Субстрат·Н2 → НАД → ФМН → КоQ → 2b → 2c1→ 2c → 2a → 2a3 → O2 .
[До KoQ включительно переносятся 2 протона и 2 электрона, а по цепи цитохромов – только 2 электрона]
Существует и укороченная ДЦ, в которой субстрат окисляется ФАД-зависимой ДГ, отдающей затем 2 протона и 2 электрона непосредственно на убихинон.
Необходимо отметить, что АТФ выделяется на этапах: НАД→ФМН (в укороченной ДЦ эта молекула АТФ не выделяется!), b→c1 , a→a3 .
Вообще, молекула АТФ синтезируется если разница потенциалов между соседними компонентами цепи превышает 0,2 В, т.е. может выделиться энергия не менее 50 кДж/моль.
Окислительное фосфорилирование
(хемиосмотическая теория Митчелла, 1961)
1. Мембраны митохондрий непроницаемы для протонов.
2. В результате процессов окисления в митохондрии формируется протонный потенциал (электрохимический градиент протонов).
3. Диффузия протонов обратно на внутреннюю поверхность мембраны сопряжено с фосфорилированием, которое осуществляется АТФ-синтетазой.
Сам процесс выглядит так:
1. НАД·Н-ДГ отдает пару электронов на ФМН-ДГ. Это позволяет ФМН принять пару протонов из матрикса с образованием ФМН·Н2. Пара протонов, принадлежащих НАД, выталкивается на цитоплазматическую поверхность внутренней мембраны митохондрий.
2. ФМН·Н2-ДГ выталкивает пару протонов на цитоплазматическую поверхность мембраны, а пару электронов отдает на убихинон (KoQ), который при этом получает способность присоединить пару электронов из матрикса с образованием KoQ·H2.
3. KoQ·H2 выталкивает пару протонов в цитоплазму, а электроны перебрасываются на кислород в матриксе с образованием воды. В итоге при переносе пары электронов из матрикса в межмембранное пространство перекачивается 6 протонов, что и ведет к созданию разницы потенциалов и разницы рН между поверхностями внутренней мембраны.
4. Разница потенциалов и разница рН обеспечивают движение протонов через протонный канал в обратном направлении.
5. Движение протонов ведет к активации АТФ-синтетазы и синтезу АТФ из АДФ и фосфата.
Окислительное фосфорилирование – это процесс образования АТФ из АДФ и ФН за счет энергии транспорта электронов в дыхательной цепи
Возможно разобщение окислительного фосфорилирования, например, при повреждении внутренней мембраны митохондрий. При этом происходит свободное окисление без фосфорилирования (т.е. без синтеза АТФ), сопровождающееся пирогенным эффектом (локальным повышением температуры). Таким образом на митохондиальную мембрану действует, например, 2,4-динитрофенол.