Строение и работа митохондрий

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 15

Митохондрии - основной источник АТФ в клетке. Митохондрия имеет две мембраны: наружнуюивнутреннюю. Наружная мембрана гладкая, а внутренняя "смята" в складки в форме гребней или трубочек (они называются "кристы", а содержимое митохондрии, окруженное ее внутренней мембраной - "матрикс митохондрии"). Внутри митохондрии имеется замкнутая в кольцо длинная молекула ДНК и весь аппарат синтеза белков, в том числе собственные митохондриальные рибосомы (они сильно отличаются от рибосом цитоплазмы клетки). Впрочем, некоторые белки митохондрия все же получает из цитоплазмы.

Цикл Кребса

Рис. 72

Цикл Кребса - кольцевая последовательность реакций (рис.72). Будем считать началом цикла молекулу щавелевоуксусной кислоты. В первой же реакции на нее переносится с ацетил-КоА остаток уксусной кислоты (он состоит из двух атомов углерода, трех - водорода, и одного атома кислорода), в результате получается лимонная кислота. В ходе остальных реакций цикла перечисленные атомы отделяются от изолимонной кислоты и получающихся из нее молекул органических кислот, и в последней реакции снова получается щавелевоуксусная кислота. Точнее говоря, в каждом цикле от изолимонной кислоты и получающихся из нее молекул отделяются составные части остатка уксусной кислоты, присоединенного два цикла назад.

Теперь легко написать суммарное химическое уравнение цикла Кребса (мы написали его для двух молекул ацетил-КоА, так как следим за судьбой молекулы глюкозы):

Окислительное фосфорилирование

Реакции цикла Кребса происходят в жидкости, заполняющей митохондрию, окислительное фосфорилирование - в ее внутренней мембране (рис. 73). Здесь имеется пять типов белков дыхательной цепи, свободно перемещающихся в пределах этой мембраны (на рисунке они пронумерованы). Их функция - медленное поэтапное "сжигание" атомов водорода, доставляемых переносчиками НАД·Н и ФАД·Н₂ с образованием молекул воды. Это делается так: белок №1 отбирает у НАД·Н электрон атома водорода и передает его белку №2, тот - белку №3, и так далее, до белка №5. Белки №2 и 4 имеют небольшие размеры, поэтому в мембране они двигаются значительно быстрее №№1, 3 и 5, и, по сути дела, выполняют роль курьеров, разносящих электроны по назначению. При этом энергия электрона все время уменьшается. Белок №5 накапливает четыре таких электрона, а затем производит реакцию образования воды:

4 е^- + О₂ + 4 Н⁺ = 2 Н₂О

Энергию, выделяющуюся при прохождении электрона по дыхательной цепи, белки №№ 1, 3 и 5 расходуют на выбрасывание протонов изнутри митохондрии в пространство между ее мембранами. В этом пространстве создается положительный заряд, а внутри митохондрии - отрицательный. Протоны, накопившиеся между мембранами, в этой ситуации имеют существенную потенциальную энергию за счет притяжения к внутренней части митохондрии. Во внутренней мембране, кроме белков дыхательной цепи, имеются молекулы еще одного белка - АТФ-синтетазы. Они пропускают протоны внутрь митохондрии, используя их потенциальную энергию для синтеза АТФ.