Dýchací řetězec
Eva Benešová
Dýchací řetězec Během oxidace látek vstupujících do různých metabolických cyklů (glykolýza, CC, beta-oxidace MK) vznikají NADH a FADH2, které následně vstupují do DŘ. V DŘ energie oxidace pohání syntézu ATP. (chemiosmotická teorie) V eukaryotech probíhá v mitochondriích. (Savčí buňky obsahují 800 – 2500 mitochondrií.) U prokaryot je DŘ lokalizován na plasmatické membráně. Zahrnuje redukci O2 na vodu, donory elektronů jsou NADH a FADH2. Průběh není závislý na slunečním světle.
Mitochondrie Mitochondrie má dvě membrány! a) Vnější – propustná pro malé molekuly (Mr < 5 000) a ionty, procházející transmembránovými kanály (tvořené poriny). b) Vnitřní – nepropustná i pro malé molekuly a ionty (včetně protonů), přechod možný pouze přes specifické transportery. Vnitřní membrána nese komponenty dýchacího řetězce a ATP syntasu. Mitochondriální matrix obsahuje všechny cesty pro oxidaci „palivových molekul“ kromě glykolýzy. z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
Elektrony jsou soustředěny na univerzální akceptory. Oxidační fosforylace začíná vstupem elektronů do DŘ. a) NAD+ (koenzym) b) FAD (prostetická skupina) Pozor: Rozdíl NADH a NADPH!!!!!!!!!!!!!! NADH obvykle přenáší elektrony z katabolických reakcí do DŘ. NADPH zásobuje elektrony anabolické procesy. DŘ sestává z na sebe navazujících nosičů elektronů, většina z nich jsou integrální proteiny s PS schopnou přijmout a odevzdat 1 či 2 elektrony. Kromě NAD+ a flavoproteinů se v DŘ vyskytují ještě 3 další typy molekul nesoucích elektrony.
Ubichinon (koenzym Q) V lipidech rozpustný benzochinon s isoprenoidním postranním řetězcem.
Přijmutí jednoho elektronu.
Přijmutí druhého elektronu.
Ubichinon je malá hydrofobní molekula, proto může volně prostupovat lipidovou dvojvrstvou vnitřní membrány.
Cytochromy
Cytochrom c s hemem C.
Proteiny – jejich PS je hem. Silně absorbují viditelné světlo.
http://cs.wikipedi a.org/wiki/Cytoc hrom (9.4.2010)
V mitochondriích obsaženy 3 třídy cytochromů – a, b, c. Cytochromy a, b - součásti kotvených komplexů Cytochrom c - rozpustný protein asociovaný elektrostatickými interakcemi s vnějším povrchem vnitřní membrány.
Fe-S proteiny Železo asociuje s anorganickým atomem síry nebo s atomem síry pocházejícím ze zbytku Cys. Při jejich účinku dochází k oxidaci či redukci atomu Fe.
z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
Přehled transportu protonů z matrix do mezimembránového prostoru.
z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
Kotvený komplex I - KKI NADH:ubichinon oxidoreduktasa NADH dehydrogenasa Obsahuje FMN a minimálně 6 Fe-S center. Protonová pumpa hnaná energií transportu elektronů. Katalyzuje dva propojené procesy: a) NADH + H+ + Q = NAD+ + QH2 (QH2 difunduje vnitřní mitochondriální membránou od KKI ke KKIII, kde je oxidován na Q.) b) Endergonický transfer 4 protonů z matrix do mezimembránového prostoru.
Matrix se stává negativně nabitá a mezimembránový prostor positivně nabitý.
z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
Kotvený komplex II - KKII Sukcinát dehydrogenasa. Sukcinát:ubichinon oxidoreduktasa. Jediný enzym CC vázaný na membránu! Obsahuje 3 Fe-S centra. Přenáší elektrony ze sukcinátu na ubichinon. NETRANSPORTUJE protony. Důvod vzniku pouze 2ATP při vstupu přes KKII (FADH2). (V případě vstupu přes KKI (NADH) vznik 3ATP.) Veškerý vznikající QH2 je reoxidován na KKIII. Cesta elektronů z NADH, sukcinátu, acyl-CoA MK a glycerol-3-fosfátu na ubichinon. Vedlejší vstup do DŘ Membránový enzym, který ze substrátu přenáší vodíky na ubichinon, aniž by konal aktivní transport. (Negeneruje se PMF.) z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
Kotvený komplex III - KKIII Cytochrom bc1 komplex Ubichinon:cytochrom c oxidoreduktasa Cytochrom c reduktasa. Obsahuje hem a 2 Fe-S centra. Transport elektronů z QH2 na cytochrom c. Transport protonů z matrix do mezimembránového prostoru. Přenos mezi nosičem 2 elektronů (ubichinonem) a nosičem 1 elektronu (cytochromem c). OH2 je oxidováno na Q a dvě molekuly cytochromu c jsou redukovány.
Kotvený komplex IV - KKIV Cytochrom c oxidasa.
Přenáší elektrony z cytochromu c na molekulový kyslík za vzniku vody. Transport protonů z matrix do mezimebránového prostoru. Jedna z podjednotek KKIV obsahuje dva atomy mědi.
konečný akceptor elektronů
Cytochrom c následně předává elektrony KKIV. z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
Chemiosmotická teorie Spojovacím článkem mezi DŘ a oxidační fosforylací je elekrochemický potenciál protonů na vnitřní mitochondriální membráně. Během transportu protonů dochází ke vzniku rozdílných koncentrací protonů na obou stranách membrány a k separaci náboje.
Vzniká gradient pH, vně organely je prostředí kyselejší, uvnitř zásaditější. Protony nesou kladné náboje, proto napříč membránou vzniká rozdíl v napětí – diference elektrického potenciálu. Gradient pH i membránový potenciál působí na protony a podporují jejich návrat do matrix.
Tento vliv je možno vyjádřit rozdílem elektrochemického potenciálu na obou stranách membrány : tj. protonmotivní silou PMF. PMF = + (2,303RT/F)pH z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
Syntéza ATP Energie z toku elektronů dýchacím řetězcem je použita k transportu protonů z matrix mitochondrie do mezimembránového prostoru.
PMF (podporující návrat protonů do matrix) poskytuje energii pro syntézu ATP. !
Protony se do matrix vrací protonspecifickým kanálem F0 asociovaným s ATP syntasou.
Transport elektronů a syntéza ATP jsou úzce propojeny! Inhibice syntézy ATP blokuje transport elektronů a naopak. z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
ATP synthasa (Komplex V) Má dvě funkční domény – F0 a F1. F1 – periferní membránový protein F0 – integrální membránový protein
Při průchodu protonů F0 doménou dochází k rotaci válce tvořeného c podjednotkami a podjednotky F1 domény mění svou konformaci dle toho, jak s nimi postupně interaguje podjednotka.
Při syntéze a hydrolýze ATP se mění směr rotace! (izolovaná F1 doména katalyzuje hydrolýzu ATP – proto původní název F1 ATPasa) z knihy: D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005
Anaerobní respirace bakterií. Dýchání v nepřítomnosti kyslíku. Probíhá za anaerobních podmínek. Konečným akceptorem elektronů není molekulový kyslík, ale jiná molekula z extracelulárního prostředí (př: dusičnanový či síranový ion nebo oxid uhličitý). (Slabší akceptory elektronů – nižší výtěžek ATP.) Elektrontransportní systém lokalizován na membráně.
NEZAMĚŇOVAT S FERMENTACÍ!!!
