TRANSPORT

ELEKTRONÓW I

FOSFORYLACJA

OKSYDACYJNA

WPROWADZENIE



Funkcją transportu elektronów i
fosforylacji oksydacyjnej jest utlenianie
NADH (dinukleotyd
nikotynoamidoadeninowy) i FADH

2

(dinukleotyd flawinoadeninowy zredukowany)

oraz

zatrzymywanie uwolnionej energii w
cząsteczce ATP.



U eukariotów transport elektronów i
fosforylacja oksydacyjna zachodzą w
wewnętrznej błonie mitochondrialnej, u
prokariotów zaś procesy te przebiegają
w błonie komórkowej.

POTENCJAŁ
OKSYDOREDUKCYJNY (E)



Jest to miara powinowactwa substancji
do elektronów

TRANSPORT
ELEKTRONÓW Z NADH



Elektrony są transportowane z NADH do atomów
tlenu przez łańcuch transportu elektronów.



NADH przenosi elektrony do dehydrogenazy
NADH, dużego kompleksu białkowego
zawierającego FMN (mononukleotyd flawinowy
utleniony) i dwa typy centrów żelazowo-
siarkowych (Fe-S) umieszczonych w białkach
żelazowo-siarkowych.



FMN przyjmuje elektrony przechodząc w FMNH2
(mononukleotyd flawinowy zredukowany) i
przekazuje je dalej do centrum Fe-S, gdzie atom
żelaza odbiera i oddaje elektrony oscylując między
stanem Fe

3+

a stanem Fe

2+

.

TRANSPORT
ELEKTRONÓW Z NADH



Z dehydrogenazy NADH elektrony są
przenoszone do ubichinonu (koenzym Q,
CoQ), przekształcają go w ubichinol (czyli
CoQH2) i przechodzą dalej do kompleksu III
cytochromów bc1. Ten ostatni obejmuje
cytochrom b i cytochrom c1, a także białko
Fe-S.



Każdy cytochrom zawiera grupę hemową z
umieszczonym w centrum atomem żelaza,
który w trakcie przyjmowania elektronu
przechodzi ze stanu Fe

3+

do stanu Fe

2+

. Po

oddaniu elektronu do następnego przenośnika
atom żelaza powraca do stanu Fe

3+

TRANSPORT
ELEKTRONÓW Z NADH



Kompleks cytochromów bc1 przenosi elektrony
do cytochromu c, który z kolei przekazuje je do
oksydazy cytochromowej, kompleksu IV
zawierającego dwa cytochromy (cytochrom a i
cytochrom a3), związane z dwoma atomami
miedzi (odpowiednio Cu A i Cu B). Podczas
przenoszenia elektronów atomy miedzi oscylują
między stanem Cu

2+

a stanem Cu

+

.



W końcu oksydaza cytochromowa przenosi 4
elektrony do tlenu cząsteczkowego, z
utworzeniem dwóch cząsteczek wody.
Uwolniona w wyniku tych procesów energia i
atomy wodoru uczestniczą w chemiosmozie

TRANSPORT
ELEKTRONÓW Z FADH2



FADH2 zostaje utleniony do FAD gdy
oddaje dwa elektrony do reduktazy
bursztynian –CoQ, kompleksu
białkowego zawierającego centra Fe-S.



Kompleks ten przenosi elektrony do
ubichinonu znajdującego się w głównym
łańcuchu transportu elektronów gdzie
ich dalszy transport prowadzi do
tworzenia gradientu H+ i syntezy
ATP.



Sama reduktaza bursztynian-CoQ nie
pompuje jonów H+

INHIBITORY TRANSPORTU
ELEKTRONÓW



Rotenon i amytal hamują transport
elektronów przez dehydrogenazę
NADH,



Antymycyna A hamuje kompleks
cytochromów bc1



Cyjanek, azydek i tlenek węgla
hamują oksydazę cytochromową

FOSFORYLACJA
OKSYDACYJNA



Mitochondrialny proces wytwarzania
wysokoenergetycznego ATP
sprzężony z oddychaniem



Proces dzięki któremu uwolniona
entalpia swobodna jest gromadzona w
postaci wysokoenergetycznego
wiązania fosforanowego.



Enzymy tego łańcucha znajdują się w
wewnętrznej błonie
mitochondrialnej jako jej białka
śródbłonowe i są niezbędne do tlenowej
fosforylacji

FOSFORYLACJA
OKSYDACYJNA



Kulminacją procesu jest synteza ATP z
wysokoenergetycznym wiązaniem.



Synteza ta odbywa się z udziałem
kompleksu enzymatycznego –
syntetaza ATP- który znajduje się w
wewnętrznej błonie mitochondrialnej
jako śródbłonowy kompleks białkowy.

FOSFORYLACJA
OKSYDACYJNA



Jest to proces łączący syntezę ATP z
utlenianiem NADH i FADH2 poprzez
transport elektronów przebiegający
wzdłuż łańcucha oddechowego.



Proces ten oparty jest na mechanizmie
przedstawionym ogólnie jako hipoteza
chemiosmotyczna.



Energia uwalniana podczas transportu
elektronów zostaje wykorzystana do
pompowania jonów wodorowych na
zewnątrz mitochondrium, w celu
utworzenia elektrochemicznego
gradientu protonowego.

FOSFORYLACJA
OKSYDACYJNA



Protony przedostają się z powrotem do
mitochondrium poprzez syntazę ATP
umieszczoną w wewnętrznej błonie
mitochondrialnej i tak napędzają
syntezę ATP.



Podczas utleniania cząsteczki NADH
syntetyzowane są 2,5 cząsteczki ATP a
podczas utleniania FADH2
syntetyzowane jest 1,5 cząsteczki ATP

SPRZĘŻENIE I
KONTROLA ODDECHOWA



Transport elektronów zazwyczaj jest ściśle
sprzężony z syntezą ATP



Elektrony nie przepływają przez łańcuch
transportu elektronów do tlenu, jeżeli
równocześnie ADP nie jest fosforylowany do ATP.



Gdy ADP jest za dużo to transport elektronów
przebiega i powstaje ATP



Gdy ADP jest za mało to szybkość transportu
elektronów zmniejsza się



Proces ten nazywamy kontrolą oddechową
zapewnia on występowanie przepływu elektronów
tylko wtedy kiedy istnieje zapotrzebowanie na
syntezę ATP.

ŁAŃCUCH ODDECHOWY



To jeden z etapów oddychania
komórkowego;



Zbiera i transportuje równoważniki
redukujące (energia uwolniona
podczas utleniania węglowodanów,
kwasów tłuszczowych i aminokwasów
dostępna jest w postaci równoważników
redukujących wewnątrz
mitochondriów), kieruje je do ich
ostatecznej reakcji z tlenem, z której
powstaje woda.

ŁAŃCUCH ODDECHOWY



Praktycznie cała entalpia swobodna
uwalniana podczas utleniania
węglowodanów, tłuszczów i białek jest
gromadzona w mitochodriach w postaci
równoważników redukujących, są one
kierowane do łańcucha oddechowego,
w którym wędrują zgodnie z rosnącym
potencjałem oksydoredukcyjnym
przenośników do końcowego akceptora
tj. tlenu. W reakcji z tlenem powstaje
woda

ŁAŃCUCH ODDECHOWY



Przenośniki redoks są zgrupowane w
wewnętrznej błonie mitochondrialnej w
cztery kompleksy łańcucha
oddechowego



Trzy z czterech kompleksów, zużywając
energię uwalnianą podczas transportu
elektronów przepompowują protony na
zewnątrz błony mitochondrialnej –
powstaje transbłonowa różnica
potencjału elektrochemicznego

ŁAŃCUCH ODDECHOWY



Wewnętrzna błona mitochondrialna jest
nieprzepuszczalna dla protonów i
innych jonów, w błonie znajdują się
przenośniki wymieniacze, które
umożliwiają przejście jonom np. OH- ,
metabolitom bez rozładowania
transbłonowego gradientu
elektrochemicznego



Wiele znanych trucizn np. cyjanki
zatrzymują oddychanie przez
hamowanie łańcucha odechowego