1

1

Kolegij: BIOKEMIJATIHANA ŽANIĆ GRUBIŠIĆ.KARMELA BARIŠIĆ i LADA RUMORA

Zavod za medicinsku biokemiju i hematologijuFarmaceutsko-biokemijski fakultet

OKSIDATIVNA FOSFORILACIJAOKSIDATIVNA FOSFORILACIJAI I

RESPIRATORNI LANACRESPIRATORNI LANAC

2

OKSIDACIJA = otpuštanje elektrona i H+

OKSIDACIJA HRANE: e- i H+ prihvaća O2 – krajnji akceptor

CC66HH1212OO66 + 6O+ 6O22 6 CO6 CO22 + 6 H+ 6 H22OO

Ukupna promjena energije je velika – zbiva se u kaskadi reakcija u kojoj se energija postepeno oslobađa

OH-C- COO- O = C- COO-

H2-C-COO- + NAD+ CH2 + NADH + H+ + CO2

H2-C-COO- H2 C-COO-

izocitrat α-ketoglutarat

Ared + Boks Aoks + Bred

2

3

Tendencija prijelaza eTendencija prijelaza e-- ovisi o ovisi o redoksredoks potencijalupotencijaluE’o (Aox/Ared) E’o (Box/Bred)

Reducirani koenzimi - energijom bogate molekule NADH + HNADH + H++

FADHFADH22sadrsadržže e elektronski par s visokim potencijalom prijelazaelektronski par s visokim potencijalom prijelazakojikoji se u procesu se u procesu oksidativneoksidativne fosforilacijefosforilacije pretvara u pretvara u

fosfatfosfat s visokim sadrs visokim sadržžajem energije ATPajem energije ATP

OKSIDACIJA:OKSIDACIJA:

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

H+ i elektroni potječu s molekula hrane, a u respiratorni lanac dolaze nošeni koenzimima NADH + HNADH + H++

FADHFADH22

4

OKSIDACIJSKA FOSFORILACIJA I OKSIDACIJSKA FOSFORILACIJA I RESPIRATORNI LANACRESPIRATORNI LANAC

lokalizacija lokalizacija –– unutraunutraššnja membrana nja membrana mitohondrijamitohondrija

pumpanje protona u međumembranskiprostor

spontani povratak protona kroz ATP sintazu

potječu s molekula hrane, jer se u matriksu dešavaju mnogi oksidacijski procesi, NADH,FADH2

3

5

6

4

7

8

** ** **pumpanje protona

5

9

10

FMN - prostetska skupina prenosi

2 protona i 2 e-

6

11

ŽŽeljezoeljezo--sumpor proteinski kompleksi sumpor proteinski kompleksi -- prostetskeprostetske skupineskupine

sudjeluju u prijenosu esudjeluju u prijenosu e-- i Hi H++

12

REDUKCIJA UBIKINONA JE POVEZANA S TRANSPORTOM 2 PROTONA I 2 e- IZ

MATRIKSA MITOHIONDRIJA

7

13

Koenzim Q10 – sadrži deset izoprenskih jedinica

CH3

(CH2-CH=C-CH2)10visoko nepolaran spoj pa lako difundira kroz membranu

služi kao mobilni nosač elektrona između flavoproteina i citokroma

CITOKROMI – nosači elektrona od koenzima Q10 do O2

sadrže hemsko željezo koje se mijenja od Fe2+ do Fe3+

tijekom transporta elektrona

hem je protoporfirin IX isti kao u Hb i Mb

hemsko željezo prenosi samo jedan elektron ( NADH, flavini i

koenzim Q prenose po 2 elektrona)

Citokromi imaju različite strukture i svojstva – b, c1, c

Citokromi a i a3 - čine kompleks koji se zove citokromcitokrom oksidazaoksidaza

imaju hem A (razlike u grupama na porotoporfirinskoj strukturi)

14

8

15

16

9

17

Citokrom oksidaza katalizira krajnji korak prijenosa elaktrona na O2 i sintezu H2O

e-

e-

18

MEHANIZAM TRANSLOKACIJE PROTONA VEZANE UZ PRIJENOS ELEKTRONA

10

19

20

Struktura ATP Struktura ATP sintazesintaze

ADP+PADP+Pii ATPATP

citoplazmatskastrana

matriksmitohondrija

11

21

ATP sintaza ima reakcijski mehanizam različit od drugih enzima

22

RotacijaRotacija γγ podjedinicepodjedinice mijenja mijenja konformcijukonformciju katalitikatalitiččkeke ααpodjedinicepodjedinice tako da ona prolazi kroztako da ona prolazi kroz razlirazliččita stanjaita stanja

Protok HProtok H+ + iona izaziva rotaciju iona izaziva rotaciju γγ--ppodjediniceodjedinice

LL -- ADP i ADP i PPii se moguse mogu LLaganoagano vezativezatiTT -- ADP i ADP i PPii sese TTeešško mogu razdvojiti ko mogu razdvojiti -- sintetski koraksintetski korakOO –– otvoreno otvoreno –– ATP moATP možže slobodno e slobodno OOtitiććii

u svakom trenutku je po jedinau svakom trenutku je po jedina podjedinicapodjedinica u u raziraziččitomitom konformacijskomkonformacijskomstanjustanju u odnosu na ostaleu odnosu na ostale

12

23

γγ

ROTACIJAROTACIJA γγ PODJEDINICEPODJEDINICE MOMOŽŽE SE POKAZATI S E SE POKAZATI S IZOLIRANIMIZOLIRANIM ENZIMOM KOJI HIDROLIZIRAENZIMOM KOJI HIDROLIZIRA ATPATP

24

13

25

Protoniranjeasparaginske kiseline u podjedinici a

omogućava rotaciju i transmembranskitransport elektrona

26

EUR8484

tjelesna zaliha 250 gtjelesna zaliha 250 g-- reciklira se 300 putareciklira se 300 puta

14

27

28

15

29

ALTERNATIVNI RESPIRATORNI PUTOVIU TOPLIH I SMRDLJIVIH BILJAKA

mnoge cvijetnice privlače insekte oprašivače otpuštajući mirisne molekule koje oponašaju izvore prirodne hrane insekata. Biljke koje se oprašuju pomoću muha i drugih kukaca, ponekad koriste neugodne mirise, kako bi privukle insekte.

Araceae - obitelj smrdljivih biljaka (filodendroni, neki ljiljani i smrdljivi kupusi)Gusto pakovani cvjetovi se nalaze na uspravnom mesnatom nosaču cvjetova (“spadiks”),

NOSAČ OTPUŠTA MIRISE TRULOG MESA I BALEGE.

PRIJE CVJETANJA SE ZAGRIJE, i do 20 - 40°C IZNAD TEMPERATURE OKOLINE.

PROIZVODNJA TOPLINE – TERMOGENEZA- POMAŽE ISPARAVANJU MIRISNIH MOLEKULA

A I SAMA TOPLINA MOŽE PRIVUĆI INSEKTE.

SMRDLJIVI KUPUS CVJETA U KASNU ZIMU KADA SNIJEG JOŠ UVIJEK POKRIVA ZEMLJU,

TERMOGENEZA OMOGUĆUJE NOSAČU CVJETOVA DA IZRASTE KROZ SNIJEG.

SMRDLJIVI KUPUS

30

KAKO SMRDLJIVI KUPUS ZAGRIJE NOSAČ CVJETOVA ?

* Mitohondriji biljaka, gljiva i jednostaničnih eukariota imaju prijenosnike elektrona koji također posjediju i ALTERNATIVNE RESPIRATORNE PUTOVE.

* Alternativna-NADH OKSIDAZA prenosi elektrone sa ubikinonskog sustavadirektno na O2 mimoilazeći dvije protonske crpke, kompleks III i IV

ENERGIJAENERGIJA KOJA SE MOGLA POHRANITI U ATP-u, OTPUŠTA SE KAO

TOPLINATOPLINA

SMRDLJIVI KUPUS KORISTI OVU TOPLINU KAKO BI OTOPIO SNIJEG,PROIZVEO NEUGODAN SMRAD, ILI PRIVUKAO KUKCE I MUHE

TOPLINA

16

31

ODVAJANJE PRIJENOSA ELEKRONA ODODVAJANJE PRIJENOSA ELEKRONA OD FOSFORILACIJEFOSFORILACIJEU MITOHONDRIJIMA SMEĐEG MASNOGU MITOHONDRIJIMA SMEĐEG MASNOG TKIVATKIVA

PROIZVODI TOPLINUPROIZVODI TOPLINU

Cyt c

ADP+PiATP

H+ H+

H+

MATRIKS

TOPLINA !!!TOPLINA !!!

MEĐUMEMBRANSKIPROSTOR

PROTEIN ODVAJANJA(TERMOGENIN)

sinteza ATPsinteza ATP

32

mitohondrijskamembrana

MATRIKSVISOKI pH

CITOSOLNISKI pH

DIFUZIJA

DIFUZIJA

2,4-DINITROFENOL (DNP)

KARBONILCIJANID-p-TRIFLUORO-METOKSIFENILHIDRAZON (FCCP)

IONOFORI IONOFORI -- PRENOSE PRENOSE HH++ KROZ MITOHONDRIJSKUKROZ MITOHONDRIJSKU MEMBRANUMEMBRANURASPRRASPRŠŠUJU PROTONSKI GRADIJENTUJU PROTONSKI GRADIJENT

17

33

Oksidacija NADH nastalog u citoplazmiOksidacija NADH nastalog u citoplazmidevalvacija na membranidevalvacija na membrani

34

Oksidacija NADH nastalog u citoplazmiOksidacija NADH nastalog u citoplazmi

mitohondrijski enzim malat dehidrogenaza

citoplazmatski enzim malat dehidrogenaza

18

35

POTPUNA OKSIDACIJA MOLEKULE GLUKOZE DO CO2 I H2O DAJE 36 ATP