FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA 
FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA 
A
AC
CUCH TRANSPORTU e  ODDYCHANIE KOMÓRKOWE
A
AC
CUCH TRANSPORTU e ODDYCHANIE KOMÓRKOWE
Proces syntezy ATP zachodzący w wyniku przeniesienia e z NADH lub FADH2 (wytworzone w cyklu kwasu
Proces syntezy ATP zachodzący w wyniku przeniesienia e
2
cytrynowego  cyklu Krebsa) na O2 przez szereg przenośników e . Zachodzi w mitochondrium
przez szereg przenośników w mitochondrium.
Błona zewnętrzna jest łatwo przepuszczalna dla większości zw, cząsteczek i jonów ze względu na obecność
Błona zewnętrzna jest łatwo przepuszczalna dla większości zw, cząsteczek i jonów ze względu na obecność
Błona zewnętrzna jest łatwo przepuszczalna dla większości zw, cząsteczek i jonów ze względu na obecność
białka tworzącego por  mitochondrialnej poryny  kanał anionowy zależny od potencjału  VDAC.
mitochondrialnej poryny kanał anionowy zależny od potencjału
Błona wewnętrzna jest nieprzepuszczalna prawie dla wszystkich jonów i cz polarnych, które mogą być
jest nieprzepuszczalna prawie dla wszystkich jonów i cz polarnych, które mogą być
przenoszone jedynie przez rodziny transbłonowych kompleksów błonowych  nośników.
przenoszone jedynie przez rodziny transbłonowych kompleksów błonowych
Dwie błony określamy mianem:
Strona cytoplazmatyczna, strona P
Strona cytoplazmatyczna, strona P  positive
Strona matriksowa, strona N  negative
matriksowa, strona N
Matriks ma ładunek ujemny ponadto wykazuje pH zasadowe.
ma ładunek ujemny ponadto wykazuje pH zasadowe.
U prokariontów syntaza ATP jest umiejscowiona w błonie matriksowa, czyli bardziej wewnętrznej.
TP jest umiejscowiona w błonie matriksowa, czyli bardziej wewnętrznej.
Mitochondria u eukariontów powstały na drodze endosymbiozy z bakteriami purpurowymi  Rickettsia
Mitochondria u eukariontów powstały na drodze endosymbiozy z bakteriami purpurowymi
prowazekii  zawierają własne DNA, kodujący własne białka, RNA i rybosomy 70S
zawierają własne DNA, kodujący własne białka, RNA i rybosomy 70S.
 Podczas fosforylacji oksydacyjnej potencjał przenoszenia e NADH lub FADH2 ulega przekształceniu w potencjał
przenoszenia fosforanów ATP. Miarą tego przenoszenia jest "Go hydrolizy zaktywowanego zw fosforanowego.
Wartością określającą potencjał przenoszenia e jest potencjał redoks  oksydoredukcyjny = E0 .
"Go = - nF "E0
n  liczba przeniesionych e
F  stała Faradaya = 96,48 kJ/mol "V
Substancja o + potencjale redukcyjnym E0 wykazuje większe powinowactwo do e niż H2.
Substancja o  potencjale redukcyjnym E0 wykazuje mniejsze powinowactwo do e niż H2.
Zatem silne reduktory (np. NADH) wykazują ujemny E0 .
A silne utleniacze(np. O2) mają E0 dodatni.
Zmianę energii swobodnej "Go można wyliczyć z potencjałów redukcyjnych reaktantów:
A Pirogronian + NADH + H+ mleczan + NAD+
Pirogronian + 2H+ + 2e mleczan E0 = -0,19V B
NAD+ + H+ + 2e NADH E0 = -0,32V C
Ponieważ C w reakcji A biegnie w przeciwnym kierunku, po dodaniu obu reakcji B + (-C) otrzymamy reakcję A
Wartość energii swobodnej dla B:
"Go = -2 " 96,48kj/mol"V " (-0,19V) = +36,7 kJ/mol
Wartość energii swobodnej dla -C:
"Go = -2 " 96,48kj/mol"V " (+0,32V) = -61,8 kJ/mol
Wartość energii swobodnej dla A:
"Go = "Go + "Go =
B -c
+36,7 + (-61,8) = -25,1 kJ/mol (-6,0 kcal/mol)
Siłą napędzającą fosforylację oksydacyjną jest potencjał przenoszenia e NADH lub FADH2 do O2,
który wynosi -220,1 kJ/mol.
Natomiast energia swobodna przeniesienia 1 H+ z matriks do cytozolu wynosi 21,8 kJ/mol
W skład łańcucha oddechowego wchodzą 4 kompleksy:
W skład łańcucha oddechowego wchodzą 4
3 pompy protonowe
I  Oksydoreduktaza NADH  Q
Oksydoreduktaza NADH
III  Oksydoreduktaza Q  cytochrom c
Oksydoreduktaza Q
IV  Oksydaza cytochromu c (cytochromowa)
Oksydaza cytochromu c (cytochromowa)
kompleks fizycznie związany z cyklem Krebsa
kompleks fizycznie związany z cyklem Krebsa
II  reduktaza bursztynian  Q
a bursztynian
I, III, IV tworzą kompleks supramolekularny zwany - respirasomem
I, III, IV tworzą kompleks supramolekularny zwany
e przenoszone są z I - oksydoreduktazy NADH  Q na III  oksydoreduktazę Q  cytochrom c za pomocą Q 
oksydoreduktazy NADH 
ubichinonu (jego zredukowaną formę  koenzym Q10  u ssaków)  jako hydrofobowy szybko dyfunduje w
(jego zredukowaną formę jako hydrofobowy szybko dyfunduje w
wewnętrznej błonie mitochondrium. Następnie małe białko przerzuca
wewnętrznej błonie mitochondrium. Następnie małe białko  cytochrom c przerzuca e z oksydoreduktazy Q 
cytochrom c na oksydazę cytochromu c, która jest ostatnim składnikiem łańcucha oddechowego, katalizującym
oksydazę cytochromu c łańcucha oddechowego, katalizującym
redukcję O2.
Ubichinon występuje w 3 formach utlenienia:
Ubichinon występuje w 3 formach utlenienia:
Całkowicie utleniony ubichinon  Q
Koenzym Q  QH"
Dwie grupy ketonowe  ubichinon  QH2
e z FADH2 (generowane przez dehydrogenazę bursztynianową cykl Krebsa) są najpierw przenoszone na Q, a
zez dehydrogenazę bursztynianową  cykl Krebsa) są najpierw przenoszo
następnie do kompleksu oksydoreduktazy Q  cytochrom c.
oksydoreduktazy Q
Oksydoreduktaza NADH  Q = kompleks I  kodowany przez geny mitochondrialne i jądrowe.
Q = kompleks I kodowany przez geny mitochondrialne i jądrowe.
Zawiera 2 grupy prostetyczne
FMN
FMN
Centra żelazowo
Centra żelazowo  siarkowe:
2Fe  2S 4Fe
4Fe  4S
e pochodzące z NADH wprowadzane są na MA  FMN oksydoreduktazy NADH  Q (powstaje FMNH2) a
pochodzące z NADH wprowadzane są na NADH
następnie przez szereg centrów Fe  S do koenzymu Q.
S do koenzymu Q.
Przeniesione zostaje 2 e oraz zostają wypompowane 4H+ z matriks mitochondrialnej. Koenzym Q pobiera 2H+ oraz 2e
wypompowane 4H z matriks mitochondrialnej. Koenzym Q pobiera 2H
i ulega redukcji do QH2.
NADH + Q + 5H+ NAD+ + QH2 + 4H+
matriks cytozol
QH2 opuszcza enzym i przechodzi do hydrofobowego wnętrza błony.
opuszcza enzym i przechodzi do hydrofobowego wnętrza błony.
Utlenienie 1 cz NADH dostarcza 2,5 cz ATP
Utlenienie 1 cz NADH dostarcza 2,5 cz ATP
 Ponadto FADH2 łączy się z kompleks
kompleksem reduktazy bursztynian  Q  II
(w skład którego wchodzi enzym cyklu Krebsa = dehydrogenaza bursztynianowa),
(w skład którego wchodzi enzym cyklu Krebsa
który jest integralnym białkiem błony wew mitochondrium;
ałkiem błony wew mitochondrium;
przekazuje swoje 2e na centra Fe  S a na następnie na Q, który dalej przekazuje
S a na następnie na Q, który dalej przeka
je na łańcuch oddechowy.
BURSZTYNIAN + Q + FADH2 HQ2 + FUMARAN + FAD
HQ
Kompleks reduktazy bursztynian  Q w przeciwieństwie do kompleksu I
w przeciwieństwie do kompleksu I
nie przenosi protonów, wobec czego powstaje mniej cz ATP,
nie przenosi protonów, wobec czego powstaje mniej cz ATP,
niż podczas utleniania NADH.
Z 1 cz FADH2 powstaje 1,5 cz ATP
Cykl Q
Następnie QH2 łączy się z kolejną pompą protonową łańcucha oddechowego  oksydoreduktazą Q 
łączy się z kolejną pompą protonową łańcucha oddechowego
łączy się z kolejną pompą protonową łańcucha oddechowego
cytochrom c, zwaną również kompleksem III. Zadaniem kompleksu III  oksydoreduktazy Q  cytochrom c jest
, zwaną również kompleksem III. Zadaniem kompleksu III oksydoreduktazy Q
katalizowanie przeniesienia 2e na cytochrom c (cyt c  białka rozpuszczalnego w wodzie) oraz wypompowanie
cytochrom c białka rozpuszczalnego w wodzi
protonów do matriks mitochondrialnej. Kompleks III jest o połowę mniej wydajny w przenoszeniu protonów niż
matriks mitochondrialnej. Kompleks III jest o połowę mniej wydajny w przenoszeniu protonów niż
matriks mitochondrialnej. Kompleks III jest o połowę mniej wydajny w przenoszeniu protonów niż
oksydoreduktaza NADH  koenzym Q.
QH2 + 2cyt cutl + 2H+ Q + 2cyt c
Q + 2cyt czred + 4H+
matriks cytozol
Ostatnią pompą protonową jest oksydaza cytochromowa  kompleks IV. Pompa ta przenosi e ze
Ostatnią pompą protonową jest kompleks IV.
zredukowanego cytochromu c na cząsteczkę O2.
zredukowanego cytochromu c na cząsteczkę O
Oksydaza cytochromowa składa się z 13 jednostek (z czego 3 koduje genom mitochondrialny). Pompa ta
składa się z 13 jednostek (z czego 3 koduje genom mitochondrialny). Pompa ta
zawiera dwa hemy A (a i a3) oraz 3 jony miedzi( Cu
) oraz 3 jony miedzi( CuA/CuA oraz CuB).
Cytochrom c przekazuje e na CuA/CuA, następnie na hem a, następnie na hem a3, by z niego został
na Cu , następnie na hem
przeniesiony na CuB, który przenosi go na O tworzą centrum aktywne enzymu, w którym O
, który przenosi go na O2. Hem a3 oraz CuB tworzą centrum aktywne enzymu, w którym O2 zostaje
zredukowany do H2O. Aby tego dokonać oksydaza cytochromowa musi związać kolejno 4 cząsteczki
O. Aby tego dokonać musi związać kolejno 4 cząsteczki cytochromu c a
także zaangażowane musi być 4H+, powstaje przejściowo najpierw nadtlenek O22- następnie OH
powstaje następnie OH-, które po związaniu
kolejnych 4 protonów dają H2O. Oksydaza cytochromowa przenosi  nadmiarowe
Oksydaza cytochromowa
H+ do cytozolowej części błony 
te H+ podwajają wydajność magazynowania energii swobodnej,
podwajają wydajność magazynowania energii swobodnej,
w postaci gradientu protonowego na końcowym etapie
w postaci gradientu protonowego na końcowym etapie
łańcucha transportu elektronów.
4cyt czred + 8H+ + O2 4cyt c
4cyt cutl + 2H2O + 4H+
matriks cytozol
 Ostatnim, końcowym elementem fosforylacji oksydacyjnej jest kompleks V  syntaza ATP. Na podstawie
badań nad bakteriorodopsyną wysnuto wniosek, że łańcuch oddechowy oraz synteza ATP są biochemicznie
oddzielnymi układami, związanymi jedynie poprzez siłę protonomotoryczną.
ADP + Pi + 4H+ ATP + H2O + 4H+
cytozol matriks
Związana z enzymem  syntazy ATP  cząsteczka ATP tworzy się pod nieobecność siły protonomotorycznej. Tak
więc rolą gradientu protonowego nie jest udział w syntezie ATP, lecz dysocjacja ATP od enzymu.
Syntaza ATP  ATPaza F0F1
Podjednostkę F1 buduje pięć rodzajów łańcuchów polipeptydowych:
ą3 �3 ł � �
ą i � są względem siebie homologiczne  należą do NTPaz typu P
ł  ma długą ą heliakalną część sięgająca środka heksametru ą3 �3,
co narusza jego symetrię: każda z podjednostek � oddziałuje z inną
stroną ł, dzięki czemu każda � ma inną konformację.
Podjednostka F0 jest segmentem hydrofobowym, zakotwiczonym w
błonie mitochondrialnej. Zawiera kanał protonowy. Składa się on z
pierścienia 10  14 zanurzonych w błonie podjednostek c, od strony
zew pierścienia przylega jedna podjednostka a.
Segmenty F0 i F1 połączone są za pomocą centralnego trzonka ł� oraz
przez zew kolumnę zbudowaną z 1 podjednostki a, 2 podjednostek b
i podjednostki �.
Pierścień podjednostek c oraz trzonek ł� tworzą specyficzny rotor 
wirnik  jednostkę ruchomą syntazy ATP. Ruch obrotowy tej części
odpowiada za syntezę ATP.
Jedna z podjednostek syntazy ATP  ł obraca się oddziałując na 3 podjednostki �:
� przyjmuje konformację L  luz
ną  która wiąże ADP i Pi.
� w konformacji T  ściśniętej  tak mocno wiąże ATP, że z ADP i Pi powstaje właśnie ATP.
� w konformacji O  otwartej  wypuszcza nowopowstałą cz ATP i umożliwia ponowne związanie ADP i Pi.
Podjednostka ł obracając się o 120o zmienia konformacje 3 podjednostek �:
ó ó
�  L ó �  T �  O �  L
ż ż
Synteza i odłączanie ATP zachodzi tylko wtedy, gdy podjednostka ł obraca się w odpowiednim kierunku.
Energii do obrotu o 120o dostarcza hydroliza 1 cz ATP, bądz
też przepływ H+  gradient protonowy.
Ruch obrotowy podjednostki ł wywołany jest obracającym się pierścieniem podjednostek c (których jest 10 
14), w którym kluczową role odgrywa reszta asparaginianu 61, która w środowisku hydrofilowym za pomocą półkanału
w podjednostce a oddaje protony. Dzięki temu protony po stronie cytozolowej (zgromadzone tam za pomocą
łańcucha transportu e ) wchodzą do półkanału strony cytozolowej  hydrofilowej  w podjednostce a i wiążą się z Asp
61  podjednostka związana z protonem obraca się tak długo, dopóki nie przejdzie on do drugiego półkanału 
matriksowego  który leży w środowisku ubogim w protony, następuje uwolnienie H+ do matriks mitochondrium.
Każdy obrót podjednostki ł o 360o powoduje syntezę i uwolnienie 3 cz ATP. Zatem jeśli w pierścieniu znajduje
się 10 podjednostek c , to każda wytworzona cz ATP wymaga transportu  10/3 H" 3,33 protonów.