ObrazE211

L2 Transport elektronów

I FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA

Hasła

Wprowadzenie 1 Funkcją transportu elektronów i fosforylacji oksydacyjne) jest - ■■ i    * utlenianie NADHI PADHj oraz utrzymywanie uwolnionej energii

w cząsteczce ATP. U eukariotów transport elektronów i fosforylacja oksydacyjna zadtodzą w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, u prokariotów zaf procesy te przebiegają w błonie komórkowej

Potencjał

I oksydoredukcyjny

Transport elektronów a NADH

Potencjał oksydoredukcyjny, E (lub potencjał redoks) substancji jest miarą jej powinowactwa do elektronów. Standardowy potencjał redoks (Eo') mierzy się w warunkach standardowych, w pH 7 i wyraża w woltach. Standardową zmianę energii swobodnej reakcji w pH 7, AC", oblicza się ze zmiany potencjałów redoks AEo’ substratów i produktów. Reakcja, której AEo’ ma wartość dodatnią, charakteryzuje się AC” o wartości ujemnej (to znaczy, że jest egzoergiczna).

Elektrony są transportowane z NADH do tlenu przez łańcuch transportu elektronów (określany również jakolańcuch oddechowy). NADH przenosi elektrony do dehydrogenazy NADH, dużego kompleksu białkowego zawierającego FMN i dwa typy centrów żólazooiarkawydi (Fe-S) umieszczone w białkach żelazo-siarkowych. FMN przyjmuje elektrony przechodząc w FMNHi i przekazuje je dalej do centrum Fe-S, gdzie atom żelaza odbiera i oddaje elektrony oscylując między stanem Fe** a stanem Fe²*. Z dehydrogenazy NADH elektrony są przenoszone do uWełiinonu (koenzym Q, CoQ), przekształcają go w ubiehinol.(czyli CoQHJ i przechodzą dalej do kompleksu cylochromów ki.Jen ostatni obejmuje cytochrom i> i cytochrom Ci, a także białko F*<8. Każdy cytochrom uwiera grupę hemową z umieszczonym w centrum atomem żelau, który w trakcie przyjmowania elektronu przechodzi ze stanu Fe²* do stanu Fe²*.

Po oddaniu elektronu do następnego przenośnika atom żelaza powraca do stanu Fe³; . Kompleks cytochromOw bej przenosi elektrony do cytochromu c, który a kolei przekazuje je do oksydazy cytochromowej, kompleksu zawierającego dwa cytochromy (cytochrom s i cytochrom aj), związane z dwoma atomami miedzi (odpowiednio Cu* lCua). Podczas przenoszenia elektronów atomy miedzi oscylują między stanem Ctr* a sumem Cu’. W końcu oksydaza cytochromowa przenosi cztery elektrony do tlenu cząsteczkowego, z utworzeniem dwóch cząsteczek wody.

(    Twamnlt    Zmiana potencjału redoks w łańcuchu oddechowym jest miarą zmiany

I gradientuH*    energii swobodnej na każdym etapie łańcucha. W przypadku etapów,

>—....... w których uczeetniczy dehydrogenaza NADH, kompleks

cytochromów bci i oksydaza cytochromowa, zmiana energii swobodnej jest wystarczająco duża, aby umożliwić pompowanie jonów H* przez wewnętrzną błonę mitochondrialną, z matriks do przestrzeni międzyblonowej, i utworzenie gradientu H‘. Dlatego każdy z tych kompleksów jest pompą protonową napędzaną przez transport elektronów.

Transport

elektronów

tFADH)

Inhibitory traiu portu elektronów

Fosforylacja

oksydacyjna

I Synteza ATP jako

i motor obrotowy

Spuęienie i kontrola oddechowa

F ADH- zostaje utleniony do FAD, gdy oddaje dwa elektrony do roduktazy bursztynian-CoQ (kompleks II), kompleksu białkowego zawierającego centra Fe-S. Kompleks ten przenosi elektrony do ubichmonu znajdującego się w głównym łańcuchu transportu elektronów, gdzie ich dalszy transport prowadzi do tworzenia gradientu H' i syntezy ATP. Natomiast sama raduktaza butsztyman-CoQ nie pompuje jonów H*.

Rotenon i amyt.il hamują transport elektronów przez dehydrogenazę NADH, antymycyna A hamuje kompleks cytochromów bc\, a cyjanek (CN'), azydek (N₅‘) i tlenek węgla (CO) hamują oksydazę cytochromową.

Fosforylacja oksydacyjna jest procesem łączącym syntezę ATP z utlenianiem NADH i FADH2 poprzez transport elektronów przebiegający wzdłuż łańcucha oddechowego. Ten proces oparty jest na mechanizmie przedstawionym ogólnie jako hipoteza chemiosmotyczna. Energia uwalniana podczas transportu elektronów zostaje wykorzystana do pompowania jonów H* na zewnątrz mitochoridrium, w celu utworzenia elektrochemicznego gradientu protonowego (H'). Protony przedostają się z powrotem do mitochondrium poprzez syntezę ATP umieszczoną w wewnętrznej błonie mitochondrialnej i tek napędzają syntezę ATP. Podczas utleniania cząsteczki NADH syntetyzowane są 25 cząsteczki ATP. a podczas utleniania FADHi syntetyzowane jest 13 cząsteczki ATP.

Syn ta za ATP jest zlokalizowana w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Składa się z dwóch głównych części. Fi ATPazy (widocznej w mikroskopie elektronowym jako sferyczna struktura złożona z pod jednostek (apbyScj połączonej z częścią F₀ (czynnik sprzęgający 0) stanowiąca transblonowy kanał protonowy zakotwiczony w wewnętrznej błonie. Dlatego synteza ATP nazywana jest również F0F1 ATPazą. W mitochondriach cały kompleks wykorzystuje energię uwalnianą przez transport elektronów do syntezy ATP, natomiast wyodrębniona z całości Fi ATPazą hydrolizuje ATP. Podczas hydrolizy ATP i prawdopodobnie także podczas syntezy ATP, podjednostka y Fi ATPazy obraca się względem (ajJ)j; synteza ATP jest więc najmniejszym ze znanych w przyrodzie motorem obrotowym.

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 dużo, to transport elektronów przebiega i powstaje ATP; gdy ADP jest mało, to szybkość transportu elektronów zmniejsza się.

Ten proces, nazwany kontrolą oddechową, zapewnia występowanie przepływu elektronów tylko wtedy, kiedy istnieje zapotrzebowanie na syntezę ATP.