Główne przemiany metaboliczne
prowadzące do wytworzenia ATP
A
ańcuch oddechowy i
fosforylacja oksydacyjna
SUBSTRATY ODDECHOWE
FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA
Dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (NAD)
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 CZ
STECZKI UCZESTNICZ
CE W TRANSPORCIE
ELEKTRONÓW WZDA
UŻ A
AC
CUCHA ODDECHOWEGO
Dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD)
1
CZ
STECZKI UCZESTNICZ
CE W TRANSPORCIE ELEKTRONÓW
SKA
ADNIKI A
AC
CUCHA TRANSPORTU ELEKTRONÓW
WZDA
UŻ A
AC
CUCHA ODDECHOWEGO
Kompleks Masa Grupa
2Fe-2S 4Fe-4S
enzymatyczny (kilodaltony) prostetyczna
880 FMN,
Oksydoreduktaza
(34 podjednostki) białka Fe-S
NADH- koenzym Q
Centra żelazo-siarkowe
(Dehydrogenaza NADH)
140 FAD,
Reduktaza
(4 podjednostki) białka Fe-S
bursztynian  koenzym Q
250 Cytochrom b562,
Oksydoreduktaza
(10 podjednostek) Cytochrom b566,
koenzym Q-cytochrom c
Cytochrom c1
(Reduktaza cytochromowa)
białka Fe-S
160 Cytochrom a,
Oksydaza cytochromu c
(10 podjednostek) Cytochrom a3,
(Oksydaza cytochromowa)
CuA, CuB
Koenzym Q  ruchomy przenośnik elektronów
Cytochrom C  ruchomy przenośnik elektronów
Redukcja ubichinonu do ubichinolu
A
AC
CUCH TRANSPORTU ELEKTRONÓW
SZCZEGÓA
OWY OBRAZ TRANSPORTU
ELEKTRONÓW
" Transport elektronów przez łańcuch
oddechowy jest wymuszony różnicą
potencjału redoks między NADH i O2.
Reduktaza bursztynian  koenzym Q
" Eo dla NADH wynosi  0,32 V
Eo dla O2 wynosi + 0,82 V.
NADH + H+ + � O2 NAD+ + H2O
" Eo = 0,82  (-0.32)= +1.14 V
"
"
"
"Go = - nF " Eo
" "
" "
" "
n  ilość przeniesionych elektronów
F  stała Faradaya
" Eo  zmiana potencjału redoks
"Go  energia swobodna wydzielana podczas
reakcji utleniania. Oksydoreduktaza NADH-Q Oksydaza cytochromu c
Oksydoreduktaza koenzym
"Go = -2 x 96,556kJ�V-1�mol-1x 1,14V = Q-cytochrom c
"
"
"
Reduktaza (Oksydaza
= - 220kJ/mol
cytochromowa)
(Reduktaza cytochromowa)
NADH-koenzym Q)
POMPA PROTONOWA
POMPA PROTONOWA
POMPA PROTONOWA
ADP + Pi + H+ ATP + H2O "G0 = 30,5kJ/mol
Mathews i inni, Biochemistry, 2000,
zmodyfikowany
FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA
Teoria chemiosmotyczna Mitchella
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 FADH2 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.
Wzór wyrażający siłę
protonomotoryczną
4. Stężenie H+ w przestrzeni międzybłonowej wzrasta. Powstaje gradient pH. Jedna
ze składowych siły protonomotorycznej napędzającej syntezę ATP zostaje
"�H = "� - 2,3RT "pH / F 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
"�H = "� - 2,3RT "pH / F
7. Protony mogą powrócić do matriks jedynie przez specjalne kanały, którymi są
cząsteczki enzymu syntazy ATP.
2
BUDOWA I DZIAA
ANIE SYNTAZY ATP
Struktura syntazy ATP
Powrót 3H+
przez
podjednostkę
F0 syntazy
ATPdo matrix
mitochondrium
= 1 ATP
DZIAA
ANIE
SYNTAZY
ATP
" Podjednostki � syntazy ATP posiadają miejsca katalityczne - miejsca wiązania
nukleotydów: ADP +Pi oraz ATP.
" Podjednostki � syntazy ATP są funkcjonalnie nierównoważne:
" miejsce katalityczne w formie O - otwarte  ma znikome powinowactwo do
substratów;
" miejsce katalityczne w formie L  luz
no 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
� względem podjednostki ł. Podjednostka ł przenosi energię protonów i wymusza
transformację miejsca T w miejsce O, aby nastąpiło odłączenie ATP.
STRYER L.
BIOCHEMIA, 1997
3