ДХМС – 3-(3,4-дихлорфеніл)-1,1-диметилсечовина; ДЦКД – дициклогексилкарбодіімід; ФКЦФ – ціанід-р-трифторметоксифенілгідразон; ДНФ – 2,4-динітрофенол

Рис. 19-10 Структура комплексу ІІ (сукцинатдегідрогенази) E.coli (PDB 1D 1NEK). Ензим має дві трансмембранні субодиниці - С (зелена) і D (синя); його цитоплазматичне продовження містить субодиниці В (помаранчева- на рис-не дуже, якась жовта?) і А (фіолетова). Відразу за FAD в субодиниці А (золотистого кольору- теж не дуже такий колір?) розташований центр зв’язування сукцината (у наведеній кристалічній структурі він зайнятий інгібітором оксалоацетату зеленого кольору). Субодиниця В має три набори Fe-S - центрів (жовті і червоні); убіхінон (жовтий) зв’язаний з субодиницею С, а гем b (фіолетовий) міститься у проміжку між субодиницями С і D. Молекула кардіоліпіну щільно зв’язана із субодиницею С, що на зображенні кристалічної структури виділено сірим кольором. Електрони рухаються (сині стрілки) від сукцинату до FAD, далі через три Fe-S - центри до убіхінона. Гем b не задіяний у головному шляху перенесення електронів, але захищає систему від утворення реактивних видів кисню електронами, що збилися зі шляху.

Рис.19-11 Комплекс цитохром bc₁ (комплекс ІІІ). Комплекс є димером, утвореним ідентичними мономерами, кожен з яких складається із 11 різних субодиниць. (а) Структура мономера. Функціональне осердя (кор) складається із трьох субодиниць: цитохрома b (зелений), що містить два геми (b _H і b _L, світло-червоні); залізо-сіркового протеїну Ріске (фіолетовий) з 2Fe-2S - центрами (жовті); і цитохрома с ₁ (синій) з одним гемом (червоний) (PDB 1D 1BGY). (b) Димерна функціональна одиниця. Цитохром с ₁ і залізо-сірковий протеїн Ріске виступають з Р-поверхні і у міжмембранному просторі можуть взаємодіяти з цитохромом с (який не входить до функціонального комплексу). Комплекс має два окремі центри зв’язування для убіхінона - Q_N і Q_P, які є місцями інгібіторного впливу двох лікарських препаратів, здатних блокувати окисне фосфорилювання. Антиміцин А, який блокує потік електронів від гему b _H до Q, зв’язується у центрі Q_N, поблизу гема b _H на N- (матриксній) стороні мембрани. Міксотіазол, що блокує потік електронів від QH₂ до залізо-сіркового протеїну Ріске, зв’язується у центрі Q_P поблизу 2Fe-2S - центра і гема b ₁ на Р-стороні. Для функціонування комплексу ІІІ важливе значення має його димерна структура. Поверхня між мономерами формує дві «кишені», кожна з яких містить Q_P-центр одного мономера і Q_N-центр іншого мономера. Проміжні сполуки убіхінону переміщаються всередині цих прикритих «кишень».

Комплеск ІІІ кристалізується у двох різних конформаціях (не показано). В одній із них, Fe-S‑центр протеїна Ріске розташований дуже близько до акцептора електронів – гему цитохрома с ₁, але відносно далеко від цитохрома b і центру зв’язування QH₂, від якого Fe-S-центр протеїна Ріске отримує електрони. У другій конформації Fe-S-центр перемістився від цитохрома с ₁ до цитохрома b. Вважають, що «коливання» протеїну Ріске між цими двома конформаціями, зумовлено його переходом з окисненого стану у відновлений, і навпаки.

(а) Цитохром с ₁ Міжмембранний простір (Р-сторона) Залізо-сірковий протеїн Ріске Цитохром b Матрикс (N-сторона)

(б) Цитохром с Цитохром с ₁ Залізо-сірковий протеїн Ріске (Р-сторона) Гем 2Fe-2S – центр Цитохром b (N-сторона)

Рис.19-12. Q-цикл. Шлях електронів через комплекс ІІІ позначено синіми стрілками. Дві молекули QH₂ окиснюються до Q поблизу Р-сторони мембрани, при цьому на одну молекулу Q у міжмембранний простір вивільняється два протони (загалом чотири протони). Кожна молекула QH₂ передає один електрон (через Fe-S-центр протеїну Ріске) цитохрому с ₁ і один електрон (через цитохром b) молекулі Q поблизу N-сторони, внаслідок чого вона відновлюється упродовж двох етапів до QH₂. У процесі відновлення на одну молекулу Q також використовуються два протони, які поглинаються з матриксу.

Окиснення першої молекули QH₂ Цит с ₁ Цит с Міжмембранний простір (Р-сторона) Матрикс (N-сторона)

Окиснення другої молекули QH₂ Цит с ₁ Цит с

Рівняння: цит с ₁ (окиснений) цит с ₁ (відновлений)

цит с ₁ (окиснений) цит с ₁ (відновлений)

Сумарне рівняння 2 цит с ₁ (окиснений) 2 цит с ₁ (відновлений)

Рис. 19-13 Важливі субодиниці цитохромоксидази (комплекс IV). Наведено комплекс, виділений із тканин бика (PDB 1D 1OCC). (а) Осердя комплексу IV складають три субодиниці. Субодиниця І (жовта) має дві гемові групи – а і а₃ (червоні) та йон міді - Cu_B (зелена кулька). Гем а₃ і Cu_B утворюють двоядерний Fe-Cu - центр. Субодиниця ІІ (блакитного кольору) містить два іони міді (зелені кульки), які разом з –SH-групами двох залишків Cys утворюють двоядерний центр Cu_А, подібний до 2Fe-S - центра залізо-сіркових протеїнів. Цей двоядерний центр і центр зв’язування цитохрома локалізовані у домені субодиниці ІІ, яка виступає з Р-сторони внутрішньої мембрани (у міжмембранний простір). Субодиниця ІІІ (зелена), напевно, також важлива для функціонування комплексу IV, але її роль ще остаточно не з’ясована. (b) Двоядерний центр Cu_А. Іони міді (зелені кульки) діляться електронами порівну. У відновленому стані центри мають формальні заряди Cu¹⁺ Cu¹⁺, в окисненому - Cu^1,5+ Cu^1,5+. Ліганди навколо іонів міді містять два залишки His (темносині), два - Cys (жовті), один - Asp (червоний) і один залишок Met (помаранчевий).

Рис.19-14 Шлях електронів через комплекс IV. Важливе значення для перенесення електронів мають три протеїни, їх позначають як субодиниці І, ІІ і ІІІ. Більша структура зеленого кольору є комплексом, до складу якого входять ще десять протеїнів. Перенесення електронів через комплекс IV починається тоді, коли кожна із двох молекул відновленого цитохрому с (зверху) передає електрон на двоядерний центр Cu_А. Звідси електрони рухаються через гем а на Fe-Cu - центр (цитохром а₃ і Cu_В). Тепер кисень зв’язується з гемом а₃ і за участю двох електронів, що надходять з Fe-Cu - центру відновлюється до пероксипохідного (О₂^2-). Унаслідок приєднання ще двох електронів від цитохрому с (загалом залучено чотири електрони) О₂^2- перетворюється на дві молекули води, при цьому поглинається чотири „субстратних” протони з матрикса. Одночасно ще чотири протони закачуються з матрикса за ще невідомим механізмом.

Міжмембранний простір (Р-сторона) 4Цит сFe-Cu – центр Субодиниця ІІІ Субодиниця І Субодиниця ІІ 4Н (субстрат) 4Н (закачуються) Матрикс (N-сторона)

Рис.19-15 Загальна схема потоку електронів і протонів через чотири комплекси дихального ланцюга. Електрони переносяться на Q через комплекси І і ІІ. QH₂ слугує мобільним переносником електронів та протонів. Він доставляє електрони до комплексу ІІІ, який передає їх на іншу мобільну зв’язувальну ланку – цитохром с. Далі комплекс IV переносить електрони від відновленого цитохрому с на О₂. Електронний потік через комплекси І, ІІІ і IV супроводжується потоком протонів з матриксу у міжмембранний простір. Пригадайте, що у дихальний ланцюг через Q можуть також надходити електрони, які відщеплюються у процесі β- окиснення жирних кислот (див рис.19-8).

Міжмембранний простір (Р-сторона) Цит с Матрикс (N-сторона) Сукцинат Фумарат

Рис. 19-16 Протонорушійна сила. Внутрішня мітохондріальна мембрана розділяє два компартменти з різною [H⁺], наслідком чого є різниці у хімічній концентрації (ΔрН) і розподілі зарядів (Δ ψ) по обидві сторони мембрани. У результаті виникає протонорушійна сила (Δ G), яку можна обчислити, як наведено на рисунку. Детальніше пояснено у тексті.

P-сторона N-сторона Протонна помпа

Рис. 19-17 Хеміосмотична модель. Ця проста схема пояснює процеси у мітохондріях з точки зору хеміоосмотичної теорії. Електрони від NADH, чи іншого окиснюваного субстрату, переміщаються по ланцюгу переносників, які асиметрично розташовані у внутрішній мембрані мітохондрій. Потік електронів через ланцюг супроводжується виведенням протонів через мембрану у міжмембранний простір, внаслідок чого виникають хімічний (ΔрН) та електричний (Δψ) градієнти. Внутрішня мітохондріальна мембрана непроникна для протонів, вони можуть надходити назад у матрикс лише через протоноспецифічні канали (F₀). Протонорушійна сила, що спрямовує протони назад у матрикс, є джерелом енергії для синтезу АТР, цю реакцію каталізує комплекс F₁, з’єднаний з F_о.

Дата добавления: 2015-08-18