Respiratorni lanac.ppt

5/19/2018 Respiratorni lanac.ppt

1/28

Oksidativna fosforilacijaRESPIRATORNI LANAC

TRANSPORT


2/28

Oksidativna fosforilacija - Kljune take

Redukcioni ekvivalenti, nastali oksidacijom hranljivih materija, predaju

elektrone respiratornom lancu koji se nalazi u mitohondrijama

Elektroni se prenose na O2 koji se redukuje do H2O sukcesivnim

primanjem 4 elektrona

Protoni iz matriksa mitohondrija se prenose u medjumembranski prostor

mitohondrija pri emu nastaje elektrohemijski protonski gradijent

Ulaz protona u matriks je energetski povoljan I omoguava sintezu

ATP-a preko ATP-sintaze

Disanje (potronja O2 ) I sinteza ATP-a su vezani procesi (ako je jedan

inhibiran, inhibiran je I drugi proces)


3/28

Mitohondrije su glavnimetaboliki centri ljudskihelija, u kojima se proizvodi

vie od 90%energijekojaje ljudskom telu potrebna zaopstanak.

Najvei deo ove proizvodnjese zasniva na procesuoksidativne fosforilacije,koja koristi multiproteinskitransportni lanac (respiratornilanac) elektrona da stvori H+gradijentkoji pokrece F1F0-ATP-azu (ATP sintaza).


4/28

Oksidativnom fosforilacijomse sintetie visokoenergetski molekulATPza iju sintezu suneophodni donori elektrona(NADH+H+i FADH2),

akceptor elektrona(O2), netaknuta unutranjamembrana mitohondrijakoja je nepropustljiva zaprotone, svi kompleksi respiratornog lancaiATPsintaza.


5/28

Tokom oksidativnefosforilacije redukovani

ekvivalenti(NADH+H+

iFADH2) nastalioksidacijom hranljivihmaterijatokommetabolikih procesa

ukljuujui Glikolizu,Krebsov ciklusi betaoksidaciju masnihkiselina, predaju svojeelektrone respiratornomlancukoji se nalazi naunutranjoj membranimitohondrija.


6/28

Elektroni se transportuju kroz niz nosaaili komponenti respiratornog lanca(kompleksi I,II,III,IV i ATP sintaza).

Svaki kompleks respiratornog lanca se prvoredukujeprimajuci elektrone, a zatim oksidujepredajuci elektrone sledecem kompleksu u

transportnom lancu.


7/28

Proces oksidativne fosforilacije,ukljuuje nekoliko red-oks koraka, koji se

zavravaju sa predavanjem elektronakiseoniku, u reakciji koja proizvodi vodukao nusprodukt.

Ovi redoks procesi su takoe izvor oko90%ukupne koliine reaktivnih

kiseoninih supstanci(reactive oxygenspecies, ROS).


8/28

U respiratornom lancuprisutni su razliiti molekuli: Flavoproteini, koji sadreFMN, ili FAD kao prostetinegrupe, a uestvuju u transferujednog, ili dva elektrona;

Koenzim Q, ili ubihinon(CoQ ili UQ)koji transportuje

jedan, ili dva elektrona;

Razliiti citohromi, koji kao prostetinu grupusadre hemi koji transportujujedan elektron;

Fe-S proteini, koji prenosejedan elektron, pripromeni redoks broja gvoa Fe2+i Fe3+;

Joni bakrapovezani sa proteinima, koji takoeprenose jedan elektron, oscilirajuiizmeu Cu+iCu2+.


9/28

Svi navedeni molekuli, izuzev citohroma-c,su povezani sa unutranjom membranom

mitohondrija.


10/28

Respiratorni lanac funcionie kroz etiriasimetrino orijentisana, meusobnonezavisna, transmembranska kompleksa, koji

ine sledee funkcionalno-strukturne celine:1. Kompleks I: NADH-koenzim Q-reduktaza2. Kompleks II: Sukcinat-koenzim Q-reduktaza3. Kompleks III: Koenzim Q-citohrom-c-

reduktaza

4. Kompleks IV: Citohrom-c-oksidaza


11/28

Kompleks I,prihvatajui elektrone od NADH,povezuje glikolizu, krebsov ciklus, -oksidaciju masti sarespiratornim lancem transporta elektrona.

Kompleks IIsadri enzim sukcinat dehidrogenazu,te stoga direktno povezuje ciklus limunske kiseline itransport elektrona.

Kompleksi I i II vode ka redukciji koenzima Q, koji jesupstrat kompleksa III.

Postoje i dva druga puta za prenos elektrona na CoQ:preko flavoproteina od acil-CoA dehidrogenaza masti iglicerofosfatnih dehidrogenaza.

Kompleks IIIoksidie CoQH2, a istovremeno

redukuje citohrom-c, koji je supstrat kompleksa IV,citohrom-c-oksidaze.

Na kraju, kompleks IVtransportuje elektrone namolekularni kiseonik,redukuje ga i stvara vodu.


12/28

Kompleks I: NADH-CoQ

reduktaza NADH dehidrogenazatransportujejedan elektronski par sa NADH na

CoQ. Kompleks ukljuuje vie od 30

polipeptidnih lanaca,jedanmolekul FMN

i viemolekula Fe-S. Na osnovu ove zavisnosti od FMN, NADH-

CoQ reduktaza je flavoprotein.


13/28

Prvi korak je vezivanje NADHza enzim saunutranje strane unutranje

mitohondrijalne membrane, pri emuredukuje FMN, koji ini deo samogenzima, dajui FMNH2.


14/28

Sledei korak je transfer elektrona sa FMNH2na nizFe-S proteina, a zatim u krajnjoj fazi elektroni bivajuupueni ka CoQ, koji je mobilni transporter elektrona.

Zatim, CoQ putuje ka kompleksu III. Istovremeno sa transportom elektronaodvija se i

transport protonaiz matriksa premameumembranskom prostoru (za jedan elektronski par4H+se transportuju u citosol).


15/28

Kompleks II: sukcinat-koenzim

Q reduktaza Kompleks sukcinat dehidrogenaze jejedini enzimciklusa limunske kiselinepovezan sa unutranjommitohondrijalnom membranom.

Pri transformaciji sukcinata u fumaratdeava se iredukcija FAD-a, koji ini sastavni deo kompleksa II, uFADH2.

Odmah nakon ove

redukcije, FADH2prebacuje elektronena CoQ, a uvek prekoFe-S proteina.


16/28

Kompleks III: Koenzim Q-

citohrom-c-reduktaza U kompleksu III lancatransporta elektrona CoQH2predaje elektronecitohromu-cputemposebnogsistema, koji se zove ciklus Q,pri emu dolazi dooksidacije CoQH2.

Oksidacija CoQH2deava se u dve faze.

Prvo sejedan elektron sa CoQH2koji se

nalazi na Qp mestu u kompleksu IIIprebacuje na jedan Fe-Sprotein,a zatim na citohrom-c1pri emu seoslobaaju dva H+ jonauintermembranski prostor i proizvodi CoQ -


17/28

Drugi elektronse prebacuje na

hem grupu citohroma-bL,

koji se inae nalazi u citosolnojtrani membrane, a zatim odlazi nahem grupu citohroma-bH,

koji se nalazi unutar kompleksa

blie matriksu.

Elektron zatim sa citohromabHprelazi na CoQlokalizovan u drugoj

poziciji unutar kompleksa III,koja se zove Qn,

prevodei tako CoQ u CoQ-.


18/28

Druga polovinaciklusa Q je slina prvoj,sa jednim drugim molekulom CoQH2,koji se oksidie na mestu Qp,a iji se elektronitransportuju na sledeinain:

jedan na citohrom-c1,a drugi prvo na citohrom-bL,a zatim na citohrom-bH.

Ipak, u ovom poslednjem deluciklusa Q, elektron sa citohroma-bHprelazi nasemihinonski anjon CoQ-,

koji potie iz prvog dela ciklusa.

Preuzimajui dva H+iz mitohondrijalnogmatriksa, formira se CoQH2, koji zatim moeda se vrati u pul CoQ, a na taj nain sezavrava ciklus Q.

Za svaka dva elektrona, transportovanana citohrom-c, iz matriksa se uzimaju dva H+,a u intermembranski prostor se izbace etiri H+.

omp e s c o om c


19/28

omp e s : c o rom-c-oksidaza Prima elektroneod citohroma-ci predaje ih

kiseoniku, sintetiui vodu.

Vri se transport protonaprekounutranje mitohondrijalne

membrane.

Citohrom-c seoksidiena

citosolnoj stranimembrane,

a zatim elektroni,jednim sloenimsistemom od deset podjedinica,redukuju kiseonik, koji se nalazi sa

druge strane membrane.


20/28

Prenos elektrona u kompleksu IV

Dve hem grupe(citohroma-a icitohroma aa3) i dva jonabakra.

Redukcija kiseonika, u kompleksuIV, praena je i transferom H+preko unutranje mitohondrijalnemembrane.

Katalizuje prenos pojednogelektronasa 4redukovanacitohroma-cna jedan molekul O2dajui 2H2O.

Za svaka dva protona, prebaenana citosolsku stranumembrane, proces uzima etiriH+iz matriksa.


21/28

Protonski gradijent, stvoren pri transportuelektrona, predstavlja veliki izvorpotencijalne energije.

Ovaj gradijent je izvor energije za sintezuATP-a(hemiosmotska hipoteza).

odnos H+/2e-

ATP SINTETAZA


22/28

ATP-SINTETAZA Kompleks koji omoguava sintezu ATP-a

koristei gradijent protonastvoren pri transportu

elektrona. dva osnovna dela: jedinica Foi jedinica F1.

Jedinica Foje sastavljena iz tri

podjediniceoznaene kao a, b i c.

Fosainjavaransmembranski kanal.


23/28

F1se sastoji iz pet polipeptidnih lanaca: ,, , i .

Podjedinice ipredstavljaju katalitiko

mestoza sintezu ATP-a, podjedinice ireguliu interakciju F1 sa Fo, dokpodjedinica ima ulogu da regulie protokprotonaprema F1.


24/28

Paul Boyerje razjasnio i predloio mehanizamdelovanja ATP-sintetaze.

Potencijalna energija protonskog gradijentasekoristi za otputanje novosintetisanog ATP-a od

enzima.

Mehanizam podrazumeva katalitikukooperativnosttri mesta na enzimu.

Za svaki molekul ATP-a, koji se sintetie, morajuda preu ukupno 3 protonaiz citosola u matriks.


25/28

Izlazak sintetisanog ATP iz

mitohondrija Proces se odvija sistemom

transportaADP-ATP translokaze

koja efikasno izbacujejedanmolekul ATP, pri istovremenom

ulaskujednog molekula ADP-a.

U h i j klj j d t j


26/28

U mehanizam je ukljueno samojedno mesto za vezanje

nukleotida, a nalazi se alternativno izloeno prema citosolu

prema matriksu.

Proces je ekvivalentan prelasku 1H+ iz citozola u matriks

Sinteza I transport 1ATP = 4H+ iz citozola u matriks


27/28

ODNOS P/O U

RESPIRATORNOM LANCU Odnos P/Oje broj mola ATP-apri oksidativnoj

fosforilaciji po svakom elektronskom parukojiproe kroz transportni lanac elektrona.

Ako se prihvati vrednost od 10 H+,koji izauiz matriksa, za svaka dva elektronakojapreu put lancaza transport elektrona saNADHna O2i daje za sintezujednogmolekulaATP-aneophodno da iz citosola umatriks preu 4 protona,onda je odnosP/O u mitohondrijama 10/4 = 2,5.


28/28

to se tie dela lanca koji polazi odsukcinata, vrednost H+/ 2e-je 6, pa je

odnos 6/4 =1,5 dok je po ranijimpretpostavkama bio 2.

http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/electron_transport/electron_transport.htm

http://www.chem.purdue.edu/courses/chm333/oxidative_phosphorylation.swf

http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.html
http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/electron_transport/electron_transport.htmhttp://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/electron_transport/electron_transport.htmhttp://www.chem.purdue.edu/courses/chm333/oxidative_phosphorylation.swfhttp://www.chem.purdue.edu/courses/chm333/oxidative_phosphorylation.swfhttp://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.htmlhttp://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.htmlhttp://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.htmlhttp://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.htmlhttp://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.htmlhttp://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/oxidative/oxidativephosphorylation.htmlhttp://www.chem.purdue.edu/courses/chm333/oxidative_phosphorylation.swfhttp://www.chem.purdue.edu/courses/chm333/oxidative_phosphorylation.swfhttp://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/electron_transport/electron_transport.htmhttp://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/electron_transport/electron_transport.htm

Documents

Respiratorni lanac.ppt