Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézet. Mitokondrium. Fésüs László, Sarang Zsolt

Hasonló dokumentumok
Citrátkör, terminális oxidáció, oxidatív foszforiláció

A bioenergetika a biokémiai folyamatok során lezajló energiaváltozásokkal foglalkozik.

A légzési lánc és az oxidatív foszforiláció

Energiatermelés a sejtekben, katabolizmus. Az energiaközvetítő molekula: ATP

09. A citromsav ciklus

A piruvát-dehidrogenáz komplex. Csala Miklós

Mire költi a szervezet energiáját?

A MITOKONDRIÁLIS ENERGIATERMELŐ FOLYAMATOK VIZSGÁLATA

A glükóz reszintézise.

Bevezetés a biokémiába fogorvostan hallgatóknak

Glikolízis. Csala Miklós

ZSÍRSAVAK OXIDÁCIÓJA. FRANZ KNOOP német biokémikus írta le először a mechanizmusát. R C ~S KoA. a, R-COOH + ATP + KoA R C ~S KoA + AMP + PP i

MITOCHONDRIUM. Molekuláris sejtbiológia: Dr. habil. Kőhidai László egytemi docens Semmelweis Egyetem, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet

Glikolízis. emberi szervezet napi glukózigénye: kb. 160 g

A mitokondriumok felépítése

Az eukarióta sejt energiaátalakító organellumai

Integráció. Csala Miklós. Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet

Növényélettani Gyakorlatok A légzés vizsgálata

A kémiai energia átalakítása a sejtekben

Energiaforrásaink Szénvegyületek forrása

Szénhidrátok monoszacharidok formájában szívódnak fel a vékonybélből.

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

A citoszolikus NADH mitokondriumba jutása

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA A SZÉNHIDRÁTOK ANYAGCSERÉJE 1. kulcsszó cím: A szénhidrátok anyagcseréje

A felépítő és lebontó folyamatok. Biológiai alapismeretek

A szénhidrátok anyagcseréje. SZTE AOK Biokémiai Intézet Gyógyszerész hallgatók számára 2014.

Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézet. Lipid anyagcsere. Balajthy Zoltán, Sarang Zsolt

Az energiatermelõ folyamatok evolúciója

A tananyag felépítése: A BIOLÓGIA ALAPJAI. I. Prokarióták és eukarióták. Az eukarióta sejt. Pécs Miklós: A biológia alapjai

A MITOKONDRIUMOK SZEREPE A SEJT MŰKÖDÉSÉBEN. Somogyi János -- Vér Ágota Első rész

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

Zsírsav szintézis. Az acetil-coa aktivációja: Acetil-CoA + CO + ATP = Malonil-CoA + ADP + P. 2 i

Szerkesztette: Vizkievicz András

AJÁNLOTT IRODALOM. A tárgy neve BIOKÉMIA I. Meghirdető tanszék(csoport) SZTE TTK, Biokémiai Tanszék Felelős oktató:

A felvétel és a leadás közötti átalakító folyamatok összességét intermedier - köztes anyagcserének nevezzük.

, mitokondriumban (peroxiszóma) citoplazmában

jobb a sejtszintű acs!!

A szénhidrátok lebomlása

A szénhidrátok lebomlása

Sejtszintű anyagcsere Ökrös Ilona

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A biokémia alapjai. Typotex Kiadó. Wunderlich Lívius Szarka András

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

Kevéssé fejlett, sejthártya betüremkedésekből. Citoplazmában, cirkuláris DNS, hisztonok nincsenek

Receptorok és szignalizációs mechanizmusok

ALLOSZTÉRIKUSAN SZABÁLYOZÓ METABOLITOK HATÁSA A PIRUVÁT-KINÁZ L és M IZOENZIMRE

Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézet. Sejtbiológiai alapok. Sarang Zsolt

Az edzés és energiaforgalom. Rácz Katalin

A biokémiai folyamatokat enzimek (biokatalizátorok) viszik véghez. Minden enzim. tartalmaz fehérjét. Két csoportjukat különböztetjük meg az enzimeknek

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA AZ AMINOSAVAK ANYAGCSERÉJE 1. kulcsszó cím: Az aminosavak szerepe a szervezetben

Fotoszintézis. 2. A kloroplasztisz felépítése 1. A fotoszintézis lényege és jelentısége

Az aszkorbinsav koncentráció és redox státusz szabályozása növényi sejtekben bioszintézis és intracelluláris transzport révén

A mikrobaszaporodás alapösszefüggései TÁPOLDATOK, TÁPTALAJOK HOZAMKIFEJEZÉS ÁLTALÁNOSITÁSA. Fermentációs tápoldatok MIKROORGANIZMUSOK TÁPANYAG IGÉNYE

1b. Fehérje transzport

A KOLESZTERIN SZERKEZETE. (koleszterin v. koleszterol)

1. Az élő szervezetek felépítése és az életfolyamatok 17

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

BIOKÉMIA GYAKORLÓ TESZT 1. DEMO (FEHÉRJÉK, ENZIMEK, TERMODINAMIKA, SZÉNHIDRÁTOK, LIPIDEK)

TRANSZPORTFOLYAMATOK A SEJTEKBEN

Sportélettan zsírok. Futónaptár.hu

Transzláció. Szintetikus folyamatok Energiájának 90%-a

BIOLÓGIA ALAPJAI. Sejttan. Anyagcsere folyamatok 1. (Lebontó folyamatok)

sejt működés jovo.notebook March 13, 2018

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

Az oxidatív foszforiláció és az elektrontranszportlánc egyes sajátságait a mitokondrium-szuszpenzió oxigénfogyasztásának mérésével vizsgáljuk.

3. A w jelű folyamat kémiailag kondenzáció. 4. Ebben az átalakulásban hasonló kémiai reakció zajlik le, mint a zsírok emésztésekor a vékonybélben.

A BIOFIZIKA ALAPJAI KEMIOZMOTIKUS ELMÉLET MEMBRÁNON KERESZTÜLI TRANSZPORT

Transzláció. Leolvasás - fehérjeszintézis

A fotoszintézis molekuláris biofizikája (Vass Imre, 2000) 39

Kollokviumi vizsgakérdések BIOKÉMIABÓL OSZTATLAN TESTNEVELŐ TANÁRI Szak, Levelező tagozat A kérdés

Modul cím: MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA LIPIDEK ANYAGCSERÉJE 1. kulcsszó cím: A lipidek szerepe az emberi szervezetben

Novák Béla: Sejtbiológia Membrántranszport

Készült:

VIZSGAKÉRDÉSEK A FELKÉSZÜLÉSHEZ* Biokémia és molekuláris biológia II. kurzus (bb5t1403)

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Az Etanol Metabolizmusa és az Alkoholos Májkárosodás Biokémiája

Egy idegsejt működése

Több oxigéntartalmú funkciós csoportot tartalmazó vegyületek

A metabolizmus energetikája

2.3 RT H + im P= E m + lg = E m - 0,06(pH im - ph mx )= E m + 0,06 ph F. H + mx

KVANTITATÍV BIOENERGETIKA A BIOENERGETIKA TÁRGYKÖRE

TRANSZPORTFOLYAMATOK 1b. Fehérjék. 1b. FEHÉRJÉK TRANSZPORTJA A MEMBRÁNONOKBA ÉS A SEJTSZERVECSKÉK BELSEJÉBE ÁLTALÁNOS

BIOLÓGIA ALAPJAI. Anyagcsere folyamatok 2. (Felépítő folyamatok)

A NÖVÉNYI SEJT FELÉPÍTÉSE

4. SZERVES SAVAK SZERVES SAVAK. Felhasználása. Citromsav. Termelés. Történet. Pécs Miklós: Biotermék technológia

VIZSGAKÉRDÉSEK A FELKÉSZÜLÉSHEZ* Biokémia és molekuláris biológia IB kurzus

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

BIOKÉMIA. Simonné Prof. Dr. Sarkadi Livia egyetemi tanár.

TEJSAVAS (LAKTÁT) ACIDÓZIS Csala Miklós

EFOP Társadalmi Innovációk - új módszerek kidolgozása a Testnevelési Egyetem megvalósításában

Tumorsejt-metabolizmus

Az endomembránrendszer részei.

Kollokviumi vizsgakérdések BIOKÉMIÁBÓL OSZTATLAN TESTNEVELŐ TANÁRI Szak, Nappali tagozat 2017-től. Biokémia I.

RNS-ek. 1. Az ősi RNS Világ: - az élet hajnalán. 2. Egy már ismert RNS Világ: - a fehérjeszintézis ben résztvevő RNS-ek

A sokoldalú L-Karnitin

Társadalmi Innovációk - új módszerek kidolgozása a Testnevelési Egyetem megvalósításában

A kloroplasztok és a fotoszintézis

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

Átírás:

Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézet Mitokondrium Fésüs László, Sarang Zsolt

Energiát (ATP) termelő sejtorganellum. Az ATP termelés oxigén fogyasztással (légzési lánc) és széndioxid termeléssel (molekulák szénláncának elégetése a citromsav ciklusban) jár együtt. Egyes izomsejtekben20000 mitokondriumis lehet. Vörösvértestekből hiányzik! Mitokondrium (ismétlés)

Bakteriális eredetű (kettős membrán rendszer, saját cirkuláris DNS és fehérjeszintetizáló gépezet). Külső és belső membrán között intermembrán tér. Belső membránban légzési lánc és ATP-szintáz komplexei. Mátrixban citromsav ciklus enzimei, cirkuláris genom, riboszómák találhatóak. Mitokondrium (ismétlés)

Mitokondrium felépítése

Sejtben keletkezett piruvát sorsa alanin GPT glikolízis glükoneogenezis

Piruvát-dehidrogenázkomplex AMP, NAD, CoA és ca2+ aktiválja. Foszforilációval, acetil-coa és NADH-val gátolható.

Piruvát-dehidrogenázkomplex Mitokondrium mátrixban helyezkedik el. Három enzimből felépülő komplex. Katalizált reakció: TCA ciklus Lipid szintézis (FFA,koleszterol) Ketontest szintézis Az E3 egység megtalálható a citromsav ciklusban szereplő α-ketoglutarát-dehidrogenáz és az elágazó láncú aminosavak lebontásában szereplő elágazó láncú α-ketosavdehidrogenáz (BCKDC) komplexben is.

Citrátkör/TCA ciklus (mátrixban, kivéve szukcinát-dehidrogenáz) (vér bikarbonát pufferkapacitása, felesleget kilélegezzük) 3 NADH+ 1 FADH (+ 1 GTP)

Citrátkör/TCA ciklus lépései 1. 2. Széndioxid a kilégzett levegőben! 8. 3. Energia forrás! 7. 4. 6. 5.

A citrátkörreakciói 1. Az acetil-coa egy irreverzibilis reakcióban oxálacetáttal reagál; ekkor citromsav és HS-CoA keletkezik. A reakciót a citrát-szintáz enzim katalizálja. 2. Ezután a citrátaz akonitáz(ez az Fe-Sklaszter enzim egyben vas szenzor is a sejtekben) enzim segítségével egy instabil intermedieren keresztül átrendeződik, izocitráttá alakul. 3. A következő irreverzibilis reakcióban az izocitrátbóllehasad egy CO 2, közben redukáló ekvivalens (NADH) és α-ketoglutarátkeletkezik. A reakciót az izocitrát-dehidrogenázenzim katalizálja. 4. A citrátkörharmadik irreverzibilis lépése: Az α-ketoglutarátis elveszít egy CO 2 -t, két hidrogént elvisz a redukáló ekvivalens (NAD), ráadásul egy nagyenergiájú tioészter kötésb (szukcinil-coa) is keletkezik. Az α-ketoglutarát-dehidrogenázenzimkomplexműködése és felépítése nagyon hasonló a piruvát-dehidrogenázhoz; olyannyira, hogy az E3 alegységük ugyanaz a fehérje. 5. A következő reakcióban a szukcinil-coa-szintetázenzim a szukcinil-coatioészterkötésének energiáját GTP-vé(szubsztrátszintű foszforiláció) alakítja miközben szukcinát és CoA keletkezik. A keletkező GDP Pi csoportját átadhatja majd az ADP-nek. 6. A következő enzimkomplexa mitokondrium belső membránjában van, II-eskomplexnek is hívjuk: szukcinát-dehidrogenáz; működése során FAD prosztetikuscsoportja elektronokat transzportál a szukcinátrólamitokondriáliselektrontranszport-láncba (ubikinonra), miközben telítetlen fumarát keletkezik. 7. A fumarát vizet vesz fel, és fumaráz enzim segítségével maláttá alakul. 8. Az utolsó lépésben a malát oxálacetáttá oxidálódik; az elektronok a NAD-ra malátdehidrogenáz enzim segítségével kerülnek.

A citrátkörszabályozása A ciklus három irreverzibilis lépése szabályozott: citrát-szintáz, izocitrát-dehidrogenázés α-ketoglutarát-dehidrogenáz. -Alacsony NADH/NAD, ATP/ADP, acil-coa/hs-coaarány esetén aktiválódik (ez alacsony energiaszintet jelez a sejtnek); -Magas NADH/NAD, ATP/ADP, acil-coa/hs-coaarány esetén pedig gátlódika ciklus; -Izomban összehúzódás során a magas Ca 2+ -ionkoncentráció is aktiválja a ciklust.

A citrátköramfibolikusszerepe A citrátköriintermedierek számos anabolikus reakció kiindulási anyagai. Ilyen például májban a glükoneogenezis folyamata, amely oxálacetátothasznál fel. Sok intermedier használódhat még fel az aminosavak szintéziséhez is. Pl: az oxálacetát aszpartáttá, α-ketoglutarát pedig glutamáttátranszaminálódik. Ilyenkor a citrátkör intermedierjeinek száma csökken, ezeket pótolni kell. Ezeket a feltöltő reakciókat anaplerotikus reakcióknak hívjuk: PC PEPCK

A légzési (elektrontranszport) lánc Oxigén a belégzett levegőből!

A légzési (elektrontranszport) lánc Az elektrontranszport-lánc a mitokondriumbelső membránjábantalálható.négy nagy komplexszelszokták azonosítani, amelyeket hagyományosan római számokkal jelölnek. A komplexek vasat tartalmaznak (Fe-Sklaszter vagy hem), ami képes reverzibilisen redukálódni és oxidálódni. A komplexek között az elektronokat kisebb, a membránban könnyebben vándorló molekulák szállítják, például azubikinon(uq) vagy acitokróm-c(cytc). A lánc azi. komplexszelkezdődik, melynek nevenadh/koenzim Q oxidoreduktáz. A komplex a mitokondrium mátrixában lévő, a citrátkör és a glikolízis során termelődött NADH- tólkap e - -t. Az e - innen az UQ-rakerülnek és redukált ubikinolkeletkezik miközben a az I. komplex akapcsolt reakcióban protonokat fog pumpálnia mitokondrium mátrixából amembránközti térbe. Az ubikinola membránban átúszik a III. komplexhez, és leadja e - -t. Ahemtartalmú III. komplexazubikinol/citokróm-coxidoreduktáz. Ahogy az e - végighaladnak rajta, hasonlóképpen működik, mint az I. komplex. Az e - végül a membránban szabadon mozgócytc fehérje veszi át, és viszi aiv. komplexhez. Ez a hemvasat és réz iont tartalmazó komplex acitokróm-c-oxidáz, melynek segítségével az e - végül oxigénre kerülnek, és vizet eredményeznek. A IV. komplexnek szintén van protonpumpa-aktivitása. AFe-Startalmú II. komplex (szukcinát-dehidrogenáz)a citrátköregyik lépését katalizálja, a szukcinátról visz át elektronokat a UQ-ra. Protonpumpa aktivitása nincs.

ATP-képződés a protongrádiensterhére ATP-szintáz FADH 2 belépése

ATP-képződés a protongrádiensterhére Az I., a III. és a IV. komplex képes a rajtuk áthaladó elektronok szabadenergia csökkenését protonok kipumpálására használni. Egy elektronpár áthaladása a komplexen az I. és a III. esetében négy-négy, a IV. komplex esetében két proton kipumpálását okozza. A kipumpált protonok elektrokémiai gradienst hoznak létre a mitokondrium mátrixa és az intermembrán tér között. Ez a protongradienslesz ahajtóereje annak atranszportnak, amelynek során a protonok visszajutása a mátrixba az ATP szintázenzim segítségével összekapcsolódik azadp ATP-vá történő foszforilálásával. AzF o F 1 ATP szintázkomplex működése soránhárom H + -ionmátrixba való visszajutásaegy ATP szintézisét generálja.

ATP-képződés a protongrádiensterhére Az ATP-termelés szempontjából nem mindegy, melyik komplexre érkeznek először az elektronok. Ha azi. komplexre(nadh-ról), akkor 4+4+2=10 H + kipumpálásatörténik meg2 elektronoxigénre jutásakor, ez optimális estben2,5 ATP termelődésétteszi lehetővé. (Ezt hívjákp/o hányadosnak: hány foszforilcsoport kerül ADP-re, mialatt egy atom oxigén vízzé redukálódik.) Ha aii. komplexen(szukcinát-dehidrogenáz) keresztül érkeznek az elektronok, akkor az első protonpumpa-aktivitású komplex a III-as; ilyenkor (4+2)/4=1,5 lesz a P/O hányados, 1,5 db ATP keletkezik 2 db elektronnak a transzportláncon történő végig haladásakor.

Az aerob glikolízis energiamérlege Citoplazma Anaerob glikolízis Mátrix Mátrix TCA ciklus

ATP-képződés gátlása A IV. komplex ciánnal gátolható. Ha meggátoljuk a IV. komplex működését akkor nemcsak ez a komplex fog leállni hanem a teljes légzési lánc bedugul. Az I., II. és III. komplexeken sem fognak e - -nokáramlani és ennek következtében leáll a protonok mátrixból történő kipumpálása és az elektrokémiai gradiens megszűnik. Leáll az ATP termelés és a sejt/szervezet elpusztul. Az ATP szintáz oligomycinnel gátolható. Hatása hasonló lesz a ciánhoz. Az elektrokémia gradiens megszüntethető a belső membránba beépülő 2,4-dinitrofenollal (DNP). Fogyasztószerként alkalmazták kezdetben. Ez a molekula az ATP szintáztmegkerülve, energiatermelés nélkül, juttatja vissza a H + -ta mátrixba. Az elektrokémiai gradiens energiája hőként szabadul fel: malignus hipertemiához és halálhoz vezet a túlzott használata. Természetes szétkapcsoló fehérjénk a termogenin(uncoupling protein, UCP). Bézs és barna zsírszövetben termelődik és DNP-hezhasonlóan hőtermelésre használja az elektrokémiai gradiens energiáját. Ennek a folyamatnak a megfelelő testhőmérséklet fenntartásában van szerepe. Csecsemőkben és hibernálóállatokban jelentős a mennyisége.

Mitokondriálisfehérjék eredete Több kópiában van jelen, 37 gént kódol. Belső membrán 13 fehérjéje és 22 trns+2 rrns a cirkuláris mitokondriális genomban kódolt és a fehérjék a mátrixban lévő riboszómákon íródik át. Minden más fehérje citoplazmából transzlokálódik.

Mitokondriálisfehérjék transzportja TOM: translocase of outer membrane TIM: translocase of inner membrane

Összefoglalás Sejt energiatermelő folyamatainak elhelyezkedése és összekapcsolódása. Piruvát sorsa a sejtben. Piruvát dehidrogenáz működése. Légzési lánc komplexei és működése. ATP szintézis. Citrátkörlépései és szabályozása. Anaplerótikusreakciók jelentősége. Mitokondriális genom felépítése, szerepe.