химический каталог




ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ, синтез АТФ из аденозиндифосфата и неорганическое фосфата, осуществляющийся в живых клетках, благодаря энергии, выделяющейся при окислении органическое веществ в процессе клеточного дыхания. В общем виде ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. и его место в обмене веществ можно представить схемой:


АН2-органическое вещества, окисляемые в дыхат. цепи (так называемой субстраты окисления, или дыхания), АДФ-аденозиндифосфат, Р-неорганическое фосфат.

Поскольку АТФ необходим для осуществления многие процессов, требующих затраты энергии (биосинтез, совершение механические работы, транспорт веществ и др.), ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. играет важнейшую роль в жизнедеятельности аэробных организмов. Образование АТФ в клетке происходит также благодаря др. процессам, например в ходе гликолиза и различные типов брожения, протекающих без участия кислорода. Их вклад в синтез АТФ в условиях аэробного дыхания составляет незначительной часть от вклада ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. (около 5%).

У животных, растений и грибов ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. протекает в спе-циализир. субклеточных структурах-митохондриях (рис. 1); у бактерий ферментные системы, осуществляющие этот процесс, находятся в клеточной мембране.

Митохондрии окружены белково-фосфолипидной мембраной. Внутри митохондрий (в так называемой матриксе) идет ряд метаболич. процессов распада пищевая веществ, поставляющих субстраты окисления АН2 для ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. Наиб. важные из этих процессов -трикарбоновых кислот цикл и так называемой-окисление жирных кислот (окислит. расщепление жирной кислоты с образованием ацетил-кофермента А и кислоты, содержащей на 2 атома С меньше, чем исходная; вновь образующаяся жирная кислота также может подвергаться -окислению). Интермедиаты этих процессов подвергаются дегидрированию (окислению) при участии ферментов дегидрогеназ; затем электроны передаются в дыхат. цепь митохондрий-ансамбль окислит.-восстановит. ферментов, встроенных во внутр. митохонд-риальную мембрану. Дыхат. цепь осуществляет многоступенчатый экзэргонич. перенос электронов (сопровождается уменьшением свободный энергии) от субстратов к кислороду, а высвобождающаяся энергия используется расположенным в той же мембране ферментом АТФ-синтетазой, для фос-форилирования АДФ до АТФ. В интактной (неповрежденной) митохондриальной мембране перенос электронов в дыхат. цепи и фосфорилирование тесно сопряжены между собой. Так, например, выключение фосфорилирования по исчерпании АДФ либо неорганическое фосфата сопровождается торможением дыхания (эффект дыхат. контроля). Большое число повреждающих митохондриальную мембрану воздействий нарушает сопряжение между окислением и фосфори-лированием, разрешая идти переносу электронов и в отсутствие синтеза АТФ (эффект разобщения).

Механизм ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. можно представить схемой: Перенос электронов (дыхание) А ~ ВАТФ А ~ В-высокоэнергетич. интермедиат Предполагалось, что А ~ В - химический соединение с макроэргич. связью, например фосфорилир. фермент дыхат. цепи (химический гипотеза сопряжения), или напряженная конформация к.-л. белка, участвующего в ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. (конформационные гипотеза сопряжения). Однако эти гипотезы не получили эксперим. подтверждения. Наиб. признанием пользуется хемиосмотич. концепция сопряжения, предложенная в 1961 П. Митчеллом (за развитие этой концепции в 1979 ему присуждена Нобелевская премия). Согласно этой теории, свободный энергия транспорта электронов в дыхат. цепи затрачивается на перенос из митохондрий через митохондриальную мембрану на ее наружную сторону ионов Н+ (рис. 2, процесс 1). В результате на мембране возникает разность электрич. потенциалов и разность химический активностей ионов Н+ (внутри митохондрий рН выше, чем снаружи). В сумме эти компоненты дают трансмембранную разность электрохимический потенциалов ионов водорода между матриксом митохондрий и внешний водной фазой, разделенными мембраной:


где R-универсальная газовая постоянная, T-абс. температура, F- число Фарадея. Величина обычно составляет около 0,25 В, причем основные часть (0,15-0,20 В) представлена электрич. составляющей . Энергия , выделяющаяся при движении протонов внутрь митохондрий по электрич. полю в сторону меньшей их концентрации (рис. 2, процесс 2), используется АТФ-синтетазой для синтеза АТФ. Т. обр., схему ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф., согласно этой концепции, можно представить в следующей виде:

Перенос электронов (дыхание) АТФ

Сопряжение окисления и фосфорилирования через позволяет объяснить, почему ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф., в отличие от гликолитич. ("субстратного") фосфорилирования, протекающего в растворе, возможно лишь в замкнутых мембранных структурах, а также почему все воздействия, снижающие электрич. сопротивление и увеличивающие протонную проводимость мембраны, подавляют ("разобщают") ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. Энергия , помимо синтеза АТФ, может непосредственно использоваться клеткой для др. целей - транспорта метаболитов, движения (у бактерий), восстановления нико-тинамидных коферментов и др.

В дыхат. цепи имеется несколько участков, которые характеризуются значительной перепадом окислит.-восстановит. потенциала и сопряжены с запасанием энергии (генерацией ). Таких участков, называют пунктами или точками сопряжения, обычно три: НАДН: убихинон-редуктазное звено ( 0,35-0,4 В), убихинол: цитохром-c-редуктазное звено (~ ~ 0,25 В) и цитохром-с-оксидазный комплекс (~ 0,6 В)-пункты сопряжения 1, 2 и 3 соответственно (рис. 3). Каждый из пунктов сопряжения дыхат. цепи может быть выделен из мембраны в виде индивидуального ферментного комплекса, обладающего окислит.-восстановит. активностью. Такой комплекс, встроенный в фосфолипидную мембрану, способен функционировать как протонный насос.


Обычно для характеристики эффективности ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. используют величины Н+/2е или q/2e, указывающие сколько протонов (либо электрич. зарядов) переносится через мембрану при транспорте пары электронов через данный участок дыхат. цепи, а также отношение Н+/АТФ, показывающее, сколько протонов нужно перенести снаружи внутрь митохондрий через АТФ-синтетазу для синтеза 1 молекулы АТФ. Величина q/2e составляет для пунктов сопряжения 1, 2 и 3 соответственно 3-4, 2 и 4. Величина Н+/АТФ при синтезе АТФ внутри митохондрий равна 2; однако еще один Н+ может тратиться на вынос синтезированного АТФ4- из матрикса в цитоплазму переносчиком адениновых нуклеотидов в обмен на АДФ -3 . Поэтому кажущаяся величина Н+ / АТФнаружн равна 3.

В организме ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. подавляется многие токсичными веществами, которые по месту их действия можно разделить на три группы: 1) ингибиторы дыхат. цепи, или так называемой дыхат. яды (см. Дыхание). 2) Ингибиторы АТФ-синтетазы. Наиб. распространенные ингибиторы этого класса, употребляемые в лабораторная исследованиях, - антибиотик олигомицин и модификатор карбоксильных групп белка дициклогексилкарбодиимид. 3) Т. называют разобщители ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. Они не подавляют ни перенос электронов, ни собственно фосфорилирование АДФ, но обладают способностью уменьшать величину на мембране, благодаря чему нарушается энергетич. сопряжение между дыханием и синтезом АТФ. Разобщающее действие проявляет большое число соединение самой разнообразной химический структуры. Классич. разобщители - вещества, обладающие слабыми кислотными свойствами, способные проникать через мембрану как в ионизованной (депротонированной), так и в нейтральной (протонированной) формах. К таким веществам относят, например, 1-(2-дицианометилен)гидразино-4-трифтор-метоксибензол, или карбонилцианид-n-трифторметокси-фенилгидразон, и 2,4-динитрофенол (соответственно формулы I и II; показаны протонир. и депротонир. формы).


Двигаясь через мембрану в электрич. поле в ионизованной форме, разобщитель уменьшает; возвращаясь обратно в протонир. состоянии, разобщитель понижает (рис. 4). Т. обр., такой "челночный" тип действия разобщителя приводит к уменьшению


Разобщающим действием обладают также ионофоры (например, грамицидин), повышающие электропроводность мембраны в результате образования ионных каналов или вещества, разрушающие мембрану (например, детергенты).

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. открыто В. А. Энгельгардтом в 1930 при работе с эритроцитами птиц. В 1939 В. А. Белицер и Е. Т. Цыбакова показали, что ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕф. сопряжено с переносом электронов в процессе дыхания; к такому же заключению несколько позднее пришел Г. М. Калькар.

Литература: Рэкер Э., Биоэнергетические механизмы, пер. с англ., М., 1967; Ленинджер А., Основы биохимии, пер. с англ., т. 2, М., 1985, с. 508-46; Страйер Л., Биохимия, пер. с англ., т. 2, М., 1985, с. 71-94; Николc Д., Биоэнергетика. Введение в хемиосмотическую теорию, пер. с англ., М., 1985; Скулачев В. П., Энергетика биологических мембран, М., 1989.

А. А. Константинов.

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
форма футбольная в воронеже
цветные neocosmo контактные линзы купить интернет- магазин
плазма напрокат
zwilling сковорода-вок

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(05.12.2016)