Hemiosmotski

Dragoljub Dimitrijević

BI020088

10/3/2009 A.D.

(September 29, 1920 – April 10, 1992)

(Chemiosmotic energy transduction)

prenos transfer transdukcija

energijePeter D. Mitchell

Transdukcija energije(energy transduction)

• Biohemijske reakcije - prenos energije

• Razumevanje mehanizama

• Od oksidacije supstrata ili apsorpcije svetlosti

• Do sinteze ATP-a od ADP-a i Pi ili akumulacije jona

Transdukujuće membrane

• Sinteza ATP-a moguća u rastvorima• Enzimski kompleksi su vezani za membranu

1. Plazma membrana prokariota2. Unutrašnja membrana mitohondrije3. Tilakoidna membrana hloroplasta

Sastav transdukujuće membrane:1. ATP (sintet)aza2. Kompleks respiratornog lanca ili kompleks za

apsorpciju kvanta svetlosti

Transdukujuće membrane

Mitchell – hemiosmotska teorija• Šta povezuje ATP sintetazu i

respiratorni lanac tj kompleks za apsorpciju svetlosti ?

• Višegodišnja potraga za molekulom posrednikom...

• Mitchell: posrednik je protonski gradijent! 1961

• Centralna dogma hemiosmotske hipoteze:

Transfer elektrona i ATP sintetaza su dve odvojene protonske pumpe, rad pumpe za TE se koristi za rad pumpe ATP sitetaze

Nastanak hipotezeRanih 1960ih bili su poznati putevi za transfer energije ali je nedostajao centralni

posrednikTeorija o posredniku bi morala da ispoštuje pravila:1. Respiratorni lanac – 3 odvojena linearna regiona, 2. Stepen respiracije odgovara potrebi za ATP3. Veza respiracije i ATP sinteze je može prekinuti agensima koji ubzavaju

razlaganje ATP-a4. Oligomycin inhibira i sintezu i ubrzano razlaganje ATP-a5. Respiracijom se ne sintetiše samo ATP već dolazi do akumulacije Ca+ i redukcije

NAD+ i NADP+

Koreni hemiosmotske hipoteze ne leže u fosforilativnoj oksidaciji već u mehanizmimaaktivnog transporta koji je Mitchell proučavao

Supstrat i produkti prilaze katalitičkom mestu na enzimu i odlaze po definisanoj putanji – vektorska translokacija grupa

Mitchell je naglasio da model koji povezuje protok elektrona i translokaciju protona nije nov i da postoji već od 1940ih

Novina koju je Mitchell uveo je da ATP sintetaza je ujedno i protonska pumpa

• Da li je protonski gradijent potreban i dovoljan za transdukciju energije?

• Da li su “protonska kola” ravnomerno razbacana po membrani ili postoji lokalizacija u vidu “mikro-kola” - grupica respiratornih lanaca i ATP sintetaza (Williams)

Mitchell – hemiosmotska teorija

Uslovi za testiranje hipoteze

• Respiratorni i fotosintetski lanci za transfer elektrona treba da vrše translokaciju protona

• ATP sintetaza treba da finkcioniše kao reverzibilna protonska ATP-aza

• Transdukujuće membrane treba da budu jako male provodljivosti za protone

• Transdukujuće membrane treba da poseduju posebne transportere za metabolite, da mogu da zadrže osmotsku stabilnost pri velikom membranskom potencijalu

Mitchell – hemiosmotska teorija

• Analogija sa električnim kolom

Možemo meriti:

1. Potencijal

2. Struju (jačinu)

3. Konduktivnost

Kratki spojevi – mehanizmi agenasa

Organele za prenos energije

• Mitohondrije• Bakterije• Hloroplasti

Pod-organele

•Sub-mitohondrijske partikule (SMPs)•Lizozomskim razlaganjem ćelijskog zida G- -> sferoplasti•Kabackozomi – hipotoničnom lizom sferoplasta•Bakteriorodopsin

Rekonstitutivni sistemi

Hemiosmotska teorija : oksidativnafostofilacija mora da bude razdvojena na:• oksidativno- H+ -translokacione i• fosforilativno- H+ -translokacione komplekse

Svrha rekonstitutivnih sistema:• Testiranje teorije• Određivanje minimalne funkcionalne jedinice

Tipovi rekonstitutivnih sistema: “Millipore”, Multilamelar, Lipozomi

Druge hipoteze

• Boyer – konformaciona hipotezaKonformaciona promena u respiratornom lancu direktno utiče na konformacionu promenu u ATP sintetazi

Vektorska translokacija

-grupe - H+ i e-

Funkcionisanje ATP sintetaze

Oksidativna fosforilacija

?Hvala na pažnji !

:- )