Переносчики электронов в дыхательной цепи

Характеристика ферментов, принимающих участие в тканевом дыхании.

1) Пиридиновые дегидрогеназы содержат в качестве коферментов производные витамина РР (никотинамида): НАД (никотинамиддинуклеотид) и НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Большинство электронных пар поступает в дыхательную цепь благодаря НАД– зависимым дегидрогеназам, которые катализируют реакции дегидрирования органических молекул по схеме:
SH₂ + НАД⁺ ↔ S + НАДН + Н⁺. В качестве органических молекул (SH₂) выступают пируват, жирные кислоты, глутамат, метаболиты ЦТК: изоцитрат, α-кетоглутарат, малат и др. В данном случае ферменты относят к первичным дегидрогеназам (отнимают атомы водорода непосредственно от окисляемого вещества). В дальнейшем электроны и протоны передаются от восстановленной формы НАДН₂ в дыхательную цепь на Е-ФМН (НАДН-дегидрогеназа). НАДФ-зависимые дегидрогеназы катализируют реакции по схеме: SH₂ + НАДФ⁺ ↔ S + НАДФН + Н⁺. Большая часть восстановленной формы НАДФН₂ образуется в пентозофосфатном цикле окисления глюкозы, локализованном в цитоплазме клетки. В дальнейшем НАДФН₂ используется в процессах синтеза жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов и др. Восстановительные эквиваленты (атомы водорода или электроны) от НАДФН₂ могут поступать в дыхательную цепь, но сначала они должны быть переданы на НАД в реакции: НАДФН₂ + НАД ↔ НАДФ + НАДН₂.

2) Флавинзависимые дегидрогеназы. Содержат в качестве простетической группы производные витамина В₂ (рибофлавина): ФМН (флавинмононуклеотид) или ФАД (флавинадениндинуклеотид). ФМН-зависимая НАДН-дегидрогеназа (Е-ФМН) является компонентом дыхательной цепи, принимает электроны от восстановленной формы НАДН₂ по схеме: НАДН + Н⁺ +Е-ФМН ↔ НАД + Е-ФМНН₂. Далее электроны от ФМНН₂ поступают на кофермент-Q. Подобные ферменты называются вторичными дегидрогеназами (принимают электроны (и протоны) от первичной дегидрогеназы). ФАД -зависимые дегидрогеназы относятся к первичным дегидрогеназам, катализируют реакции окисления органических молекул по схеме: SH₂ + ФАД ↔ S + ФАДН₂. В качестве органических молекул (SH₂) выступают жирные кислоты и янтарная кислота (метаболит ЦТК). В дальнейшем электроны и протоны передаются от восстановленной формы ФАДН₂ в дыхательную цепь.

3) Железо-серные центры или Fe-S-белки ([Fe-S]_n) (содержат негеминовое железо и атомы серы) ассоциированы с НАДН-дегидрогеназой, сукцинатдегидрогеназой и цитохромом b. Железо-серные центры участвуют в транспорте электронов за счет обратимого изменения степени окисления атомов железа [Fe (II) – Fe (III)].

4) Убихинон или кофермент-Q (Ко-Q) – этожирорастворимый хинон с боковой цепью из десяти пятиуглеродных изопреновых звеньев, его обозначают Q₁₀. Убихинон выполняет коллекторную функцию, собирая восстановительные эквиваленты от НАДН-дегидрогеназы и других флавинзависимых дегидрогеназ по схеме:
Е-ФМНН₂ (Е-ФАДН₂) + Ко-Q ↔ Е-ФМН (Е-ФАД) + Ко-QH₂.

5) Цитохромы. Цитохромы принадлежат к классу гемопротеинов, молекулы которых содержат железо, входящее в состав железопорфириновой группы, или гема, напоминающего по своему строению простетическую группу гемоглобина. Существуют три класса цитохромов: a, b, c. Цитохромы являются компонентами дыхательной цепи, где располагаются в следующем порядке: b → c₁ → c → aa₃. Каждый из цитохромов присоединяет электрон по схеме: Fe³⁺ + e^- ↔ Fe²⁺. Последним в ряду переносчиков электронов в дыхательной цепи стоит цитохромaa₃, называемый также цитохромоксидазой, поскольку он переносит электроны прямо на кислород. Цитохром аа₃ содержит в своем составе дополнительно два атома меди [Cu (II) – Cu (I)], которые участвуют в переносе электронов на кислород. Из всех переносчиков цепи переноса электронов только цитохром аа₃ способен вступать непосредственно в реакцию с кислородом.