Таблица 1. Окислительно-восстановительный потенциал компонентов дыхательной цепи в стандартных условиях
( концентрация компонентов 1 М, рН 7, 25 С)
Система
ОВП(вольт)
Н+/Н2
-0,42
НАД+/НАД Н2
-0,32
ФМН/ФМН Н2
-0,30
ФАД/ФАДН2
- 0,05
Сукцинат/фумарат
+0,03
КоQ/KoQH2
+0,04
Цхb (Fе3+)/Цхb (Fe2+)
+0,07
Цхс1(Fе3+)\Цхс1(Fе2+)
+0,23
Цхс (Fе3+)/Цхс (Fe2+)
+0,25
Цха (Fе3+)/Цха (Fe2+)
+0,29
Цха3(Fе3+)/Цха3 (Fe2+)
+0,55
1\2О2\О2-
+0,82
Наименьшим ОВП обладает система НАД+ / НАДН2, наибольшим — О2/О-2. Это обеспечивает последовательное перемещение электронов от дегидрируемых субстратов на кислород, сопровождающееся выделением части свободной энергии электронов.
Величину Е′0 выражают в вольтах, чем она меньше (отрицательнее), тем меньше сродство вещества к электронам. Чем больше сродство, тем больше восстановительный потенциал.
Дыхательные комплексы
Ферменты цепи биологического окисления (ЦБО) расположены не линейно, а объединены в дыхательные комплексы или ансамбли, расположенные во внутренней мембране митохондрий. Различают 4 дыхательных комплекса (рисунок 8).
Рисунок 8. Дыхательные комплексы и пункты сопряжения цепи биологического окисления с окислительным фосфорилированием.
1. В первый комплекс входит НАДН2-дегидрогеназа (НАДН2-КоQ-редуктаза), которая представляет собой ФМН зависимый флавопротеид (ФП), этот фермент окисляет НАДН2. 2. Во второй комплекс входят ФАД-зависимые ФП (сукцинат-КоQ-редуктаза), окисляющие органические кислоты.
3. В третий комплекс (КоQН2-цитохром с-редуктаза) включены цитохромы b и с1,функционирует как КоQH2-дегидрогеназа.
4. Четвертый комплекс, включающий цитохромы а и а3 , действует как цитохромоксидаза.
В комплексы I, II, III входят так называемое негеминовое железо (железосерные центры FeS) и связанные с этими центрами белки. Различают Fe4S4 и Fe2S2. Цифры показывают с каким количеством серы цистеиновых остатков белков связано железо (рисунок 9).
Цитохромы, а также FeS-протеин, являются одноэлектронными носителями (переносят по одному электрону), в то время как НАДН2, ФПН2, и КоQ — двухэлектронные носители (переносят по два электрона). Поэтому КоQ переносит свои два электрона к двум молекулам цитохрома, который является следующим переносчиком электронно-транспортной цепи. Цепь переноса электронов составляют Цх b; Цх с1; Цх с; Цх а; Цх а3.Окислительно-восстановительные потенциалы цитохромов повышаются слева направо, то есть потенциал Цх а—аз выше, чем потенциал Цх b.
Указанные дыхательные комплексы малоподвижны, крупные по размерам. Оказалось, что в дыхательные ансамбли не входят пиридинферменты, их роль заключается в том, что они поставляют атомы водорода в виде НАДН2 к комплексу I. Источником водородов для второго комплекса служат некоторые органические кислоты, такие как янтарная кислота, карбоновые кислоты, которые служат субстратом для ФАД-зависимых флавопротеидов. В состав дыхательных комлексов не входит и убихинон. Последний представляет собой небольшую липофильную молекулу за счет имеющейся изопреноидной цепи. Содержание кофермента Q значительно превосходит содержание других компонентов дыхательной цепи, так как он является подвижным компонентом дыхательной цепи, который получает атомы водорода от фиксированных флавопротеиновых комплексов и передает электроны на цитохромы. Таким образом, убихинон легко перемещается в мембране митохондрий, обеспечивая тем самым передачу электронов между комплексами I- III; II - III. Связь между III и IV комплексами обеспечивает еще одно небольшое липофильное вещество, которое по химической природе является белком - это цитохром с, также как убихинон легко диффундирующий в мембране. Цитохром с – это единственный растворимый цитохром, осуществляющий связь между фиксированными в пространстве комплексами III и IV.