14.4. Флавин, железо-серные комплексы, хинон и гемовые группы переносят электроны от NADH к O2

Электроны переносятся от NADH к через ряд переносчиков: флавины, железо-серные комплексы, хиноны и гемы (рис. 14.4). Эти переносчики электронов, за исключением хинонов, являются простетическими группами белков. Первая реакция состоит в окислении NADH под действием NADH-Q-редуктазы (называемой также NADH-дегидрогеназой), ферментом,

(см. скан)

состоящим по меньшей мере из шестнадцати полипептидных цепей. Два электрона переносятся от NADH на флавинмононуклеотид простетическую группу фермента, с образованием ее восстановленной формы

С FMNH2 электроны переносятся затем на ряд железо-серных комплексов (сокращенно играющих роль второй простатической группы в молекуле NADH-Q-редуктазы, Железо в этих соединениях это негемовое железо, в связи с чем железо-серные белки называют также негемовыми железопротеинами. Новые исследования показали, что Fe-S-комплексы играют важную роль в широком круге окислительно-восстановительных реакций в биологических системах. Известны три вида Fe-S-центров (рис. 14.5). В простейшем случае единственный атом железа тетраздрически координирован с сульфгидрильными группами четырех цистеиновых остатков белка. Второй вид комплексов (обозначен как содержит 2 атома железа и два неорганических дисульфида, присоединенных к четырем цистеиновым остаткам. В комплексах третьего вида содержится четыре атома железа, четыре неорганических сульфида и четыре остатка цистеина. Атом железа в этих комплексах может присутствовать в восстановленном или окисленном состоянии. NADH-Q-редуктаза содержит второй и третий типы комплексов.

От железо-серных центров NADH-Q-peдуктазы электроны переносятся далее на кофермент (сокращенно

Кофермент хиноновое производное с длинным изопреноидным хвостом. Его называют также убихиноном из-за его повсеместного распространения (ubiquitous) в биологических системах. Число изопреновых единиц в кофермснтс зависит от вида живых организмов. У млекопитающих его наиболее распространенная форма содержит десять изопреновых единиц и обозначается как

Изопреноидный хвост обусловливает высокую неполярность которая способствует его быстрой диффузии в углеводородной фазе внутренней митохондриальной мембраны. Кофермент -единственный переносчик электронов в дыхательной цепи, который не связан прочно с белком и не присоединен к нему ковалентно Кофермент действительно служит высокомобильным переносчиком электронов между флавопротеинами и цитохромами цепи переноса электронов.

Напомним, что образуется в цикле трикарбоновых кислот при окислении сукцината в фумарат сукцинат-дегидрогеназой. Сукцинат-дегидрогеназа - один из двух компонентов суцинат-Q-редуктазного комплекса; второй компонент Fc-S-белок, Этот комплекс, подобно NADH-Q-редуктазе, является интегральным компонентом внутренней

(см. скан)

митохондриальной мембраны. Обладающие высоким потенциалом электроны в сук-цинат-дегидрогеназном компоненте переносятся затем на Fe-S-центры комплекса и далее на кофермент для включения в цепь переноса электронов. Подобно этому, глицеролфосфат-дегидрогеназа (разд. 14.9) и дегидрогеназа СоА-эфиров жирных кислот (разд. 17.8) переносят свои электроны с высоким потенциалом на кофермент с образованием его восстановленной формы

Переносчиками электронов между помимо одного служат все цитохромы. Центральную роль цитохромов в дыхании открыл в 1925 г. Дэвид Кейлин Цитохром - это переносящий электроны белок, молекула которого содержит в качестве простетической группы гем. В ходе переноса электронов атом железа находится то в восстановленной ферроформе то в окисленной ферриформе Группа гема, подобно Fe-S-центру, переносит только один электрон в отличие от NADH, флавина и кофермента переносящих по два электрона. Таким образом, молекула восстановленной формы хинона, переносит свои два обладающие высоким потенциалом электрона на две молекулы цитохрома следующего члена цепи переноса электронов. В качестве промежуточного продукта при этих реакциях переноса электронов, возможно, образуется свободный радикал семихинона (обозначенный

В цепи переноса электронов на участке от до располагаются пять цитохромов. Цитохромы наряду с Fe-S-белком являются компонентами -цито-хром-с-редуктазного комплекса. Цитохром с переносит электроны от этого комплекса к цитохром-с-оксидазному комплексу, содержащему цитохромы

Рис. 14.5. Молекулярные модели Fe-S-комплексов: А) Fe-S-центр; Б) Fe2-S2-neHTp; В) Fe4-S4-центр. Атомы железа окрашены красным цветом, атомы серы цистеина - желтым, атомы неорганической серы-зеленым. (Из атомных координат модельных соединений, любезно предоставленных Jeremy Berg.)

Окислительно-восстановительный потенциал (сродство к электронам, или окислительная способность) этих цитохромов возрастает в последовательности

Указанные цитохромы различаются по структуре и свойствам. Простетической группой цитохромов служит железосодержащий протопорфирин IX, называемый обычно гемом, который является простетической группой также в миоглобине и гемоглобине. В цитохроме не связан ковалентно с белком, тогда как в цитокромах он ковалентно присоединяется к белку при помощи тиоэфирных связей (рис. 14.6). Эти связи образуются путем присоединения сульфгидрильных групп двух цистеиновых остатков к винильным группам гема.

Цитохромы имеют иную железо-порфириновую простетическую группу, называемую гемом а. Он отличается от гема цитохромов наличием формильной группы вместо одной из метильных групп и углеводородной цепи вместо одной из винильных групп. Цитохромы являются конечными звеньями дыхательной цепи. Они существуют в виде комплекса, иногда называемого цитохромоксидазой.

-цитохром-с-редуктазный комплекс переносит электроны от к цитохрому с, водорастворимому периферическому мембранному белку (разд. 14.15-14.17).

Затем восстановленный цитохром с переносит свои электроны на цитохром-с - оксидазный комплекс. Роль цитохрома с аналогична роли кофермента он служит мобильным переносчиком электронов между

Рис. 14.6. Гем в цитохромах с и ковалентно присоединен к двум цистеиновым боковым цепям.

различными комплексами в дыхательной цепи. Электроны переносятся к -цитохромному компоненту комплекса и затем к цитохрому содержащему медь. При транспорте электронов от цитохрома к молекулярному

кислороду атом меди существует то в окисленной то восстановленной форме. Образование воды - процесс, связанный с переносом четырех электронов, тогда как группы тема являются переносчиками одного электрона. Каким образом четыре электрона «сходятся» для восстановления молекулы пока не установлено: