Lantul Respirator

download Lantul Respirator

of 77

  • date post

    01-Mar-2016
  • Category

    Documents

  • view

    38
  • download

    0

Embed Size (px)

description

Lantul respirator biochimie

Transcript of Lantul Respirator

  • OBIECTIVELEOxidarea 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 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 E dehidrogenaze, ale cror Co sunt NAD+ i FAD

  • Dehidrogenarea substratelor NAD dependente. Enzimele dehidrogenrii. 1. Izocitrat +NAD alfa-cetoglutarat +NADH+HE- izocitratDH2. Alfa-cetoglutarat +NAD succinil Coa +NADH+HE-alfacetoglutaratDH3.Malat +NAD OA+NADH+HE-malatDH4. DOP

  • Dehidrogenarea substratelor NAD dependenteLactat +NAD Piruvat +NADH+HE-lactatDH Gliceraldehidfosfat +NAD +H3PO41,3 difosfoglicerat +NADH+HE- GAP DH Hidroxiacil CoA +NAD cetoacil Co-A +NADH+HE-hidroxiacil -CoA DHDezaminarea GluOxidarea 3 hidroxibutiratuluiCatabolismul alcoolului

  • SUBSTRATELE FAD dependenteSuccinat +FAD Fumarat +FADH2E- succinat DHAcil CoA + FAD enoil-CoA+FADH2E- acil CoA DHGlicerol 3 P + FAD GAP+ FADH2NADH+H+ i FADH2 rezultai n reaciile de oxidare a acestor substrate transfer p i n lanul respirator.

  • Lanul respirator (LR). 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

  • Componentele LR2. Flavoproteinele FP: preiau p i e- de la NADH+H sau FADH2

    FPN (NADH DH) - ca Co FMN - preia H2 de la NADH+HFPs (succinatDH)- ca Co FAD- preia H2 de la FADH2

  • Componentele LR

    3. Coenzima Q

  • Componentele LR4. Citocromii b560, b562, b 566, c1, c, a i a3

  • STRUCTURA CHIMIC a citocromului c

    EMBED ChemDraw.Document.4.5

    Heme c

    _1023309912.cdx

    _1023310680.cdx

  • Componentele LR5. Proteinele Fe-Sa. ntre FP i CoQb. ntre cit b i citc1

  • [2Fe-2S][4Fe-4S]

  • Schema LR

  • Potenialul oxidoreductor1. Fiecare verig a LR poate exista n 2 forme redus i oxidat, deci, Formeaz o pereche oxidoreductoareFiecare sistem redox (O/R) este alctuit dintr-un donor i acceptor Caracteristica lor principal este potenialul oxidoreductor (redox), care se msoar n voli.

    El este msura valoric a capacitii de oxidare sau reducere a compusului

  • Potenialul redox

    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.

  • Potenialul oxidoreductoral verigilor LRNAD+/NADH.H+ -0,32VFAD/FADH2 -0,05 VCoQ/CoQH2 +0,04 V cit.b (Fe3+)/cit.b (Fe2+) +0,12Vcit.c1 (Fe3+)/cit.c1 (Fe2+) +0,22Vcit.c (Fe3+)/cit.c (Fe2+) +0,25Vcit.a (Fe3+)/cit.a (Fe2+) +0,29Vcit.a3 (Fe3+)/cit.a3 (Fe2+) +0,55VO2/H2O +0,82V

  • Potenialul oxidoreductor 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). 4 H+ + 4 + O2 2 H2O + G0G0 = 52,6 kcalCantitatea energiei eliberate depinde de potenialul redox

  • Energia liber standardtiind potenialul redox al fiecrei perechi se pot calcula modificarea energiei libere standard.G = -nFEn-numrul de F-constanta lui Faraday (23062 cal/Vmol)E0-diferena de potenialG = -223062[+0,82-(-0,32)] = -52,6 kcal7,3 x 3 = 21,9 calRandamentul utilizrii energiei libere 42%

  • Energia liber standardTorentul 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 .

  • Complexele LR

  • Complexul I- NADH CoQ reductaz

    1mol ATPInhibat: rotenon(otrav pentru peti), Na amital (barbiturat); pericidin (antibiotic)

  • Complexul II- succinat - CoQ-reductazaVariaia de potenial este de 0,07V; G0 = -3,2 kcal/mol nu se sintetizeaz ATPInhibat malonat (inhibiie competitiv)

  • Complexul III- CoQ- citocrom c reductazaG0 = -7,75 kcal se sintetizeaz 1mol de ATP.Inhibat antimicina A

  • Complexul IV- citocromoxidazCatalizeaz 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.

  • NADH+H+FMNFe-SCoQb, c1 Fe-Scaa3Cu O2FADFe-SsuccinatIIIIIIIVComplexele LR

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

  • Complexul V ATP-sintazF0 canal de protoni - strbate membrana intern a MC, const din 4 tipuri de protein ce formeaz un sistem de pori transmembranari prin care trec protoniiF1- partea catalitic - se afl n intregime n matrixul MC (form de sfer). e alctuit din cinci tipuri de proteine (3), (3), , , .la acest nivel are loc reacia de condensare a ADP + Pi ATP+H2OInhibat: oligomicin, atractilatul (glicozid)

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

  • FOSFORILAREA OXIDATIVreprezint 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.

  • FOSFORILAREA OXIDATIVDeoarece 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

  • Puncte de fosforilareLocusurile unde are loc sinteza ATP se numesc puncte de fosforilare. n LR (lanul respirator) deosebim 3 puncte de fosforilare:NADH+H----CoQCit b----citccita--cita3

  • Bilanul general n procesele LR-FO.

    NADH + H+ + O2 + 3ADP + 3Pi NAD+ + 3ATP + 4H2O

    FADH2 + O2 + 2ADP + 2Pi FAD + 2ATP + 3H2O

  • 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 macroergici, precursori de ATP).Teoria conformaional (energia este preluat de o protein ntr-o conformaie activ, ce stimuleaz ATP).Teoria chemiosmotic (Mitchell, 1961).

  • Piter D. MItchell(1920-1992)

    Premiul Nobel n chimie, 1978

    pentru teoria chemi-osmotic a cuplrii oxidrii cu fosforilarea n lanul respirator

  • Teoria chemiosmoticpostuleaz:

    energia care determin sinteza ATP din ADP i Pi i are originea n gradientul de protoni ce se stabilete ntre suprafaa intern i extern a membranei interne mitocondriale n timpul transportului de electroni.

  • Ipoteza lui Mitchell la transferul electronilor n LR se pompeaz protonii din matrixul MC n spaiu intermembranar.Protonii nu pot reveni napoi deoarece membrana intern a MC nu este permiabilapare gradient de protonipartea extern a membranei interne a MC pozitiv, dar cea intern negativ

  • Gradientul de protoniGradientul protonilor din matrice n spaiul intermembranar are 2 componente :1. Electric (aprnd potenial de membran - (0,14V)2 de pH ( pH) mpreun potenialul electric i gradientul protonic alctuiesc potenialul electrochimic - +

  • Gradientul de protoni

    determin FORA PROTON-MOTRICE (p)

    p = 2,303(RT/F) pH,

    unde: potenialul membranar; R constanta gazelor; T temperatura F constanta Faraday

  • Ipoteza lui MitchellProtonii revin din spaiu intermembranar n mitocondrii prin partea F0 (deoarece restul membranei este impermiabil). Acest flux de protoni este fora morice care determin la nivelul subunitii F1 sinteza de ATP din ADP+Pi

  • 2Membrana intern a MC Membrana extern a MC Matrixul MC + 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ + + + + + - - - - - - DP34PP-sintaza

  • matrixmembrana intern

    spaiulintermembranar10H+ims/4H+m = 2.5H+ per ATP

  • Datele experimentale ce confirm:S-a confirmat generarea gradientului de protoni n cele 3 puncte ale LR. Anume gradientul de proto