ТЕМА 7. АЭРОБНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ
7.7. Хемиосмотическая гипотеза Митчелла
окислительного фосфорилирования – это флавопротеиды, цитохромы и
ферменты, ответственные за образование АТФ. Флавопротеиды и цитохромы
располагаются на мембране в виде отдельных групп таким образом, что
каждая из групп представляет собой самостоятельно функционирующую
единицу, содержащую в определенных молярных соотношениях все
необходимые ферменты. Такие группы называют дыхательными ансамблями.
Дыхательные ансамбли распределены на плоскости мембран. Компоненты
дыхательной цепи непосредственно связаны с фактором фосфорилирования
F
1
(фактор сопряжения). Ферменты цикла Кребса содержатся в матриксе.
Окислительное фосфорилирование является процессом, при котором
выделение энергии при окислении субстрата сопряжено с синтезом АТФ.
Для объяснения сопряжения окисления с фосфорилированием Митчеллом
была выдвинута гипотеза. Он предположил, что сопряжение переноса
электронов и синтеза АТФ обеспечивается протонным градиентом. Согласно
этой модели, перенос электронов по дыхательной цепи приводит к выбросу
протонов из матрикса на цитоплазматическую сторону внутренней
митохондриальной мембраны, где возрастает концентрация протонов Н
+
.
Возникает электрохимический градиент протонов в мембране. Этот градиент
состоит из двух составных частей – разницы в концентрации водородных
ионов (рН) и разницы в электрических потенциалах. Энергия этого градиента
является движущей силой процесса синтеза АТФ, в ходе которого
происходит обратное перемещение протонов по направлению градиента.
При переносе водорода на кислород каждая пара электронов,
акцептируемых от субстрата, трижды пересекает мембрану туда и обратно и
каждый раз выводит 2 протона. Первый переход осуществляется через
восстановленный флавинмононуклеотид –QH
2
.
Общее число протонов, переносимых при восстановлении КоQ, равно
4. Каждая молекула QH
2
отдает электрон цитохрому с
1
. Далее электрон по
компонентам дыхательной цепи – цитохромам с и а передается
терминальному цитохрому – а
3
, который окисляется молекулой кислорода.
При этом каждый атом кислорода принимает 2 электрона и присоединяет 2
протона, образуя молекулу воды. Таким образом, каждая пара электронов,
переносимая от НАДН к кислороду, приводит к перемещению шести
протонов от внутренней к внешней поверхности мембраны. Этот процесс
завершается на стадии АТФазы (комплекс F
1
–Fo), где каждые два
перенесенных протона осуществляют синтез одной молекулы АТФ (рис.16
).
Есть несколько гипотез о механизме синтеза АТФ комплексом (F
1
–Fo).
Согласно Митчеллу, фосфатная группа связывается ферментом, активный
центр которого находится в F
1
части комплекса вблизи конца канала, по
которому переносится протон. 2 протона переносятся по этому каналу под
действием градиента рН и мембранного потенциала. Эти протоны атакуют
один из кислородов фосфата, который отщепляется в виде молекулы воды.
При этом фосфатная группа превращается в реакционноспособную частицу,
способную реагировать с АДФ с образованием АТФ.