ХЕМІОСМОТИЧНА ГІПОТЕЗА МІТЧЕЛЛА

МІТОХОНДРІЇ

1. НАДН-дегідрогеназний комплекс- самий великий з дихальних ферментних комплексів. Має мол. масу більше 800 000 та містить більше 22 поліпептидних ланцюгів. Він приймає електрони від НАДН та передає через флавін та щонайменше 5 залізо-сірчаних центрів на убіхінон – невелику жиророзчинну молекулу, що передає електрони на другий комплекс дихальних ферментів- комплекс b-c_1.

2. Комплекс b-c₁- складається щонайменше з 8 різних поліпептидних ланцюгів та, ймовірно, існує у вигляді димеру з молекулярною масою 500 000. Кожний мономер містить три гема, зв’язаних з цитохромами, та залізо-сірчаний білок. Комплекс приймає електрон від убіхінону та передає цитохрому с, невеликому периферійному мембранному білку, який потім переносить їх на цитохром-оксидазний комплекс.

3. Цитохром-оксидазний комплекс (цитохром аа₃) – найбільш вивчений з трьох комплексів. Він складається з не менш ніж 8 різних поліпептидних ланцюгів та виділений як дімер з мол. масою 300 000. Кожний мономер містить два цитохроми та два атоми міді. Цей комплекс приймає електрони від цитохрому с та передає на кисень.

ХЕМІОСМОТИЧНА ГІПОТЕЗА МІТЧЕЛЛА

Синтез АТФ в цих реакціях окисного фосфорилювання, що відбуваються у дихальному ланцюгу, залежить від хеміосмотичного процесу. Механізм цього процесу був вперше запропонований у 1961 році Мітчеллом.

Хеміосмотична гіпотеза включала 4 незалежних постулати стосовно функції мітохондрій:

1. Мітохондріальний дихальний ланцюг, що знаходиться на внутрішній мембрані, здатний переміщувати протони. При проходженні електронів по дихальному ланцюгу відбувається “відкачка” Н⁺ з матриксу.

2. Мітохондріальний АТФ-синтетичний комплекс також переміщує протони через внутрішню мембрану. Оскільки цей процес є зворотнім, фермент може не лише використовувати енергію гідролізу АТФ для переносу Н⁺ через мембрану, але при достатньо високому протонному градієнті протони починають “текти” через АТФ-синтетазу у зворотному напрямку, що супроводжується синтезом АТФ.

3. Внутрішня мембрана мітохондрій непроникна для Н⁺ та ОН^-, а також взагалі для всіх катіонів та аніонів.

4. Внутрішня мітохондріальна мембрана містить ряд білків-переносників, які здійснюють транспорт необхідних метаболітів та неорганічних іонів.

Таким чином за хеміосмотичною гіпотезою, замість багатих енергією проміжних продуктів, існує прямий зв’язок між процесами хімічними та транспортними – хеміосмотичне спряження. При проходженні високо енергетичних електронів, що доставляються НАДН та ФАДН₂, дихальним ланцюгом внутрішньої мітохондріальної мембрани від одного переносника до іншого вивільнюється енергія, яка використовується для перекачування протонів через внутрішню мембрану з матриксу у міжмембранний проміжок. В результаті на внутрішній мембрані створюється електрохімічний протонний градієнт. Енергія зворотного току електронів “вниз” за цим градієнтом використовує зв’яаний з мембраною фермент АТФ-синтетаза, що каталізує утворення АТФ з АДФ та Ф_і, тобто завершу вальний етап окисного фосфорилювання.