NAD- або NADP-залежні

L-Глутамат………………………………………. α-кетоглутарат

Ізоцитрат…......................……………………….. α -кетоглутарат М і Ц

^• - Наведені реації та ензими описано у розділах 14-18

†- М означає «мітохондрія», Ц – «цитозоль»

Рис.19-2 Убіхінон (Q, чи коензим Q). Повне відновлення убіхінону потребує двох електронів і двох протонів, і проходить упродовж двох етапів з утворенням напівхінонового проміжного радикала.

Убіхінон (Q) (повністю окиснений) Напівхіноновий радикал (^•QH) Убіхінол (QH₂) (повністю відновлений)

Рис.19.3. Простетичні групи цитохромів. Кожна група містить чотири п’ятичленних азотовмісних кілець, що утворюють циклічну структуру, яка називається порфірином. Чотири атоми азоту зв’язані координаційними зв’язками з центральним атомом заліза – Fe²⁺ чи Fe³⁺. У складі цитохромів b -типу, а також гемоглобіну та міоглобіну виявлено залізопорфірин IX (див. Рис.4-17). Гем с ковалентно зв’язаний з протеїном цитохрому с через тіоефірні зв’язки двох залишків Cys. Гем а, виявлений у цитохромах а -типу, має довгу ізопреноїдну хвостову частину, приєднану до одного із п’ятичленних кілець. За поглинання гемами видимого світла відповідають кон’юговані системи з подвійними зв’язками (затінено рожевим кольором) порфіринового кільця.

Залізо протопорфірину ІХ (у цитохромах b -типу)

Гем С (у цитохромах с- типу)

Гем А (у цитохромах а- типу)

Рис. 19-4. Спектри поглинання цитохрому с (цит с) в окисненій (червона лінія) і відновленій (блакитна лінія) формах.Вказано також характерні смуги поглинання відновленої форми - α, β і γ.

Збоку: Відносне поглинання світла (%) Довжина хвилі (нм)

Відновлений цит с Окиснений цит с

Рис. 19-5 Залізо-сіркові центри. Fe-S ‑ центри залізо-сіркових протеїнів можуть бути (а) простими, з одним атомом Fe, оточеним атомами S чотирьох залишків Cys. Інші центри включають атоми як неорганічної сірки, так і залишків Cys, як зображені у (б) 2Fe-2S – центри, чи у (в) - 4Fe-4S - центри. (г) Фередоксин ціанобактерій Anabaena 7120 має один 2Fe-2S ‑ центр (PDB ID 1FRD); Fe позначено червоним, неорганічну S₂ – жовтим, а S залишків Cys – помаранчевим кольорами. (Зауважте, що у цих позначеннях враховано лише атоми неорганічної сірки, наприклад, у 2Fe-2S - центрі (б), кожен Fe-іон насправді оточений чотирма атомами сірки). Точний стандартний відновлювальний потенціал заліза у цих центрах залежить від типу центра і його взаємодії з асоційованим протеїном.

Протеїн

Табл.. 19-2. Стандартні відновлювальні потенціали дихального ланцюга і відповідних переносників електронів.

Окисно-відновна реакція (напівреакція) Е^′° (В)

NADH-дегідрогеназа NADH-дегідрогеназа

Убіхінон убіхінол

Цитохром цитохром

Цитохром цитохром

Цитохром цитохром

Цитохром цитохром

Цитохром цитохром

Рис.19-6. Метод визначення послідовності переносників електронів. Цей метод оцінює вплив інгібіторів перенесення електронів на стан окиснення кожного переносника. За наявності донора електронів і О₂, під дією кожного інгібітора виникає характерний розподіл окиснених/відновлених переносників: на тих, які перед заблокованим етапом стають відновленими (синього кольору), і на тих, які після заблокованого етапу стають окисненими (рожевого кольору).

ротенон антиміцин А CN^- або CO

Табл.. 19-3. Протеїнові компоненти мітохондріального ланцюга перенесення електронів

Ензимний комплекс/протеїн Маса (кДа) Кількість субодиниць^• Простетична група(и)

‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑

І NADH-дегідрогеназа

ІІ Сукцинатдегідрогеназа

ІІІ Убіхінон-цитохром с -оксидоредуктаза Геми

Цитохром с ^† Гем

ІУ Цитохромоксидаза Геми

^• У дужках наведено кількість субодиниць у бактеріальних еквівалентів

^† Цитохром с не є частиною ензимного комплекса, він циркулює між комплексами ІІІ і ІУ як легкорозчинний протеїн

Рис. 19-7. Розділення функціональних комплексів дихального ланцюга. Спершу за допомогоюдетергента дигитоніну видаляють зовнішню мітохондріальну мембрану. Далі руйнують мітохондрії під дією осмотика і отримують фрагменти внутрішньої мембрани, які обережно розчиняють у розчині другого детергента. Отриману суміш протеїнів внутрішньої мембрани розділяють методом іонообмінної хроматографії на різні комплекси дихального ланцюга (від І до IV), кожному з яких властивий унікальний склад протеїнів (див. Таб 19-3), і ензим ATP-синтазу (іноді її називають комплексом V). Виділені комплекси І - IV каталізують перенесення електронів між донорами (NADH і сукцинатом), проміжними переносниками (Q і цитохромом с) та О₂, як показано на рисунку. В умовах in vitro виділена ATP-синтаза має лише ATP-гідролізуючу (ATPазну) активність, але не має ATP-синтезуючої активності.

Обробка дигитоніном Осмотичне руйнування Фрагменти внутрішньої мембрани Фрагменти зовнішньої мембрани видаляють ATP-синтаза

Розчинення у присутності детергента,

іонообмінна хроматографія ATP-синтаза

Сукцинат Реакції, каталізовані виділеними фракціями in vitro

Рис. 19-8. Шлях електронів від NADH, сукцинату, ацил-СоА і гліцерол-3-фосфату до убіхінона. Електрони від NADH переносяться через флавопротеїн на низку залізо-сіркових протеїнів (у комплексі І) і далі на Q. Електрони від сукцината переносяться через флавопротеїн і кілька Fe-S - центрів (у складі комплексу ІІ) на Q. Гліцерол-3-фосфат передає свої електрони флавопротеїну (гліцерол-3-фосфатдегідрогеназі), розташованій на зовнішній стороні внутрішньої мітохондріальної мембрани, звідки вони переносяться на Q. Ацил-CоА-дегідрогеназа (перший ензим на шляху β -окиснення) переносить електрони на електронно-транспортний флавопротеїн (ЕТФ), від якого вони передаються на Q через ЕТФ:убіхінон-оксидоредуктазу.

Міжмембранний простір Гліцерол-3-фосфат (цитозольний) гліцерол-3-фосфатдегідрогеназа Сукцинат ЕТФ:Q-оксидоредуктаза ЕТФ (FAD) Матрикс ацил-CоА-дегідрогеназа Ацил-CоА

Рис.19-9. NADH:убіхінон-оксидоредуктаза (комплекс І). Комплекс І каталізує перенесення гідрид-іона від NADH до FMN, від якого два електрони переходять через кілька Fe-S - центрів до залізо-сіркового протеїна N-2, що міститься у матриксовому плечі комплексу. Унаслідок перенесення електронів від N-2 на убіхінон, на мембранному плечі формується QH₂, який дифундує у подвійний ліпідний шар. Таке перенесення електронів ініціює виштовхування протонів з матриксу у співвідношенні чотири протони на одну пару електронів. Детальний механізм спряження процесів перенесення комплексом І і електронів, і протонів, ще невідомий; можливо, що він включає Q-цикл, подібний до Q-циклу у комплексі ІІІ, в якому QH₂ бере участь двічі, переносячи пару електронів (див. Рис. 19-12). Потік протонів продукує електрохімічний потенціал між двома сторонами внутрішньої мітохондріальної мембрани (N-сторона – заряджена негативно, Р-сторона - позитивно), у якому запасається частина енергії, вивільненої у реакціях перенесення електронів. Цей електрохімічний потенціал забезпечує синтез ATP.

Комплекс І Міжмембранний простір (Р-сторона) Матриксове плече Матрикс (N – сторона) Мембранне плече

Дата добавления: 2015-08-18