Окислительное фосфорилирование – это процесс образования АТФ из АДФ и неоргани ческого фосфата (Фн) в процессе тканевого дыхания. Согласно хемиосмотической теории Митчела синтез АТФ осуществляется за счет електрохимического потенциала, который созда ется градиентом концентраций ионов водорода. Комплексы I, III и IV расположены асимметрич но во внутренней мембране митохондрий и обра зуют 3 петли, которые обеспечивают перекачи вания протонов из матрикса митохондрий в межмембранное пространство. То есть комплек сы I, III и IV по сути служат протонными насоса ми. С каждой парой электронов, которые пере даются от субстрата к кислороду, эти три петли транспортируют в межмебранное простран ство 810 протонов (Н+). Источником протонов является диссоциация эндогенной воды: Н2O→Н++ОН, а энергия необходимая для транспорта ионов Н+ черпается за счет движения электронов. В матриксе накапливаются гидроксиданионы ОН, а в межмембранном про странстве ионы Н+ т.е. формируется трансмембранный электрохимический градиент кон центрации ионов Н+ – ∆µН+. Внешняя поверхность внутренней мембраны, обращенная в межмембранное пространство, заряжается положительно (+), а внутренняя отрицательно (). Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ионов Н+, однако, они могут прохо дить назад в матрикс через протонный канал (фрагмент Fо) Н+АТФсинтазы. Второй фрагмент F1 фермента является каталитическим и осуществляет синтез АТФ. Каталитиче ская часть АТФсинтазы катализирует три последовательные стадии синтеза АТФ. Вначале идет связывание АДФ и неорганического фосфата (1 стадия), затем образуется фосфоангид ридная связь (2 стадия) и, наконец, освобождается конечный продукт реакции (3 стадия).

F1 фрагмент АТФсинтазы функционирует как молекулярная машина и состоит из не подвижной части – статора и вращающейся части ротора. Статор закреплен в липидном слое мембраны и осуществляет синтез АТФ из АДФ и фосфата. Ротор работает как подвиж ный клапан протонного канала. Протонный канал (фрагмент F0) состоит из двух половинок (полуканалов), смещенных одна относительно другой. Протон попадает в первый полуканал из межмембранного пространства, но сразу попасть в матрикс не может, поскольку проход закрыт белкомротором. Ион Н+ связывается с аминогруппами белкаротора, на нем появля ется дополнительный положительный заряд, что заставляет ротор поворачиваться к той части статора, которая содержит отрицательно заряженные остатки аминокислот. После поворо та связавшая протон часть ротора попадает во вторую половинку канала, ведущую в мат рикс. В матриксе протон поджидают отрицательно заряженные гидроксиданионы, ротор ос вобождается от Н+ и образуется вода. Таким образом, цикл протонирования– депротонирования ротора обеспечивает его поворот. Энергия и заряд протона используется для высвобождения в водную фазу молекулы АТФ, образованной в каталитической части АТФсинтазы (считается, что образование самой АТФ не требует больших затрат энергии, поскольку происходит в липидной фазе мембраны).

Коэфициент окислительного фосфорилирования (Р/О) этот число молекул неоргани ческого фосфата (Фн), которое перешло в органическую форму (в форму АТФ) в расчете на каждый поглощенный атом кислорода. Он равняется числу молекул АТФ, которые образу ются при перенесении 2х электронов по дыхательной цепи на один атом кислорода (макси мальное значение Р/О – 3). При окисления субстратов через НАДНКоQредуктазу (через I, III, IV комплексы), образуется 3 молекулы АТФ (Р/О = 3). При окислении субстратов через сукцинатКоQ–редуктазу (II, III, IV комплексы) образуется 2 молекулы АТФ (Р/О = 2).

Уровень АТФ является главным регулятором энергетического обмена в организме. Если в клетке идут процессы с потреблением АТФ, то это автоматически приводит к повышению скорости гидролиза АТФ и накоплению АДФ, а это ведет к усилению окислительного фос форилирования. Наоборот повышение концентрации АТФ является сигналом для уменьше ния потребности клетки в АТФ и ведет к торможению окислительного фосфорилирования.