Lantul Respirator 2011

97
Curs 4 Lanţul transportorilor de electroni mitocondrial Inhibitori şi decuplanţi ai LR

description

Lantul Respirator 2011

Transcript of Lantul Respirator 2011

Page 1: Lantul Respirator 2011

Curs 4

Lanţul transportorilor de electroni mitocondrial

Inhibitori şi decuplanţi ai LR

Page 2: Lantul Respirator 2011

• Valorile G0` pentru reacţiile de hidroliză ale unor compuşi macroergici şi ale unor compuşi care nu sunt macroergici.

Compusul G0`

Acidul fosfoenol piruvic -14,8

Carbamilfosfatul -12,3

Acidul 1,3-bisfosfogliceric -11,8

Creatinfosfatul -10,5

Acil-CoA -7,5

ATP ADP + Pa -7,3

Glucozo-1-fosfatul -5,0

Glucozo-6-fosfatul -3,3

Glicerol-3-fosfatul -2,2

Page 3: Lantul Respirator 2011

• Sinteza ATP în celulele animale se face prin:

–fosforilare la nivel de substrat;

–fosforilare oxidativă.

Page 4: Lantul Respirator 2011

• Sinteza de ATP prin fosforilare la nivel de substrat

2 reacţii în glicoliză:

-acid 1,3 bisfosfogliceric acid 3-fosfogliceric

- acid fosfoenolpiruvic acid piruvic

1 reacţie în ciclul Krebs:

-transformarea succinil~CoA acid succinic

Page 5: Lantul Respirator 2011

• Sinteza de ATP prin fosforilarea oxidativă în lanţul respirator

• ADP + P ATP

– NADH 3 moli ATP

– FADH2 2 moli ATP

Page 6: Lantul Respirator 2011

• Utilizarea metabolică a celorlalţi nucleozid trifosfaţi– UTP este utilizat pentru activarea glucozei la derivatul

UDP-glucoză

– CTP este utilizat în metabolismul lipidic

– Atât ATP cât şi GTP se utilizează pentru sinteza legăturilor peptidice

– Nucleozidtrifosfatii cu riboză si dezoxiriboză participă la sinteza acizilor nucleici

– Legăturile macroenergice din aceşti NTP provin tot din ATP prin reacţia catalizată de nucleozid difosfat kinază:

NDP + ATP ADP + XTP

Page 7: Lantul Respirator 2011

Lanţul transportorilor de electroni mitocondrial

Page 8: Lantul Respirator 2011

1.Lanţul respirator mitocondrial sau

lanţul transportorilor de electroni

– LR este etapa finală a unor

procese oxidative din celulele

aerobe

Page 9: Lantul Respirator 2011

– echivalenţii reducători (protoni sau electroni)

proveniţi din substraturi reduse

sunt transferaţi pe O2

pe care îl reduc (reducere tetravalentă),

cu formare de apă:

O2 + 4e- + 4 H+ 2 H2O

Page 10: Lantul Respirator 2011

Grãsimi

Hidrati decarbon

Proteine

dige

stie

si a

bsor

btie

Acizi grasi+

Glicerol

Glucozã

Aminoacizi

Acetil-CoA

Mitocondrie

Surse extramitocondriale de echivalenti reducãtori

2H

-oxidare

CiclulKrebs

ADP

H2O

O2

ATP

Lantul respirator

Page 11: Lantul Respirator 2011

• Substraturile reduse (SH2):

– Glucide

– Lipide

– Proteine

sunt oxidate enzimatic

(cel mai frecvent prin dehidrogenare)

ENERGIE

Page 12: Lantul Respirator 2011

• echivalenţii reducători din substraturile reduse sunt

transferaţi de dehidrogenaze specifice pe coenzime oxidate

solubile:

NAD+ şi FAD

SH2 + NAD+ Sox + NADH + H+

SH2 + FAD Sox + FADH2

• In coenzimele reduse NADH, FADH2 (sau FMNH2) este

înmagazinată o cantitate mare de energie chimică

Page 13: Lantul Respirator 2011

Vitamina B2

• Conţine heterociclul numit izoaloxazină

N N

NNH

CH2

O

OCH3

CH3

CH CH CH

OH OH OH

OCH2 P O

O-

O

P O

O-

O

N

N

N

N

NH2

OH2C

OHOH

lumicrom

lumiflavinã

riboflavinã

flavin adenin mononucleotid (FMN)

adenozinã

adenozin 5`-monofosfat(AMP)

flavin adenin dinucleotid (FAD)

(H)

(H)

(H)(H)

(OH)

Page 14: Lantul Respirator 2011

O N

N

N

N

NH2

OH2C

OROH

O P O-

O

O P O-

ON+

OH2C

OHOH

CONH2

N

COOH

Acidul nicotinic Amida acidului nicotinic (niacina) (niacinamida)

N

CONH2

Nicotinamid-adenin dinucleotid (NAD+)

(R = H formeazã NAD+ ; R = -PO3H2 formeazã NADP+)

Page 15: Lantul Respirator 2011

• In mitocondrii Ce este LR

• NADH şi FADH2 pot dona direct echivalenţii reducători

• unui grup specializat de transportori de protoni sau de

electroni, localizaţi în membrana internă mitocondrială

O2 + 4e- + 4 H+ 2 H2O

AH2 NAD+ FPH2 2Fe3+ H2O

A NADH FP 2Fe2+ 1/2O2

H+ H+ 2H+ 2H+

Page 16: Lantul Respirator 2011

2. Fosforilarea oxidativă este procesul prin care:

ADP + Pa + o parte din energia degajată în LR ATP

• oxidarea unui mol de NADH 3 moli ATP

• oxidarea unui mol de FADH2 2 moli ATP

Page 17: Lantul Respirator 2011

• Fosforilarea oxidativă:– se desfăşoară numai în celulele aerobe, care au

mitocondrii;

– activitatea metabolică aerobă a unui ţesut este reflectată de numărul de mitocondrii din celulele acelui ţesut:

• eritrocitul matur nu are mitocondrii;

• celulele miocardului, ţesut exclusiv aerob, au un număr mare

de mitocondrii;

• hepatocitele umane pot conţine între 800 şi 2000 de

mitocondrii pe celulă

Page 18: Lantul Respirator 2011

Mitocondriile

• Sunt formaţiuni intracelulare, cu forme diferite, în funcţie de ţesut:

• au 2 membrane • internă (care delimitează matrixul) şi • externă

• Au un spaţiu intermembranar în care se află:

• adenilat kinaza• creatin kinaza şi • nucleozid difosfat kinaza.

Page 19: Lantul Respirator 2011

Spatiu intermembranar

Membrana externã

Membranainternã

Criste

Matrix

Proteine componente ale sistemului transportorilor de electroni

Page 20: Lantul Respirator 2011

• Membrana externă cu structură lipoproteică simplă,

conţine pori care o fac: • permeabilă pentru molecule cu masa < 10 kDa:

• compuşi organici• ioni• nucleotide

Page 21: Lantul Respirator 2011

Membrana internă conţine pliuri numite “criste” care îi măresc suprafaţa

este practic impermeabilă liber pentru: ioni anorganici (H+, Na+, K+ ) • Nucleotide: ATP, ADP • compuşi organici ionizaţi sau neionizaţi:

– Malat

– Oxaloacetat

– Glutamate

– Aspartat

– Piruvat

– Acil-CoA, etc.

este liber permeabilă pentru gaze (O2, CO2, NH3) şi pentru

molecule mici, neionizate (apă, acid acetic, acid acetoacetic, acid 3-hidroxibutiric)

Page 22: Lantul Respirator 2011

conţine ~20% lipide complexe

bogate în acizi graşi nesaturaţi

(cardiolipina şi fosfatidilglicerolul) şi

proteine (~80%)

Page 23: Lantul Respirator 2011

Fosfatidilglicerolii

• sunt fosfatide fără azot

• Se află în membrana internă mitocondrială

H2C

C

O

O H

H2C O

CO R1

COR2

P

O-

O

O

H2C

C

O

H OH

CH2

P

O-

O

O CH2

CH

CH2

O CO R2

OCOR1

Difosfatidil-glicerol (cardiolipinã)

Page 24: Lantul Respirator 2011

• Proteinele cu activitate enzimatică :

–succinat-dehidrogenaza din ciclul Krebs;

–enzime implicate în transportul acizilor graşi, din citosol, în mitosol;

-citocromul P-450 implicat în hidroxilări;

–majoritatea componenţilor LR

–o parte a sistemului de sinteză a ATP prin fosforilare oxidativă (F1F0ATP sintaza);

Page 25: Lantul Respirator 2011

–permeaze sau translocaze, sisteme proteice care

permit transportul selectiv împotriva gradientului de

concentraţie, al unor perechi de compuşi din mitosol

în spaţiul intermembranar şi invers

Page 26: Lantul Respirator 2011

Spatiuintermembranar

Membrana internã Matrix

Translocareaacizilor monocarboxilici HO-

Piruvat-

Translocareaacizilor dicarboxilici

HPO42-

Malat2-

Translocareaacizilor tricarboxilici

Malat2-

Citrat3- + H+

Translocarea fosfatului H2PO4-

H+ Mersalil

Translocareanucleotidelor cu adeninã ADP3-

ATP4- Atractilozid

Translocareaaspartat - glutamat

Translocareamalat - - cetoglutarat

GlutamatAspartat

Malat -cetoglutarat

Page 27: Lantul Respirator 2011

• Matrixul este un gel cu 50% proteine:–enzimele ciclului Krebs (excepţie succinat-dehidrogenaza, localizată în membrana internă);–sistemul multienzimatic al piruvat dehidrogenazei–enzimele -oxidării;–glutamat dehidrogenaza;–o parte din enzimele ureogenezei;–enzime ale cetogenezei;–GOT (glutamat-oxaloacetat transaminaza);–coenzime oxidate sau reduse (NAD+, NADP+, FAD, NADH, CoA-SH, etc.

-ARN, ADN, ARNt şi ribozomii mitocondriali

Page 28: Lantul Respirator 2011

Elementele componente ale LR

• Cu excepţia ubichinonei

toate componentele, sunt proteine

(legate de grupări prostetice),

care participă la procese redox

• Componentele proteice:– Conţin centre cu Fe-S– Conţin Fe coordinat de porfirină citocromi– Conţin Cu complexul IV

Page 29: Lantul Respirator 2011

• Proteinele componente ale LR sunt hidrofobe,

integral membranare

cu excepţia citocromului c

care este solubilă

Page 30: Lantul Respirator 2011

• Flavoproteinele (FP) sunt dehidrogenaze flavinice cu grupări prostetice FMN sau FAD:

–dehidrogenaza FMN - dependentă, numită NADH-

dehidrogenază oxidează NADH-ul care a preluat, în matrix,

echivalenţi reducători de la substrate ca: Piruvat; Izocitrat; -cetoglutarat; Glutamat; -hidroxibutirat

-hidroxiacil-CoA;

–dehidrogenaza FAD-dependentă, numită succinat

dehidrogenază preia echivalenţii reducători de la succinat

–dehidrogenaza FAD-dependentă pentru glicerol-fosfat (GPDH)

Page 31: Lantul Respirator 2011

AH2 NAD+ FPH2 2Fe3+ H2O

A NADH FP 2Fe2+ 1/2O2

H+ H+ 2H+ 2H+

Page 32: Lantul Respirator 2011

• Proteine cu fier şi sulf, ne-heminice: – ionii de fier pot oscila între cifrele de oxidare

2 + şi 3 + – fierul realizează coordinaţii cu sulful anorganic şi

cu atomii de sulf din resturi de cisteină

• Centrele redox Fe - S din aceste proteine sunt– fie binucleare (Fe2S2Cys4)

– fie tetranucleare (Fe4S4Cys4)

Page 33: Lantul Respirator 2011

(Cys)-S S S-(Cys)

(Cys)-S S S-(Cys)

Fe Fe

Centru binuclear Fe2S2Cys4

(Cys)-S S S-(Cys) Fe Fe

S

S SFe

Fe(Cys)-SS-(Cys)

Centru tetranuclear Fe4S4Cys4

Page 34: Lantul Respirator 2011

• Coenzima Q (CoQ) sau Ubiqinona (UQ)

– singurul component neproteic al LR

– este lipofilă, solubilă în membrană

– porţiunea poliizoprenică a moleculei (la om, n=10), îi asigură

deplasarea în membrană

– participă la transferul de electroni în LR prin alternanţa între

forma oxidată (ubichinonă) şi redusă (ubichinol)

– porţiunea chinonică a moleculei poate fi redusă reversibil la

semichinonă cu 1e- şi 1H+ sau cu 2e- şi 2H+, la ubichinol

Page 35: Lantul Respirator 2011

O

O

H3CO CH3

H3CO R

O

OH

H3CO CH3

H3CO R

OH

OH

H3CO CH3

H3CO R

.

Ubichinonã Semichinonã Ubichinol(forma oxidatã) (forma radicalicã) (forma redusã)

+H+ ; e-

-H+ ; e- -H+ ; e-

+H+ ; e-

R = CH2 CH C CH2

CH3

Hn

Page 36: Lantul Respirator 2011

• Citocromii = hemoproteine

– diferă prin structura hemului al cărui Fe poate

oscila între Fe2+ şi Fe3+

(diferenţele structurale între porfirine determină diferenţe spectrale)

– la mamifere sunt 3 tipuri de citocromi (a, b, c)

componenţi ai LR, cu subtipurile:

• bK (sau b562 care absoarbe specific la 562 nm)

• bT (sau b566 care absoarbe specific la 566 nm)

• c1

• a-a3

Page 37: Lantul Respirator 2011

citocrom (Fe3+)

citocrom (Fe2+)

e- e+

– acceptă electroni de la un transportor cu potenţial

redox standard mai negativ decât al său şi cedează

apoi aceşti electroni către un transportor cu potenţial

redox standard mai puţin negativ

Page 38: Lantul Respirator 2011

– Prin ce diferă de Hb şi Mb __????

Page 39: Lantul Respirator 2011

• In toţi citocromii

– 4 cordinaţii cu atomii de azot ai porfirinei

–2 coordinaţii cu atomii apoproteinei

Page 40: Lantul Respirator 2011

• In citocromul c – Fe se leagă de apoproteină

• prin două legături coordinative, realizate cu S (Met) şi cu N (His)

• prin 2 legături covalente, fostele grupe vinil au adiţionat grupe –SH din resturile de cisteină din apoproteina citocromului c

Page 41: Lantul Respirator 2011

NCH CH

N

NCH CH

N

H3C

H3C CH3

CH3CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

CH3

S

S CH2

CH2

CH2

O-OC

CH2O-OC

Fe2+

Met 80

Hys 18

Lan

t pol

ipep

tidic

Page 42: Lantul Respirator 2011

• Citocromul c este o proteină solubilă

localizată în spaţiul intermembranar, de unde

se poate asocia, ca proteină periferică, feţei

externe a membranei interne.

• Citocromul b conţine pe aceiaşi proteină

două grupe hem distincte: hem bT şi hem

bK.

Page 43: Lantul Respirator 2011

• Citocromul a-a3 este o proteină transmembranară cu două centre de

legare a substratelor:

– unul pe faţa externă a membranei interne, care leagă citocromul c

– altul pe faţa internă a membranei interne, care leagă O2

• Citocromul a–a3 conţine 2 hemuri distincte

– hem a şi

– hem a3, în acelaşi complex proteic

– Şi doi ioni de cupru:

• CuA asociat cu hem a şi

• CuB asociat cu hem a3

• Cuprul participă direct la transferul de electroni în LR, prin transformări reversibile din

Cu2+ în Cu+

• Citocromul a3 este singurul citocrom ce leagă direct O2, reducându-l;

– acest citocrom este o enzimă, o oxidază (citocrom c-oxidaza).

Page 44: Lantul Respirator 2011

• Organizarea componenţilor lanţului transportorilor de electroni

NADH FPN CoQ cit. b cit. c1 cit. c cit. a-a3 O2 - 0,32 V + 0,04 V + 0,25 V + 0,82 V

FPS

Succinat

Page 45: Lantul Respirator 2011

FPS (FAD)

Fe-S

Complex II(Succinat - CoQ reductazã)

Succinat

NADH + H+

FPN (FMN)

Fe - S

Complex I(NADH - CoQ reductazã)

CoQcit.bK, bT, c1

Fe - S

Complex IIICoQH2 - cit. c reductazã

cit. c cit. a-a3Cu

Complex IVCitocrom c oxidazã

O2

Page 46: Lantul Respirator 2011

NADH+H+ FPN(FMN) FeS1 FeS2 FeS3 FeS41e- 1e- 1e- 2e-

NAD+ FPN(FMNH2)2H+

1e-

2H+

CoQ

CoQH2

• Complexul I (NADH-CoQ reductază):

– dehidrogenaza FMN-dependentă

– proteine cu Fe şi S

– se sintetizează 1 mol ATP

– transferă echivalenţii de reducere de pe NADH pe

CoQ:

Page 47: Lantul Respirator 2011

• În timp ce se oxidează o moleculă NADH: – 2 electroni sunt transferaţi la CoQ prin complexul I – 4 protoni sunt pompaţi de-a lungul membranei

mitocondriale, din matrix spre spaţiul intermembranar

– energia eliberată în cursul reacţiilor redox care se produc în complexul I este conservată prin pomparea concomitentă a protonilor de-a lungul membranei

– diferenţei de potenţial dintre NADH şi a CoQ, îi corespunde o energie suficientă pentru sinteza a doi moli de ATP;

– în procesul fosforilării oxidative se sintetizează însă un singur mol ATP, restul de energie se disipează în mediu.

Page 48: Lantul Respirator 2011

• Complexul II (succinat-CoQ reductază) transferă echivalenţii

de reducere de la succinat la CoQ :

• Nu se sintetizează ATP

Succinat FPs(FAD) CoQH2

Fumarat FPs(FADH2) CoQ

Page 49: Lantul Respirator 2011

• Succinat dehidrogenaza FAD-dependentă:

– dispusă pe partea dinspre matrixul mitocondrial

– catalizează dehidrogenarea succinatului la fumarat în ciclul Krebs

– introduce atomii de hidrogen în lanţul respirator

– Nu se pompează protoni de-a lungul membranei mitocondriale

– nu se sintetizează ATP

• In complex se mai află trei centre cu fier şi sulf şi două

proteine mici hidrofobe.

Page 50: Lantul Respirator 2011

• Complexul III (CoQH2-citocrom c reductaza)

– echivalenţii de reducere, sub formă de e-, trec de la

CoQH2 la citocromul c

– este pompă de protoni

– Se sintetizează 1 mol ATP

2H )2(Fe c cit. 2 CoQ reductază c citocrom-CoQ )3(Fe c cit. 2 2CoQH

Page 51: Lantul Respirator 2011

• Complexul IV (citocrom c oxidaza) catalizează

reducerea tetravalentă a O2, acceptorul final de

electroni al lanţului:

O2 + 4 e- + 4 H+ 2 H2OCitocromoxidazã

ADP + Pa ATP

Page 52: Lantul Respirator 2011

• Complexul IV conţine 4 centre redox:

– citocromul a

– citocromul a3

– doi atomi de cupru CuA şi CuB

– ioni de Mg2+ şi ioni de Zn2+.

Page 53: Lantul Respirator 2011

• Complexul IV recepţionează e- de la cit. c şi îi transferă pe O2

cit.a

proteina cu CuA

cit. a3

proteina cu CuB

pe O2

• se sintetizează un singur mol ATP

Page 54: Lantul Respirator 2011

Spatiu intermembranar

Membrana externã

Membranainternã

Criste

Matrix

Proteine componente ale sistemului transportorilor de electroni

Page 55: Lantul Respirator 2011

• Organizarea componenţilor lanţului transportorilor de electroni

NADH FPN CoQ cit. b cit. c1 cit. c cit. a-a3 O2 - 0,32 V + 0,04 V + 0,25 V + 0,82 V

FPS

Succinat

Page 56: Lantul Respirator 2011

FPS (FAD)

Fe-S

Complex II(Succinat - CoQ reductazã)

Succinat

NADH + H+

FPN (FMN)

Fe - S

Complex I(NADH - CoQ reductazã)

CoQcit.bK, bT, c1

Fe - S

Complex IIICoQH2 - cit. c reductazã

cit. c cit. a-a3Cu

Complex IVCitocrom c oxidazã

O2

Page 57: Lantul Respirator 2011

Spatiuintermembranar

Membranainternã

mitocondrialã

FMN

NADH (2e-)

NAD+

Oxaloacetat

Malat

Cit.a-a3

(Cu)

Cit.cCoQFe-S

Cit. b

Cit.c12e-

FADH2

Fe-S

Fe-S

Succinat

Fumarat

Matrix mitocondrial

+ + + + + +

nH+ nH+ nH+

- - - - -

1/2O2

H2O

- - - - -

+ + + + +

ATPsintaza

H+ADP + Pi

ATP

ATPATP-ADP

antiportADP

Page 58: Lantul Respirator 2011

• Legătura între transportul de electroni în LR şi

fosforilarea oxidativă este realizată prin “forţa

proton motrice”

Page 59: Lantul Respirator 2011

• Complexul V sau ATP-sintaza mitochondrială (F1F0-ATP-aza) are două domenii:

–porţiunea F0

liposolubilă

parte integrantă a membranei interne;

are rol de translocază de protoni

–porţiunea F1

Hidrosolubilă

ancorată pe F0 spre matrix

are structura

catalizează reacţia ADP + P ATP

Page 60: Lantul Respirator 2011

Membrana internãmitocondrialã

Interior

Exterior

H+

ATPADP+Pi

ATP

Page 61: Lantul Respirator 2011

Trunchiul care ataşază F1 la F0 conferă ATP-sintazei

sensibilitate la inhibiţia prin oligomicină.

• Date experimentale demonstrează:–dacă F1 este detaşată de F0, F1 devine o ATP-hidrolază (ATP-ază)

• –dacă F1 + F0 sunt incluse într-o membrană sintetică, plasată într-un gradient de pH, ele sintetizează ATP din ADP şi P

• –dacă doar F0 se include într-o membrană sintetică integră, plasată într-un gradient de pH, membrana devine permeabilă pentru protoni.

Page 62: Lantul Respirator 2011

Teoria chemiosmotică

• propusă în 1961 de Peter Mitchell:

– transportul e- prin L R produce translocări vectoriale

de protoni prin membrana internă mitocondrială, din

matrix, în spaţiul intermembranar

Complexele I, III şi IV ale LR sunt “ pompe de H+

Page 63: Lantul Respirator 2011

• matrixul devine mai alcalin şi spaţiul

intermembranar mai acid

Page 64: Lantul Respirator 2011

• Dublul gradient

– de pH şi

– de sarcină, care apare prin funcţionarea LR

• determină apariţia forţei proton-motrice , conform relaţiei:

• Forţa proton motrice reprezintă energia disponibilă pentru: – sinteza ATP prin fosforilare oxidativă

– procese endergonice mitocondriale

pHF

TR 2,3 - H

Page 65: Lantul Respirator 2011

• Cum se întorc H+ în matrix ?

– H+ din spaţiul intermembranar vor fi translocaţi înapoi în

matrix prin ATP sintază, în josul gradientului de pH şi de

sarcină, deci cu eliberare de energie;

– energia eliberată va servi la sinteza de ATP

(fosforilare oxidativă)

Page 66: Lantul Respirator 2011

Cuplarea

FO cu

LR

Page 67: Lantul Respirator 2011

• Energia degajată în L.R. se calculează după relaţia:

• Reacţia globală de reoxidare a NADH+H+:

variaţia potenţialului redox standard pe tot lanţul respirator:

E0` = 1,14 V

• Energia eliberată la reoxidarea NADH+H+ în lanţul respirator este:

`0ΔEFn`ΔG0

O2H NAD 2O 1/2HNADH

lakc 52,6- 0,32)) (- - 0,82 ( x 23,06 x 2`ΔG0

Page 68: Lantul Respirator 2011

• o parte din energie este utilizată pentru FO

ADP + Pi ATPATP sintaza

energia eliberata în LR

Page 69: Lantul Respirator 2011

• La ox. NADH 3 moli de ATP pentru care se

consumă

3x7,3 =21,9 kcal/mol

randamentul utilizării energiei libere pentru sinteza de

ATP este:

21,9 x 100/52,6 = 42%.

Page 70: Lantul Respirator 2011

• La oxidarea în LR

– NADH 3 moli de ATP / atom gram de oxigen redus

– FADH2 2 moli de ATP / atom gram de oxigen redus

• Câtul de fosforilare se simbolizează P/O şi este:

3/1 pentru reoxidarea NADH+H+ şi

2/1 pentru reoxidarea FADH2.

"Cât de fosforilare" = moli ATP produsi

atomi gram oxigen consumat

Page 71: Lantul Respirator 2011

• Energia rezultată prin transferul electronilor prin LR este utilizată pentru pomparea H+ de-a lungul membranei interne mitocondriale din matrix în spaţiul intermembranar.

• Se generează un gradient electrochimic care

constă dintr-un gradient de protoni şi un potenţial de membrană.

• Protonii din spaţiul intermembranar revin în matrix prin complexul ATP-sintază, determinând sinteza de ATP din ADP şi fosfatul anorganic.

Page 72: Lantul Respirator 2011
Page 73: Lantul Respirator 2011

• Inhibitori ai fosforilării oxidative

• a.Inhibitorii LR

previn curgerea electronilor şi translocarea protonilor.

☺inhibă atât consumul de oxigen cât şi fosforilarea oxidativă

Exemple:

• –rotenone (insecticide de origine vegetală), amitalul (compus din clasa

barbituricelor), pericidina (antibiotic), pentru complexul I

• –tenoiltrifluoracetona, pentru complexul II

• –antimicina A, pentru complexul III

• –CN-, CO, azida (N3-), pentru complexul IV.

Page 74: Lantul Respirator 2011

• b.Inhibitorii fosforilării:

–oligomicina, care inhibă ATP-sintaza

–atractilozidul, care blochează translocarea

nucleotidelor cu adenină

Page 75: Lantul Respirator 2011

c.Decuplanţi ai fosforilării oxidative = transportori de protoni prin membrana internă.

• În prezenţa decuplanţilor LR funcţionează cu viteză maximă, indiferent de valoarea raportului ATP/ADP, iar energia lanţului respirator este disipată sub formă de căldură.

• EX. -2,4-dinitrofenolul, şi alţi compuşi aromatici cu caracter acid

Mediu bazic Mediu acid

O-

O-

HO

Membranã

2,4-dinitrofenol

internã

Spatiu intermembranarMatrix

HO

NO2

NO2

HO

Page 76: Lantul Respirator 2011

Spatiuintermembranar

Membranainternã

mitocondrialã

FMN

NADH (2e-)

NAD+

Oxaloacetat

Malat

Cit.a-a3

(Cu)

Cit.cCoQFe-S

Cit. b

Cit.c12e-

FADH2

Fe-S

Fe-S

Succinat

Fumarat

Matrix mitocondrial

+ + + + + +

nH+ nH+ nH+

- - - - -

1/2O2

H2O

- - - - -

+ + + + +

ATPsintaza

H+ADP + Pi

ATP

ATPATP-ADP

antiportADP

Page 77: Lantul Respirator 2011
Page 78: Lantul Respirator 2011

Curs 5

• Inhibitori si decuplanti ai LR

• Reoxidarea NADH in citosol (navetele)

• Digestia şi absorbţia glucidelor

• Cãi de metabolizare glucozã

Page 79: Lantul Respirator 2011
Page 80: Lantul Respirator 2011
Page 81: Lantul Respirator 2011
Page 82: Lantul Respirator 2011

• inhibitori

Page 83: Lantul Respirator 2011

c.Decuplanţi ai fosforilării oxidative = transportori de protoni prin membrana internă.

• În prezenţa decuplanţilor LR funcţionează cu viteză maximă, indiferent de valoarea raportului ATP/ADP, iar energia lanţului respirator este disipată sub formă de căldură.

• EX. -2,4-dinitrofenolul, şi alţi compuşi aromatici cu caracter acid

Mediu bazic Mediu acid

O-

O-

HO

Membranã

2,4-dinitrofenol

internã

Spatiu intermembranarMatrix

HO

NO2

NO2

HO

Page 84: Lantul Respirator 2011

• Ţesutul adipos brun este un ţesut termogenic

• Proteina de decuplare UCP-1

care se găseşte exclusiv în membrana internă a mitocondriilor ţesutului brun, transportă protonii din spaţiul intermembranar în matrix

decuplând astfel sinteza de ATP de transportul protonilor.

Page 85: Lantul Respirator 2011

Creier

Frigul sensibilizeazã hipotalamusul

Nervul simpatic

Norepinefrinã Receptor adrenergic UCP-1

H+

AMPc

Protein kinaza A

Trigliceride

Acizi grasiATP Sintaza

1/2O2+2H+

H2O

H+

H+

H+NADH FADH2

Celulã din tesutul adipos brun

Page 86: Lantul Respirator 2011

Controlul respirator

• intermediari ai degradării glucidelor, lipidelor, proteinelor

• –compuşi şi factori implicaţi direct în lanţul respirator şi fosforilarea oxidativă (complexe enzimatice, coenzime reduse, ATP, ADP, O2, Pi, etc.).

• controlul respirator se mai numeşte şi “control prin acceptor de fosfat” .

Page 87: Lantul Respirator 2011

Grãsimi

Hidrati decarbon

Proteine

dige

stie

si a

bsor

btie

Acizi grasi+

Glicerol

Glucozã

Aminoacizi

Acetil-CoA

Mitocondrie

Surse extramitocondriale de echivalenti reducãtori

2H

-oxidare

CiclulKrebs

ADP

H2O

O2

ATP

Lantul respirator

Page 88: Lantul Respirator 2011

Specii incomplet reduse ale oxigenului şi azotului

oxigenul - element „duplicitar” - este sursa unor specii foarte active, obţinute prin reducerea secvenţială a O2:

-radicali de oxigen;

-derivaţi non-radicalici ai oxigenului.

Page 89: Lantul Respirator 2011

.O2

.

O2 O2 (oxigen singlet)

+e-

anionsuperoxid

+ H+

HO2

radicalulhidroperoxil

+e-

O22

anion peroxid

+ H+HO2

+ H+

H2O2

peroxidde hidrogen

NO.

ONOO-

anionperoxinitrit

NO2 OH....stare de tranzitie

NO3anion nitrat

NO2 + HO..radicalul

nitroradicalulhidroxil

+e-

HO- + HOanion radical

.

hidroxil hidroxil

+ e- + 2H+

2H2O

Page 90: Lantul Respirator 2011

Sursele de SRO în organismSurse endogene de SRO, în condiţii fiziologice:

- în mitocondrii în LR în prezenţa unor inductori;

–activitatea enzimelor: XO, ciclooxigenază, MAO, NADPH oxidază;

–în cursul oxidării acizilor graşi cu catenă lungă în peroxizomi;

–autooxidarea unor compuşi: Fe2+, hem, tioli, adrenalină;

–biosinteza hormonilor tiroidieni;

–transformarea acidului arahidonic în prostaglandine, tromboxani, lipoxine;

Page 91: Lantul Respirator 2011

R-OO.

R-OOH

Vitamin E-tocopherol)

Vitamin E(radical)

Ubiquinone

Ubiquinol

Vitamin C(radical)

Vitamin C

G-S-S-G

G-SH

Thioredoxin ox.

Thioredoxin red.

acidDihydrolipoic

acid-lipoic

NADPH

NADP+

Cellular reductionsystems

Oxidants

Page 92: Lantul Respirator 2011

Mijloace de protecţie enzimatice

Catalazã

O2 O2 H2O2

Superoxid dismutazã

.+ e-

Glutation peroxidzã

2 G-SH

H2O

G-S-S-G

Glutation reductazã

NADPH + H+

NADP+

2 G-SH

Page 93: Lantul Respirator 2011

Reoxidarea NADH citosolic

• NAD+ este coenzima dehidrogenazelor atât pentru reacţiile care au loc în mitocondrie cât şi pentru cele din citoplasmă:

SH2 + NAD+ Sox + NADH + H+

• Mitocondrial NADH + H+ se ox în LR

Page 94: Lantul Respirator 2011

• Reoxidarea NADH + H+ produs în citoplasmă:

-în condiţii anaerobe

în reacţia acid piruvic acid lactic

-prin introducerea echivalenţilor de reducere în LR, indirect prin navete (shuttle), deoarece NADH nu poate trece prin membrana mitocondrială.

Page 95: Lantul Respirator 2011

• Naveta glicerolfosfatului este unidirecţională şi are ca scopuri:

-menţinerea concentraţiei necesare de NAD+ în citoplasmă şi

-furnizarea de echivalenţi de reducere LR.

Page 96: Lantul Respirator 2011

Citosol Membrana externã Membrana internã

NAD+ Glicerol-3-fosfat Glicerol-3-fosfat FAD

FADH2

LR

Glicerol-3-fosfatdehidrogenaza

DihidroxiacetonDihidroxiacetonfosfatfosfat

NADH + H+

Glicerol-3-fosfatdehidrogenaza

Page 97: Lantul Respirator 2011

Naveta malat-aspartat este bidirecţională Prin acţiunea acestei navete se asigură atât reoxidarea NADH + H+

citoplasmatic, cât şi reglarea cuplurilor NADH – NAD+ extra şi

intramitocondriale

Membranã internãCitosol Matrix

-cetoglutarat-ceto

glutarat

1

Oxaloacetat

Aspartat AspartatGlutamat

Transaminare

NAD+ Malat Malat

NADH+H+

NAD+

NADH+H+Oxaloacetat

Glutamat

Transaminare

Malat dehidrogenaza Malat dehidrogenaza

2

H+ H+