Казанский университет

Биоэнергетика – наука о преобразовании энергии
Энергия окисления → Энергия гидролиза АТФ
Энергия АТФ → Механическая работа

Перенос электронов в дыхательной цепи митохондрий

Зоны электронной проводимости в белках?
Владимиров, Ю.А. и Конев, С.В.
О возможности миграции энергии в молекуле белка. Биофизика, 1957. 2(1): p. 3-19.
В начале сороковых годов Николай Риль и Альберт Сцент-Дьердьи предположили, что белки обладают полупроводниковыми зонами проводимости

Измерение фотопроводимости белковой пленки
1966

Диффузионный механизм фотопроводимости белков
УФ-облучение
Слой белка
Металлическая
подложка
Кварцевая пластинка
+
─
Полупрозрачная металлическая пленка
Фотопроводимость наблюдалась в пленках при облучении длинами волн короче 300 нм (более 4 эВ). «Квант энергии» в клетке = 0,2 эВ.
Вероятный механизм ─ фотоионизация хромофоров и диффузия ионов в водной фазе.
Владимиров, Ю. А. и Тимофеев, К. Н. Биофизика, 1966, 11 (1): 33 ─ 41
1966

Комплекс II дыхательной цепи митохондрий
FAD
FeS
CoQ
heme b
Hederstedt, L., Complex II is complex too. Science, 2003. 299: p. 671-672.

ФАД
Железо-серные центры
Железо-серные центры
Коэнзим Q (убихинон)
Гем b
Сукцинат
Перенос электронов внутри комплекса II
Электроны
Фумарат
Hederstedt, L., Complex II is complex too. Science, 2003. 299: p. 671-672.

Эстафетный перенос электронов в bc1 комплексе
По данным: Darrouzet, E., et al., Large scale domain movement in cytochrome bc1: a new device for electron transfer in proteins. TRENDS in Biochemical Sciences, 2001. 26(7): p. 445-461..

Туннельное перемещение электрона в белке
Winkler J. R . Electron tunneling pathways in proteins
Current Opinion in Chemical Biology 2000, 4:192–198.

Биоэнергетика – наука о преобразовании энергии

Окислительное фосфорилирование
(По Митчеллу)
Цепь переноса электронов
Субстраты
O2
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
Мембрана
АДФ + Фн
AДФ
F0F1-АТФаза
Наружная среда
Матрикс
H+
H+
H+
H+

Липидный бислой – изолятор для протонов. Его повреждение приводит к разобщению окислительного фосфорилирования.
Электрическая энергия электронов преобразуется в электрическую энергию протонов белковыми переносчиками дыхательной цепи.
Электрическая энергия протонов преобразуется в химическую энергию макроэргических связей АТФ митохондриальной АТФ-синтазой.

Биоэнергетика – наука о преобразовании энергии

Пространственное строение
H+ / ATP синтазного комплекса
А.Н. Тихонов. СОЖ 1997, 7(20): 10-17