Пути транспорта электронов из цитоплазмы в митохондрии.

Челночные механизмы – специальные ферментные системы, необходимые для переноса восстановительных эквивалентов (электронов) из цитоплазмы в митохондрии для их поступления в цепь транспорта электронов и использования в восстановлении кислорода, создания протонного градиента, и получения АТФ за счет окислительного фосфорилирования. Необходимость челночных механизмов связана с особенностями строения митохондриальной мембраны, которая представлена внутренней и наружной мембраной митохондрий. Наружная мембрана митохондрий легко проницаема для всех молекул и ионов небольшого размера. Внутренняя мембрана митохондрий для большинства веществ и ионов даже небольшого размера, в том числе для протонов, НАД⁺ и НАДН непроницаема. Поэтому для транспорта электронов и протонов используются те вещества, которые легко проходят через внутреннюю мембрану митохондрий и используются в челночных механизмах. К наиболее важным из них относятся глицерофосфатный и малатаспартатный челночные механизмы.

Глицерофосфатный челночный механизм основан на восстановлении образующегося при гликолизе фосфодигидроксиацетона (дигидроксиацетонфосфата) цитоплазматической глицерофосфатдегидрогеназой (1), использующей восстановленный НАДН, до α-глицерофосфата, который легко проникает через обе мембраны митохондрии в матрикс и на внутренней мембране окисляется с помощью митохондриальной ФАД-зависимой глицерофосфатдегидрогеназы (2) до дигидроксиацетонфосфата, легко переходящего через мембраны митохондрии в цитозоль клетки. Образующийся ФАДН₂ далее через флавинзависимый транспортирующий электроны фермент ЕТФ отдает свои электроны и протоны на коэнзим Q (убихинон) в митохондриальную цепь транспорта электронов, где в результате использования 2 моль электронов в процессе окислительного фосфорилирования генерируется до 1,5 моль АТФ.

Этот механизм широко используется различными тканями, особенно печеночной и мышечной тканью, в процессе интенсивной мышечной работы. Малат-аспартатный челночный механизм является более сложным, но и более энергосберегающим. Он использует избыток восстановленного цитоплазматического НАДН в реакции восстановления оксалоацетата (щавелевоуксусной кислоты) до малата (яблочной кислоты) с помощью НАДзависимого цитоплазматического фермента малатдегидрогеназы (4). Яблочная кислота легко проникает в матрикс через обе мембраны митохондрии, где окисляется митохондриальнойтакже НАД-зависимой, малатдегидрогеназой(5) до оксалоацетата. Далее электроны от полученного НАДН поступают в цепь транспорта электронов, где в процессе окислительного фофорилирования на 2 моль электронов генерируется до 2,5 моль АТФ. Образующийся оксалоацетат не может покинуть митохондрию, он подвергается реакции переаминирования с участием глутаминовой кислоты (глутамата) под действием митохондриальной аспартатаминотрансферазы (3). В результате образуется аспарагиновая кислота (аспартат), которая с помощью специфической транспортной системы переходит из митохондрии в цитоплазму, где под действием цитоплазматической аспартатаминотрансферазы(2) отдает свою аминогруппу α-кетоглутаровой кислоте (α-кетоглутарат), превращаясь в оксалоацетат. Следует заметить, что α-кетоглутарат и глутамат легко проникают через внутреннюю мембрану митохондрии используя специальную ферментную транспортную систему — глутамат-α-кетоглутараттранслоказу (1). Внутренняя мембрана митохондрий содержит целый ряд переносчиков для ионов и заряженных метаболитов: например, переносчик дикарбоновых кислот опосредует облегченную обменную диффузию малата, сукцината, фумарата и Н2РО4^–, а переносчики трикарбоновых кислот обеспечивают обмен ОН^– и Н2РО4^–. Из наиболее важных транслоказ – ферментов, осуществляющих специфический транспорт веществ через внутреннюю мембрану митохондрий необходимо упомянуть АТФ-АДФ-транслоказу,осуществляющую транспорт в цитоплазму синтезирующейся в митохондриях