Կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ փոխկապակցված տրանսմեմբրանային սպիտակուցների և էլեկտրոնային կրիչների համակարգ: Այն թույլ է տալիս պահպանել մոլեկուլային թթվածնի կողմից NAD*H-ի և FADH2-ի օքսիդացման ժամանակ թողարկված էներգիան տրանսմեմբրանային պրոտոնային պոտենցիալի տեսքով՝ շղթայի երկայնքով էլեկտրոնի հաջորդական փոխանցման շնորհիվ՝ զուգակցված մեմբրանի միջով պրոտոնների մղման հետ: Տրանսպորտային շղթան էուկարիոտներում տեղայնացված է միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթի վրա։ Շնչառական շղթայում կան 4 բազմաֆերմենտային բարդույթներ. Կա նաև մեկ այլ համալիր, որը ներգրավված է ոչ թե էլեկտրոնների փոխանցման, այլ ATP-ի սինթեզման մեջ:

1-ին - CoA oxidoreductase.

1. Ընդունում է էլեկտրոնները NADH-ից և դրանք փոխանցում դեպի կոֆերմենտ Q (ուբիկինոն): 2. Ներքին միտոքոնդրիումային թաղանթի արտաքին մակերեսին փոխանցում է 4 H+ իոն:

2-րդ-FAD-կախյալ դեհիդրոգենազներ.

1. FAD 3-cytochrome c-oxidoreductase-ի վերականգնում:

2. Ընդունում է էլեկտրոններ Q կոֆերմենտից և փոխանցում ցիտոքրոմ c:

3. Ներքին միտոքոնդրիումային թաղանթի արտաքին մակերեսին փոխանցում է 2 H+ իոն:

4-րդ-ցիտոքրոմ c-թթվածնի օքսիդորեդուկտազ:

1. Ընդունում է էլեկտրոնները ցիտոքրոմ c-ից և դրանք փոխանցում թթվածին՝ ջուր առաջացնելու համար:

2. Ներքին միտոքոնդրիումային թաղանթի արտաքին մակերեսին փոխանցում է 4 H+ իոն: Բոլոր ջրածնի ատոմները, որոնք պառակտված են սուբստրատներից դեհիդրոգենազների կողմից աերոբիկ պայմաններում, հասնում են ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթին՝ որպես NADH կամ FADH2-ի մաս:

Էլեկտրոնները շարժվելիս կորցնում են էներգիան -> էներգիան ծախսվում է համալիրների կողմից H պրոտոնների մղման վրա: H իոնային փոխանցումը տեղի է ունենում խստորեն սահմանված տարածքներում -> կոնյուգացիայի տարածքներում: Արդյունքը. տեղի է ունենում ATP արտադրություն. H + իոնները կորցնում են իրենց էներգիան անցնելով ATP սինթազով: այս էներգիան օգտագործվում է ATP սինթեզի համար: Մնացածը ցրվում է որպես ջերմություն։

Միտոքոնդրիաների շնչառական շղթան բաղկացած է 5 բազմաֆերմենտային համալիրներից, որոնց ստորաբաժանումները կոդավորված են ինչպես միջուկային, այնպես էլ միտոքոնդրիումային գեներով։ Էլեկտրոնների փոխանցումը ներառում է կոֆերմենտ Q10 և ցիտոքրոմ c: Էլեկտրոնները գալիս են NAD * H և FAD "H մոլեկուլներից և տեղափոխվում են շնչառական շղթայի երկայնքով: Ազատված էներգիան օգտագործվում է պրոտոնները արտաքին միտոքոնդրիալ թաղանթ տեղափոխելու համար, իսկ արդյունքում ստացված էլեկտրաքիմիական գրադիենտը օգտագործվում է ATP սինթեզելու համար՝ օգտագործելով միտոքոնդրիալ շնչառական համակարգի V համալիրը: շղթա

44. Շնչառական շղթայում էլեկտրոնային կրիչների հաջորդականությունը և կառուցվածքը

1 համալիր. NADH-CoQ oxidoreductase

Այս համալիրը ունի նաև NADH-dehydrogenase աշխատանքային անվանումը, պարունակում է FMN (ֆլավինի մոնոնուկլեոտիդ), 22 սպիտակուցային մոլեկուլ, այդ թվում՝ մինչև 900 կԴա ընդհանուր մոլեկուլային քաշով 5 երկաթ-ծծմբային սպիտակուցներ։

Ընդունում է էլեկտրոնները NADH-ից և դրանք փոխանցում դեպի կոֆերմենտ Q (ուբիկինոն):

Տեղափոխում է 4 H+ իոններ ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթի արտաքին մակերեսին։

2 համալիր. FAD-կախյալ դեհիդրոգենազներ

Այն ներառում է FAD-ից կախված ֆերմենտներ, որոնք տեղակայված են ներքին թաղանթի վրա, օրինակ՝ ացիլ-SCoA դեհիդրոգենազը (օքսիդացում ճարպաթթուներ), սուկցինատդեհիդրոգենազ (տրիկարբոքսիլաթթվի ցիկլ), միտոքոնդրիալ գլիցերին-3-ֆոսֆատ դեհիդրոգենազ (NADH-ի միտոքոնդրիա տեղափոխելու համար մաքոքային մեխանիզմ):

FAD-ի վերականգնում ռեդոքս ռեակցիաներում:

FADH2-ից էլեկտրոնների տեղափոխման ապահովումը դեպի միտոքոնդրիաների ներքին թաղանթի երկաթ-ծծմբային սպիտակուցներ։ Այդ էլեկտրոններն այնուհետև գնում են դեպի կոֆերմենտ Q:

46. ​​Դրանք առաջացնող օքսիդացման և ֆոսֆորիլացման գործոնների անջատման կենսաքիմիական մեխանիզմները.Շնչառության և ֆոսֆորիլացման անջատում

Որոշ քիմիական նյութեր (պրոտոնոֆորներ) կարող են փոխադրել պրոտոններ կամ այլ իոններ (իոնոֆորներ) միջմեմբրանային տարածությունից մեմբրանի միջով դեպի մատրիցա՝ շրջանցելով ATP սինթազայի պրոտոնային ուղիները։ Արդյունքում էլեկտրաքիմիական պոտենցիալը անհետանում է, իսկ ATP-ի սինթեզը դադարում է։ Այս երեւույթը կոչվում է շնչառության և ֆոսֆորիլացման անջատում։ Անկապակցման արդյունքում ATP-ի քանակը նվազում է, իսկ ADP-ն ավելանում է։ Այս դեպքում մեծանում է NADH-ի և FADH2-ի օքսիդացման արագությունը, ավելանում է նաև ներծծվող թթվածնի քանակը, սակայն էներգիան ազատվում է ջերմության տեսքով, և P/O հարաբերակցությունը կտրուկ նվազում է։ Որպես կանոն, անջատիչները լիպոֆիլ նյութեր են, որոնք հեշտությամբ անցնում են թաղանթի լիպիդային շերտով։ Այդ նյութերից մեկը 2,4-դինիտրոֆենոլն է (նկ. 6-17), որը հեշտությամբ իոնացված ձևից վերածվում է ոչ իոնացվածի՝ միջմեմբրանային տարածության մեջ պրոտոն կցելով և այն մատրիցին փոխանցելով։

Անջատիչների օրինակներ կարող են լինել նաև որոշ դեղամիջոցներ, ինչպիսիք են դիկումարոլը` հակամակարդիչ (տես բաժին 14) կամ մետաբոլիտները, որոնք ձևավորվում են մարմնում, բիլիրուբինը` կատաբոլիզմի արդյունք (տես բաժին 13), թիրոքսինը` վահանաձև գեղձի հորմոն (տես բաժին 11): ) Այս բոլոր նյութերը անջատող ազդեցություն են ցուցաբերում միայն բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում:

ADP-ի կամ անօրգանական ֆոսֆատի սպառումից հետո ֆոսֆորիլացման անջատումը ուղեկցվում է շնչառության արգելակմամբ (շնչառական հսկողության ազդեցություն): Մեծ թիվՄիտոքոնդրիալ մեմբրանի վնասումը խաթարում է օքսիդացման և ֆոսֆորիլացման միջև կապը, ինչը թույլ է տալիս էլեկտրոնների փոխանցումը շարունակել նույնիսկ ATP սինթեզի բացակայության դեպքում (անջատման էֆեկտ)

1. Ընդհանուր արտադրանքը.

1 ATP մոլեկուլի սինթեզի համար անհրաժեշտ է 3 պրոտոն։

2. օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացման արգելակիչներ.

Ինհիբիտորները արգելափակում են V համալիրը.

Օլիգոմիցին - արգելափակում է ATP սինթազայի պրոտոնային ալիքները:

Atractyloside, cyclophyllin - արգելափակել translocases.

3. Օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացման անջատիչներ.

Անջատիչները լիպոֆիլ նյութեր են, որոնք ունակ են ընդունել պրոտոնները և տեղափոխել դրանք միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթով՝ շրջանցելով V համալիրը (դրա պրոտոնային ալիքը)։ Անջատիչներ.

Բնական - լիպիդային պերօքսիդացման արտադրանք, երկար շղթայական ճարպաթթուներ; վահանաձև գեղձի հորմոնների մեծ չափաբաժիններ.

Արհեստական ​​- դինիտրոֆենոլ, եթեր, վիտամին K-ի ածանցյալներ, անզգայացնող միջոցներ:

Շնչառական շղթայական համալիրներ

• Համալիր III (Cytochrome bc1 համալիր) էլեկտրոնները փոխանցում է ubiquinone-ից երկու ջրում լուծվող ցիտոքրոմ c, որոնք տեղակայված են միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթի վրա: Ubiquinone-ը փոխանցում է 2 էլեկտրոն, իսկ ցիտոքրոմները մեկ ցիկլով փոխանցում են մեկ էլեկտրոն։ Միաժամանակ այնտեղ են անցնում նաև ուբիկինոնի 2 պրոտոններ, որոնք մղվում են համալիրի կողմից։

NADPH + NAD+ ↔ NADP+ + NADH.

FeS - երկաթ-ծծմբային կենտրոններ:

ԴԻՏԵԼ ԱՎԵԼԻՆ:

. Շնչառական էլեկտրոնների տեղափոխման շղթա

Շնչառական էլեկտրոնների փոխադրման շղթան (ETC, ETC) կառուցվածքային և ֆունկցիոնալորեն կապված տրանսմեմբրանային սպիտակուցների և էլեկտրոնների կրիչների համակարգ է: ETC-ն թույլ է տալիս պահպանել NADH-ի և FADH2-ի օքսիդացման ժամանակ մոլեկուլային թթվածնով (աերոբ շնչառության դեպքում) կամ այլ նյութերով (անաէրոբ շնչառության դեպքում) տրանսմեմբրանային պրոտոնային պոտենցիալի տեսքով՝ հաջորդական փոխանցման պատճառով: էլեկտրոնի շղթայի երկայնքով, որը զուգորդվում է պրոտոնների մղումով թաղանթով: շնչառական շղթայի բաղադրիչները. Շնչառական շղթան ներառում է երեք սպիտակուցային համալիրներ (I, III և IV համալիրներ), որոնք ներկառուցված են ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթում և երկու շարժական կրող մոլեկուլներ՝ ubiquinone (coenzyme Q) և ցիտոքրոմ c: Սուկցինատդեհիդրոգենազը, որը պատկանում է բուն ցիտրատային ցիկլին, նույնպես կարելի է համարել որպես շնչառական շղթայի II բարդ։ ATP սինթազը երբեմն կոչվում է բարդ V, չնայած այն չի մասնակցում էլեկտրոնների փոխանցմանը: Շնչառական շղթայի համալիրները կառուցված են բազմաթիվ պոլիպեպտիդներից և պարունակում են մի շարք տարբեր ռեդոքս կոենզիմներ՝ կապված սպիտակուցների հետ: Դրանք ներառում են ֆլավին [FMN (FMN) կամ FAD (FAD), I և II համալիրներում], երկաթ-ծծմբային կենտրոններ (I, II և III-ում) և հեմ խմբեր (II, III և IV): Համալիրների մեծ մասի մանրամասն կառուցվածքը դեռ չի հաստատվել։ Էլեկտրոնները ներթափանցում են շնչառական շղթա տարբեր ձևերով։ NADH + H+-ի օքսիդացման ժամանակ I կոմպլեքսը էլեկտրոնները փոխանցում է FMN և Fe/S կենտրոնների միջոցով դեպի ուբիկինոն։ Սուկցինատի, ացիլ-CoA-ի և այլ սուբստրատների օքսիդացման ժամանակ առաջացած էլեկտրոնները փոխադրվում են ուբիկինոն II համալիրի կամ այլ միտոքոնդրիալ դեհիդրոգենազի միջոցով ֆերմենտի հետ կապված FADH2-ի կամ ֆլավոպրոտեինի միջոցով (տես Նկ.

Էլեկտրոնների փոխադրման շղթա (tspe):

Հետ. 166), մինչդեռ կոֆերմենտի Q-ի օքսիդացված ձևը վերածվում է անուշաբույր ubihydroquinone-ի: Վերջինս էլեկտրոնները փոխանցում է III բարդույթին, որը դրանք փոխանցում է երկու հեմ b-ի, մեկ Fe/S կենտրոնի և հեմ c1-ի միջոցով դեպի փոքր հեմ պարունակող ցիտոքրոմ c սպիտակուց: Վերջինս էլեկտրոնները փոխանցում է բարդ IV՝ ցիտոքրոմ c օքսիդազին։ Ցիտոքրոմ c օքսիդազը պարունակում է երկու պղնձ պարունակող կենտրոններ (CuA և CuB) և հեմեր a և a3 ռեդոքս ռեակցիաների համար, որոնց միջոցով էլեկտրոնները վերջապես մտնում են թթվածին: Երբ O2-ը կրճատվում է, ձևավորվում է ուժեղ հիմնական անիոն O2-, որը կապում է երկու պրոտոն և անցնում ջրի մեջ։ Էլեկտրոնների հոսքը կապված է I, III և IV բարդույթներով ձևավորված պրոտոնային գրադիենտի հետ։ Շնչառական շղթայի կազմակերպում. I, III և IV կոմպլեքսներով պրոտոնների փոխանցումը վեկտորականորեն ընթանում է մատրիցից միջմեմբրանային տարածություն։ Երբ էլեկտրոնները փոխանցվում են շնչառական շղթայում, H + իոնների կոնցենտրացիան մեծանում է, այսինքն, pH-ի արժեքը նվազում է: Անձեռնմխելի միտոքոնդրիում, ըստ էության, միայն ATP սինթազը թույլ է տալիս պրոտոնների հակադարձ շարժումը դեպի մատրիցա: Սա հիմք է հանդիսանում ATP-ի ձևավորման հետ էլեկտրոնների փոխանցման կարգավորող կարևոր կապի համար: Ubiquinone-ը ոչ բևեռային կողային շղթայի պատճառով ազատորեն շարժվում է թաղանթում։ Ջրում լուծվող ցիտոքրոմ c-ն գտնվում է ներքին թաղանթի արտաքին կողմում։ NADH-ի (NADH) օքսիդացումը I կոմպլեքսով տեղի է ունենում մեմբրանի ներքին կողմում, ինչպես նաև մատրիցայում, որտեղ նույնպես տեղի են ունենում ցիտրատների ցիկլը և β-օքսիդացումը. կարևոր աղբյուրներՆԱԴՀ. Բացի այդ, մատրիցայում տեղի է ունենում O2-ի կրճատումը և ATP-ի (ATP) ձևավորումը։ Ստացված ATP-ն հակապորտային մեխանիզմով (ADP-ի դեմ) տեղափոխվում է միջմեմբրանային տարածություն (տե՛ս էջ 214), որտեղից պորինների միջոցով ներթափանցում է ցիտոպլազմա։

Շնչառական շղթայական համալիրներ

• Կոմպլեքս I (NADH dehydrogenase) օքսիդացնում է NADH-ը՝ վերցնելով նրանից երկու էլեկտրոն և դրանք տեղափոխելով լիպիդում լուծվող ուբիկինոն, որը ցրվում է մեմբրանի ներսում մինչև III բարդույթ։ Միաժամանակ I կոմպլեքսը մատրիցից մղում է 2 պրոտոն և 2 էլեկտրոն միտոքոնդրիայի միջմեմբրանային տարածություն։
• Կոմպլեքս II (սուկցինատդեհիդրոգենազ) չի մղում պրոտոններ, այլ ապահովում է մուտքը լրացուցիչ էլեկտրոնների շղթա՝ սուկցինատի օքսիդացման պատճառով:
• Համալիր III (Cytochrome bc1 համալիր) էլեկտրոնները փոխանցում է ubiquinone-ից երկու ջրում լուծվող ցիտոքրոմ c, որոնք տեղակայված են միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթի վրա: Ubiquinone-ը փոխանցում է 2 էլեկտրոն, իսկ ցիտոքրոմները մեկ ցիկլով փոխանցում են մեկ էլեկտրոն։

Միտոքոնդրիալ էլեկտրոնների փոխադրման շղթա

Միաժամանակ այնտեղ են անցնում նաև ուբիկինոնի 2 պրոտոններ, որոնք մղվում են համալիրի կողմից։

• IV համալիրը (ցիտոքրոմ c օքսիդազ) կատալիզացնում է 4 էլեկտրոնի փոխանցումը 4 ցիտոքրոմ մոլեկուլներից դեպի O2 և 4 պրոտոն մղում միջմեմբրանային տարածություն։ Համալիրը բաղկացած է a և a3 ցիտոքրոմներից, որոնք, բացի հեմից, պարունակում են պղնձի իոններ։

Արյունից միտոքոնդրիա մտնող թթվածինը միանում է երկաթի ատոմին a3 ցիտոքրոմի հեմում՝ O2 մոլեկուլի տեսքով։ Թթվածնի ատոմներից յուրաքանչյուրը միացնում է երկու էլեկտրոն և երկու պրոտոն և վերածվում ջրի մոլեկուլի։

Կրեբսի ցիկլում ձևավորված ենթաշերտը ենթարկվում է ջրազրկման (ջրածնի պառակտում), որի արդյունքում էներգիա է թողարկվում, որը գնում է ATP-ի ձևավորմանը, իսկ գործընթացում ձևավորված էլեկտրոններն ու պրոտոնները միանում են թթվածնի հետ և ձևավորում ջուր։ O2 մոլեկուլի կրճատումը տեղի է ունենում 4 էլեկտրոնի փոխանցման արդյունքում։ Թթվածին 2 էլեկտրոնի յուրաքանչյուր ավելացումով, կրիչների շղթայով նրան գալով, մատրիցից ներծծվում է 2 պրոտոն, որի արդյունքում առաջանում է H2O մոլեկուլ:

Էլեկտրոնները փոխանցվում են կրիչների շղթայի երկայնքով, որոնք գտնվում են հենց թաղանթում: Կրիչները, ընդունելով էլեկտրոնները, օքսիդանում են, և նվիրաբերելով հաջորդ կրիչին՝ վերականգնվում են։ CPE-ի վերջում էլեկտրոնները տեղափոխվում են թթվածին:

Պրոտոնները դուրս են մղվում միտոքոնդրիալ թաղանթից:

Պրոտոնների տեղաշարժը տեղի է ունենում մեմբրանի ներսում էլեկտրոնների շարժման էներգիայի շնորհիվ։

Պրոտոնները չեն կարող ինքնաբերաբար վերադառնալ թաղանթ, ուստի դրական լիցք է կուտակվում նրա արտաքին կողմում:

CPE-ի վերջում գտնվող պրոտոնները կրկին անցնում են ներս հատուկ սպիտակուցի՝ ATP սինթետազի միջով (գործոն 5) և մասնակցում ջրի ձևավորմանը։ Երբ պրոտոնն անցնում է ATP սինթետազով, էներգիա է ազատվում, որն անցնում է ATP-ի սինթեզին:

Կրիչների OVR ռեակցիաների արդյունքում ATP-ն առաջանում է ADP-ից և անօրգանական ֆոսֆատից։

Կարևոր է. Առանց ADP-ի, օքսիդացում չի առաջանում:

NAD- և NADP-ից կախված դեհիդրոգենազների ենթաշերտերը հայտնաբերված են միտոքոնդրիալ մատրիցում և ցիտոզոլում:

Հիմնական էլեկտրոնային կրիչները ներկառուցված են միտոքոնդրիաների ներքին թաղանթում և կազմակերպվում են որոշակի հաջորդականությամբ (վեկտորով) դասավորված 4 բարդույթներով։ Այս հաջորդականությամբ նրանց ստանդարտ ռեդոքս պոտենցիալները դառնում են ավելի դրական, քանի որ նրանք մոտենում են թթվածին:

1. Սուբստրատը սկզբում օքսիդանում է դեհիդրոգենազով` NAD +, արդյունքում NAD + կոֆերմենտը ընդունում է պրոտոն և անցնում NADH:

CPE-ին էլեկտրոններ մատակարարող դեհիդրոգենազների մեծ մասը պարունակում է NAD+: Նրանք կատալիզացնում են այնպիսի ռեակցիաներ, ինչպիսիք են.

R-CHOH-R1 + NAD+ ↔ R-CO-R1 + NADH + H+:

NADPH-ը CPE-ում ուղղակի էլեկտրոնի դոնոր չէ, բայց օգտագործվում է գրեթե

բացառապես ռեդուկտիվ կենսասինթեզներում: Այնուամենայնիվ, NADPH-ից էլեկտրոնների միացումը CPE-ին հնարավոր է պիրիդին նուկլեոտիդ տրանսհիդրոգենազի գործողության շնորհիվ, որը կատալիզացնում է ռեակցիան.

NADPH + NAD+ ↔ NADP+ + NADH.

Ֆլավինի դեհիդրոգենազները պարունակում են FAD կամ FMN որպես կոֆերմենտներ:

FAD-ը ծառայում է որպես էլեկտրոնների ընդունիչ բազմաթիվ սուբստրատներից այնպիսի ռեակցիաներում, ինչպիսիք են.

R-CH2-CH2-R1 + E (FAD) ↔ R-CH=CH-R1 + E (FADH2),

որտեղ E-ն ֆերմենտի սպիտակուցային մասն է:

FAD-ից կախված դեհիդրոգենազների մեծ մասը լուծվող սպիտակուցներ են, որոնք տեղայնացված են միտոքոնդրիալ մատրիցում: Բացառություն է կազմում սուկցինատդեհիդրոգենազը, որը գտնվում է միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթում։

Կամ սուբստրատը օքսիդանում է դեհիդրոգենազ-FAD+-ով, ինչի հետևանքով FAD կոֆերմենտը ընդունում է պրոտոն և դառնում FADH2:

Եթե ​​սուկցինատը (սուկցինաթթու) օքսիդացված է, ապա օքսիդացումն ընթանում է սուկցինատդեհիդրոգենազի միջոցով անմիջապես FAD+-ի միջոցով:

FAD-ը էլեկտրոններ է նվիրում Coenzyme Q-ին (ubiquinone) FES-ի միջոցով:

Կարևոր է. ուբիկինոնը սպիտակուց չէ: Բոլոր մյուս կրիչները սպիտակուցներ են:

FeS - երկաթ-ծծմբային կենտրոններ:

Նախորդը12345678910111213Հաջորդ

ԴԻՏԵԼ ԱՎԵԼԻՆ:

Ընդհանուր առմամբ, շնչառական շղթայի աշխատանքը հետևյալն է.

Շնչառական էլեկտրոնների տեղափոխման շղթա

NADH-ը և FADH2-ը, որոնք ձևավորվել են կատաբոլիզմի ռեակցիաներում, ջրածնի ատոմները (այսինքն՝ ջրածնի պրոտոններն ու էլեկտրոնները) փոխանցում են շնչառական շղթայի ֆերմենտներին:

2. Էլեկտրոնները շարժվում են շնչառական շղթայի ֆերմենտներով եւ կորցնում էներգիան։

3. Այս էներգիան օգտագործվում է H+ պրոտոնները մատրիցից դուրս մղելու համար միջմեմբրանային տարածություն։

4. Շնչառական շղթայի վերջում էլեկտրոնները հարվածում են թթվածին և վերածվում ջրի:

5. H+ պրոտոնները վերադառնում են դեպի մատրիցա և անցնում ATP սինթազով:

6. Միաժամանակ կորցնում են էներգիան, որն օգտագործվում է ATP-ի սինթեզի համար։

Օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացման ընդհանուր սկզբունքը

NAD-ի և FAD-ի վերականգնված ձևերը օքսիդացված ենշնչառական շղթայի ֆերմենտները, դրա շնորհիվ ֆոսֆատը ավելացվում է ADP-ին, այսինքն. ֆոսֆորիլացում. Հետեւաբար, ամբողջ գործընթացը կոչվում է օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացում.

շնչառական շղթա

Ընդամենը էլեկտրոնների փոխադրման շղթաներառում է մոտ 40 տարբեր սպիտակուցներ, որոնք կազմակերպված են 4 խոշոր թաղանթով կապված բազմաֆերմենտային համալիրների։ Կա նաև մեկ այլ համալիր, որը ներգրավված է ոչ թե էլեկտրոնների փոխանցման, այլ ATP-ի սինթեզման մեջ:

Շնչառական շղթայի բլոկային դիագրամ

Էլեկտրոնային կրիչներ

1. C1, c, a, a3 ցիտոքրոմները (պրոթեզային խումբ՝ հեմ) տեղակայված են շնչառական շղթայի տարբեր հատվածներում, ցիտոքրոմ c-ն շարժական ջրում լուծվող սպիտակուց է, որը շարժվում է մեմբրանի արտաքին կողմով 3-րդ և 4-րդ կոմպլեքսների միջև։ . Ցիտոքրոմները aa3 պարունակում են հեմ A: Մեթիլ (-CH3) և վինիլային (-CH=CH2) խմբերի փոխարեն այն պարունակում է համապատասխանաբար ֆորմիլ (-CH) խումբ և ածխաջրածնային շղթա: Երկրորդ առանձնահատկությունը սպիտակուցային հատուկ կենտրոններում պղնձի իոնների առկայությունն է։

Cu+<->Сu2+ + e և Fe2+<->Fe3+ + e

2. Երկաթ-ծծմբային սպիտակուցներ (FeS) - ոչ հեմ սպիտակուցներ, որոնք գործում են ֆլավինի ֆերմենտների հետ համատեղ (1, 2, 3 կոմպլեքսներ)

3. FMN (բարդ 1)՝ FMN + NADH + H+ ———FMNH2 + NAD+

(NAD+ + 2e + 2H+ ————- NADH + H+)

KoQ (ubiquinone) - ոչ սպիտակուցային կրիչ, համալիր 3.

Իզոպրենի երկար հիդրոֆոբ «պոչը» ապահովում է ուբիկինոնի շարժունակությունը լիպիդային երկշերտում։

KoQ-ն և ցիտոքրոմ c-ն շարժական են, մնացած բոլորը անբաժանելի սպիտակուցներ են։

Շնչառական շղթայի ֆերմենտային համալիրների կառուցվածքը

Համալիր. NADH-CoQ ռեդուկտազ

Այս համալիրն ունի նաև աշխատանքային անվանում NADH dehydrogenase, պարունակում է 1FMN, 6 երկաթ-ծծմբային սպիտակուցներ։

1. NADH + H+ + FMN ———2e + 2H+——— NAD+ + FMNH2

2. FMNH2 ————2e——— Fex Sx (Fe2+<->Fe3+ + e)

3. Fex Sx ————2e———KoQ

Գործառույթ

1. Ընդունում է էլեկտրոններ NADH-ից և փոխանցում նրանց կոֆերմենտ Q(ուբիկինոն):

2. 4H+-ը փոխանցում է ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթի արտաքին մակերեսին:

14.1.1. Պիրուվատդեհիդրոգենազի ռեակցիայում և Կրեբսի ցիկլում տեղի է ունենում սուբստրատների (պիրուվատ, իզոցիտրատ, α-կետօղլուտարատ, սուկցինատ, մալատ) ջրազրկում (օքսիդացում): Այս ռեակցիաների արդյունքում ձևավորվում են NADH և FADH2: Կոֆերմենտների այս կրճատված ձևերը օքսիդացված են միտոքոնդրիալ շնչառական շղթայում: NADH-ի և FADH2-ի օքսիդացումը, որն ընթանում է ADP-ից և H3PO4-ից ATP-ի սինթեզով, կոչվում է. օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացում.

Միտոքոնդրիաների կառուցվածքը ներկայացված է Նկար 14.1-ում: Միտոքոնդրիաները ներբջջային օրգանոիդներ են, որոնք ունեն երկու թաղանթ՝ արտաքին (1) և ներքին (2): Ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթը ձևավորում է բազմաթիվ ծալքեր՝ cristae (3): Ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթով սահմանափակված տարածությունը կոչվում է մատրիցա (4), արտաքին և ներքին թաղանթներով սահմանափակված տարածությունը՝ միջմեմբրանային տարածություն (5)։

Նկար 14.1.Միտոքոնդրիայի կառուցվածքի դիագրամ.

14.1.2. շնչառական շղթա- ֆերմենտների հաջորդական շղթա, որը ջրածնի իոններն ու էլեկտրոնները օքսիդացված ենթաշերտերից փոխանցում է մոլեկուլային թթվածին՝ ջրածնի վերջնական ընդունողին: Այս ռեակցիաների ընթացքում էներգիայի արտազատումը տեղի է ունենում աստիճանաբար, փոքր մասերում, և այն կարող է կուտակվել ATP-ի տեսքով։ Շնչառական շղթայի ֆերմենտների տեղայնացումը ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթն է։

Շնչառական շղթան ներառում է չորս բազմաֆերմենտային համալիրներ (Նկար 14.2):

Նկար 14.2.Շնչառական շղթայի ֆերմենտային համալիրներ (ցուցված են օքսիդացման և ֆոսֆորիլացման միացման վայրերը).

I. NADH-KoQ ռեդուկտազ(պարունակում է միջանկյալ ջրածնի ընդունիչներ՝ ֆլավինի մոնոնուկլեոտիդ և երկաթ-ծծմբային սպիտակուցներ)։ II. Succinate-KoQ-reductase(պարունակում է միջանկյալ ջրածնի ընդունիչներ՝ FAD և երկաթ-ծծմբային սպիտակուցներ): III. KoQH 2-cytochrome c-reductase(պարունակում է էլեկտրոնների ընդունիչներ՝ ցիտոքրոմներ b և c1, երկաթ-ծծմբային սպիտակուցներ)։ IV. Ցիտոքրոմ c օքսիդազ(պարունակում է էլեկտրոնների ընդունիչներ՝ a և a3 ցիտոքրոմներ, պղնձի իոններ Cu2+):

14.1.3. Ubiquinone (coenzyme Q) և cytochrome c-ն հանդես են գալիս որպես միջանկյալ էլեկտրոնների կրիչներ։

Ubiquinone (KoQ)- ճարպային լուծվող վիտամինանման նյութ, որը հեշտությամբ կարող է ցրվել միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթի հիդրոֆոբ փուլում: Կոֆերմենտ Q-ի կենսաբանական դերը շնչառական շղթայում էլեկտրոնների փոխանցումն է ֆլավոպրոտեիններից (I և II կոմպլեքսներ) դեպի ցիտոքրոմներ (կոմպլեքս III):

Ցիտոքրոմ գ- բարդ սպիտակուց, քրոմպրոտեին, որի պրոթեզային խումբը՝ հեմը, պարունակում է փոփոխական վալենտով երկաթ (Fe3+ օքսիդացված և Fe2+՝ կրճատված ձևով): Ցիտոքրոմ c-ն ջրում լուծվող միացություն է, որը գտնվում է հիդրոֆիլ փուլում ներքին միտոքոնդրիալ մեմբրանի ծայրամասում։ Ցիտոքրոմ c-ի կենսաբանական դերը շնչառական շղթայում էլեկտրոնների փոխանցումն է III համալիրից IV բարդույթ:

14.1.4. Շնչառական շղթայում էլեկտրոնների միջանկյալ կրիչները դասավորված են ըստ իրենց ռեդոքսային պոտենցիալների։ Այս հաջորդականությամբ նվազում է էլեկտրոններ նվիրելու (օքսիդացնելու) ունակությունը, իսկ էլեկտրոններ ստանալու (վերականգնելու) կարողությունը մեծանում է։ NADH-ն ունի էլեկտրոններ նվիրելու ամենամեծ ունակությունը, իսկ մոլեկուլային թթվածինը` էլեկտրոններ կցելու ամենամեծ կարողությունը:

Նկար 14.3-ում ներկայացված է պրոտոնների և էլեկտրոնների որոշ միջանկյալ կրիչների ռեակտիվ տեղամասի կառուցվածքը օքսիդացված և կրճատված ձևով և դրանց փոխակերպումը:

Նկար 14.3.Միջանկյալ էլեկտրոնների և պրոտոնների կրիչների օքսիդացված և կրճատված ձևերի փոխակերպումները:

14.1.5. ATP-ի սինթեզի մեխանիզմը նկարագրում է քիմիոսմոտիկ տեսություն(հեղինակ՝ Պ. Միտչել): Ըստ այս տեսության, էլեկտրոնների փոխանցման ժամանակ ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթում տեղակայված շնչառական շղթայի բաղադրիչները կարող են «գրավել» պրոտոնները միտոքոնդրիալ մատրիցից և տեղափոխել դրանք միջմեմբրանային տարածություն։ Այս դեպքում ներքին թաղանթի արտաքին մակերեսը ձեռք է բերում դրական լիցք, իսկ ներքինը՝ բացասական, այսինքն. Պրոտոնի կոնցենտրացիայի գրադիենտ է ստեղծվում դրսում ավելի թթվային pH-ով: Այսպես է առաջանում տրանսմեմբրանային պոտենցիալը (ΔµН+ ). Շնչառական շղթայի երեք հատված կա, որտեղ այն ձևավորվում է. Այս հատվածները համապատասխանում են էլեկտրոնների փոխադրման շղթայի I, III և IV համալիրներին (Նկար 14.4):

Նկար 14.4.Շնչառական շղթայի ֆերմենտների և ATP սինթետազի գտնվելու վայրը միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթում:

Էլեկտրոնների փոխանցման էներգիայի շնորհիվ միջմեմբրանային տարածություն արձակված պրոտոնները կրկին անցնում են միտոքոնդրիալ մատրիցա։ Այս գործընթացն իրականացվում է H+-կախյալ ATP սինթետազ (H + -ATPase) ֆերմենտի միջոցով: Ֆերմենտը բաղկացած է երկու մասից (տես Նկար 10.4)՝ ջրում լուծվող կատալիտիկ մասից (F1) և թաղանթի մեջ ընկղմված պրոտոնային ալիքից (F0): H+ իոնների անցումը ավելի բարձր կոնցենտրացիա ունեցող շրջանից դեպի ավելի ցածր կոնցենտրացիա ունեցող շրջան ուղեկցվում է ազատ էներգիայի արտազատմամբ, որի շնորհիվ սինթեզվում է ATP։

14.1.6. ATP-ի տեսքով կուտակված էներգիան օրգանիզմում օգտագործվում է մի շարք կենսաքիմիական և ֆիզիոլոգիական գործընթացներ ապահովելու համար: Հիշեք ATP էներգիայի օգտագործման հիմնական օրինակները.

1) համալիրի սինթեզ քիմիական նյութերավելի պարզներից (անաբոլիզմի ռեակցիաներ); 2) մկանների կծկում (մեխանիկական աշխատանք); 3) տրանսմեմբրանային կենսապոտենցիալների ձևավորում. 4) ակտիվ տրանսպորտնյութեր կենսաբանական թաղանթների միջով:

Կենսաբանական օքսիդացումը կենդանի բջիջներում սուբստրատի օքսիդացման ռեակցիաների ամբողջություն է, որի հիմնական գործառույթը նյութափոխանակության էներգիայի մատակարարումն է։

Օքսիդատիվ գործընթացների հիմնական գործառույթները.

1) էներգիայի պահեստ՝ վերամշակելի ձևով.

2) էներգիայի ցրումը ջերմության տեսքով.

3) օգտակար միացությունների առաջացումը.

4) վնասակար նյութերի պառակտում.

Տարբերությունները կենսաբանական օքսիդացման և այրման միջև

Կենսաբանական օքսիդացումը ոչ թե մեկ փուլով էկզոթերմիկ ռեակցիա է, այլ ռեակցիաների շղթա, որի ընթացքում էներգիան ազատվում է, ցրվում ջերմության տեսքով և պահվում ATP-ում։

Կենսաբանական օքսիդացումը ֆերմենտային գործընթաց է:

Կենսաբանական օքսիդացումն ընթանում է ցածր ջերմաստիճանում և ջրի առկայության դեպքում։

Երբ այրվում է օրգանական նյութերէներգիայի ազատումը տեղի է ունենում ածխածնի օքսիդացման պատճառով ածխաթթու գազ, իսկ կենսաբանական օքսիդացման ժամանակ ջրածնի օքսիդացման հետեւանքով՝ թթվածնի վերածումը ջրի։

Կենսաբանական օքսիդացման վարդապետության զարգացման պատմությունը:

A.N. Bach-ի օքսիդազի տեսությունը

Օդի թթվածնի ուղին դեպի սուբստրատ անցնում է պերօքսիդով:

Մոլեկուլային թթվածնի ակտիվացում.

ա) օքսիգենազ + O 2  օքսիգենազ + պերօքսիդ

բ) օքսիգենազ + սուբստրատ  օքսիգենազ + օքսիդացված սուբստրատ.

Վ.Ի.Պալադինի տեսություն

Կենդանի օրգանիզմում օքսիդացումն ընթանում է ջրազրկմամբ։

Ջրածնի ընդունիչը կարող է լինել ոչ միայն թթվածին, այլեւ մեկ այլ նյութ։

Օքսիդացման էությունը

Քիմիական ռեակցիաները, որոնցում էլեկտրոնը տեղափոխվում է մի մոլեկուլից մյուսը, կոչվում են ռեդոքս ռեակցիաներ։

Միացություններ, որոնք նվիրաբերում են էլեկտրոն, էլեկտրոն դոնորներ կամ նվազեցնող նյութեր:

Միացություններ, որոնք ընդունում են էլեկտրոն

էլեկտրոն ընդունիչներ կամ օքսիդացնող նյութեր:

Օքսիդացնող և վերականգնող նյութերը գործում են որպես կոնյուգացված ռեդոքս զույգեր (redox զույգեր):

Fe + ē  Fe

օքսիդացնող, վերականգնող նյութ,

ընդունող դոնոր

Յուրաքանչյուր ռեդոքս զույգ բնութագրվում է ստանդարտ պոտենցիալով (վոլտներով)

Redox ներուժը

Redox պոտենցիալը ցույց է տալիս էլեկտրոնների փոխանցման ուղղությունը:

Համակարգի ռեդոքս պոտենցիալը նորմալ ջրածնի էլեկտրոդի հետ համեմատելիս, որի ներուժը զրոյական է, ստացվում են արժեքներ, որոնք արտացոլում են նյութի ռեդոքսային կարողությունները:

հյուսվածքների շնչառություն- կենսաբանական օքսիդացման մի տեսակ, որտեղ թթվածինը էլեկտրոն ընդունող է

Հյուսվածքային շնչառության սուբստրատներ.

Կրեբսի ցիկլային թթուներ (իզոցիտրատ, ա-կետօղլուտարատ, սուկցինատ, մալատ),

• ամինաթթուներ,

  α-գլիցերոֆոսֆատ,

  ճարպաթթու.

Հյուսվածքների շնչառությունն իրականացվում է շնչառական շղթայի ֆերմենտների օգնությամբ։

Կենդանի բջիջներում էներգիայի փոխակերպման սխեման՝ հյուսվածքային շնչառություն, ATP ձևավորում և դրա կիրառման եղանակները

ՀԵՏ
ATP կառուցվածքը

ATP սինթեզի մեթոդներ

Շնչառական շղթան միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթում օքսիդորեդուկտազների հաջորդականությունն է, որն իրականացնում է էլեկտրոնների և պրոտոնների փոխանցումը սուբստրատից դեպի մոլեկուլային թթվածին:

Միտոքոնդրիա

Էլեկտրոնների և պրոտոնների փոխանցում միջանկյալ կրիչների մասնակցությամբ.

SH2 - պրոտոնների և էլեկտրոնների նախնական դոնոր;

P1, P2, P3, P4 - միջանկյալ կրիչներ;

E1, E2, E3, E4 - ռեդոքս ռեակցիաների ֆերմենտներ

Շնչառական շղթան էներգիայի հիմնական մատակարարն է ATP մոլեկուլների մակրոէերգիկ կապերի սինթեզի համար օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացման գործընթացում:

Մարմնի ջերմային հավասարակշռության պահպանում. Էներգիայի 57%-ն արտազատվում է ջերմության տեսքով։

Շնչառական շղթայի բաղադրիչները

Ջրածինը ներթափանցում է շնչառական շղթա NADH2-ի տեսքով, քանի որ միտոքոնդրիումներում գտնվող դեհիդրոգենազների մեծ մասը կախված է NAD-ից, ինչպես նաև, երբ գործում են ֆլավինդեհիդրոգենազի (FAD կոենզիմ) սուբստրատի վրա:

NAD-կախյալ դեհիդրոգենազներ

ստանալ էլեկտրոններ և պրոտոններ ուղղակիորեն սուբստրատից.

S -HH + NAD +  S + NADH + H +

NAD-ի կոլեկտորային ֆունկցիան ենթաշերտից հավաքում է էլեկտրոններ և պրոտոններ:

Շատ դեհիդրոգենազներ ունեն NAD, բայց կարող են ունենալ նաև NADP (G-6-PD):

Պիրիդինից կախված որոշ դեհիդրոգենազներ տեղայնացված են միտոքոնդրիումներում, իսկ որոշները՝ ցիտոպլազմայում։

NAD-ի և NADP-ի ցիտոզոլային և միտոքոնդրիալ ավազանները միմյանցից բաժանված են միտոքոնդրիումային թաղանթով, որն անթափանց է այդ կոէնզիմների համար։

Մաքոքային մեխանիզմները նվազեցված նուկլեոտիդները (NADH + H) տեղափոխում են ցիտոպլազմից դեպի միտոքոնդրիա /

Ցիտոպլազմայում օքսալոացետատը վերածվում է մալատի, որը թափանցում է միտոքոնդրիա։

Միտոքոնդրիում, միտոքոնդրիալ MDH-ի ազդեցության ներքո, մալատը վերածվում է PAA-ի, իսկ NADH + H-ը էլեկտրոններն ու պրոտոնները փոխանցում է շնչառական շղթա:

Շնչառական շղթայի ռեդոքս համակարգ

Դ Շնչառական շղթան ներառում է 4 ֆերմենտային համալիրներ, որոնք կատալիզացնում են NADH+H-ի օքսիդացումը թթվածնով։

NADH-KoQ ռեդուկտազը կատալիզացնում է էլեկտրոնի փոխանցումը NADH-ից KoQ:

NADH դեհիդրոգենազ,

ոչ հեմ FeS կլաստերներ,

NADH dehydrogenase

ֆլավոպրոտեին,

գտնվում է միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթում:

Կոֆերմենտը FMN-ն է, որն ընդունում է էլեկտրոնները NADH+H-ից։

FMN + NADH + H  FMNN 2 + NAD

FeS սպիտակուցներում երկաթը կապված է ծծմբի մնացորդի հետ:

Սուկցինատ-KoQ ռեդուկտազը կատալիզացնում է էլեկտրոնի փոխանցումը սուկցինատից դեպի KoQ

Այս համալիրը ներառում է.

ոչ հեմ Fe,

SDH-ը ֆլավոպրոտեին է

սերտորեն կապված է միտոքոնդրիայի ներքին թաղանթին:

Կոֆերմենտը FAD է:

KoQ (ուբիկինոն)

Ubiquinone-ի աղբյուրները K և E վիտամիններն են:

KoQ-ը գտնվում է շնչառական շղթայում՝ ֆլավինի ֆերմենտների և ցիտոքրոմների միջև։

KoQ + FMNN 2  KoQН 2 + FMN

Ubiquinone-ը կոլեկցիոներ է, քանի որ այն հավաքում է կրճատված

համարժեքներ ոչ միայն NADH-DG-ից, այլ նաև SDH-ից

և այլ բաղադրիչներ:

KoQH2 - ցիտոքրոմ C ռեդուկտազը կատալիզացնում է էլեկտրոնի փոխանցումը KoQH2-ից ցիտոքրոմ

Համալիրը ներառում է.

ցիտոքրոմ բ,

ցիտոքրոմ C1,

ոչ հեմ Fe,

Ցիտոքրոմները երկաթ պարունակող բարդ սպիտակուցներ են, որոնք կարմիր գույն ունեն:

Կոֆերմենտը նման է հեմին, սակայն ցիտոքրոմներում առկա երկաթը փոխում է վալենտությունը։

Առաջին անգամ նկարագրվել է ՄակՄունի կողմից, ուսումնասիրվել է Քեյլինի կողմից:

Ցիտոքրոմները կրում են էլեկտրոններ:

Հայտնի է 25-30 տարբեր ցիտոքրոմ, որոնք տարբերվում են.

ռեդոքսային ներուժ,

կլանման սպեկտրը,

մոլեկուլային քաշը

լուծելիությունը ջրի մեջ.

Պ Հեմի աճի խումբը ցիտոքրոմների կառուցվածքում.

Հեմի կապը ցիտոքրոմ C-ի սպիտակուցային մասի հետ

Ցիտոքրոմ օքսիդազը կատալիզացնում է էլեկտրոնների փոխանցումը ցիտոքրոմ C-ից թթվածին:

Համալիրը ներառում է.

ցիտոքրոմ ա

ցիտոքրոմ a3,

ոչ հեմ Fe,

Ցիտոքրոմ օքսիդազը տարբերվում է այլ ցիտոքրոմներից.

պղնձի առկայությունը

արձագանքում է թթվածնի հետ

պրոտոնային պոմպ.

Այս ֆերմենտը ունի 4 ռեդոքս կենտրոն.

Ցիտոքրոմ C  CuA հեմ A  հեմ a 3  CuB  O 2

Сu + e  Сu

Մեկ էլեկտրոնի փոխադրման ժամանակ փոխանցվում են երկու ջրածնի իոններ, որոնցից մեկը օգտագործվում է թթվածնի վերածումը ջրի մեջ, իսկ մյուսը անցնում է թաղանթը։

Արյունից միտոքոնդրիա մտնող թթվածինը կապվում է ցիտոքրոմ ա հեմում գտնվող երկաթի ատոմին։

Այնուհետեւ թթվածնի մոլեկուլի ատոմներից յուրաքանչյուրը

միացնում է 2 էլեկտրոն և 2 պրոտոն,

վերածվելով ջրի մոլեկուլի:

Պրոտոնները գալիս են ջրային միջավայրից։

4ē + 4Н + О 2  2Н 2 0

Օրական սինթեզվում է 200 - 400 մլ ջուր՝ էնդոգեն ջուր։

Շնչառական շղթայում NADH+H-ի օքսիդացման ողջ գործընթացը կապված է թաղանթի ներսից դեպի արտաքին 10H-ի տեղափոխման հետ։

Այս գործընթացում ներգրավված են I, III, IV համալիրները:

Կոմպլեքս II-ը սուկցինատից ջրածինը փոխանցում է KoQ: Այս համալիրը անմիջականորեն ներգրավված չէ էներգիայի ձևավորման մեջ:

Շնչառական շղթայի խանգարումներ

Մանկական մահացու միտոքոնդրիալ միոպաթիայի և երիկամների դիսֆունկցիայի վիճակ:

Այն կապված է ակտիվության նվազման կամ շնչառական շղթայի օքսիդորեդուկտազների մեծ մասի իսպառ բացակայության հետ:

Շնչառական շղթայում ֆերմենտների բաշխման կարգը որոշվում է ռեդոքս պոտենցիալով։

Redox պոտենցիալը փոխվում է շղթայում, քանի որ էլեկտրոնները կորցնում են ազատ էներգիան, անցնելով շղթայով, շարժվելով դեպի ավելի ցածր էներգիայի մակարդակ:

Սուբստրատը պետք է ունենա ավելի բացասական ներուժ, քան կրող-ֆերմենտը.

Գլյուկոզան (-0,5 Վ) միացված է շնչառական շղթայի հենց սկզբում։

Ասկորբինաթթուն (+ 0,2 Վ) միացված է ցիտոքրոմ C1-ից:

Էլեկտրոնները կարող են անցնել բոլոր կրիչների միջով՝ ենթաշերտից մինչև թթվածին:

Կարճ շղթաներ

Սուկցինատը էլեկտրոններ է նվիրում FAD  CoQ  ցիտոքրոմներին  O 2: Սուկցինատի ռեդոքսային պոտենցիալը -0,13 է:

Ամինաթթուներ  ֆլավինի ֆերմենտներ (ամինաթթուների օքսիդազներ)  O 2  H 2 O 2:

Շնչառական ինհիբիտորներ

Միջատասպան ռոտենոնը արգելափակում է NADH-DG-ն: Բարբիթուրատները արգելափակում են AF-ից ուբիկինոնին անցումը:

Անտիմիցին Ա-ն արգելափակում է փուլը՝ ցիտոքրոմ B  ցիտոքրոմ C:

Ցիանիդներ, ածխածնի օքսիդ - ցիտոքրոմ օքսիդազի ինհիբիտորներ: Հիդրոցիանաթթուն փոխազդում է Fe-ի հետ, ածխածնի օքսիդը՝ Fe-ի հետ։

Շնչառական շղթայում էներգիայի կասկադային արտազատում

Էլեկտրոնի անցումը շղթայի երկայնքով ուղեկցվում է էներգիայի աստիճանական, փուլային, կոտորակային արտազատմամբ։

Ընդհանուր էներգիայի անկումը շնչառական շղթայում -0,32-ից մինչև +0,82, կազմում է 1,14 Վ:

Կասկադային էներգիան կարող է օգտագործվել:

Մեկ զույգ էլեկտրոնների NADH + H տեղափոխումը թթվածին տալիս է 52,6 կկալ։

Քանի որ էլեկտրոնների էներգիան չի կարող «պահվել», այն վերածվում է էներգիայի քիմիական կապեր ATP.

Գոյություն ունեն շնչառական շղթաների 2 տեսակ.

կապված էներգիայի փոխադրման հետ,

կապված էներգիայի փոխադրման հետ:

Հյուսվածքային շնչառությունը ներառում է.

ջրածնի հեռացում ենթաշերտից,

Էլեկտրոնների թթվածին փոխանցման բազմաստիճան գործընթաց:

Էլեկտրոնների փոխանցումն ուղեկցվում է ազատ էներգիայի նվազմամբ։

Էներգիայի մի մասը ցրվում է ջերմության տեսքով, իսկ 40%-ն օգտագործվում է ATP սինթեզի համար։

Միտոքոնդրիաները բջջային օրգանելներ են, որոնց գործունեությունը ցանկացածի համար ճանաչող մարդհստակորեն կապված է էներգիայի արտադրության հետ: Իրոք, սուբստրատների օքսիդացման համար անհրաժեշտ տարբեր ֆերմենտներ տեղայնացված են միտոքոնդրիալ մատրիցայում։
Բացի այդ, ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթը պարունակում է էլեկտրոնների կրող սպիտակուցների համակարգ, որն ապահովում է սուբստրատի օքսիդացման վերջնական փուլը և պայմաններ ստեղծում ATP-ի սինթեզի համար:

Կրող սպիտակուցների այս համակարգը ունի մի քանի անվանում՝ շնչառական շղթա, էլեկտրոնների տեղափոխման շղթա, էլեկտրոնների փոխադրման շղթա, ռեդոքս շղթա (redox chain)։ Այս անուններից ոմանք ավելի ճշգրիտ կերպով արտացոլում են այս շղթայի մասնակցությամբ տեղի ունեցող գործընթացների էությունը, բայց առավել հաճախ նրանք օգտագործում են ավելի պարզ անուն ՝ շնչառական շղթա:
Շնչառական շղթայի սպիտակուցների մասնաբաժինը զգալի է և կազմում է միտոքոնդրիաների ներքին թաղանթի ընդհանուր սպիտակուցի 30-40%-ը։
Շնչառական շղթան պարունակում է.

• 1) պիրիդինդեհիդրոգենազի նստվածքներ (պարունակում են NAD+);
• 2) ֆլավինդեհիդրոգենազային նստվածքներ (FAD- և FMN պարունակող);
• 3) ցիտոքրոմներ (c, c, c1, aa3);
• 4) լիզող սպիտակուցներ;
• 5) ազատ կոենզիմ՝ ուբիկինոն.

Բաղադրիչների այս հաջորդականությունն է, որը պատահական չէ, այլ որոշվում է դրանց ռեդոքսային ներուժի արժեքներով (Eo): Այս հաստատունը քանակապես բնութագրում է ռեդոքս զույգի կարողությունը, այսինքն՝ որոշակի միացության օքսիդացված և նվազած ձևերի՝ էլեկտրոն վերադարձնելու կարողությունը։ Որքան ցածր է զույգի ORP-ի (բացասական) արժեքը, այնքան բարձր է նրա էլեկտրոններ նվիրելու, այսինքն՝ օքսիդանալու կարողությունը։ Ընդհակառակը, ավելի բարձր (դրական) Eo-ով զույգը կընդունի էլեկտրոններ և կկրճատվի: Այսպիսով, էլեկտրոնները շարժվում են մեկ OB զույգից մյուսը ավելի դրական Eo-ի ուղղությամբ: Էլեկտրոնների այս փոխանցումն ուղեկցվում է ազատ էներգիայի նվազմամբ։
Էլեկտրոնների փոխադրման շղթայի բոլոր մասնակիցները կառուցվածքայինորեն միավորված են չորս ռեդոքս համակարգերի մեջ՝ բազմաֆերմենտային համալիրներ I - IV:

Օքսիդացման գործընթացը սկսվում է պրոտոնների և էլեկտրոնների տեղափոխմամբ այն սուբստրատից, որը օքսիդացվում է NAD+ կամ FAD: Դա կախված է սուբստրատի բնույթից: Համալիրներից յուրաքանչյուրն ի վիճակի է կատալիզացնել որոշակի հատված ամբողջական հաջորդականությունշղթայական ռեակցիաներ.
Այս բարդույթները միտոքոնդրիաների ներքին թաղանթի մի մասն են։

Կոմպլեքս I - NADH dehydrogenase - FMN պարունակող ֆլավոպրոտեին: Այս ֆերմենտը օքսիդացնում է NADH-ը և ջրածնի երկու ատոմներ (2H + 2e-) փոխանցում դեպի կոֆերմենտ Q: Համալիրը պարունակում է նաև FeS սպիտակուցներ: Համալիր II - succinate dehydrogenase - FAD պարունակող ֆլավոպրոտեիններ: Այս ֆերմենտը օքսիդացնում է սուկցինատը և տեղափոխում ջրածնի երկու ատոմ (2H + 2e-) դեպի կոենզիմ Q: Համալիրը պարունակում է FeS սպիտակուցներ:
Միտոքոնդրիալ մատրիցը պարունակում է նաև այլ FAD-ից կախված դեհիդրոգենազներ, որոնք օքսիդացնում են համապատասխան սուբստրատները (գլիցերին-3-ֆոսֆատ, ացիլ-CoA) և այնուհետև ջրածնի ատոմները տեղափոխում են կոֆերմենտ Q:

Ջրածնի ատոմների հոսքերը միավորվում են կրճատված CoQH2-ի առաջացման փուլում։
Coenzyme Q-ը շղթայի վերջին բաղադրիչն է, որն ունակ է տեղափոխել ոչ միայն պրոտոններ, այլև էլեկտրոններ (2H + 2e-): Այնուհետև, պրոտոնները (2H +) միտոքոնդրիալ մեմբրանի ներքին մակերևույթից անցնում են արտաքին, իսկ էլեկտրոնները (2e-) ցիտոքրոմային շղթայով տեղափոխվում են թթվածին։

Համալիր III - ubiquinone dehydrogenase - ֆերմենտային համալիր է, որը ներառում է ցիտոքրոմ b, FeS-սպիտակուց և ցիտոքրոմ c1: Այս համալիրը տեղափոխում է 2e- էլեկտրոնները կրճատված ubiquinone KoQH2-ից դեպի ցիտոքրոմ c (փոքր, ջրում լուծվող սպիտակուց, որը գտնվում է ներքին թաղանթի արտաքին մասում):

Կոմպլեքս IV - ցիտոքրոմ c օքսիդազ - ֆերմենտային համալիր, որը բաղկացած է a և a3 ցիտոքրոմներից: Այս ֆերմենտներն իրականացնում են կենսաբանական օքսիդացման վերջին փուլը՝ մոլեկուլային թթվածնի էլեկտրոնների (2e-) կրճատումը։
Կրճատված թթվածինը О2- արձագանքում է մատրիցայի ազատ պրոտոններին (2Н +): Ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է էնդոգեն կամ մետաբոլիկ ջուր։

Պրոտոնների և էլեկտրոնների փոխանցման ուղղությունը որոշվում է ռեդոքս պոտենցիալներով։ Ինքնաբուխ փոխանցում ապահովելու համար ռեդոքս շարքի բաղադրիչները պետք է դասավորվեն պոտենցիալ արժեքների աճին համապատասխան:
NAD + / NADH \u003d զույգի ռեդոքս պոտենցիալը - 0,32 Վ, ինչը ցույց է տալիս էլեկտրոններ նվիրաբերելու բարձր ունակություն: Թթվածին/ջուր զույգի ռեդոքս պոտենցիալը = + 0,82 Վ, ինչը ցույց է տալիս էլեկտրոնների բարձր մերձեցում:

Օքսիդացման պոտենցիալների ընդհանուր տարբերությունը 1,14 Վ է: Սա համապատասխանում է ազատ էներգիայի DG = -220 կՋ/մոլ փոփոխությանը: Ռեակցիոն էներգիայի այս ընդհանուր քանակությունը բաշխվում է ավելի փոքր և հարմար «փաթեթների» մեջ, որոնց արժեքները որոշվում են համապատասխան միջանկյալ նյութերի ռեդոքս պոտենցիալների տարբերությամբ:

Երբ զույգ էլեկտրոններ անցնում են շնչառական շղթայով, էներգիա է անջատվում, որի մեծ մասը (60%) ցրվում է ջերմության տեսքով, իսկ մնացածը կուտակվում է ATP-ի մակրոէերգիկ կապերում, մասնավորապես՝ ներծծվում է սինթեզում։ ATP-օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացման ռեակցիա:
Այս ֆոսֆորիլացումը կոչվում է օքսիդատիվ, քանի որ մակրոէերգիկ կապի ձևավորման համար անհրաժեշտ էներգիան առաջանում է օքսիդացման գործընթացում, այսինքն՝ պրոտոնների և էլեկտրոնների շարժումը միտոքոնդրիալ էլեկտրոնների փոխադրման շղթայի երկայնքով:

Առաջին նման տեղամասը NAD ®FMN է, երկրորդը՝ ցիտոքրոմ b ®ցիտոքրոմ c1, երրորդը՝ ցիտոքրոմ Aa3 ® kisen։ Այս վայրերը կոչվում են ֆոսֆորիլացման կետեր: «Ֆոսֆորիլացման կետ» կամ «ֆոսֆորիլացման վայր» տերմինը չպետք է ընկալվի որպես կոնկրետ փուլ, որում ուղղակիորեն տեղի է ունենում ATP ձևավորումը: Բանն այն է, որ էլեկտրոնների հոսքը շղթայի այս երեք մասերով ինչ-որ կերպ կապված է ATP-ի առաջացման հետ (այստեղ OOP տարբերությունը բավարար է 1 ATP մոլեկուլի սինթեզի համար)։

FAD-ից կախված դեհիդրոգենազների սուբստրատների օքսիդացման ժամանակ (օրինակ՝ սուկցինատ սուկցինատդեհիդրոգենազը) էլեկտրոնների հոսքը FADH2-ից դեպի թթվածին չի անցնում առաջին ֆոսֆորիլացման տեղանքով։ Այս դեպքերում ATP-ի 1 մոլեկուլից պակաս է սինթեզվում, երկուսն են. Տարբեր սուբստրատների օքսիդացման ժամանակ և տարբեր պայմաններում ATP-ի ելքը արտահայտվում է P/O հարաբերակցությամբ, որը համապատասխանում է ATP-ում ներառված անօրգանական ֆոսֆատի մոլեկուլների քանակին՝ սպառված (ներծծվող) թթվածնի մեկ ատոմի համար: Այս հարաբերակցությունը կոչվում է նաև ֆոսֆորիլացման գործակից: Այսպիսով, P/O հարաբերակցությունը NADH-ից թթվածին զույգ էլեկտրոնների փոխանցման ժամանակ 3 է, իսկ FADH2-ից թթվածինը՝ 2։ Հյուսվածքային շնչառության արգելակիչների ազդեցության տակ P/O հարաբերակցությունը նվազում է։