FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA

1.Budowa i funkcja mitochondriow
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.

SKŁADNIKI MITOCHONDRIALNEGO ŁAŃCUCHA

TRANSPORTU ELEKTRONÓW

Kompleks
enzymatyczny

Masa

(kilodaltony

)

Grupa
prostetyczna

Reduktaza
NADH- koenzym Q

880

FMN,
białka Fe-S

Reduktaza
bursztynian – koenzym

Q

140

FAD,
białka Fe-S

Reduktaza

cytochromowa

250

Cytochrom b

562,

Cytochrom b

566,

Cytochrom c

1

białka Fe-S

Oksydaza

cytochromowa

160

Cytochrom a,
Cytochrom a

3

,

Cu

A

, Cu

B

CZĄSTECZKI UCZESTNICZĄCE W TRANSPORCIE

ELEKTRONÓW WZDŁUŻ ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO

NAD

+

FAD

CZĄSTECZKI UCZESTNICZĄCE W TRANSPORCIE

ELEKTRONÓW WZDŁUŻ ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO

CZĄSTECZKI UCZESTNICZĄCE W TRANSPORCIE ELEKTRONÓW

WZDŁUŻ ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO

Centra żelazo-
siarkowe

2Fe-2S

4Fe-4S

Redukcja ubichinonu do
ubichinolu

CZĄSTECZKI UCZESTNICZĄCE W TRANSPORCIE

ELEKTRONÓW WZDŁUŻ ŁAŃCUCHA

ODDECHOWEGO

Struktura cytochromu C

Skladniki lancucha

transportu elekronow

Kompleks

enzymatyczny

Masa (kilodaltony)

Grupa prostertyczna

Oksydoteduktaza NADH –

koenzym Q

(Dehydrigenaza NADH)

880 (34 podjednostki)

FMN, bialka Fe-S

Reduktaza bursztynian

koenzym Q

140 (4 podjednostek)

FAD , bialka Fe-S

Oksydoreduktaza

koenzym Q cytochrom c

(reduktaza

cytochromowa)

250 (10 podjednostek)

Cytochrom B562,

Cytochrom B566,

Cytochrom C1,

bialka Fe-S

Oksydaza cytochromu c

(oksydaza cytochromowa

160 (10 podjednostek)

Cytochrom a1,

Cytochrom a3, Cu1

CuB

ŁAŃCUCH TRANSPORTU ELEKTRONÓW

•

Transport elektronów przez łańcuch
oddechowy jest wymuszony różnicą
potencjału redoks między NADH i O

2

.

•

Silne reduktory wykazują ujemny
potencjał oksydoredukcyjny (

E

o

’

dla

NADH wynosi

– 0,32 V

), a silne utleniacze mają

dodatni potencjał redoks, na przykład

E

o

’

dla O

2

wynosi + 0,82 V.

NADH + H

+

+ ½ O

2

NAD

+

+ H

2

O

Δ E

o

’

= 0,82 – (-0.32)= +1.14 V

ΔG

o

’

= - nF Δ E

o

’

ΔG

o

’

= -2 x 96,556kJ·V

-1

·mol

-1

x 1,14V = -

220kJ/mol

n – ilość przeniesionych elektronów
F – stała Faradaya
Δ E

o

’

–

zmiana potencjału redoks

ΔG

o

’

– energia swobodna wydzielana

podczas reakcji utleniania.

Różnica potencjałów red-ox pomiędzy

utleniaczem a reduktorem w reakcji redox

jest miarą wyzwalanej energii swobodnej.

Mathews i inni, Biochemistry,
2000, zmodyfikowany

DZIAŁANIE POMP PROTONOWYCH

• Dehydrogenaza NADH

NADH + Q + 5H

+

matriks

NAD

+

+ QH

2

+ 4H

+

cytozol

• Reduktaza cytochromowa

QH

2

+ 2 cyt c

utleniony

+ 2H

+

matriks

Q + 2cyt c

zred

+

4H

+

cytozol

• Oksydaza cytochromowa

4cyt c

zred

+ 8H

+

matriks

+ O

2

4cyt c

utl

+ 2

H

2

O +

4H

+

cytozol

HIPOTEZA CHEMIOSMOTYCZNA MITCHELLA

CZĘŚĆ I

Matriks mitochondrialna

Przestrzeń międzybłonowa

Zewnętrzna

błona mitochondrialna

Wewnętrzna błona
mitochondrialna

FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA

1.PETER MITCHELL – HIPOTEZA CHEMIOSMOTYCZNA – 1961rok.

2.Transport zwrotny 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 (ΔpH), jedna ze składowych siły protonomotorycznej napędzającej syntezę

ATP.

5.Jednocześnie cytoplazmatyczna (zewnętrzna) strona wewnętrznej

błony mitochondrialnej uzyskuje ładunek dodatni, a strona wewnetrzna

ładunek ujemny. Powstaje więc różnica potencjałów elektrochemicznych(ΔΨ)

na wewnnętrznej błonie mitochondrialnej ,czyli druga składowa siły

protonomotorycznej napędzającej syntezę ATP.

6. Wzór na siłę protonomotoryczną

Δµ

H

= ΔΨ - 2,3RT ΔpH / F

7. Protony mogą powrócić do matriks jedynie przez specjalne

kanały, którymi są cząsteczki enzymu

syntazy ATP.

BUDOWA SYNTAZY ATP

KONFORMACYJNA HIPOTEZA SYNTEZY ATP

1.Sformułował ją Paul Boyer przy współpracy z J. Walkerem.Nagroda Nobla w

dziedzinie chemii – 1997r.

2.Podjednostki ß syntazy ATP posiadają miejsca katalityczne - miejsca wiązania

nukleotydów: ADP +P

i

oraz ATP.

3.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 P

i

) i jest katalitycznie

aktywne.

5.Energia wniesiona przez przepływ protonów przez kanał F

o

, powoduje zmianę

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

6.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.

ELEKTRONY Z CYTOPLAZMATYCZNEGO NADH

WCHODZĄ DO MITOCHONDRIÓW ZA

POŚREDNICTWEM CZÓŁENEK

STRYER L. BIOCHEMIA 1997

DZIAŁANIE TRANSLOKAZY ATP- ADP

1.Translokaza posiada pojedyncze miejsce wiązania nukleotydów, które

oddziałuje raz z cytoplazmatyczną, a raz z matriksową stroną wewnętrznej

błony mitochondrialnej.

2.Wejście ADP do matriks mitochondrialnej jest jest sprzężone z wyjściem

ATP.

3.Działanie translokazy jest hamowane przez

atraktylozyd ( glikozyd

roślinny )

lub

kwas bongkrekowy ( antybiotyk otrzymywany z pleśni ).

Każdy z

tych inhibitorów zatrzymuje fosforylację oksydacyjną zaraz po jego podaniu.

STRYER L.
BIOCHEMIA, 1997

WYDAJNOŚĆ ATP PRZY CAŁKOWITYM UTLENIENIU

GLUKOZY

STRYER L.
BIOCHEMIA, 1997

INHIBITORY I ROZPRZĘGACZE ŁAŃCUCHA

ODDECHOWEGO

1.

2.

TERMOGENINA

STRYER L., BIOCHEMIA, 1997

REAKTYWNE FORMY TLENU (ROS, ang. reactive oxygen

species)

AKTYWNE FORMY TLENU I ENZYMY OCHRONNE

STRYER L., BIOCHEMIA, 1997

ENZYMY OCHRONNE

• Organizmy eukariotyczne

zawierają dwie formy dysmutazy

ponadtlenkowej (SOD):

1.zawierającą magnez

zlokalizowaną w mitochondriach;

2.zawierającą cynk i miedż

zlokalizowaną w cytoplazmie.

Obie formy posiadają zbliżony

mechanizm działania.

• Utleniona forma SOD (M

ox

)

wchodzi w reakcję z jonem

ponadtlenkowym i powstaje O

2

i

zredukowana forma enzymu

(M

red

).

• Zredukowana forma enzymu

reaguje z drugim jonem

ponadtlenkowym i dwoma

protonami, powstaje nadtlenek

wodoru i zostaje zregenerowana

utleniona forma enzymu.

INNE ZWIĄZKI – WYMIATACZE WOLNYCH RODNIKÓW

Kwas askorbinowy
( wit.C)

Witamina E

Glutation – forma zredukowana