81452

Окислительное фосфорилирование, коэффициент Р/О. Строение митохондрий и структурная организация дыхательной цепи. Трансмембранный электрохимический потенциал

Доклад

Биология и генетика

Синтез АТФ из АДФ и Н3РО4 за счёт энергии переноса электронов по ЦПЭ называют окислительным фосфорилированием. В совокупности электрический и концентрационный градиенты составляют электрохимический потенциал ΔμН источник энергии для синтеза АТФ. Энергия электрохимического потенциала ∆μH используется для синтеза АТФ если протоны возвращаются в матрикс через ионные каналы АТФсинтазы. Строение АТФсинтазы и синтез АТФ АТФсинтаза НАТФаза интегральный белок внутренней мембраны митохондрий.

Русский

2015-02-20

107.79 KB

1 чел.

Окислительное фосфорилирование, коэффициент Р/О. Строение митохондрий и структурная организация дыхательной цепи. Трансмембранный электрохимический потенциал.

Синтез АТФ из АДФ и Н3РО4 за счёт энергии переноса электронов по ЦПЭ называют окислительным фосфорилированием.

Протонный градиент и электрохимический потенциал Перенос электронов по дыхательной цепи от NADH к кислороду сопровождается выкачиванием протонов из матрикса митохондрий через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство. На эту работу затрачивается часть энергии электронов, переносимых по ЦПЭ.

Протоны, перенесённые из матрикса в межмембранное пространство, не могут вернуться обратно в матрикс, так как внутренняя мембрана непроницаема для протонов. Таким образом, создаётся протонный градиент, при котором концентрация протонов в межмембранном пространстве больше, а рН меньше, чем в матриксе. Кроме того, каждый протон несёт положительный заряд, и вследствие этого появляется разность потенциалов по обе стороны мембраны: отрицательный заряд на внутренней стороне и положительный - на внешней. В совокупности электрический и концентрационный градиенты составляют электрохимический потенциал ΔμН+ - источник энергии для синтеза АТФ. Так как наиболее активный транспорт протонов в межмембранное пространство, необходимый для образования ΔμН+, происходит на участках ЦПЭ, соответствующих расположению комплексов I, III и IV, эти участки называют пунктами сопряжения дыхания и фосфорилирования. Механизм транспорта протонов через митохондриальную мембрану в пунктах сопряжения недостаточно ясен. Однако установлено, что важную роль в этом процессе играет KoQ. Наиболее детально механизм переноса протонов при участии KoQ изучен на уровне комплекса III. KoQ переносит электроны от комплекса I к комплексу III и протоны из матрикса в межмембранное пространство, совершая своеобразные циклические превращения, называемые Q-циклами. Донором электронов для комплекса III служит восстановленный убихинон (QH2), а акцептором - цитохром с. Цитохром с находится с внешней стороны внутренней мембраны митохондрий; там же располагается активный центр цитохрома с1 с которого электроны переносятся на цитохром с. В мембране существует стационарный общий фонд Q/QH2, из которого каждая молекула QH2 в одном цикле обеспечивает перенос протонов из матрикса в межмембранное пространство и электронов, которые в конечном итоге поступают на кислород. На работу, совершаемую при выкачивании протонов, расходуется часть свободной энергии, которая освобождается при переносе электронов по градиенту редокс-потенциала. Энергия электрохимического потенциала (∆μH+) используется для синтеза АТФ, если протоны возвращаются в матрикс через ионные каналы АТФ-синтазы.

Строение АТФ-синтазы и синтез АТФ АТФ-синтаза (Н+-АТФ-аза) - интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи. АТФ-синтаза состоит из 2 белковых комплексов, обозначаемых как F0 и F1.Гидрофобный комплекс F0 погружён в мембрану. Он служит основанием, которое фиксирует АТФ-синтазу в мембране. Комплекс F0 состоит из нескольких субъединиц, образующих канал, по которому протоны переносятся в матрикс. Комплекс F1 выступает в митохондриальный матрикс. Он состоит из 9 субъединиц (Зα, 3β, γ, ε, δ). Субъединицы уложены попарно, образуя "головку"; между α- и β-субъединицами располагаются 3 активных центра, в которых происходит синтез АТФ; γ-, ε-, δ- субъединицы связывают комплекс F1 с F0.

Повышение концентрации протонов в межмембранном пространстве активирует АТФ-синтазу. Электрохимический потенциал ΔμH+ заставляет протоны двигаться по каналу АТФ-синтазы в матрикс. Параллельно под действием ΔμH+ происходят конформационные изменения в парах α, β-субъединиц белка F1, в результате чего из АДФ и неорганического фосфата образуется АТФ. Электрохимический потенциал, генерируемый в каждом из 3 пунктов сопряжения в ЦПЭ, используют для синтеза одной молекулы АТФ.

Коэффициент окислительного фосфорилирования Окисление молекулы NADH в ЦПЭ сопровождается образованием 3 молекул АТФ; электроны от FAD-зависимых дегидрогеназ поступают в ЦПЭ на KoQ, минуя первый пункт сопряжения. Поэтому образуются только 2 молекулы АТФ. Отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода (О), поглощённого в процессе дыхания, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О. Следовательно, для NADH Р/О = 3, для сукцината Р/О - 2. Эти величины отражают теоретический максимум синтеза АТФ, фактически эта величина меньше.

Каждая митохондрия окружена оболочкой, состоящей из двух мембран; между ними — межмембранное пространство. Отграниченное внутренней мембраной пространство называется матриксом. В матриксе содержатся большая часть ферментов, участвующих в цикле Кребса, протекает окисление жирных кислот, располагаются митохондриальные ДНК,РНК и рибосомы. Внутренняя мембрана образует многочисленные гребневидные складки — кристы, существенно увеличивающие площадь ее поверхности. Наружная мембрана митохондрий имеет маленькие отверстия, образованные специальными белками, через которые могут проникать небольшие молекулы и ионы. Внутренняя мембрана таких отверстий не имеет; на ней, на стороне, обращенной к матриксу, располагаются особые молекулы АТФ-синтазы, состоящие из головки, ножки и основания. При прохождении через них протонов происходит синтез АТФ. В основании частиц, заполняя собой всю толщу мембраны, располагаются компоненты дыхательной цепи. Наружная и внутренняя мембраны в некоторых местах соприкасаются, там находится специальный белок-рецептор, способствующий транспорту митохондриальных белков, закодированных в ядре, в матрикс митохондрии.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48774. Кинематическое исследование грейферного механизма 4.95 MB
  В левом верхнем углу чертежного листа в масштабе 10:1 вычерчена кинематическая схема грейферного механизма в 12-ти положениях. Для этого один полный оборот ведущего звена 1 разбит на 12 частей по , где за нулевое положение принята точка, совпадающая с осью Y.
48775. Напряжение разложения, автоматизация процесса электролиза и извлечение алюминия из электролизных ванн 570.5 KB
  Из литейных сплавов более распространены сплавы алюминия с кремнием называемые силуминами. Важнейшие потребители алюминия и его сплавов – авиационная и автомобильная промышленность железнодорожный и водный транспорт машиностроение электротехническая химическая металлургическая и пищевая промышленности промышленное и гражданское строительство. Судя по свойствам алюминия можно сказать что он мог бы применяться значительно шире и в больших количествах и заменять в большинстве конструкций сталь. Но этому препятствует большая по сравнению...
48776. Методичні рекомендації до виконання і захисту курсових робіт у педагогічних коледжах 207 KB
  У додатках представлені зразки окремих компонентів курсової роботи. Структура курсової роботи Структура курсової роботи з практикуму навчальних майстерняхСтруктура курсової роботи з декоративноприкладного мистецтва
48778. Локализация неисправностей в аппаратуре спецвычислителя 74 KB
  Задание на курсовую работу: Во втором разряде старшего байта регистра заявок РЗ УК формируется признак прерывания. Состав регистров УК: регистр заявок РЗ; регистр масок РМ; регистр подмены РП; регистр сдвига РТА РСд1; регистр буферный РТА РБф; Т. обмен с регистрами однобайтовый то по обращению регистры заявок и масок разделены на 2 однобайтовых части со старшим и младшим байтами. Поскольку все устройства отвечающие за хранение заявок на прерывание а также за сброс этих заявок расположены в УК то неисправность...
48780. Реалізація трудового потенціалу в умовах глобалізації економіки 97 KB
  В даній роботі ми дослідили вплив глобалізації на реалізацію трудового потенціалу її позитивні та негативні наслідки. Однак залучення до глобальних процесів країн з різними економічними технологічними та експортноімпортними можливостями на умовах рівної інституціональної відкритості призводить до нерівних результатів коли переваги глобалізації використовують економічно розвинені країни а слаборозвинені держави зазнають негативних наслідків. Тому питання реалізації трудового потенціалу в...
48781. Схемотехнічна і конструкторська розробка вузла сканування, що входить в склад оптико-електричного приладу 911.5 KB
  Спектральні прилади призначені для розкладу складного спектра випромінювання на монохроматичні складові і для вимірювання їх довжини хвилі та інтенсивності. За допомогою сучасних спектральних приладів можливо докладно вивчати властивості і будову різних матеріалів їх структуру і хімічний склад по наявності в спектрі випромінювання або поглинання визначених спектральних ліній. Тому виник розділ спектроскопії названий лазерною спектроскопією під якою розуміється сукупність апаратури і методів дослідження в яких лазери використовуються...