Az élő rendszerek konzervatív struktúrái: A lipidek

Átírás

1 Az élő rendszerek konzervatív struktúrái: A lipidek

2 A lipidek hidrofób molekulák sokrétű csoportja A lipidek olyan különböző felépítésű és funkciójú hidrofób anyagok, melyek apoláros oldószerekben jól, vízben nem vagy alig oldódnak. Nem képeznek polimer makromolekulákat Tartalmazhatnak poláros kötéseket (pl. oxigénnel), de elsősorban szénhidrogén régiókat találunk bennük soportosíthatóak kémiai összetételük és biológiai funkcióik alapján

3 A lipidek csoportosítása kémiai összetétel alapján Egyszerű lipidek: hidrolízissel egyszerűbb alakotókra nem bonthatóak fel (nem szappanosíthatóak) Zsírsavak Szteroidok Karotinoidok Terpének Prosztaglandinok Összetett lipidek: hidrolízissel egyszerűbb alakotókra bonthatóak fel (szappanosíthatóak) Neutrális zsírok Viaszok Foszfatidok

4 Zsírsavak osszú szénhidrogén láncokat tartalmazó molekulák, a végükön karboxil csoporttal (páros számú szénatomból állnak) A zsírsavak szabadon is előfordulnak, de lehetnek az anyagcserefolyamatok köztes-termékei vagy összetett lipidek prekurzorai A szénhidrát lánc tartalmazhat kettős kötéseket, ez esetben telítetlen zsírsavakról beszélünk (pl. olajsav).

5 Zsírsavak hidrogenizálása A szénlánc hossza, és a kettős kötés jelenléte (mely általában cisz konformációjú), meghatározza a molekula alakját és tulajdonságait: 44 APTER 2 hemical Foundations 3 Palmitate (ionized form of palmitic acid) Palmitát (olvadáspont: 63,1 ) FIGURE 2-18 The effect of a double bond on the shape of fatty acids. Shown are space-filling models and chemical structures of the ionized form of palmitic acid, a saturated fatty acid with 16 atoms, and oleic acid, an unsaturated one with 3 leate (ionized form of oleic acid) leát (olvadáspont: 13,4 ) 18 atoms. In saturated fatty acids, the hydrocarbon chain is often linear; the cis double bond in oleate creates a rigid kink in the hydrocarbon chain. [After L. Stryer, 1994, Biochemistry, 4th ed., W.. Freeman and ompany, p. 265.] If the acyl groups are long enough, these molecules are insoluble in water even though they contain three polar ester bonds. Fatty acyl groups also form the hydrophobic portion of phospholipids, which we discuss next. The primary building blocks of all biomembranes are phospholipids, whose physical properties are responsible for the formation of the sheetlike structure of membranes. Phospholipids consist of two long-chain, nonpolar fatty

6 Zsírsavak Példák zsírsavakra:

7 Esszenciális zsírsavak Az emberi test képes szintetizálni telített, vagy omega-9 egyszeresen telítetlen zsírsavakat, de nem képes kettős kötéseket vinni az omega-3 illetve az omega-6 helyekre, ezért az ilyen zsírsavakat kívülről kell pótolni. mega-3 mega-6 Esszenciális és nem-esszenciális zsírsavak

8 mega-6 és mega-3 zsírsavak

9 Szteroidok A Szteroidok szterán vázzal rendelkező lipidek. Főbb csoportjaik: Szterolok Epesavak ormonok D-vitamin

10 csoport apoláris Koleszterin Koleszterin elsősorban a biológiai membánokban előforduló amfipatikus molekula. A membránalkotók 50-70%-át is kiteheti. A membránok fluiditását csökkenti, azokat merevíti. poláros feji rész mon csoport 3 csoport 3 csoport atomból álló c apoláros Szénhidrogén lánc Merev planáris gyűrűsruktúra A koleszterint a legtöbb szerv szintetizálja (elsősorban a máj), másrészt a táplálékkal kerül a szervezetbe. A koleszterin előanyaga az epesavaknak, szteroidhormonoknak és a D- vitaminnak.

11 Koleszterin A plazmamembránon kívül a szérum lipoproteinek (LDL, DL, VLDL) tartalmaznak koleszterint. Ezek a lipoproteinek nem- kovalens kötéssel összekapcsolt lipidek és fehérjék (apolipoproteinek) változó arányú keverékének komplexei. DL

12 group of a phospholipid, is hydrophilic, whereas the fatty acyl chains, the tails, are hydrophobic. The amphipathic nature of phospholipids, which governs their interactions, is critical to the structure of biomembranes. When a suspension of phospholipids is mechanically Epesavak dispersed in aqueous solution, the phospholipids aggregate into one of three forms: spherical micelles and liposomes and sheetlike, two-molecule-thick phospholipid bilayers (Figure 2-20). The type of structure formed by a pure phospholipid or a mixture of phospholipids depends on several factors, including the length of the fatty acyl chains, their degree of saturation, and temperature. In all three structures, the hydrophobic effect causes the fatty acyl chains to aggregate and virtually impermeable to salts, sugars, and most other small Az epesavak a májban koleszterinből képződnek. exclude water molecules from the core. Micelles are rarely hydrophilic molecules. The phospholipid bilayer is the basic formed from natural phosphoglycerides, whose fatty acyl structural unit of nearly all biological membranes; thus, although they contain lebontásának other molecules (e.g., cholesterol, és gly- chains Szintézisük generally are too bulky jelenti to fit into the interior a koleszterin of a micelle. If one of the two fatty acyl chains is removed by hydrolysis, eltávolításának forming a lysophospholipid, fő the predominant útját. type of aggregate that forms is the micelle. ommon detergents and soaps form micelles in aqueous solution that behave as tiny ball bearings, thus giving soap solutions their leaflet minimize contact with water by aligning themselves tightly together in the center of the bilayer, forming a hydrophobic core that is about 3 nm thick (see Figure 2-20). The close packing of these nonpolar tails is stabilized by the hydrophobic effect and van der Waals interactions between them. Ionic and hydrogen bonds stabilize the interaction of the phospholipid polar head groups with one another and with water. A phospholipid bilayer can be of almost unlimited size from micrometers ( m) to millimeters (mm) in length or width and can contain tens of millions of phospholipid molecules. Because of their hydrophobic core, bilayers are colipids, proteins), biomembranes have a hydrophobic core that separates two aqueous solutions and acts as a permeability barrier. The structural organization of biomembranes and the general properties of membrane proteins are described in hapter 5. slippery feel and lubricating properties. Az epesavas sók természetes detergensek, poláros és Under suitable conditions, phospholipids of the composition present in cells spontaneously form symmetric phospholipid apoláros bilayers. Each részeik phospholipid layer vannak. in this lamellar Vizes oldatban micellákat KEY N EPTS F SETI N 2. 2 hemical Building Blocks of ells képeznek. Three major biopolymers are present in cells: proteins, Micelle composed of amino acids linked by peptide bonds; nucleic acids, composed of nucleotides linked by phosphodiester bonds; and polysaccharides, composed of monosaccharides (sugars) linked by glycosidic bonds (see Figure 2-11). Many molecules in cells contain at least one asymmetric carbon atom, which is bonded to four dissimilar atoms. Such molecules can exist as optical isomers (mirror images), designated D and L, which have different biological activities. In biological systems, nearly all sugars are D isomers, while nearly all amino acids are L isomers. Differences in the size, shape, charge, hydrophobicity, Epesavas sók jelenlétében and reactivity a lipidekből of the side chains of egyszerű amino acids determine rázással the chemical and structural properties of proteins (see Figure 2-13). részecskék emulzió képződik, amit a diszpergált Amino acids with hydrophobic side chains tend to cluster stabilizál in the interior of proteins away from the felületének negatív töltése surrounding Phospholipid bilayer Liposome FIGURE 2-20 ross-sectional views of the three structures formed by phospholipids in aqueous solutions. The white spheres depict the hydrophilic heads of the phospholipids, and the squiggly black lines (in the yellow regions) represent aqueous environment; those with hydrophilic side chains usually are toward the surface. The bases in the nucleotides composing DNA and RNA are heterocyclic rings attached to a pentose sugar. They form two groups: the purines adenine (A) and guanine (G) and the pyrimidines cytosine (), thymine (T), and

13 Szteroid hormonok Kortikoszteroidok (mellékvese kéreg hormonok) glikokortikoidok: kortizol (Stressz hormon - fokozza a glukoneogenezist, segíti a glükóz felhasználást, és jelentős gyulladáscsökkentő hatása is van) mineralokortikoidok: aldoszteron (só- és vízháztartását szabályozzák) Nemi hormonok Női nemi hormonok: ösztrogének és progesztinek (ösztradiol, progeszteron) ím nemi hormonok: tesztoszteron és adrogének

14 D-vitamin D-vitamin szintézis Szintézise koleszterolból történik, a szteránváz felnyílásával atása: a a 2+ és a foszfát szintjét szabályozza: csontok képződése, növekedése, ásványok beépülése

15 Terpének: Karotinoidok 5 szénatomos, izoprén egységekből felépülő apoláros vegyületek (pl. β-karotin) A β-karotin, az A-vitamin és a retinál prekurzora Konjugált kettős kötés rendszert tartalmaznak, ezért színesek.

16 Prosztaglandinok Arachidonsavból szintetizálódnak Prosztaglandinok Biológiai hatás: simaizom kontrakció, vérnyomás csökkentés, véralvadás, anyagcserefolyamatok szabályozása. A ciklooxigenáz enzim blokkolása gyulladáscsökkentő (pl. acetilszalicilsav).

17 iklooxigenáz-gátló gyulladáscsökkentő hatóanyagok

18 A lipidek csoportosítása kémiai összetétel alapján Egyszerű lipidek: hidrolízissel egyszerűbb alakotókra nem bonthatóak fel (nem szappanosíthatóak) Zsírsavak Szteroidok Karotinoidok Terpének Prosztaglandinok Összetett lipidek: hidrolízissel egyszerűbb alakotókra bonthatóak fel (szappanosíthatóak) Neutrális zsírok Viaszok Foszfatidok

19 Neutrális zsírok A neutrális zsírok glicerinre és zsírsavakra bonthatóak. A glicerin mindhárom hidroxil csoportja észteresítve van zsírsavakkal (triglicerid) Általában különböznek a savkomponensek.

20 Zsírsav (palmitinsav) Glicerol (a) Dehirációs reakció: észterkötés kialakulása Észter kötés (b) Zsír molekula (triacilglicerol)

21 Telített zsír molekula Sztearinsav, telített zsírsav (a) Telített zsírok

22 Telítetlen zsír molekula lajsav, telítetlen zsírsav (b) Telítetlen zsír cisz kettős kötés

23 Telítetlen kötések hidrogénezése A telítetlen kötése hidrogénezése általában nem teljes. (szobahőmérsékleten félkemény állapot)

24 A telített zsírok szobahőmérsékleten szilárdak (állati zsírok) A telítetlen zsírok vagy olajok szobahőmérsékleten folyékonyak A telített és transz-zsírsavakat tartalmazó zsírok közrejátszhatnak az érelmeszesedés kialakulásában A zsírok fő funkciója az energiaraktározás, a hőszigetelés és a mechanikai védelem.

25 Foszfolipidek A glicerofoszfolipidek esetében a glicerinhez két zsírsav és egy foszfát csoport kapcsolódik Az amino-alkohol csoport lehet:

26 idrofób farok idrofil fej Kolin Foszfát Glicerol Zsírsavak A két zsírsav oldallánc hidrofób karakterű farki, a foszfát csoport és az ahhoz kapcsolódó részek hidrofil, feji véget képeznek. Így a molekula amfipatikus tulajdonságú lesz. idrofil fej idrofób farok (a) Szerkezeti rajz (b) Tér-kitöltő modell (c) Foszfolipid szimbólum

27 Foszfolipidek II. A szfingolipidek esetében a szfingozinhoz egy zsírsav és egy foszfát csoport kapcsolódik

28 Foszfolipidek hiányában IRDS alakulhat ki Foszfolipidek (pl. lecitin és szfingomielin) vesznek részt a tüdő surfactant ayagának képzésében. Koraszülöttek esetén (28. előtt) a surfactant kevés lehet, és infant respiratory distress szindróma (IRDS) alakulhat ki. A rizikó felméréhez a magzatvízből meghatározzák a lecitin/szfingomilein arányt. (<1,5 magas rizikót jelent)

29 makromolekula belsejébe temetődő, zömmel apoláros oldalláncokat tartalmazó úgynevezett hidrofób magnak. A globuláris fehérjék felszínén zömmel poláros csoportok helyezkednek el, tehát natív térszerkezete a micellákra emlékeztet (bár a részletek tekintetében természetesen sokkal összetettebb) ábra: Az amfipatikus molekulák vízben szerkezetüktől függően micellákat, vagy membrán kettősréteget képeznek A biológiai membránok, például a sejtmembrán, vagy az eukarióták számos organellumának a membránjai döntően foszfolipidekből állnak. A foszfolipidek olyan amfipatikus molekulák, amelyek apoláros részének

30 A foszfolipidek vízben kétrétegű struktúrákat alkotnak, fő komponensei a biológiai membránoknak:

31 A viaszok Egyszer lipidek viaszok definíciója A viaszok nagy molekulájú zsírsavak és egyérték, nagy molekulatömeg alkoholok észterei véd funkció gyümölcsök felületén viaszréteg (hamv) nincs víz, nincs mikróba madarak tollának víztaszító bevonata méhviasz: palmitinsav szénatomszámú alkohol észtere 3 ( 2 ) 14 + ( 2 ) ( 2 ) 14 ( 2 ) 29 3 palmitinsav miricilalkohol miricil-palmitinát (egyérték alkohol) - 2

32 Az élő rendszerek konzervatív struktúrái: A nukleinsavak

33 A nuklein savak tárolják és továbbítják az öröklődés információit A polipeptidek aminosav szekvenciáját a öröklődés egységei, vagyis a gének szabják meg A géneket DNS, egy nukleinsav szekvenciája határozza meg

34 A nuklein savak szerepei Kétféle nukleinsavat különítünk el: Dezoxiribonuklein sav (DNS) Ribonuklein sav (RNS) A DNS irányítja a saját megkettőződését A DNS irányítja a hírvivő (messenger) RNS szintézisét és rajtuk keresztül a fehérje színtézist A fehérjék szintézise a riboszómákon történik

35 DNS 1 mrns szintézise a sejtmagban mrns SEJTMAG ITPLAZMA 2 Az mrns a citoplazmába kerül mrns Riboszóma 3 Fehérje szintézis Polipeptid Amino savak

36 A nuklein savak szerkezete A nukleinsavak polimerek, polinukleotidok A monomer egységek a nukleotidok Minden nukleotid szerves bázisból, pentózból és foszfát csoportból áll A foszfát csoport mentes nukleotid részletet nukleozidnak nevezzük

37 Nukleotid monomerek Nucleozid = nitrogén tartalmú szerves bázis + cukor A N-tartalmú szerves bázisoknak két csoporja: Pirimidinek (citozin, timin, uracil) egyszerű hattagú gyűrűből épülnek fel Purinok (adenin és guanin) hat és öttagú gyűrű kombinációjából állnak A DNS-ben a cukor dezoxiribóz; az RNS-ben a cukor ribóz nukleotid = nukleozid+ foszfát csoport

38 5 5 vég Nitrogén tartalmú szerves bázisok Pirimidinek 3 Nukleozid Nitrogén tartalmú bázis itozin () Timin (T, DNS-ben) Uracil (U,RNS-ben) Purinok 5 Foszfát csoport ukor (pentóz) 3 (b) Nukleotid Adenin (A) Guanin (G) 3 vég ukrok (a) Polinukleotid vagy nukleinsav Dezoxiribóz (DNS-ben) Ribóz (RNS-ben) (c) Nukleozid komponensek

39 Nukleotid polimerek A nukleotid polimerek összekapcsolódnak és polinukleotidokat hoznak létre A szomszédos nukleotidok kovalens kötéssel kapcsolódnak össze, mely a nukleotid 3ʹ szénatomjának csoportja és a következő nukleotid 5ʹ szénatomjának foszfát csoportja között jön létre (foszfodiészter kötés) Így egy cukor-foszfát gerinc alakul ki a bázisok sorrendje a DNS-ben vagy az mrnsben minden génre egyedi

40 A DNS kettős hélixe A DNS molekulának két polinukleotid szála van, mely egy képzeletbeli tengely körül kettős hélixet képez. A DNS kettős hélixben a két gerinc egymásnak ellentétesen fut 5ʹ 3ʹ irányba, vagyis antiparalell elrendeződésű Egy DNS molekula számos gén hordozhat A nitrogén tartalmú bázisok az antiparalell szálakban párba állnak és hidrogén kötésekkel kapcsolódnak: adenin (A) - timin (T),és guanin (G) - citozin ()

41 A DNS kettős hélixe A nitrogén tartalmú bázisok az antiparalell szálakban párba állnak és hidrogén kötésekkel kapcsolódnak: adenin (A) - timin (T) és guanin (G) - citozin () 104 APTER 4 Basic Molecular Genetic Mechanisms (a) 5 3 (b) 3 P 3 T N N N A N M ajor groove 2 P 2 P G A N N N N N N N T P 2 P 2 2 P N N N G P 2 Minor groove N 3 P FIGURE 4-3 The DNA double helix. (a) Space-filling model of B DNA, the most common form of DNA in cells. The bases (light shades) project inward from the sugar-phosphate backbones (dark red and blue) of each strand, but their edges are accessible through major and minor grooves. Arrows indicate the 5 n3 direction of each strand. ydrogen bonds between the bases are in the center of the structure. The major and minor grooves are lined by potential hydrogen bond donors and acceptors (highlighted in yellow). (b) hemical structure of DNA double helix. This extended schematic shows the two sugar-phosphate backbones and hydrogen bonding between the Watson-rick base pairs, A T and G. [Part (a) from R. Wing et al., 1980, Nature 287:755; part (b) from R. E. Dickerson, 1983, Sci. Am. 249:94.]

42 A DNS kettős hélixe Nukleotidok és nukleinsavak A DNS egyéb konformációi A-DNS B-DNS Z-DNS B-DNS él lényekben, vizes oldatban ez a leggyakoribb, a bázisok síkja majdnem mer leges a cukorfoszfát gerincre A-DNS dehidrált körülmények között egy tömörebb forma jön létre, a bázisok síkja megd l Z-DNS hosszú GGG... ismétl dések ezt a formát vehetik fel, amely balmenetes, zeg-zugos lefutású és megnyúlt

43 5' vég 3' vég ukor-foszfát gerinc Bázispár ( hidrogén kötésekkel összekötve) Régi szálak Az új szálhoz hozzáadódó nukleotidok 3' end 5' vég Új szálak 3' vég 5' vég 5' vég 3' vég

44 Nukleotidok és nukleinsavak RNS-ek csoportosítása Ribonukleinsavak írviv (messenger) RNS (mrns) genetikai kód közvetítése a DNS-r l a fehérjeszintézis helyére Riboszómális RNS (rrns) fehérjékkel együtt alkotja a riboszómát, melyek a fehérjeszintézis helyei Szállító (transfer) RNS (trns) megfelel aminosavak biztosítása a fehérjeszintézishez 80 nukleotidból áll; 1 szálas, de a szálon belül -kötések, így lóhere alakú Kis magi RNS (snrns) átírás utáni módosítás Kis RNS-ek kromatinszerkezet módosítása, szabályozás, védelem vírusok ellen (újabb felfedezések, funkciók)

45 " " next. DAP) is 22.2 under standard condiphosphate (G3P tions. Substituting this value into Equation 2-8, we can eas ily calculate the!gº$ for this reaction as %1840 cal/mol. ydrolysis of ATP Releases Substantial " P P " # 2 By rearranging Equation 2-8 and taking the antiloga- Free Energy and Drives Many ellular Processes we obtain arithm, state of " " g generated %(!Gº$/2.3RT ) In almost organisms, adenosine triphosphate, or ATP, is Keq all # 10 (2-9) An ATP molecule has two key phosphoanhydride bonds (!G # 0, the most important molecule for capturing, transiently stor(figure 2-24). ydrolysis of a phosphoanhydride bond (~) in From this expression, it is clear thattransferring if!gº$ is negative, theperform ing, and subsequently energy to work each of the following reactions has a highly negative!gº$ exponent will(e.g., be positive and hence K will be greater than eq biosynthesis, mechanical motion). The useful energy (2-8) of about %7.3 kcal/mol: eq 1. Therefore at equilibrium there is will be morein products than in an ATP molecule contained phosphoanhydride bonds, reactants; in other words, the formation of products from rese 10 logawhich are covalent bonds formed from the condensation of actants is favored. onversely, if!gº$ is positive, theof expoand prodtwo molecules of phosphate by the loss water: N 2 nent will be negative and K will be less than 1. eq he value of e interconn " " N P P oxyacetone An Unfavorable hemical Reaction Ph osp h o a n h y drid e b o n ds " " ard condin N an Proceed If It Is oupled with we can eas an Energetically Favorable Reaction % cal/mol. P P P 2 " " P (!G & P 0) # 2 e antilogamany processes in cells are energetically unfavorable % % % " " and will not proceed spontaneously. Examples include the synthesis of DNA from nucleotides and transport of a sub(2-9) molecule hasfrom twoakey phosphoanhydride bonds stance across An the ATP plasma membrane lower to a higher Adenosine triphosphate (Figure 2-24). ydrolysis of a phosphoanhydride concentration. ells can carry out an energy-requiring reac- bond (~) in gative, the (ATP) the following has a highly tionthan (!G1 & each 0) byofcoupling it to anreactions energy-releasing reac-negative!gº$ reater 2.4 Biochemical Energetics 53 tionthan (!G2 'of0)about if the%7.3 sum kcal/mol: of the two reactions has a net ducts FIGURE 2-24 Adenosine triphosphate (ATP). The t wo! phosphoanhydride ts negative from re-!g. The overall reactionbonds (red) in ATP, w hich link the thre e Ap~p~p! 2 n Ap~p! Pi! Suppose, for example, that the reaction A B " X has phosphate groups, each has a! G $ of %7.3 kcal/mol for hydroly, the expo(atp) (ADP) B!! ATP D! ADP! Pi a!g of "5 kcal/mol and that the reaction X Y " NZhas sis. ydrolysis of these bonds, especially the terminal one, drives 2 Ap~p~p! 2 n Ap! PPi!! is energetically favorablereactions (#G! 0).in biological syste ms. many energy-requiring a!g of %10 kcal/mol. A nukleitod származékok a sejt energetikai folyamataiban, redox reakciókban vesznek részt Az adenozin trifoszfát (ATP) molekula a sejt fő energia raktározó /szállító molekulája A foszfátcsoportok között foszfoanhidrid kötések alakulnak ki (ATP) (AMP) N osp h o a n h y drid e b o n ds! Ap~p! Ph 2 n Ap! Pi! (ADP) (AMP) N An alternative mechanism of energy coupling is to use the N foszfoanhidrid kötések felbomlása energy released by ATP hydrolysis to change the conforma tion of the molecule to an energy-rich stressed state. In N turn, 7,3 kcal/mol energiát szabadít the energy stored as conformational stress can be re-fel. 3" % Pi stands In these reactions, P forpinorganic P phosphate 2 (P 4 ) two phosphate groups e (!G & 0) and PPi for inorganic pyrophosphate, % % % top two linked by a phosphodiester bond. As the reactions nclude the show, the removal of a phosphate or a pyrophosphate group leased as the molecule relaxes back into its unstressed conformation. If this relaxation process can be mechanistically coupled to another reaction, the released energy can be harnessed to drive important cellular processes.

46 pounds. These reduced compounds originate in the center of the earth and are released at the vents. 2 Fe A nukleitod származékok a sejt energetikai n 2 Fe 3 2 Thus Fe folyamataiban, redox reakciókban 2 is oxidized, and 2 is reduced. Such reactions in which one molecule is reduced vesznek and another oxidized részt often NAD and FAD ouple Many Biological xidation and Reduction Reactions A nikotinamid adenin dinukleotid (NAD) és a flavin adenin dinukleotid (FAD) a számos biológiai redox folyamatban vesz részt In many chemical reactions, electrons are transferred from one atom or molecule to another; this transfer may or may not accompany the formation of new chemical bonds. The loss of electrons from an atom or a molecule is called oxidation, and the gain of electrons by an atom or a molecule is called reduction. Because electrons are neither created nor destroyed in a chemical reaction, if one atom or molecule is oxidized, another must be reduced. For example, oxygen draws electrons from Fe 2 (ferrous) ions to form Fe 3 (ferwhich carbohydrates are degraded in mitochondria. Each oxygen atom receives two electrons, one from each of two Fe 2 ions: are referred to as redox reactions. xygen is an electron acceptor in many redox reactions in aerobic cells. Many biologically important oxidation and reduction reactions involve the removal or the addition of hydrogen atoms (protons plus electrons) rather than the transfer of isolated electrons on their own. The oxidation of succinate to fumarate, which also occurs in mitochondria, is an example (Figure 2-25). Protons are soluble in aqueous solutions (as 3 ), but electrons are not and must be transferred di- (a) xidized: NAD Reduced: NAD (b) xidized: FAD Reduced: FAD 2 + N N 2 Nicotinamide 2 e N N N N N N Flavin 2 2 e 3 3 N N N N Rib ose Rib ose Ribitol Ribitol 2P 2P 2P 2P A denosine A denosine A denosine A denosine N A D 2 e N A D FA D 2 2 e FA D 2 FIGURE 2-26 The electron-carrying coenzymes NAD and FAD. (a) NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) is reduced to NAD by addition of t wo electrons and one proton simultaneously. In many biological redox reactions (e.g., succinate n fumarate), a pair of hydrogen atoms (two protons and two electrons) are removed from a molecule. ne of the protons and both electrons are transferred to NAD ; the other proton is released into solution. (b) FAD (flavin adenine dinucleotide) is reduced to FAD 2 by addition of two electrons and two protons. In this two-step reaction, addition of one electron together with one proton first generates a short-lived semiquinone intermediate (not shown), which then accepts a second electron and proton.