biochemijos konspektas

5/21/2018 Biochemijos konspektas

1/20

39

LIPID BIOSINTEZRiebal rgi sintez vyksta riebaliniame audinyje, kepenyse, pieno liaukose.

Lipogenez pagrindinai vyksta citozolyje, kai kurios stadijos yra endoplazminiame tinkle,mitochondrijose. Nors visos riebal rgi skaidymo reakcijos yra grtamos, taiau riebal

rgi sintez vyksta kitokiu keliu. Riebal rgi sintez katalizuoja skirtingi fermentai,riebal rgtys sintetinamos citozolyje, o oksiduojamos mitochondrijose, sintezei vandeniliodonoru yra NADPH, o skaidymo metu vandenilis perneamas ant NAD+, sintezei dviejanglies atom donoras yra malonil-KoA, skaidymo metu dviej anglies atom fragmentas yraacetil-KoA.

Citozolyje sintetinama palmitino rgtis (C16) , endoplazminiame tinkle soios riebalrgtys paveriamos nesoiomis, bei yra ilginama angliavandenilin grandin.Angliavandenilin grandin yra ilginama ir mitochondrijose.

Acetil-KoA perneimas i mitochondrij citozol.Riebal rgi sinteze vyksta citozolyje, o substratas acetil-KoA susidaro

mitochondrij upilde oksidacinio piruvato dekarboksilinimo metu. Vidin mitochondrijmembrana yra nelaidi acetil-KoA, todl lstel acetilgrups perneimui panaudoja ganasudting

citratas citratas

oksalacetatas

oksalacetatas

piruvatas piruvatas

malatas

ATP + HSKoA

ADP + Pn+ CH3-CO-SKoA

Citrato liaz

NADH + H+

NAD+

NADP+

NADPH + CO2

Malato dehidrogenaz

Malik fermentas

KoASH

CH3-CO-SKoA

ADP + Pn

HCO3- + ATP

Piruvato karboksilaz

Citrato sintaz

UPILDAS CITOZOLIS

trikarboksilatpernaossistema

vidin mitochondrijmembrana

malatas

Malato DH

NAD+

NADH+H+

H+

PVR

mechanizm, kurio metu pro membran dviej anglies atom fragmentas (CH3CO-)perneamas citrato formoje. Proceso tstinumui oksalacetatas turi bti grintas mitochondrij upild. Vidin membrana nelaidi oksalacetatui. Oksalacetatas redukuojamasiki malato ir citrato ineimas i mitochondrij gali bti kompensuojamas tiesioginiu malatogrimu mitochondrij upild. Taiau yra kitas anijono perneimo kelias. Veikiantmalikfermentui malatas dekarboksilinamas ir piruvatas per jo pernaos sistem grta upild. kofermentas yra NADP+, o susidars NADPH panaudojamas riebal rgi

biosintezei.Acetil-KoA karboksilinimas. Citozolyje acetil-KoA yra aktyvinamas ir

karboksilinamas iki malonil-KoA, reakcij katalizuoja acetil-KoA karboksilaz. iofermento kofermentas yra biotinas.


2/20

40

CH3COSKoA + HCO3- + ATP -OOCCH2COSKoA + ADP + Pn

Gyvnuose ir mielsereakcij katalizuoja bifunkcinis fermentas, kuriame fermentiniaiaktyvumai yra vienoje polipeptidinje grandinje. Acetil-KoA karboksilaz sudaryta i trijskirting baltym: biotino karboksilazs,transkarboksilazs ir perneanio baltymo

Riebal rgi biosintez katalizuoja riebal rgi sintaz. Fermentinis kompleksassudarytas i septyni ferment ir acilgrup perneanio baltymo (APB). Viena acetil-KoAmolekul sujungiama su septyniomis malonil-KoA molekulmis. APB pernea acetil- aracilgrupes sintazs komplekse nuo vieno fermento ant kito.

Riebal rgi biosintezyra daugiapakopis procesas, kur katalizuoja fermentai1. Prie kondensacijos reakcij acil- ir maloningrups prijungiamos prie

riebal rgi sintazs. Acetilgrup, katalizuojant acetil-KoA-APBtransacetilazei, perneama nuo acetil-KoA ant -ketoacil-sintazs(kondensuojanio fermento) cisteino -SH grups. Kitoje reakcijojemalonilo grup nuo malonil-KoA, katalizuojant malonil-KoA-APB

transferazei, perneama ant APB baltymo SH grups.2. Kondensacijos reakcijoje (fermentas -ketoacil-sintaz) malonil-APB yradekarboksilinamas, susidars karbanijonas atakuoja acetiltioester irsusidaro -ketoacil-APB. Kondensacijos reakcija yra pastumta acetoacetilo susidarym. Naujai sintetint riebal rgi visi angliesatomai yra kil i acetil-KoA.

3. Tolimesns riebal rgi sintezs reakcijos yra analogikos riebalrgi oksidacijos reakcijoms, taiau vyksta prieinga kryptimi.Karbonilgrup redukuojama katalizuojant -ketoacil-APB reduktazei irreduktoriumi tarnauja NADPH.

4. Sekaniame etape nuo -hidroksibutiril-APB yra paalinamas vanduo,

reakcij katalizuoja -hidroksiacil-APB dehidrataz.5. Dvigubo ryio redukcij katalizuoja enoil-APB reduktaz ir elektron

donoras yra NADPH. i reakcij metu i dviej, po du anglies atomusturini fragment yra sintetinamas keturi atom fragmentas.

6. Sekaniame etape butiril-APB perneamas nuo APB -SH grups ant -

ketoacil-sintazs cisteino -SH grups.7. Nauja malonil-KoA molekul prisijungia prie APB ir reaguoja su

butirilgrupe.

Angliavandenilins grandins ilginimas ir nesoi riebal rgi sintez. Grandinilginama prijungiant po 2 naujus anglies atomus. mogaus organizmas negali vesti dvigubojoryio toliau u 12 ar 15 padtis,todl tokios riebal rgtys kaip linolo turi bti gautos sumaistu. Jos yra nepakeiiamos riebal rgtys.


3/20

41

R-CH2-CO-SKoA-

Acil-KoA

CH3-CO-SKoA

KoASH

R-CH2-C=C-CO-SAPB

H

H

-trans-enoil-KoA

Tiolaz

R-CH2-CO-CH2-CO-SKoA

-ketoacil-KoA

H++ NADPH

NADP+

enoil-APB reduktaz

R-CH2-CHOH-CH2-CO-SKoA

-hidroksiacil-KoA

H2OEnoil-KoA hidrataz

-hidroksiacil-KoA dehidrogenaz

H++ NADPH

NADP+

R-CH2-CH2-CH2-CO-SKoA

Acil-KoA (2 anglies atomais ilgesnis)

Triacilgliceroli biosintezPatekusios su maistu ar naujai sintetintos riebal rgtys gali bti

a) panaudojamos triacilgliceroli biosintezei ir taip saugoma metabolin energijab) gali bti jungiamos membraninius lipidus

Triacilgliceroli sintez prasideda nuo riebal rgi liekan (R-CO-KoA) prijungimoprie glicerolio 3-fosfato. Glicerolio fosfatas susidaro redukuojant dihidroksiacetono fosfatarba fosforilinant glicerol. Katalizuojant aciltransferazms acilgrup nuo acil-KoA

perneama ant glicerolio 3-fosfato, susidarant fosfatido rgiai. Veikiant fosfatazei fosfororgties liekana paalinama ir prie diacilglicerolio prijungiama dar viena acilgrup. Tokiukeliu sintetinami triacilgliceroliai. Fosfatidin rgtis yra ir glicerofosfolipid sintezs

pirmtakas.

Glicerofosfolipid biosintezjeprie fosfatido rgties yra prijungiama galva, kuriagali bti cholinas, etanolaminas, serinas, glicerolis, inozitolis ar kita hidrofilin mediaga.Sintetinant glicerofosfolipidus galva prie diacilglicerolio prijungiama fosfoesteriniu ryiu

per fosforo rgties molekul. Diacilglicerolio ar galvos hidroksigrup sudaro esterin rysu fosforo rgtimi. Sintezei hidroksigrup aktyvinama prijungiant CTP.


4/20

42

Cholesterolio sintezCholesterolis yra btinas gyvj lsteli komponentas. Cholesterolis organizm

patenka su maistube to jis yra sintetinamaspaiameorganizme. Jis sintetinamas visosemogaus organizmo lstelse, taiau daugiausiai kepenyse, arnyne, antinksi ievje. Jiseina membran sudt, yra vairi steroidini hormon, tulies rgi pirmtakas, i

cholesterolio, veikiant viesai sintetinamas vitaminas D. Cholesterolis (C27) sintetinamas iacetil-KoA. Sintez vyksta citozolyje ir endoplazminio tinklo membranoje.

Cholesterolio biosintezje galima iskirti 4 stadijas:1.

Trys acetil-KoA (C2) molekuls kondensuojasi, susidarant mevalonatui (C6).2. Mevalonatas yra paveriamas aktyvint izopreno liekan3.

Polimerizuojantis eioms izopreno liekanoms susidaro linijin skvaleno molekul,turinti 30 anglies atom.

4. Ciklizacijos, oksidacijos, metilgrups migracijos ar paalinimo metu susidaro galutinisproduktas cholesterolis, turintis 27 anglies atomus.

Acetil-KoA virtimui nevalono rgtimi labai svarbus fermentas -hidroksi--metilglutaril-KoA (HMG-KoA).Cholesterolio biosintezs ir pernaos reguliacija.

Cholesterolio molekuls iedas mogaus organizme nra metabolizuojamas iki CO2irH2O. Labai svarbus klausimas yra cholesterolio apykaitos reguliacija, kadangi cholesterolio

koncentracijos padidjimas organizme gali sukelti ateroskleroz. Organizmas cholesterolsintetina taip pat jis gaunamas su maistu. induoliai cholesterol sintetina kepenyse ir arnynolstelse. Dauguma sintetinto cholesterolio (75%) panaudojama tulies rgi sintezei, jistaip pat yra membran sudedamoji dalis, i jo sintetinami steroidiniai hormonai, vitaminas D.Cholesterolio koncentracija organizme palaikoma reguliuojant cholesterolio biosintez irlaikantis tinkamo mitybos rimo.induoli organizme cholesterolio koncentracij reguliuoja

vidulstelinis cholesterolis, bei hormonai adrenalinas, gliukagonas ir insulinas. Pagrindinischolesterolio biosintez reguliuojantis fermentas yra HMG-KoA reduktaz. Mevalonatosintezs greitis priklauso nuo fermento koncentracijos ir nuo jo aktyvumo. Taip patcholesterolio kiek galima reguliuoti kontroliuojant receptori veiklum ir esterifikacijos

proces(prijungim prie riebal rgi).Kraujo plazmos lipoproteinai ir cholesterolio pernaaPlazmos lipoproteinai yra baltym ir lipid kompleksai. Jie pernea lipidus, triacilglicerolius,cholesterol i vien audini kitus. Jie skiriasi savo tankiu. Yra penkios lipoprotein klass didelio tankio lipoproteinai (DTL), mao tankio lipoproteinai (MTL).MTL perneacholesterol i kepen raumenis, o DTL atvirkiai. MTL nuo DTL skiriasi baltymo irlipido santykiu.

Angliavandeni biosintezvyksta augaluose ir mikroorganizmuose fotosintezsproceso metu. Augalai sintetina sacharoz, krakmol, vairius oligo- ir polisacharidus.Gyvnuose gliukoz gali susidaryti i vairi pirmtak gliukoneogenezs metu, be to yrasintetinami disacharidai, glikogenas, glikoproteinai ir kiti angliavandeniai.

induoli organizmuose gliukoz gali bti sintetinama i glikogenini aminorgi,pieno rgties, piruvo rgties, glicerolioir kit mediag. is gliukozs sintezs procesasyra vadinamas gliukoneogenez. Gliukozs sintezs i piruvo rgties reakcijos yra panaios glikolizs reakcijas, sutampa dauguma ferment, reakcij tarpininkai, dauguma reakcijvyksta citozolyje. Trys glikolizs reakcijos yra negrtamos ir negali bti tiesiogiai

panaudojamos gliukoneogenezei. Negrtamos reakcijos yra ios gliukozs virtimas gliukozs 6-fosfat, katalizuojamos heksokinazs, o fruktozs 6-fosfato fosforilinimoreakcija ir piruvato susidarymas i fosfoenolpiruvato(PEP).


5/20

43

Pagrindinis etapaspiruvato pavertimas PEP. Tiesioginis piruvato fosforilinimas ikifosfoenolpiruvato nevyksta, taiau dalyvaujant keliems papildomiems fermentams, esantiemsmitochondrijose ir citozolyje, piruvatas per tarpininkus paveriamas fosfoenolpiruvat.

COO

CO

CH3

HCO3

COO

CO

CH2

COO-

+

-

- Piruvato karboksilaz

-

Piruvatas Oksalacetatas

ATP ADP+Pn

COO

C

CH2

COO

CO

CH2

COO- CO

2

PO32O-

-

PEP karboksikinaz

-

Oksalacetatas Fosfoenolpiruvatas

GTP GDP+Pn

~

Piruvatas perneamas mitochondrijas ir paveriamas oksalacetatu, kur mitochondrin

PEP karboksikinaz katalizuoja PEP susidarym. Fosfoenolpiruvatas ieina citozol irdalyvauja gliukoneogenezje. Tokiu bdu NADH susidaro citozolyje ir redukciniekvivalent perneimas i mitochondrij nebereikalingas.

Antra stadija, apeinant tiesiogines glikolizs reakcijas yra fruktozs 1,6-bisfosfatovirtimas fruktozs 6-fosfatu.

O

OH

OH

CH2OPO

3-O

3POCH

22-

HO

O

OH

OH

CH2OHO

3POCH

2

2-

HO

2H O

2

Fruktozs 1,6-bisfosfatas Fruktozs 6-fosfatas

Fruktozs1,6-bisfosfataz

Pn

Galutin gliukoneogenezs reakcija yra gliukozs 6-fosfato defosforilinimas.

2-

2H O

O

CH2OPO

3

OHOH

OH

OH

O

CH2OH

OHOH

OH

OH

Gliukozs

6-fosfataz

PnGliukozs 6-fosfatas Gliukoz

Bendra gliukoneogenezs reakcija yra i:2 PVR + 2 NADH + 2 H+ + 4 ATP + 2 GTP + 6 H2O Gliukoz + 2 NAD

+

+ 4 ADP + 2 GDP + 6 Pn


6/20

44

Gliukoz

ATP

ADP

Heksokinaz

Gliukozs 6-fosfatas

Fruktozs 6-fosfatas

Fosfofruktokinaz 1

Fruktozs 1,6-bisfosfatas

Glicerolio aldehido

3-fosfatas

Dihidroksiacetono

fosfatas

NAD+ + Pn

NADH + H+

1,3-bisfosfogliceratas

ADP

ATP

3-fosfogliceratas

2-fosfogliceratas

Fosfoenolpiruvatas

ADP

ATP

Piruvatas

Gliukozs6-fosfato fosfataz

Pn

ATP

ADP

Fruktozs1,6-bisfosfataz

Pn

NAD+ + Pn

NADH + H+

ATP

ADP

Oksaloacetatas

GDP

GTP

ATP

ADP

Piruvato karboksilaz

Fosfoenolpiruvato

karboksikinaz

1

2

3

Bendra glikolizs ir gliukoneogenezs schema. Sintetinant gliukoz i piruvato 1, 2 ir 3reakcijos vyksta kitu keliu nei glikolizje.


7/20

45

AMINORGI BIOSINTEZ aminorgi, nukleotid kit biologikai svarbi molekuli sudt eina azotas,

kuris jungiamas molekul j sintezs metu. Pagrindinis azoto altinis gyviems organizmamsyra ore esantis molekulinis azotas (N2). Biosferoje funkcionuoja azoto ciklas, kurio metu

fiksuojamas atmosferos azotas ir jis panaudojamas azot turini jungini sintezei.

Pirmas io ciklo etapas yra azoto fiksacija. Atmosferos azot fiksuoja (redukuoja) ikiNH4

+ kai kurios vandenyje ir dirvoemyje gyvenanios melsvabakters, dirvoje esaniosnefotosintezuojanios bakterijos. Nors dauguma organizm gali sisavinti amoniak, taiaudirvoje esani ir amoniak oksiduojani bakterij aktyvumas yra toks didelis, kad beveikvisas amoniakas oksiduojamas iki nitrit (NO2

-) arba nitrat (NO3-). Augalai ir dauguma

bakterij paima nitritus ir nitratus ir lstelje, veikiant nitrit ar nitrat reduktazms,redukuoja juos iki amoniako. Susidars amoniakas jungiamas aminorgi sudt. Gyvnaimaitinasi augalais ir juos vartoja kaip aminorgi altin.

Azoto fiksacija. Azotas fiksuojamas N-N ryyje.J taip pat fiksuojacianobakterijos,azotobakterijos ir simbioz. Azotas yra fiksuojamas fermentinio nitrogenazskompleksokuris sudarytas i dinitrogenazsreduktazs ir dinitrogenazs.

Bendra azoto fiksacijos reakcija yra uraoma:N2+ 10H

++ 8e- + 16ATP 2NH4+ 16ADP + 16Pn+ H2

+

Dinitrogenazs reduktaz (ji dar vadinama Fe-baltymas) yra dimeras, sudarytas i

dviej vienod subvienet. Tarp i subvienet yra isidsts 4Fe-4S centras, prijungiantis iratiduodantis po vien elektron. Kiekvienas subvienetas turi po vien ATP/ADP suriimocentr. Dinitrogenaz(dar vadimas MoFe-baltymas) yra tetrameras, sudarytas i dviej porskirting subvienet, kurie prijungia 2Mo, 32Fe ir 30S atom. MoFe-baltymo sudtyje yra Pcentrassuriantis 4Fe-4S ir geleies molibdeno centras.

Vienos azoto molekuls redukcijai reikia dinitrogenazs su auktu redukciniupotencialu ir atuoni elektron. ei elektronai redukuoja azot, o du redukuoja protonus iki

H2. Elektronai nuo piruvato perneami ant feredoksino (arba flavodoksino). Redukuotasferedoksinas perduoda elektronus dinitrogenazs reduktazs 4Fe-4S centrui. Redukuotadinitrogenazs reduktaz prisijungia ATP. Nitrogenazs kompleksas turi turti auktredukcin potencial, galinti redukuoti N2. Prisijungus dviem ATP molekulms priedinitrogenazs reduktazs baltymo redukcinis potencialas padidja. iuo atveju baltymoredukciniam potencialui didinti panaudojama ATP suriimo energija, bet ne ATP hidrolizsenergija. Redukuota dinitrogenazs reduktaz yra prisijungia prie dinitrogenazs ir jredukuoja. Elektronai dinitrogenazs P centro, po to ant MoFe centro ir ant azoto. Viso azotoredukcijai reikai 8 elektron ir 16 ATP molekuli.

Amoniako jungimas glutamat ir glutamin

Azoto fiksacijos metu susidars amoniakas yra panaudojamas aminorgi ir kitbiomolekuli biosintezei. Glutamatas ir glutaminas yra svarbiausios aminorgtys, kuriaspirmose stadijose jungiamas azotas. Redukcinio -ketoglutarato amininimo metu prie -ketoglutarato prisijungia amoniakas ir susidaro glutamatas. Reakcij katalizuoja glutamatodehidrogenaz reduktorius yra NAD(P)H , is procesas vyksta augaluose, gyvnuose,mikroorganizmuose.

-ketoglutaratas + NH4+

Glutamatas + H2O

Glutamatodehidrogenaz

NAD(P)H + H+

NAD(P)+


8/20

46

Vienas i svarbiausi amoniako sisavinimo keli yra glutamino sintez. i reakcijkatalizuoja glutamino sintetaz. Reakcija vyksta per du etapus. Pirmame susidaroglutamilfosfatas, kuris reaguoja su amoniaku ir sintetinasi glutaminas.

Glutaminas + ATP -glutamilfosfatas + ADP

-glutamilfosfatas + NH4 Glutaminas + Pn + H+

Bendra reakcija: Glutamatas + ATP + NH4 Glutaminas + Pn + H+

+

+

Aminorgi biosintezAminorgtys, kuri organizmas negali sintetinti vadinamos nepakeiiamomis

aminorgtimis ir jas turi gauti su maistu. Kitos, kurias organizmas sintetina i vairitarpinink yra vadinamos pakeiiamomis aminorgtimis. Pakeiiamos aminorgtys yrasintetinamos i glikolizs, trikarboksirgi ciklo ir pentozi fosfato kelio tarpinink,tirozinas ir cisteinas susidaro i nepakeiiam aminorgi. Azotas aminorgi sudtjungiamas per glutamat arba glutamin. Kai kurios aminorgtys sintetinamos viena ar

keliomis stadijomis, aromatini aminorgi sintez yra sudtinga.Nepakeiiamos

aminorgtysPakeiiamos

aminorgtysFenilalaninas Alaninas

Izoleucinas Argininas*

Leucinas Asparaginas

Lizinas Aspartatas

Metioninas Cisteinas

Treoninas Glutamatas

Triptofanas Glutaminas

Valinas Glicinas

Histidinas*

Prolinas

Serinas

* Argininas ir histidinas yra nepakeiiamos tam tikromis slygomis.Dvi aminorgtys histidinas ir argininas priskiriamos pakeiiamoms aminorgtims,

taiau intensyvaus audini augimo metu i aminorgi pradeda trkti ir jas btina gauti sumaistu. Aminorgi anglies griauiai yra gaunami i 6 jungini: -ketoglutaratas,oksalacetatas susidaro trikarboksirgi cikle, piruvatas, fosfoenolpiruvatas, 3-fosfogliceratas yra glikolizs tarpininkai, o eritrozs 4-fosfatas ir ribozs 5-fosfatas yra

pentozi fosfato kelio dalyviai.

Oksidacinis fosforilinimasyra galutinis angliavandeni, riebal rgi,aminorgi anglies skeleto skaidymo etapas,kurio metu sintetinamas pagrindinis ATPkiekis lstelje.Oksidacinio fosforilinimo metu yra redukuojamas deguonis ir susidarovanduo. Oksidacinis fosforilinimas yra procesas, kurio metu energija, isiskyrusioksiduojantis redukuotiems nukleotidams NADH ir FADH2, panaudojama ATP sintezei

i ADP ir fosforo rgties. Oksidacinis fosforilinimas vyksta mitochondrij vidinjemembranoje, bakterij plazminje membranoje. Oksidacin fosforilinim vykdo dvifermentins sistemos kvpavimo (arba elektron perneimo) grandin ir ATP sintaz (arbaATPaz). Kvpavimo grandinyra seka oksidacini redukcini ferment ir koferment,

kurie pernea elektronus ir protonus nuo redukuot nukleotid ant molekulinio deguonies.ATP sintazyra fermentin sistema, kuri panaudodama kvpavimo grandinje isiskyrusienergij katalizuoja ATP sintez i ADP ir Pn.


9/20

47

Vidinje mitochondrij membranoje isidsiusi kvpavimo grandin ir ATP sintaz,j baltymai sudaro pus vidins membranos baltym. Vidinje membranoje yra specializuotospernaos sistemos, kurios pernea reikalingas mediagas. Vidin membrana gaubia upild(matriks), kuriame yra trikarboksirgi ciklo fermentai, vyksta riebal rgi oksidacija,kai kuriaminorgi oksidacija, karbamido ciklo reakcijos.Mitochondrij upilde

trikarboksirgi cikle ar skaidant riebal rgtis susidariusi redukuotus nukleotidus NADHir FADH2oksiduoja molekulinis deguonis. Deguonis tiesiogiai nesveikauja su redukuotaisnukleotidais: elektronai ir protonai ant deguonies keliauja kvpavimo grandine, energijaisiskiria nedidelmis porcijomis ir sukaupiama ATP pavidalu. Laisvoji energija isiskiriaoksidacini - redukcini reakcij metu, perneant elektronus kvpavimo grandine nuoelektron donoro ant elektron akceptoriaus. Elektronai gali bti perduodami vieni(citochromai, Fe-S baltymai), susijung su protonu (vandenilio atomas perduodamas FMN,KoQ) ir susijungs su vandenilio atomu (hidrido jonas perduodamas nuo substrato ant NAD+

). Vienos mediagos oksidacija (elektrono netekimas) visada susijs su kitos mediagosredukcija (elektrono prijungimu). NADH oksidacija iki NAD+susijusi su FMN redukcija FMNH2. NAD

+ir NADH kaip ir FAD ir FADH2sudaro redokso por. Mediaga turinti

neigiamesn redukcin potencial atiduoda elektronus ir redukuoja teigiamesn potencialturini mediag. Todl elektronai keliauja nuo redokso poros su neigiamu redukciniu

potencialu ant poros su teigiamu redukciniu potencialu.

NADH + H++ O2 NAD++ H2O

Oksiduojantis NADH ar FADH2gali susidaryti kelios ATP molekuls.

Kvpavimo grandins kompleksai

Mitochondrij kvpavimo grandin sudaryta i elektron ir proton neikli, daugumai j yra integralieji baltymai, kuri kofaktoriai gali prijungti ir atiduoti vien ar du elektronus

bei protonus. Oksiduojantis substratui (trikarboksirgi ciklo metu, oksiduojantis riebal

rgtims), elektronai ir protonai perduodami NAD+arba FAD, nuo j redukciniai ekvivalentaiperduodami kvpavimo grandins komponentams emjanio redukcinio potencialo kryptimi.NADH redukuoja FMN, toliau elektronai per KoQ ir citochrom sistem patenka antmolekulinio deguonies, kuris dar prisijungia protonus ir virsta vandeniu.

Substratas(redukuotas)

Substratas

(oksiduotas)

NAD+

NADH

+H+

FMNH2

FMN

KoQ

KoQH2

FumaratasSukcinatas

FADH2FAD

Fe2+

Fe3+

Fe3+ Fe2+

Fe2+ Fe3+

1/2 O2

H2OI Kompleksas

II Kompleksas

III Kompleksas IV Kompleksas

Cit b Cit c Cit aa3

velniai veikiant mitochondrij vidin membran detergentais, galima iskirti keturis

kvpavimo grandins kompleksus. (ATP sintaz dar yra vadinama V kompleksu). Kiekvienasi kompleks turi savo apibrt baltym ir kofaktori sudt. I ir II kompleksai perneaelektronus nuo NADH (kompleksas I) ir sukcinato (kompleksas II) ant KoQ. III kompleksas

pernea elektronus nuo KoQH2ant citochromo c, o kompleksas IV katalizuoja elektronperneim nuo redukuoto citochromo c ant molekulinio deguonies. Kompleksus jungia judrs

vandenilio (KoQ) ar elektron neikliai (citochromas c).Kompleksas I. Kompleksas katalizuoja redukuoto NAD oksidacij ir KoQ redukcij.


10/20

48

Kompleksas isidsts vidinje mitochondrij membranoje taip, kad fermento aktyvuscentras, prie kurio prijungiamas NADH yra upildo pusje. Pradioje du elektronai ir du

protonai nuo NADH perneami ant prostetins grups FMN. Toliau elektronai perneami antFe-S centr ir ant KoQ. Susidars ubichinolis (KoQH2) difunduoja nuo komplekso I priekomplekso III, kuris j oksiduoja. Elektron perneimas nuo NADH ant KoQ yra susijs su

vektoriniu proton perneimu 4 protonai keliauja i mitochondrij upildo(H+v) citozol(H+i). is kompleksas veikia kaip protonin pompa.Fe-S baltymaiperneaelektronus gyvnuose, augaluose, bakterijose. iuose, gele turiniuose baltymuose, geleisyra sujungta ne su hemu, o su neorganine siera ir/ar su cisteino -SH grupe.ie Fe-S centraigali bti vairi struktr: nuo paprast, kur vienas geleies atomas koordinuotas suketuriais cisteino sieros atomais iki sudtingesni, kur Fe sujungta su keliais neorganinssieros atomais ir su cisteino -SH grupmis. ie kompleksai dalyvauja vieno elektrono

perneimo reakcijose. Geleies atomai kiekviename centre sudaro konjuguotas sistemas ir turioksidacijos laipsnius tarp +2 ir +3.

Ubichinonas(taip pat vadinamas kofermentu Q, KoQ) yra lipiduose tirpus.

CH3

(CH2-CH=C-CH

2)

O

O

CH3

Ubichinonas (KoQ)

H3CO

H3CO

nH

Ubichinonas gali prisijungti proton ir vien elektron tapdamas semichinono radikalu

KoQH.

arba du redukcinius ekvivalentus, susidarant ubichinoliui (KoQH2). Bdamas tirpuslipiduose jis pasiskirsto membranoje ir pernea pro j elektronus ir protonus. KoQ sujungia Iir II kompleksus su III kompleksu.

II kompleksas.Sukcinato-ubichinono oksidoreduktaz. Jis dar vadinamas sukcinatodehidrogenaze ir yra vienintelis trikarboksirgi ciklo fermentas suritas su membrana.Kompleksas II katalizuoja sukcinato oksidacij ir KoQ redukcij.Oksiduojantis sukcinatui

pradioje elektronai perneami ant FAD, nuo jo ant Fe-S centr, kurie redukuoja KoQ.III kompleksasUbichinono-citochromo c oksidoreduktaz dar vadinamas citochromo

bc1kompleksu .Kompleksas III katalizuoja KoQH2oksidacij citochromu c.Kompleksasveikia kaip protoninpompair pro membran i upildo citozol perneami 4 protonai.Citochromai yra baltymai, perneantys elektronus ir savo sudtyje, turintys prijungt hem.Jie randami vidinje mitochondrij, endoplazminio tinklo, chloroplast tilakoidmembranose, eukariot ir bakterij plazminje membranose. Mitochondrijose yra trys

pagrindins citochrom klass, besiskirianios struktra, sugerties spektrais, redukciniaispotencialais. Tai citochromas a (cit a), citochromas b (cit b) ir citochromas c (cit c). a ir b

tipo citochromuose hemas yra tvirtai, bet nekovalentikaiprijungtas prie baltymo, c tipocitochromuose, hemas c kovalentiniu ryiu sujungtas su baltymocisteino aminorgtimi.

IV kompleksasjis dar vadinamas citochromo c oksidaze. is fermentiniskompleksas yra galutinis kvpavimo grandins komponentas, tai yra pagrindin deguoniesredukcijos vieta lstelje. Kompleksas IV katalizuoja molekulinio deguonies redukcijcitochromu c. Deguonies molekul yra redukuojama prijungiant keturis elektronus ir keturis

protonus ir susidaro dvi molekuls vandens. ios redukcijos metu nesusidaro aktyviosios


11/20

49

deguonies formos, tokios kaip superoksidas, H2O2ir kitos. Tuobdu, kiekvienai deguoniesmolekuls redukcijai i upildoyra paimami keturi protonai.Citochromo c oksidaz taip patveikia kaip protonin pompapereinant dviemelektronamsnuo citochromo c du protonaikeliauja i upildo citozolir ant membranos sukuriamas proton gradientas.Perneantketuris elektronus per citochromo c oksidaz, 8protonai paimami i upildo, 4 prijungiami

prie deguonies ir 4 ineami tarpmembranin erdv.Yra trys rys oksidacinio fosforilinimo slopikli:

1. Elektron perneimo slopikliai.2. Oksidacinio fosforilinimo skyrikliai.

3. Fosforilinimo slopikliai.

Elektron perneimoslopikliaiTai yra vairios struktros mediagos, kurios prisijungusios prie kvpavimo grandins

komponent slopina elektron perneim. Esant slopikliams substrat oksidacija nevyksta,deguonis neredukuojamas ir ATP nra sintetinamas. Pirm kvpavimo grandins kompleksslopina amitalas (barbitrat grups vaistas). Antimicinas A ir miksotiazolas blokuojaelektron perna III komplekse. Citochromo c oksidazs aktyvum stabdo cianidas.

Nustatytos mediagos, kurios atskiria oksidacij nuo fosforilinimo ir jos pavadintosskyrikliais.Skyrikliai yra silpnos, lipiduose tirpstanios, rgtys, padidinaniosmembranospralaidumprotonams. Plaiausiai naudojami yra dinitrofenolis(DNF).Elektronai perneami kvpavimo grandine ant deguonies, taiau ATP sinteznevyksta.Chemiosmozin oksidacinio fosforilinimo teorija paaikina skyrikli veikimomechanizm. Skyrikliai padidina vidins mitochondrij membranos pralaidum protonams,sumaina elektrochemin vandenilio jon gradient ir atskiria oksidacij nuo fosforilinimo.Energija, sukaupta elektrocheminio vandenilio jon gradiento pavidalu, isklaidoma kaipiluma. DNF yra lipofilins silpnos rgtys, kurios lengvai pereina membran protonizuotojeir disocijuotoje formose. Jos prisijungia protonus toje membranos pusje, kur vandenilio jonkoncentracija didel, difunduoja pro membran ir atiduoda protonus kitoje membranos

pusje. Laisvas anijonas, bdamas tirpus lipiduose, grta pro membran atgal. Membranoselektrinis potencialas pagreitina proces.

AHAH

membrana

A- A-

H+H+

Fosforilinimo slopikliaijungiasi ir slopin ferment ATP sintaz. J poveikyje ATP

sintez nevyksta, o susidars elektrocheminis vandenilio jon gradientas gali btipanaudojamas kitoms mitochondrij funkcijoms vykdyti jon perneimui,transhidrogenazinei reakcijai, atgaliniam elektron perneimui. Vienas i plaiausiainaudojam mitochondrijose oksidacinio fosforilinimo slopikli yra oligomicinas, slopinaATP sintaz ir proton perneim pro membran prisijungdamas prie fermento.Mitochondrij ATP sntaz turi special baltym OSCP, kuris suteikia fermetui jautrumoligomicinui.

ATP sintaz(FoF1-ATPaz) yra fermentinis kompleksas aptinkamas vidinje

membranoja. Jis katalizuoja grtam fermentin reakcij.ADP + Pn+ Hior. ATP + Hvid.

+ +


12/20

50

Pagrindin fermento funkcija yra panaudojant elektrochemin vandenilio jongradient, sintetinti ATP i ADP ir Pn. ATP sintaz sudaryta i dviej dali siterpusio membran baltyminio komplekso Foir iorinio baltym komplekso vadinamo F1, juos jungiacentrinis ir periferinis stiebelis. Paveikus membranas karbamidu, EDTA ir kitais reagentais,

F1lengvai paalinamas nuo membranos. Iskirtas F1katalizuoja tik ATP hidrolizs, bet ne

sintezs, reakcij. Foyra proton kanalas. F1yra globulinis katalizinis baltymas sudarytas i ir subvienet ir cenrinio stiebelio subvienet , ir Fosudarytas i c ir a subvienet ir

periferinio stiebelio subvienet b, d, F6.F1kompleksas sudarytas i 5 skirting subvienet ir kurie yra susijung kompleks turint tris tris irpo vien ir subvienetus(3Nukleotidai susiria su subvienetu ir fermento aktyvus centras yra slyio ribojetarp ir subvienet. F1komplekse esantys 3ir 3subvienetai isidsto vienas po kitokaip mandarino skiltels. Centre yrasubvieneto asimetrika superspiral. subvienetas

prisijungs prie subvieneto apatins dalies. F0sudarytas i trij subvienet a, b ir c, kuriesusijung atitinkamai santykiu 1:2:9-12. Kiekvienas c subvienetas turi 2 transmembraninius spiralinius segmentus. Subvienetas a yra 5 transmembranini segment integralusis baltymas.

Dalis subvieneto b yra membranoje, kita hidrofilin sritis yra vir membranos ir jungiasi su subvienetu.

Oksidacidacinio fosforilinimo hipotezsPirmieji mokslininkai pasil chemin oksidacinio fosforilinimo hipotez. Jie rmsi

analogija su substartiniu fosforilinimu glikolizs metu. Oksiduojantis glicerolio aldehido 3-fosfatui susidaro 1,3-bisfosfogliceratas, kuris yra didiaenergis cheminis junginys. Tariamas

panaumastarp 1,3-bisfosfoglicerato rgties sintezs ir oksidacinio fosforilinimo metususidariusios ATP leido pasilyti chemin oksidacinio fosforilinimo hipotez, kuri teig, kadtarpin energijos forma tarp oksidacijos ir fosforilinimo yra cheminis didiaenergis junginys.is tarpinis didiaenergis junginys yra toliau panaudojamas ATP sintezei i ADP ir Pn. ihipotez negavo eksperimentinio patvirtinimo.

Vliau buvo pasilyta chemiosmozin oksidacinio fosforilinimo hipotez.Jipostulavo, kad elektron perneimas kvpavimo grandine yra susijs su protonipumpavimu i upildo tarpmembranin erdv, po to citozol. Ant vidinsmitochondrij membranos sukuriamas elektrocheminis vandenilio jon gradientas,kuris yra ATP sintezs varomoji jga.

Oksiduojantis kvpavimo grandinje substratui AH2redukuojamas substratas B, iosoksidacijos-redukcijos reakcijos metu pro membran yra perneami protonai. Kvpavimograndin funkcionuoja kaip protonin pompa. Pro membran yra perneamas protonas, todliorin membranos pus pargtja, o vidin paarmja, ant membranos sukuriamas pHgradientas pH). Perneant elektronus kvpavimo grandine, pro membran perneami

protonai. Protonaams grtant pro ATP sintaz, energija panaudojama ATP sintezei.Protonasturi teigiam krv, todl iorje kaupiasi teigiamas, o viduje neigiamas krvis ir antmembranos sukuriamas elektrini potencial skirtumas Tokiu bdu perneant proton,

ant membranos sukuriamas elektrocheminis vandenilio jon gradientas(-

), jis dar

vadinamas protoniniu potencialu. Kadangi vandenilio jon koncentracija upilde yramaesn nei iorje,.tai elektron ir proton perneimas i upildo yra energijos reikalaujantis

procesas. Be to proton perneimas padaro vidin membranos pus neigiamesn nei iorinpus.

PVJ = - ZpH

ATP sintezs mechanizmas

Suriimo mainATP sintezs mechanizmas. ADP + H3PO4ATP + H2O18 18


13/20

51

Hidrolizuojant ATP paymtu deguonies izotopu (O18) vandeniu, deguonies izotopas siterpia fosfato molekul. Imatavus O18kiek, pasirod, kad fosfato molekulje jungiamas nevienas, o trys ir net keturi O18atomai. Tai rodo, kad galinis fosfoesterinis ryys tarp ir fosfat ATP molekulje, suritoje su F1ne tik hidrolizuojasi, bet ir vl resintetinamas, tai yrahidrolizs reakcija grtama. Kiekvieno i io ciklo metu O18atsitiktinai sijungia vien i

keturi deguonies pozicij.

PO

O

O

O

18

18

18

18

i main reakcija vyksta ir su F0F1kompleksu. Surito su fermentu ATP hidrolizs

reakcijos greiio konstanta k+1lygi 10 s-1, ATP sintezs i ADP ir Pnsintezs reakcijos

greiio konstanta k-1lygi 24 s-1. ATP suriimo su F0F1konstanta Kd 10

-12M, tuo tarpu ADP

suriimo su F0F1konstanta tiktai Kd 10-5M. is pusiausvyros konstant skirtumas atitinka

40 kJ/mol suriimo energijos. i suriimo energija yra ATP sintezs varomoji jga, jinukreipia pusiausvyr ATP sintezs, o ne hidrolizs pus. ATP sintezei i ADP ir Pnenergija nereikalinga, energija panaudojama paalinti ATP i baltymo molekuls. ATPsintezs metu ciklikai keiiasi ATP sintazs konformacija, kintant konformacijai priefermento jungiasi ADP, Pn, yra sintetinama ATP ir ATP atsipalaiduoja nuo baltymo.

F1 kompleksas turi tris sveikaujanius tarpusavyje katalizinius protomerus, esaniusskirtingose konformacijose. Vienas j silpnai suria ADP ir Pn(bvis L loose), kitas stipriaisuria ATP (bvis T tight) ir treias, kuris nesuria nei substrat, nei produkt (bvis O open). Energija, isiskyrusi perneant protonus pro membran, yra panaudojama vienkonformacin bv paversti kitu. Fosfoanhidridinis ryys susidaro ir ATP sintez vyksta tiktaiT bvyje, o susintetinta ATP atsipalaiduoja i O bvio. ADP ir Pnprisijungia prie F1esanio

L bvyje. Proton gradiento energija pakeiia baltymo subvienet konformacij Lbvis pereina T, T bvis, prie kurio tvirtai buvo prijungta ATP, pereina O bv, ir O bvispereina L bv. i bvi konformacij kitimai vyksta sinchronikai.

ATP i O bvio disocijuoja nuo fermento aktyvaus centro. Susiris su Tbviu ADP ir Pnreaguoja tarpusavyje susidarant ATP. Protoninio gradiento energijapanaudojama konformaciniams pasikeitimams ir palengvina naujai sintezuotos ATP

molekuls pasialinim i baltymo.

Molekuls viduryje esantis simetrikas subvienetas sukasi ir subvienetatvilgiu. 33c kompleksas per ir subvienetus buvo imobilizuotas ant stiklo ploktels.Prie c subvieneto kovalentiniu ryiu buvo prijungta fluorescuojaniu dau paymta aktinogija. Vykstant ATP hidrolizei, keitsi ir subvienet konformacija, ir subvienetas sukosi.Kadangi subvienetas susijungs su c subvienetais, tai sukimasis buvo perduotas ir aktinui.Sukimasis vyksta kvantuotai, hidrolizuojantis vienai ATP molekulei aktinas pasisuka 1200.

iaiseksperimentais parodyta kad ATP hidrolizs energija naudojama subvienetosukimuisi. Natyvioje sistemoje reakcija turi vykti prieinga kryptimi, sukantis subvienetui


14/20

52

vyksta ATP sintez. is teiginys buvo patvirtintas ir parodyta, kad subvieneto sukimasissusijs su ATP sinteze. Ant stiklo ploktels per subvienet buvo pritvirtintas 33subvienetas. Prie subvieneto buvo prijungta magnetin dalel, ir ji magneto pagalba buvosukama. Sukdamasis subvienetas sveikauja su subvienetais, keiiajkonformacijir

buvo uregistruota ATP sintez. is eksperimentas vienareikmikai parod, kad ATPsintetinama sukant subvienet.

Protonai i tarpmembranins erdvs upild perneami pro F0komplekso a ir csubvienetus. Kiekviena baltymo c molekul membran perveria du kartus sudarydama porantilygiagrei transmembranini spirali. Vienos i membranini spirali viduryje yradikarboksiaminorgtis Glu ar Asp.ios grups protonizacija priklauso nuo aplinkos jeigukarboksigrup nukreipta hidrofobin membranos dal ji yra protonizuota (-COOH). Jeigualia yra baltymo hidrofilins aminorgi liekanos, ji disocijuoja. Baltymo c molekulssudaro ied, kurio dalis yra apsupta baltymo a, o kita dalis sveikauja su hidrofobiniumembranos dvisluoksniu. C iedas yra rotorius, kuris sukasi membranoje. Manoma, kad asubvienete yra du puskanaliai, nukreipti prieingas membranos puses. Protonai i iorins

membranos puss, kur j koncentracija didel, per puskanal prieina prie c subvienetokarboksigrupsir j protonizuoja. Prisijungus protonui, iedas pasukamas ir prie antropuskanalio, kuris nukreiptas upild, ateina kito c subvieneto karboksigrup. Ji disocijuoja irprotonai per kanal ieina upild. is proton srautas suka ied, sudaryt i c subvienet.Kadangi c subvienetai yra susijung su subvienetu, tai sukasi ir subvienetas. Manoma, kadvienos ATP molekuls sintezei, pro membran turi bti perneami 3 protonai.Rotorius yra csubvienetai susijung su ir subvienetais. Statoriaus vaidmen atlieka ir subvienetai,kurie suriti su membranoje esaniais a ir b baltymais. Tokiu bdu ATP sintaz veikia kaipmaina, kuri suka proton srautas, ir kuri sintetina ATP.

ATP-ADP perneimas

ATP sintetinamas upilde, o dauguma sintezi vyksta citozolyje, todl ATP turi btiineamas i mitochondrij. Be to pagrindinis ADP ir Pnkiekis yra citozolyje. Vidinjemembranoje yra adenino nukleotid translokaz, kuri iorinje vidins membranos pusje

prisijungia ADP3-ir pernea vid mainais vidumitochondrin ATP4-. Kadangi antiporteriskeiia keturis krvius tris, tai proces greitina membraninis potencialas. Teigiamas krvis,esantis membranos iorje yra ATP pernaos varomoji jga.

Citozolinio NADH perneimo sistemosDaugiausiai kvpavimo grandinje oksiduojamas NADH susidaro upilde

trikarboksirgi ciklo ir riebal rgi skaidymo metu. Vidin mitochondrij membranayra nepralaidi NADH. Vidinje mitochondrij membranoje yra specialios audyklinssistemos, kurios pernea citozolin NADH upild. Viena i aktyviausi yra malato-aspartato audykl, veikianti kepenyse, inkstuose ir irdies raumenyse. Citozolyje,redukuojantys ekvivalentai (elektronai ir protonai) nuo NADH yra perduodami ant

oksalacetato ir susidaro malatas. Reakcijkatalizuoja citozolin malato dehidrogenaz.Malat pro membran pernea malato -ketoglutarato pernaos sistema. Upilde elektronai ir

protonai nuo malato perneami ant NAD+ir susidars NADH oksiduojamas kvpavimograndinje. Oksalacetatas nepraeina providin mitochondrij membran. Peramininimoreakcijos metu i oksalacetato susidaro aspartatas, kuris perneamas glutamato-aspartato

pernaos sistemos atgal citozol. Citozolyje i aspartato regeneruojamas oksalacetatas.Griaui raumenyse ir smegenyse, vabzdi mitochondrijose yra kito tipo audykl

glicerolio 3-fosfato audykl. Ji skiriasi nuo aspartato-malato audykls tuo, kad NADHtiesiai atiduoda redukuojanius ekvivalentus FADui, esaniame iorinje mitochondrij


15/20

53

vidins membranos pusje. FADH2redukuoja KoQ, todl sintetinamos tiktai tiktai 1,5 ATPmolekuls.

ATP sintezs stechiometrija.Apskaiiuota, kad perneant du elektronus nuo NADH ant KoQ ir nuo KoQH2ant

citochromo c i upildo citozol perneami po 4 protonus. Kompleksas IV pumpuoja tiktai 2protonus. I viso, oksiduojant NADH, pro membran perneami 10proton, o oksiduojantsukcinat ei. Vienos ATP molekuls sintezei ATP sintaz sunaudoja 3 protonus. Darvienas protonas reikalingas adenino nukleotid translokazei perneti ATP i upildo citozol.Taigi vienos ATP molekuls sintezei reikia 4proton. Oksiduojant 1 mol NADH susidaro2,5 mol ATP , o 1 mol sukcinato1,5 mol ATP.

Aerobinio gliukozs skaidymo metu, oksiduojantis vienam moliui gliukozssusidaro 30 arba 32 moliai ATP.

C6H12O6+ 30(32)ADP + 30(32)Pn+ 6O2 6CO2+ 44H2O + 30(32)ATP

Aktyviosios deguonies formosTerminas aktyviosios deguonies formos,sutrumpintai ROS, yra vartojamas

apibdinti ne tiktai deguonies radikalus superoksid- (O2-), hidroksi- (OH), peroksi- (RO2

),

hidroperoksi- (HO2) radikalai, bet ir neradikalinius deguonies dariniusvandenilio peroksid

(H2O2), singuletin deguon (1O2), ozon (O3), hipochlorito rgt (HClO) ir kitus. iuo metu

taip pat naudojamas terminas aktyviosios azoto formos, kuriuo apibdinami ne tiktai azotoradikalaiazoto oksidas (NO), azoto dioksidas (NO2

), bet ir neradikaliniai azoto junginiainitrito rgtis (HNO2), nitroksianijonas (NO

-), peroksonitritas (ONOO-) ir kiti. (12.3 lentel).Taiau ROS terminas plaiai naudojamas tiek deguonies tiek azoto aktyvij form

ie junginiai susidaro veikiant organizm1 tiek vidiniams tiek ioriniams veiksniams.Aerobinio metabolizmo metu, oksiduojant vaistus ar kitus ksenobiotikus, udegimini

proces metu, iemijos ir reperfuzijos metu, sumajus antioksidant kiekiui ROSkoncentracija iauga. Aktyvij deguonies form susidarym skatina ir ioriniai veiksniai,tokie kaip rkymas, aplinkos utertumas, jonizuojanti radiacija. ROS padidjimas lsteljesukelia oksidacin lstels stres.

Laisvieji radikalai yra molekuls ar j grups, turinios nesuporuotelektroniorinje orbitalje.Jie yra nestabils, chemikai labai aktyvs, turintys trump gyvavimotrukm. Laisvieji radikalai gali inicijuoti grandinines reakcijas, upildydami savo nesuporuotoelektrono orbital elektronu, atpltu nuo kitos molekuls, ir taip pastarj paversdamilaisvuoju radikalu. Laisvieji radikalai gali bti ir naudingi, ir alingi organizmui. Jie dalyvaujaelektron perneimo grandinje, kraujo spaudimo reguliacijoje, apsaugo organizm nuomikroorganizm, bei kituose gyvybikai svarbiuose procesuose. Taiau daniau laisviejiradikalai yra organizmui alingi. Jie gali oksiduoti fosfolipidus, baltymus, nukleorgtis.Aktyviosios deguonies formos labai svarbios vairiems patologiniams vyksmams, tarp jiemijai, viniams susirgimams, udegui, organizmo senjimui.

Taiau pagrindins tripletins bsenos deguonis (O2) yra paramagnetin molekul irturi du nesuporuotus elektronus, turinius vienodus sukinius (b). Deguonies molekul yrastabili ir prie jos gana sunku prijungti vien elektron. Katalizuojant atitinkamiemsfermentams, palaipsniui ant deguonies perneant po vien elektron, susidaro superoksidoanijonradikalas (superoksidas) (O2

-), vandenilio peroksidas (H2O2) ir hidroksiradikalas (OH)

(12.22 pav.).


16/20

54

O2 O2-

H2O2 H2O + OH

H2O

Deguonis Superoksidas Vandenilio Hidroksiradikalas peroksidas

1e 1e + 2H+ 1e + 1H+- -

-

1e + H+-

..

Aktyvij deguonies form susidarymasMitochondrijosyra vienas i svarbiausi ROS altini. Nors pagrindinis deguonies

kiekis yra redukuojamas iki vandens, taiau yra keli etapai, kuriuose gali susidaryti laisviejiradikalai. Perneant elektronus I komplekse vienas elektronas ant deguonies gali pereiti nuoFMN ir nuo FeS sankaup. Superoksidas taip pat susidaro perneant elektron nuosemichinono radikalo ir nuo FeS III kvpavimo grandins komplekse.

Azoto oksido sintaz. Azoto oksidas (NO) yra aktyvus radikalas, sintetinamas iarginino veikiant azoto oksido sinazei.

Fagocitoz. Fagocitini lsteli membranose yra fermentas NADPH oksidaz. Patek organizm mikroorganizmai aktyvina NADPH oksidaz, kuri sintetina superoksid. is

procesas yra lydimas deguonies sunaudojimo padidjimo ir yra vadinamas kvpavimosprogimu protrkiu. Susidars superoksidas udo mikroorganizmus ir taip apsaugo lstelesnuo infekcijos.

Nefermentins ROS susidarymo reakcijos.Viena i svarbiausi hidroksiradikalo susidarymo reakcij yra pereinamj metal

jon Fe2+ir Cu+katalizuojamos reakcijos. ie jonai eina hemoglobino, mioglobino,

feredoksino sudt ir gali inicijuoti laisvj radikal susidarym.

Fe2+/Cu+ + H2O2 Fe3+/Cu+ + OH + OH

-

Fentono reakcija

O2 + H2O2-

H+

O2 + H2O + OH

Haberio ir Veiso reakcija

.

..

Veikiant jonizuojaniai radiacijai, vanduo skyla du aktyvius radikalus OHir H.Aktyviosios deguonies formos taip pat susidaro vykstant riebal rgi oksidacijai

peroksisomose, endoplazminiame tinkle citochromui P450 oksiduojant ksenobiotikus.

Aktyvi deguonies form poveikisAktyviosios deguonis formos paeidia beveik visas pagrindines lstels

makromolekuleslipidus, baltymus ir kiek silpniau nukleorgtis.Lipid peroksidacija. Membranini lipid peroksidacija padidina plazmins ir

organeli membran pralaidum todl jonai, makromolekuls gali ieiti ar eiti lstel arorganeles.

Baltym oksidacija.Paeidus baltymus, baltymai gali fragmentuotis, agreguoti, galisusidaryti kovalentiniai aminorgi susiuvimai.

Nukleorgi paeidimai. Mitochondrins ir branduolio DNR paeidimai sukeliamutacijas.

Aktyvij deguonies form nukenksminimas


17/20

55

Lstelseyra efektyvi apsauga nuo aktyvideguonies form. Yra kelios apsaugossistemos: a) fermentin, b) specialios molekuls gaudykls, kurios sugaudolaisvuosiusradikalus, c) baltymai ir kitos molekuls, surianios pereinamj metal jonus.

Veikiant apsaugos sistemoms lstels apsaugomos nuo laisvj radikal poveikio, tailabai svarbu senjimo proceso metu, sergant vairiom ligom pvz. iemija.

Superoksido dismutaz(SOD). Fermentas katalizuoja dviej superoksido anijonsusijungim (dismutacij) deguonies molekul.

Taip pat esama ir nefermentini gaudykli: Ubichinonas KoQ,Tokoferoliai,Karotinoidai, Glutationas ir kiti merkapto grup turintys junginiai,L-askorbo rgtis (vitaminas C), lapimo rgtis, Pereinamj metal jonusprijungiantys baltymai.

TRIKARBOKSIRGI CIKLAS (KREBSO CIKLAS)

Angliavandeni, triacilgliceroli, aminorgi skaidymo metu susidars acetil-KoAtoliau yra oksiduojami trikarboksirgicikle. is ciklas dar yra vadinamas Krebso arcitrin rgties ciklu. Sumintrikarboksirgi ciklo reakcij galime urayti taip:

CH3COOH + 2H2O 2CO2+ 8[H]

CH3COSKoA + 3H2O 2CO2+ KoASH + 8[H]

arba

Trikarboksirgi ciklas vyksta mitochondrijupilde, taiyra udaras procesas,susidedantis i 8 atskir reakcij. Jo metu acetilgrup suskaidomaiki dviejCO2molekulitaip pat susidaro trys NADH, vienas FADH2ir GTP(ATP). Redukuoti nukleotidai

oksiduojami mitochondrij kvpavimo grandinje, o atsipalaidavusi energija sukaupiamadidiaenergiuose ATP molekuls ryiuose.Pradinis ciklo substratas yra oksalacto rgtis,taipogi ji yra ir galutinis produktas. Trikarboksirgi ciklas vaidina labai svarb vaidmentiek lstels katabolizme, tiek anabolizme. Katabolizmo metu suskaidomianglaivandeniai,amonirgtys,riebal rgtys. Anabolizmo metu sintetinamiangliavandeniai,riebal rgtys,porfirinai,izoprenoidai,aminorgtys,purino ir primidinodariniai. Trikarboksirgi ciklas yra amfibolinis, jis atlieka ir katabolines ir anabolinesfunkcijas.

Piruvato oksidacin dekarboksilinimiki acetil-KoA ir CO2katalizuoja fermentiniskompleksas piruvatodehidrogenaz(PDH).

CH3COCOOH + KoASH + NAD+ CH3COSKoA + CO2+ NADH + H

+

G0/= - 33kJ/mol

PDH

Piruvato dehidrinim ir dekarboksilinim vykdo trys skirtingi fermentai ir 5kofermentai ar prostetins grups: tiamindifosfatas (TDP), lipo rgtis, kofermentas A (KoA),

NAD ir FAD. Piruvato dehidrogenazs kompleks sudaro trys fermentai: piruvatodehidrogenaz(E1), dihidrolipotransacetilaz(E2) ir dihidrolipodehidrogenaz(E3).

Trikarboksirgi ciklo chemins reakcijos.Trikarboksirgi cikle acetil-KoAreaguoja su oksalacto rgtimi, susidarant citratui. Citratas per eil reakcij virsta oksalacetatu

ir ciklas kartojasi. Prajus pilnam trikarboksirgi ciklui, dviej anglies atomacetilgrupsusijungia su oksalacetatu ir suskaidoma. Dvi CO2molekuls isiskiria oksiduojant a)-ketoglutarat. Trikarboksirgi cikle oksidacijos reakcijose isiskyrusi


18/20

56

energija panaudojama redukuoti tris NAD+ir vien FAD molekul,bei sintetinti ATP arbaGTP. Ciklo pabaigoje regeneruojama oksalacto rgties molekul. Reikia pastebti, kadsusidariusios dvi CO2molekuls nra gautos tiesiogiai i CH3CO- , ciklas turi apsisukti keliskartus, kad i anglis isiskirt CO2pavidalu. Nors trikarboksirgi cikle isiskiria tiktaiviena ATP molekul, taiau susidaro redukuoti nukleotidai, kurie patenka mitochondrij

oksidacinio fosforilinimo sistem ir sintetinamas didelis kiekis ATP.

Bendr trikarboksirgi ciklo reakcij galima urayti ia reakcija:

acetil-KoA + 3NAD++ FAD + GDP(ADP) + Pn+ 3H2O 2CO2+ 3NADH + 3H++ FADH2+

GTP(ATP) + KoASH

COO-

CO

CH2

COO-

COO

CH2

CH2

CO

COO

CH2

C COOOH

CH2

COO

COO

CH2

C COOH

C

COO

OH H

COO

C HOH

CH2

COO

COO

CH2

CH2

CCOO

O

COO

COO-

CH2

CH2

COO

-

Izocitratas

Sukcinatas

NAD+ NADH+H+

CO2

NAD+ NADH+H+

CO2

GDP+Pn GTP

(ADP+Pn ATP)

FAD FADH2 COO-

CH

HC

COO-

H2ONAD+ NADH+H+

CO

CH2

COO

CH3COSKoA KoASH

Citratas -ketoglutaratas

Sukcinil-KoAFumaratas

Malatas Oksalacetatas

1 23

4 56

7 8

H2O

-

-

~SKoA KoASH

-

-

-

-

-

-

-

- -

-

Oksalacetatas

Oksalacetatas, -ketoglutaratas, fumaratas yra aminorgi, purino ir pirimidinonukleotid biosintezs pirmtakai. I oksalacetato gliukoneogenezs metu yra sintetinamagliukoz. Sukcinil-KoA yra pagrindinis porfirino iedo sintezs pirmtakas. Porfirino iedasyra hemoglobine, citochromuose. I acetil-KoA sintetinamos riebal rgtys, terpenoidai,steroidai ir kitos mediagos turinios izopreno ied.


19/20

57

citratas

izocitratas

-ketoglutaratas

sukcinil-KoA

sukcinatas

fumaratas

malatas

oksalacetatas

NAD+

NAD+

NAD+

NADH+ H+

NADH+ H+

NADH+ H+

CH3CO-SKoAKoASH

GDP + Pn(ADP +Pn)

GTP

(ATP)

FAD

FADH2

H2O

H2O

H2O CO2

CO2

Glioksilatinis ciklas, trikarboksirgi ciklo modifikacija.Gliukozs sintezei reikalingaspiruvatas arba oksalacetatas. Gliukoz yra sintetinama i oksalacto rgties. Jeigu oksalactorgtis i trikarboksirgi ciklo bus panaudota gliukozs sintezei, tai trikarboksirgiciklas sustos. Stuburiniai nesintetina angliavandeni nei i riebal rgi, nei i acetato.Augaluose, bakterijose ir mielse acetil-KoA acetilgrup yra ne tiktai energetin mediaga,

bet i jos gali susidaryti angliavandeniai. iuose organizmuose yra glioksilatinis ciklas, kuriosmetu izocitratas nra dehidrinamas, o citrato liazs suskaidomas sukcinat ir glioksilat.Glioksilatinis ciklas yra trikarboksirgi ciklo alternatyva, jo metu oksalacto rgtis yraregeneruojama, antr acetil-KoA molekul sujungiant su glioksilatu. Gyvnai ir mogusneturi glioksilatinio ciklo, todl negali sintetintiangliavandeni i riebal rgi.

citratas

izocitratas

oksalacetatas

malatas

glioksilatassukcinatas

acetil-KoAKoA

acetil-KoA

KoA

NADH + H+

12

NAD+


20/20

58

biochemijos konspektas

Documents