Как подсчитать эффективность окисления?

Коэффициент P/O

Энергетическую ценность и выгодность окисления вещества можно подсчитать. Количество полученной энергии при окислении того или иного соединения характеризует количество АТФ, а эффективность использования энергии вещества и ее захвата – коэффициент P/O.

Коэффициент Р/О – это отношение количества неорганического фосфата, включенного в молекулу АТФ АТФ-синтазой к количеству атомов кислорода, включенного в молекулу Н2О, при переносе одной пары электронов по дыхательной цепи.

Экспериментально установлено, что при окислении веществ с участием НАД-зависимых дегидрогеназ, соотношение количества включенного в АТФ фосфата относится к количеству использованных атомов кислорода как 3 к 1, т.е. коэффициент P/O равен трем. Аналогично для ФАД-зависимых дегидрогеназ коэффициент P/O равен двум.

Однако ряд авторов придерживается иного мнения. Они принимают значение коэффициента P/O для НАД равным 2,5, для ФАД - равным 1,5.

Расчет энергетической ценности и коэффициента Р/О

При расчете энергетической ценности, т.е. количества АТФ, образующейся при окислении вещества, и коэффициента Р/О необходимо представлять себе весь путь этого вещества до полного окисления его углеродных атомов в СО2. При этом необходимо учитывать число атомов углерода в молекуле.

Для расчета Р/О при окислении какой-либо молекулы необходимо учитывать следующее:

  • восстановленный эквивалент (молекула НАДН или ФАДН2) передает в цепь переноса электронов по 2 электрона.
  • для восстановления кислорода в воду необходима 1 пара электронов.
  • при прохождении пары электронов через всю дыхательную цепь (т.е. через I, III, IV комплексы) выкачивается столько ионов Н+, сколько необходимо для синтеза 3 молекул АТФ или, по-другому, в состав АТФ включается три атома неорганического фосфата.
  • при прохождении пары электронов через III и IV комплексы дыхательных ферментов ионов Н+ выкачивается столько, сколько необходимо для синтеза 2 молекул АТФ или, по-другому, в состав АТФ включается два атома неорганического фосфата.

В качестве самых простых примеров рассмотрим окисление аланина и аспарагиновой кислоты.

Окисление аспарагиновой кислоты

За точку начала отсчета принимаем оксалоацетат, который образуется при трансаминировании из аспартата и считаем, что все должно закончиться также на этом уровне.

Оксалоацетат содержит 4 атома углерода и поэтому ему необходимо пройти 2 оборота ЦТК, прежде чем эти углероды выделятся в виде СО2. Подсчитывая число восстановленных НАДН, ФАДН2 и ГТФ, образуемых в двух оборотах ЦТК, определяем конечную сумму АТФ – 24 молекулы.

При расчете коэффициента Р/О учитываем только фосфат, включенный в АТФ ферментом АТФ-синтазой, т.е. в процессе окислительного фосфорилирования. Это значит, что фосфат, входящий в ГТФ, не учитывается!

И, наконец, помним, что каждая молекула восстановленного эквивалента (т.е. НАДН или ФАДН2) передает на дыхательную цепь по одной паре электронов, которые проходят разное расстояние: от НАДН – три комплекса ферментов, от ФАДН2два комплекса ферментов, но в любом случае восстанавливают до воды по одному атому кислорода. Иначе говоря, при окислении НАДН образуется 3 молекулы АТФ, при окислении ФАДН2 – молекулы АТФ. 

Энергия окисления аспартата
Соотношение количества АТФ, неорганического фосфата и кислорода
при окислении аспартата

Окисление аланина

Два атома углерода аланина попадают в ЦТК после того, как безазотистый остаток аланина – пируват – окислится в пируват-дегидрогеназном комплексе с образованием НАДН. Образованный ацетил-S-КоА входит в ЦТК и полностью окисляется в одном его обороте. В общей сложности в дыхательную цепь направляется 4 молекулы НАДН (3 из ЦТК и 1 из ПВК-дегидрогеназы) и 1 молекула ФАДН2.

Эффект окисления аланина
Соотношение количества АТФ, неорганического фосфата и кислорода
при окислении аланина

    Вы можете спросить или оставить свое мнение.