Oxidarea Oxidarea biologicăbiologică

Lanţul respiratorLanţul respiratorFosforilarea Fosforilarea

oxidativăoxidativă

OBIECTIVELEOBIECTIVELE Oxidarea biologică. Dehidrogenarea substratelor - sursa energetică Oxidarea biologică. Dehidrogenarea substratelor - sursa energetică

pentru sinteza ATP - ului. Enziniele dehidrogenăni.pentru sinteza ATP - ului. Enziniele dehidrogenăni. Lanţul respirator (schema). Complexele enzimatice. Acceptorii principali Lanţul respirator (schema). Complexele enzimatice. Acceptorii principali

de electroni şi protoni, structura lor chimică.de electroni şi protoni, structura lor chimică. Potenţialul de oxido-reducere a componentelor lanţului respirator. Potenţialul de oxido-reducere a componentelor lanţului respirator.

Fosforilarea oxidativă. Locurile de fosforilare. Produsele finale ale Fosforilarea oxidativă. Locurile de fosforilare. Produsele finale ale oxidării.oxidării.

Reglarea intensităţii funcţionării lanţului respirator. Coeficientul Reglarea intensităţii funcţionării lanţului respirator. Coeficientul P/O, controlul respirator.P/O, controlul respirator.

Decuplarea produselor de oxidare şi fosforilare, principalii agenţi Decuplarea produselor de oxidare şi fosforilare, principalii agenţi decuplanţi. Rolul biologic al produsului de decuplare, respiraţia liberă.decuplanţi. Rolul biologic al produsului de decuplare, respiraţia liberă.

Mitocondriile, structura şi permeabilitatea selectivă a membranelor Mitocondriile, structura şi permeabilitatea selectivă a membranelor pentru diferiţi cumpuşi.. Sistemele-navetă de transport al echivalenţilor pentru diferiţi cumpuşi.. Sistemele-navetă de transport al echivalenţilor de reducere.de reducere.

Ipotezele principale, care explică procesele fosforilării oxidative. Ipoteza Ipotezele principale, care explică procesele fosforilării oxidative. Ipoteza lui Mitchell.lui Mitchell.

Oxidarea microzomală, rolul citocromului P450 în reacţiile de oxido-Oxidarea microzomală, rolul citocromului P450 în reacţiile de oxido-reducere. reducere.

Vitaminele şi rolul lor în procesele de oxidare biologică.Vitaminele şi rolul lor în procesele de oxidare biologică. Noţiune de radicali liberi. Oxidarea peroxidică a acizilor graşi nesaturaţi Noţiune de radicali liberi. Oxidarea peroxidică a acizilor graşi nesaturaţi

din membrane. Sistemele de protecţie a celulei de acumilarea radicalilor din membrane. Sistemele de protecţie a celulei de acumilarea radicalilor liberi.liberi.

Oxidarea biologică. Dehidrogenarea Oxidarea biologică. Dehidrogenarea substratelor. Enzimele substratelor. Enzimele

dehidrogenării.dehidrogenării. Oxidarea biologică (OB)Oxidarea biologică (OB) reprezintă reprezintă totalitatea reacţiilor de oxido-reducere ce totalitatea reacţiilor de oxido-reducere ce decurg în celule şi ţesuturi.decurg în celule şi ţesuturi.

RolulRolul: asigură organismul cu energie : asigură organismul cu energie accesibilă în formă de ATP.accesibilă în formă de ATP.

OBOB are loc prin reacţii de dehidrogenare are loc prin reacţii de dehidrogenare → donarea atomilor de H2 sub formă de → donarea atomilor de H2 sub formă de protoni şi electroni: protoni şi electroni: H2H2→2H +2→2H +2 ēē. .

Are loc sub acţiunea Are loc sub acţiunea EE → → dehidrogenaze,dehidrogenaze, ale căror ale căror CoCo sunt sunt NAD+ şi FADNAD+ şi FAD

SUBSTRATELE NADSUBSTRATELE NAD1. 1. Izocitrat Izocitrat +NAD+NAD→ → alfa-cetoglutarat alfa-cetoglutarat

++NADH+HNADH+H

E- izocitratDHE- izocitratDH

2. Alfa-cetoglutarat 2. Alfa-cetoglutarat +NAD +NAD → succinil → succinil Coa Coa +NADH+H+NADH+H

E-alfacetoglutaratDHE-alfacetoglutaratDH

3.Malat 3.Malat +NAD +NAD →OA+→OA+NADH+HNADH+H

E-malatDHE-malatDH

4. DOP4. DOP

Lactat Lactat +NAD →Piruvat ++NAD →Piruvat +NADH+HNADH+H

E-lactatDHE-lactatDH GliceraldehidfosfatGliceraldehidfosfat +NAD +H3PO4→1,3 +NAD +H3PO4→1,3

difosfoglicerat +difosfoglicerat +NADH+HNADH+H E- GAP DHE- GAP DH Hidroxiacil CoAHidroxiacil CoA +NAD →cetoacil Co-A +NAD →cetoacil Co-A

++NADH+HNADH+H E-hidroxiacil -CoA DHE-hidroxiacil -CoA DH DeDezaminarea Gluzaminarea Glu Oxidarea Oxidarea 3 hidroxibutiratului3 hidroxibutiratului Catabolismul Catabolismul alcoolului alcoolului

SUBSTRATELE FAD SUBSTRATELE FAD dependentedependente

SuccinatSuccinat +FAD +FAD →→Fumarat +Fumarat +FADH2FADH2

E- succinat DHE- succinat DH Acil CoAAcil CoA + FAD + FAD →→enoil-CoA+enoil-CoA+FADH2FADH2

E- acil CoA DHE- acil CoA DH Glicerol 3 P Glicerol 3 P + FAD + FAD →→ GAP GAP++FADH2FADH2 NADH+H+ şi FADH2 rezultaţi în NADH+H+ şi FADH2 rezultaţi în

reacţiile de oxidare a acestor reacţiile de oxidare a acestor substrate transferă p şi ē în lanţul substrate transferă p şi ē în lanţul respirator.respirator.

Lanţul respirator (LR). Rolul. Lanţul respirator (LR). Rolul. StructuraStructura..

LR LR -- un ansamblu (complex) de un ansamblu (complex) de enzime şi sisteme de oxido-enzime şi sisteme de oxido-reducere, ce participă la transferul reducere, ce participă la transferul H+ şi ē de la Co reduse (NADH, H+ şi ē de la Co reduse (NADH, FADH2) la O2FADH2) la O2 cu formarea H2O.cu formarea H2O.

Este ultima etapă a degradării Este ultima etapă a degradării aerobe.aerobe.

Este localizat în membrana internă Este localizat în membrana internă aa MC MC

Funcţia LR:Funcţia LR:

1.1. Prin transferul protonilor şi Prin transferul protonilor şi electronilor → electronilor → Co seCo se reoxidează, reoxidează, putînd asigura dehidrogenări în putînd asigura dehidrogenări în continuare.continuare.

2.2. Cînd Cînd CoCo se reoxidează, se eliberează se reoxidează, se eliberează energie ce serveşte la sinteza ATP.energie ce serveşte la sinteza ATP.

Componenţii LR

1. NADH+H sau FADH2NADH+H sau FADH2

2. Flavoproteinele FPFlavoproteinele FP: preiau p şi : preiau p şi ee-- de la de la NADH+H sau FADH2NADH+H sau FADH2

FPFPNN (NADH DH) - ca Co (NADH DH) - ca Co FMNFMN - preia H2 de la NADH+H - preia H2 de la NADH+H

FPs (succinatDH)- ca Co FPs (succinatDH)- ca Co FADFAD- preia H2 de la FADH2- preia H2 de la FADH2

Componenţii LR

3. Coenzima Q

4. Citocromii

b560, b562, b 566, c1, c, a şi a3

N

N

N

N

CH3 HC

CH3

S CH2

CH3

CH S CH2

CH3

CH2

CH2

COO

CH3

H3C

CH2CH2 OOC

protein

protein

Fe

Heme c

5. Proteinele Fe-S

a. a. între FP şi CoQîntre FP şi CoQb. între cit b şi citcb. între cit b şi citc11

[2Fe-2S] [4Fe-4S]

Schema LRSchema LR

Potenţialul oxidoreducător1. Fiecare verigă a LR poate exista în 2 forme

– redusă şi oxidată, deci,2. Formează o pereche oxidoreducătoare

3.3. Fiecare sistem redox (O/R) este alcătuit Fiecare sistem redox (O/R) este alcătuit dintr-un donor şi acceptor dintr-un donor şi acceptor

4. Caracteristica lor principală este potenţialul oxidoreducător (redox), care care se măsoară în volţi.se măsoară în volţi.

5. El este măsura valorică a capacităţii de oxidare sau reducere a compusului

Potenţialul oxidoreducător

Potenţialul redox –E – Potenţialul redox –E – mărime egală mărime egală cu forţacu forţa electromotoare electromotoare ce apare în ce apare în semiconductor,semiconductor, î în care n care donorul de donorul de ee-- şi acceptorul şi acceptorul acţionează în acţionează în cc%% dede 11,0 mol,0 mol, , lala t =t =25 *25 *cc, şi , şi pHpH 7,0 7,0 formând un formând un echilibru echilibru cu cu elecrodelecrodulul ce ce adiţionează adiţionează ee-- de la donor şi-i de la donor şi-i transferă la acceptor. transferă la acceptor.

66.. Cu cît potenţialul redox este mai Cu cît potenţialul redox este mai electronegativ cu atât este mai înaltă electronegativ cu atât este mai înaltă capacitatea de a ceda ē, şi invers, capacitatea de a ceda ē, şi invers,

cu cît potenţialul este mai cu cît potenţialul este mai electropozitiv, cu atât este mai înaltă electropozitiv, cu atât este mai înaltă capacitatea sistemului de a adiţiona capacitatea sistemului de a adiţiona electroni.electroni.

77.. Sistemele redox sSistemele redox suunt aranjate în nt aranjate în ordinea creşterii potenţialului de ordinea creşterii potenţialului de oxido-reducere.oxido-reducere.

Potenţialul oxidoreducătoral verigilor LR

1.1. NADNAD++/NADH.H/NADH.H+ + ― (-0,32V) ― (-0,32V)

2.2. FFADAD/F/FADADHH22 – (-0,05) – (-0,05)

3.3. CoQ/CoQHCoQ/CoQH2 2 ― +0,― +0,0404 4.4. cit.b (Fe3+)/cit.b (Fe2+) ― +0,cit.b (Fe3+)/cit.b (Fe2+) ― +0,0707

5.5. cit.ccit.c11 (Fe3+)/cit.c (Fe3+)/cit.c11 (Fe2+) ― +0,2 (Fe2+) ― +0,2336.6. cit.c (Fe3+)/cit.c (Fe2+) ― +0,25Vcit.c (Fe3+)/cit.c (Fe2+) ― +0,25V7.7. cit.a (Fe3+)/cit.a (Fe2+) ― +0,29cit.a (Fe3+)/cit.a (Fe2+) ― +0,29

8.8. cit.acit.a33 (Fe3+)/cit.a (Fe3+)/cit.a33 (Fe2+) ― +0,55V (Fe2+) ― +0,55V

9.9. ½½O/HO/H22O ― +0,82VO ― +0,82V

Potenţialul oxidoreducător8. t8. transferransferulul în trepte permite eliberarea în trepte permite eliberarea energiei în “pachete” a cărenergiei în “pachete” a căreiei valoare este valoare este în jurul lui –7,3 în jurul lui –7,3 kkcal/mol cal/mol ((ccâât necesită t necesită sinteza unui mol de ATP din ADP şi sinteza unui mol de ATP din ADP şi H3PO4H3PO4))..

4 H4 H++ + 4 + 4 ēē + O + O22 → 2 H → 2 H22O + O + ΔΔGG00

ΔΔGG0 0 = ― 52,6 kcal= ― 52,6 kcal

Cantitatea energiei eliberate Cantitatea energiei eliberate depinde de potenţialul redoxdepinde de potenţialul redox

Ştiind potenţialul redox al fiecărei Ştiind potenţialul redox al fiecărei perechi se pot calcula modificarea perechi se pot calcula modificarea energiei libere standard.energiei libere standard.

ΔG = -nFΔEΔG = -nFΔE nn-numărul de-numărul de ēē F-F-constanta lui Faraday (23062 constanta lui Faraday (23062

cal/V∙mol)cal/V∙mol) ΔEΔE00-diferenţa de potenţial-diferenţa de potenţial ΔG = -2∙23062[+0,82-(-0,32)] = -ΔG = -2∙23062[+0,82-(-0,32)] = -

52,6 kcal52,6 kcal 7,3 x 3 = 21,9 cal7,3 x 3 = 21,9 cal Randamentul utilizării energiei libere Randamentul utilizării energiei libere

– 42%– 42%

Torentul de ē e orientat în direcţia Torentul de ē e orientat în direcţia micşorării energiei libere a sistemului micşorării energiei libere a sistemului

Cu cît e mai mare diferenţa Cu cît e mai mare diferenţa potenţialului dintre 2 redox perechi → potenţialului dintre 2 redox perechi → cu atît mai mare e diminuarea cu atît mai mare e diminuarea energiei libere la transferul ē.energiei libere la transferul ē.

FOSFORILAREA FOSFORILAREA OXIDATIVĂOXIDATIVĂ

reprezintă sinteza reprezintă sinteza ATP din ADP şi ATP din ADP şi Pi Pi (cuplată cu LR), (cuplată cu LR), pe seampe seamaa energiei eliberate energiei eliberate la transferul la transferul echivalenţilor reducători în LR de echivalenţilor reducători în LR de la coenzimele reduse la O2.la coenzimele reduse la O2.

Deoarece transferul de ē are loc Deoarece transferul de ē are loc treptat, energia se eliberează „în treptat, energia se eliberează „în pachete” – în trepte . pachete” – în trepte .

Pentru a se forma ATP diferenţa de Pentru a se forma ATP diferenţa de potenţial trebuie potenţial trebuie să fie nu mai mică să fie nu mai mică de 0,22V.de 0,22V.

Funcţionarea cuplată a LR şi FO este Funcţionarea cuplată a LR şi FO este asigurată de 5 complexeasigurată de 5 complexe

Composition of Respiratory Composition of Respiratory Chain ComplexesChain Complexes

Complex denumireaNo. of Proteins

Grupările prostetice

Complexul I NADH Dehidrogenaza

46 FMN, Fe-S

Complexul II

Succinat-CoQ Reductaza

5 FAD, cit b560,

Fe-S

Complexul III

CoQ-cit c Reductaza

11 cit b562, cit b566, Fe-S, cit c1,

Complexul IV

Citochrom Oxidaza

13 cit a, cit a3, Cu

Complexul I- Complexul I- NADH → CoQ – NADH → CoQ – reductazăreductază

1mol ATP1mol ATP Inhibat: rotenonă(otravă pentru peşti), Inhibat: rotenonă(otravă pentru peşti),

Na amital (barbiturat); pericidină Na amital (barbiturat); pericidină (antibiotic)(antibiotic)

Complexul II- Complexul II- succinat - CoQ-succinat - CoQ-reductazareductaza

Variaţia de potenţial este de 0,07V; Variaţia de potenţial este de 0,07V; ΔG0 = -3,2 kcal/mol – nu se sintetizează ΔG0 = -3,2 kcal/mol – nu se sintetizează

ATPATP Inhibat – Inhibat – malonat malonat (inhibiţie competitivă)(inhibiţie competitivă)

Complexul III- Complexul III- CoQ- citocrom c CoQ- citocrom c reductazareductaza

ΔG0 = -7,75 kcal – se sintetizează ΔG0 = -7,75 kcal – se sintetizează 1mol 1mol de ATPde ATP..

Inhibat → antimicina AInhibat → antimicina A

Complexul IV- Complexul IV- citocromoxidazăcitocromoxidază

Catalizează adiţia a 4ē la O2 molecular (a 2ē la ½O).Catalizează adiţia a 4ē la O2 molecular (a 2ē la ½O). O2 + 4ē + 4H+ → 2H2OO2 + 4ē + 4H+ → 2H2O Căderea de potenţial de 0,54V.Căderea de potenţial de 0,54V. ΔG = -24,8 kcal → se sintetizează ΔG = -24,8 kcal → se sintetizează 1mol de ATP1mol de ATP Inhibat: CO, ozide, cianide.Inhibat: CO, ozide, cianide.

Toate componentele LR sunt dispuse în Toate componentele LR sunt dispuse în membrana internă a membrana internă a mmitocondriilor. itocondriilor. CoQ şi cit cCoQ şi cit c funcţionează individual, iar funcţionează individual, iar celelalte componente se grupează în celelalte componente se grupează în complexe.complexe.

Complexul VComplexul V – ATP- – ATP-sintetazăsintetază

F0 → canal de protoniF0 → canal de protoni - - străbate străbate membrana internă a MC, constă din 4 tipuri de membrana internă a MC, constă din 4 tipuri de proteină ce formează un sistem de pori proteină ce formează un sistem de pori transmembranari prin care trec protoniitransmembranari prin care trec protonii

1.1. F1- F1- partea cataliticpartea cataliticăă - se află în intregime în - se află în intregime în matrixul MC (formă de sferă). matrixul MC (formă de sferă).

a.a. e alcătuită din cinci tipuri de proteine ααα (α3), e alcătuită din cinci tipuri de proteine ααα (α3), βββ (β3), γ, δ, ε.βββ (β3), γ, δ, ε.

b.b. la acest nivel are loc reacţia de condensare a la acest nivel are loc reacţia de condensare a ADP + Pi →ATP+H2OADP + Pi →ATP+H2O Inhibată: oligomicină, atractilatul (glicozidă)Inhibată: oligomicină, atractilatul (glicozidă)

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.

Locusurile unde are loc sinteza ATP Locusurile unde are loc sinteza ATP se numesc se numesc puncte de fosforilarepuncte de fosforilare..

În LR (lanţul respirator) deosebim În LR (lanţul respirator) deosebim 3 puncte de fosforilare:3 puncte de fosforilare:

1.1. NADH+H----CoQNADH+H----CoQ

2.2. Cit b----citcCit b----citc

3.3. cita--cita3cita--cita3

Bilanţul general în Bilanţul general în procesele LR-FO.procesele LR-FO.

NADH + H+ + ½O2 + 3ADP + 3Pi → NADH + H+ + ½O2 + 3ADP + 3Pi → NAD+ + 3ATP + 4H2ONAD+ + 3ATP + 4H2O

FADH + H+ + ½O2 + 2ADP + 2Pi → FADH + H+ + ½O2 + 2ADP + 2Pi → FAD + 2ATP + 3H2OFAD + 2ATP + 3H2O

Raportul între numărul de moli de ATP Raportul între numărul de moli de ATP produşi şi O2 consumat este numit produşi şi O2 consumat este numit „cît „cît de fosforilare” P/Ode fosforilare” P/O. .

De la NADH+H pînă la O2 - P/O = De la NADH+H pînă la O2 - P/O = 3/1 – ramura lungă, 3/1 – ramura lungă,

De la FADH2 pînă la O2 - P/O = 2/1 – De la FADH2 pînă la O2 - P/O = 2/1 – ramura medie.ramura medie.

P/O reflectă cuplarea transportului P/O reflectă cuplarea transportului H+ şi ē (respiraţia) şi fosforilarea H+ şi ē (respiraţia) şi fosforilarea (sinteza ATP). Coeficient indică ce (sinteza ATP). Coeficient indică ce cantitate de P anorganic (H3PO4) se cantitate de P anorganic (H3PO4) se transformă în P organic (ATP) la transformă în P organic (ATP) la transportul unei perechi de H+ şi ē în transportul unei perechi de H+ şi ē în LR.LR.

Ipoteze principale cu privire la Ipoteze principale cu privire la

procesele de FO. Ipoteza lui Mitchellprocesele de FO. Ipoteza lui Mitchell Prin ce mecanism energia eliberată în LR Prin ce mecanism energia eliberată în LR

este cuplată cu formarea ATP?este cuplată cu formarea ATP? Teoria chimicăTeoria chimică, numită şi a , numită şi a

intermediatorilor comuni (produşi intermediatorilor comuni (produşi intermediatori macroergici, precursori de intermediatori macroergici, precursori de ATP).ATP).

Teoria conformaţionalăTeoria conformaţională (energia este (energia este preluată de o proteină într-o conformaţie preluată de o proteină într-o conformaţie activă, ce stimulează ATP).activă, ce stimulează ATP).

Teoria chemiosmoticăTeoria chemiosmotică (Mitchell, 1961). (Mitchell, 1961).

Piter D. MItchell(1920-1992)

Premiul Nobel în chimie, 1978

pentru teoria chemi-osmotică a cuplării oxidării cu fosforilarea în lanţul respirator

Teoria chemiosmotică

postulează:

energia care determină sinteza ATP din ADP şi Pi îşi are originea în gradientul de protoni ce se stabileşte între suprafaţa internă şi externă a membranei interne mitocondriale în timpul transportului de electroni.

Ipoteza lui MitchellIpoteza lui Mitchell la transferul unei perechi de ē se la transferul unei perechi de ē se

pompează 3 perechi de H2+ din pompează 3 perechi de H2+ din interiorul MC spre exterior (spaţiu interiorul MC spre exterior (spaţiu intermembranar). intermembranar).

Astfel partea externă a membranei Astfel partea externă a membranei interne a MC→ pozitiv, dar cea interne a MC→ pozitiv, dar cea internă – negativ – internă – negativ –

apare gradient de protoniapare gradient de protoni

Gradientul protonilorGradientul protonilor din matrice din matrice îîn span spaţiul intermembranarţiul intermembranar are are 22 componente : componente :

1. Electr1. Electrică (potenţial de ică (potenţial de membrană - ∆membrană - ∆ψψ (0,14V)(0,14V)

22 de pH (∆ pH) de pH (∆ pH)gradientul H+gradientul H+

Gradientul de protoni

determină FORŢA PROTON-MOTRICE (Δp)

Δp = Δψ – 2,303(RT/F)· ΔpH,

unde: ψ – potenţialul membranar; R – constanta gazelor;

T – temperatura F – constanta Faraday

Protonii revin din spaţiu Protonii revin din spaţiu intermembranar în mitocondrii prin intermembranar în mitocondrii prin partea Fpartea F00 (deoarece restul (deoarece restul membranei este impermiabilă).membranei este impermiabilă).

Acest flux de protoni este Acest flux de protoni este forforţţa a morice morice care determină la nivelul care determină la nivelul subunităţii F1 sinteza de ATP din subunităţii F1 sinteza de ATP din ADP+PiADP+Pi

Unul din postulatele teoriei Unul din postulatele teoriei chemiosmotice prevede cchemiosmotice prevede căă apa apa rezultată în reacrezultată în reacţţia de formare a ATP ia de formare a ATP din ADP şi Pi se ionizează spontan, din ADP şi Pi se ionizează spontan, ionii H+fiind dirijati spre interiorul ionii H+fiind dirijati spre interiorul mitocondriei (ei urmînd să creeze mitocondriei (ei urmînd să creeze gradientul gradientul protonic) protonic) înîn timp ce ionii timp ce ionii OHOH- - sînt dirijati spre spapul sînt dirijati spre spapul intermembranarintermembranar

LanţLanţul respiratorul respirator

ATPaseCyt c ox

C IVC I

NADHDH

C IISDH

C III

Cyt bc1

matrix

membrana internă

spaţiulintermembranar

NADH

OAA

NAD +

MalMDH Fum

FADH2

Suc

FAD

cyt cox cyt cred

H2OO2

2H+

2H+

2H+

2H+

2H+

2H+ 2H+

H+

H+

3H+

3H+

ATP

ATP

10H+ims/4H+

m = 2.5H+ per ATP

2e- QH2

2H+

2H+

Datele experimentale ce Datele experimentale ce confirmă:confirmă:

S-a confirmat generarea gradientului de S-a confirmat generarea gradientului de protoni în cele 3 puncte ale LR. Anume – protoni în cele 3 puncte ale LR. Anume – gradientul de protoni se utilizează la gradientul de protoni se utilizează la sinteza ATP.sinteza ATP.

S-a demonstrat ca pH matrixului S-a demonstrat ca pH matrixului mitocondrial creşte, iar cel al mediului mitocondrial creşte, iar cel al mediului extern al membranei MC – scade (acid).extern al membranei MC – scade (acid).

S-a argumentat că transferul H+ din MC S-a argumentat că transferul H+ din MC în timpul transportului de ē şi revenirii în timpul transportului de ē şi revenirii lor prin ATP-sintetaza sunt comparabile lor prin ATP-sintetaza sunt comparabile cu viteza lor din cadrul FO în MC cu viteza lor din cadrul FO în MC intacte.intacte.

Transportul mitocondrial al Transportul mitocondrial al ATP şi ADPATP şi ADP

ATP/ADP-ATP/ADP-translocazei- translocazei- asigură transferul asigură transferul ADP din citozol în ADP din citozol în MC în schimbul ATP MC în schimbul ATP din MC- citozol.din MC- citozol.

Fosfattranslocaza –Fosfattranslocaza – transferă Pi în MC, transferă Pi în MC, însoţit de însoţit de deplasarea ionilor deplasarea ionilor de H2.de H2.

ADP + Pi ATP matrix lower [H+]

_ _

3 H+ ATP4 ADP3 H2PO4

H+

higher [H+] ADP + Pi cytosol

energyrequiring reactions

ATP4

+ +

Controlul respiratorControlul respirator Organismele vii sintetizează ATP în Organismele vii sintetizează ATP în

raport cu necesitatea lui – de aceea raport cu necesitatea lui – de aceea FO cuplată cu LR este riguros FO cuplată cu LR este riguros controlată. controlată.

Deoarece LR şi FO – etapa finală a Deoarece LR şi FO – etapa finală a degradării G, L, P controlul degradării G, L, P controlul respirator se poate efectua atât prin respirator se poate efectua atât prin compuşi direct implicaţi în LR şi FO, compuşi direct implicaţi în LR şi FO, cât şi prin intermediatorii degradării cât şi prin intermediatorii degradării celor 3 clase.celor 3 clase.

Controlul respiratorControlul respirator

Rolul primordial îi revine ADPRolul primordial îi revine ADP..1.1. în lipsă de ADPîn lipsă de ADP rămâne blocat rămâne blocat F1 F1 din din

ATP - sintetazăATP - sintetază 2.2. de nivelul ADPde nivelul ADP e determinată şi e determinată şi

intensitatea transferului de protoni intensitatea transferului de protoni prin F0 prin F0

3.3. ADPADP – – reglator alostericreglator alosteric (+) pentru (+) pentru mai multe E ce sunt implicate în mai multe E ce sunt implicate în degradarea G, L şi P.degradarea G, L şi P.

Controlul respiratorControlul respirator

Lipsa de ADP - inhibă respiraLipsa de ADP - inhibă respiraţţia ia şşi i stopează fosforilarea.stopează fosforilarea.

La adăugarea de ADP creLa adăugarea de ADP creşşte brusc te brusc consumul de 0consumul de 022 ---- se ---- se activeaza activeaza lantul respirator lantul respirator şşi ADP se i ADP se fosforilează la ATP.fosforilează la ATP.

Decuplarea produselor de oxidare şi Decuplarea produselor de oxidare şi fosforilare, principalii agenţi decuplanţi.fosforilare, principalii agenţi decuplanţi.

La FO contribue:La FO contribue:1.1. Integritatea membranei interne a MCIntegritatea membranei interne a MC → →

orice leziune duce la pierderea capacităţii orice leziune duce la pierderea capacităţii de FO (în timp ce transferul de ē poate de FO (în timp ce transferul de ē poate continua).continua).

2.2. Impermeabilitatea membranei interne Impermeabilitatea membranei interne pentru ionii H+ OH- K+ Cl-.pentru ionii H+ OH- K+ Cl-.

FO poate fi decuplată cu ajutorul unor FO poate fi decuplată cu ajutorul unor substanţe chimice, ce inhibă sinteza ATP dar substanţe chimice, ce inhibă sinteza ATP dar neafectînd LR – neafectînd LR – agenţi decuplanţiagenţi decuplanţi.. La La acţiunea lor respiraţia creşte, iar FO este acţiunea lor respiraţia creşte, iar FO este inhibată.inhibată.

protonoforiprotonoforiADAD ionoforeleionoforele

ProtonoforiiProtonoforii → măresc → măresc permeabilitatea membranei pentru permeabilitatea membranei pentru protoni(H+), protoni(H+), lichidând potenţialul lichidând potenţialul transmembranar.transmembranar.

1.1. a.g. liberia.g. liberi2.2. 2,4 dinitrofenol2,4 dinitrofenol3.3. salicilaţii (antiinflamatoare)salicilaţii (antiinflamatoare)4.4. dicumarol (anticoagulant)dicumarol (anticoagulant)5.5. T3 şi T4 (h.gl.tiroide)T3 şi T4 (h.gl.tiroide) IonoforeleIonoforele – ei leagă şi transferă – ei leagă şi transferă

ionii prin membrană:ionii prin membrană: - valinomicina (↑ K+) , nigericina (↑ - valinomicina (↑ K+) , nigericina (↑

K+), gramicidina A → Na+, K+; H+.K+), gramicidina A → Na+, K+; H+.

DeDecuplcuplanţiianţii2,4-

Dinitropheno

l

H+

H+

H+

X+ H+

NO2NO2

O -

NO2NO2

OH

Inhibitorii ai fosforilăriiInhibitorii ai fosforilării acţionează acţionează asupra ATP-sintetazei. asupra ATP-sintetazei.

OligomicinaOligomicina blochează pătrunderea blochează pătrunderea H+ prin FO (închide canalul) H+ prin FO (închide canalul) cu cu încetul slăbeşte respiraţia → încetul slăbeşte respiraţia → întrerupereîntrerupere..

InhibitorInhibitoriiii

FFososorilării orilării

de ADPde ADP

X

Oligomycin

Atractyloside

X

Respiraţia liberăRespiraţia liberă – – are loc decuplarea FO de LR şi toată are loc decuplarea FO de LR şi toată

energia este convertită în căldură, care nu energia este convertită în căldură, care nu se utilizează la executarea funcţiilor se utilizează la executarea funcţiilor celulare.celulare.

Astfel MC devin o sobă, ce produc Astfel MC devin o sobă, ce produc căldură. E necesar când necesitatea căldură. E necesar când necesitatea căldurii este mai mare decât ATP. căldurii este mai mare decât ATP.

În ţesutul adipos brun – MC sunt În ţesutul adipos brun – MC sunt specializate la producerea căldurii (nou-specializate la producerea căldurii (nou-născuţi, animale în hibernare) – născuţi, animale în hibernare) – termogenina.termogenina.

Oxidarea microsomalăOxidarea microsomală Un alt tip de reacţii de OB este cel Un alt tip de reacţii de OB este cel

oxigenazic. Acestea sunt catalizate de oxigenazic. Acestea sunt catalizate de monooxigenaze.monooxigenaze.

Lanţurile monooxigenaziceLanţurile monooxigenazice de oxidare de oxidare sunt lanţuri scurte de transport al H+ şi ē sunt lanţuri scurte de transport al H+ şi ē a căror sursă sunt a căror sursă sunt NADPH+HNADPH+H

SH + O2 +NADPH + H SH + O2 +NADPH + H S-OH + H2O + S-OH + H2O + NADP+ NADP+

reducerea O2 şi incorporarea lui în reducerea O2 şi incorporarea lui în anumiţi compuşi chimici (include un atom anumiţi compuşi chimici (include un atom de O, celălalt este redus la H2O).de O, celălalt este redus la H2O).

un asemenea lanţ este un asemenea lanţ este microsomialmicrosomial - - localizat în RE al celulelor hepatice localizat în RE al celulelor hepatice şi suprarenale. şi suprarenale.

Rol esenţial îl are cit P450 Rol esenţial îl are cit P450 (activatorul O2). El cuprinde o FP (activatorul O2). El cuprinde o FP (FAD) la nivelul căreia H2 este (FAD) la nivelul căreia H2 este disproporţionat în H+ şi ē.disproporţionat în H+ şi ē.

Rolul OMRolul OM

RolulRolul: plastic şi dezintoxicare.: plastic şi dezintoxicare. În ficatÎn ficat – hidroxilarea medicamentelor, – hidroxilarea medicamentelor,

neutralizarea toxinelor, hormonilor neutralizarea toxinelor, hormonilor (sunt eliminaţi).(sunt eliminaţi).

În medulosuprarenaleÎn medulosuprarenale – sinteza – sinteza noradrenalinei şi adrenalinei.noradrenalinei şi adrenalinei.

În corticosuprarenaleÎn corticosuprarenale – sinteza – sinteza colesterolului, hormonilor gluco- şi colesterolului, hormonilor gluco- şi mineralocorticoizi.mineralocorticoizi.

Noţiune de radicali liberi. Oxidarea Noţiune de radicali liberi. Oxidarea peroxidică a AG nesaturaţi. Sistemul de peroxidică a AG nesaturaţi. Sistemul de

protecţie.protecţie. La reducerea incompletă a OLa reducerea incompletă a O22 se se

formează forme reactogene şi formează forme reactogene şi agresive ale substanţei cum ar fi: agresive ale substanţei cum ar fi: superoxidanionul, peroxidsuperoxidanionul, peroxidulul;; radicalulradicalul hidroxil sau peroxidul de hidroxil sau peroxidul de hidrogen.hidrogen.

Specii incomplet reduse ale oxigenului

1. O2 + ē → O2― (anionul superoxid)

2. O2― + 2H+ + ē → H2O2 (apa oxigenată)

sau

O2― + O2

― + 2H+ → H2O2 + O2

3. H2O2 + O2― → HO• + HO― + O2

sau

H2O2 + H+ + ē → HO• + H2O

(radicalul hidroxil)

Rolul biologic

Sinteza eicosanoizilor Reînnoirea membranelor

biologice Apoptoza Transmiterea semnalelor intra- şi

intercelular

Speciile reactive ale oxigenului

implicate în patogeneza:

1. Cancerogeneză2. Infarct miocardic3. Ateroscleroză4. Hipertensiune arterială5. Diabet zaharat6. Artrită reumatismală7. et.c.

Sistemul de protecţie antioxidantă

Enzimatic1. Catalază2. SOD – superoxid dis-

mutaza3. Glutation peroxidaza4. Glutation-S-transfe-

raza5. Glutation reductaza6. Etc.

Neenzimatic

1. α-tocoferolul (vit.E)2. GSH (glutationul)3. Ac. Ascorbic (vit.

C)4. Polifenolii5. Carnozina6. Etc.

SODSOD transformarea O2- transformarea O2- în H2O2 în H2O2

2 O2- +2H+ 2 O2- +2H+ O2- + H2O2 O2- + H2O2 Catalaza Catalaza

2H2O2 2H2O2 2H2O + O2 2H2O + O2 Glutation reductazaGlutation reductaza glutationperoxidazaglutationperoxidaza