Электронотранспортной цепи митохондрий
Все типы окислительно-восстановительных процессов происходят при окислении субстратов в митохондриях, на внутренних мембранах которых размещаются ансамбли из ферментов – дегидрогеназ, коферментов (НАД[2], ФАД[3], УБХ[4]), серии цитохромов b, с1, c и фермента – цитохромоксидазы. Они образуют систему клеточной дыхательной цепи, с помощью которой происходит эстафетная передача протонов и электронов от субстрата к молекулам кислорода, доставленным гемоглобином к клетке.
Каждый компонент дыхательной цепи характеризуется определённым значением окислительно-восстановительного потенциала. Движение электронов по дыхательной цепи происходит ступенчато от веществ с низким потенциалом (-0,32 В) к веществам с более высоким потенциалом (+0,82 В), поскольку любое соединение может отдать электроны только соединению с более высоким окислительно-восстановительным потенциалом (табл. 5.1).
Табл. 5.1
Стандартные редокс-потенциалы биомолекул дыхательной цепи
| система | полуреакция | редокс-потенциал, В |
| НАД+/НАДН+Н+ | НАД+ + 2Н+ + 2 ē → НАДН+Н+ | -0,32 |
| ФАД/ФАД×Н2 | ФАД+ + 2Н+ + 2 ē → ФАД×Н2 | -0,22 |
| УБХ/ УБХ×Н2 | УБХ+ 2Н+ + 2 ē → УБХ×Н2 | -0,04 |
| цитохром b | Fe3+ → Fe2+ | 0,07 |
| цитохром с1 | 0,23 | |
| цитохром с | 0,25 | |
| цитохром а+а3 | Cu2+ →Cu1+ | 0,55 |
| О2/Н2О | О2 + 4Н+ + 4 ē → 2Н2О | 0,82 |
Цепь тканевого дыхания можно представить в виде схемы:
В результате биологического окисления (дегидрирования) два атома водорода (в виде двух протонов и двух электронов) от субстрата поступают в дыхательную цепь. Сначала происходит эстафетная передача протона и пары электронов молекуле НАД+, превращающейся в восстановленную форму НАДН+Н+, затем системе флавиновых оснований (ФАД/ФАД×Н2 или ФМН/ФМН×Н2), следующим акцептором двух протонов и двух электронов является убихинон (УБХ). Далее происходит передача только электронов: два электрона от УБХ×Н2 принимают на себя последовательно цитохромы в соответствии с величинами их редокс-потенциалов (табл. 5.1). Последний из компонентов – цитохромоксидаза переносит электроны непосредственно молекуле кислорода. Восстановленный кислород с двумя протонами, полученными от УБХ×Н2 образует молекулу воды.
½О2 + 2Н+ + 2 ē → Н2О
Необходимо отметить, что каждая молекула кислорода взаимодействует с двумя электронотранспортными цепями, поскольку в структуре цитохромов возможен только одноэлектронный перенос Fe3+ → Fe2+.
Особенностью функционирования дыхательной цепи ферментов является наличие в ней участков, где соседние компоненты резко отличаются значениями окислительно-восстановительных потенциалов, именно здесь происходит сопряжение окисления с фосфорилированием АДФ (это комплекс 1 – НАДН/убихинон, комплекс 3 – убихинон/цитохром с и комплекс 4 - цитохромоксидазный комплекс). Такой комплекс, встроенный в мембрану фосфолипида способен функционировать как протонный насос.
Основные положения координационной теории Вернера.