Биохимия метаболизма. Учебное пособие - страница 21

Любую окислительно-восстановительную реакцию разделяют на две полу-реакции, каждая из которых представляет собой обмен электронами между окисленной и восстановленной формами окислительно восстановительной пары, чей потенциал можно измерить в эксперименте, описанном выше:

окислитель^>+ + ē → окислитель (реакция Б)

Окислительно восстановительный потенциал этой пары Е_>1 восстановитель^>+ + ē→ восстановитель (реакция В)

Окислительно восстановительный потенциал этой пары Е_>2

Вычитая реакцию в) из реакции б), получаем желаемую реакцию а) и ΔE»_>о

Теперь можем рассчитать ΔG^>0» для восстановления пирувата за счет NADH. Изменение стандартной свободной энергии ΔG^>0» связано с изменением окислительно-восстановительного потенциала ΔE'_>о уравнением

ΔG^>0 = -nF ΔE»_>о

где n- число переносимых электронов, F-число Фарадея (23,062 ккал • В ^>-1 • моль ^>-1), ΔE'_>о выражается в вольтах, ΔG^>0 в килокалориях на моль.

Величина окислительно-восстановительного потенциала дыхательной цепи составляет 1,14 В, что соответствует 53 ккал.

Изменение окислительно-восстановительного потенциала при переходе от системы NAD^>+/NADH к системе О_>2/Н_>2О составляет 1,1 В.

Движущая сила окислительного фосфорилирования – это потенциал переноса электронов, присущий NADH или FADH_>2. Рассчеты ΔE'_>о и ΔG^>0 связанные с окислением NADH под действием О_>2. Промежуточные частичные реакции следующие:

а) 1/2О_>2 +2Н^>+ +2 ē→ Н_>2О

E«_>о = +0,82 В,

б) NAD^>+ + Н^>+ +2 ē→ NADH

E«_>о = – 0,32 В.

Вычитая реакцию б) из реакции а), получаем

в) 1/2 О_>2 + NADH + Н^>+ → Н_>2О + NAD ^>+

ΔE'_>о = +1,14 В.

Свободная энергия окисления для этой реакции составляет

ΔG^>0 = -2—23,062.1,14 = – 52,6 ккал/моль.

Таким образом доказано, что молекула NADH является источником энергии, и, как показывают расчеты, при окислении этой молекулы с участием кислорода выделяется такое количество энергии, которое достаточно для синтеза 7 молекул АТФ. Но реакция происходит взрывообразно, и это не позволяет перевести энергию в более адекватную форму.

Чтобы обеспечить перевод энергии окисления в энергию АТФ необходима система окисления, это обеспечивает дыхательная цепь, состоящая из 4-х белковых комплексов, содержащих коферменты, участвующие в окислительно-восстановительных реакциях. В результате мы имеем с одной стороны материальную группу молекул, передающих электроны друг от друга, то есть образуется система передачи электронов от NADH к О_>2 по которому идут электроны, как электрическая цепь в сети, с другой стороны это последовательность окислительно-восстановительных реакций, которые происходят в составе электронтранспортной цепи, молекулы коферментов являются окислителями (акцепторами электронов) при взаимодействии с предшествующими молекулами, и являются восстановителями (донорами электронов) при взаимодействии со следующей молекулой цепи.

Из этого заключаем, что каждый следующий кофермент является большим окислителем, чем предыдущий, то есть этот кофермент «отбирает» электроны у предыдущего кофермента, а у него электроны «отбирает» следующий кофермент в электронтранспортной цепи. В данном случае наблюдается увеличение окислительно-восстановительного потенциала, следовательно, каждый следующий кофермент в электронтранспортной цепи является большим окислителем, и, как следствие, электронтранспортная цепь не только физическая часть для потока электронов, но и последовательность окислительно-восстановительных реакций.