А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Внутрішня мітохондріальна мембрана

Внутрішня мітохондріальна мембрана вільно проникна для води.

Транспортні системи внутрішньої мнтохондріальной мембрани, що переносять ADP і фосфат з цитозолі в матрикс, а новосинтезованих АТP-Зматриксу в цито-золь. Внутрішня мітохондріальна мембрана непроникна для зовнішнього NADH, який знаходиться в цитозолі. Яким же чином може NADH, що утворюється в процесі гліколізу, який, як відомо, перебігає поза мітохондрій, знову окислюватися з утворенням NAD 1молекулярним киснем через дихальний ланцюг.

Схема процесу дихання. Зазначено походження пар водневих атомів, відщеплюється дегідрогеназ. Ці пари водневих атомів передають свої електрони (2е - в ланцюг перенесення електронів, по якій вони в кінцевому рахункупереходять на кисень. Для відновлення кожного атома кисню вимагається 2е - 2Н. Енергія, що вивільняється при переносі однієї пари електронів від NADH до кисню, запасається у вигляді трьох молекул АТP, Що утворюються в результаті окисного фосфорилювання. Ланцюгперенесення електронів представлена ??тут не повністю. У внутрішній мітохондріальній мембрані локалізуються переносники електронів, складові дихальний ланцюг, і ферменти, що каталізують синтез АТPз ADP і фосфату.

У внутрішній мітохондріальній мембранімаються транспортні системи для аденінових нуклеотидів, фосфату і ряду метаболітів. Перенесення електронів гальмується при зниженні концентрації ADP і прискорюється, коли концентрація ADP зростає завдяки тим чи іншим клітинним процесам, сопровождающимся утилізацією ДТ?. Швидкості гліколізу, циклу лимонної кислоти і процесу окисного фосфорілірова-ня узгоджені між собою. Ця узгодженість забезпечується взаємопов'язаними регуляторними механізмами, які реагують на величину відносини[ATP ]/[ADP ] [Pf ]і назміст деяких найбільш важливих метаболітів, що відображають енергетичний стан клітин.

Запобігає рух аденіннуклеотидів через внутрішню мітохондріальну мембрану шляхом витіснення нуклеотидів з білка транслокази, пов'язаного з мембраною.Карбоксіатрактілозід також специфічний інгібітор транспорту аденіннуклеотидів, але неконкурентний у відношенні нуклеотидів. Pастітельние мітохондрії відносно нечутливі до атрактілозіду, але не до карбо-ксіпроізводним.

Запобігає рухаденіннуклеотидів через внутрішню мітохондріальну мембрану, перешкоджаючи звільненню нуклеотидів з білка-носія (транс-локази) з боку матриксу. Бонгкрековая киць лота - транс-ізомер по розташуванню двох карбоксильних гр.

Сукцинатдегідрогеназа міцнопов'язана з внутрішньої мітохондріальної мембраною. Одна молекула цього ферменту містить один залишок ковалентно зв'язаного FAD і два залізо-сірчаних центру; в одному з цих центрів знаходяться два атоми заліза, а в іншому-чотири.

Подібність між мітохондріями (А ібактеріями (. проявляється в організації ланцюгів переносу електронів, у здатності відкачувати іони Н і в наявностіPАТPази. | Обертання бактеріальних джгутиків під дією протоннодвіжущец сили. Бактеріальні джгутики-це жорсткі структури, що відрізняються від відповіднихутворень еукаріотичних клітин. Обертальний рух повідомляє жгутикам розташована в клітинній мембрані особлива структура, яку називають протонної турбіною. Іони Н, виведені назовні в результаті переносу електронів, надходять назад у клітку через цютурбіну, викликаючи обертання джгутика. Аденіннуклеотидів-транслоказа-це специфічний білок, що пронизує всю товщу внутрішньої мітохондріальної мембрани і єднальний ADP3 - в строго певній ділянці зовнішньої поверхні цієї мембрани. Перенесення ADP3 - усередину мітохондрії вобмін на що виходить назовні АТP- Вчиняється завдяки конформаційні-ному зміні молекули аденіну-клеотід-транслокази.

Відповідно до цієї гіпотези, функція переносу електронів, що відбувається у внутрішній мітохондріальній мембрані, полягає в тому, щобвідкачувати іони Н з матриксу мітохондрії в зовнішнє середовище і таким шляхом створювати між двома водними фазами, які розділяє ця мембрана, градієнт концентрації іонів Н з більш кислим значенням рН зовні. Такий градієнт, при якому концентрація іонів Н зовнівище, ніж всередині мітохондрії, володіє потенційною енергією (розд. Хеміосмотіческая гіпотеза постулює далі, що іони Н, виведені назовні за рахунок енергії перенесення електронів, знову спрямовуються всередину, в мітохондріальний матрикс, через спеціальні канали, абопори, для цих іонів в молекулах FgFj-АТPази. У цьому випадку вони переміщуються по градієнту концентрації і під час їх переходу через молекули АТPази виділяється вільна енергія. Саме ця енергія і служить рушійною силою для сполученого синтезу АТPз ADP і фосфату.

Карбоксилювання пірувату, що приводить до утворення оксалоацетату. Включити до складу оксалоацетата СО2 знову відщеплюється в одній з наступних реакцій (20 - 4. | Перетворення оксалоацетата в фосфоенолпіруват. Фіксована в піруваткар-боксілазной реакції СО2 (20 - 3тепер знову відщеплюється у вигляді СО2. Малат покидає мітохондрії за участю спеціальної дікарбоксілатной транспортної системи, що знаходиться у внутрішній мітохондріальній мембрані (розд.

При 105 - 104 М роз'єднує окисне фосфорилювання, переправляючи потікпротонів через внутрішню мітохондріальну мембрану; стимулює мітохондріальну АТPазу.

Крім комплексів, що каталізують основні окислювально-відновні процеси в ланцюзі перенесення електронів, при досить м'якому руйнуванні внутрішньоїмітохондріальної мембрани з неї виділяється комплекс білків, що володіє здатністю в ізольованому стані каталізувати гідроліз АТФ до АДФ і ортофосфату. Гідроліз інгібується макроциклічних антибіотиком олігоміціном, у зв'язку з чим цей фермент відомий яколігоміцін-чувствітел'ная АТФаза. При більш жорсткої обробці з неї вдається виділити розчинну у воді, тобто достатньо гідрофільну АТФазу, що позначається як Fi АТФаза, яка, на відміну від повного комплексу, олігоміціном не інгібується. Одночасно з F Атфазойвиділяються мембранний фактор, що є гідрофобним компонентом повної АТФази і володіє спорідненістю до оліго-міцін, і невеликий білок, який сполучає між собою Fi АТФазу і мембранний фактор. Більш чутлива до олігоміціну АТФаза містить десять різнотипнихполіпептидів - п'ять у складі Fi АТФази. Наявна широка сукупність експериментальних даних практично не залишає сумніву в тому, що головна біологічна функція олігоміцін-чутливої ??АТФази полягає у здійсненні зворотної реакції -фосфорилировании АДФ ортофосфат з утворенням АТФ. Це АТФаза часто фігурує в літературі як АТФ сіптпа-за.

Дихальна ланцюг включає три білкових комплексу (комплекси I, III і IV), вбудованих у внутрішню мітохондріальну мембрану, і дві рухливімолекули-переносника - убіхінон (кофермент Q) і цитохром с. Сукцинатдегідрогеназа, що належить власне до цитратної циклу, також може розглядатися як комплекс II дихального ланцюга.

Деякі важливі реакції, каталізуються NAD (P - 3aBHCHMbiMH дегідрогеназ. Нанаступній стадії переносу електронів (рис. 17 - 5) пара відновних еквівалентів переноситься від NADH до NADH-дегідрогенази, що знаходиться у внутрішній мітохондріальній мембрані. Pоль простетичної групи NADH-де-гидрогеназой грає флаеінмононуклео-ТіД (FMN), до складуякого входить молекула вітаміну В2 або рибофлавіну (розд. NADH-дегідрогеназ належить до класу флавінзавісімих дегідрогеназ, або флавопротеїнів.

Двома мембранами обмежені від цитоплазми мітохондрії. Внутрішня мітохондріальна мембрана утворює складки -крі-сти, які збільшують її активну поверхню. Тут на частку фосфоліпідів припадає майже 30% від суми ліпідів. Вся ферментативна активність належить саме внутрішній мембрані, там знаходяться всі ферменти. Зовнішня мембрана мітохондрій більш міцна, вона немістить ферментів дихання і фосфорилювання-вання, але інші ферменти в ній є.

У внутрішній мітохондріальній мембрані є дікарбоксі-латна транспортна система, яка забезпечує перенесення через мембрану ма-лата і а-кетоглутарат. Ця транспортна системаінгібується н-бутілмалонатом. Припустимо, що н-бутілмалонат доданий до суспензії аеробних ниркових клітин, що використовують в якості палива одну тільки глюкозу. Як повинен подіяти до-бутілмалонат на а) гліколіз, б) споживання кисню, в) утворення лактату іг) синтез АТP.

Мембранні білки. Периферичні (зовнішні білки легко відділяються від мембрани, тоді як інтегральні мембранні білки погано екстрагуються водними розчинами. В різних мембранах на частку білків припадає від 20 до 80% маси. В мембрані еритроцита,наприклад, міститься близько 20 різних білків, а у внутрішній мітохондріальній мембрані їх значно більше. Деякі білки в мембранах володіють ферментативною активністю, інші забезпечують зв'язування і перенесення молекулН, полярних речовин через мембрани.Мембранні білки різняться по ха - рактеру зв'язку з мембранними структу - рами.

Валиномицин-токсичний антибіотик, стимулюючий перенесення іонів К через мембрану. Цей іонофоров, що переносить іони К, складається із залишків L - і D-валіну, лак-тата і гідроксіізовалерата,з'єднаних в кільцеподібну структуру. Валиномицин утворює специфічний комплекс з іоном К (показаний червоним кольором, який розташовується в його гідрофільної внутрішньої частини. Завдяки розчинної в ліпідах зовнішньої частини молекули валиномицина (показана сіримкольором комплекс валиномицин - До легко проходить через мембрану. Енергія, що виділяється при переносі електронів по дихальної ланцюга від субстрату на кисень, може за певних умов викликати перенесення іонів Н з мітохондріал'ного матриксу в середу. ВВнаслідок рН мітохондріаль-ного матриксу підвищується, а рН середовища знижується, тобто матрикс стає більш лужним, а середу, навколишнє мітохондрії, більш кислою. У внутрішній мітохондріальній мембрані є, отже, якісь насоси для іонів Н; ці насосивикористовують вільну енергію потоку електронів для перекачування іонів Н назовні проти градієнта концентрації. Викачування іонів Н із мітохондрій призводить до появи мембранного електричного потенціалу, тому що внаслідок виходу цих іонів з матриксу в середузовнішня сторона мембрани стає більш електропозитивні, а внутрішня-більш електронегативного.

В ізольованому вигляді компонент FJ не має здатність синтезувати АТPз ADP і фосфату, але може розщеплювати АТPна ADP і фосфат, через що його називаютьтакож Fj-АТPазой. Якщо обережно екстрагувати Ft з інвертованих мембранних пухирців, отриманих шляхом руйнування внутрішньої мітохондріальної мембрани (рис. 17 - 15), то дихальні ланцюги в цих бульбашках виявляються непошкодженими; вони здатні здійснювати перенесенняелектронів.

Малат, несучий відновні еквіваленти, отримані від цитозольного NADH, проходить через внутрішню мембрану мітохондрії в матрикс-його переносить через мембрану система, що транспортує дікарбоксілати. Потрапивши всередину мітохондрії, малат віддає цівідновні еквіваленти NAD матриксу в реакції, що каталізується матриксной малатдегідрогенази. NAD відновлюється при цьому в NADH, який може тепер передавати свої електрони прямо в дихальний ланцюг внутрішньої мітохондріальної мембрани. На кожну паруелектронів, переданих на кисень, синтезуються три молекули АТP. Інші компоненти цієї човникової системи (рис. 17 - 26) регенерують цитозольний оксалоацетат; це необхідно для того, щоб міг розпочатися новий оборот човникового циклу. У скелетних м'язах і в мозку перенесеннявідновних еквівалентів від NADH здійснюється човникової системою іншого типу.

Окислювальне (розформування в інвертованих субмітохондріал'них бульбашках. Згідно хеміосмотіческой гіпотезі, під час перенесення електронів з інтактних мітохондрійвідкачуються назовні іони Н, що призводить до виникнення градієнта рН між двома сторонами мітохондріальної мембрани. Цей градієнт рН містить в собі енергію, завдяки якій іони Н переміщаються у зворотному напрямку-з навколишнього середовища в мітохондріальнийматрикс. Вдалося показати, що отримані з внутрішньої мітохондріальної мембрани інвертовані бульбашки, у яких FoFj-АТPазние головки звернені назовні (рис. 17 - 15), теж здатні до окислювального фосфорилювання.

Дві стадії окислення жирних кислот. Стадія 1.окислення жирної кислоти з довгим ланцюгом, що приводить до утворення ацетильних груп у формі ацетил - СоА. Стадія 2. окислення ацетильних груп до СО2. Може здатися, що цей трьох-етапний процес[уравнения ( 1) - ( 3) ], Що забезпечує надходження жирних кислот у мітохондрії, зайвоскладний. Він, однак, дозволяє розділити два пула коферменту А-цитозольний і вну-трімітохондріальний. Такий поділ необхідно, оскільки ці пули виконують різні функції. Мітохон-дріальний пул СоА використовується головним чином для окислювального розщепленняпірувату, жирних кислот і деяких амінокислот, тоді як ци-тозольний пул бере участь у біосинтезі жирних кислот. У зв'язку з цим доречно згадати, що поділ цитозольного і внутрімітохондріального пулів NAD та АТPтакож забезпечується внутрішньої мітохондріальноїмембраною (розд. При цьому важливо і те обставина, що фермент, що каталізує другий етап цього трьохетапного процесу - карнітин-ацілтрансферази 1-являє-ся регуляторним ферментом. Як ми побачимо далі, він регулює швидкість надходження ацильних груп в мітохондрії, аотже, і швидкість окислення жирних кислот.

Найбільш детально питання про розподіл біохімічних процесів між клітинними органелами вивчений на прикладі мітохондрій. Головним призначенням мітохондрій є окислювальне фосфорилювання. Вмітохондріях відбуваються такі процеси, як цикл трикарбонових кислот, окислення жирних кислот, власне окисне фосфорилювання і деякі інші перетворення, про які буде сказано нижче. Системи, що здійснюють перелічені процеси, розподілені міжрізними відділами мітохондрій. Так, комплекс білків, що здійснюють перенесення електронів від NAD-H до молекулярного кисню і поєднане фосфорилювання АДФ, повністю вмонтований у внутрішню мітохондріальну мембрану. Цикл трикарбонових кислот функціонує в мітохондріальному матриксі, за винятком стадії дегідрування сукцинату, яке здійснюється за допомогою сукцинат дегідрогенази, яка також входить до складу внутрішньої мембрани. Піруватдегідрогеназний комплекс і система ферментів, що каталізують окислення жирних кислот, які постачають ацетил - СоА в цикл трикарбонових кислот, цілком зосереджені в матриксі.

Новостворений АТPповинен потім знову перейти в цітрзоль. У внутрішній мі-тохондріальной мембрані є спеціальні транспортні системи (розд. Таким чином, внутрішня мембрана мітохондрій складається з багатьох компонентів. До неї входять переносники електронів, ряд ферментів і деякі мембранні транспортні системи. Перед всіх цих компонентів припадає загалом до 75% або навіть більше від загальної маси мембрани; іншу частину складають ли-піди. Внутрішня мітохондріальна мембрана має складну мозаїчну структуру, від цілісності якої залежить така життєво важлива функція, як синтез АТ?.

гідроксилювання розчинного в ліпідах лікарського препарату RH під дією цитохромуP-450 функціонуючого як монооксідаза. Біля продукту реакції, R-ОН, вище розчинність в воді, і тому він легше виводиться з організму. Косуба-стратам, що поставляють атоми Н (сірий фон для відновлення другого атома кисню до води, служить NADPH Н. від усіх NAD-залежних реакцій дегідрування відновні еквіваленти переходять до мітохондріальної NADH-дегідрогенази, що містить в якості простетичної групи FMN. Далі електрони переходять послідовно на ци-тохроми Cj і з, а потім на цитохром Аа3 (цитохромоксидазу), яка містить мідь. Перенесення електронів блокується в певних точках ротеноном, антіміціном А і ціанідом. Процес переносу електронів супроводжується значним зниженням вільної енергії. Перенесення електронів супроводжується виштовхуванням іонів Н із мітохондрій. Згідно хе-міосмотіческой гіпотезі (однієї з трьох гіпотез, запропонованих для пояснення механізму окисного фосфорилювання), перенос електронів створює між двома сторонами внутрішньої мітохондріальної мембрани градієнт концентрації іонів Н, при якому їх концентрація зовні вище, ніж усередині.