Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985

Биоэнергетика и метаболизм
Перенос электронов, окислительное фосфорилирование и регуляция синтеза АТР
Переносчики электронов действуют всегда в определенной последовательности

Какие факты свидетельствуют о том, что переносчики электронов в дыхательной цепи функционируют именно в указанной выше последовательности? Во-первых, именно в этой последовательности их стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (рис. 14-7 и табл. 17-1) становятся все более положительными по мере приближения к кислороду, а этого и следует ожидать, поскольку электроны всегда стремятся переходить от электроотрицательных систем к электроположительным, что вызывает снижение свободной энергии. Во-вторых, каждое звено этой цепи специфично в отношении определенного донора и определенного акцептора электронов. И, наконец, в-третьих, из митохондриальной мембраны удалось выделить структурно обособленные комплексы функционально связанных между собой переносчиков электронов (рис. 17-12).

Комплекс I состоит из NADH-дегидрогеназы и ее железо-серных центров, функционирующих в тесной связи друг с другом. Комплекс II включает сукцинатдегидрогеназу и ее железо-серные центры. В комплекс III входят цитохромы b и с вместе с одним специфичным железо-серным центром. Комплекс IV состоит из цитохромов а и а₃. Убихинон служит связующим звеном между комплексами I, II и III, а цитохром с связывает между собой комплексы III и IV (рис. 17-12).

Рис. 17-12. Электронпереносящие комплексы. Они могут быть выделены в виде функциональных ансамблей.

Изучению переноса электронов в немалой мере способствовал и такой метод, как применение специфических ингибиторов, блокирующих определенные этапы этого процесса. Среди них особо ценными оказались: 1) ротенон, блокирующий перенос электронов на участке от NADH до убихинона (это высокотоксичное вещество, добываемое из растений, употреблялось американскими индейцами в качестве яда для рыб). 2) токсичный антибиотик антимицип А (образуется одним из штаммов Streptomyces), блокирующий перенос электронов от убихинона на цитохром с, и 3) цианид - один из самых сильных ядов, блокирующий процесс восстановления кислорода, катализируемый цитохромом аа₃ (рис 17-13). (Еще одним важным ингибитором цитохрома аа₃ является окись углерода.) При ингибировании цепи переноса электронов в определенной точке возникает пункт перекреста, как это видно из гидравлической модели, представленной на рис. 17-14. Переносчики электронов, стоящие в цепи непосредственно перед блокированным этапом, становятся более восстановленными, а стоящие после этого этапа - более окисленными. Такие изменения можно обнаружить при помощи спектрофотометра, поскольку у окисленных и у восстановленных форм переносчиков спектры поглощения различны.

Рис. 17-13. Место действия различных ингибиторов, блокирующих перенос электронов. Амитал лекарственный препарат из группы барбитуратов, применяемый в качестве снотворного. Мощными ингибиторами цитохромоксидазы являются, помимо цианида, также окись углерода и сероводород.

Рис. 17-14. Гидравлическая модель дыхательной цепи. А. В норме в дыхательной цепи поддерживается стационарное состояние. Степень восстановления последовательных переносчиков электронов в популяции митохондрий снижается при переносе электронов от субстратов на кислород. Б. Ингибитор переноса электронов антимицин А создает в дыхательной цепи пункт перекреста в котором окислительно-восстановительное состояние переносчиков изменяется.