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

Podobné dokumenty
Eva Benešová. Dýchací řetězec

Oxidace a redukce. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2. Redukce = odebrání kyslíku

Katabolismus - jak budeme postupovat

Dýchací řetězec, oxidativní fosforylace, mitochondriální transportní systémy

Oxidace a redukce. Objev kyslíku nový prvek, vyvrácení flogistonové teorie. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2

9. Citrátový cyklus, oxidační dekarboxylace pyruvátu a anaplerotické dráhy

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

12. Elektrochemie základní pojmy

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

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

Oxidace a redukce. Objev kyslíku nový prvek, vyvrácení flogistonové teorie. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2

OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE

E ŘEŠENÍ KONTROLNÍHO TESTU ŠKOLNÍHO KOLA

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

Membránové potenciály

Dýchací řetězec (DŘ)

TERMODYNAMICKÁ ROVNOVÁHA, PASIVNÍ A AKTIVNÍ TRANSPORT

Buněčný metabolismus. J. Vondráček

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

součástí našeho každodenního života spalování paliv koroze kovů ad.

Bp1252 Biochemie. #8 Metabolismus živin

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

Přednáška 6: Respirace u rostlin

Citrátový cyklus. Tomáš Kučera.

METABOLISMUS SACHARIDŮ

33.Krebsův cyklus. AZ Smart Marie Poštová

Bioenergetika a makroergické sloučeniny

ANABOLISMUS SACHARIDŮ

Obecný metabolismus.

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

Metabolismus. Source:

[ ] d[ Y] rychlost REAKČNÍ KINETIKA X Y

Aerobní odbourávání cukrů+elektronový transportní řetězec

9. Léčiva CNS - úvod (1)

Lékařská chemie a biochemie modelový vstupní test ke zkoušce

Energetický metabolizmus buňky

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

Elektronový transport a oxidativní fosforylace

METABOLISMUS SLOUČENINY S MAKROERGNÍMI VAZBAMI

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

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

3) Membránový transport

Regulace metabolických drah na úrovni buňky

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

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

3 a) Fyzikální principy. 5 Chemický potenciál (µ s ) (volná energie na jeden mol: J/mol) * = chemický potenciál roztoku s za standartních podmínek

Fotosyntéza. Ondřej Prášil

součástí našeho každodenního života spalování paliv koroze kovů ad.

Elektrochemický potenciál Standardní vodíková elektroda Oxidačně-redukční potenciály

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

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Informace Seminář z biochemie II Laboratorní cvičení z biochemie

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

E KONTROLNÍ TEST ŠKOLNÍHO KOLA

POZNÁMKY K METABOLISMU SACHARIDŮ

ENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.

Pufry, pufrační kapacita. Oxidoredukce, elektrodové děje.

Dýchací řetězec (Respirace)

Pufry, pufrační kapacita. Oxidoredukce, elektrodové děje.

12-Fotosyntéza FRVŠ 1647/2012

Metabolismus krok za krokem - volitelný předmět -

Energetický metabolismus rostlin

Odbourávání lipidů, ketolátky

Metabolismus lipidů. (pozn. o nerozpustnosti)

13 Oxidačně redukční reakce

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

Elektrochemické reakce

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

Obecný metabolismus.

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

Biologické redoxní děje Biological redox processes. Tisková verze Print version Prezentace Presentation

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

B4, 2007/2008, I. Literák

Laboratorní práce č. 8: Elektrochemické metody stanovení korozní rychlosti

Nejistoty kalibrací a měření ph

Sacharidy a polysacharidy (struktura a metabolismus)

Citrátový cyklus a Dýchací řetězec. Milada Roštejnská Helena Klímová

Elektrolýza. (procesy v elektrolytických článcích) ch) Základní pojmy a představy z elektrolýzy. V rovnováze E = 0 (I = 0)

Vodní režim rostlin. Obsah vody, RWC, vodní potenciál a jeho komponenty: Adaptace, aklimace: rostliny vodní, poikilohydrické (řasy, mechy,

1. Termochemie - příklady 1. ročník

Vodní režim rostlin. Úvod Adaptace, aklimace: rostliny vodní, poikilohydrické (řasy, mechy, lišejníky, kapradiny, vyšší rostliny) a homoiohydrické.

Redoxní děj v neživých a živých soustavách

Model dokonalého spalování pevných a kapalných paliv Teoretické základy spalování. Teoretické základy spalování

Úvod do teorie spalování tuhých paliv. Ing. Jirka Horák, Ph.D.

Stanovení korozní rychlosti elektrochemickými polarizačními metodami

Didaktické testy z biochemie 2

Glykolýza Glukoneogeneze Regulace. Alice Skoumalová

CZ.1.07/2.2.00/ Obecný metabolismu. Cyklus trikarboxylových kyselin (citrátový cyklus, Krebsův cyklus) (8).

Tematická oblast: Obecná chemie (VY_32_INOVACE_03_3)

Termochemie. Verze VG

Transkript:

MitoSeminář II: Trochu výpočtů v bioenergetice MUDr. Jan Pláteník, PhD. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK (se zahrnutím cenných připomínek, kterými přispěl prof. MUDr. Jiří Kraml, DrSc.) 1 Dýchacířet etězec a oxidativní fosforylace: Souhrn * Proud elektronů soustavou redoxních kofaktorů dýchacího řetězce na kyslík * Přenos protonů z matrix mitochondrie na cytosolovou stranu vnitřní mitochondriální membrány (protonový gradient). Protonmotivní síla = ph gradient + elektrický potenciál * Protony se vrací zpět přes ATP synthasu and pohání syntézu ATP. 2 1

Bilance oxidativní fosforylace Pokud F 0 komplex u savců má 10 c podjednotek: jedna otočka znamená průtok 10 protonů. F 1 část má 3 ATP tvořící místa: jedna otočka znamená syntézu tří ATP from ADP + Pi Nejméně 3 H + musí být dýchacím řetězcem přeneseny z matrix na výrobu 1 ATP Další H + se spotřebuje na import fosfátu Transport 2 elektronů z NADH na kyslík (komplexy I, III, IV) vypumpuje 10 protonů, z FADH 2 na kyslík (komplexy III, IV) 6 protonů. Oxidace 1 NADH produkuje 2.5 ATP Oxidace 1 FADH 2 produkuje 1.5 ATP 3 G G = H T S Chemická reakce může proběhnout jen pokud G je negativní. (produkty musí obsahovat méně volné energie než výchozí látky) 4 2

G G a chemická rovnováha A + B C + D K eq = [C eq ][D eq ] [A eq ][B eq ] G = RT ln K eq + RT ln [C][D] [A][B] A + B C + D G negativní A + B C + D G pozitivní (negativní pro zpětnou reakci) A + B C + D G = 0 (rovnováha) 5 Standardní volná enthalpie G o = RT lnk eq 1.0M, 25 C ph 7.0 R... univerzální plynová konstanta 8.3143 J mol -1 K -1 T... absolutní teplota v Kelvinech (298.15 K = 25 o C) G = RT ln K eq + RT ln [C][D] [A][B] G = G o + RT ln [C][D] [A][B] 6 3

7 Redoxní potenciál X + Y X + Y X X + e Y + e Y Rozdíl afinity k elektronům mezi dvěma redoxními páry, udává se ve voltech. 8 4

E o standardní redoxní potenciál, 1.0 M, ph 0 E o standardní redoxní potenciál, 1.0 M, ph 7 Redoxní potenciál Referenční vodíková elektroda: E o = 0.0 V E o = 0.42 V 9 (Murray et al.: Harperova Biochemie, H&H 1998) 10 5

Vztah mezi volnou enthalpií a redoxním potenciálem G G = nf E n.. počet přenp enášených elektronů F... Faradayova konstanta =96 485 C /mol C (Coulomb) = J/ V 11 Nernstova rovnice Udává napětí galvanického článku, případně redoxní potenciál, pro různé koncentrace komponent. [C][D] G G = G o + RT ln [A][B] + G G = nf E RT [OX] E = E o + ln nf [RED] Walther Hermann Nernst (1864-1941): Nobel Prize 1920 Rovnice někdy též zvána Nernst-Petersova (Peters aplikoval Nernstovu rovnici na oxidoredukční děje) 12 6

Příklad I: Přenos P elektronů z NADH na kyslík: NADH + H + + 1/2O 2 NAD + + H 2 O Redoxní páry: NADH + H + NAD + + 2H + + 2e E o = 0.320V 1/2O 2 + 2H + + 2e H 2 O E o = + 0.816V Pro celou reakci: E o = 0.816V ( 0.320V )= = 1.136V G o = nf E o G o = 2(96.5 kj V 1 mol 1 )(1.136V) = 219.25 kj mol 1 13 Příklad II: Sukcinátdehydrogenasa Redoxní páry: sukcinát fumarát + 2H + + 2e E o = + 0.03V FAD + 2H + + 2e FADH 2 E o = 0.12 12V G o = 2(96.5 kj V 1 mol 1 )( 0.1.15V) = + 28.95 kj mol 1 Reakce nemůže probíhat??? 14 7

Příklad II: Sukcinátdehydrogenasa Redoxní páry: sukcinát fumarát + 2H + + 2e E o = + 0.03V FAD + 2H + + 2e FADH 2 E o = 0.12 12V Ale, jestliže e je fumarát odebírán n další reakcí,, stejně tak FAD reoxidováno no,, skutečné poměry sukcinát/fumar fumarát a FAD/FADH 2 nebudou 1:1 Pokud sukcinát : fumarát bude 500:1, redoxní potenciál soustavy dle Nernstovy rovnice vyjde: RT [OX] E = E o + ln = 0.03 + ( 0.08)( = 0.05 V nf [RED] A pro FAD/FADH 2 500:1 E = 0.12 + 0.08 = 0.04 V 15 obdobně malátdehydrogenasov tdehydrogenasová reakce: Redoxní páry: malát oxaloacetát + 2H + + 2e E o = 0.17 17V NAD + + 2H + + 2e NADH + H + E o = 0.32 32V 16 8

Iontový gradient na membráně může e konat práci c( + ) 1 = 120 mmol/l c( + ) 2 = 12 mmol/l G G = c 1 RT ln c 2 = (8.3143 298.15) ln 10 = = 5.7 kj/mol Rovnice platí, jestliže c 1 > c 2 (difúze do c 2 ); pro 37 C je koeficient 5.9 17 18 9

Protonmotivní síla p = ph + ψ Rozdíl v koncentraci protonů as 1 jednotka ph dle Nernstovy rovnice odpovídá asi 60 mv Elektrický potenciál na vnitřní membráně. Musí se změřit, udávaná hodnota např. 160 mv p = 60 mv + 160 mv = 220 mv 19 Účinnost mitochondriáln lní výroby ATP Oxidace 1 molu NADH vede k přečerpání 10 molů protonů a výrobě 2.5 molu ATP, protonmotivní síla je 220 mv Oxidace 1 molu NADH: G o = 219.25 kj/mol Protonmotivní síle p = 220 mv odpovídá: G = µ H + = F p = 21.2 kj/mol µ H + přečerpání 10 molů protonů: G = 10 x (21.2) = 212 kj je elektrochemický protonový gradient Prakticky vešker kerá energie z oxidace je převedena p do protonového gradientu 20 10

Účinnost mitochondriáln lní výroby ATP Oxidace 1 molu NADH vede k přečerpání 10 molů protonů a výrobě 2.5 molu ATP, protonmotivní síla je 220 mv Oxidace 1 molu NADH: G o = 219.25 kj/mol Protonmotivní síle p = 220 mv odpovídá: G = µ H + = F p = 21.2 kj/mol µ H + přečerpání 10 molů protonů: G = 10 x (21.2) = 212 kj 1 ATP je potřeba: G o = 30.5 kj/mol, v buňce reálně (při přebytku ATP): G = asi 50 kj/mol 4 protony vykonají práci 84.9 kj/mol, což na 1 ATP bohatě stačí je elektrochemický protonový gradient 21 Účinnost mitochondriáln lní výroby ATP Oxidace 1 molu NADH vede k přečerpání 10 molů protonů a výrobě 2.5 molu ATP, protonmotivní síla je 220 mv Oxidace 1 molu NADH: G o = 219.25 kj/mol Protonmotivní síle p = 220 mv odpovídá: G = µ H + = F p = 21.2 kj/mol µ H + přečerpání 10 molů protonů: G = 10 x (21.2) = 212 kj 1 ATP je potřeba: G o = 30.5 kj/mol, v buňce reálně (při přebytku ATP): G = asi 50 kj/mol je elektrochemický protonový gradient Oxidace 1 molu NADH poskytuje teoreticky energii na výrobu 4.4 molů ATP, prakticky se vyrobí 2.5 molu účinnost cca 57 % (pro standardní podmínky cca 35 %) 22 11