Дихальний ланцюг (ланцюг переносу електронів).

Компоненти дихального ланцюга об'єднані в 4 функціональні комплекси (I, II, III, IV), кожний з яких здатний каталізувати певну частину повної послідовності реакцій ланцюга (рис. 7.4). Ці комплекси є частиною внутрішньої мембрани мітохондрій. До к-су I входять НАДН-дегідрогеназа з простетичною групою ФМН і декілька залізо-сірчаних білків. Він каталізує перенення е від НАДН на убіхінон, тобто є НАДН: КоQ-оксидоредуктазою. К-с II вкл. сукцинатдегідрогеназу з простетичною групою ФАД, 2 чи 3 залізо-сірчаних білки і каталізує перененення е від сукцинату на убіхінон. У к-с III входять цитохроми b, с1 і 1 залізо-сірчаний білок. Цей к-с каталізує перенесення е із відновленого убіхінону на цитохром с, тобто це КоQН2: цитохром с-оксидоредуктаза. К-с IV (цитохромоксидаза) скл. з цитохромів а й а3 і каталізує перенос е із цитохрому с на О2 (рис. 7.5).

Блокатори перенесення е – інгібітори тканинного дихання (на певних етапах): барбітурати і ротенон (блокують етап НАДН – КоQ), антиміцин А (цитохром b–цитохром с1), теноїлтрифторацетон (КоQ– сукцинатдегідрогеназа), інгібітори цитохромоксидази– ціаніди, азиди, оксид вуглецю (II), сірководень.

Така послідовність компонентів зумовлена їх Red/Ox потенціалом (Ео). Ця константа кількісно характеризує здатність Red/Ox пари, тобто здатність окисненої і відновленої форм певної сполуки зворотно віддавати е. Чим нижча (негативніша) величина ОВП пари, тим вища її можливість віддавати е, тобто окиснюватися. І навпаки, пара з більш високим (позитивним) значенням Ео буде приймати е і відновлюватись. Таким чином, е переходять від однієї ОВ пари до іншої в напрямку більш позитивного Ео. Таке перенесення е супроводжується зменшенням вільної енергії. Для ОВ реакцій зміну вільної енергії визначають:

, (де де ∆ G° – зміна вільної енергії реакції; n – кількість перенесених е (або атомів водню); F – константа Фарадея (тепловий еквівалент роботи, рівний 95 кДж); ∆ Ео – різниця ОВ потенціалів між двома парами).

Чим більша різниця DЕо двох Red/Ox пар, тим більше виділяється вільної енергії при перенесенні е.

Значення Ео в послідовності від НАД+ до О2 поступово зростає. При повному переході двох е від ОВ пари НАДН/НАД+(Ео=-0, 32В) до ОВ пари Н2О/1/2О2 (Ео=+0, 82 В) зміна вільної енергії дорівнює 220 кДж. Кожний акт переходу е між проміжними компонентами дихального ланцюга супроводжується виділенням певної порції вільної енергії. Таким чином, завдяки наявності в ланцюгу перенесення е від субстратів до О2 великої кількості проміжних переносників енергія виділяється порціями і може бути використана для синтезу декількох молекул АТФ. Синтез АТФ із АДФ і Фн у стандартних умовах потребує 34, 5 кДж/моль, а в умовах живої клітини – приблизно 50 кДж/моль. Перепад енергії між НАДН/НАД+ і Н2О/1/2О2 (220 кДж/моль) достатній для синтезу не менше 4 молекул АТФ. Але експериментальні дослідження показали, що синтезується максимум 3 молекули АТФ.

Саме на 3 ділянках дихального ланцюга перенесення е від одного компонента до наступного супроводжується перепадом вільної енергії, достатнім для синтезу АТФ.

І ділянка – це НАД → ФМН, ІІ – цитохром b → цитохром с1, ІІІ – цитохром аа3 → кисень. Ці ділянки називають пунктами фосфорилювання. Потік е через ці 3 ділянки ланцюга поєднаний з утворенням АТФ (перепад ОВП тут достатній для синтезу 1 молекули АТФ). При окисненні субстратів ФАД-залежними дегідрогеназами (наприклад, сукцинату сукцинатдегідрогеназою) потік е від ФАДН2 до кисню не проходить через перший пункт фосфорилювання. У цих випадках синтезується на 1 молекулу АТФ менше, тобто дві. Вихід АТФ при окисненні різних субстратів і в різних умовах виражають відношенням Р/О, яке відповідає кількості молекул неорганічного фосфату, включених в АТФ, у розрахунку на один атом спожитого (поглинутого) кисню. Це співвідношення називають також коефіцієнтом фосфорилювання. Таким чином, відношення Р/О при переносі пари е від НАДН до кисню дорівнює 3, а від ФАДН2 до кисню – 2. При дії інгібіторів тканинного дихання відношення Р/О знижується.