Post on 06-Jan-2016
description
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 1/25
1
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 2/25
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
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 3/25
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 )
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 4/25
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
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 5/25
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)
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 6/25
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
+
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 7/25
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)
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 8/25
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 !!!)
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 9/25
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
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 10/25
10
2Fe - S
(Fe
2+
)
2Fe - S
(Fe3+)
2Fe - S
(Fe2+)
2Fe - S
(Fe3+)
FMN
FMNH2
UQH2
UQ
NADH + H+
NAD+
Spatiu intermembranar
Complex I
2H+
2H+
Matrice
(a se vedea și slide 20)
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 11/25
11
Complexul II: complexul succinat-dehidrogenazei
FAD
FADH2
Fe - S
UQUQH2
SuccinatFumarat
Matrice
Spatiu intermembranar
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)
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 12/25
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
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 13/25
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)
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 14/25
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
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 15/25
15
CuB
CuA
Fe
Fe
O Oe-
e-
cyt ccyt c
Matrice
O2
Spatiu intermembranar
(a)
CuB
CuA
Fe
Fe
-O O-e-
e-
cyt c
Matrice
2 H+
Spatiu intermembranar
(b)
CuB
CuA
Fe
Fe
OH - -OH
cyt c
Matrice
2 H+
Spatiu intermembranar
(c)2 H2O
cyt.a
cyt.a3
(a se vedea șislide 23)
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 16/25
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
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 17/25
17
2Fe - S
(Fe2+)
2Fe - S
(Fe3+)
2Fe - S
(Fe2+)
2Fe - S
(Fe3+)
FMN
FMNH2
UQH2
UQ
NADH + H+
NAD+
Spatiu intermembranar
p
2H+
2H+
Matrice
FAD
FADH2
Fe - S
UQ
UQH2
SuccinatFumarat
Matrice
Spatiu intermembranar
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
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 18/25
18
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 19/25
19
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 20/25
20
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 21/25
21
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 22/25
22
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 23/25
23
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 24/25
24
7/17/2019 Lantul Transportor de Electroni 2015 (1)
http://slidepdf.com/reader/full/lantul-transportor-de-electroni-2015-1 25/25
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 !!!!