2906542605

NOWE W BIOCHEMII

Peter Mitchell laureatem nagrody Nobla.

Teoria chemiosmotyczna

Nagrodę Nobla z chemii za rok 1978 otrzymał 58-letni biochemik brytyjski, Peter Mitchell, za teorię tłumaczącą podstawy przemian energetycznych w oksydacyjnej fosforylacji i fotofosforylacji.

Oksydacyjna fosforylacja, czyli synteza ATP sprzężona z utlenianiem, została odkryta już w latach trzydziestych obecnego stulecia (H. Kalckar, V. A. Belicer i E. T. Cibakova, S. Ochoa). Wykazanie w dziesięć lat później, że zachodzi ona w mitochondriach, dało nowy impuls badaniom nad tym procesem. Dla wytłumaczenia molekularnego mechanizmu sprzężenia utleniania z syntezą ATP F. Lipmann zaproponował pierwszy hipotezę przyjmującą istnienie substancji pośredniczących pomiędzy obiema reakcjami. Koncepcja ta, rozwinięta następnie przez B. Chance’a, A. L. Lehningera i E. C. Slatera, doprowadziła do sformułowania tak zwanej hipotezy chemicznego sprzężenia. Zakłada ona, że w utlenianiu komórkowym swobodna energia reakcji zostaje zachowana w formie chemicznych związków wysokoenergetycznych, które następnie biorą udział w syntezie ATP. Zapoczątkowało to liczne poszukiwania wysokoenergetycznych pośredników oksydacyjnej fosforylacji. Pojawiały się nawet doniesienia o natrafieniu na takie produkty pośrednie. Bliższa analiza tych badań wykazywała jednak, że chodziło tu albo o pomyłki doświadczalne albo o błędy w interpretacji wyników. Historia notuje też jedno lub dwa mniej lub bardziej świadome oszustwa naukowe na tym polu. W rezultacie nie dostarczono do chwili obecnej żadnych przekonywujących dowodów doświadczalnych o istnieniu tego rodzaju wysokoenergetycznych produktów pośrednich oksydacyjnej fosforylacji.

W 1961 r. mało znany wówczas biochemik brytyjski, Peter Mitchell, ogłosił swój pierwszy artykuł (1) wysuwający hipotezę, że energia utleniania gromadzona zostaje nie jako wysokoenergetyczny związek chemiczny, lecz pod postacią potencjału elektrochemicznego błony mitochondrialnej. Mitchell oparł się przy tym na dwóch znanych już wówczas faktach, a mianowicie: znacznej nieprzepuszczalności wewnętrznej błony mitochondrialnej wobec protonów (a także innych nieorganicznych kationów jednowartościowych) oraz obserwacji, że oddychające izolowane mitochondria powodują wzrost stężenia jonów wodorowych w środowisku zewnętrznym. Inne dane doświadczalne wskazywały, że w przestrzeni wewnątrzmitochondrialnej dochodziło równocześnie do alkalizacji (wzrostu stężenia jonów OH"). Mitchell wysunął tezę, że wytworzenie gradientu pH po obu stronach wewnętrznej błony mitochondrialnej jest pierwotnym efektem funkcjonowania łańcucha oddechowego a nie wynikiem transportu jonów na koszt wysokoenergetycznego chemicznego pośrednika oksydacyjnej fosforylacji, jak twierdzili zwolennicy teorii chemicznego sprzężenia. Według Mitchella istnienie chemicznego pośrednika nie jest potrzebne, gdyż funkcję tę spełnia gradient elektrochemiczny na błonie mitochondrialnej.

Jak wiadomo, procesy oksydoredukcyjne w mitochondriach polegają na przeniesieniu pomiędzy poszczególnymi enzymami lub koenzymami łańcucha oddecho-