Основы биохимии - Филиппович Ю. Б. 1999

Биологическое окисление
Классификация процессов биологического окисления и их локализация в клетке

Приведенный выше краткий исторический очерк содержит достаточно конкретного материала для того, чтобы стало понятным существование двух типов биологического окисления.

1. Свободное окисление, не сопряженное с фосфорилированием АДФ, не сопровождающееся трансформацией энергии, выделяющейся при окислении, в энергию макроэргических связей. При свободном окислении высвобожда­ющаяся при сопряженном с окислением распаде химических связей энергия переходит в тепловую и рассеивается.

По типу свободного окисления идут все без исключения оксигеназные реакции, все окислительные реакции, ускоряемые пероксидазами или сопровож­дающиеся образованием Н₂О₂, многие реакции, катализируемые оксидазами.

Процессы свободного окисления сосредоточены в цитозоле, в мембранах эндоплазматической сети клетки, в мембранах лизосом, пероксисом и ап­парата Гольджи, на внешних мембранах митохондрий и хлоропластов. Они идут также в ядерном аппарате клетки.

2. Окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ. Этот тип биологиче­ского окисления осуществляется двумя способами.

Если макроэргическая связь возникает в момент непосредственного окис­ления субстрата, а затем тем или иным путем передается на фосфатный остаток, который, в свою очередь, используется для фосфорилирования АДФ, т. е. синтеза АТФ, то такой вид биологического окисления называют окисле­нием, сопряженным с фосфорилированием АДФ на уровне субстрата. Ранее такой способ называли фосфорилирующим окислением или субстратным фос­форилированием.

Если атомы водорода с коферментов дегидрогеназ, принимающих участие в окислении субстратов, передаются в оксидоредуктазную цепь, где сопряжен­но с переносом протонов и электронов на молекулярный кислород происходит активирование неорганического фосфата и при его посредстве фосфорилирова­ние АДФ с образованием АТФ, то такое сопряжение окисления с синтезом АТФ называют сопряжением на уровне электронотранспортной цепи. Понятно, что сам окисляемый субстрат в этом случае непосредственного участия в ак­тивировании неорганического фосфата не принимает. Ранее этот вид биологи­ческого окисления называли окислительным фосфорилированием и отождеств­ляли с дыханием.

Сопряжение окисления с фосфорилированием, т. е. генерирование АТФ для нужд клеток, идет главным образом на внутренних мембранах митохондрий. Именно здесь осуществляется сопряжение окисления с фосфорилированием на уровне электронотранспортной цепи. Что касается субстратного фосфорили­рования, то оно сосредоточено в растворимой части клетки.

Фотосинтетическое и хемосинтетическое фосфорилирование АДФ, сопро­вождающееся биосинтезом АТФ, также происходит путем сопряжения перено­са электронов в электронотранспортных цепях с активированием неорганиче­ского фосфата. Механизм этого сопряжения близок к таковому при окис­лительном фосфорилировании в митохондриях, что подчеркивает единую природу процессов, приводящих к синтезу АТФ у гетеротрофных и аутотрофных организмов.