Молекулярная биология клетки - Уилсон Дж.
ISBN 5-03-001999-5
Скачать (прямая ссылка):
электрохимический протонный градиент, направленный против потока
электронов. Если возможность диссипации этого градиента отсутствует,
поток электронов в конце концов должен прекратиться, когда давление
электронов уравновесит противоположный по направлению электрохимический
протонный градиент. В опыте, проиллюстрированном на рис. 7-9,
электрохимический протонный градиент диссипирует с низкой фоновой
скоростью, чем можно объяснить низкую фоновую скорость потребления
кислорода. Добавление ADP и последующее его превращение в АТР вызывают
вход протонов назад в митохондрии, что приводит к резкому снижению
электрохимического протонного градиента и быстрому транспорту электронов
на кислород. Ускорение транспорта электронов способствует увеличению
скорости потребления кислорода. После полного превращения ADP в АТР поток
протонов внутрь митохондрий вновь
Преобразование
энергии: митохондрии и хлоропласты 343
снижается до фонового
уровня, а возросший электрохимический протонный градиент опять начинает
тормозить поток электронов.
Б. Низкая фоновая скорость потребления кислорода митохондриями в
отсутствие экзогенного ADP свидетельствует о том, что транспорт
электронов на кислород по электронтранспортной цепи продолжается, хотя
синтеза АТР не происходит. Транспорт может продолжаться лишь в том
случае, если электрохимический протонный градиент медленно диссипирует.
Если бы внутренняя мембрана митохондрии была полностью непроницаемой для
протонов, скорость потребления кислорода должна была упасть до нуля,
когда накачивание протонов за счет транспорта электронов уравновесилось
бы обратным давлением электрохимического протонного градиента. Этого не
происходит, следовательно, протоны должны проходить через мембрану в
отсутствие синтеза АТР.
Кроме синтеза АТР из ADP
некоторые другие процессы также могут обеспечивать слабый поток протонов
через мембрану.
1. Внутренняя мембрана митохондрий не полностью непроницаема для
протонов, они могут медленно проходить сквозь мембрану даже в отсутствие
синтеза АТР. 2. Имеющийся внутри митохондрий АТР может гидролизоваться до
ADP, а затем вновь превращаться в АТР за счет протондвижущей силы. 3.
Если некоторые митохондрии в препарате повреждаются в процессе его
приготовления, так что их внутренние мембраны перестают быть интактными,
они начинают осуществлять транспорт электронов на кислород непрерывно,
поскольку электрохимического протонного градиента, направленного
противоположно потоку электронов, в этом случае не возникает.
В. Поскольку каждая пара электронов, проходящих по дыхательной цепи от
NADH к кислороду, восстанавливает один атом кислорода, то отношение Р/2е~
эквивалентно отношению Р/О. Это отношение, как будет показано далее,
находится в пределах 2,5-
2,8 молекул АТР на 1 атом кислорода. Неопределенность величины P/О
(или Р/2е~) происходит из-за неопределенности в том, сколько атомов
кислорода поглощено в ходе превращения 500 нмоль ADP в АТР. Если
потребление кислорода рассчитывать по разнице между количествами 02,
указываемыми штриховыми линиями на рис. 7-9 (она составляет 100 нмоль
02), то отношение P/О будет равно 500 нмоль АТР/200 нмоль О, т. е. 2,5. С
другой стороны, если потребление кислорода рассчитывать по разнице между
значениями, указываемыми пунктирными линиями на рис. 7-9 (она составляет
90 нмоль 02), то отношение P/О будет равняться 500 нмоль АТР/180 нмоль О,
т. е. 2,8. В последнем случае расчет основан на допущении, что фоновая
скорость потребления кислорода сохраняется в ходе превращения ADP в АТР,
что вполне резонно. Оказывается, однако, что медленный естественный поток
протонов через интактные внутренние мембраны очень чувствителен к
величине электрохимического протонного градиента. Слабое снижение
величины протондвижущей силы в процессе синтеза АТР может привести к
тому, что утечка снизится почти до нуля, тогда большая величина
потребления кислорода может быть более правильной и отношение P/О будет
равно 2,5.
Г. В экспериментах такого типа наряду с синтезом АТР еще ряд процессов
приводится в действие электрохимическим протонным градиентом. Для
поглощения субстрата (Р-гидроксимасляная кислота) митохондриями может
быть необходим симпорт с
344 Г лава 7
А Митохондрии
Б Митохондрии
В Митохондрии
Рис. 7-26. Кривые выделения кислорода, ожидаемые для трех комбинаций
ингибиторов (ответ 7-15). A. FCCP с последующим добавлением цианида. Б.
FCCP с последующим добавлением олигомицина. В. Олигомицин с последующим
добавлением FCCP.
протонами. Поступление фосфата в митохондрии также происходит по
механизму симпорта с протонами. Наконец, обмен внутреннего АТР на
наружный ADP поддерживается за счет мембранного потенциала, являющегося
одним из компонентов электрохимического протонного градиента. Поскольку
