Окислительное фосфолирирование

Процесс синтеза АТФ из АДФ и Н₃РО₄, за счёт энергии транспорта электронов по ЦПЭ называется окислительным фосфорилированием. Процессы окисления в дыхательной цепи и синтез АТФ тесно взаимосвязаны (сопряжены). При этом ведущим процессом является транспорт электронов, а сопутствующим является фосфорилирование. Участки дыхательной цепи, на которых происходит синтез АТФ, называются участками сопряжения. Их в длинной цепи три (I, III, IV окислительные комплексы), в короткой дыхательной цепи их два (III IV комплексы). Если вещество окисляется в длинной дыхательной цепи, то максимально синтезируется три молекулы АТФ. Эффективность сопряжения окислительного фосфолирирования выражается коэффициентом фосфолирирования (Р/О). Он показывает, сколько молекул Н₃РО₄ расходуется на синтез АТФ при поглощении дыхательными цепями одного атома кислорода. Для длинной цепи коэффициент Р/О равен 3, для короткой - 2.

Впервые в тридцатые годы факт синтеза АТФ в процессе окисления был выявлен отечественным биохимиком В.А. Энгельгардтом. Основной теорией механизма окислительного фосфорилирования принята хемоосмотическая теория П. Митчела. Согласно ей, при транспорте электронов по дыхательной цепи возникает протонный потенциал, который и аккумулирует энергию, освободившуюся при переносе электронов. Впоследствии протонный потенциал используется для синтеза АТФ. Возникновение протонного потенциала обусловлено непроницаемостью для протонов внутренней мембраны митохондрий. В процессе транспорта электронов по дыхательной цепи одновременно происходит выталкивание Н⁺ из матрикса в межмембранное пространство. Считается, что в матрикс поступает 6 – 10 Н⁺. В результате этого происходит закисление среды в межмембранном пространстве, возникает перепад рН (ΔрН) и одновременно заряжается внутренняя мембрана митохондрий, возникает мембранный потенциал. Совокупность мембранного потенциала и ΔрН и образуют протонный потенциал –ΔμН^+.

Механизм окислительного фосфорилирования.

В трансформировании протонного потенциала в энергию АТФ участвует фермент АТФ-синтетаза, встроенный во внутреннюю мембрану митохондрий. Это олигомерный фермент, включает два функциональных участка. Один из них формирует во внутренней мембране гидрофильный протонный канал, по которому Н⁺ из межмембранного пространства по градиенту концентрации с огромной скоростью и энергией возвращаются в матрикс. Второй участок фермента – фосфорилирующий направлен в сторону матрикса. Поток Н⁺ вызывает конформационные перестройки фосфорилирующей части фермента, что сопровождается синтезом АТФ из АДФ и Н₃РО₄.