Łańcuch oddechowy
Łańcuch oddechowy(łańcuch transportu elektronów)jest zorganizowany przestrzennie,znajduje się na grzebieniach wewnętrznej błony mitochondrialnej.Składa się on z 4 głównych kompleksów,w których przenoszenie elektronów jest sprzężone z wyzwalaniem protonów do przestrzeni międzybłonowej.Kompleksy te mogą być zabierane z błony i ponownie w nią wkomponowane bez straty aktywności.Są to kompleksy: I)reduktaza NADH-ubichinon(zwana też dehydrogenazą NADH)katalizuje przeniesienie 2e- z NADH na CoQ. Kompleks ten jest największym składnikiem białkowym błony wewnętrznej mitochondrium,o co najmniej 16 podjenostkach,zawierających jako grupę prostetyczną jedną cząstezkę FAN.Także reduktaza NADH-Q zawiera 16 kompleksów białkowych żelazowo-siarkowych typu Fe2S2 i Fe4S4.II)reduktaza bursztynian-ubichinon zawiera oprócz dehydrogenazy bursztynianowej kowalencyjnie związany FAD oraz białka żelazowo-siarkowe(Fe2S2 i Fe4S4).Kompleks ten uczestniczy w przenoszeniu wodoru z bursztynianu na ubichinon.Flawoproteina przenosząca elektrony(zawiera FAD)przejmuje wodór(lub elektrony)z dehydrogenazy acyloCoA,która jest także flawoproteiną przenosi ten wodór na reduktazę ubichinową(dehydrogenazę ETF),dalszą flawoproteinę redukującą ubichinon.ETF(flawoproteina przenosząca elektrony)pełni funkcję substratu pomocniczego pomiędzy dehydrogenazą acyloCoA i reduktazą ubichinonową.Ubichinon jest związkiem szeroko rozpowszechnionym,wyst.u roślin i zwierząt.Służy jako bardzo ruchliwy przenośnik elektronów pomiędzy flawoproteinami i cytochromu łańcucha oddechowego.Jest również substratem pomocniczym łańcucha oddechowego.Ze względu na długie izoprenowe łańcuchy boczne ubichinon jest bardzo lipofilowy i wbudowuje się w fazę lipdową błon mitochondrialnych.Stanowi on ruchomy przenośnik wodoru transportujące go z NADH(przez kompleks I)bursztynianu(przez kompleks II)oraz glicerolo-3-fosforanu i acylo-CoA(przez ETA)na kompleks III. III)reduktaza ubichinon-cytochromC.Zawiera on cytochrom b i c1. W cytochromie b hem nie wiąże się kowalencyjnie z białkiem.W cytochromie c i c1 wiąże się on z białkiem wiązaniem tioeterowym.W ich tworzeniu biorą udział grupy sulfhydrytowe dwóch reszt cysteiny z grupami winylowymi hemu.
CH3
R-CH=CH2+HS-CH2-R`R-CH-S-CH2-R` Kompleks III oprócz cytochromów zawiera białko żelazowo-siarkowe(Fe2S2).Kompleks ten przenosi elektrony z ubichinonu na cytochrom c.Cytochrom c jest to substrat poomocniczy łańcucha oddechowego.Jest to białko rozpuszczone w wodzie,luźno związane zewnętrznie(w przestrzeni międzybłonowej)z wewnętrzną błoną mitochondrialną(może być łatwo wypłukany z mitochondrium).W cytochromie c hem wiąże się z białkiem nie tylko za pomocą wiązań tioleterowych.Reszta histydyny zajmuje piąte miejsce koordynacyjne żelaza,siarka metioniny-miejsce6.Ze wzgl.na brak wolnych miejsckoordynacyjnych w Fe,grupa hemowa nie reaguje z O2,ani też z CN i CO.IV)oksydaza cytochromowa jest końcowym układem łańcucha oddechowego i katalizuje redukcję O2 do H2O w reakcji 4-elektronowej 4e+4H++O22H2O Naturalnym donorem elektronów jest tu cytochrom c.Omawiany kompleks białkowy zawiera 4 jednoelektronowe oksydoredukcyjne-2 hemy i 2 atomy Cu,które mogą ulegać redukcji z Cu2+ do Cu+.Cytochromy a przypominają hemoglobinę,bo zawierają 1 wolną pozycję koordynacyjną(przy Fe),która pozwala cytochromowi a3 na wiązanie O2 i inhibitora tj.CO,CN-. W odróznieniu od pozostałychskładników łańcucha oddechowego oksydaza cytochromowa działa w sposób odwracalny. FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA Zadaniem łańcucha oddechowego jest stopniowe uwolnienie wodoru do H2O,czemu toważyszy wyzwolenie energii swobodnej w postaci ATP przez rozłożenie procesów utleniania na wiele etapów,energia nie wyzwala się od razu w całości,lecz małymi porcjami co zmniejsza jej rozproszenie w formie energii cieplnej.Przeniesienie każdej pary elektronów NADH+ przez łańcuch oddechowy na tlen związane jest z biosyntezą 3 cząsteczek ATP.Sprzężenie transportu elektronów na określonych odcinkach łańcucha,z fosforylacj ADP(biosynteza ATP)nazywamy fosforylacją oksydacyjną.
ADP+H3PO4+energia uwolniona podczas przenoszenia wodorów i elektronów ATP Podstawową funkcją łań.oddech. jest przemiana energii wyzwalanej w toku egzogenicznych reakcji oksydoredukcyjnych w energię wiązań fosforowych ATP. W niektórych przypadkach transport elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego nie jestsprzężony z biosyntezą ATP. Wyzwolona wówczas energia swobodna nie jest wiązana chemicznie w ATP lecz ulega rozproszeniu w postaci ciepła.Istnieje wiele czynników rozprzęgających reakcje utleniania od reakcji wytwarzania ATP tj. np. a)częściowe zniszczenie struktury mitochondriów b)stosowane w rolnictwie do niszczenia chwastów-herbicydy c)niektóre antybiotyki d)różnorodne związki chemiczne