Б. Представьте в виде схемы цпэ путь водорода от дегидрируемого субстрата к кислороду.

В. Чему будет равен коэффициент Р/О для малата при добавлении каждого из указанных веществ? Ответ поясните.

А.

  СООН                                               СООН

  │                  НАД+                     │

  СН₂                                                   СН₂

  │                                                       │      + НАДН₂

  С Н О Н      малатдегидрогеназа  С=О

  │                      (МДГ)                 │

  СООН                                              СООН

 

Малат                              Оксалоацетат

 Реакция окисления малата это 8 заключительная реакция в ЦТК. Окисление малата (яблочной кислоты) до оксалоацетата (щавелевоуксусной кислоты). Особенность реакции: образование НАДH2, который понесёт электроны в дыхательную цепь. Фермент, катализирующий данную реакцию: митохондриальная НАД-зависимая малатдегидрогеназа.

Малат + НАД⁺→ Окасалоацетат + НАДН2

Б. Малат  МДГ   НАДН₂                    QH₂                           цитохром с

                                          НАДН-дегидро-         цитохром-с

                                                   геназа (ФМНН₂)     -редуктаза (в,с₁)

                                   1/2 О₂       Н₂О

     Цитохром-с-оксидаза (а, а₃)

Дегидрирование малата.

Малат + НАД+→ Окасалоацетат + НАДН + Н

 Переноси электронов от НАДН к О2 включает ряд переносчиков, которые локализованы во внутренней мембране митохондрий.

НАДН-дегидрогеназа состоит из нескольких полипептидных цепей. Роль простетической группы играет ФМН. Единственный субстрат фермента НАДН, с которого 2 электрона и протон переносятся на ФМН с образованием ФМНН2. Второй протон поглощается из матрикса. С ФМНН2 электроны переносятся на ряд железо-серных белков, играющих роль второй простетической группы в молекуле НАДН-дегидрогеназы. Атомы железа в этих белках собраны в несколько групп, так называемых железо-серных центров. Fe-S- центры входят в состав многих белков, учавствующих в окислительно восстановительных реакциях. НАДН-дегидрогеназа содержит несколько железо-серных центров, атомы железа в них могут принимать и отдавать электроныпоочередно, переходя из в ферро(Fe +2) и ферри(Fe +3) состояния. От железо-серных центров электроны переносятся на кофермент Q (убихинон). Убихинон выполняет коллекторную функцию, присоединяя электроны от дегидрогеназ. QH2-дегидрогеназа или коэнзим Q-цитохрос-с-редуктаза, комплекс 3 состоит из 2 типов цитохромов(b1 и b2) и цитохорма с1. QH2-дегидрогеназа переносит электроны от убихинола на цитохром с. Внутри комплекс 3 электроны передаются от цитохромов b на FeS-центры, на цитохром с1, а затем на цитохром с. Цитохромоксидаза (комплекс 4) состоит из 2 цитохромов типа аа3, каждый из которых имеет центр связывания с кислородом. Цитохромы а и а3 имеют характерную железопорфириновую простетическую группу, называемую гемом А. Гем А содержит формильную группу и углеводородную цепь. Также комплекс а-а3 характеризуется наличием ионов меди,связанных с белковой частью в СuA-центрах Перенос электронов комплексом а-а3 включает реакции:

Cu+→ Cu 2+ +e

Fe+→ Fe 3++ e

Комплекс цитохромов а-а3 непосредственно реагирует с молекулярным кислородом.

 

В. Коэффициентом окислительного фосфорилирования называют отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода (О), поглощённого в процессе дыхания.

а) Р/О=3, т.к. синтезе АТФ в данных условиях участвуют три точки сопряжения оксиления и фосфорилирования (комплексы I, III, IV); 

 Электрохимический потенциал обеспечивает сопряжение (связывание) процессов окисления и фосфорилирования (окислительного фосфорилирования).

Так как необходимый для сопряжения электрохимический потенциал создают I, III и IV комплексы дыхательной цепи, их называют пунктами сопряжения окисления и фосфорилирования.

б) Р/О < 3 (при повышении концентрации АТФ скорость окислительного фосфорилирования снижается – дыхательный контроль); В норме субстраты тканевого дыхания и О2 находятся в достаточном количестве и не лимитируют окислительное фосфорилирование. Активность окислительного фосфорилирования ограничивает только концентрация АДФ, которая обратно пропорциональна концентрации АТФ. При нагрузке концентрация АТФ снижается, а АДФ увеличивается, что ускоряет дыхание и фосфорилирование. В состоянии покоя количество АТФ увеличивается, а АДФ снижается, что тормозит дыхание и фосфорилирование.

Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем. В результате дыхательного контроля скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии.

в) Р/О=3 (при увеличении содержания АДФ скорость окислительного фосфорилирования повышается (дыхательный контроль), но не превышает 3); 

В норме субстраты тканевого дыхания и О2 находятся в достаточном количестве и не лимитируют окислительное фосфорилирование. Активность окислительного фосфорилирования ограничивает только концентрация АДФ, которая обратно пропорциональна концентрации АТФ. При нагрузке концентрация АТФ снижается, а АДФ увеличивается, что ускоряет дыхание и фосфорилирование. В состоянии покоя количество АТФ увеличивается, а АДФ снижается, что тормозит дыхание и фосфорилирование.

Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем. В результате дыхательного контроля скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии.

г) Р/О < 3 (наблюдается разобщение окисления и фосфорилирования).

Разобщение дыхания и фосфорилирования называют явление исчезновения на мембране электрохимического потенциала под действием разобщителей и прекращение синтеза АТФ.

Разобщителями являются вещества, которые могут переносить протоны (протонофоры) или другие ионы (ионофоры) через мембрану минуя каналы АТФ-синтетазы. В результате разобщения количество АТФ снижается, АДФ увеличивается, возрастает скорость потребления О2, окисления НАДН2, ФАДН2, а образовавшаяся свободная энергия выделяется в виде теплоты.

58