Download - Lantul Respirator

Transcript
Page 1: Lantul Respirator

Reacţia sumară. Bilanţul Reacţia sumară. Bilanţul energeticenergetic

CH3COSCoA +3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2OCH3COSCoA +3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O

2CO2 +3NADH+H +FADH2+GTP+2H+HSCoA

+ +

Page 2: Lantul Respirator

Reglarea ciclului KrebsReglarea ciclului Krebs

Citrat sintaza:Citrat sintaza:Inhibată - succinil CoA; AG; NADH; citratInhibată - succinil CoA; AG; NADH; citratActivată: S- OA, Acetil CoAActivată: S- OA, Acetil CoA IzocitratDH:IzocitratDH:Activată: ADP, Mg, MnActivată: ADP, Mg, MnInhibată: NADHInhibată: NADH22 şi NADPH şi NADPH2, 2, ATPATP Alfa cetoglutaratDHAlfa cetoglutaratDHInhibată: succinil CoA; NADH2; Se mareInhibată: succinil CoA; NADH2; Se mare

Page 3: Lantul Respirator

Reacţiile anapleroticeReacţiile anaplerotice Reacţiile ce furnizează produşii Reacţiile ce furnizează produşii

intermediari ai ciclului Krebsintermediari ai ciclului Krebs1.1. Formarea de OAFormarea de OAPiruvat +CO2+ATP▬►OA+ADP+PiPiruvat +CO2+ATP▬►OA+ADP+PiE- piruvatcarboxilaza (biotin dependentă)E- piruvatcarboxilaza (biotin dependentă)Asp+Asp+ααcetoglutarat ▬►OA+Glucetoglutarat ▬►OA+GluÎn miocard şi muşchi:În miocard şi muşchi:Fosfoenolpiruvat +CO2+GDP ▬►OA +GTPFosfoenolpiruvat +CO2+GDP ▬►OA +GTPE- fosfoenolpiruvatcarboxikinazaE- fosfoenolpiruvatcarboxikinaza

Page 4: Lantul Respirator

Reacţiile anapleroticeReacţiile anaplerotice

2. 2. Formarea alfa cetoglutaratuluiFormarea alfa cetoglutaratului::

Glu+Piruvat ▬►Ala + Glu+Piruvat ▬►Ala + ααcetoglutarat + cetoglutarat + AlaAla

3. 3. Formarea lui succinil CoAFormarea lui succinil CoA – din – din propionil CoA (1. din oxidarea AG cu propionil CoA (1. din oxidarea AG cu număr impar de atomi de C; 2. din număr impar de atomi de C; 2. din catabolismul Val, Ile, Met)catabolismul Val, Ile, Met)

4. 4. Formarea fumaratuluiFormarea fumaratului (din (din catabolismul Fen şi Tyr)catabolismul Fen şi Tyr)

Page 5: Lantul Respirator
Page 6: Lantul Respirator

Oxidarea Oxidarea biologicăbiologică

Lanţul respiratorLanţul respiratorFosforilarea Fosforilarea

oxidativăoxidativă

Page 7: Lantul Respirator

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.

Page 8: Lantul Respirator

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: H2protoni şi electroni: H2→2H +2→2H +2 ēē. .

Are loc sub acţiunea enzimelor → Are loc sub acţiunea enzimelor → dehidrogenaze, ale căror Co sunt NAD+ şi dehidrogenaze, ale căror Co sunt NAD+ şi FAD FAD

Page 9: Lantul Respirator

SUBSTRATELE NADSUBSTRATELE NAD1. 1. Izocitrat Izocitrat +NAD+NAD→ → alfa-cetoglutarat +alfa-cetoglutarat +NADH+HNADH+HE- izocitratDHE- izocitratDH2. Alfa-cetoglutarat 2. Alfa-cetoglutarat +NAD +NAD → succinil Coa → succinil Coa +NADH+H+NADH+HE-alfacetoglutaratDHE-alfacetoglutaratDH3.Malat 3.Malat +NAD +NAD →OA+→OA+NADH+HNADH+HE-malatDHE-malatDH4.Lactat 4.Lactat +NAD →Piruvat ++NAD →Piruvat +NADH+HNADH+HE-lactatDHE-lactatDH5. Gliceraldehidfosfat5. Gliceraldehidfosfat +NAD +H3PO4→1,3 +NAD +H3PO4→1,3

difosfoglicerat +difosfoglicerat +NADH+HNADH+HE- GAP DHE- GAP DH6. Hidroxiacil CoA6. Hidroxiacil CoA +NAD →cetoacil Co-A + +NAD →cetoacil Co-A +NADH+HNADH+HE-hidroxiacil -CoA DHE-hidroxiacil -CoA DH

Page 10: Lantul Respirator

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 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.

Page 11: Lantul Respirator

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

LR LR -- un ansamblu (complex) de enzime un ansamblu (complex) de enzime şi sisteme de oxido-reducere, ce şi sisteme de oxido-reducere, ce participă la transferul H+ şi ē de la Co participă la transferul H+ şi ē de la Co reduse (NADH, FADH2) la O2reduse (NADH, FADH2) la O2 cu formarea cu formarea H2O.H2O.

Este ultima etapă a degradării aerobe.Este ultima etapă a degradării aerobe. Este localizat în membrana internă aEste localizat în membrana internă a MC MC

Funcţia LR:Funcţia LR:1.1. Prin transferul protonilor şi electronilor → Prin transferul protonilor şi electronilor →

Co seCo se reoxidează, putînd asigura reoxidează, putînd asigura dehidrogenări în continuare.dehidrogenări în 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.

Page 12: Lantul Respirator

Componentele LRComponentele LR1. 1. NADH+H sau FADH2NADH+H sau FADH22. 2. Flavoproteinele FP: preiau p şi Flavoproteinele FP: preiau p şi ee-- de la de la

NADH+H sau FADH2NADH+H sau FADH2 FPFPN N (NADH DH(NADH DH) - ) - ca Co FMN - preia H2 de la ca Co FMN - preia H2 de la

NADH+HNADH+H FPs (succinatDH)- ca Co FAD- preia H2 de la FPs (succinatDH)- ca Co FAD- preia H2 de la

FADH2FADH23. 3. CoQ-ubichinona – până la CoQ sunt transportaţi CoQ-ubichinona – până la CoQ sunt transportaţi

atât p cât şi atât p cât şi ee-- 4. 4. Sistemul de citocromi: b, cSistemul de citocromi: b, c11, c, a şi a, c, a şi a33- Sunt compuşi heteroproteici,a căror grupare prostetică Sunt compuşi heteroproteici,a căror grupare prostetică

este hemuleste hemul1.1. Transportă doar Transportă doar e – e – FeFe++++++ + e + e-- FeFe++++

2.2. 1 citocrom transportă doar 11 citocrom transportă doar 1ee-- - 2 - 2 ee-- sunt transportaţi sunt transportaţi de 2 citocromide 2 citocromi

5. 5. Fe-S proteinele –sunt localizate :Fe-S proteinele –sunt localizate :a. între FP şi CoQa. între FP şi CoQb. între cit b şi citcb. între cit b şi citc11

Page 13: Lantul Respirator

Schema LRSchema LR

Page 14: Lantul Respirator
Page 15: Lantul Respirator

Structura componentelor Structura componentelor LRLR

Page 16: Lantul Respirator

O

O

C H 3 O

CH 3C H 3 O

( CH 2 CH C CH 2 ) n H

CH 3

O H

O H

C H 3 O

CH 3C H 3 O

( CH 2 CH C CH 2 ) n H

CH 3

2 e

+ 2 H +

c o e n z y m e Q

c o e n z y m e Q H 2

Page 17: Lantul Respirator

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

Page 18: Lantul Respirator

Potenţialul de OPotenţialul de O/R/R Transferul p şi Transferul p şi ē de la NADH sau FADH2 pînă ē de la NADH sau FADH2 pînă

la O2 se face prin intermediul mai multor la O2 se face prin intermediul mai multor sisteme redox. sisteme redox.

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

Fiecare sistem redox din LR posedă un potenţial Fiecare sistem redox din LR posedă un potenţial de oxido-reducere (potenţial redox)de oxido-reducere (potenţial redox), care se , care se măsoară în volţi.măsoară în volţi.

Potenţialul redox standard –E0 – Potenţialul redox standard –E0 – mărime egală cu mărime egală cu forţaforţa electromotoare electromotoare exprimată în exprimată în volvolţi,ţi, ce apare ce apare în semiconductor,în semiconductor, î în care n care donorul de donorul de ee-- şi şi acceptorul acceptorul acţionează în acţionează în concentraconcentraţţie ie dede 1 1,0 ,0 molmol, , lala t =t =25 *25 *cc, şi , şi pHpH 7,0 7,0 formând un formând un echilibru echilibru cu cu elecrodelecrodulul ce adiţionează ce adiţionează ee-- de la donor şi-i de la donor şi-i transferă la acceptor. transferă la acceptor.

Page 19: Lantul Respirator

Cu cît potenţialul redox este mai electronegativ Cu cît potenţialul redox este mai electronegativ cu atât este mai înaltă capacitatea de a ceda ē, şi cu atât este mai înaltă capacitatea de a ceda ē, şi invers, cu cît potenţialul este mai electropozitiv, invers, cu cît potenţialul este mai electropozitiv, cu atât este mai înaltă capacitatea sistemului de cu atât este mai înaltă capacitatea sistemului de a adiţiona electroni.a adiţiona electroni.

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

Page 20: Lantul Respirator

ttransferransferulul în trepte permite eliberarea energiei în în trepte permite eliberarea energiei în “pachete” a căr“pachete” a căreiei valoare este în jurul lui –7,3 valoare este în jurul lui –7,3 kkcal/mol cal/mol ((ccâât necesită sinteza unui mol de ATP din t necesită sinteza unui mol de ATP din ADP şi H3PO4ADP şi H3PO4))..

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

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

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

ΔG = -nFΔEΔG = -nFΔE n-numărul den-numărul de ēē F-constanta lui Faraday (23062 cal/V∙mol)F-constanta lui Faraday (23062 cal/V∙mol) ΔEΔE00-diferenţa de potenţial-diferenţa de potenţial ΔG = -2∙23062[+0,82-(-0,32)] = -52,6 kcalΔG = -2∙23062[+0,82-(-0,32)] = -52,6 kcal 7,3 x 3 = 21,9 cal7,3 x 3 = 21,9 cal Randamentul utilizării energiei libere – 42%Randamentul utilizării energiei libere – 42%

Page 21: Lantul Respirator

FOSFORILAREA FOSFORILAREA OXIDATIVĂOXIDATIVĂ

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

Deoarece transferul de ē are loc treptat, Deoarece transferul de ē are loc treptat, energia se eliberează „în pachete” – în energia se eliberează „în pachete” – în trepte . trepte . Pentru a se forma ATP diferenţa Pentru a se forma ATP diferenţa de potenţial trebuie să fie nu mai mică de de potenţial trebuie să fie nu mai mică de 0,22V.0,22V.

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

Page 22: Lantul Respirator

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

Page 23: Lantul Respirator

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

Căderea de potenţail 0,42V → Căderea de potenţail 0,42V → ΔG0 = -19,4 kcal/mol - ΔG0 = -19,4 kcal/mol - 1mol ATP, 1mol ATP, restul srestul see

degajă sub formă de căldurădegajă sub formă de căldură Inhibat: rotenonă(otravă pentru peşti), Na Inhibat: rotenonă(otravă pentru peşti), Na

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

Page 24: Lantul Respirator

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

Page 25: Lantul Respirator

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

Variaţia de potenţial este de 0,Variaţia de potenţial este de 0,221V;1V; ΔG0 = -7,75 kcal – se sintetizează ΔG0 = -7,75 kcal – se sintetizează 1mol de 1mol de

ATPATP.. Inhibat → antimicina AInhibat → antimicina A

Page 26: Lantul Respirator

Complexul IV- Complexul IV- citocromoxidazăcitocromoxidază

Catalizează adiţia a 4ē la O2 molecular (a 2ē la Catalizează adiţia a 4ē la O2 molecular (a 2ē la ½O).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.

Page 27: Lantul Respirator

Complexul VComplexul V – ATP- – ATP-sintetazăsintetază

alcătuită din:alcătuită din:1.1. F0 → F0 → străbate membrana internă a MC, constă străbate membrana internă a MC, constă

din 4 tipuri de proteină ce formează un sistem de din 4 tipuri de proteină ce formează un sistem de pori transmembranari prin care trec protonii- pori transmembranari prin care trec protonii- canal de protoni canal de protoni

2.2. F1F1- - partea cataliticpartea catalitică - factor de cuplare 1:ă - factor de cuplare 1:a.a. se află în intregime în matrixul mitocondrial se află în intregime în matrixul mitocondrial

(formă de sferă). (formă de sferă). b.b. 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.c.c. 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)

Page 28: Lantul Respirator

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.

Page 29: Lantul Respirator

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

Page 30: Lantul Respirator
Page 31: Lantul Respirator
Page 32: Lantul Respirator

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

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

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

3.3. cita--cita3cita--cita3

Page 33: Lantul Respirator
Page 34: Lantul Respirator

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+

Page 35: Lantul Respirator

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

NADH + H+ + ½O2 + 3ADP + 3Pi → NAD+ + 3ATP + NADH + H+ + ½O2 + 3ADP + 3Pi → NAD+ + 3ATP + 4H2O4H2O

FADH + H+ + ½O2 + 2ADP + 2Pi → FAD + 2ATP + FADH + H+ + ½O2 + 2ADP + 2Pi → FAD + 2ATP + 3H2O3H2O

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

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

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

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

Page 36: Lantul Respirator
Page 37: Lantul Respirator

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).

Page 38: Lantul Respirator

Ipoteza lui MitchellIpoteza lui Mitchell Ce postulează că starea intermediară Ce postulează că starea intermediară

energetică care determină sinteza ATP din energetică care determină sinteza ATP din ADP+Pi e reprezentată de ADP+Pi e reprezentată de gradientul de gradientul de protoniprotoni, ce se stabileşte între faţa interioară şi , ce se stabileşte între faţa interioară şi cea exterioară a membranei interne a MC în cea exterioară a membranei interne a MC în timpul transferului de electroni.timpul transferului de electroni.

la transferul unei perechi de ē (energia la transferul unei perechi de ē (energia eliberată) pompează 3 perechi de H2+ din eliberată) pompează 3 perechi de H2+ din interiorul MC spre exterior(spaţiu interiorul MC spre exterior(spaţiu intermembranar). intermembranar).

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

apare gradient de c%apare gradient de c%/ pote/ potenţialul nţialul transmembranartransmembranar

Page 39: Lantul Respirator

Gradientul protonilor are 2Gradientul protonilor are 2 componente : componente :1. Electr1. Electrică (potenţial de membrană - ∆ică (potenţial de membrană - ∆ψψ22 de pH (∆ pH) de pH (∆ pH)gradientul H+gradientul H+ Protonii revin din spaţiu intermembranar în mitocondrii Protonii revin din spaţiu intermembranar în mitocondrii

prin partea Fprin partea F00 (deoarece restul membranei este (deoarece restul membranei este impermiabilă).impermiabilă).

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

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

Page 40: Lantul Respirator
Page 41: Lantul Respirator

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.

Page 42: Lantul Respirator

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 deplasarea însoţit de deplasarea ionilor de H2.ionilor de H2.

ADP + Pi ATP matrix lower [H+]

_ _

3 H+ ATP4 ADP3 H2PO4

H+

higher [H+] ADP + Pi cytosol

energyrequiring reactions

ATP4

+ +

Page 43: Lantul Respirator

Controlul respiratorControlul respirator

Organismele vii sintetizează ATP în raport cu Organismele vii sintetizează ATP în raport cu necesititatea lui – de aceea FO cuplată cu LR este necesititatea lui – de aceea FO cuplată cu LR este riguros controlată. riguros controlată.

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

Rolul primordial îi revine ADP.Rolul primordial îi revine ADP.1.1. F1 din ATP - sintetază rămâne blocat în lipsă de F1 din ATP - sintetază rămâne blocat în lipsă de

ADP.ADP.2.2. Intensitatea transferului de protoni prin F0 Intensitatea transferului de protoni prin F0

deasemenea e determinată de nivelul ADP.deasemenea e determinată de nivelul ADP.3.3. ADP – reglator alosteric (+) pentru mai multe E ce ADP – reglator alosteric (+) pentru mai multe E ce

sunt implicate în degradarea G, L şi P.sunt implicate în degradarea G, L şi P.

Page 44: Lantul Respirator

Controlul respiratorControlul respirator

Controlul respiraControlul respiraţţiei se înfăptuieiei se înfăptuieşşte te prin intermediul acceptorului - ADP.prin intermediul acceptorului - ADP.

Lipsa de ADP - inhibă respiraLipsa de ADP - inhibă respiraţţia ia şşi i stopează fosforilarea.stopează fosforilarea. La adăugarea La adăugarea de ADP crede ADP creşşte brusc consumul de 0te brusc consumul de 022 ---- se ---- se activeaza lantul respirator activeaza lantul respirator şşi i ADP se fosforilează la ATP.ADP se fosforilează la ATP.

Page 45: Lantul Respirator

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 MC → orice Integritatea membranei interne a MC → orice

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

2.2. Impermeabilitatea membranei interne pentru Impermeabilitatea membranei interne pentru ionii H+ OH- K+ Cl-.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 decuplanţi – neafectînd decuplanţi – agenţi decuplanţi.agenţi decuplanţi. La La acţiunea lor respiraţia creşte, iar FO este acţiunea lor respiraţia creşte, iar FO este inhibată.inhibată.

protonoforiprotonoforiADAD ionoforeleionoforele

Page 46: Lantul Respirator

ProtonoforiiProtonoforii → măresc permeabilitatea → măresc permeabilitatea membranei pentru protoni(H+), lichidând membranei pentru protoni(H+), lichidând potenţialul transmembranar.potenţialul 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 ionii prin – ei leagă şi transferă ionii prin

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

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

Page 47: Lantul Respirator

DeDecuplcuplanţiianţii2,4-

Dinitropheno

l

H+

H+

H+

X+ H+

NO2NO2

O -

NO2NO2

OH

Page 48: Lantul Respirator

Inhibitorii ai fosforilăriiInhibitorii ai fosforilării acţionează asupra acţionează asupra ATP-sintetazei. Oligomicina blochează ATP-sintetazei. Oligomicina blochează pătrunderea H+ prin FO (închide canalul) pătrunderea H+ prin FO (închide canalul) cu încetul slăbeşte respiraţia → cu încetul slăbeşte respiraţia → întrerupere.întrerupere.

Page 49: Lantul Respirator

InhibitorInhibitoriiii

FFososorilării orilării

de ADPde ADP

X

Oligomycin

Atractyloside

X

Page 50: Lantul Respirator

Fosforilarea oxidativă este influenFosforilarea oxidativă este influenţţată de o ată de o serie de agenserie de agenţţi clasai clasaţţi în 3 grupe :i în 3 grupe :

- agenti de decuplare- permit transportul - agenti de decuplare- permit transportul electronilordar blochează fosforilarea. Ex.2,4 electronilordar blochează fosforilarea. Ex.2,4 dinitrofenoluldinitrofenolul facilitează trecerea prin facilitează trecerea prin membrană a H+membrană a H+

- inhibitorii fosforilării oxidative Ex - inhibitorii fosforilării oxidative Ex Oligomicina -Oligomicina -împedică şi transportul împedică şi transportul şşi i fosforilarea oxidativă.fosforilarea oxidativă.

- Ionoforii - formează complexe liposolubile cu- Ionoforii - formează complexe liposolubile cu cationi specifici trecîndui prin membrană.cationi specifici trecîndui prin membrană.

Page 51: Lantul Respirator

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 căldură. Astfel MC devin o sobă, ce produc căldură. E necesar în situaţii, când necesitatea E necesar în situaţii, 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.

Page 52: Lantul Respirator

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

Acestea sunt catalizate de monooxigenaze.Acestea sunt catalizate de monooxigenaze. Lanţurile monooxigenazice de oxidare sunt Lanţurile monooxigenazice de oxidare sunt

lanţuri scurte de transport al H+ şi ē a căror lanţuri scurte de transport al H+ şi ē a căror sursă sunt NADPH+Hsursă sunt NADPH+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 de O, anumiţi compuşi chimici (include un atom de O, celălalt este redus la H2O).celălalt este redus la H2O).

un asemenea lanţ este un asemenea lanţ este microsomialmicrosomial - localizat - localizat în RE al celulelor hepatice şi suprarenale. Rol în RE al celulelor hepatice şi suprarenale. Rol esenţial îl are cit P450 (activatorul O2). El esenţial îl are cit P450 (activatorul O2). El cuprinde o FP (FAD) la nivelul căreia H2 este cuprinde o FP (FAD) la nivelul căreia H2 este disproporţionat în H+ şi ē.disproporţionat în H+ şi ē.

Page 53: Lantul Respirator

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.

Page 54: Lantul Respirator

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, peroxid; hidroxil superoxidanionul, peroxid; hidroxil sau peroxidul de hidrogen.sau peroxidul de hidrogen.

Page 55: Lantul Respirator

Aceşti produşi iniţiază OPL, ce se petrece în lanţ cu Aceşti produşi iniţiază OPL, ce se petrece în lanţ cu generarea de peroxizi a AG nesaturaţi.generarea de peroxizi a AG nesaturaţi.

În condiţii fiziologice ORL şi OPL sunt implicate În condiţii fiziologice ORL şi OPL sunt implicate în reînnoirea membranelor biologice, degradarea în reînnoirea membranelor biologice, degradarea substanţelor fagocitare; biosinteza icosanoizilor.substanţelor fagocitare; biosinteza icosanoizilor.

Amplificarea lor poate condiţiona moartea celulei Amplificarea lor poate condiţiona moartea celulei (lezarea membranelor).(lezarea membranelor).

SAO SAO sistem de protecţie sistem de protecţie AO (enzimatic, AO (enzimatic, neenzimatic)neenzimatic)

SOD SOD transformarea O2- transformarea O2- în H2O2 în H2O2 2 O2- +2H+ 2 O2- +2H+ O2- + H2O2 O2- + H2O2 Catalaza 2H2O2 Catalaza 2H2O2 2H2O + O2 2H2O + O2 Glutation reductazaGlutation reductaza glutationperoxidazaglutationperoxidaza

Page 56: Lantul Respirator

Mitochondrion

Peroxisome

Alcohol MetabolismAlcohol Metabolism

Eric NiederhofferEric Niederhoffer

SIU-SOMSIU-SOM

EtOH

Acetaldehyde

Acetate

CytosolER

ADHNAD+

NADH

CATH2O2

H2O

AlDHNAD+

NADH

MEOS

NADP+

NADPHO2

P450

Extra-hepatic tissue

Oh my!Now what?

Pyrazole

Disulfiram(antabuse)

Chlorpropamide(diabetes)

Aminotriazole

Page 57: Lantul Respirator
Page 58: Lantul Respirator
Page 59: Lantul Respirator