Окислительное фосфорилирование (методичка)

Дата добавления: 2014-05-20 | Просмотров: 1567

Процесс переноса протонов электронов по дыхательной цепи к кислороду протекает самопроизвольно, так как электронный потенциал в начале цепи равен -0,32 В, а в конце цепи +0,81 В и сопровождается большим уменьшением свободной энергии.

Математически подсчитав (по закону Фарадея), видно, что при каждом прохождении двух атомов водорода по дыхательной цепи и окислении до воды выделяется энергия в количестве 218,22 кДж.

Для образования АТФ из АДФ и Ф (фосфор неорганический) требуется 30,4 кДж. То есть может синтезироваться примерно 7 молекул АТФ.

Однако установлено, что энергия в дыхательной цепи выделяется на каждой стадии, но только на трёх стадиях она аккумулируется в макроэргических связях АТФ, так как на этих стадиях выделяется энергии достаточно для синтеза АТЫ (более 30,4 кДж). Такими участками служат:

Пиридинпротеид (НАД) à Флавопротеид (ФАД)

цитохром в à цитохром с₁

цитохром а₃ à кислород

Процесс трансформации высвободившейся при тканевом дыхании свободной энергии в энергию фосфатной связи называется окислительное фосфорилирование.

Реакция окислительного фосфорилирования: АДФ + Ф = АТФ – 30,4 кДж

Степень фосфорилирования выражается коэффициентом фосфорилирования (Р/О), где Р – количество этерифицированного фосфора, О – количество связанного кислорода.

Р/О = 3 (если водород «принесли» НАД-дегидрогеназы), Р/О = 2 (если водород «принесли» ФАД-дегидрогеназы).

В тканях иногда (в частности, при охлаждении) протекает свободное окисление (нефосфорилированное дыхание) – когда дыхательная цепь функционирует, энергия выделяется, но не аккумулируется в АТФ.

Часть энергии, высвобождающейся в дыхательной цепи и не аккумулированной в АТФ расходуется на поддержание постоянной температуры тела.

Помимо окислительного фосфорилирования существует субстратное фосфорилирование – энергия аккумулируется в АТФ не в дыхательной цепи. Доля субстратного фосфорилирования невелика.

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (цикл Кребса, лимоннокислый цикл, метаболический котёл)

Цикл был открыт в 1935 г., а в 1953 г. за его открытие была присвоена Нобелевская премия Кребсу и Ламплану.

Цикл представляет собой окисление остатков уксусной кислоты, которые поступают из всех обменов в митохондрию клетки.

Реакции цикла:

1) Конденсация. Ацетил Ко-А взаимодействует со щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетат) с образованием лимонной кислоты (цитрат). Катализирует реакцию фермент цитратсинтетаза.

2) Изомеризация. Лимонная кислота превращается в изолимонную (изоцитрат). Катализирует реакцию фермент цис-аконитаза. Реакция двухстадийна: сначала происходит дегидратация, а потом гидратация.

3) Окислительное декарбоксилирование. Изолимонная кислота декарбоксилируется (– СО₂) и окисляется дегидрированием (– Н₂) с образованием α-кетоглутаровой кислоты. Фермент – изоцитрат-дегидрагиназа-НАД-содержащая-декарбоксилирующая (ИЦДГ). Фермент восстанавливается и передает два атома водорода на начало дыхательной цепи митохондрий. Водород проходит по цепи, окисляется до воды, при этом выделяется энергия, достаточная для синтеза 3х молекул АТФ.

4) Окислительное декарбоксилирование. α-кетоглутаровая кислота декарбоксилируется и окисляется дегидрированием с образованием янтарной кислоты (сукцинат). Катализирует реакцию фермент α-кетоглутарат-дегидраназа-НАД-содержащая-декарбоксилирующая. Фермент восстанавливается и передает два атома водорода на начало дыхательной цепи митохондрий. Водород проходит по цепи, окисляется до воды, при этом выделяется энергия, достаточная для синтеза 3х молекул АТФ.

Реакция двухстадийна. Промежуточным продуктом является сукцинил-кофермент А, при распаде которого выделяется энергия, которая аккумулируется в ГТФ (субстратное фосфорилирование).

5) Окисление. Янтарная кислота окисляется дегидрированием с образованием фумаровой кислоты. Фермент, катализирующий реакцию, сукцинат-дегидрагиназа-ФАД-содержащая. Фермент восстанавливается, передает два атома водорода на убихинон. Водород проходит по цепи, окисляется до воды, при этом выделяется энергия, достаточная для синтеза 2х молекул АТФ.

6) Гидратация. Фумаровая кислота присоединяет воду с образованием яблочной кислоты (малат). Фермент, катализирующий реакцию, фумараза (фумаратгидратаза).

7) Окисление. Яблочная кислота окисляется дегидрированием в ЩУК (оксалацетат). Фермент, катализирующий реакцию, малатдегидрагиназа-НАД-содержащая. Фермент восстанавливается, передает два атома водорода на начало дыхательной цепи митохондрий. Водород проходит по дыхательной цепи, окисляется до воды, при этом выделяется энергия, достаточная для синтеза 3х молекул АТФ.

Таким образом, при окислении 1 молекулы ацетил КоА в цикле Кребса образуется 2 СО₂, 2 Н₂О, 12 АТФ, при чем 11 АТФ в результате окислительного фосфорилирования, а 1 АТФ – в результате субстратного фосфорилирования.