biochemiawykady, Wykład 13, Wykład 13


Wykład 13

18.05.2010.

Cykl Krebsa jest końcowym i wspólnym szlakiem utleniania substratów energetycznych, stanowi on tzw. fazę niespecyficznego utleniania związków organicznych.

Najważniejsze funkcje to:

- dostarczanie energii w postaci GTP (fosforylacja substratowa) oraz w formie zredukowanych koenzymów ( 3 cząsteczki NADH i 1 NADH2), które w łańcuchu oddechowym utleniając się, dostarczają ATP (fosforylacja oksydacyjna);

- dostarczanie szkieletów węglowych (kwasów organicznych) dla wielu procesów anabolicznych (synteza glukozy, kwasów tłuszczowych, porfiryn, aminokwasów)

- utlenianie acetylo-koenzymu A do 2 cząsteczek CO2.

U organizmów eukariotycznych enzymy tego cyklu zlokalizowane są w matrix mitochondrialnej, z wyjątkiem dehydrogenazy bursztynianowej, która zlokalizowana jest w wewnętrznej błonie mitochondrialnej.

U organizmów prokariotycznych enzymy tego cyklu zlokalizowane są w cytozolu.

w cyklu tym mają miejsce 4 odwodorowania substratów.

Te 4 reakcje katalizowane są przez:

1,2 i 3 dehydrogenaza współdziała z NADP, a 3 z FAD.

W cyklu tym funkcjonują 2 reakcje dekarboksylacji, czyli uwalniające CO2. Są one katalizowane odpowiednio przez: pierwsza przez dehydrogenazę cytrynianową, a druga przez dehydrogenazę 2-oksoglutaranową.

W cyklu tym ma miejsce 1 reakcja fosforylacji substratowej (synteza GTP z GDP i substratu z wiązaniem makroergicznym) katalizowana przez syntetazę bursztynylo koenzymu A.

W cyklu tym są też 2 reakcje uwodnienia, czyli hydratacji, katalizowane przez: akonitazę (liazy) i fumarazę (liazy).

Reakcje anaplerotyczne (uzupełniające cykl Krebsa)

Ponieważ cykl Krebsa nie jest tylko szlakiem przemian katabolicznych, jego produkty pośrednie są wykorzystywane do syntezy wielu związków, co powoduje obniżenie się poziomu niektórych produktów pośrednich tego cyklu. Poziom tych produktów jest uzupełniany na drodze reakcji anaplerotycznych.

Najważniejsze z tych reakcji to:

- Reakcja katalizowana przez karboksylazę pirogronianową, dającą produkt - szczwiooctan,

- Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę jabłczanową, dającą jako produkt jabłczan,

- Reakcja katalizowana przez karboksylazę fosfoenolopirogronianową, dającą szczawiooctan.

Cykl glioksalowy jako modyfikacja cyklu Krebsa

Cykl glioksalowy szczególnie intensywnie przebiega w kiełkujących nasionach roślin oleistych, czyli w warunkach niewykształconego aparatu fotosyntetycznego u roślin, w których występuje nadmiar CoA (w wyniku degradacji tłuszczu). U roślin oleistych cekl ten przebiega w glikoksysomach, które wyposażone są w 2 specyficzne, niewchodzące w skład cyklu Krebsa enzymy. To jest:

Pozostałe enzymy tego cyklu funkcjonują też w cyklu Krebsa. Istotą tego cyklu jest przekształcenie 2 cząsteczek acetylo CoA w 1 cząsteczkę bursztynianu. Powstający w tym cyklu bursztynian ulega przekształceniu w szczwiooctan, a ten później w procesie glukoneogenezy przekształca się w glukozę. Cykl ten nie występuje u zwierząt.

Łańcuch oddechowy i budowa mitochondrium

Wszystkie reakcje niespecyficznej fazie utleniania związków przebiegają w mitochondriach.

Mitochondria są owalnymi organellami, o wymiarach 2 x 0,5μm. Zawierają 2 systemy błon: zewnętrzną i bardzo pofałdowaną - wewnętrzna. Wewnątrz mitochondrium jest matrix, gdzie zlokalizowane są enzymy cyklu Krebsa, kompleks dehydrogenazy pirogronianowej, enzymy β-utlenienia kwasów tłuszczowych, enzymy katabolizmu aminokwasów.

Błona zewnętrzna jest łatwo przepuszczalna dla związków o masach cząsteczkowych ponieżej 4 kiloDaltonów. Jej podstawową funkcją jest "niedopuszczenie" enzymów cytoplazmatycznych do matrix. Między błoną zewnętrzną a wewnętrzną jest przestrzeń międzybłonowa, w której zlokalizowane są enzymy pośrednie związane z przemianami mitochondrialnymi (np. dehydrogenaza jabłczanowa dekarboksylująca), błona wewnętrzna jest nieprzepuszczalna nawet dla związków niskocząsteczkowych. W niej znajduje się szereg systemów transportujących, działających w obydwu kierunkach. Są to specyficzne nośniki o charakterze białek. Na wewnętrznej powierzchni błony wewnętrznej znajdują się przenośniki oksydacyjno-redukcyjne, połączone funkcjonalnie z odpowiednimi enzymami. Tworzą one tzw. łańcuch oddechowy i są od jednej strony unieruchomione a od drugiej działają w fazie wodnej matrix. Kolejność tych przenośników warunkowana jest wartością potencjału redox. Przenośniki te ułożone są w takiej kolejności, aby możliwe było przekazywanie elektronów na kolejny przenośnik. Zatem pierwszy przenośnik, będący układem fazy utlenionej i zredukowanej musi mieć największą prężność elektronową tzn. największą zdolność do oddawania elektronów. Prężność elektronowa określana jest wartością potencjału redox tj. im wyższa jest prężność tym niższy jest potencjał i odwrotnie.

Przenośniki w łańcuchu oddechowym są ułożone według rosnącego potencjału redox, czyli według, malejącej prężności elektronowej. Potencjał redox wyrażany jest w woltach i jego wartość dla określonego układu jest mierzona w stosunku do półogniwa wodorowego (standardowego półogniwa porównawczego). Przyjęto, że potencjał redox półogniwa wodorowego równa się 0. Każdy przenośnik elektronów w łańcuchu oddechowym jest układem formy utlenionej i zredukowanej i stanowi półogniwa. Jeśli budowę półogniwa X połączymy z półogniwem wodorowym to różnica potencjałów między tymi półogniwami powoduje przepływ elektronów. Zawsze elektrony płyną od układu (półogniwa) o niższym potencjale, czyli większej prężności do układu o wyższym potencjale.

Wartość mierzona w woltach napięcia w układzie zamkniętym jest miarą potencjału redox. Znak "+" lub "-" przy mierzonym napięciu zależy od kierunku przepływu elektronów. Gdy elektrony płyną od półogniwa X w kierunku półogniwa wodorowego to przy wartości mierzonego napięcia stawiamy znak "-', gdy płynie w kierunku przeciwnym stawiamy znak "+".

Potencjał redox (oksydo-redukcyjny) jest ściśle związany z energią swobodna reakcji utleniania i redukcji. Różnica potencjałów między dwoma układami może być przeliczona na ilość energii swobodnej według wzoru:

∆G 0' = -n * F * ∆E0

gdzie:

∆E0 - różnica potencjału redox E0 akceptora - E0 donora,

n - liczba przenoszonych elektronów,

F - stała -96,556 kJ * V-1 * mol-1 ,

∆E0 = +0,81V - (-0,32V) = 0,81 + 0,32 = 1,13V

∆G 0' = -2 *96,556kJ * V-1 * mol-1 * 1,13V = 220 kJ/mol

Pula energii swobodnej wynikającej z różnicy potencjałów między przenośnikami może być wykorzystywana w ................................... . Synteza ATP sprzężona z łańcuchem oddechowym nosi nazwę fosforylacji oksydacyjnej.

Łańcuch oddechowy zbudowany jest z 4 nieruchomych kompleksów białkowych zakotwiczonych w wewnętrznej błonie mitochondrialnej i z 2 składników ruchomych o niższych masach cząsteczkowych:

Elektrony też mogą przepływać ................. za pośrednictwem koenzymu Q ................................................ ...................................... lub mogą przepływać z N .................. za pośrednictwem koenzymu Q, kompleksu III, cytochromu C, kompleksu IV. Zawsze końcowym akceptorem elektronów jest O2.

Każdy z 4 kompleksów łańcucha oddechowego zawiera kilka przenośników elektronów (grupy prostetyczne) ułożonych w określonej kolejności. Tymi przenośnikami są:

Mechanizm fosforylacji oksydacyjnej wg teorii Petera Michela

Mechanizm ten zakłada, że energia swobodna uwolniona podczas transportu elektronów jest wykorzystywana do tworzenia w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej gradientu protonowego, który jest jedną z dwóch sił napędzających syntezę ATP. Największe zmiany energii swobodnej mają miejsce w 3 głównych kompleksach enzymatycznych łańcucha oddechowego tj.: w kompleksie I, III, IV. Zmiana energii swobodnej w tych 3 miejscach jest na tyle duża, że mogą one funkcjonować jako pompy protonowe, tłoczące H+ (protony) z matrix do przestrzeni międzybłonowej.

...........

...........

...........

Zapis ten również oznacza, że jest to fragment DNA, w którym pierwszy nukleotyd zawiera tyminę, drugi - guaninę, trzeci - cytozynę.

Kolejność nukleotydów w łańcuchu zawsze zapisywana jest w kierunku 5' → 3'.

Jednym z najważniejszych odkryć XX wieku było wykazanie przez Watsona i Creeka, że DNA występuje w postaci podwójnej nici skręconej prawoskrętnie wokół hipotetycznej osi. Nici te ustawione są przeciwstawnie tj.: 3' → 5' ; 5' → 3' , dzięki czemu możliwe jest wytwarzanie wiązań wodorowych między parami zasad A = A i C ≡ G. Połączenie zasad w pary, gdzie zawsze zasada ..... łączy się z zasadą piramidową wiązaniem wodorowym powoduje, że sekwencja zasad w jednym łańcuchu określa kolejność zasad w drugim. Łańcuchy stają się komplementarne. Podwójna nić DNA jest tak ułożona w przestrzeni, że reszty kwasu fosforowego i rybozy mają charakter hydrofilowy, ułożone są na zewnątrz helisy, a zasady azotowe mają charakter hydrofobowy, znajdują się wewnątrz helisy. Dzięki takiej budowie cząsteczka DNA otoczona jest płaszczem wodnym co daje jej trwałość.

...... .


Wyszukiwarka