ŁAŃCUCH ODDECHOWY BUDOWA I MECHANIZM DZIAŁANIA

ANNA KOZA

I FIZJOTERAPIA NIESTACJONARNA

Ostatnim etapem pozyskiwania energii w komórce z rozkładu związków organicznych jest tak zwany łańcuch oddechowy. Zachodzi po cyklu Krebsa i przebiega w błonach wewnętrznych mitochondrium. Istotą łańcucha oddechowego jest aktywne przepompowywanie protonów w poprzek błony z matriks do przestrzeni perymitochondrialnej. W błonie wewnętrznej mitochondrium znajdują się przenośniki elektronów (FMN, FeS, ubichinon oraz cytochromy), które są uporządkowane zgodnie z rosnącym potencjałem redukcyjnym, co oznacza, że każdy następny pobiera elektrony od swego poprzednika w łańcuchu. Elektrony i protony pochodzą z NADH+ + H+ i FADH2 powstających we wcześniejszych etapach oddychania. Przepływ elektronów przez kompleks przenośników błonowych powoduje przemieszczanie protonów z matriks do przestrzeni międzybłonowej. Elektrony są ostatecznie przekazane na tlen i powstaje anion tlenkowy O2- (2e + 1/2O2 → O2-). W przestrzeni perymitochondrialnej występuje nadwyżka protonów w stosunku do matriks, czyli powstaje gradient protonowy. Nadwyżkowe protony wracają do matriks przez kanały jonowe białek tunelowych (CF0, CF1). Białka te są kompleksem enzymatycznym syntaz ATP. Wracające przez nie do matriks jony wodoru uderzają w resztę fosforanową, co powoduje przyłączenie jej do ADP. Jest to reakcja syntezy ATP zwana fosforylacją oksydacyjną. Protony ostatecznie łączą się z anionem tlenkowym O2- i powstaje woda metaboliczna O2- + H+ → H2O. Powyższe procesy zostały opisane w teorii chemiosmotycznej Mitchella. W organizmach prokariotycznych oddychających tlenowo łańcuch oddechowy przebiega w mezosomach. Łańcuch oddechowy jest najbardziej energodajnym etapem utleniania biologicznego.

Regulacja łańcucha oddechowego

ATP może być syntetyzowany nie tylko w powiązaniu z łańcuchem oddechowym. Jeżeli jego powstawaniu nie towarzyszy mitochondrialne przenoszenie elektronów na tlen, to mamy do czynienia z fosforylacją substratową. Jest to pierwotny sposób magazynowania energii chemicznej w żywych organizmach. Proces ten może odbywać się w warunkach niedostatecznego zaopatrzenia w tlen lub w warunkach beztlenowych. Podstawowym jednak sposobem syntezy ATP jest fosforylacją tlenowa.
Łańcuch oddechowy oraz fosforylacja tlenowa podlegają samoregulacji. Ważne znaczenie w tym zakresie mają stężenia substratów utleniania i redukcji (czyli potencjał oksydoredukcyjny komórki) oraz zaopatrzenie w tlen. Istotną rolę odgrywa także sprzężenie łańcucha oddechowego z fosforylacją.
Uważa się, że najważniejszym czynnikiem regulacji jest stosunek stężeń ATP/ADP + P wewnątrz mitochondriów. Zależność między szybkością oddychania a stężeniem ADP jest nazywana kontrolą oddechową. Jeżeli stężenie ATP uzyskuje znaczną przewagę, następuje zwolnienie procesu fosforylacji. W krańcowych przypadkach zwiększenia tego stężenia, proces utlenienia może zachodzić w kierunku przeciwnym, np. elektrony z bursztynianu mogą być przenoszone nad NAD+ niezależnie od potencjału oksydoredukcyjnego. Prawdopodobnie potencjał ten nie ma większego znaczenia w procesie regulacji.
Na transport elektronów w łańcuchu oddechowym i fosforylację tlenową mogą wpływać różne czynniki. Mechanizm ich oddziaływania tłumaczą hipotezy zarówno chemiczna, jak i chemiosmotyczna.
Teoria chemiczna wyjaśnia działanie inhibitorów łańcucha oddechowego i tlenowej fosforylacji, a także działanie czynników rozprzęgających tlenową fosforylację.
Hamowanie przenoszenia elektronów w łańcuchu oddechowym może dotyczyć różnych etapów. Wiele substancji z grupy barbituranów, jad rybi - rotenon, niektóre steroidy oraz związki rtęci hamuja utlenianie substratów, katalizowane przez dehydrogenazy współdziałające z NAD.
Łańcuch oddechowy może zostać zablokowany w miejscu transportu elektronów między cytochromem b a cytochromem c przez antymycynę A, dimerkaptopropanol oraz naftochinony. Ostatni etap transportu elektronów przez oksydazę cytochromową bardzo skutecznie blokuje KCN oraz CO. Antybiotyk oligomycyna blokuje łańcuch oddechowy oraz fosforylację oksydacyjną nawet w nienaruszonych mitochondriach.
Jeżeli w łańcuchu oddechowym zachodzi przenoszenie elektronów bez fosforylacji oksydacyjnej, to stan taki nazywamy rozprzęgnięciem fosforylacji oksydacyjnej. Rozprzęgnięcie mogą wywołać czynniki fizyczne, np. ultradźwięki, promienie UV, promienie Roentgena oraz uszkodzenie błon mitochondrialnych przez inne czynniki, np. rozpuszczalniki. Do chemicznych czynników rozprzęgających należą: dinitrofenol, dikumarol, arseniany, jodooctan i inne.
Teoria chemiczna tłumaczy działanie rozprzęgające dinitrofenolu jego wpływem na hydrolizę wysokoenergetycznego wiązania nośnika, w wyniku czego zostaje uwolniona energia tego wiązania w postaci ciepła.
Teoria chemiosmotyczna tłumaczy działanie niektórych czynników hamujących transport elektronów i fosforylację tlenową oddziaływaniem na błony mitochondrialne oraz różnicę potencjału elektrochemicznego po obydwu stronach błon. Czynniki rozprzęgające fosforylację tlenową, jak np. dinitrofenol, zwiększają przepuszczalność błon mitochondrialnych dla protonów, przez co zmniejszają różnicę potencjału elektrochemicznego.
Rozprzężenie fosforylacji oksydacyjnej jest zjawiskiem fizjologicznym w mitochondriach brunatnej tkanki tłuszczowej. Tkanka ta ma duże znaczenie u noworodków oraz zwierząt zapadających w sen zimowy lub żyjących w niskiej temperaturze.
W brunatnej tkance tłuszczowej w procesach utleniania mitochondrialnego wytwarza się ciepło, a tylko niewielkie ilości energii zostają zmagazynowane w postaci ATP. Rozprzężenie fosforylacji tej tkanki jest utrzymywane pod wpływem kwasów tłuszczowych, hamujących enzym translokazę adenylową. Enzym ten decyduje o transporcie ADP do wnętrza mitochondriów. Hipoteza chemiosmotyczna rozprzężenie fosforylacji w brunatnej tkance tłuszczowej tłumaczy rozproszeniem potencjału elektrochemicznego na skutek termogenicznego przewodnictwa protonowego błony.
Na uwagę zasługuje fakt, że niektóre czynniki, np. witaminy K i E, wpływają korzystnie na proces fosforylacji oksydacyjnej.
 

Mitochondrialny łańcuch oddechowy

Reakcje przenoszenia wodoru na tlen cząsteczkowy, którym towarzyszy magazynowanie energii pod postacią związków wysokoenergetycznych, zachodzą w mitochondriach. Obecne w mitochondriach biologiczne układy oksydacyjno-redukcyjne wiążą atomy wodoru z substratów przemian pośrednich, a następnie przenoszą ich elektrony na cząsteczkę tlenu. W wyniku tego następuje redukcja tlenu do jonu tlenkowego O2", a po przyłączeniu protonów - wytworzenie cząsteczki wody. Kierunek przenoszenia elektronów w łańcuchu oddechowym jest wyznaczony przez różnice potencjałów oksydoredukcyjnych. Transport elektronów odbywa się od układów o wyższych wartościach ujemnych do układów o wyższych wartościach dodatnich. W przenoszeniu elektronów od substratu do tlenu uczestniczą dehydrogenazy, współdziałające z nukleotydami nikotynamidowymi, flawinowymi oraz z liponianem, a poza tym: flawoproteiny pośredniczące, ubichinon oraz układ cytochromowy.
Dehydrogenazy nikotynamidowe. Współdziałają one z NAD i NADP. Tego typu dehydrogenaz jest około 200. Enzymy te przenoszą odwracalnie jeden atom wodoru i jeden elektron na utlenioną postać NAD+ lub NADP+, z uwolnieniem protonu. Większość dehydrogenaz działa specyficznie z NAD, inne działają specyficznie tylko z NADP. Są również takie dehydrogenazy, które mogą działać z obydwoma koenzymami. Istnieje możliwość wymiany wodoru i elektronów między dehydrogenazami o różnych koenzymach. Reakcje tego typu katalizują transhydro-genazy.

Dehydrogenazy współdziałające z flawinami. Białka tych dehydrogenaz są związane z nukleotydami flawinowymi, niekiedy zawierają także niehemowe żelazo. Do tego typu dehydrogenaz należy: dehydrogenaza NADH, która jest białkiem żelazowo-siarkowym, działającym z FMN, ponadto dehydrogenaza bursztynianowa, cholinowa lub acylo-CoA współdziałajace z FAD.
Dehydrogenazy współdziałające z liponianem. Wchodzą one w skład kompleksu enzymów oksydacyjnej dekarboksylacji 2-oksokwasów. Zredukowany liponian jest następnie utleniany przez dehydrogenazę liponianową, która współdziała z FAD.

Flawoproteiny pośredniczące (Fp) występują one poza wymienionymi już dehydrogenazami flawinowymi. Fp zawierają barwniki flawinowe, bardzo często żelazo niehemowe, siarkę, a niekiedy cynk. Metaloflawoproteiny uczestniczą m.in. w działaniu dehydrogenaz NADH, powodując ich utlenienie. Niektóre dehydrogenazy współdziałające z nukleotydami flawinowymi, jak np. dehydrogenaza acylo-CoA, współdziałają także z flawoproteinami przenoszącymi elektrony (ETF).
Flawoproteiny pośredniczace prawdopodobnie uczestniczą w przejściu dwu-elektronowych reakcji utleniania w reakcje jednoelektronowe.

Ubichinon (koenzym Q) jest on syntetyzowany w komórkach z tyrozyny. Ubichinon stanowi ostatnie ogniwo łańcucha oddechowego, do którego dochodzą atomy wodoru. Dalej przenoszone sš już tylko elektrony. Budowa koenzymu Q jest zbliżona do witamin E i K, przez co może pełnić rolę antyoksydanta budzącego nadzieję w leczeniu chorób wieku starczego. W łańcuchu oddechowym występuje on w ilości proporcjonalnie większej od innych składników. Ubichinon jest ruchomym elementem łańcucha, zbierającym równoważniki redukujące z flawoprotein i przekazującym je cytochromom.
Koenzym Q jest także miejscem ich powstawania zgodnie ze schematem reakcji:

Białka żelazowo-siarkowe (Fe-S, żelazo niehemowe Fe nh)
stanowią jednoelektronowy układ oksydoredukcyjny. Współpracują one zarówno z flawoproteinami, jak i cytochromem b.

Układ cytochromowy stanowi on układ, w którym każda cząsteczka cytochromu przenosi jeden elektron na zasadzie zmiany wartościowości żelaza. Prawdopodobnie pierwszym biorcą elektronów od ubichinonu jest cytochrom b o masie cząsteczkowej 28 kDa. Może on występować w postaci polimeru o masie około 4 MDa. Dalszym przenośnikiem jest cytochrom c1, a następnie cytochrom c.
Cytochrom c1 jest lipoproteiną o masie cząsteczkowej około 360 kDa. Okazało się, że jest to polimer zbudowany z podjednostek o masie 51 kDa, zawierających po 1 atomie żelaza..
Cytochrom c jest najlepiej poznany ze wszystkich cytochromów. Masa jego cząsteczki wynosi 13 kDa. Zawiera on 104 reszty aminokwasowe, znany jest jego skład aminokwasowy oraz struktura przestrzenna. Cytochrom c jest jedynym cytochromem rozpuszczalnym i podobnie jak Koenzym Q jest ruchomym składnikiem łańcucha oddechowego, łączącym jego kompleksy funkcyjne.
Ostatnie ogniwo łańcucha stanowią cytochromy, nazywane oksydazą cytochromową. Jest to kompleks 13 podjednostek polipeptydowych, przy czym właściwości katalityczne są przypisywane trzem najcięższym podjednostkom kodowanym przez mitochondrialny DNA. Tym niemniej liczba podjednostek oksydazy cytochromowej jest zmienna (prokarionty posiadają ich najmniej). W skład tego enzymu wchodzą dwa układy żelazoporfiry nowe, z których każdy oprócz żelaza zawiera atom miedzi. Oksydazą cytochromowa ma duże powinowactwo do tlenu. Reakcja, którą enzym ten katalizuje, jest nieodwracalna.
W mitochondrialnym łańcuchu oddechowym w miejscu działania ubichinonu mogą występować substancje towarzyszące temu koenzymowi: witaminy K oraz witaminy E. Od miejsca występowania ubichinonu elektrony są przenoszone pojedynczo przez układy cytochromów na tlen. Natomiast protony, uwalniane na etapie koenzymów nukleotydowych oraz ubichinonu, łączą się bezpośrednio z jonem tlenkowym (O2-), tworząc cząsteczkę wody.

Rysunek 2. Schemat łańcucha oddechowego w mitochondriach; Fp - flawoproteiny pośredniczące, Fe nh - żelazo niehemowe, ETF - flawoproteiny przenoszące elektrony

W procesie fosforylacji oksydacyjnej, związanej bezpośrednio z łańcuchem oddechowym, zmiany entalpii swobodnej reakcji przenoszenia elektronów umożliwiają wychwytywanie części wytwarzanej energii przez cząsteczki ADP, które są ważnymi składnikami procesu fosforylacji. Dzięki tej energii z ADP przy udziale fosforanów nieorganicznych jest syntetyzowany ATP.
Przeniesienie 2 elektronów z atomów wodoru na tlen powoduje wydzielenie 237,6 kJ/mol energii. W warunkach środowiska komórki, podczas transportu elektronów z NADH na tlen wyzwolona energia jest równa 220,8 kJ/mol. Z energii tej mogą być wytwarzane wysokoenergetyczne wiązania ATP przez przyłączanie fosforanów do cząsteczek ADP. Tego rodzaju wytwarzanie wiązań wysokoenergetycznych, sprzężone z przenoszeniem w łańcuchu oddechowym, nosi nazwę fosforylacji oksydacyjnej. Fosforylacja oksydacyjna zachodzi tylko w mitochondriach. Poza nimi w komórce nie ma układu tlenowych fosforylacji, wobec czego procesy utleniania zachodzące z udziałem tlenu nie są sprzężone z syntezą ATP. Nie związana w ATP energia wykorzystywana jest jako energia cieplna na utrzymanie temperatury ciała zwierząt stałocieplnych.
Doświadczenia przeprowadzone na oddychających mitochondriach wskazują, że podczas przenoszenia elektronów w łańcuchu oddechowym rozpoczynającym się od dehydrogenaz współdziałających z NAD, na 1/2 mola O2 są zużywane 3 mole fosforanów nieorganicznych. Jeżeli proces rozpoczyna się od dehydsogenaz flawopro-teinowych, zużycie fosforanów nieorganicznych na tę samą ilość tlenu wynosi 2 mole. Wskazuje to, że gdy łańcuch oddechowy rozpoczyna się od zredukowanego NAD, przy wykorzystaniu 1/2 cząsteczki O2 są syntetyzowane 3 cząsteczki ATP, natomiast jeśli rozpoczyna się od flawoprotein, powstają tylko 2 cząsteczki ATP.
Energia związana w powstałym makroergicznym wiązaniu fosforanowym wynosi około 30,6 kJ/mol. Tego rodzaju wiązania w 3 cząsteczkach ATP magazynują około 91,8 kJ/mol energii, co stanowi około 40% całkowitej wydajności energetycznej łańcucha oddechowego.
Mechanizm wytwarzania zarówno wysokoenergetycznych wiązań ATP w procesie fosforylacji oksydacyjnej, jak i miejsce ich wytwarzania w łańcuchu oddechowym nie zostały dotychczas wyjaśnione w sposób jednoznaczny. Istnieje wiele teorii, które usiłują tłumaczyć te zagadnienia.
Najbardziej znane sa 3 hipotezy, których założenia zostaną w skrócie przedstawione, a mianowicie: hipoteza chemiczna, hipoteza chemiosmotyczna i hipoteza konformacyjna.
 Hipoteza chemiczna jest znana jako teoria Slatera. Według tej teorii w procesie tworzenia wysokoenergetycznego wiązania ATP bierze udział przenośnik X o nieznanej budowie oraz nośnik A, którym może być jeden z układów oksydacyjno-redukcyjnych łańcucha oddechowego. Przenośnik reaguje najpierw ze zredukowanym nośnikiem, tworząc makroergiczny kompleks A ~ X, a następnie z ortofosforanem, przenosząc energię i tworząc kompleks przenośnika z fosforanem X ~(P). W ostatnim etapie następuje przeniesienie wysokoenergetycznego wiązania fosforanu na ADP i wytworzenie ATP:
A + X     A~X

A~X+(P)    X~(P)+A

X~(P) + ADP     ATP + X

Zakłada się, że w tym mechanizmie bierze udział także enzym wytwarzający ATP. Nie udało się jednak dotychczas wydzielić żadnych intermediantów wysokoenergetycznych tego procesu ani przenośnika X.
Hipoteza chemiczna sprzęga fosforylację tlenowa z określonymi reakcjami łańcucha oddechowego. Według tej hipotezy fosforylacja zachodzi w tych miejscach łańcucha oddechowego, gdzie występuje znaczna różnica potencjałów oksydoredu-kcyjnych między układami. Im większa jest różnica potencjałów, tym wydziela się więcej energii. Część tej energii ulega rozproszeniu i wydziela się w postaci ciepła, część zaś zostaje zmagazynowana w postaci ATP. Magazynowanie energii chemicznej odbywa się w tych miejscach łańcucha oddechowego, gdzie różnica potencjałów wynosi około 160 mV.
Przypuszcza się, że jeśli łańcuch oddechowy rozpoczyna się od NADH, powstają 3 cząsteczki ATP w następujących miejscach:
- przy przeniesieniu elektronów z koenzymów nikotynamidowych na flawoproteiny;
- przy przeniesieniu elektronów z ubichinonu lub z flawoprotein na cytochromy c;
- przy przeniesieniu elektronów z oksydazy cytochromowej (cytochromu a+a3) natleń.
Na tym ostatnim etapie jest największa różnica potencjałów i wyzwala się największa ilość energii.
Wiele hipotez uważa błonę mitochondrialną za ważny czynnik sprzężenia energetycznego. Należy do nich hipoteza chemiosmotyczna Mitchella, wykluczająca udział pośredników. Hipoteza ta jest obecnie uznawana za najbardziej zgodną z różnymi danymi doświadczalnymi i najlepiej tłumaczącą wiele zagadnień dotyczących fosforylacji tlenowej. Istotną rolę według tej hipotezy spełnia rozdział ładunków elektrycznych po obydwu stronach błony mitochondrium. Szczególne znaczenie ma różnica stężeń protonów w poprzek błony oraz ich wymiana przez błonę. Wymiana ta odbywa się za pośrednictwem mechanizmu określonego jako "pompa protonowa".
Według hipotezy chemiosmotycznej łańcuch oddechowy jest wewnątrz błony mitochondrium zwinięty w 3 pętle odpowiadające 3 miejscom syntezy ATP (które zakłada hipoteza chemiczna). 2 elektrony transportowane przez łańcuch oddechowy ze zredukowanego NAD na tlen powodują przemieszczenie 6 protonów od wewnętrznej strony błony mitochondrialnej na jej stronę zewnętrzną, czyli ze środowiska matriks do środowiska cytosolu.

Rysunek 2. Schemat hipotetycznego ułożenia pętli łańcucha oddechowego oraz przemieszczania protonów przez błonę mitochondrium.

Rysunek 3. Schemat działania "pompy protonowej"; * syntaza ATP transportujšca H+(F1, F0)

Cały proces rozpoczyna się po wewnętrznej stronie błony. Zredukowany NAD przekazuje 2 elektrony oraz proton znajdującym się wewnątrz błony flawoproteinom zawierającym FMN. Po dołączeniu jeszcze jednego protonu ze środowiska, FMN ulega przejściu w FMNH2. Kompleks białkowy zawierający FMN jest tak duży, że styka się z zewnętrzną stroną błony mitochondrium. Istnieje zatem możliwość uwolnienia do cytosolu pary protonów. Natomiast elektrony redukują 2 cząsteczki białek żelazowo-siarkowych i dzięki nim przedostają się do wewnętrznej strony błony, skąd pobiera je cząsteczka ubichinonu. Po dołączeniu dwóch protonów od strony matriks powstaje QH2, który jako dobrze rozpuszczalny w tłuszczach łatwo przemieszcza się do zewnętrznej strony błony. Odłącza do cytosolu 2 protony, natomiast 2 elektrony oddaje 2 cząsteczkom cytochromu b, które przenoszą je na stronę wewnętrzną błony. Tu następuje przekazanie ich następnej cząsteczce ubichinonu, który po przyjęciu pary protonów przechodzi w formę QH2, wędrującą do zewnętrznej strony błony. Po uwolnieniu protonów do cytosolu następuje przekazanie elektronów 2 cząsteczkom cytochromu c, znajdującym się w pobliżu strony zewnętrznej błony, skąd przez dalsze ogniwa łańcucha są przenoszone na wewnętrzną stronę błony do 2 cząsteczek cytochromu a3, wchodzących w skład 2 cząsteczek oksydazy cytochromowej. Następuje przekazanie elektronów na atom tlenu, po czym jon tlenkowy, łącząc się z 2 protonami ze środowiska matriks, tworzy cząsteczkę wody.
Wszystkie składniki łańcucha oddechowego znajdują się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Z wyjątkiem Koenzym Q, który występuje w pewnym nadmiarze, pozostałe składniki łańcucha mają zachowane proporcje molowe. Zgodnie ze współczesnymi poglądami, wszystkie składniki są zgrupowane w pięciu kompleksach lipidowo-białkowych w celu pełnienia określonych funkcji:
-kompleks I: oksydoreduktaza NADH : ubichinon,
-kompleks II: oksydoreduktaza bursztynian : ubichinon,
-kompleks III: oksydoreduktaza ubichinon : utleniony cytochrom c,
-kompleks IV: oksydoreduktaza zredukowany cytochrom c : tlen.
Według hipotezy Mitchella, utlenianie przenośników redukujących powoduje uwalnianie protonów (H+). Od Koenzym Q przez dalsze ogniwa łańcucha oddechowego biegną już dalej tylko elektrony. Protony, które na skutek działania łańcucha oddechowego wydostały się na zewnątrz mitochondrium, wywierają wpływ na wytworzenie różnicy potencjałów elektrochemicznych po obydwu stronach błony. Różnica ta jest siłą napędową syntezy ATP. Na powstanie tejże siły napędowej oprócz protonów wpływają także potencjał błonowy oraz gradient pH po obydwu stronach błony. Błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla protonów. Za usuwanie protonów na zewnątrz mitochondrium jest odpowiedzialna pierwotna pompa protonowa. Jako pierwotna pompa protonowa działają kompleksy: I, III i IV, przemieszczające H+ na zewnętrzną powierzchnię błony. Wykorzystanie potencjału elektrochemicznego transmembranowego umożliwia powrót H+ do mitochondrium, związany z syntezą ATP. Umożliwia to:
 - kompleks V: syntaza ATP transportujaca H+ (Fl5 Fo).

Funkcja kompleksu V polega na syntezie ATP z ADP i Pnjeora o Fosforylację warunkuja 2 czynniki białkowe Fj i Fo. Syntaza ATP, transportująca H+, działa jako wtórna pompa protonowa, przemieszczająca protony (H+) w kierunku odwrotnym do działania pompy pierwotnej, tj. do wewnatrz mitochondrium.
Oprócz hipotezy chemicznej i najbardziej powszechnej hipotezy chemiosmotycznej istnieje jeszcze hipoteza konformacyjna. Według tej teorii, energia pochodząca z utleniania zostaje przekształcona w energię przechowywaną w stanach konformacyjnych białek mitochondrialnych. Bogaty w energię stan konformacji może ulegać zmianom, które wyzwalają energię na potrzeby syntezy ATP.
Błona mitochondrialna oddziela wnętrze mitochondrium od cytoplazmy. Wewnątrz mitochondrium, oprócz łańcucha oddechowego, zachodza również reakcje cyklu Krebsa i beta-oksydacji kwasów tłuszczowych. Wszystkie te procesy są uzależnione od przepuszczalności błony mitochondrialnej. Błona zewnętrzna mitochondrium jest przepuszczalna dla większości metabolitów, natomiast przepuszczalność błony wewnętrznej jest bardzo ograniczona. Dehydrogenazy, dla których akceptorem atomów wodoru jest FAD, jak np. dehydrogenaza bursztynianowa - znajdująca się po wewnętrznej stronie błony mitochondrialnej - może bez przeszkód oddać atomy wodoru na ubichinon, z pominięciem kompleksu I.
Błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla zredukowanego NAD. Może on być wytwarzany podczas glikolizy zachodzącej w cytozolu. Istnieje sposób przekazywania równoważników redukcyjnych za pomocą tzw. mostków substratowych:

Po obydwu stronach błony występuje taka sama para substratów, która może przyjąć lub oddać atomy wodom, oraz enzym dehydrogenaza. Przez błonę mitochondrialną mogą przenikać cząsteczki zredukowanego przez NADH substratu i wewnątrz mitochondrium przekazać atomy wodoru na FAD. Powoduje to stratę jednej cząsteczki ATP, ale są inne korzyści metaboliczne. Parę substratów i enzym mogą stanowić np. glicerolo-3-fosforan i dihydroksyacetonofosforan oraz enzym dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanowa.

1. www. Bryk.pl

2. www.bilogiczny.webpark.pl

3. www.ebiolog.pl

4. Podstawy biologii- Jerzy Kączkowski

5. www.wikipedia.pl

6. www..sciaga.pl

7.www.kine.pl

8.www.ib.pl

 

4