Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Цепь переноса электронов в клетке является местом окислительного фосфорилирования. НАДН и сукцинат, образующиеся в цикле лимонной кислоты , окисляются, высвобождая энергию O 2 для питания АТФ-синтазы .

Окислительное фосфорилирование (Великобритания / ɒ к с ɪ д . Ə . Т ɪ об / США / ɑː к . С ɪ ˌ д . Т ɪ об / [1] или переносе электронов связанного фосфорилирования или окисление терминала ) является метаболический путь, в котором клетки используют ферменты для окисления питательных веществ, тем самым высвобождая химическую энергию, хранящуюся внутри, для производства аденозинтрифосфата (АТФ). У большинства эукариот это происходит внутри митохондрий . Почти все аэробные организмы осуществляют окислительное фосфорилирование. Этот путь настолько распространен, потому что высвобождает больше энергии, чем альтернативные процессы ферментации, такие как анаэробный гликолиз . [2]

В процессе окислительного фосфорилирования, электроны передаются от доноров электронов на акцепторы электронов , таких как кислород в окислительно - восстановительных реакций . Эти окислительно-восстановительные реакции высвобождают энергию, запасенную в относительно слабой двойной связи O 2 , которая используется для образования АТФ. У эукариот эти окислительно-восстановительные реакции катализируются серией белковых комплексов внутри внутренней мембраны митохондрий клетки, тогда как у прокариот эти белки расположены на внешней мембране клетки. Эти связанные наборы белков называются цепями переноса электронов.. У эукариот задействовано пять основных белковых комплексов, тогда как у прокариот присутствует множество различных ферментов, использующих различные доноры и акцепторы электронов.

Энергия, передаваемая электронами, протекающими через эту цепь переноса электронов, используется для переноса протонов через внутреннюю мембрану митохондрий в процессе, называемом переносом электронов . Это генерирует потенциальную энергию в виде градиента pH и электрического потенциала на этой мембране. Этот запас энергии используется, когда протоны текут обратно через мембрану и спускаются вниз по градиенту потенциальной энергии через большой фермент, называемый АТФ-синтазой ; этот процесс известен как хемиосмос . АТФ-синтаза использует энергию для преобразования аденозиндифосфата (АДФ) в аденозинтрифосфат вреакция фосфорилирования . Реакция запускается потоком протонов, который заставляет вращаться часть фермента; АТФ-синтаза - это вращающийся механический двигатель.

Хотя окислительное фосфорилирование является жизненно важной частью метаболизма, оно производит активные формы кислорода, такие как супероксид и перекись водорода , которые приводят к распространению свободных радикалов , повреждая клетки и способствуя болезням и, возможно, старению ( старению ). Ферменты, осуществляющие этот метаболический путь, также являются мишенью для многих лекарств и ядов, которые ингибируют их активность.

Хемиосмос [ править ]

Окислительное фосфорилирование работает за счет использования высвобождающих энергию химических реакций для запуска энергозатратных реакций: два набора реакций считаются связанными . Это означает, что одно не может происходить без другого. Цепочка окислительно-восстановительных реакций, управляющая потоком электронов через цепь переноса электронов, от доноров электронов, таких как НАДН, до акцепторов электронов, таких как кислород и водород (протоны) [2], представляет собой экзергонический процесс - он выделяет энергию, тогда как синтез АТФ - эндергоникпроцесс, требующий затрат энергии. И цепь переноса электронов, и синтаза АТФ встроены в мембрану, а энергия передается от цепи переноса электронов к синтазе путем перемещения протонов через эту мембрану в процессе, называемом хемиосмосом . [3] Протонный ток передается от отрицательной N-стороны мембраны к положительной P-стороне через перекачивающие протоны ферменты цепи переноса электронов. Движение протонов создает электрохимический градиент через мембрану, который часто называют протонодвижущей силой . Он состоит из двух компонентов: разницы в концентрации протонов ( градиент H + , Δ pH ) и разницы вэлектрический потенциал , причем N-сторона имеет отрицательный заряд. [4]

АТФ-синтаза высвобождает эту накопленную энергию, замыкая цепь и позволяя протонам течь вниз по электрохимическому градиенту обратно к N-стороне мембраны. [5] Электрохимический градиент управляет вращением части структуры фермента и связывает это движение с синтезом АТФ.

Два компонента протонодвижущей силы термодинамически эквивалентны: в митохондриях большая часть энергии обеспечивается потенциалом; у алкалифильных бактерий электрическая энергия даже должна компенсировать противодействующую обратную разницу pH. И наоборот, хлоропласты действуют в основном на ΔpH. Однако они также требуют небольшого мембранного потенциала для кинетики синтеза АТФ. В случае fusobacterium Propionigenium modestum он управляет встречным вращением субъединиц а и с двигателя F O АТФ-синтазы. [4]

Количество энергии, высвобождаемой при окислительном фосфорилировании, велико по сравнению с количеством, выделяемым при анаэробной ферментации , из-за высокой энергии O 2 . [2] Гликолиз производит только 2 молекулы АТФ, но где-то от 30 до 36 АТФ производятся путем окислительного фосфорилирования 10 молекул НАДН и 2 молекул сукцината, получаемых путем преобразования одной молекулы глюкозы в диоксид углерода и воду, [6] в то время как каждый цикл из беты - окисления в течение жирных кислот дают около 14 АТПОВ. Эти выходы АТФ являются теоретическими максимальными значениями; на практике некоторые протоны проникают через мембрану, снижая выход АТФ. [7]

Молекулы переноса электронов и протонов [ править ]

Восстановление кофермента Q из его формы убихинона (Q) в форму восстановленного убихинола (QH 2 ).

Цепь переноса электронов переносит как протоны, так и электроны, передавая электроны от доноров к акцепторам и перенося протоны через мембрану. В этих процессах используются как растворимые, так и связанные с белками переносящие молекулы. В митохондриях электроны переносятся в межмембранном пространстве с помощью водорастворимого белка переноса электронов цитохрома c . [8] Он несет только электроны, и они переносятся путем восстановления и окисления атома железа, который белок удерживает внутри гемовой группы в своей структуре. Цитохром с также обнаружен у некоторых бактерий, где он находится в периплазматическом пространстве . [9]

Внутри внутренней митохондриальной мембраны липид- растворимый переносчик электронов кофермент Q10 (Q) переносит электроны и протоны по окислительно-восстановительному циклу. [10] Эта небольшая молекула бензохинона очень гидрофобна , поэтому свободно диффундирует внутри мембраны. Когда Q принимает два электрона и два протона, он восстанавливается до формы убихинола (QH 2 ); когда QH 2 высвобождает два электрона и два протона, он снова окисляется до формы убихинона (Q). В результате, если два фермента расположены так, что Q уменьшается на одной стороне мембраны и QH 2окисленный с другой стороны, убихинон будет связывать эти реакции и перемещать протоны через мембрану. [11] В некоторых бактериальных цепях переноса электронов в дополнение к убихинону используются различные хиноны, такие как менахинон . [12]

Внутри белков электроны переносятся между кофакторами флавинов , [5] [13] железо-серными кластерами и цитохромами. Существует несколько типов железо-серного кластера. Простейший вид цепи переноса электрона состоит из двух атомов железа, соединенных двумя атомами неорганической серы ; они называются кластерами [2Fe – 2S]. Второй вид, названный [4Fe – 4S], содержит куб из четырех атомов железа и четырех атомов серы. Каждый атом железа в этих кластерах координируется дополнительной аминокислотой , обычно атомом серы цистеина.. Кофакторы ионов металлов подвергаются окислительно-восстановительным реакциям без связывания или высвобождения протонов, поэтому в цепи переноса электронов они служат исключительно для переноса электронов через белки. Электроны перемещаются через белки на довольно большие расстояния, прыгая по цепочкам этих кофакторов. [14] Это происходит за счет квантового туннелирования , которое происходит быстро на расстояниях менее 1,4 × 10 -9 м. [15]

Цепи транспорта электронов эукариот [ править ]

Многие катаболические биохимические процессы, такие как гликолиз , цикл лимонной кислоты и бета-окисление , производят восстановленный кофермент НАДН . Этот кофермент содержит электроны с высоким потенциалом переноса.; Другими словами, они выделяют большое количество энергии при окислении. Однако клетка не выделяет эту энергию сразу, поскольку это была бы неконтролируемая реакция. Вместо этого электроны удаляются из НАДН и передаются кислороду через ряд ферментов, каждый из которых выделяет небольшое количество энергии. Этот набор ферментов, состоящий из комплексов с I по IV, называется цепью переноса электронов и находится во внутренней мембране митохондрии. Сукцинат также окисляется цепью переноса электронов, но попадает в этот путь в другой точке.

У эукариот ферменты в этой системе переноса электронов используют энергию, выделяемую НАДН из О 2 , для перекачки протонов через внутреннюю мембрану митохондрии. Это заставляет протоны накапливаться в межмембранном пространстве и генерирует электрохимический градиент через мембрану. Энергия, запасенная в этом потенциале, затем используется АТФ-синтазой для производства АТФ. Окислительное фосфорилирование в митохондриях эукариот является наиболее понятным примером этого процесса. Митохондрия присутствует почти у всех эукариот, за исключением анаэробных простейших, таких как Trichomonas vaginalis, которые вместо этого восстанавливают протоны до водорода в остаточной митохондрии, называемойгидрогеносома . [16]

НАДН-кофермент Q оксидоредуктаза (комплекс I) [ править ]

Комплекс I или оксидоредуктаза НАДН-Q . Аббревиатуры обсуждаются в тексте. На всех схемах респираторных комплексов в этой статье матрица находится внизу, а межмембранное пространство вверху.

НАДН-кофермент Q-оксидоредуктаза , также известная как НАДН-дегидрогеназа или комплекс I , является первым белком в цепи переноса электронов. [18] Комплекс I представляет собой гигантский фермент с комплексом I млекопитающих, имеющим 46 субъединиц и молекулярную массу около 1000 килодальтон (кДа). [19] Подробно строение известно только у бактерии; [20] [21] у большинства организмов этот комплекс напоминает сапог с большим «шаром», торчащим из мембраны в митохондрию. [22] [23] Гены, кодирующие отдельные белки, содержатся как в ядре клетки, так и вмитохондриальный геном , как и многие ферменты, присутствующие в митохондриях.

Реакция , которая катализируется этого фермента является два электрона окисление NADH по кофермента Q10 или убихинон (представлено в виде Q в уравнении ниже), липид-растворимые хинона , который находится в митохондрии мембраны:

Начало реакции, да и всей электронной цепи, - это связывание молекулы НАДН с комплексом I и передача двух электронов. Электроны входят в комплекс I через простетическую группу, присоединенную к комплексу, флавинмононуклеотид (FMN). Добавление электронов к FMN превращает его в его восстановленную форму, FMNH 2 . Затем электроны переносятся через серию кластеров железо-сера : второй вид простетической группы, присутствующей в комплексе. [20] В комплексе I присутствуют как железо-серные кластеры [2Fe – 2S], так и [4Fe – 4S].

Когда электроны проходят через этот комплекс, четыре протона перекачиваются из матрицы в межмембранное пространство. Неясно, как именно это происходит, но, по-видимому, это связано с конформационными изменениями в комплексе I, которые заставляют белок связывать протоны на N-стороне мембраны и высвобождать их на P-стороне мембраны. [24] Наконец, электроны передаются от цепочки кластеров железо-сера к молекуле убихинона в мембране. [18] Восстановление убихинона также способствует генерации протонного градиента, поскольку два протона поглощаются матрицей, когда она восстанавливается до убихинола (QH 2 ).

Сукцинат-Q оксидоредуктаза (комплекс II) [ править ]

Комплекс II: сукцинат-Q-оксидоредуктаза .

Сукцинат-Q-оксидоредуктаза , также известная как комплекс II или сукцинатдегидрогеназа , является второй точкой входа в цепь переноса электронов. [25] Это необычно, потому что это единственный фермент, который является частью цикла лимонной кислоты и цепи переноса электронов. Комплекс II состоит из четырех белковых субъединиц и содержит связанный кофактор флавинадениндинуклеотида (FAD), железо-серные кластеры и гемовую группу, которая не участвует в переносе электрона на кофермент Q, но считается важной для уменьшения образования реактивных формы кислорода. [26] [27] Он окисляет сукцинат до фумарата.и снижает убихинон. Поскольку в этой реакции выделяется меньше энергии, чем при окислении НАДН, комплекс II не переносит протоны через мембрану и не способствует протонному градиенту.

У некоторых эукариот, таких как паразитический червь Ascaris suum , фермент, подобный комплексу II, фумаратредуктазе (менахинол: фумарат оксидоредуктаза или QFR), действует в обратном направлении, окисляя убихинол и уменьшая фумарат. Это позволяет червю выжить в анаэробной среде толстого кишечника , проводя анаэробное окислительное фосфорилирование с фумаратом в качестве акцептора электронов. [28] Другая необычная функция комплекса II наблюдается у малярийного паразита Plasmodium falciparum . Здесь обратное действие комплекса II как оксидазы важно для регенерации убихинола, который паразит использует в необычной форме биосинтеза пиримидина .[29]

Электронный перенос оксидоредуктазы флавопротеина Q [ править ]

Электронно-переносящая флавопротеин-убихинон-оксидоредуктаза (ETF-Q-оксидоредуктаза), также известная как электрон-переносящая флавопротеиндегидрогеназа , является третьей точкой входа в цепь электронного транспорта. Это фермент, который принимает электроны от переносящего электрон флавопротеина в митохондриальном матриксе и использует эти электроны для восстановления убихинона. [30] Этот фермент содержит флавин и кластер [4Fe – 4S], но, в отличие от других респираторных комплексов, он прикрепляется к поверхности мембраны и не пересекает липидный бислой. [31]

У млекопитающих, этот метаболический путь играет важную роль в бета - окисления из жирных кислот и катаболизма аминокислот и холина , так как он принимает электроны от нескольких ацетил-СоА - дегидрогеназы. [32] [33] У растений оксидоредуктаза ETF-Q также важна для метаболических реакций, которые позволяют выжить в продолжительные периоды темноты. [34]

Q-цитохром с оксидоредуктаза (комплекс III) [ править ]

Две стадии переноса электрона в комплексе III: Q-цитохром с оксидоредуктаза . После каждого шага Q (в верхней части рисунка) покидает фермент.

Q-цитохром с оксидоредуктазы также известен как цитохром с редуктазы , цитохрома Ьс 1 комплекс , или просто комплекс III . [35] [36] У млекопитающих этот фермент представляет собой димер , каждый комплекс субъединиц которого содержит 11 белковых субъединиц, кластер [2Fe-2S] железо-сера и три цитохрома : один цитохром c 1 и два цитохрома b . [37] Цитохром - это разновидность белка, переносящего электрон, который содержит как минимум один гем.группа. Атомы железа внутри гемовых групп комплекса III чередуются между состоянием восстановленного двухвалентного железа (+2) и окисленного трехвалентного железа (+3) по мере того, как электроны переносятся через белок.

Реакция, катализируемая комплексом III, представляет собой окисление одной молекулы убихинола и восстановление двух молекул цитохрома с , гемового белка, слабо связанного с митохондрией. В отличие от кофермента Q, который несет два электрона, цитохром с несет только один электрон.

Поскольку только один из электронов может быть передан от донора QH 2 к акцептору цитохрома с за один раз, механизм реакции комплекса III более сложен, чем у других респираторных комплексов, и происходит в два этапа, называемых Q-циклом . [38] На первом этапе фермент связывает три субстрата, первый QH 2 , который затем окисляется, причем один электрон передается второму субстрату, цитохрому c. Два протона, выпущенные из QH 2, переходят в межмембранное пространство. Третий субстрат - Q, который принимает второй электрон от QH 2 и восстанавливается до Q .- , который представляет собой свободный радикал убисемихинона. . Первые два субстрата высвобождаются, но этот промежуточный убисемихинон остается связанным. На втором этапе вторая молекула QH 2 связывается и снова передает свой первый электрон акцептору цитохрома с. Второй электрон передается связанному убисемихинону, уменьшая его до QH 2, поскольку он получает два протона из митохондриального матрикса. Этот QH 2 затем высвобождается из фермента. [39]

Поскольку кофермент Q восстанавливается до убихинола на внутренней стороне мембраны и окисляется до убихинона на другой стороне, происходит чистый перенос протонов через мембрану, увеличивая протонный градиент. [5] Довольно сложный двухступенчатый механизм, с помощью которого это происходит, важен, поскольку он увеличивает эффективность переноса протона. Если бы вместо цикла Q использовать одну молекулу QH 2 для прямого восстановления двух молекул цитохрома с, эффективность снизилась бы вдвое, и только один протон, перенесенный на цитохром с, уменьшился. [5]

Цитохром с оксидаза (комплекс IV) [ править ]

Комплекс IV: цитохром с оксидаза .

Цитохром с оксидаза , также известная как комплекс IV , является последним белковым комплексом в цепи переноса электронов. [40] Фермент млекопитающих имеет чрезвычайно сложную структуру и содержит 13 субъединиц, две гемовые группы, а также несколько кофакторов ионов металлов - всего три атома меди , один магния и один цинк . [41]

Этот фермент опосредует заключительную реакцию в цепи переноса электронов и передает электроны кислороду и водороду (протонам) [2] , перекачивая протоны через мембрану. [42] Конечный акцептор электронов кислород, который обеспечивает большую часть энергии, выделяемой в цепи переноса электронов и также называемый конечным акцептором электронов , на этом этапе восстанавливается до воды, которая высвобождает половину всей энергии при аэробном дыхании. [2] Как прямая накачка протонов, так и потребление матричных протонов при восстановлении кислорода вносят свой вклад в протонный градиент. Катализируется реакция окисления цитохрома с и восстановления кислорода:

Альтернативные редуктазы и оксидазы [ править ]

Многие эукариотические организмы имеют цепи переноса электронов, которые отличаются от хорошо изученных ферментов млекопитающих, описанных выше. Например, у растений есть альтернативные НАДН-оксидазы, которые окисляют НАДН в цитозоле, а не в митохондриальном матриксе, и передают эти электроны в пул убихинона. [43] Эти ферменты не переносят протоны и, следовательно, восстанавливают убихинон без изменения электрохимического градиента через внутреннюю мембрану. [44]

Другой пример расходящейся цепи переноса электронов - альтернативная оксидаза , которая содержится в растениях , а также в некоторых грибах , простейших и, возможно, некоторых животных. [45] [46] Этот фермент переносит электроны непосредственно от убихинола к кислороду. [47]

Пути переноса электронов, продуцируемые этими альтернативными НАДН и убихиноноксидазами, имеют более низкие выходы АТФ, чем полный путь. Преимущества укороченного пути не совсем ясны. Однако альтернативная оксидаза вырабатывается в ответ на стрессы, такие как холод, активные формы кислорода и заражение патогенами, а также другие факторы, которые ингибируют полную цепь переноса электронов. [48] [49] Таким образом, альтернативные пути могут повысить устойчивость организма к травмам за счет снижения окислительного стресса . [50]

Организация комплексов [ править ]

Первоначальная модель организации комплексов дыхательной цепи заключалась в том, что они свободно и независимо диффундируют в митохондриальной мембране. [51] Однако недавние данные предполагают, что комплексы могут образовывать структуры более высокого порядка, называемые суперкомплексами или « респирасомами ». [52] В этой модели различные комплексы существуют как организованные наборы взаимодействующих ферментов. [53] Эти ассоциации могут позволить каналу субстратов между различными ферментными комплексами, увеличивая скорость и эффективность переноса электронов. [54]В таких суперкомплексах млекопитающих некоторые компоненты будут присутствовать в более высоких количествах, чем другие, при этом некоторые данные предполагают соотношение между комплексами I / II / III / IV и АТФ-синтазой примерно 1: 1: 3: 7: 4. [55] Однако споры по поводу этой суперкомплексной гипотезы не разрешены полностью, так как некоторые данные не соответствуют этой модели. [19] [56]

Прокариотические цепи транспорта электронов [ править ]

В отличие от общего сходства в структуре и функции цепей переноса электронов у эукариот, бактерии и археи обладают большим разнообразием ферментов переноса электронов. Они используют в качестве субстратов столь же широкий набор химикатов. [57] Как и у эукариот, прокариотический перенос электронов использует энергию, высвобождаемую при окислении субстрата, для перекачки ионов через мембрану и создания электрохимического градиента. У бактерий окислительное фосфорилирование Escherichia coli изучено наиболее подробно, в то время как системы архей в настоящее время изучены плохо. [58]

Основное различие между окислительным фосфорилированием эукариот и прокариот заключается в том, что бактерии и археи используют множество различных веществ для передачи или приема электронов. Это позволяет прокариотам расти в самых разных условиях окружающей среды. [59] В E. coli , например, окислительное фосфорилирование может быть вызвано большим количеством пар восстановителей и окислителей, которые перечислены ниже. Середина потенциал химических мер , сколько энергии высвобождаются , когда он окисляется или восстанавливается, с восстанавливающими агентами , имеющие отрицательные потенциалами и окислителей положительных потенциалов.

Как показано выше, E. coli может расти с восстановителями, такими как формиат, водород или лактат, в качестве доноров электронов, и нитратом, ДМСО или кислородом в качестве акцепторов. [59] Чем больше разница в средней точке потенциала между окислителем и восстановителем, тем больше энергии выделяется при их реакции. Из этих соединений пара сукцинат / фумарат необычна, поскольку ее потенциал в средней точке близок к нулю. Следовательно, сукцинат может быть окислен до фумарата, если доступен сильный окислитель, такой как кислород, или фумарат может быть восстановлен до сукцината с использованием сильного восстанавливающего агента, такого как формиат. Эти альтернативные реакции катализируются сукцинатдегидрогеназой и фумаратредуктазой соответственно. [61]

Некоторые прокариоты используют окислительно-восстановительные пары, у которых есть лишь небольшая разница в средней точке потенциала. Например, нитрифицирующие бактерии, такие как Nitrobacter, окисляют нитрит до нитрата, отдавая электроны кислороду. Небольшого количества энергии, выделяемой в этой реакции, достаточно для перекачки протонов и выработки АТФ, но недостаточно для производства НАДН или НАДФН непосредственно для использования в анаболизме . [62] Эта проблема решается путем использования нитрит-оксидоредуктазы для создания достаточной протонодвижущей силы, чтобы запустить часть цепи переноса электронов в обратном направлении, заставляя комплекс I генерировать НАДН. [63] [64]

Прокариоты контролируют использование этих доноров и акцепторов электронов, варьируя продуцируемые ферменты в зависимости от условий окружающей среды. [65] Такая гибкость возможна, потому что разные оксидазы и редуктазы используют один и тот же пул убихинона. Это позволяет множеству комбинаций ферментов функционировать вместе, связанных общим промежуточным продуктом убихинола. [60] Таким образом, эти дыхательные цепи имеют модульную конструкцию с легко заменяемыми наборами ферментных систем.

В дополнение к этому метаболическому разнообразию прокариоты также обладают рядом изоферментов  - разных ферментов, которые катализируют одну и ту же реакцию. Например, в E. coli существует два разных типа убихинолоксидазы, использующей кислород в качестве акцептора электронов. В высокоаэробных условиях клетка использует оксидазу с низким сродством к кислороду, которая может переносить два протона на электрон. Однако, если уровень кислорода падает, они переключаются на оксидазу, которая переносит только один протон на электрон, но имеет высокое сродство к кислороду. [66]

АТФ-синтаза (комплекс V) [ править ]

АТФ-синтаза, также называемая комплексом V , является последним ферментом в пути окислительного фосфорилирования. Этот фермент присутствует во всех формах жизни и действует одинаково как у прокариот, так и у эукариот. [67] Фермент использует энергию, запасенную в протонном градиенте через мембрану, для управления синтезом АТФ из АДФ и фосфата (P i ). Оценки количества протонов, необходимых для синтеза одного АТФ, колеблются от трех до четырех, [68] [69], при этом некоторые предполагают, что клетки могут изменять это соотношение в зависимости от различных условий. [70]

Эта реакция фосфорилирования представляет собой равновесие , которое можно изменить, изменив протонодвижущую силу. В отсутствие протонодвижущей силы реакция АТФ-синтазы будет проходить справа налево, гидролизуя АТФ и выкачивая протоны из матрицы через мембрану. Однако, когда протонодвижущая сила высока, реакция вынуждена идти в противоположном направлении; он проходит слева направо, позволяя протонам течь вниз по градиенту их концентрации и превращая АДФ в АТФ. [67] Действительно, в тесно связанных вакуолярных Н + -АТФазах реакция гидролиза используется для подкисления клеточных компартментов путем перекачки протонов и гидролиза АТФ. [71]

АТФ-синтаза представляет собой массивный белковый комплекс грибовидной формы. Ферментный комплекс млекопитающих состоит из 16 субъединиц и имеет массу примерно 600 килодальтон . [72] Часть, встроенная в мембрану, называется FO и содержит кольцо с-субъединиц и протонный канал. Стебель и головной убор в форме шара называется F 1 и является местом синтеза АТФ. Шаровидный комплекс на конце участка F 1 содержит шесть белков двух разных типов (три α-субъединицы и три β-субъединицы), тогда как «стебель» состоит из одного белка: субъединица γ с кончиком ножки. простираясь в клубок α- и β-субъединиц. [73]Обе субъединицы α и β связывают нуклеотиды, но только субъединицы β катализируют реакцию синтеза АТФ. Вдоль части F 1 и обратно в мембрану проходит длинная палочковидная субъединица, которая закрепляет субъединицы α и β в основе фермента.

Как протонов через мембрану через канал в базе АТФ - синтазы, диафрагменное O протон-приводом двигатель вращается. [74] Вращение может быть вызвано изменениями в ионизации аминокислот в кольце субъединиц с, вызывающими электростатические взаимодействия, которые продвигают кольцо субъединиц с мимо протонного канала. [75] Это вращающееся кольцо, в свою очередь, приводит во вращение центральную ось (стержень субъединицы γ) внутри субъединиц α и β. Субблоки α и β не могут вращаться сами по себе боковым плечом, которое действует как статор.. Это движение кончика субъединицы γ внутри шара из субъединиц α и β обеспечивает энергию для активных сайтов субъединиц β, чтобы они могли совершить цикл движений, которые производят, а затем высвобождают АТФ. [76]

Механизм АТФ-синтазы . АТФ показан красным, АДФ и фосфат - розовым, а вращающаяся субъединица γ - черным.

Эта реакция синтеза АТФ называется механизмом изменения связывания и включает в себя циклическое переключение активного центра субъединицы β между тремя состояниями. [77] В «открытом» состоянии АДФ и фосфат попадают в активный центр (показан коричневым на схеме). Затем белок замыкается вокруг молекул и слабо связывает их - «рыхлое» состояние (показано красным). Затем фермент снова меняет форму и объединяет эти молекулы, при этом активный центр в результирующем «плотном» состоянии (показано розовым цветом) связывает вновь образованную молекулу АТФ с очень высоким сродством . Наконец, активный сайт возвращается в открытое состояние, высвобождая АТФ и связывая больше АДФ и фосфата, готовые к следующему циклу.

У некоторых бактерий и архей синтез АТФ обусловлен движением ионов натрия через клеточную мембрану, а не движением протонов. [78] [79] Археи, такие как Methanococcus, также содержат A 1 A o- синтазу, форму фермента, которая содержит дополнительные белки с небольшим сходством по последовательности с другими бактериальными и эукариотическими субъединицами АТФ-синтазы. Возможно, что у некоторых видов форма фермента A 1 A o является специализированной АТФ-синтазой, управляемой натрием, [80], но это может быть не во всех случаях. [79]

Окислительное фосфорилирование - энергетика [ править ]

Энергия, выделяемая при окислительном фосфорилировании, в основном может быть отнесена к O 2 с его относительно слабой двойной связью. [2] Транспорт электронов от окислительно-восстановительной пары НАД + / НАДН к конечной окислительно-восстановительной паре 1/2 O 2 / H 2 O можно резюмировать как

1/2 O 2 + НАДН + Н + → Н 2 О + НАД +

Разность потенциалов между этими двумя окислительно-восстановительными парами составляет 1,14 В, что эквивалентно -52 ккал / моль или -2600 кДж на 6 моль O 2 .

Когда один НАДН окисляется через цепь переноса электрона, образуются три АТФ, что эквивалентно 7,3 ккал / моль x 3 = 21,9 ккал / моль.

Сохранение энергии можно рассчитать по следующей формуле

КПД = (21,9 х 100%) / 52 = 42%

Таким образом, мы можем сделать вывод, что когда НАДН окисляется, около 42% энергии сохраняется в виде трех АТФ, а оставшаяся (58%) энергия теряется в виде тепла (если химическая энергия АТФ в физиологических условиях не была недооценена).

Активные формы кислорода [ править ]

Молекулярный кислород является идеальным концевым акцептором электронов, поскольку он является сильным окислителем. Восстановление кислорода действительно связано с потенциально вредными промежуточными продуктами. [81] Хотя перенос четырех электронов и четырех протонов восстанавливает кислород в воду, что безвредно, перенос одного или двух электронов приводит к образованию супероксидных или пероксидных анионов, которые являются опасно реактивными.

Эти активные формы кислорода и продукты их реакции, такие как гидроксильный радикал, очень вредны для клеток, поскольку они окисляют белки и вызывают мутации в ДНК . Это клеточное повреждение может способствовать развитию болезни и считается одной из причин старения . [82] [83]

Комплекс цитохром-с-оксидазы очень эффективен при восстановлении кислорода до воды и высвобождает очень мало частично восстановленных промежуточных продуктов; однако небольшие количества супероксид-аниона и пероксида производятся в цепи переноса электронов. [84] Особенно важным является восстановление кофермента Q в комплексе III, так как высоко реактивный свободный радикал убисемихинона образуется как промежуточное звено в цикле Q. Этот нестабильный вид может привести к «утечке» электронов, когда электроны переходят непосредственно к кислороду, образуя супероксид. [85]Поскольку производство активных форм кислорода этими комплексами, перекачивающими протоны, является наибольшим при высоких мембранных потенциалах, было предложено, чтобы митохондрии регулировали их активность для поддержания мембранного потенциала в узком диапазоне, который уравновешивает выработку АТФ с образованием окислителя. [86] Например, окислители могут активировать разобщающие белки, которые снижают мембранный потенциал. [87]

Чтобы противодействовать этим реактивным формам кислорода, клетки содержат многочисленные антиоксидантные системы, включая витамины- антиоксиданты, такие как витамин C и витамин E , и антиоксидантные ферменты, такие как супероксиддисмутаза , каталаза и пероксидазы , [81] которые детоксифицируют реактивные формы, ограничивая повреждение клетка.

Окислительное фосфорилирование в условиях гипоксии [ править ]

Поскольку кислород является фундаментальным для окислительного фосфорилирования, недостаток уровня O 2, вероятно, изменяет скорость производства АТФ. Однако движущая сила протонов и продукция АТФ могут поддерживаться внутриклеточным ацидозом. [88] Цитозольные протоны, которые накапливались при гидролизе АТФ и лактоацидозе, могут свободно диффундировать через внешнюю мембрану митохондрий и подкислять межмембранное пространство, тем самым внося непосредственный вклад в движущую силу протонов и производство АТФ.

Ингибиторы [ править ]

Есть несколько хорошо известных лекарств и токсинов , ингибирующих окислительное фосфорилирование. Хотя любой из этих токсинов ингибирует только один фермент в цепи переноса электронов, ингибирование любого этапа этого процесса остановит остальную часть процесса. Например, если олигомицин ингибирует АТФ-синтазу, протоны не могут пройти обратно в митохондрии. [89] В результате протонные насосы не могут работать, поскольку градиент становится слишком сильным для их преодоления. Тогда НАДН больше не окисляется, и цикл лимонной кислоты перестает работать, потому что концентрация НАД + падает ниже концентрации, которую могут использовать эти ферменты.

Многие сайт-специфические ингибиторы цепи переноса электронов внесли свой вклад в современные знания о митохондриальном дыхании. Синтез АТФ также зависит от цепи переноса электронов, поэтому все сайт-специфические ингибиторы также ингибируют образование АТФ. Рыбный яд ротенон , лекарственный препарат барбитурата амитал и антибиотик пирицидин А ингибируют НАДН и кофермент Q [90].

Окись углерода, цианид, сероводород и азид эффективно ингибируют цитохромоксидазу. Окись углерода реагирует с восстановленной формой цитохрома, тогда как цианид и азид реагируют с окисленной формой. Антибиотик, антимицин А , и британский анти-люизит , противоядие, используемое против химического оружия, являются двумя важными ингибиторами участка между цитохромом B и C1. [90]

Не все ингибиторы окислительного фосфорилирования являются токсинами. В коричневой жировой ткани регулируемые протонные каналы, называемые разобщающими белками, могут отделять дыхание от синтеза АТФ. [95] Это быстрое дыхание производит тепло и особенно важно как способ поддержания температуры тела для животных, впадающих в спячку , хотя эти белки также могут иметь более общую функцию в ответах клеток на стресс. [96]

История [ править ]

Область окислительного фосфорилирования началась с сообщения Артура Хардена в 1906 году о жизненно важной роли фосфата в клеточной ферментации , но первоначально было известно, что в этом участвуют только сахарные фосфаты . [97] Однако, в начале 1940 - х годов, связь между окисления сахаров и генерации АТФ прочно установлено Herman Калькаром , [98] подтверждая центральную роль АТФ в передаче энергии , которая была предложена Липман в 1941. [99] Позже, в 1949 году, Моррис Фридкин и Альберт Л. Ленингердоказали, что кофермент НАДН связан с метаболическими путями, такими как цикл лимонной кислоты и синтез АТФ. [100] Термин окислительное фосфорилирование был введен Владимиром Белицером  [ великобритания ] в 1939 году. [101] [102]

В течение следующих двадцати лет механизм образования АТФ оставался загадочным, и ученые искали неуловимое «высокоэнергетическое промежуточное соединение», которое связывало бы реакции окисления и фосфорилирования. [103] Эта загадка была решена Питером Д. Митчеллом с публикацией хемиосмотической теории в 1961 году. [104] Сначала это предложение было весьма спорным, но постепенно принималось, и Митчелл был удостоен Нобелевской премии в 1978 году [ 104] 105] [106] Последующие исследования были сосредоточены на очистке и описании задействованных ферментов, с основным вкладом Дэвида Э. Грина.на комплексах электрон-транспортной цепи, а также Efraim Racker на АТФ-синтазе. [107] Критический шаг на пути к разгадке механизма АТФ-синтазы был сделан Полом Д. Бойером , разработавшим в 1973 г. механизм «изменения связывания», за которым последовало его радикальное предложение о вращательном катализе в 1982 г. [77] [ 108]. Более поздняя работа Джона Э. Уокера включала структурные исследования ферментов, участвующих в окислительном фосфорилировании , при этом Уокер и Бойер были удостоены Нобелевской премии в 1997 году [109].

См. Также [ править ]

  • Респирометрия
  • ТИМ / ТОМ Комплекс

Примечания [ править ]

  1. ^ DNP широко использовался в качестве лекарства от ожирения в 1930-х годах, но в конечном итоге был прекращен из-за его опасных побочных эффектов. Однако незаконное использование этого препарата для этой цели продолжается и сегодня. См. 2,4-Динитрофенол # Диетическое средство для получения дополнительной информации.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Окислительное значение в Кембриджском словаре английского языка» . Dictionary.cambridge.org . Архивировано 24 января 2018 года . Проверено 28 апреля 2018 .
  2. ^ Б с д е е Шмидт-Рор К (2020). «Кислород - это высокоэнергетическая молекула, питающая сложную многоклеточную жизнь: фундаментальные поправки к традиционной биоэнергетике» . САУ Омега . 5 (5): 2221–2233. DOI : 10.1021 / acsomega.9b03352 . PMC 7016920 . PMID 32064383 .   
  3. ^ Митчелла Р, Мойл J (1967). «Хемиосмотическая гипотеза окислительного фосфорилирования». Природа . 213 (5072): 137–9. Bibcode : 1967Natur.213..137M . DOI : 10.1038 / 213137a0 . PMID 4291593 . S2CID 4149605 .  
  4. ^ a b Димрот П., Кайм Г., Мэтти У. (1 января 2000 г.). «Решающая роль мембранного потенциала для синтеза АТФ посредством F (1) F (o) АТФ-синтаз» . J. Exp. Биол . 203 (Pt 1): 51–9. PMID 10600673 . Архивировано 30 сентября 2007 года. 
  5. ^ а б в г Шульц Б.Э., Чан С.И. (2001). «Структуры и стратегии протонной перекачки митохондриальных респираторных ферментов» (PDF) . Annu Rev Biophys Biomol Struct . 30 : 23–65. DOI : 10.1146 / annurev.biophys.30.1.23 . PMID 11340051 .  
  6. ^ Богатый PR (2003). «Молекулярный аппарат дыхательной цепи Кейлина». Biochem. Soc. Пер . 31 (Pt 6): 1095–105. DOI : 10,1042 / bst0311095 . PMID 14641005 . 
  7. Перейти ↑ Porter RK, Brand MD (1995). «Митохондриальная протонная проводимость и соотношение H + / O не зависят от скорости переноса электронов в изолированных гепатоцитах» . Biochem. Дж . 310 (Pt 2): 379–82. DOI : 10.1042 / bj3100379 . PMC 1135905 . PMID 7654171 .  
  8. ^ Mathews FS (1985). «Структура, функции и эволюция цитохромов» . Прог. Биофиз. Мол. Биол . 45 (1): 1–56. DOI : 10.1016 / 0079-6107 (85) 90004-5 . PMID 3881803 . 
  9. Перейти ↑ Wood PM (1983). «Почему существуют цитохромы с-типа?» . FEBS Lett . 164 (2): 223–6. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (83) 80289-0 . PMID 6317447 . S2CID 7685958 .  
  10. ^ Crane FL (1 декабря 2001). «Биохимические функции коэнзима Q10». J Am Coll Nutr . 20 (6): 591–8. DOI : 10.1080 / 07315724.2001.10719063 . PMID 11771674 . S2CID 28013583 .  
  11. Перейти ↑ Mitchell P (1979). «Концепция дыхательной цепи Кейлина и ее хемиосмотические последствия». Наука . 206 (4423): 1148–59. Bibcode : 1979Sci ... 206.1148M . DOI : 10.1126 / science.388618 . PMID 388618 . 
  12. ^ Søballe B, Poole РК (1999). «Микробные убихиноны: множественные роли в дыхании, регуляции генов и управлении окислительным стрессом» (PDF) . Микробиология . 145 (8): 1817–30. DOI : 10.1099 / 13500872-145-8-1817 . PMID 10463148 . Архивировано (PDF) из оригинала 29 мая 2008 года.  
  13. Перейти ↑ Johnson DC, Dean DR, Smith AD, Johnson MK (2005). «Структура, функции и формирование биологических кластеров железа и серы». Анну. Rev. Biochem . 74 : 247–81. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.74.082803.133518 . PMID 15952888 . 
  14. Перейти ↑ Page CC, Moser CC, Chen X, Dutton PL (1999). «Естественные инженерные принципы туннелирования электронов при биологическом окислении-восстановлении». Природа . 402 (6757): 47–52. Bibcode : 1999Natur.402 ... 47P . DOI : 10,1038 / 46972 . PMID 10573417 . S2CID 4431405 .  
  15. ^ Лейс D, Scrutton NS (2004). «Электрические схемы в биологии: новые принципы из структуры белка». Curr. Мнение. Struct. Биол . 14 (6): 642–7. DOI : 10.1016 / j.sbi.2004.10.002 . PMID 15582386 . 
  16. ^ Boxma B, де - Граафа Р.М., ван - дер - Staay GW, ван Ален Т.А., Ricard G, Gabaldon T, Ван Хук AH, Moon-ван - дер - Staay С.Ю., Купмана WJ, ван Hellemond JJ, Tielens AG, Friedrich T, Veenhuis М, Huynen MA, Hackstein JH (2005). «Анаэробная митохондрия, производящая водород» (PDF) . Природа . 434 (7029): 74–9. Bibcode : 2005Natur.434 ... 74B . DOI : 10,1038 / природа03343 . PMID 15744302 . S2CID 4401178 .   
  17. ^ a b c d e f g h Справочник по медицинской химии. Андерс Овергаард Педерсен и Хеннинг Нильсен. Орхусский университет. 2008 г.
  18. ^ а б Херст Дж (2005). «Передача энергии дыхательным комплексом I - оценка современных знаний». Biochem. Soc. Пер . 33 (Pt 3): 525–9. DOI : 10.1042 / BST0330525 . PMID 15916556 . 
  19. ^ а б Леназ Г., Фато Р., Дженова М.Л., Бергамини С., Бьянки С., Бионди А. (2006). «Митохондриальный комплекс I: структурные и функциональные аспекты» . Биохим. Биофиз. Acta . 1757 (9–10): 1406–20. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2006.05.007 . PMID 16828051 . 
  20. ^ a b Сазанов Л.А., Хинчлифф П. (2006). «Структура гидрофильного домена респираторного комплекса I от Thermus thermophilus». Наука . 311 (5766): 1430–6. Bibcode : 2006Sci ... 311.1430S . DOI : 10.1126 / science.1123809 . PMID 16469879 . S2CID 1892332 .  
  21. ^ Ефремов, Р.Г .; Барадаран, Р; Сазанов, Л.А. (2010). «Архитектура дыхательного комплекса I». Природа . 465 (7297): 441–5. DOI : 10,1038 / природа09066 . PMID 20505720 . S2CID 4372778 .  
  22. ^ Баранова Е.А., Холт П.Дж., Сазанов Л.А. (2007). «Проекционная структура мембранного домена респираторного комплекса Escherichia coli I с разрешением 8 A». J. Mol. Биол . 366 (1): 140–54. DOI : 10.1016 / j.jmb.2006.11.026 . PMID 17157874 . 
  23. ^ Фридриха Т, Беттхер В (2004). «Общая структура дыхательного комплекса I: система Lego». Биохим. Биофиз. Acta . 1608 (1): 1–9. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2003.10.002 . PMID 14741580 . 
  24. Перейти ↑ Hirst J (январь 2010). «К молекулярному механизму дыхательного комплекса I». Biochem. Дж . 425 (2): 327–39. DOI : 10.1042 / BJ20091382 . PMID 20025615 . 
  25. ^ Cecchini G (2003). «Функция и строение комплекса II дыхательной цепи». Анну. Rev. Biochem . 72 : 77–109. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.72.121801.161700 . PMID 14527321 . 
  26. ^ Янковская V, Horsefield R, Törnroth S, Luna-Chavez C, Miyoshi H, Léger C, Byrne B, Cecchini G, Iwata S, et al. (2003). «Архитектура генерации сукцинатдегидрогеназы и активных форм кислорода». Наука . 299 (5607): 700–4. Bibcode : 2003Sci ... 299..700Y . DOI : 10.1126 / science.1079605 . PMID 12560550 . S2CID 29222766 .  
  27. ^ Хорсфилд R, S Ивата, Бирн В (2004). «Комплекс II со структурной точки зрения». Curr. Protein Pept. Sci . 5 (2): 107–18. DOI : 10.2174 / 1389203043486847 . PMID 15078221 . 
  28. ^ Kita К, Hirawake Н, Miyadera Н, амин Н, Такео S (2002). «Роль комплекса II в анаэробном дыхании митохондрий паразитов из Ascaris suum и Plasmodium falciparum». Биохим. Биофиз. Acta . 1553 (1-2): 123–39. DOI : 10.1016 / S0005-2728 (01) 00237-7 . PMID 11803022 . 
  29. ^ Painter HJ, Morrisey JM, Mather МВт, Вайдья AB (2007). «Особая роль митохондриального транспорта электронов в Plasmodium falciparum на стадии крови». Природа . 446 (7131): 88–91. Bibcode : 2007Natur.446 ... 88P . DOI : 10,1038 / природа05572 . PMID 17330044 . S2CID 4421676 .  
  30. ^ Ramsay RR, Steenkamp DJ, Хусайн M (1987). «Реакции флавопротеина с переносом электрона и флавопротеина с переносом электрона: убихинон оксидоредуктаза» . Biochem. Дж . 241 (3): 883–92. DOI : 10.1042 / bj2410883 . PMC 1147643 . PMID 3593226 .  
  31. ^ Zhang J, Frerman FE, Ким JJ (2006). «Структура переноса электронов флавопротеин-убихинон оксидоредуктазы и перенос электронов в митохондриальный пул убихинона» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 103 (44): 16212–7. Bibcode : 2006PNAS..10316212Z . DOI : 10.1073 / pnas.0604567103 . PMC 1637562 . PMID 17050691 .  
  32. Ikeda Y, Dabrowski C, Tanaka K (25 января 1983 г.). «Разделение и свойства пяти различных ацил-КоА дегидрогеназ из митохондрий печени крысы. Идентификация новой 2-метил-разветвленной ацил-КоА дегидрогеназы» . J. Biol. Chem . 258 (2): 1066–76. PMID 6401712 . Архивировано 29 сентября 2007 года. 
  33. ^ Ружичка FJ, Beinert H (1977). «Новый железо-серный флавопротеин дыхательной цепи. Компонент пути бета-окисления жирных кислот» (PDF) . J. Biol. Chem . 252 (23): 8440–5. PMID 925004 . Архивировано (PDF) из оригинала 27 сентября 2007 года.  
  34. ^ Ишизаки К, Ларсона TR, Шауер N, Ферни АР, Грэхэм И.А., Ливер CJ (2005). «Критическая роль флавопротеина переноса электронов Arabidopsis: убихинон оксидоредуктаза во время голодания, вызванного темнотой» . Растительная клетка . 17 (9): 2587–600. DOI : 10.1105 / tpc.105.035162 . PMC 1197437 . PMID 16055629 .  
  35. ^ Берри Е.А., Guergova-Курас М, Хуанг Л.С., Крофтс AR (2000). «Структура и функции комплексов цитохрома bc» (PDF) . Анну. Rev. Biochem . 69 : 1005–75. CiteSeerX 10.1.1.319.5709 . DOI : 10.1146 / annurev.biochem.69.1.1005 . PMID 10966481 . Архивировано (PDF) из оригинала 28 декабря 2015 года.   
  36. ^ Crofts AR (2004). «Комплекс цитохрома bc1: функция в контексте структуры». Анну. Rev. Physiol . 66 : 689–733. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.66.032102.150251 . PMID 14977419 . 
  37. ^ Iwata S, Lee JW, Okada K, Lee JK, Iwata M, Rasmussen B, Link TA, Ramaswamy S, Jap BK (1998). "Полная структура 11-субъединицы бычьего митохондриального цитохрома bc1 комплекса". Наука . 281 (5373): 64–71. Bibcode : 1998Sci ... 281 ... 64I . DOI : 10.1126 / science.281.5373.64 . PMID 9651245 . 
  38. ^ Trumpower BL (1990). «Протонодвигательный цикл Q. Передача энергии путем сочетания протонной транслокации с переносом электронов комплексом цитохрома bc1» (PDF) . J. Biol. Chem . 265 (20): 11409–12. PMID 2164001 . Архивировано (PDF) из оригинала 27 сентября 2007 года.  
  39. ^ Ханта C, Palsdottir H, Trumpower BL (2003). «Протонмотивные пути и механизмы в комплексе цитохрома bc1» . FEBS Lett . 545 (1): 39–46. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (03) 00391-0 . PMID 12788490 . S2CID 13942619 .  
  40. ^ Калхун МВт, Томас JW, Геннис RB (1994). "Суперсемейство цитохромоксидазы протонных насосов, управляемых окислительно-восстановительным процессом". Trends Biochem. Sci . 19 (8): 325–30. DOI : 10.1016 / 0968-0004 (94) 90071-X . PMID 7940677 . 
  41. ^ Tsukihara Т, Аояма Н, Ямашита Е, Tomizaki Т, Yamaguchi Н, Shinzawa-Ито К, Накашима R, R Yaono, Ёшикава S (1996). «Вся структура 13-субъединицы окисла цитохром с оксидазы при 2,8 А». Наука . 272 (5265): 1136–44. Bibcode : 1996Sci ... 272.1136T . DOI : 10.1126 / science.272.5265.1136 . PMID 8638158 . S2CID 20860573 .  
  42. ^ Ёшикава S, Muramoto К, Shinzawa-Ито К, Аояма Н, Tsukihara Т, Shimokata К, Катаяма Y, Shimada Н (2006). «Протонный насосный механизм цитохром с оксидазы сердца крупного рогатого скота» . Биохим. Биофиз. Acta . 1757 (9–10): 1110–6. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2006.06.004 . PMID 16904626 . 
  43. ^ Rasmusson AG, Soole KL, Elthon TE (2004). «Альтернативные НАД (Ф) Н дегидрогеназы митохондрий растений». Annu Rev Plant Biol . 55 : 23–39. DOI : 10.1146 / annurev.arplant.55.031903.141720 . PMID 15725055 . 
  44. ^ Menz Р.И., день DA (1996). «Очистка и характеристика 43-кДа нечувствительной к ротенону НАДН-дегидрогеназы из митохондрий растений» . J. Biol. Chem . 271 (38): 23117–20. DOI : 10.1074 / jbc.271.38.23117 . PMID 8798503 . S2CID 893754 .  
  45. ^ McDonald A, Vanlerberghe G (2004). «Разветвленный транспорт митохондрий электронов в Animalia: наличие альтернативной оксидазы в нескольких типах животных» . IUBMB Life . 56 (6): 333–41. DOI : 10.1080 / 1521-6540400000876 . PMID 15370881 . 
  46. ^ Sluse FE, Jarmuszkiewicz W (1998). «Альтернативная оксидаза в разветвленной митохондриальной респираторной сети: обзор структуры, функции, регуляции и роли» . Braz. J. Med. Биол. Res . 31 (6): 733–47. DOI : 10.1590 / S0100-879X1998000600003 . PMID 9698817 . 
  47. ^ Мур А.Л., Siedow JN (1991). «Регуляция и природа цианид-устойчивой альтернативной оксидазы митохондрий растений». Биохим. Биофиз. Acta . 1059 (2): 121–40. DOI : 10.1016 / S0005-2728 (05) 80197-5 . PMID 1883834 . 
  48. ^ Vanlerberghe ГХ, Макинтош L (1997). «АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ОКСИДАЗА: от гена к функции». Анну. Rev. Plant Physiol. Завод Мол. Биол . 48 : 703–734. DOI : 10.1146 / annurev.arplant.48.1.703 . PMID 15012279 . 
  49. ^ Ито Y, Saisho D, Накадзоно М, Цуцуй Н, Хираи А (1997). «Уровни транскриптов тандемно расположенных генов альтернативной оксидазы в рисе повышаются при низкой температуре». Джин . 203 (2): 121–9. DOI : 10.1016 / S0378-1119 (97) 00502-7 . PMID 9426242 . 
  50. ^ Максвелл Д.П., Ван Y, Макинтош L (1999). «Альтернативная оксидаза снижает выработку реактивного кислорода митохондриями в клетках растений» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 96 (14): 8271–6. Bibcode : 1999PNAS ... 96.8271M . DOI : 10.1073 / pnas.96.14.8271 . PMC 22224 . PMID 10393984 .  
  51. ^ Lenaz G (2001). «Критическая оценка пула митохондриального кофермента Q» . FEBS Lett . 509 (2): 151–5. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (01) 03172-6 . PMID 11741580 . S2CID 46138989 .  
  52. ^ Heinemeyer J, Braun HP, Boekema EJ, Коуржил R (2007). «Структурная модель суперкомплекса цитохром С редуктаза / оксидаза из митохондрий дрожжей» . J. Biol. Chem . 282 (16): 12240–8. DOI : 10.1074 / jbc.M610545200 . PMID 17322303 . S2CID 18123642 .  
  53. ^ Schägger Н, Пфайфер К (2000). «Суперкомплексы дыхательных цепей митохондрий дрожжей и млекопитающих» . EMBO J . 19 (8): 1777–83. DOI : 10.1093 / emboj / 19.8.1777 . PMC 302020 . PMID 10775262 .  
  54. ^ Schägger H (2002). «Суперкомплексы дыхательной цепи митохондрий и бактерий». Биохим. Биофиз. Acta . 1555 (1–3): 154–9. DOI : 10.1016 / S0005-2728 (02) 00271-2 . PMID 12206908 . 
  55. ^ Schägger Н, Пфайфер К (2001). «Соотношение комплексов окислительного фосфорилирования IV в митохондриях сердца крупного рогатого скота и состав суперкомплексов дыхательной цепи» . J. Biol. Chem . 276 (41): 37861–7. DOI : 10.1074 / jbc.M106474200 . PMID 11483615 . Архивировано 29 сентября 2007 года. 
  56. ^ Gupte С, У Е. С., Hoechli л, Hoechli М, К Якобсона, Сауэрс А.Е., Hackenbrock CR (1984). «Взаимосвязь между латеральной диффузией, частотой столкновений и переносом электронов окислительно-восстановительных компонентов внутренней мембраны митохондрий» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 81 (9): 2606–10. Bibcode : 1984PNAS ... 81.2606G . DOI : 10.1073 / pnas.81.9.2606 . PMC 345118 . PMID 6326133 .  
  57. ^ Nealson KH (1999). «Поствикингская микробиология: новые подходы, новые данные, новые идеи». Orig Life Evol Biosph . 29 (1): 73–93. Bibcode : 1999OLEB ... 29 ... 73N . DOI : 10,1023 / A: 1006515817767 . PMID 11536899 . S2CID 12289639 .  
  58. ^ Шефер G, Энгельхард М, Мюллер V (1999). «Биоэнергетика архей» . Microbiol. Мол. Биол. Ред . 63 (3): 570–620. DOI : 10.1128 / MMBR.63.3.570-620.1999 . PMC 103747 . PMID 10477309 .  
  59. ^ a b Ingledew WJ, Пул Р.К. (1984). «Дыхательные цепи Escherichia coli » . Microbiol. Ред . 48 (3): 222–71. DOI : 10.1128 / mmbr.48.3.222-271.1984 . PMC 373010 . PMID 6387427 .  
  60. ^ Б Unden G, Bongaerts J (1997). «Альтернативные дыхательные пути Escherichia coli : энергетика и регуляция транскрипции в ответ на акцепторы электронов». Биохим. Биофиз. Acta . 1320 (3): 217–34. DOI : 10.1016 / S0005-2728 (97) 00034-0 . PMID 9230919 . 
  61. ^ Cecchini G, Шрёдер I, Gunsalus RP, Maklashina E (2002). «Сукцинатдегидрогеназа и фумаратредуктаза из Escherichia coli ». Биохим. Биофиз. Acta . 1553 (1–2): 140–57. DOI : 10.1016 / S0005-2728 (01) 00238-9 . PMID 11803023 . 
  62. ^ Freitag A, Bock E; Бок (1990). «Энергосбережение в Nitrobacter» . Письма о микробиологии FEMS . 66 (1–3): 157–62. DOI : 10.1111 / j.1574-6968.1990.tb03989.x .
  63. ^ Starkenburg SR, цепи PS, Sayavedra-Soto Л.А., Hauser L, Land ML, Larimer FW, Малфатти SA, Klotz MG, Боттомли PJ, Arp DJ, Хикки WJ (2006). «Последовательность генома хемолитоавтотрофной нитритокисляющей бактерии Nitrobacter winogradskyi Nb-255» . Appl. Environ. Microbiol . 72 (3): 2050–63. DOI : 10,1128 / AEM.72.3.2050-2063.2006 . PMC 1393235 . PMID 16517654 .  
  64. ^ Яманака Т, Fukumori Y (1988). «Нитритокисляющая система Nitrobacter winogradskyi» . FEMS Microbiol. Ред . 54 (4): 259–70. DOI : 10.1111 / j.1574-6968.1988.tb02746.x . PMID 2856189 . 
  65. ^ Iuchi S, Lin EC (1993). «Адаптация Escherichia coli к окислительно-восстановительной среде путем экспрессии генов». Мол. Microbiol . 9 (1): 9–15. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.1993.tb01664.x . PMID 8412675 . 
  66. ^ Калхун МВт, Оден KL, Геннис РБ, де Mattos MJ, Neijssel OM (1993). «Энергетическая эффективность Escherichia coli : эффекты мутаций в компонентах аэробной дыхательной цепи» (PDF) . J. Bacteriol . 175 (10): 3020–5. DOI : 10.1128 / jb.175.10.3020-3025.1993 . PMC 204621 . PMID 8491720 . Архивировано (PDF) из оригинала 27 сентября 2007 года.   
  67. ^ a b Boyer PD (1997). «АТФ-синтаза - великолепная молекулярная машина». Анну. Rev. Biochem . 66 : 717–49. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.66.1.717 . PMID 9242922 . 
  68. ^ Ван Вальравен HS, Strotmann Н, Шварц О, Rumberg В (1996). «Отношение сочетания Н + / АТФ для АТФ-синтазы из тиол-модулированных хлоропластов и двух штаммов цианобактерий равно четырем». FEBS Lett . 379 (3): 309–13. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (95) 01536-1 . PMID 8603713 . S2CID 35989618 .  
  69. ^ Ёсида М, Мунэюки Э, Хисабори Т (2001). «АТФ-синтаза - чудесный роторный двигатель клетки». Nat. Преподобный Мол. Cell Biol . 2 (9): 669–77. DOI : 10.1038 / 35089509 . PMID 11533724 . S2CID 3926411 .  
  70. ^ Schemidt RA, Qu J, Williams JR, Brusilow WS (1998). «Влияние источника углерода на экспрессию генов F0 и на стехиометрию c-субъединицы в F1F0-АТФазе Escherichia coli » . J. Bacteriol . 180 (12): 3205–8. DOI : 10.1128 / jb.180.12.3205-3208.1998 . PMC 107823 . PMID 9620972 .  
  71. ^ Нельсон N, N Perzov, Коэн А, Hagai К, Padler В, Нельсон Н (1 январь 2000 года). «Клеточная биология генерации протон-движущей силы с помощью V-АТФаз» . J. Exp. Биол . 203 (Pt 1): 89–95. PMID 10600677 . Архивировано 30 сентября 2007 года. 
  72. ^ Рубинштейн JL, Уокер JE, Хендерсон R (2003). «Структура митохондриальной АТФ-синтазы с помощью электронной криомикроскопии» . EMBO J . 22 (23): 6182–92. DOI : 10,1093 / emboj / cdg608 . PMC 291849 . PMID 14633978 .  
  73. Перейти ↑ Leslie AG, Walker JE (2000). «Структурная модель F1-АТФазы и значение для роторного катализа» . Филос. Пер. R. Soc. Лондон. B Biol. Sci . 355 (1396): 465–71. DOI : 10.1098 / rstb.2000.0588 . PMC 1692760 . PMID 10836500 .  
  74. ^ Ноджи Н, Есида М (2001). «Роторная машина в клетке, АТФ-синтаза» . J. Biol. Chem . 276 (3): 1665–8. DOI : 10.1074 / jbc.R000021200 . PMID 11080505 . S2CID 30953216 .  
  75. ^ Capaldi RA, Aggeler R (2002). «Механизм АТФ-синтазы F (1) F (0) -типа, биологический вращательный двигатель». Trends Biochem. Sci . 27 (3): 154–60. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (01) 02051-5 . PMID 11893513 . 
  76. ^ Димрота Р, фон Бальмос С, Т Мейера (2006). "Каталитические и механические циклы в F-АТФ-синтазах. Четвертое в серии обзоров циклов" . EMBO Rep . 7 (3): 276–82. DOI : 10.1038 / sj.embor.7400646 . PMC 1456893 . PMID 16607397 .  
  77. ^ a b Gresser MJ, Myers JA, Boyer PD (25 октября 1982 г.). «Каталитическая кооперативность сайта митохондриальной F1 аденозинтрифосфатазы говяжьего сердца. Корреляция начальной скорости, связанного промежуточного звена и измерений кислородного обмена с чередующейся трехсайтовой моделью» . J. Biol. Chem . 257 (20): 12030–8. PMID 6214554 . Архивировано 29 сентября 2007 года. 
  78. ^ Димрота P (1994). «Бактериальная натриевая ионно-связанная энергетика». Антони ван Левенгук . 65 (4): 381–95. DOI : 10.1007 / BF00872221 . PMID 7832594 . S2CID 23763996 .  
  79. ^ а б Бехер Б., Мюллер В. (1994). «Дельта мю Na + управляет синтезом АТФ через дельта мю Na (+) - транслокацию F1F0-АТФ-синтазы в мембранные везикулы архей Methanosarcina mazei Gö1» . J. Bacteriol . 176 (9): 2543–50. DOI : 10.1128 / jb.176.9.2543-2550.1994 . PMC 205391 . PMID 8169202 .  
  80. Перейти ↑ Müller V (2004). «Исключительная вариабельность мотора АТФаз архаела A1A0: от мультимерных до мономерных роторов, содержащих 6-13 сайтов связывания ионов». J. Bioenerg. Биомембр . 36 (1): 115–25. DOI : 10,1023 / Б: JOBB.0000019603.68282.04 . PMID 15168615 . S2CID 24887884 .  
  81. ^ а б Дэвис К.Дж. (1995). «Окислительный стресс: парадокс аэробной жизни». Biochem. Soc. Symp . 61 : 1–31. DOI : 10,1042 / bss0610001 . PMID 8660387 . 
  82. ^ Ротанг SI (2006). «Теории биологического старения: гены, белки и свободные радикалы» (PDF) . Свободный Радич. Res . 40 (12): 1230–8. CiteSeerX 10.1.1.476.9259 . DOI : 10.1080 / 10715760600911303 . PMID 17090411 . S2CID 11125090 . Архивировано из оригинального (PDF) 14 июня 2014 года . Проверено 27 октября 2017 .    
  83. ^ Валько М, Leibfritz Д, Moncol Дж, Кронин МТ, Мазур М, Телсер J (2007). «Свободные радикалы и антиоксиданты в нормальных физиологических функциях и болезнях человека». Int. J. Biochem. Cell Biol . 39 (1): 44–84. DOI : 10.1016 / j.biocel.2006.07.001 . PMID 16978905 . 
  84. ^ Raha S, Robinson BH (2000). «Митохондрии, свободные радикалы кислорода, болезни и старение». Trends Biochem. Sci . 25 (10): 502–8. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (00) 01674-1 . PMID 11050436 . 
  85. Перейти ↑ Finkel T, Holbrook NJ (2000). «Окислители, окислительный стресс и биология старения». Природа . 408 (6809): 239–47. Bibcode : 2000Natur.408..239F . DOI : 10.1038 / 35041687 . PMID 11089981 . S2CID 2502238 .  
  86. ^ Каденбах B, Рамзан R, L Wen, Vogt S (март 2010). «Новое расширение теории Митчелла для окислительного фосфорилирования в митохондриях живых организмов». Биохим. Биофиз. Acta . 1800 (3): 205–12. DOI : 10.1016 / j.bbagen.2009.04.019 . PMID 19409964 . 
  87. ^ Echtay KS, Roussel D, St-Pierre J, Jekabsons MB, Cadenas S, Stuart JA, Harper JA, Roebuck SJ, Morrison A, Pickering S, Clapham JC, Brand MD (январь 2002 г.). «Супероксид активирует митохондриальные разобщающие белки». Природа . 415 (6867): 96–9. Bibcode : 2002Natur.415 ... 96E . DOI : 10.1038 / 415096a . PMID 11780125 . S2CID 4349744 .  
  88. ^ Devaux, JBL; Живые изгороди, CP; Хики, AJR (январь 2019 г.). «Ацидоз поддерживает функцию митохондрий мозга у толерантных к гипоксии трехлеперых рыб: стратегия выживания при остром гипоксическом воздействии?» . Front Physiol . 9, 1914: 1941. DOI : 10,3389 / fphys.2018.01941 . PMC 6346031 . PMID 30713504 .  
  89. ^ а б Джоши С., Хуан Ю.Г. (1991). «Комплекс АТФ-синтазы из митохондрий сердца крупного рогатого скота: белок, придающий чувствительность к олигомицину, необходим для дициклогексилкарбодиимид-чувствительной АТФазы». Биохим. Биофиз. Acta . 1067 (2): 255–8. DOI : 10.1016 / 0005-2736 (91) 90051-9 . PMID 1831660 . 
  90. ^ а б Сатьянараяна, У. (2002). Биохимия (2-е изд.). Калькутта, Индия: Книги и союзники. ISBN 8187134801. OCLC  71209231 .
  91. Перейти ↑ Tsubaki M (1993). «Инфракрасное исследование с преобразованием Фурье связывания цианида с биядерным сайтом Fea3-CuB цитохром с оксидазы сердца крупного рогатого скота: влияние окислительно-восстановительного конформационного изменения в биядерном сайте». Биохимия . 32 (1): 164–73. DOI : 10.1021 / bi00052a022 . PMID 8380331 . 
  92. ^ Heytler PG (1979). «Разобщители окислительного фосфорилирования». Meth. Энзимол . Методы энзимологии. 55 : 462–42. DOI : 10.1016 / 0076-6879 (79) 55060-5 . ISBN 978-0-12-181955-2. PMID  156853 .
  93. ^ Ламберт AJ, Марка MD (2004). «Ингибиторы хинон-связывающего сайта позволяют быстро производить супероксид из митохондриального НАДН: убихинон оксидоредуктазы (комплекс I)» . J. Biol. Chem . 279 (38): 39414–20. DOI : 10.1074 / jbc.M406576200 . PMID 15262965 . S2CID 26620903 .  
  94. ^ Dervartanian DV, Veeger C (ноябрь 1964). «Исследования сукцинатдегидрогеназы: I. Спектральные свойства очищенного фермента и образование комплексов фермент-конкурентный ингибитор». Биохим. Биофиз. Acta . 92 (2): 233–47. DOI : 10.1016 / 0926-6569 (64) 90182-8 . PMID 14249115 . 
  95. ^ Ricquier D, Bouillaud F (2000). «Гомологи разобщающих белков: UCP1, UCP2, UCP3, StUCP и AtUCP» . Biochem. Дж . 345 (2): 161–79. DOI : 10.1042 / 0264-6021: 3450161 . PMC 1220743 . PMID 10620491 .  
  96. ^ Borecký Дж, Vercesi АЕ (2005). «Растение, разобщающее митохондриальный белок и альтернативную оксидазу: энергетический метаболизм и стресс» . Biosci. Rep . 25 (3–4): 271–86. DOI : 10.1007 / s10540-005-2889-2 . PMID 16283557 . S2CID 18598358 .  
  97. ^ Харден A, Молодой WJ .; Янг (1906). «Алкогольная закваска дрожжевого сока» . Труды Королевского общества . В (77): 405–20. DOI : 10,1098 / rspb.1906.0029 .
  98. ^ Калькар HM (1974). «Истоки концепции окислительного фосфорилирования». Мол. Клетка. Biochem . 5 (1–2): 55–63. DOI : 10.1007 / BF01874172 . PMID 4279328 . S2CID 26999163 .  
  99. ^ Lipmann F (1941). «Метаболическое производство и использование энергии фосфатной связи». Adv Enzymol . 1 : 99–162. DOI : 10.4159 / harvard.9780674366701.c141 . ISBN 9780674366701.
  100. Friedkin M, Lehninger AL (1 апреля 1949 г.). «Этерификация неорганического фосфата, связанного с переносом электронов между дигидродифосфопиридиновым нуклеотидом и кислородом» . J. Biol. Chem . 178 (2): 611–44. PMID 18116985 . Архивировано 16 декабря 2008 года. 
  101. ^ Калькар, HM (1991). «50 лет биологических исследований - от окислительного фосфорилирования до регулирования транспорта энергии» . Ежегодный обзор биохимии . 60 : 1–37. DOI : 10.1146 / annurev.bi.60.070191.000245 . PMID 1883194 . 
  102. ^ Белицер, В.А. Цибакова Е.Т. (1939). «О механизме фосфорилирования при дыхании». Биохимия . 4 : 516–534.
  103. ^ Слейтер EC (1953). «Механизм фосфорилирования в дыхательной цепи». Природа . 172 (4387): 975–8. Bibcode : 1953Natur.172..975S . DOI : 10.1038 / 172975a0 . PMID 13111237 . S2CID 4153659 .  
  104. Перейти ↑ Mitchell P (1961). «Связь фосфорилирования с переносом электронов и водорода по хемиосмотическому типу механизма». Природа . 191 (4784): 144–8. Bibcode : 1961Natur.191..144M . DOI : 10.1038 / 191144a0 . PMID 13771349 . S2CID 1784050 .  
  105. ^ Милтон Х. Сайер младший Питер Митчелл и жизненная сила . OCLC 55202414 . 
  106. ^ Митчелл, Питер (1978). «Концепция дыхательной цепи Дэвида Кейлина и ее хемиосмотические последствия» (PDF) . Нобелевская лекция . Нобелевский фонд. Архивировано (PDF) из оригинала 27 сентября 2007 года . Проверено 21 июля 2007 .
  107. ^ Pullman ME, Penefsky HS, Датта A, E Racker (1 ноября 1960). «Частичное разрешение ферментов, катализирующих окислительное фосфорилирование. I. Очистка и свойства растворимой динитрофенол-стимулированной аденозинтрифосфатазы» . J. Biol. Chem . 235 (11): 3322–9. PMID 13738472 . Архивировано 29 сентября 2007 года. 
  108. Перейти ↑ Boyer PD, Cross RL, Momsen W (1973). «Новая концепция сочетания энергии при окислительном фосфорилировании, основанная на молекулярном объяснении реакций кислородного обмена» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 70 (10): 2837–9. Bibcode : 1973PNAS ... 70.2837B . DOI : 10.1073 / pnas.70.10.2837 . PMC 427120 . PMID 4517936 .  
  109. ^ "Нобелевская премия по химии 1997" . Нобелевский фонд. Архивировано 25 марта 2017 года . Проверено 21 июля 2007 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Вступительный [ править ]

  • Нельсон Д.Л.; Кокс MM (2004). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). WH Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
  • Schneider ED; Саган Д (2006). В прохладе: поток энергии, термодинамика и жизнь (1-е изд.). Издательство Чикагского университета. ISBN 0-226-73937-6.
  • Переулок N (2006). Власть, секс, самоубийство: митохондрии и смысл жизни (1-е изд.). Oxford University Press, США. ISBN 0-19-920564-7.

Расширенный [ править ]

  • Николлс Д.Г.; Фергюсон SJ (2002). Биоэнергетика 3 (1-е изд.). Академическая пресса. ISBN 0-12-518121-3.
  • Хейни Д. (2001). Биологическая термодинамика (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-79549-4.
  • Раджан СС (2003). Введение в биоэнергетику (1-е изд.). Анмол. ISBN 81-261-1364-2.
  • Викстром М (Эд) (2005). Биофизические и структурные аспекты биоэнергетики (1-е изд.). Королевское химическое общество. ISBN 0-85404-346-2.CS1 maint: extra text: authors list (link)

Общие ресурсы [ править ]

  • Анимированные диаграммы, иллюстрирующие окислительное фосфорилирование Wiley and Co Concepts in Biochemistry
  • Он-лайн лекции по биофизике Энтони Крофтс, Иллинойский университет в Урбане-Шампейн
  • ATP Synthase Грэм Джонсон

Структурные ресурсы [ править ]

  • Молекула месяца PDB :
    • АТФ-синтаза заархивирована 24 июля 2020 в Wayback Machine
    • Цитохром с
    • Цитохром с оксидаза
  • Интерактивные молекулярные модели в Universidade Fernando Pessoa :
    • НАДН-дегидрогеназа
    • сукцинатдегидрогеназа
    • Коэнзим Q - цитохром с редуктаза
    • цитохром с оксидаза