1

Łańcuch oddechowy i

fosforylacja oksydacyjna

Główne przemiany metaboliczne

prowadzące do wytworzenia ATP

FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA

1.

Budowa i funkcje mitochondriów.

2.

Fosforylacja oksydacyjna- to proces
powstawania ATP napędzany
transportem elektronów z substratów
oddechowych na tlen. W procesie tym
pośredniczy siła protonomotoryczna
wytworzona przez gradient pH i różnicę
potencjału elektrochemicznego na
wewnętrznej błonie mitochondrialnej.

3.

Fosforylacja oksydacyjna zachodzi w
błonie komórkowej organizmów
prokariotycznych i w wewnętrznej błonie
mitochondrialnej organizmów
eukariotycznych.

SUBSTRATY ODDECHOWE

Dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (NAD)

SUBSTRATY ODDECHOWE

Dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD)

CZĄSTECZKI UCZESTNICZĄCE W TRANSPORCIE

ELEKTRONÓW WZDŁUŻ ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO

2

CZĄSTECZKI UCZESTNICZĄCE W TRANSPORCIE ELEKTRONÓW

WZDŁUŻ ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO

Centra żelazo-siarkowe

2Fe-2S

4Fe-4S

Redukcja ubichinonu do ubichinolu

SKŁADNIKI ŁAŃCUCHA TRANSPORTU ELEKTRONÓW

Cytochrom a,
Cytochrom a

3

,

Cu

A

, Cu

B

160

(10 podjednostek)

Oksydaza cytochromu c
(Oksydaza cytochromowa)

Cytochrom b

562,

Cytochrom b

566,

Cytochrom c

1

białka Fe-S

250

(10 podjednostek)

Oksydoreduktaza
koenzym Q-cytochrom c
(Reduktaza cytochromowa)

FAD,
białka Fe-S

140

(4 podjednostki)

Reduktaza
bursztynian – koenzym Q

FMN,
białka Fe-S

880

(34 podjednostki)

Oksydoreduktaza
NADH- koenzym Q
(Dehydrogenaza NADH)

Grupa
prostetyczna

Masa

(kilodaltony

)

Kompleks
enzymatyczny

Koenzym Q – ruchomy przenośnik elektronów

Cytochrom C – ruchomy przenośnik elektronów

ŁAŃCUCH TRANSPORTU ELEKTRONÓW

• Transport elektronów przez łańcuch

oddechowy jest wymuszony różnicą

potencjału redoks między NADH i O

2

.

• E

o

’

dla NADH wynosi – 0,32 V

E

o

’

dla O

2

wynosi + 0,82 V.

NADH + H

+

+ ½ O

2

NAD

+

+ H

2

O

∆

∆

∆

∆ E

o

’

= 0,82 – (-0.32)= +1.14 V

∆

∆

∆

∆G

o

’

= - nF ∆

∆

∆

∆ E

o

’

n – ilość przeniesionych elektronów

F – stała Faradaya
∆

E

o

’

– zmiana potencjału redoks

∆

G

o

’

– energia swobodna wydzielana podczas

reakcji utleniania.

∆

∆

∆

∆G

o

’

= -2 x 96,556kJ·V

-1

·mol

-1

x 1,14V =

= - 220kJ/mol

ADP + P

i

+ H

+

ATP + H

2

O ∆G

0’

= 30,5kJ/mol

Mathews i inni, Biochemistry, 2000,
zmodyfikowany

SZCZEGÓŁOWY OBRAZ TRANSPORTU

ELEKTRONÓW

Oksydoreduktaza NADH-Q

Reduktaza

NADH-koenzym Q)

POMPA PROTONOWA

Oksydoreduktaza koenzym

Q-cytochrom c

(Reduktaza cytochromowa)

POMPA PROTONOWA

Reduktaza bursztynian – koenzym Q

Oksydaza cytochromu c

(Oksydaza

cytochromowa)

POMPA PROTONOWA

Teoria chemiosmotyczna Mitchella

Wzór wyrażający siłę

protonomotoryczną

∆

µH = ∆Ψ - 2,3RT ∆pH / F

FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA

1.

PETER MITCHELL – HIPOTEZA CHEMIOSMOTYCZNA – 1961rok.

2.

Transport elektronów i wytwarzanie ATP są sprzężone przez gradient protonowy

utworzony w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej.

3.

Przepływ elektronów z NADH lub FADH

2

przez łańcuch oddechowy powoduje

uwalnianie energii. Jest ona wykorzystywana do przepompowania protonów z

matriks mitochondrialnej do przestrzeni międzybłonowej. Uczestniczą w tym:

kompleks I, kompleks III i kompleks IV.

4.

Stężenie H

+

w przestrzeni międzybłonowej wzrasta. Powstaje gradient pH. Jedna

ze składowych siły protonomotorycznej napędzającej syntezę ATP zostaje

wytworzona przez tę różnicę stężeń jonów H

+

.

5.

Jednocześnie cytoplazmatyczna (zewnętrzna) strona wewnętrznej błony

mitochondrialnej uzyskuje ładunek dodatni, a strona wewnetrzna ładunek ujemny.

Powstaje różnica potencjałów elektrochemicznych na wewnnętrznej błonie

mitochondrialnej – druga składowa siły protonomotorycznej napędzającej syntezę

ATP zostaje wytworzona przez różnicę stężeń jonów H

+

.

6.

Wzór na siłę protonomotoryczną

∆

µ

H

= ∆Ψ - 2,3RT ∆pH / F

7. Protony mogą powrócić do matriks jedynie przez specjalne kanały, którymi są

cząsteczki enzymu

syntazy ATP.

3

BUDOWA I DZIAŁANIE SYNTAZY ATP

Struktura syntazy ATP

Powrót 3H

+

przez
podjednostkę
F

0

syntazy

ATPdo matrix
mitochondrium
= 1 ATP

DZIAŁANIE
SYNTAZY
ATP

• Podjednostki ß syntazy ATP posiadają miejsca katalityczne - miejsca wiązania

nukleotydów: ADP +Pi oraz ATP.

• Podjednostki ß syntazy ATP są funkcjonalnie nierównoważne:
• miejsce katalityczne w formie

O

- otwarte – ma znikome powinowactwo do

substratów;

• miejsce katalityczne w formie

L

– luźno wiąże substraty i nie ma aktywności

katalitycznej;

• miejsce katalityczne

T

– mocno wiąże substraty ( ADP i Pi ) i jest katalitycznie

aktywne.

• Energia wniesiona przez przepływ protonów przez kanał Fo, powoduje zmianę

konformacji miejsc katalitycznych: T przechodzi w O, L w T a miejsce O w L.

• Te zmiany konformacyjne zachodzą prawdopodobnie na skutek rotacji podjednostek

ß względem podjednostki

γ

.

Podjednostka γ przenosi energię protonów i wymusza

transformację miejsca T w miejsce O, aby nastąpiło odłączenie ATP.

STRYER L.

BIOCHEMIA, 1997