Lantul Respirator
-
Upload
tatiana-toma -
Category
Documents
-
view
71 -
download
0
description
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 protoni se utilizeaz la sinteza ATP.S-a demonstrat ca pH matrixului mitocondrial crete, iar cel al mediului extern al membranei MC scade (acid).S-a argumentat c transferul H+ din MC n timpul transportului de i revenirii lor prin ATP-sintetaza sunt comparabile cu viteza lor din cadrul FO n MC intacte.
-
CT de fosforilareRaportul ntre numrul de moli de ATP produi i O2 consumat este numit ct de fosforilare P/O. De la NADH+H pn la O2 - P/O = 3/1 ramura lung, De la FADH2 pn la O2 - P/O = 2/1 ramura medie. P/O reflect cuplarea transportului H+ i (respiraia) i fosforilarea (sinteza ATP). Coeficient indic ce cantitate de P anorganic (H3PO4) se transform n P organic (ATP) la transportul unei perechi de H+ i n LR.
-
Inhibitorii ai fosforilriiacioneaz asupra ATP-sintetazei. Oligomicina blocheaz ptrunderea H+ prin FO (nchide canalul) cu ncetul slbete respiraia ntrerupere.
-
Inhibitorii Fosorilrii de ADP
-
Transportul mitocondrial al ATP i ADPATP/ADP-translocazei- asigur transferul ADP din citozol n MC n schimbul ATP din MC- citozol.Fosfattranslocaza transfer Pi n MC, nsoit de deplasarea ionilor de H2.
ADP + Pi ATP matrix
lower [H+]
_ _
3 H+ ATP4 ADP3 H2PO4 H+
higher [H+]
ADP + Pi cytosol
energy
requiring
reactions
ATP4
+ +
-
Controlul respirator
Organismele vii sintetizeaz ATP n raport cu necesitatea lui de aceea FO cuplat cu LR este riguros controlat. Deoarece LR i FO etapa final a degradrii G, L, P controlul respirator se poate efectua att prin compui direct implicai n LR i FO, ct i prin intermediatorii degradrii celor 3 clase.
-
Controlul respirator
Rolul primordial i revine ADP.n lips de ADP rmne blocat F1 din ATP - sintaz nivelul ADP determin i intensitatea transferului de protoni prin F0 ADP reglator alosteric (+) pentru mai multe E ce sunt implicate n degradarea G, L i P.
-
Controlul respiratorLipsa de ADP - inhib respiraia i stopeaz fosforilarea. La adugarea de ADP crete brusc consumul de 02 ---- se activeaza lantul respirator i ADP se fosforileaz la ATP.
-
La FO contribue: Integritatea membranei interne a MC orice leziune duce la pierderea capacitii de FO (n timp ce transferul de poate continua).Impermeabilitatea membranei interne pentru ionii H+ OH- K+ Cl-.
-
Decuplarea produselor de oxidare i fosforilare. Ageni decuplani.FO poate fi decuplat cu ajutorul unor substane chimice, ce inhib sinteza ATP dar neafectnd LR ageni decuplani. La aciunea lor respiraia crete, iar FO este inhibat. protonoforiAD ionoforele
-
Protonoforii mresc permeabilitatea membranei pentru protoni(H+), lichidnd potenialul transmembranar.a.g. liberi2,4 dinitrofenolsalicilaii (antiinflamatoare)dicumarol (anticoagulant)T3 i T4 (h.gl.tiroide)
-
Decuplanii2,4-DinitrophenolX
-
Ionoforele ei leag i transfer ionii prin membran: - valinomicina ( K+) , nigericina ( K+), gramicidina A Na+, K+; H+.
-
Agenii decuplani mresc termogeneza
-
Respiraia liber are loc decuplarea FO de LR i toat energia este convertit n cldur, care nu se utilizeaz la executarea funciilor celulare. Astfel MC devin o sob, ce produc cldur. E necesar cnd necesitatea cldurii este mai mare dect ATP. n esutul adipos brun MC sunt specializate la producerea cldurii (nou-nscui, animale n hibernare) termogenina.
-
Respiraia liber are loc decuplarea FO de LR i toat energia este convertit n cldur, care nu se utilizeaz la executarea funciilor celulare. Astfel MC devin o sob, ce produc cldur. E necesar cnd necesitatea cldurii este mai mare dect ATP. n esutul adipos brun MC sunt specializate la producerea cldurii (nou-nscui, animale n hibernare) termogenina.
-
Oxidarea microsomal
Un alt tip de reacii de OB este cel oxigenazic. Acestea sunt catalizate de monooxigenaze. Lanurile monooxigenazice de oxidare sunt lanuri scurte de transport al H+ i a cror surs sunt NADPH+HSH + O2 +NADPH + H S-OH + H2O + NADP+ reducerea O2 i incorporarea lui n anumii compui chimici (include un atom de O, cellalt este redus la H2O).
-
un asemenea lan este microsomial - localizat n RE al celulelor hepatice i suprarenale. Rol esenial l are cit P450 (activatorul O2). El cuprinde o FP (FAD) la nivelul creia H2 este disproporionat n H+ i .
-
Rolul OMRolul: plastic i dezintoxicare.n ficat hidroxilarea medicamentelor, neutralizarea toxinelor, hormonilor (sunt eliminai).n medulosuprarenale sinteza noradrenalinei i adrenalinei.n corticosuprarenale sinteza colesterolului, hormonilor gluco- i mineralocorticoizi.
-
Noiune de radicali liberi
La reducerea incomplet a O2 se formeaz forme reactogene i agresive ale substanei cum ar fi: superoxidanionul, peroxidul; radicalul hidroxil sau peroxidul de hidrogen.
-
Specii incomplet reduse ale oxigenuluiO2 + O2 (anionul superoxid)
2. O2 + 2H+ + H2O2 (apa oxigenat)sau O2 + O2 + 2H+ H2O2 + O2
3. H2O2 + O2 HO + HO + O2sauH2O2 + H+ + HO + H2O (radicalul hidroxil)
-
Rolul biologicSinteza eicosanoizilor Rennoirea membranelor biologiceApoptozaTransmiterea semnalelor intra- i intercelular
-
EFECTELE NOCIVE Denaturarea proteinelorModificri n structura nucleotidelor din ANPeroxidarea lipidelor membranareModificarea permeabilitii membranareCreterea influxului intracelular pentru sodiu, ap i calciuLezarea ADN mitocondrial i afectarea integritii proteinelor din LR mitocondrial
-
Speciile reactive ale oxigenuluiimplicate n patogeneza:
CancerogenezInfarct miocardicAterosclerozHipertensiune arterialDiabet zaharatArtrit reumatismalet.c.
-
Sistemul de protecie antioxidantEnzimaticCatalazSOD superoxid dis- mutazaGlutation peroxidazaGlutation-S-transfe-razaGlutation reductazaEtc.
Neenzimatic-tocoferolul (vit.E)GSH (glutationul)Ac. Ascorbic (vit. C)PolifenoliiCarnozinaEtc.
-
AO enzimaticiSOD transformarea 2- n 22 2- + 2- + 2+ 22 + 2Catalaza 222 22 + 2Glutation reductazaGlutation peroxidaza
-
AO enzimaticiH2O2 2H2O 2G-SH G-S-S-G NADPH+H+NADP+Glutation peroxidazaGlutation reductaza
*****************************CI: complex INADHDH: NADH dehydrogenaseCII: complex IISDH: succinate dehydrogenaseCIII: complex IIICyt bc1: cytochrome bc1 complexCIV: complex IVCyt c ox: cytochrome c oxidaseMal: malateMDH: malate dehydrogenaseNAD+/NADH: nicotinamide adenine dinucleotideOAA: oxaloacetateSuc: succinateFAD/FADH2: flavin adenine dinucleotideFum: fumarateQH2: ubiquinoneCyt c: cytochrome c (oxidized or reduced)ATPase: ATP synthetaseATP: adenosine triphosphate******************