და ამცირებს ციტოქრომ c (E°"=+0.25 V) განტოლების მიხედვით:

კომპლექსში ელექტრონების ტრანსპორტი დაკავშირებულია პროტონების გადატანას მატრიციდან (შიგნით) მემბრანთაშორის სივრცეში (გარეთ) და პროტონის გრადიენტის წარმოქმნას მიტოქონდრიულ მემბრანაზე. ყოველი ორი ელექტრონი, რომელიც გადის სატრანსპორტო ჯაჭვის გასწვრივ უბიქინონიდან ციტოქრომ c-მდე, ორი პროტონი შეიწოვება მატრიციდან და კიდევ ოთხი გამოიყოფა მემბრანთაშორის სივრცეში. შემცირებული ციტოქრომი c მოძრაობს მემბრანის გასწვრივ წყლიან ფრაქციაში და გადააქვს ერთი ელექტრონი მომდევნო რესპირატორულ კომპლექსზე, ციტოქრომ ოქსიდაზაზე.

მოვლენები, რომლებიც ხდება ცნობილია, როგორც Q-ციკლი, რომელიც გამოაქვეყნა პიტერ მიტჩელმა 1976 წელს. Q-ციკლის პრინციპია ის, რომ H+-ის გადატანა მემბრანაზე ხდება კომპლექსზე ქინონების დაჟანგვისა და შემცირების შედეგად. ამ შემთხვევაში ქინონები, შესაბამისად, აძლევენ და იღებენ 2H + წყლის ფაზას მემბრანის სხვადასხვა მხრიდან შერჩევითად.

III კომპლექსის სტრუქტურას აქვს ორი ცენტრი, ან ორი „ჯიბე“, რომლებშიც ქინონებს შეუძლიათ შეკვრა. ერთ-ერთი მათგანი, Q out ცენტრი, მდებარეობს რკინა-გოგირდის ჯგუფს 2Fe-2S და ჰემს შორის. ბ L მემბრანის გარე მხარესთან ახლოს, მემბრანთაშორისი სივრცისკენ. შემცირებული ubiquinone (QH 2) აკავშირებს ამ ჯიბეში. მეორე, Q ჯიბეში, შექმნილია დაჟანგული უბიქინონის (Q) დასაკავშირებლად და მდებარეობს მემბრანის შიდა (შიდა) მხარესთან, მატრიქსთან კონტაქტში.

Q-ციკლის ფუნქციონირებისთვის აუცილებელი და პარადოქსული პირობაა ის ფაქტი, რომ ნახევრადქინონების სიცოცხლე და მდგომარეობა ორ სავალდებულო ცენტრში განსხვავებულია. Q out ცენტრში, Q არის არასტაბილური და მოქმედებს როგორც ძლიერი შემცირების აგენტი, რომელსაც შეუძლია დონაცია e - დაბალი პოტენციალის ჰემისთვის. შედარებით გრძელვადიანი Q - წარმოიქმნება Q ცენტრში, რომლის პოტენციალი საშუალებას აძლევს მას იმოქმედოს როგორც ჟანგვის აგენტი, მიიღოს ელექტრონები ჰემიდან. ბჰ. Q-ციკლის კიდევ ერთი საკვანძო წერტილი დაკავშირებულია კომპლექსში შემავალი ორი ელექტრონის დივერგენციასთან ორი განსხვავებული ბილიკის გასწვრივ. კომპლექსის კრისტალური სტრუქტურის შესწავლამ აჩვენა, რომ 2Fe-2S ცენტრის პოზიცია სხვა რედოქს ცენტრებთან შედარებით შეიძლება შეიცვალოს. გაირკვა, რომ Rieske ცილას აქვს მობილური დომენი, რომელზედაც რეალურად მდებარეობს 2Fe-2S კლასტერი. ელექტრონის მიღებისა და შემცირების შემდეგ, 2Fe-2S ცენტრი იცვლის თავის პოზიციას, შორდება Q out ცენტრიდან და ჰემიდან. ბ L 17-ით 60° ბრუნვით და ამით უახლოვდება ციტოქრომს გ. ციტოქრომისთვის ელექტრონის მიცემის შემდეგ, 2Fe-2S ცენტრი, პირიქით, უახლოვდება Q out ცენტრს უფრო მჭიდრო კონტაქტის დასამყარებლად. ამრიგად, ერთგვარი შატლი ფუნქციონირებს, რაც გარანტიას იძლევა, რომ მეორე ელექტრონი მიდის ჰემებში ბლ და ბჰ. ჯერჯერობით, ეს არის ერთადერთი მაგალითი, როდესაც ელექტრონების ტრანსპორტირება კომპლექსებში ასოცირდება ცილის სტრუქტურაში მობილურ დომენთან.

ელექტრონების მცირე ნაწილი ტოვებს სატრანსპორტო ჯაჭვს IV კომპლექსამდე მისვლამდე. ელექტრონების მუდმივი გაჟონვა ჟანგბადში იწვევს სუპეროქსიდის წარმოქმნას. ეს მცირე გვერდითი რეაქცია იწვევს რეაქტიული ჟანგბადის სახეობების მთელი სპექტრის წარმოქმნას, რომლებიც ძალიან ტოქსიკურია და მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ პათოლოგიების განვითარებასა და დაბერებაში). ელექტრონული გაჟონვა ძირითადად ხდება Q ადგილზე. ამ პროცესს ხელს უწყობს ანტიმიცინი A. ის ბლოკავს ჰემებს ბშემცირებულ მდგომარეობაში, რაც ხელს უშლის მათ ელექტრონების დაღვრას ნახევრადქინონ Q-ზე, რაც თავის მხრივ იწვევს მისი კონცენტრაციის ზრდას. სემიქინონი რეაგირებს ჟანგბადთან, რაც იწვევს სუპეროქსიდის წარმოქმნას. შედეგად მიღებული სუპეროქსიდი ხვდება მიტოქონდრიულ მატრიქსში და მემბრანთაშორის სივრცეში, საიდანაც მას შეუძლია შევიდეს ციტოზოლში. ეს ფაქტი შეიძლება აიხსნას იმით, რომ კომპლექსი III, სავარაუდოდ, აწარმოებს სუპეროქსიდს დაუმუხტი HOO-ს სახით, რომელსაც შეუძლია უფრო ადვილად შეაღწიოს გარე მემბრანაში დამუხტულ სუპეროქსიდთან შედარებით (O 2 -).

ამ ნივთიერებებიდან ზოგიერთი გამოიყენება ფუნგიციდებად (როგორიცაა სტრობილურინის წარმოებულები, რომელთაგან ყველაზე ცნობილია აზოქსისტრობინი, Q ext საიტის ინჰიბიტორი) და მალარიის საწინააღმდეგო საშუალებებად (ატოვაკვონი).

ციტოქრომ c ოქსიდაზა (ციტოქრომ ოქსიდაზა) ან ციტოქრომ c ჟანგბადის ოქსიდორედუქტაზა, ასევე ცნობილი როგორც ციტოქრომ aa 3 და IV კომპლექსი, არის აერობული რესპირატორული ელექტრონების სატრანსპორტო ჯაჭვის ტერმინალური ოქსიდაზა, რომელიც კატალიზებს ელექტრონების გადაცემას ციტოქრომიდან. თანჟანგბადს წყლის წარმოქმნით. ციტოქრომ ოქსიდაზა იმყოფება ყველა ევკარიოტის მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაში, სადაც მას ჩვეულებრივ უწოდებენ IV კომპლექსს, ისევე როგორც მრავალი აერობული ბაქტერიის უჯრედის მემბრანაში.

IV კომპლექსი თანმიმდევრულად აჟანგებს ციტოქრომ c-ის ოთხ მოლეკულას და ოთხი ელექტრონის მიღებით ამცირებს O 2-ს H 2 O-მდე.

ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვის ფერმენტები ფიქსირდება მიტოქონდრიულ მემბრანაში ისე, რომ მათი მოქმედება არის ვექტორული, ანუ ხასიათდება არა მხოლოდ რეაქციის სიჩქარის სიდიდით, არამედ სივრცითი მიმართულებით, სატრანსპორტო ატფ-აზების მოქმედების მსგავსი. . ვექტორირების ძირითადი გამოვლინება სასუნთქ ჯაჭვში არის წყალბადის იონების გადატანა მემბრანის შიდა მხრიდან (მატრიცის მხრიდან) გარე მხარეს (მემბრანთაშორის სივრცეში).

რესპირატორულ ჯაჭვში სამი წერტილია დაკავშირებული პროტონის ტუმბოსთან: I, III და IV კომპლექსები.
კოენზიმ Q, NADH დეჰიდროგენაზას (კომპლექსი I) მონაწილეობით, ამაგრებს ელექტრონებს (ისევე როგორც პროტონებს) სასუნთქი ჯაჭვის კომპონენტებიდან მემბრანის მატრიცის მხარეს, ხოლო ელექტრონები და პროტონები გამოიყოფა მემბრანის მოპირდაპირე მხარეს. , და ელექტრონები მიიღება სასუნთქი ჯაჭვის შემდეგი კომპონენტის მიერ და პროტონები გადადიან მემბრანთაშორის სივრცეში. ამ მექანიზმს Q-ციკლი ეწოდება. ციტოქრომ c რედუქტაზა (კომპლექსი III) მოქმედებს ანალოგიურად. ციტოქრომ ოქსიდაზას (IV კომპლექსი) რეგიონში, Cu2+ იონები შესაძლოა ჩართული იყოს პროტონის ტუმბოში.
თითოეულ კომპლექსში ორი ელექტრონის გადატანა ოთხი პროტონის გადატუმბვის საშუალებას იძლევა. ამრიგად, ელექტრონების გადამტანი ჯაჭვი მოქმედებს როგორც პროტონული ტუმბო, რომელიც წყალბადის იონებს მატრიციდან მემბრანის გარედან გადატუმბავს.
შედეგად, მემბრანის გვერდებზე ჩნდება პროტონის კონცენტრაციის სხვაობა და, ამავდროულად, ელექტრული პოტენციალის განსხვავება გარე ზედაპირზე პლუს ნიშნით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნივთიერებების რედოქს პოტენციალის განსხვავების ენერგია გარდაიქმნება პროტონული ელექტროქიმიური პოტენციალის ArH+ ენერგიად.
ელექტროქიმიური პოტენციალი აიძულებს პროტონებს გადაადგილდნენ საპირისპირო მიმართულებით - გარე ზედაპირიდან შიგნით. ატფ სინთეტაზა არის ძალიან დიდი ოლიგომერული ცილა, რომელშიც გამოიყოფა სამი ნაწილი: მიტოქონდრიულ მატრიცაში (F1) ამოვარდნილი ნაწილი, რომელიც აგებულია სამი წყვილი sf დიმერისგან; ტრანსმემბრანული ნაწილი (F0), რომელიც ქმნის ჰიდროფილურ არხს და შუალედურ რეგიონს FA. F1 ქვედანაყოფი შეიცავს აქტიურ უბნებს, რომლებიც ახდენენ ATP-ს სინთეზს. პროტონები მოძრაობენ ATP სინთაზას არხში და ამ მოძრაობიდან მიღებული ენერგია გამოიყენება ატფ-ის ფორმირებისთვის. დაწყვილების სპეციფიკური მექანიზმები, ანუ ელექტროქიმიური პოტენციალის გარდაქმნა ატფ-ის მაკროერგიული ბმის ენერგიად, ჯერ კიდევ არ არის ბოლომდე ნათელი.
მიღებული ატფ, ADP-ATP ტრანსლოკაზას მონაწილეობით, მატრიციდან მემბრანის გარე მხარეს გადადის და ციტოზოლში შედის. ამავე დროს, იგივე ტრანსლოკაზა გადააქვს ADP-ს საპირისპირო მიმართულებით, ციტოზოლიდან მიტოქონდრიულ მატრიქსში.
ხელოვნურ პირობებში, ინ ვიტრო ექსპერიმენტებში, შესაძლებელია ატფ-ის ჭარბი შექმნა შიდა მემბრანის შიდა ზედაპირიდან. ამ შემთხვევაში რეაქცია მიმდინარეობს მარჯვნიდან მარცხნივ, ანუ ფერმენტი მუშაობს როგორც სატრანსპორტო ატფ-აზა, რომელიც გადასცემს პროტონებს (H+-ATPase). ამ შემთხვევაში მემბრანა ენერგიულია: ArH+ წარმოიქმნება ATP ჰიდროლიზის ენერგიის გამო.

11.3.3.1. ელექტრონის მატარებლები

ელექტრონის მატარებლები განლაგებულია ზედაპირზე ან ღრმა მიტოქონდრიულ მემბრანაში, რომელიც განლაგებულია ჯვრებად, რომელთა რაოდენობა და შეფუთვის სიმკვრივე შეესაბამება უჯრედის ენერგეტიკულ საჭიროებებს.

ბევრი ელექტრონული მატარებელი არის ცილა, რომელიც შეიცავს ჰემს, როგორც პროთეზურ ჯგუფს.

ჰემის მოლეკულის თვისებები დამოკიდებულია ცილაზე, რომელსაც იგი ერთვის. გარდა ამისა, ჰემები სხვადასხვა ციტოქრომებში შეიძლება განსხვავდებოდეს გვერდითი ჯგუფების აგებულებით და აპოპროტეინთან მიმაგრების მეთოდით. აქედან გამომდინარე, ციტოქრომები შეიძლება განსხვავდებოდეს რედოქს პოტენციალით, თუმცა ყველა მათგანს აქვს თითქმის იგივე პროთეზირების ჯგუფები.

ელექტრონის მატარებლებს ციტოქრომები ეწოდება, რადგან ისინი წითელი ფერისაა. სხვადასხვა ციტოქრომები აღინიშნება ასოების ინდექსებით: s 1, s, a, a 3 -წრეში მათი მდებარეობის თანმიმდევრობით.

სხვა ტიპის არაჰემური რკინის შემცველი ელექტრონის მატარებლები მოიცავს ცილებს, რომლებშიც რკინის ატომები უკავშირდება ცისტეინის ნარჩენების სულფჰიდრილ ჯგუფებს, ასევე ნარჩენების სულფჰიდრილ ანიონებს, რომლებიც ქმნიან რკინა-გოგირდის კომპლექსებს ან ცენტრებს ( სურ. 29).

ბრინჯი. 29.რკინა-გოგირდის ცენტრის სტრუქტურა

ციტოქრომების მსგავსად, ასეთ ცენტრებში რკინის ატომებს შეუძლიათ ელექტრონების მიღება და დონაცია, მონაცვლეობით გადადიან ფერო (Fe 2+) და ფერი (Fe 3+) მდგომარეობებში. რკინა-გოგირდის ცენტრები ფუნქციონირებს ფლავინის შემცველ ფერმენტებთან ერთად, რომლებიც იღებენ ელექტრონებს სუქცინატდეჰიდროგენაზადან და დეჰიდროგენაზებიდან, რომლებიც მონაწილეობენ ცხიმების დაჟანგვაში.

გადამზიდველის კიდევ ერთი ტიპია FMN შემცველი ცილა. FMN (ფლავინის ადენინის მონონუკლეოტიდი) არის ნაერთი, რომელიც წარმოადგენს FAD მოლეკულის ფლავინის ნახევარს. FMN გადასცემს ელექტრონებს FADN-დან რკინა-გოგირდის ცენტრებში.

ყველა ცილის მატარებელი არის ინტეგრალური ცილა, რომელიც იკავებს მკაცრად ფიქსირებულ პოზიციას მემბრანაში და ორიენტირებულია გარკვეულწილად. გამონაკლისი არის ციტოქრომი c, რომელიც თავისუფლად არის მიბმული გარე მემბრანასთან და ადვილად ტოვებს მას.

ერთადერთი არაცილოვანი ელექტრონის მატარებელია უბიქინონი, რომელსაც ასე უწოდეს იმიტომ, რომ, ერთის მხრივ, ეს არის ქინონი, ხოლო მეორეს მხრივ, ის ყველგან გვხვდება (ინგლისურიდან. ყველგანმყოფი- ყველგანმყოფი). მისი შემოკლებული სახელწოდებაა CoQ, UQ ან უბრალოდ Q. ყველა რკინა-გოგირდის ცენტრი ელექტრონებს აძლევს უბიქინონს.

რედუქციის დროს უბიქინონი იძენს არა მხოლოდ ელექტრონებს, არამედ პროტონებსაც (სურ. 30).

სურ.30.უბიქინონი - კოენზიმი Q (a)
და მისი რედოქს ტრანსფორმაციები (ბ)

ერთი ელექტრონი შემცირებით ის იქცევა ნახევრადქინონად (ორგანული თავისუფალ რადიკალად), ხოლო ორელექტრონული შემცირებით - ჰიდროქინონად. ეს არის თავისუფალი რადიკალის შუალედური ფორმირება, რომელიც საშუალებას აძლევს უბიქინონს იყოს არა ორი, არამედ ერთი ელექტრონის გადამზიდავი. ძალიან გრძელი ჰიდროფობიური კუდი (40 ნახშირბადის ატომი ათ ზედიზედ იზოპრენოიდულ ნარჩენში) აძლევს უბიქინონს უნარს ადვილად ჩასვას და თავისუფლად გადაადგილდეს შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის არაპოლარულ ფენაში.

11.3.3.2. ვექტორების მდებარეობა

მატარებლებს შორის ელექტრონების ნაკადი მიმართულია უფრო მაღალი შემცირების პოტენციალის მქონე მატარებლიდან (ანუ დაბალი რედოქსის პოტენციალის) მატარებლისკენ, რომელსაც აქვს დაბალი შემცირების პოტენციალი (ანუ უფრო დაჟანგული, მაღალი რედოქს პოტენციალით) (ნახ. 31).

სურ.31.რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტების რედოქს პოტენციალი მიტოქონდრიაში

მიტოქონდრიულ ჯაჭვში გადამტანებს აქვთ სხვადასხვა რედოქს პოტენციალი.

ჯაჭვში ელექტრონების მატარებლები განლაგებულია წრედში ისე, რომ DG 0 (თავისუფალი ენერგია) თანდათან მცირდება და შესაბამისად იზრდება რედოქსის პოტენციალი. ელექტრონის გადაცემის თითოეულ ეტაპზე ჯაჭვის მიმდებარე გადამზიდავზე, თავისუფალი ენერგია გამოიყოფა.

გლუკოზის დაჟანგვის დროს ელექტრონები გადადიან NADH და FADH 2-დან ჟანგბადში. ამ პროცესში ჩართულია მრავალი გადამზიდავი, მაგრამ ისინი შეიძლება დაიყოს ოთხ კომპლექსად, რომლებიც ჩაშენებულია მიტოქონდრიულ მემბრანაში.
(სურ. 32).

ბრინჯი. 32.ოთხი ელექტრონის სატრანსპორტო კომპლექსი
მიტოქონდრიულ მემბრანაში

კომპლექსებს შორის ელექტრონები მოძრაობენ მობილურ მატარებლებთან ერთად: უბიქინონი და ციტოქრომი c. Ubiquinone იღებს ელექტრონებს I და II კომპლექსებიდან და გადასცემს მათ III კომპლექსში. ციტოქრომი c შუამავალია III და IV კომპლექსებს შორის. კომპლექსი I გადასცემს ელექტრონებს NADH-დან Q-ში; კომპლექსი II - სუქცინატიდან FADN 2-მდე Q-მდე; III კომპლექსი იყენებს QH 2-ს ციტოქრომის c შესამცირებლად, ხოლო IV კომპლექსი ელექტრონებს გადასცემს ციტოქრომიდან თანჟანგბადისთვის. I, III და IV კომპლექსებს შესაბამისად უწოდებენ NADH-CoQ რედუქტაზას, CoQH2-ციტოქრომს. თან-რედუქტაზა და ციტოქრომ ოქსიდაზა. IV კომპლექსი - ციტოქრომ ოქსიდაზა - შედგება რამდენიმე ცილისგან. ის ელექტრონებს ციტოქრომიდან იღებს თანშიდა მიტოქონდრიული გარსის გარეთა მხარეს. ჟანგბადისკენ მიმავალ გზაზე ეს ელექტრონები ციტოქრომებში გადიან ადა a 3, შეიცავს სპილენძის ატომებს, რომლებიც მონაცვლეობით გარდაიქმნება Cu + და Cu 2+ მდგომარეობებში. ციტოქრომ ოქსიდაზა ამცირებს თავისუფალ ჟანგბადს:

O 2 + 4 e - + 4H + ® 2H 2 O

11.3.3.3. მიტჩელის ქიმიოსმოტიკური თეორია

ელექტრონების ტრანსპორტირება სასუნთქი ჯაჭვის გასწვრივ იწვევს ატფ-ის წარმოქმნას. ატფ სინთეზთან ელექტრონის ტრანსპორტირების მექანიზმის კონცეფცია შეიმუშავა ინგლისელმა ბიოქიმიკოსმა პიტერ მიტჩელმა 1961 წელს (მიტჩელს მიენიჭა ნობელის პრემია 1978 წელს). მიტჩელმა აღმოაჩინა, რომ ელექტრონების ნაკადი იწვევს პროტონების ამოტუმბვას მიტოქონდრიიდან მიმდებარე გარემოში, რაც ქმნის პროტონულ გრადიენტს მემბრანაზე (გარე ხსნარის pH მცირდება). ვინაიდან პროტონები დადებითად დამუხტული ნაწილაკებია, მიტოქონდრიიდან მათი ამოტუმბვის გამო, მემბრანაზე წარმოიქმნება ელექტრული პოტენციალის სხვაობა (მინუს - შიგნით) და pH განსხვავება (უფრო მაღალი - შიგნით). ელექტრული და კონცენტრაციის გრადიენტები ერთად ქმნიან (მიტჩელის მიხედვით) პროტონის მამოძრავებელ ძალას, რომელიც არის ენერგიის წყარო ATP-ის სინთეზისთვის (ნახ. 33).

ბრინჯი. 33.ატფ-ის სინთეზის სქემა შინაგანში
მიტოქონდრიული მემბრანა

პროტონის მამოძრავებელი ძალა ამოძრავებს ATP სინთაზას კომპლექსებს, რომლებიც იყენებენ ელექტრონების ნაკადს ATP-დან ADP-დან და ფოსფორიდან სინთეზირებისთვის.კომპლექსები არის სპეციალიზებული პროტონული არხები (სოკოს ფორმის პროგნოზები, რომლებიც ფარავს კრისტას შიდა ზედაპირს). კომპლექსი წარმოდგენილია ორი ურთიერთდაკავშირებული კომპონენტით F 0 F 1, რომელთაგან თითოეული შედგება რამდენიმე ცილის მოლეკულისგან. F 0 ჩაღრმავებულია მემბრანაში, ხოლო F 1 მდებარეობს მის ზედაპირზე. სწორედ F1-ში სინთეზირდება ATP, ხოლო F0 თავად ასრულებს პროტონული არხის ფუნქციას (სურ. 34).

სურათი 34. E. coli-დან F 0 F 1 ატფ სინთეტაზას "სოკოს" სტრუქტურის სქემატური წარმოდგენა. F 0 კომპონენტი აღწევს მემბრანაში, აყალიბებს არხს პროტონებისთვის. ვარაუდობენ, რომ F 1 შედგება სამი a და სამი b ქვედანაყოფისგან, ორგანიზებული ისე, რომ ისინი ქმნიან ჰექსამერულ სტრუქტურას, როგორიცაა "სოკოს ქუდი", და ერთი g, ერთი d და ერთი e ქვედანაყოფი, რომლებიც ქმნიან F 0 დამაკავშირებელ "ღეროს". F 1 არხზე

ზუსტად არ არის ცნობილი, როგორ წარმოიქმნება ATP ატფ სინთეტაზას მეშვეობით. ერთ-ერთი თეორიის თანახმად, პროტონების გადატანის დროს F0 ფაქტორით, კონფორმაციული ცვლილებები ხდება F1 კომპონენტში, რომელიც ასინთეზირებს ATP-ს ADP-დან და ფოსფორისგან.

NADH-დან ჟანგბადში გადატანილი ყოველი წყვილი ელექტრონისთვის არის 10 პროტონი, რომელიც ამოტუმბულია მიტოქონდრიული მატრიციდან. ამრიგად, 1 NADH მოლეკულის დაჟანგვა იწვევს 2,5 ATP მოლეკულის სინთეზს, ხოლო 1 FADH 2 მოლეკულის დაჟანგვა იწვევს 1,5 ATP მოლეკულის სინთეზს. ადრე ითვლებოდა, რომ სამი და ორი ATP მოლეკულა იყო სინთეზირებული, შესაბამისად. ამ სიდიდეებს ჩვეულებრივ უწოდებენ P/O თანაფარდობას, რადგან 2 ელექტრონის გადაცემა უდრის 1 ჟანგბადის ატომის შემცირებას.

ATP-ის გამოსავლიანობა გლუკოზის მოლეკულის CO 2 და H 2 O ჟანგვის დროს.

გლიკოლიზი წარმოქმნის 2 ATP მოლეკულას (4 იწარმოება, მაგრამ 2 მოიხმარება). გლიკოლიზის დროს ციტოპლაზმაში ასევე წარმოიქმნება NADH-ის 2 მოლეკულა გლუკოზის 1 მოლეკულაზე. ლიმონმჟავას ციკლში წარმოიქმნება 2 ATP მოლეკულა (გლუკოზის 1 მოლეკულიდან წარმოიქმნება 2 აცეტილ-CoA მოლეკულა, რაც იწვევს ციკლის ორ შემობრუნებას).

გლუკოზის ყოველ 1 მოლეკულაზე პირუვატდეჰიდროგენაზა წარმოქმნის NADH-ის 2 მოლეკულას, ხოლო ლიმონმჟავას ციკლი წარმოქმნის 6 მოლეკულას NADH-ს. მათი დაჟანგვა იწვევს 20 ATP მოლეკულის სინთეზს. კიდევ სამი ATP მოლეკულა წარმოიქმნება FADH 2-ის დაჟანგვის გამო სუქცინატის ფუმარატად გადაქცევის დროს.

ATP მოლეკულების ჯამური გამომუშავება დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რომელ შატლ მექანიზმს (გლიცეროფოსფატი და მალატ ასპარტატი) გამოიყენებენ უჯრედები NADH-ის სასუნთქ ჯაჭვში გადასატანად. გლიცეროლის ფოსფატის მექანიზმში ელექტრონები NADH-დან გადადის დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატში გლიცეროლ-3-ფოსფატის წარმოქმნით, რომელიც ელექტრონებს გადასცემს სასუნთქ ჯაჭვში (სურ. 35). ეს ხდება ფერმენტ გლიცეროლ-3-ფოსფატ დეჰიდროგენაზას მონაწილეობით. ციტოპლაზმური NADH-ის დახმარებით აღდგება მიტოქონდრიული FAD, რომელიც წარმოადგენს ფლავოპროტეინის - გლიცეროლ-3-ფოსფატდეჰიდროგენაზას პროთეზურ ჯგუფს.

ბრინჯი. 35.გლიცეროლის ფოსფატის შატლის მექანიზმი

სხვა შატლის სისტემა, მალატ-ასპარტატის სისტემა, ელექტრონებს გადასცემს ციტოპლაზმური NADH-დან მიტოქონდრიულ NAD +-ში (ნახ. 36). ეს იწვევს მიტოქონდრიული NADH-ის წარმოქმნას, რომელიც შემდგომ იჟანგება ელექტრონების გადამტან ჯაჭვში. ციტოპლაზმაში NADH ამცირებს ოქსალოაცეტატს მალატად. ეს უკანასკნელი გადამზიდველის დახმარებით ხვდება მიტოქონდრიაში, სადაც რეოქსიდირდება ოქსალოაცეტატად NAD +-ის შემცირებით. თავად ოქსალოაცეტატი ვერ ტოვებს მიტოქონდრიას, ამიტომ ის ჯერ ასპარტატად გადაიქცევა, რომელიც გადამზიდველის მიერ ციტოპლაზმაში გადადის. ციტოპლაზმაში ასპარტატი დეამინირებულია, გადაიქცევა ოქსალოაცეტატად და ამით ხურავს შატლის მექანიზმს.

სურ.36.მალატ-ასპარტატის შატლის სისტემა ელექტრონის გადაცემისთვის

სტრუქტურულად და ფუნქციურად დაკავშირებული ტრანსმემბრანული ცილების და ელექტრონის მატარებლების სისტემა. ის საშუალებას გაძლევთ შეინახოთ მოლეკულური ჟანგბადის მიერ NAD*H და FADH2 დაჟანგვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია ტრანსმემბრანული პროტონის პოტენციალის სახით, ჯაჭვის გასწვრივ ელექტრონის თანმიმდევრული გადაცემის გამო, მემბრანის მეშვეობით პროტონების გადატუმბვით. ევკარიოტებში სატრანსპორტო ჯაჭვი ლოკალიზებულია შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე. რესპირატორულ ჯაჭვში არის 4 მულტიფერმენტული კომპლექსი. ასევე არსებობს კიდევ ერთი კომპლექსი, რომელიც არ მონაწილეობს ელექტრონის გადაცემაში, მაგრამ ასინთეზებს ATP-ს.

1 - CoA ოქსიდორედუქტაზა.

1. იღებს ელექტრონებს NADH-დან და გადააქვს მათ კოენზიმ Q-ში (უბიქინონი). 2.გადააქვს 4 H+ იონი შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის გარე ზედაპირზე.

მე-2 FAD-დამოკიდებული დეჰიდროგენაზები.

1. FAD-ის შემცირება ციტოქრომ c ოქსიდორედუქტაზას მიერ.

2. იღებს ელექტრონებს კოენზიმ Q-დან და გადააქვს ციტოქრომ c-ში.

3.გადააქვს 2 H+ იონი შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის გარე ზედაპირზე.

მე-4-ციტოქრომ c-ჟანგბადის ოქსიდორედუქტაზა.

1. იღებს ელექტრონებს ციტოქრომ c-დან და გადასცემს მათ ჟანგბადში წყლის წარმოქმნის მიზნით.

2.გადააქვს 4 H+ იონი შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის გარე ზედაპირზე. წყალბადის ყველა ატომი, რომელიც აერობული პირობებით დეჰიდროგენაზების მიერ გამოყოფილი სუბსტრატებიდან, აღწევს შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში, როგორც NADH ან FADH2-ის ნაწილი.

ელექტრონების მოძრაობისას ისინი კარგავენ ენერგიას -> ენერგია იხარჯება კომპლექსების მიერ H პროტონების გადატუმბვაზე. H იონების გადატანა ხდება მკაცრად განსაზღვრულ ადგილებში -> კონიუგაციის ადგილებში. შედეგი: ATP წარმოიქმნება: H+ იონები კარგავენ ენერგიას ATP სინთაზას გავლით. ამ ენერგიის ნაწილი იხარჯება ATP სინთეზზე. მეორე ნაწილი სითბოს სახით იშლება.

მიტოქონდრიული რესპირატორული ჯაჭვი შედგება 5 მულტიფერმენტული კომპლექსისგან, რომელთა ქვედანაყოფები კოდირებულია როგორც ბირთვული, ასევე მიტოქონდრიული გენებით. კოენზიმი Q10 და ციტოქრომი c მონაწილეობენ ელექტრონის ტრანსპორტში. ელექტრონები მომდინარეობს NAD*H და FAD"H მოლეკულებიდან და ტრანსპორტირდება რესპირატორული ჯაჭვის გასწვრივ. გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენება პროტონების გადასატანად მიტოქონდრიის გარე მემბრანაში, ხოლო მიღებული ელექტროქიმიური გრადიენტი გამოიყენება ATP სინთეზისთვის V კომპლექსის გამოყენებით. მიტოქონდრიული რესპირატორული ჯაჭვი

44. რესპირატორულ ჯაჭვში ელექტრონის მატარებლების თანმიმდევრობა და სტრუქტურა

1 კომპლექსი. NADH-CoQ ოქსიდორედუქტაზა

ამ კომპლექსს ასევე აქვს სამუშაო სახელწოდება NADH დეჰიდროგენაზა, შეიცავს FMN (ფლავინის მონონუკლეოტიდი), 22 ცილის მოლეკულას, რომელთაგან 5 არის რკინა-გოგირდის ცილა, საერთო მოლეკულური მასით 900 kDa-მდე.

იღებს ელექტრონებს NADH-დან და გადასცემს მათ კოენზიმ Q-ში (უბიქინონი).

გადააქვს 4 H+ იონი შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის გარე ზედაპირზე.

2 კომპლექსი. FAD-დამოკიდებული დეჰიდროგენაზები

იგი მოიცავს FAD-დამოკიდებულ ფერმენტებს, რომლებიც მდებარეობს შიდა მემბრანაზე - მაგალითად, აცილ-SCoA დეჰიდროგენაზა (ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვა), სუქცინატდეჰიდროგენაზა (ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი), მიტოქონდრიული გლიცეროლ-3-ფოსფატ დეჰიდროგენაზა (NADH გადაადგილება მიტოქონდრიაში).

FAD-ის შემცირება რედოქს რეაქციებში.

ელექტრონების გადაცემის უზრუნველყოფა FADN2-დან შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის რკინა-გოგირდის ცილებამდე. შემდეგ ეს ელექტრონები გადადიან კოენზიმ Q-ში.

46. ​​ჟანგვის და ფოსფორილირების გამოყოფის ბიოქიმიური მექანიზმები, მათი გამომწვევი ფაქტორებისუნთქვისა და ფოსფორილირების შეწყვეტა

ზოგიერთ ქიმიურ ნივთიერებას (პროტონოფორებს) შეუძლია პროტონების ან სხვა იონების (იონოფორების) გადატანა მემბრანთაშორისი სივრციდან მემბრანის გავლით მატრიცაში, ატფ სინთაზას პროტონული არხების გვერდის ავლით. შედეგად, ელექტროქიმიური პოტენციალი ქრება და ატფ-ის სინთეზი ჩერდება. ამ ფენომენს სუნთქვისა და ფოსფორილირების განცალკევება ეწოდება. გამოყოფის შედეგად ატფ-ის რაოდენობა მცირდება და ადფ იზრდება. ამ შემთხვევაში იზრდება NADH-ისა და FADH2-ის დაჟანგვის სიჩქარე, ასევე იზრდება შთანთქმის ჟანგბადის რაოდენობაც, მაგრამ ენერგია გამოიყოფა სითბოს სახით და მკვეთრად მცირდება P/O თანაფარდობა. როგორც წესი, გამხსნელები არის ლიპოფილური ნივთიერებები, რომლებიც ადვილად გადიან მემბრანის ლიპიდურ შრეში. ერთ-ერთი ასეთი ნივთიერებაა 2,4-დინიტროფენოლი (სურ. 6-17), რომელიც ადვილად გადადის იონიზებული ფორმიდან არაიონიზებულში, ამაგრებს პროტონს მემბრანთაშორის სივრცეში და გადააქვს მას მატრიცაში.

დამაკავშირებლების მაგალითები შეიძლება იყოს ასევე ზოგიერთი მედიკამენტი, მაგალითად, დიკუმაროლი - ანტიკოაგულანტი (იხ. განყოფილება 14) ან მეტაბოლიტები, რომლებიც წარმოიქმნება ორგანიზმში, ბილირუბინი - კატაბოლიზმის პროდუქტი (იხ. ნაწილი 13), თიროქსინი - ფარისებრი ჯირკვლის ჰორმონი (იხ. 11). ყველა ეს ნივთიერება ავლენს განმუხტვის ეფექტს მხოლოდ მაღალი კონცენტრაციის დროს.

ფოსფორილირების გამორთვას ADP-ის ან არაორგანული ფოსფატის დაქვეითებისას თან ახლავს სუნთქვის დათრგუნვა (სუნთქვის კონტროლის ეფექტი). მიტოქონდრიის მემბრანის დამაზიანებელი ეფექტების დიდი რაოდენობა არღვევს დაჟანგვასა და ფოსფორილირებას შორის დაწყვილებას, რაც საშუალებას აძლევს ელექტრონების გადაცემას მოხდეს ატფ-ის სინთეზის არარსებობის შემთხვევაშიც კი (დაწყვილების ეფექტი).

1. მთლიანი გამომავალი:

1 ATP მოლეკულის სინთეზისთვის საჭიროა 3 პროტონი.

2. ოქსიდაციური ფოსფორილირების ინჰიბიტორები:

ინჰიბიტორები ბლოკავს V კომპლექსს:

ოლიგომიცინი - ბლოკავს ატფ სინთაზას პროტონულ არხებს.

ატრაქტილოზიდი, ციკლოფილინი - ბლოკავს ტრანსლოკაზებს.

3. ოქსიდაციური ფოსფორილირების გამხსნელები:

Uncouplers არის ლიპოფილური ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ პროტონების მიღება და მათი გადატანა მიტოქონდრიის შიდა მემბრანის მეშვეობით, V კომპლექსის (მისი პროტონული არხის) გვერდის ავლით. გათიშვები:

ნატურალური - ლიპიდური პეროქსიდაციის პროდუქტები, გრძელი ჯაჭვის ცხიმოვანი მჟავები; ფარისებრი ჯირკვლის ჰორმონების დიდი დოზები.

ხელოვნური - დინიტროფენოლი, ეთერი, K ვიტამინის წარმოებულები, ანესთეტიკები.