Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
В редких случаях NADP+ (а не NAD+) служит окислителем субстрата. Образующийся NADPH может, в принципе говоря, затем восстановить NAD+ посредством трансгидрогеназной реакции. Однако этого не происходит в энергизованной мембране, так как фермент трансгидрогеназа является потребителем А|Ш, действующим в направлении NADH —>? NADP+ (см. раздел 5.1.3), По этой причине NADPH обычно не подключается к дыхательной цепи, а используется в реакциях восстановительных биосинтезов.
Если редокс-потенциал субстратов окисления намного отрицательней такового пары NADH/NAD+, то специальный лгеханизм накопления энергии может быть включен в систему переноса
3.4. Дыхательнан цепь
101
Таблица 4. Окислительно-восстановительные потенциалы некоторых компонентов, имеющих отношение к дыхательной цепи
Редокс-пара Е0. в Редокс-пара Щ, в
0Н-+Н+/Н20 1,35 Пируват /лактат —0,19
*/2 0г/Н20 0,82 Глютатион0/глютатионв —0,23
Fe3+/ Fe2+ 0,77 Ацетоацетат/Р-оксибутират —0,27
Феррицианид/ферроцианид 0,43 1,3-дифосфоглицерат/ гли- —0,29
NO-/NO" 0,42 церальдегид-3-фосфат+1\
Цитохром с0/цитохроМ 0,25 Липоат/ дигидролипоат —0,29
Метгемоглобин/гемоглобин 0,17 NAD+/NADH + H+ -0,32
CoQ/CoQH2 0,05 NADP+/NADPH+H+ -0,32
Дегидроаскорбат/аскорбат 0,08 Пируват+С02/ ыалат —0,33
Фуыарат, сукцинат 0,03 -0,42
Метиленовая синь (МС)0/ 0,01 Ог/ 02- —0,45
/МСе а-Кетоглютарат/сукци- -0,67
а-Кетоглютарат — NH[ -0,14 нат+С02
/ глютамат Пиру ват/ацетат + С02 -0,70
Оксалоацетат/малат -0,17 >
Примечание. Приведены потенциалы полувосстаиовления (Е0) при pH 7,0 во всех случаях, кроме цитохрома Ь2 и CoQ, где он равен 7,4 (из Смита и соавт. [1431])
водорода еще до дыхательной цепи. Есть два важных примера такого рода механизма. Это дегидрогеназы кетокислот: а-кетоглюта-ровой и пировиноградной. В процессе а-кетоглютаратдегидроге-назной реакции энергия, освобождающаяся при переносе водорода с а-кетоглютарата (редокс-потенциал—0,67 В) на NAD+, используется, чтобы образовать GTP из GDP и Рг. Аналогичная реакция в случае пирувата (редокс-потенциал —0,7 В) также сопряжена с восстановлением NAD+, но освобождающаяся энергия используется для ацетилирования СоА посредством ацетильной группы, образующейся из пирувата.
Такого типа реакции относят к разряду процессов трансформации энергии на уровне субстрата (субстратное фосфорилирова-ние в случае а-кетоглютарата и ацетилирование в случае пирувата). Гликолитическая оксидоредукция — еще один пример субстратного фосфорилирования.
Во всех этих случаях механизм трансформации энергии сильно отличается от такового в фотосинтезе и дыхании. Он не требует мембран и может быть продемонстрирован в водном растворе соответствующих субстратов, ферментов и кофакторов. Окислительный процесс приводит к синтезу высокоэнергетических соеди-
102
3. Первичные АцН-генераторы
нений, образованных продуктом окисления субстрата и функциональной группой фермента или кофермента (см. обзор: [125]).
Если редокс-потенциал субстрата значительно ниже, чем у NAD, восстановительные эквиваленты переносятся на средний или конечный участок дыхательной цепи. Так окисляются сукцинат (редокс-потенциал +0,03 В) — один из субстратов цикла Кребса, а также ацил-СоА, субстрат первой оксидоредукции в системе р-окисления жирных кислот. Как сукцинат-, так и ацил-СоА-дегидрогеназа питают электронами дыхательную цепь на уровне комплекса Ъсг.
В очень редких случаях редокс-потенциал окисляемого субстрата более положителен, чем у CoQ. Тогда восстановительные эквиваленты входят в цепь на уровне цитохрома с, так что только цитохромоксидазный AfTH-генератор участвует в трансформации энергии. Примером такого рода может служить окисление аскорбиновой кислоты.
Редокс-потенциалы ряда субстратов и интермедиатов дыхательной цепи проведены в табл. 4.
3.4.3. NADH—CoQ-редуктаза
3.4.3.1. Белковый состав и редокс-центры
Проблема белкового состава NADH—CoQ-редуктазы до сих пор не решена. Этот комплекс (по номенклатуре Дэвида Грина, комплекс I [639]) может содержать до 26 полипептидов 17 различающихся по молекулярной массе типов, так что общая масса комплекса оказывается порядка 700—900 кДа [1154, 1234]. Однако комплекс удается разделить на фрагменты, содержащие несколько меньше полипептидов, но все редокс-группы, а именно FMN и около 20 атомов негемового железа (железосерные кластеры комплекса I, обозначаемые FeSi).
Считается, что редокс-центры связаны с двумя фрагментами комплекса: флавопротеидом (FP), или NADH-дегидрогеяазой, и железобелком (IP). Первый содержит FMN и некоторые из FeS-кластеров, в то время как в состав второго входят остальные FeS-кластеры [1234].
Фрагмент FP состоит из трех полипептидов в соотношении 1:1:1 (массы 51, 24 и 10 кДа). Он катализирует окисление NADH некоторыми искусственными акцепторами электронов, но не природным акцептором CoQ. Тяжелая субъединица связывает NADH. Она содержит FMN и четыре атома железа. Перенос водорода от NADH к FMN специфически тормозится реином (4,4-диоксиантрахинон-2-карбоксилатом) [825].
Средняя субъединица, по-видимому, содержит двужелезный FeS-кластер. Еще два FeS-кластера, связанных с большой субъе-
