Dýchací řetězec, oxidativní fosforylace, mitochondriální transportní systémy

Podobné dokumenty
Eva Benešová. Dýchací řetězec

Katabolismus - jak budeme postupovat

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Oxidace proteinů, tuků a cukrů jako zdroj energie v živých organismech

Charakteristika složky 3) cytochrom-c NADH-Q-reduktasa cytochrom-c- oxidasa ubichinon cytochromreduktasa

Dýchací řetězec (DŘ)

MitoSeminář II: Trochu výpočtů v bioenergetice. Souhrn. MUDr. Jan Pláteník, PhD. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK

OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Transport elektronů a oxidativní fosforylace

Energetický metabolizmus buňky

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

Přednáška 6: Respirace u rostlin

Otázka: Metabolismus. Předmět: Biologie. Přidal(a): Furrow. - přeměna látek a energie

9. Citrátový cyklus, oxidační dekarboxylace pyruvátu a anaplerotické dráhy

Buněčný metabolismus. J. Vondráček

Metabolismus krok za krokem - volitelný předmět -

ANABOLISMUS SACHARIDŮ

1. Napište strukturní vzorce aminokyselin D a Y a vzorce adenosinu a thyminu

Propojení metabolických drah. Alice Skoumalová

Citrátový cyklus. Tomáš Kučera.

Elektronový transport a oxidativní fosforylace

Buněčné dýchání Ch_056_Přírodní látky_buněčné dýchání Autor: Ing. Mariana Mrázková

B4, 2007/2008, I. Literák

Citrátový cyklus a Dýchací řetězec. Milada Roštejnská Helena Klímová

Bp1252 Biochemie. #8 Metabolismus živin

Respirace. (buněčné dýchání) O 2. Fotosyntéza Dýchání. Energie záření teplo BIOMASA CO 2 (-COO - ) = -COOH -CHO -CH 2 OH -CH 3

Glykolýza Glukoneogeneze Regulace. Alice Skoumalová

Obecný metabolismus.

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Metabolismus mikroorganismů

pátek, 24. července 15 BUŇKA

Efektivní adaptace začínajících učitelů na požadavky školské praxe

9. Dýchací řetězec a oxidativní fosforylace. mitochondriální syntéza ATP a fotosyntéza

Intermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová

Úvod do buněčného metabolismu Citrátový cyklus. Prof. MUDr. Jiří Kraml, DrSc. Ústav lékařské biochemie 1. LF UK

Přehled energetického metabolismu

Metabolismus aminokyselin - testík na procvičení - Vladimíra Kvasnicová

BUŇKA A ENERGIE. kajman brýlový Caiman crocodilus Kostarika, Biologie 8, 2017/2018, Ivan Literák

Aerobní odbourávání cukrů+elektronový transportní řetězec

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Rychlost chemické reakce je dána změnou Gibbsovy energie a aktivační energií: Tudíž zrychlení reakce pomocí katalýzy může být vyjádřeno:

Ukázky z pracovních listů z biochemie pro SŠ A ÚVOD

Regulace metabolických drah na úrovni buňky

Bioenergetika: úloha ATP. Bioenergetika: úloha ATP. Bioenergetika: úloha ATP. Intermediární metabolizmus a energetická homeostáza

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

1. Napište strukturní vzorce aminokyselin E a W a vzorce guanosinu a uracilu

- metabolismus soubor chemických reakcí probíhajících v živých organismech a mezi organismy a jejich životním prostředím

12-Fotosyntéza FRVŠ 1647/2012

Metabolismus pentóz, glykogenu, fruktózy a galaktózy. Alice Skoumalová

BUŇKA A ENERGIE. kajman brýlový Caiman crocodilus Kostarika, Biologie 6, 2015/2016, Ivan Literák

Bioenergetika a makroergické sloučeniny

>>> E A1 + E A2. . aktivační energie potřebná k reakci bez přítomnosti katalyzátoru E A E A1. energie potřebná ke vzniku enzym-substrátového komplexu

Test pro přijímací řízení magisterské studium Biochemie Napište vzorce aminokyselin Q a K

Didaktické testy z biochemie 2

DYNAMICKÁ BIOCHEMIE. Daniel Nechvátal ::

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Metabolusmus lipidů - anabolismus

Integrace metabolických drah v organismu. Zdeňka Klusáčková

14. Fyziologie rostlin - fotosyntéza, respirace

Mitochondrie. Rostlinná cytologie, Katedra experimentální biologie rostlin PřF UK

Respirace - buněčné dýchání (katabolismus)

33.Krebsův cyklus. AZ Smart Marie Poštová

Biochemie jater. Vladimíra Kvasnicová

Energie fotonů je předávána molekulám chlorofylu A, který se zachyceným fotonem excituje (uvolní se energeticky bohatý elektron).

Intermediární metabolismus - SOUHRN - Vladimíra Kvasnicová

glukóza-1-p glukóza-6-p fruktóza-6-p

Sacharidy a polysacharidy (struktura a metabolismus)

E ŘEŠENÍ KONTROLNÍHO TESTU ŠKOLNÍHO KOLA

Energetický metabolismus rostlin

Centrální dogma molekulární biologie

Syntéza a degradace mastných kyselin. Martina Srbová

Energetický metabolismus rostlin

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Glykolýza a neoglukogenese

Metabolismus. Source:

Energetika a metabolismus buňky

Konsultační hodina. základy biochemie pro 1. ročník. Přírodní látky Úvod do metabolismu Glykolysa Krebsův cyklus Dýchací řetězec Fotosynthesa

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Fotosyntéza

VAKUOLA. membránou ohraničený váček membrána se nazývá tonoplast. běžná u rostlin, zvířata specializované funkce či její nepřítomnost

Odbourávání a syntéza glukózy

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Citrátový a glyoxylátový cyklus

Štěpení lipidů. - potravou přijaté lipidy štěpí lipázy gastrointestinálního traktu

Repetitorium chemie 2015/2016. Metabolické dráhy František Škanta

ENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.

Název: Fotosyntéza, buněčné dýchání

Odbourávání lipidů, ketolátky

FOTOSYNTÉZA I. Přednáška Fyziologie rostlin MB130P74. Katedra experimentální biologie rostlin, Z. Lhotáková

CZ.1.07/2.2.00/ Obecný metabolismus. Energetický metabolismus (obecně) (1).

Metabolismus. - soubor všech chemických reakcí a příslušných fyzikálních procesů, které souvisejí s aktivními projevy života daného organismu

Metabolismus lipidů. (pozn. o nerozpustnosti)

Metabolismus lipidů. Biosyntéza mastných kyselin a triacylglycerolů. Lenka Fialová kařské biochemie 1. LF UK. Hlavní rysy biosyntézy mastných kyselin

Fyziologie rostlin. 9. Fotosyntéza část 1. Primární fáze fotosyntézy. Alena Dostálová, Ph.D. Pedagogická fakulta ZČU, letní semestr 2013/2014

Repetitorium chemie 2016/2017. Metabolické dráhy František Škanta

Publikováno z 2. lékařská fakulta Univerzity Karlovy v Praze (

Praktické cvičení č. 11 a 12 - doplněno

Biosyntéza a degradace proteinů. Bruno Sopko

Metabolismus lipidů. Vladimíra Kvasnicová. doporučené animace:

FOTOSYNTÉZA ZÁKLAD ŽIVOTA NA ZEMI

POZNÁMKY K METABOLISMU SACHARIDŮ

Úvod do biologie rostlin Transport látek TRANSPORT. Krátké, střední, dlouhé vzdálenosti

součástí našeho každodenního života spalování paliv koroze kovů ad.

Dýchací řetězec. Viz též přednášky prof. Kodíčka (snímky a blány v levém sloupci)

Transkript:

Dýchací řetězec, oxidativní fosforylace, mitochondriální transportní systémy JAN ILLNER

Dýchací řetězec & oxidativní fosforylace

Tvorba energie v živých systémech ATP zdroj E pro biochemické procesy Tvorba ATP: ADP + P i 1) Substrátová fosforylace malá část, význam za anaerobních podmínek 2) Fotosyntetická fosforylace chloroplasty zelených rostlin, chlorofyl 3) Oxidativní fosforylace dominantní způsob tvorby ATP pro živočišné buňky

Tvorba energie v živých systémech Využití živin na tvorbu ATP: Oxidace účinkem dehydrogenáz Tvorba redukovaných koenzymů Přenos redukovaných ekvivalentů Tvorba protonového gradientu Tvorba ATP Oxidativní rozložení živin

Nikotinamidové koenzymy NAD + NADH

Flavinové koenzymy FAD FADH 2

Osud koenzymů Redukované koenzymy NADH a FADH 2 vytvořené během citrátového cyklu oxidace mastných kyselin glykolýzy jsou oxidovány v dýchacím řetězci Oxidativní rozložení živin

Mitochondrie Vnitřní membrána velký povrch kristy nepropustná, transportéry kardiolipin, enzymy DŘ, ATP-syntháza Vnitřní membrána Vnější membrána Vnější membrána monoaminooxidáza (MAO) propustná díky porinu enzymy prodl. řet. MK, met. fosfolipidů, acyl-coa-syntháza, glycerolfosfátacyltransferáza Matrix enzymy CC, -ox. MK, částečné syntézy hemu Mezimembránový prostor adenylátkináza, kreatinkináza Kristy Matrix Mezimembránový prostor

Oxidačně redukční (redoxní) reakce A ox + B red A red + B ox NADH + H + + Q NAD + + QH 2 QH 2 + cyt(fe 3+ ) Q + cyt(fe 2+ ) cyt(fe 2+ ) + 2H + + 1/2O 2 cyt(fe 3+ ) + H 2 O E 0 standardní oxidačně redukční potenciál Redoxní systém E 0 [V] NAD + /NADH + H + - 0,32 pyruvát/laktát - 0,19 oxalacetát/malát - 0,17 FAD/FADH 2-0,12 2H + /H 2 (ph = 0) 0 fumarát/sukcinát + 0,03 ubichinon oxidovaný/redukovaný + 0,10 cytochrom c (Fe 3+ /Fe 2+ ) + 0,23 cytochrom a 3 (Fe 3+ /Fe 2+, Cu 2+ /Cu + ) + 0,39 1/2 O 2 /H 2 O + 0,81

Dýchací řetězec přenos elektronů systémem přenašečů z redukovaných koenzymů na koncový akceptor O 2 složky dýchacího řetězce: 4 velké enzymové lipoproteinové Greenovy komplexy zakotveny v membráně koenzym Q (ubichinon, CoQ) mobilní složky cytochrom c přenos elektronů se uskutečňuje od redoxních systémů s nejnižším redoxním potenciálem (NADH/NAD + ) do systému s nejvyšším redoxním potenciálem (1/2 O 2 /H 2 O) = ve směru zvyšujícího se redoxního potenciálu

Dýchací řetězec přenos elektronů jednotlivými komplexy dýchacího řetězce až na konečný kyslík

Dýchací řetězec uvolnění energie během redoxních reakcí pumpování H + z matrix do mezimembránového prostoru elektrochemický gradient = protonový gradient energie pro syntézu ATP

protonmotivní síla (hybná sílá protonů) elektrický + chemický potenciál Elektrochemický gradient cytosolová ΔpH = 0,75-1,0 ph jednotky ΔΨ = 0,15-2,0 V Mitchellova chemiosmotická teorie mechanismus přenosu elektronů tvorba protonového gradientu tvorba ATP

Komplex I NADH: ubichinon-oxidoreduktáza NADH dehydrogenáza přenos 2 elektronů z NADH na Q spojen s přenosem 4 protonů přes membránu

FeS proteiny proteiny obsahující nehemové železo (1, 2 nebo 4 atomy) a síru Fe vázáno k anorganické S a/nebo pomocí SH skupin cysteinu k proteinům

Komplex II sukcinát: ubichinon-oxidoreduktáza sukcinát dehydrogenáza vznik FADH 2 v citrátovém cyklu a přenos 2 elektronů na Q

Oxidace FADH 2 v dýchacím řetězci GLYCEROL 3-FOSFÁTDEHYDROGENÁZA NADH-DEHYDROGENÁZA NADH SUKCINÁTDEHYDROGENÁZA ACYL-CoA DEHYDROGENÁZA

Komplex III ubichinol: cytochrom c-oxidoreduktáza cytochrom c reduktáza přenos 2 elektronů z QH 2 na cyt c se zapojením cyt c 1, b L, b H a Rieskeho FeS

Formy koenzymu Q volný radikál

Cyklus koenzymu Q otočení 1 cyklu vede k oxidaci 2 QH 2 na Q za uvolnění 4 H + do mezimembránového prostoru a k redukci jednoho Q na QH 2 za přijetí 2 H + z matrix

Komplex IV cytochrom c: kyslík-oxidoreduktáza cytochrom c oxidáza přenos 4 elektronů z cyt c na O 2 se zapojením hemových skupin a, a 3 a mědi 8 H + odstraněných z matrix: 4 H + na tvorbu 2 molekul vody 4 H + přechází do mezimembránového prostoru

Cytochromy a, b, c hemoproteiny obsahující protoporfyrin IX a atom Fe liší se postranními řetězci

Komplex V ATP-syntháza zakotvena ve vnitřní membráně, poháněna H +, tvorba ATP = ADP + P i F 1 hlava F 0 podjednotka: protonový kanál C proteinový komplex s podjedn. průchod H + jej roztáčí uvnitř F 1 podjednotka: fosforylační mech. hlavička se třemi a třemi podjedn. připojena k membráně, nerotuje F 0 pór vně

Syntéza ATP předání ADP a P i na podjedn. a tvorba ATP uvolnění ATP po změně konformace podjedn. 3 konformace podjednotky: uvolněná (L) těsná (T) otevřená (O)

Většina energie je tvořena v dýchacím řetězci oxidace 2 e - NADH. 2,5 mol ATP za spotřeby 0,5 mol O 2 1 mol substrátu oxidován přes komplexy I, III a IV oxidace 2 e - FADH 2 1,5 mol ATP 1 mol substrátu oxidován přes komplexy II, III a IV celkovou oxidací 1 mol glukózy lze získat 30 32 mol ATP, z toho 26 28 mol ATP vzniká v dýchacím řetězci

Inhibitory dýchacího řetězce piericidin A dimerkaprol H 2 S karboxin TTFA

Inhibitory oxidativní fosforylace inhibitory cizorodé látky, v případě blokace procesů spojených s tvorbou E jsou toxické inhibiční zásah je specifický pro určité místo antraktylosid inhibitor transportéru přes vnitřní mitochondriální membránu oligomycin antibiotikum zcela zabraňující oxidaci a fosforylaci, blokuje tok protonů přes ATP-syntházu

Odpojovače (rozpojovače) oxidativní fosforylace odpojovače odpojení oxidace v dýchacím řetězci od fosforylace in vivo toxické sloučeniny způsobující nekontrolované dýchání 2,4-dinitrofenol přenáší proton přes membránu, ruší protonový gradient termogenin fyziologický odpojovač v hnědé tukové tkáni

Mitochondriální transportní systémy

Mitochondriální transportéry vnitřní mitochondriální Vnitřní membrána je volně prostupná pouze pro: a) malé nenabité molekuly: H 2 O, CO 2, NH 3 b) monokarboxylové kyseliny (3-hydroxymáselná, octová), nedisociovaná forma cytosol pyruvát fosfát malát membrána mitochondrie malát citrát Mastné kyseliny s dlouhým řetězcem karnitinový systém fosfát ATP/ADP-TRANSLOKÁZA SYMPORT Di- a trikarboxylové anionty a aminokyseliny specifické transportéry ADP glutamát ATP ANTIPORT aspartát malát α-ketoglutarát

Člunky Transportní systémy cytosol mitochondrie Vnitřní membrána nepropustná pro NADH Přenos přes membránu vyžaduje substrátové páry s vhodnými dehydrogenázami na každé straně Glycerolfosfátový člunek Malátový člunek

Glycerolfosfát dihydroxyacetonfosfátový člunek Enzym: glycerol-3-fosfátdehydrogenáza (G3PDH) glycerol-3-fosfát G3DH G3DH dihydroxyacetonfosfát

Malát aspartátový člunek Enzymy: malátdehydrogenáza (MDH), glutamátoxalacetáttransamináza (GOT) = aspartátaminotransferáza (AST) malát MDH MDH glutamát oxalacetát AST AST aspartát -ketoglutarát

Přenos ADP/ATP přes membránu Enzym: ADP/ATP translokáza

Export citrátu Cytosol vnitřní mitochondriální membrána Mitochondrie Malát Malát Citrát Citrát CoASH ATP-citrátlyáza Acetyl CoA Citrátsyntháza Oxalacetát Oxalacetát Syntéza mastných kyselin

Jablečný enzym NADPH-malátdehydrogenáza = zdroj NADPH mimo pentosafosfátovou dráhu katalyzuje přeměnu malátu na pyruvát

Souhrn I Dýchací řetězec představuje řadu redoxních reakcí ve směru zvyšujího se potenciálu, během kterých jsou elektrony přeneseny na kyslík. Redoxní reakce způsobují pumpování H + z matrix do mezimembránového prostoru. Vytvoření protonmotivní síly.

Souhrn II Tok H + zpět do matrix pohání syntézu ATP v procesu zvaném oxidativní fosforylace. Syntéza ATP probíhá změnou konformace -podjednotek ATPsyntházy. Uvolnění nově syntetizované ATP a jeho využití pro biochemické pochody mimo mitochondrie. K přenosu ATP využit specifický transportér ADP/ATP translokáza.

Souhrn III (1/2)GLUKOSA malát malát NAD + MDH glyceraldehyd 3-fosfát P i NAD + G3PDH NADH 1,3- BPG MDH oxalacetát α-kg ASP AST α-kg ASP AST NADH oxalacetát glutamát glutamát Pyruvát Cytosol Vnitřní membrána Mitochondrie ASP aspartát α-kg α-ketoglutarát MDH malátdehydrogenáza G3PDH glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenáza AST aspartátaminotransferáza Intermediáty biochemických reakcí mohou přes membránu přecházet pouze za pomoci transportních systémů!

Použitá literatura D. Dobrota a kolektív, Lekárska biochémia, 1. vydání (2012), vydavatelství Osveta R. K. Murray a kolektiv, Harperova ilustrovaná biochemie, překlad 28. vydání (2012), nakladatelství Galén J. Koolman, K.H. Röhm, Barevný atlas biochemie, překlad 4. vydání (2012), vydavatelství Grada Publishing, a.s. M. Lieberman, A.D. Marks, Marks Basic Medical Biochemistry A Clinical Approach, third edition (2009) T. M. Devlin, Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, sixth edition (2006)

Děkuji za pozornost! Prostor pro dotazy