TRANSPORT
ELEKTRONÓW I
FOSFORYLACJA
OKSYDACYJNA
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