Reacia sumar. Bilanul energetic

CH3COSCoA +3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O

2CO2 +3NADH+H +FADH2+GTP+2H +HSCoA

+

+

Reglarea ciclului KrebsCitrat sintaza: Inhibat - succinil CoA; AG; NADH; citrat Activat: S- OA, Acetil CoA IzocitratDH: Activat: ADP, Mg, Mn Inhibat: NADH2 i NADPH2, ATP Alfa cetoglutaratDH Inhibat: succinil CoA; NADH2; Se mare

Reaciile anapleroticeReaciile ce furnizeaz produii intermediari ai ciclului Krebs 1. Formarea de OA Piruvat +CO2+ATPOA+ADP+Pi E- piruvatcarboxilaza (biotin dependent) Asp+cetoglutarat OA+Glu n miocard i muchi: Fosfoenolpiruvat +CO2+GDP OA +GTP E- fosfoenolpiruvatcarboxikinaza

Reaciile anaplerotice2. Formarea alfa cetoglutaratului: Glu+Piruvat Ala + cetoglutarat + Ala 3. Formarea lui succinil CoA din propionil CoA (1. din oxidarea AG cu numr impar de atomi de C; 2. din catabolismul Val, Ile, Met) 4. Formarea fumaratului (din catabolismul Fen i Tyr)

Oxidarea biologic Lanul respirator Fosforilarea oxidativ

OBIECTIVELE

Oxidarea biologic. Dehidrogenarea substratelor - sursa energetic pentru sinteza ATP - ului. Enziniele dehidrogenni. Lanul respirator (schema). Complexele enzimatice. Acceptorii principali de electroni i protoni, structura lor chimic. Potenialul de oxido-reducere a componentelor lanului respirator. Fosforilarea oxidativ. Locurile de fosforilare. Produsele finale ale oxidrii. Reglarea intensitii funcionrii lanului respirator. Coeficientul P/O, controlul respirator. Decuplarea produselor de oxidare i fosforilare, principalii ageni decuplani. Rolul biologic al produsului de decuplare, respiraia liber. Mitocondriile, structura i permeabilitatea selectiv a membranelor pentru diferii cumpui.. Sistemele-navet de transport al echivalenilor de reducere. Ipotezele principale, care explic procesele fosforilrii oxidative. Ipoteza lui Mitchell. Oxidarea microzomal, rolul citocromului P450 n reaciile de oxido-reducere. Vitaminele i rolul lor n procesele de oxidare biologic. Noiune de radicali liberi. Oxidarea peroxidic a acizilor grai nesaturai din membrane. Sistemele de protecie a celulei de acumilarea radicalilor liberi.

Oxidarea biologic. Dehidrogenarea substratelor. Enzimele dehidrogenrii.

Oxidarea biologic (OB) reprezint totalitatea reaciilor de oxido-reducere ce decurg n celule i esuturi. Rolul: asigur organismul cu energie accesibil n form de ATP. OB are loc prin reacii de dehidrogenare donarea atomilor de H2 sub form de protoni i electroni: H22H +2 . Are loc sub aciunea enzimelor dehidrogenaze, ale cror Co sunt NAD+ i FAD

SUBSTRATELE NADIzocitrat +NAD alfa-cetoglutarat +NADH+H E- izocitratDH 2. Alfa-cetoglutarat +NAD succinil Coa +NADH+H E-alfacetoglutaratDH 3.Malat +NAD OA+NADH+H E-malatDH 4.Lactat +NAD Piruvat +NADH+H E-lactatDH 5. Gliceraldehidfosfat +NAD +H3PO41,3 difosfoglicerat +NADH+H E- GAP DH 6. Hidroxiacil CoA +NAD cetoacil Co-A +NADH+H E-hidroxiacil -CoA DH1.

SUBSTRATELE FAD dependenteSuccinat +FAD Fumarat +FADH2 E- succinat DH Acil CoA + FAD enoil-CoA+FADH2 E- acil CoA DH NADH+H+ i FADH2 rezultai n reaciile de oxidare a acestor substrate transfer p i n lanul respirator.

Lanul respirator (LR). Rolul. Structura.

1.

2.

LR - un ansamblu (complex) de enzime i sisteme de oxido-reducere, ce particip la transferul H+ i de la Co reduse (NADH, FADH2) la O2 cu formarea H2O. Este ultima etap a degradrii aerobe. Este localizat n membrana intern a MC Funcia LR: Prin transferul protonilor i electronilor Co se reoxideaz, putnd asigura dehidrogenri n continuare. Cnd Co se reoxideaz, se elibereaz energie ce servete la sinteza ATP.

Componentele LR1. NADH+H sau FADH2 2. Flavoproteinele FP: preiau p i e- de la NADH+H sau FADH2 FPN (NADH DH) - ca Co FMN - preia H2 de la NADH+H FPs (succinatDH)- ca Co FAD- preia H2 de la FADH2 3. CoQ-ubichinona pn la CoQ sunt transportai att p ct i e4. Sistemul de citocromi: b, c1, c, a i a31. 2.

Sunt compui heteroproteici,a cror grupare prostetic este hemul Transport doar e Fe+++ + e- Fe++ 1 citocrom transport doar 1e- - 2 e- sunt transportai de 2 citocromi

5. Fe-S proteinele sunt localizate : a. ntre FP i CoQ b. ntre cit b i citc1

Schema LR

Structura componentelor LR

O CH3O CH 3 CH 3 CH3O O (CH 2 CH C CH 2)nH

coenzyme Q

2 e + 2 H+OH CH3O CH 3 CH 3 CH3O OH (CH 2 CH C CH 2)nH

coenzyme QH2

CH3 CH3 HC S CH2 protein

N H3C N

CH3 Fe N CH3 N CH S CH2 protein

OOC

CH2 CH2

CH2 CH2 COO

CH3

Heme c

Potenialul de O/R

Transferul p i de la NADH sau FADH2 pn la O2 se face prin intermediul mai multor sisteme redox. Fiecare sistem redox (O/R) este alctuit dintr-un donor i acceptor de echivaleni reductori. Fiecare sistem redox din LR posed un potenial de oxido-reducere (potenial redox), care se msoar n voli. Potenialul redox standard E0 mrime egal cu fora electromotoare exprimat n voli, ce apare n semiconductor, n care donorul de e- i acceptorul acioneaz n concentraie de 1,0 mol, la t =25 *c, i pH 7,0 formnd un echilibru cu elecrodul ce adiioneaz e- de la donor i-i transfer la acceptor.

Cu ct potenialul redox este mai electronegativ cu att este mai nalt capacitatea de a ceda , i invers, cu ct potenialul este mai electropozitiv, cu att este mai nalt capacitatea sistemului de a adiiona electroni. Sistemele redox sunt aranjate n ordinea creterii potenialului de oxido-reducere.

transferul n trepte permite eliberarea energiei n pachete a crei valoare este n jurul lui 7,3 kcal/mol (ct necesit sinteza unui mol de ATP din ADP i H3PO4). Torentul de e orientat n direcia micorrii energiei libere a sistemului Cu ct e mai mare diferena potenialului dintre 2 redox perechi cu att mai mare e diminuarea energiei libere la transferul . tiind potenialul redox al fiecrei perechi se pot calcula modificarea energiei libere standard. G = -nFE n-numrul de F-constanta lui Faraday (23062 cal/Vmol) E0-diferena de potenial G = -223062[+0,82-(-0,32)] = -52,6 kcal 7,3 x 3 = 21,9 cal Randamentul utilizrii energiei libere 42%

FOSFORILAREA OXIDATIV

reprezint sinteza ATP din ADP i Pi (cuplat cu LR), pe seama energiei eliberate la transferul echivalenilor reductori n LR de la coenzimele reduse la O2. Deoarece transferul de are loc treptat, energia se elibereaz n pachete n trepte . Pentru a se forma ATP diferena de potenial trebuie s fie nu mai mic de 0,22V. Funcionarea cuplat a LR i FO este asigurat de 5 complexe

Composition of Respiratory Chain ComplexesComplex denumirea No. of Proteins Gruprile prostetice

Complexul I

NADH DehidrogenazaSuccinat-CoQ Reductaza CoQ-cit c Reductaza Citochrom Oxidaza

46

FMN, Fe-SFAD, cit b560, Fe-S cit b562, cit b566, Fe-S, cit c1, cit a, cit a3, Cu

Complexul II Complexul III Complexul IV

5

11

13

Complexul I- NADH CoQ reductaz

Cderea de potenail 0,42V G0 = -19,4 kcal/mol - 1mol ATP, restul se degaj sub form de cldur Inhibat: rotenon(otrav pentru peti), Na amital (barbiturat); pericidin (antibiotic)

Complexul II- succinat - CoQ-reductaza

Variaia de potenial este de 0,07V; G0 = -3,2 kcal/mol nu se sintetizeaz ATP Inhibat malonat (inhibiie competitiv)

Complexul III- CoQ- citocrom c reductaza

Variaia de potenial este de 0,21V; G0 = -7,75 kcal se sintetizeaz 1mol de ATP. Inhibat antimicina A

Complexul IV- citocromoxidaz

Catalizeaz adiia a 4 la O2 molecular (a 2 la O). O2 + 4 + 4H+ 2H2O Cderea de potenial de 0,54V. G = -24,8 kcal se sintetizeaz 1mol de ATP Inhibat: CO, ozide, cianide.

Complexul V ATP-sintetaz

1.

2.

a.b. c.

alctuit din: F0 strbate membrana intern a MC, const din 4 tipuri de protein ce formeaz un sistem de pori transmembranari prin care trec protonii- canal de protoni F1- partea catalitic - factor de cuplare 1: se afl n intregime n matrixul mitocondrial (form de sfer). e alctuit din cinci tipuri de proteine (3), (3), , , . la acest nivel are loc reacia de condensare a ADP + Pi ATP+H2O Inhibat: oligomicin, atractilatul (glicozid)

Mitochondrial ATP Synthase E. coli ATP Synthase These images depicting models of ATP Synthase subunit structure were provided by John Walker. Some equivalent subunits from different organisms have different names.

Toate componentele LR sunt dispuse n membrana intern a mitocondriilor. CoQ i cit c funcioneaz individual, iar celelalte componente se grupeaz n complexe.

1. 2.

3.

Locusurile unde are loc sinteza ATP se numesc puncte de fosforilare. n LR (lanul respirator) deosebim 3 puncte de fosforilare: NADH+H----CoQ Cit b----citc cita--cita3

Lanul respiratorOAA Suc Fum MDH 2H+ 2H+ + NADH + 2H matrix NAD FAD FADH2CI membrana intern NADHDH C II SDH C III Cyt bc1

Mal

2H+ O2 H2OC IV Cyt c ox

H+

3H+ ATP

ATPase

2e-

QH2 cyt cox cyt cred 2H+ 2H+ 2H+ H+ ATP 3H+

2H+spaiul intermembranar

2H+

10H+ims/4H+m = 2.5H+ per ATP

Bilanul general n procesele LR-FO.

NADH + H+ + O2 + 3ADP + 3Pi NAD+ + 3ATP + 4H2O FADH + H+ + O2 + 2ADP + 2Pi FAD + 2ATP + 3H2O Raportul ntre numrul de moli de ATP produi i O2 consumat este numit ct de fosforilare P/O. De la NADH+H pn la O2 - P/O = 3/1 ramura lung, De la FADH2 pn la O2 - P/O = 2/1 ramura medie. P/O reflect cuplarea transportului H+ i (respiraia) i fosforilarea (sinteza ATP). Coeficient indic ce cantitate de P anorganic (H3PO4) se transform n P organic (ATP) la transportul unei perechi de H+ i n LR.

Ipoteze principale cu privire la procesele de FO. Ipoteza lui Mitchell

Prin ce mecanism energia eliberat n LR este cuplat cu formarea ATP? Teoria chimic, numit i a intermediatorilor comuni (produi intermediatori macroe