Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)

7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)

http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 1/25

1



2

► abilitatea continuă a NAD+ şi FAD de a funcţiona ca acceptori de electronidepinde de reoxidarea coenzimelor reduse

► în acest proces intră în “peisaj” oxigenul molecular , ca acceptor de

electroni terminal

► principalul aspect al acestui proces îl constituie cantitatea mare de

energie eliberată (ATP)

► transferul electronilor de la coenzimele reduse la oxigen nu este

direct

► transferul are loc prin intermediul lanţului transportor de electroni situat la nivelul membranei mitocondriale interne

► sinteza ATP în legătură cu aceste reacţii de transfer este denumităfosforilare oxidativă



3

► componentele lanţului transportor de electroni au structuri variate

► poziţia centrală este ocupată de proteine heminice, denumite citocromi

► există 3 tipuri majore de citocromi (slide 4)

se disting prin

• natura substituenţilor din zona periferică a nucleului porfirinic

• modurile diferite de legare a nucleului porfirinic la proteină

► în cursul respiraţiei, atomii de fier din citocromi suferă oxidări şi

reduceri, balansând între starea de oxidare feroasă, respectiv, ferică

► se asumă că lanţul transportor de electroni include un lanţ de citocromicare operează într -o secvenţă definită (b L, H, → c 1 → c → a1 → a3 )



4

N

N

N

N

Fe

CH3

CH3

CH3

CH3

CH CH2

CH2 CH

CH2CH2COOH

CH2CH2COOH

Fe protoporfirina IX

N

N

N

N

Fe

CH3

CH3

CH3

CH3

CH CH3

CH3 CH

CH2CH2COOH

CH2CH2COOH

Hem C

SR

SR

N

N

N

N

Fe

CH3

CH3

CH

CH3

CH CH2

CH2 CH

CH2CH2COOH

CH2CH2COOH

O

OH

Hem A

Structurile citocromilor a,b şi c



5

► alte trei tipuri de carrier pentru electroni sunt:

• flavoproteinele

• proteinele cu Fe-S

• ubichinona

► flavoproteinele pot suferi reducere uni-electronică (semichinone), sau bi-

electronică (dihidroflavine) (slide 6)

► coenzimele flavinice există prin urmare în 3 stări de oxidare (distinctibile

spectral) care explică parţial funcţiile lor catalitice

► transportorul de electroni următor este ubichinona (UQ), o

benzochinonă cu un lanţ lung, hidrofob, cu abilitate de a se deplasa liber înstratul dublu fosfolipidic al membranei, şi aflată în concentraţii mult mai

mari decât citocromii (slide 7)



6

N

N

NH

N

R

CH3

CH3

O

O

1

2

3

44a

567

89

10

FAD sau FMN

max = 450 nm (galben)

N

N

NH

N

R

CH3

CH3

O

O-H

.

max = 560 nm (albastru)

pK a = 8,4- H

+

+ H+N

N

NH

N

R

CH3

CH3

O

O-

.

max = 490 nm (rosu)

.

1e- + H+

N

N

NH

N

R

CH3

CH3

O

OH

H

FADH2 sau FMNH2 (incolor)

1e

-

+ 2H

+

semichinonã

+ H+

+ 1e-

-1e-- H

+



7

► UQ poate suferi şi ea atât reducere uni-electronică (semichinonă anionică, UQ•

sau neutră, UQH•), cît şi o reducere bi-electronică (dihidrochinonă = chinol)

O

O

CH3

CH3O

CH3O

CH2CH CCH2

CH3

10

H

Ubiquinonã (UQ)

2e- + 2H

+

OH

OH

CH3

CH3O

CH3O

CH2CH CCH2

CH3

10

H

Dihidroubiquinonã (UQH2)



8

► exceptând citocromul c şi UQ, toţi ceilalţi componenţi ai lanţuluitransportor de electroni formează 4 mari complexe

Membrana externã

Citosol

Spatiu intermembranar

IUQ

Cyt c

Membrana

internãIIIII

IV

NADH

Succinat O2

Matrice

• complexul I (al NADH-dehidrogenazei) catalizează reducerea de către NADH a UQ

• complexul II (al succinat-dehidrogenazei) catalizează de asemenea reducerea UQ

• complexul III (al citocromului bc 1 ) transferă electronii de pe forma redusă de UQ

(UQH2) pe citocromul c

• complexul IV (al citocrom-oxidazei) transferă electronii de pe citocromul c pe O2

(a se urmări șislide-urile 24-26 !!!)



9

omplexele lanţului transportor de electroni şi

descrierea fluxului de electroni

Complexul I: complexul NADH-dehidrogenazei (slide 10)

• este cel mai mare complex din membrana mitocondrială internă

• conţine cca 26 polipeptide diferite, incluzând:

7 centrii Fe-S

şi o flavoproteină cu FMN legat

• NADH reacţionează probabil cu FMN, pe care îl reduce la FMNH2

• flavina redusă astfel rezultată transferă electronii pe un centru Fe-S

• electronii se mişcă apoi de la un centru Fe-S la altul, şi final pe UQ

• este localizat cu orientare spre matricea mitocondrială



10

2Fe - S

(Fe

2+

)

2Fe - S

(Fe3+)

2Fe - S

(Fe2+)

2Fe - S

(Fe3+)

FMN

FMNH2

UQH2

UQ

NADH + H+

NAD+


Complex I

2H+

2H+

Matrice

(a se vedea și slide 20)



11

Complexul II: complexul succinat-dehidrogenazei

FAD

FADH2

Fe - S

UQUQH2

SuccinatFumarat

Matrice


Complex II

• este singurul încastrat în structura membranei mitocondriale interne

• este orientat tot spre matricea mitocondrială

• conţine 2 centrii Fe-S, dintre care unul este ataşat covalent de FAD

( a se vedea și slide 21)



12

Complexul III: complexul citocromului bc 1 (slide 13)

• conţine : 2 tipuri de citocrom b : b L şi b H

un citocrom c 1

un centru Fe-S

şi 4 - 6 unităţi adiţionale

• electronii se mişcă prin acest complex de la UQH2 la citocromul c , urmând

un i lu

• UQH2 trebuie să transfere unul din electronii săi pe un centru Fe-S, înainte de a

putea să-l transfere pe celălalt pe citocromul b L

• oxidarea UQH2 (de către centrul Fe-S) generează semichinona UQH•, care va

servi în continuare ca reducător pentru citocromul b L

• centrul redus Fe-S va transfera electronul pe citocromul c via citocromulc

• între timp, citocromul redus b L , transferă un electron pe citocromul b H ,asigurând astfel electronul necesar reducerii unei alte molecule de UQ, la un

situs secundar din complex



13

• această schemă este cunoscută ca ciclul Q

cyt ccyt

c1Fe-S

2 UQH2

2 UQH

UQH2

UQH2

2e-

2 UQ

UQ

UQ

2 H+ 2 H+

cyt bL

cyt bH

2e-

2 H

+

2e-

2e-

Inhibatã deAntimicinã

de lacomplecsii I si II

Interiorul membranei

Spatiu

intermembranar

Matrice

final, net, o moleculă UQH2 este oxidată şi 2 electroni sunt transferaţi cătreacceptorul final, via cyt.c

(a se vedea și slide 22)



14

Complexul IV: complexul citocrom-oxidazei

• conţine: citocromii a şi a 3

şi doi atomi de Cu (care vor suferi reacţii de reducere uni-electronică)

• CuB se găseşte în apropierea Fe din citocromul a 3

• CuA este asociat citocromului a (nu foarte intim)

• oxidarea cit.c are loc pe partea membranei dinspre spaţiul intermembranar

• reducerea O2 de către cit. a 3 şi CuB se desfăşoară pe partea dinspre

matricea mitocondrială

• reducerea O2 la 2 molecule H2O presupune adiţia a 4 electroni

→ electronul adus de cyt.c va reduce CuA şi cyt.a

→ transfer pe CuB şi cyt.a 3

→ când ambii au fost reduşi, electronii pot fi transferaţi pe oxigen

→ transferul a încă 2 e- va determina ruperea punţii –O-O- → O2-

→ preluarea a 2 H+ va asigura conversia O2- la HO- , iar preluarea

ulterioară a încă 2 H+

va asigura conversia la apă



15

CuB

CuA

Fe

Fe

O Oe-

e-

cyt ccyt c

Matrice

O2


(a)

CuB

CuA

Fe

Fe

-O O-e-

e-

cyt c

Matrice

2 H+


(b)

CuB

CuA

Fe

Fe

OH - -OH

cyt c

Matrice

2 H+


(c)2 H2O

cyt.a

cyt.a3

(a se vedea șislide 23)



16

► lanţul transportor de electroni este (dpv funcţional) o succesiune de

sisteme redox, fluxul de electroni şi/sau protoni fiind dirijat în sensul

creşterii potenţialului redox

► fiecare sistem se poate afla sub formă redusă şi sub formă oxidată (trecereacorespunzând fluxului de electroni)

► fiecare element aflat în formă oxidată va prelua echivalenţiireducători de la vecinul anterior , şi transformat în formă redusă, va

ceda apoi aceşti echivalenţi vecinului următor (aflat în stare oxidată)

NADH FMN Fe-S UQ

succinat FAD

cit.b Fe-S cit.c 1

cit.c cit. a cit.a 3 O2

rotenonă, amital antimicina A

cianidele, azidele, monoxidul de carbon

Complex I



17

2Fe - S

(Fe2+)

2Fe - S

(Fe3+)

2Fe - S

(Fe2+)

2Fe - S

(Fe3+)

FMN

FMNH2

UQH2

UQ

NADH + H+

NAD+


p

2H+

2H+

Matrice

FAD

FADH2

Fe - S

UQ

UQH2

SuccinatFumarat

Matrice


Complex II

cyt ccyt

c1Fe-S

2 UQH2

2 UQH

UQH2

UQH2

2e-

2 UQ

UQ

UQ

2 H+ 2 H+

cyt bL

cyt bH

2e-

2 H+

2e-

2e-

Inhibatã deAntimicinã

de lacomplecsii I si II

Interiorul membranei

Spatiu

intermembranar

Matrice

Complex IV

Complex III



18



19



20



21



22



23



24



25

Decuplarea transferului electronic de fosforilarea oxidativă

► fiziologic: termogenina, proteină prezentă la nivelul membraneimitocondriale interne din țesutul adipos brun, care oferă un flux alternativ al

protonilor (întoarcere în memebrana internă), consecutiv, termogeneză

► decuplatori sintetici : 2,4-dinitrofenol (letal la doze mari !!!)

fenol SE 6847

salicilanilida S-12

active in vitro în concentrațiide ordin nM !!!!

Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)

Documents

Transcript of Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)