Ионофорами (т.е. «переносчиками ионов») называют жирорастворимые вещества, способные связывать определенные ионы и переносить их через мембрану. От разобщающих агентов они отличаются тем, что переносят через мембрану не ионы а какие-нибудь другие катионы. Например, токсичный антибиотик валиномицин (рис. 17-18) образует жирорастворимый комплекс с ионами легко проходящий через внутреннюю мембрану митохондрий, тогда как в отсутствие валиномицина ионы проникают сквозь нее с большим трудом. Ионофорграмицидин облегчает проникновение через мембрану не только но и а также некоторых других одновалентных катионов.
д. Некоторые ионофоры также способны подавлять окислитель ное фосфорилирова ние
Одно время пытались использовать некоторые разобщающие агенты для борьбы с ожирением за счет понижения эффективности синтеза АТР. Оказалось, однако, что эти вещества крайне токсичны, и потому от такого их применения пришлось отказаться.
Разобщающие агенты резко повышают проницаемость внутренней митохондриальной мембраны для ионов . Это липофильные вещества, обладающие способностью связывать ионы по одну сторону мембраны и переносить их через мембрану на другую сторону, туда, где их концентрация ниже.
Рис. 17-17. Действие типичною разобщающею агента 2,4-динитрофенола. При pH 7 этот агент существует главным образом в виде аниона, не обладающего способностью растворяться в липидах. В протонированной форме 2,4-динитрофенол растворим в липидах и потому может проходить сквозь мембрану, перенося с собой протон. По другую сторону мембраны перенесенный протон отщепляется. Действуя таким образом, разобщающие агенты препятствуют возникновению градиента концентрации ионов между двумя сторонами мембраны. Подобные разобщающие агенты, переносящие ионы , называют протонофорами.
Некоторые химические вещества, например 2,4-динитрофенол (рис. 17-17), подавляют фосфорилирование ADP до АТР, не влияя при этом на перенос электронов в митохондриях. Они разобщают перенос электронов и синтез АТР, разрушая необходимую связь между этими процессами. Такие вещества называются поэтому разобщающими агентами. В их присутствии свободная энергия, выделяемая при переносе электронов, переходит в тепло, а не запасается в виде АТР.
г. Окислительное фосфорилирование можно предотвратить с помощью разобщающих агентов.
Это свойство мембраны также имеет отношение к окислительному фосфорилированию. Если мембрана повреждена или если она в результате какого-нибудь воздействия стала вдруг легко проницаемой для этих или для некоторых других ионов, то окислительное фосфорилирование происходить не будет. Эти наблюдения показывают, что разница в ионном составе или в концентрации между двумя сторонами внутренней митохондриальной мембраны играет важную роль в синтезе АТР.
в. Внутренняя митохондриальная мембрана непроницаема для ионов
Окислительное фосфорилирование может происходить лишь в том случае, если целостность внутренней митохондриальной мембраны не нарушена, т. е. если эта мембрана представляет собой полностью замкнутое образование. Любые разрывы и трещины во внутренней митохондриальной мембране лишают ее способности к окислительному фосфорилированию, хотя перенос электронов от субстрата к кислороду и в этих условиях может продолжаться.
б. Окислительное фосфорилирование требует целостности внутренней митохондриальной мембраны
Многолетние интенсивные исследования, направленные на поиск таких гипотетических промежуточных продуктов, не дали результатов: обнаружить их не удалось.
а. Никакие «высокоэнергетические» промежуточные продукты, связывающие перенос электронов с синтезом АТР, не обнаружены
Хемиосмотическая гипотеза, сформулированная английским биохимиком Питером Митчеллом, исходит из совершенно иного, нового принципа. Постулируется, что перенос электронов сопровождается выкачиванием ионов из матрикса через внутреннюю митохондриальную мембрану в наружную водную среду. Вследствие этого между двумя сторонами внутренней митохондриальной мембраны возникает градиент концентрации ионов (трансмембранный градиент). Синтез АТР, требующий затраты энергии, осуществляется именно за счет осмотической энергии, присущей этому градиенту. Можно думать, что именно хемиосмотическая теория наиболее точно отражает организующий принцип окислительного фосфорилирования. Рассмотрим некоторые характерные особенности этого процесса, свидетельствующие в пользу хемиосмотической гипотезы.
Гипотеза конформационного сопряжения предполагает, что перенос электронов по дыхательной цепи вызывает конформационные изменения в белковых компонентах внутренней митохондриальной мембраны и тем самым переводит их в высокоэнергетическую форму. Конформационные изменения передаются молекуле -АТРазы и активируют ее. Релаксация активированной т.е. ее возвращение к обычной конформации, высвобождает запасенную в ней энергию, которая используется для синтеза АТР и для отделения новосинтезированного АТР от молекулы фермента.
Гипотеза химического сопряжения предполагает, что перенос электронов сопряжен с синтезом АТР через определенную последовательность реакций; в ходе этих реакций некий высокоэнергетический ковалентный промежуточный продукт, образовавшийся в результате переноса электронов, расщепляется и отдает содержащуюся в нем энергию на образование АТР. Это предположение перекликается с уже известным нам примером участия -фосфоглицероилфосфата в качестве общего промежуточного продукта при синтезе АТР в процессе гликолиза (разд. ).
В предыдущих разделах этой главы мы рассмотрели процесс переноса электронов и познакомились со структурой АТР-синтетазы. Теперь пришло время задать главный вопрос: каким же образом цепь переноса электронов взаимодействует с АТР-синтетазой и как при этом происходит окислительное фосфорилирование ADP с образованием АТР? Это один из самых увлекательных и вместе с тем самых трудных вопросов в биохимии и цитологии. Хотя нам сегодня известно уже немало об утилизации энергии АТР в биосинтетических реакциях, тем не менее точные молекулярные механизмы генерирования АТР в процессе окислительного фосфорилирования остаются неясными. Одна из причин этого состоит в том, что ферменты переноса электронов и окислительного фосфорилирования очень сложны и к тому же встроены во внутреннюю мембрану митохондрий, чем сильно затрудняется изучение их взаимодействия. Постулировано три возможных механизма передачи энергии от процесса переноса электронов процессу синтеза АТР.
17.15. Каким образом окислительно-восстановительная энергия переноса электронов передается АТР-синтетазе?
Для отображения сканов страниц необходимо включить JavaScript в настройках браузера.
популярных научных изданий
Комментариев нет:
Отправить комментарий