A légzési lánc és az oxidatív foszforiláció

Átírás

1 A légzési lánc és az oxidatív foszforiláció Csala Miklós Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet

2 intermembrán tér Fe-S FMN NADH mátrix I. komplex: NADH-KoQ reduktáz glicerin- 3-foszfát glicerin-3-foszfátdehidrogenáz FAD Fe-S FAD Fe-S FAD Fe-S szukcinát II. komplex: szukcinát-koq reduktáz acil-koa acil-koa-dehidrogenáz KoQ (ubikinon) hem Fe-S hem III. komplex: KoQ-citokróm c reduktáz citokróm c hem belső membrán hem/cu hem/cu IV komplex: citokróm-oxidáz O 2

3 Az oxigén redukciója a IV. komplexben

4 A légzési lánc lépései spontán végbemenő reakciók

5 A szabadenergia 3 komplexben hasznosul -koncentrációgradiens -elektromos potenciálkülönbség

6 Az elektrokémiai gradiens szabadenergiája direkt módon is hasznosulhat ionok másodlagos aktív transzportja ATP-szintézis az elektrokémiai gradiens szabadenergiája protein transzlokáció a mitokondriális membránon át (targeting) metabolikus intermedierek és ADP/ATP másodlagos aktív transzportja

7 F 1 : ATP-áz aktivitás helye F o : oligomicin-szenzitív faktor. Transzmembrán proton- carrier. F o F 1 szokatlan irányba működő proton pumpa mátrix belső membr. im. tér

8 Az F o F 1 ATP-áz inverz működése H + H + H + H + intermembrán tér a légzési lánc komplexei mátrix F o NADH+H + NAD + +½O 2 +H 2 O ATP F 1 ADP + P i

9 Az F o F 1 ATP-áz inverz működése H + H + H + H + intermembrán tér a légzési lánc komplexei mátrix F o NADH+H + NAD + +½O 2 +H 2 O ATP F 1 ADP + P i

10 Az oxidatív foszforiláció energiamérlege ADP 3- ATP 4- P i 2- OH - H + H 2 O ATP/ADP-antiporter P i -transzporter membránközti tér mátrix P i 2- ADP 3- OH - ATP 4- belső membrán F o F 1 3H + 4H + / ATP

11 P/O 2½ P/O 1½

12 Az oxidatív foszforiláció szabályozása alacsony [ADP] F o F 1 lassul H + -gradiens lassabban csökken H + -gradiens emelkedik a H + -pumpáláshoz szükséges szabadenergia nő, és megközelíti az elektrontranszfer szabadenergia-változását a komplex I, III és IVben a komplexek által katalizált reakció egyre kevésbé spontán légzés lassul magas [ADP] F o F 1 gyorsul H + -gradiens gyorsan felhasználódik H + -gradiens csökken a H + -pumpáláshoz szükséges szabadenergia csökken, és jóval a komplex I, III és IV által végzett elektrontranszfer szabadenergiaváltozása alá esik a komplexek által katalizált reakció egyre inkább spontán légzés gyorsul

13 Az oxidatív foszforiláció szabályozása (légzési kontroll: akceptor kontroll ) Az oxidatív foszforiláció sebességét az ATP fogyása automatikusan szabályozza (oxigén jelenlétében) Ha az [ATP]/[ADP] arány magas lassul Ha az [ATP]/[ADP] arány alacsony gyorsul a kontroll az ADP mennyiségén alapul (foszforil csoport akceptor)

14 Az oxidatív foszforiláció szétkapcsolása Ha a belső membrán áteresztővé válik protonok vagy akár más ionok számára, rövidzárlat alakul ki. H + H + H + H + H + intermembrán tér mátrix F o NADH+H + NAD + +½O 2 +H 2 O ATP F 1 ADP + P i

15 Az oxidatív foszforiláció szétkapcsolása Ha a belső membrán áteresztővé válik protonok vagy akár más ionok számára, rövidzárlat alakul ki. H + H + H + H + H + intermembrán tér mátrix F o NADH+H + NAD + +½O 2 +H 2 O ATP F 1 ADP + P i

16 lipidoldékony gyenge savak H + -áteresztővé tehetik a membránokat a szétkapcsoló 2,4 DNP intermembrán tér mátrix

17 Szétkapcsoló fehérje: termogenin H + -transzporter a belső mitokondriális membránban Barna zsírszövetben Szétkapcsolja az oxidatív foszforilációt. megszünteti az elektrokémiai gradienst, így a légzés, csupán hőt fejleszt "non-shivering thermogenesis"

18 hideg táplálék hipotalamusz Termogenin barna zsírszövet adipocitája szimpatikus ideg TG FA mitokondrium noradrenalin H + acetil-koa e - HŐ

19 Az oxidatív foszforiláció gátlószerei hatáspont inhibitor légzés komplex I rotenon, amitál (NADH) hatás H + -mozgató erő (NADH) ATP szintézis (NADH) komplex II malonát (szukcinát) (szukcinát) (szukcinát) komplex III antimicin A komplex IV CN -, N 3-, CO F o F 1 oligomicin ADP/ATP transzlokáz H + -mozgató erő atraktilozid szétkapcsolók (pl. 2,4DNP)

20 A mitokondriális G3PDH glikolízis A glicerin-3-p útvonal

21 A Malát/Aszpartát útvonal a G3P útvonallal ellentétben, az I. komplexen át jutnak az elektronok a légzési láncba, tehát a P/O hányados 2½.

22 össz.: 38 ATP / 36 ATP a glukózoxidáció energiamérlege szubsztrátszintű glukóz oxidatív 2 ATP 2 NADH 6 ATP / 4 ATP 2 piruvát 2 NADH 6 ATP 2 acetil-koa + 2CO 2 2 ATP 6 NADH 2 FADH 2 18 ATP 4 ATP 4 ATP 6CO 2 34 ATP / 32 ATP

23