Oxidarea biologicaLantul respiratorFosforilarea oxidativa презентация

ului. Enziniele dehidrogenăni.
Lanţul respirator (schema). Complexele enzimatice. Acceptorii principali de electroni şi protoni, structura lor chimică.
Potenţialul de oxido-reducere a componentelor lanţului respirator. Fosforilarea oxidativă. Locurile de fosforilare. Produsele finale ale oxidării.
Reglarea intensităţii funcţionării lanţului respirator. Coeficientul P/O, controlul respirator.
Decuplarea produselor de oxidare şi fosforilare, principalii agenţi decuplanţi. Rolul biologic al produsului de decuplare, respiraţia liberă.
Mitocondriile, structura şi permeabilitatea selectivă a membranelor pentru diferiţi cumpuşi.. Sistemele-navetă de transport al echivalenţilor de reducere.
Ipotezele principale, care explică procesele fosforilării oxidative. Ipoteza lui Mitchell.
Oxidarea microzomală, rolul citocromului P450 în reacţiile de oxido-reducere.
Vitaminele şi rolul lor în procesele de oxidare biologică.
Noţiune de radicali liberi. Oxidarea peroxidică a acizilor graşi nesaturaţi din membrane. Sistemele de protecţie a celulei de acumilarea radicalilor liberi.

de oxido-reducere ce decurg în celule şi ţesuturi.
Rolul: asigură organismul cu energie accesibilă în formă de ATP.
OB are loc prin reacţii de dehidrogenare → donarea atomilor de H2 sub formă de protoni şi electroni: H2→2H +2 ē.
Are loc sub acţiunea enzimelor → dehidrogenaze, ale căror Co sunt NAD+ şi FAD

Coa +NADH+H
E-alfacetoglutaratDH
3.Malat +NAD →OA+NADH+H
E-malatDH
4.Lactat +NAD →Piruvat +NADH+H
E-lactatDH
5. Gliceraldehidfosfat +NAD +H3PO4→1,3 difosfoglicerat +NADH+H
E- GAP DH
6. Hidroxiacil CoA +NAD →cetoacil Co-A +NADH+H
E-hidroxiacil -CoA DH

→enoil-CoA+FADH2
E- acil CoA DH
NADH+H+ şi FADH2 rezultaţi în reacţiile de oxidare a acestor substrate transferă p şi ē în lanţul respirator.

enzime şi sisteme de oxido-reducere, ce participă la transferul H+ şi ē de la Co reduse (NADH, FADH2) la O2 cu formarea H2O.
Este ultima etapă a degradării aerobe.
Este localizat în membrana internă a MC Funcţia LR:
Prin transferul protonilor şi electronilor → Co se reoxidează, putînd asigura dehidrogenări în continuare.
Cînd Co se reoxidează, se eliberează energie ce serveşte la sinteza ATP.

de la NADH+H sau FADH2
FPN (NADH DH) - ca Co FMN - preia H2 de la NADH+H
FPs (succinatDH)- ca Co FAD- preia H2 de la FADH2
3. CoQ-ubichinona – până la CoQ sunt transportaţi atât p cât şi e-
4. Sistemul de citocromi: b, c1, c, a şi a3
Sunt compuşi heteroproteici,a căror grupare prostetică este hemul
Transportă doar e – Fe+++ + e- ←→ Fe++
1 citocrom transportă doar 1e- - 2 e- sunt transportaţi de 2 citocromi
5. Fe-S proteinele –sunt localizate :
a. între FP şi CoQ
b. între cit b şi citc1

FADH2 pînă la O2 se face prin intermediul mai multor sisteme redox.
Fiecare sistem redox (O/R) este alcătuit dintr-un donor şi acceptor de echivalenţi reducători.
Fiecare sistem redox din LR posedă un potenţial de oxido-reducere (potenţial redox), care se măsoară în volţi.
Potenţialul redox standard –E0 – mărime egală cu forţa electromotoare exprimată în volţi, ce apare în semiconductor, în care donorul de e- şi acceptorul acţionează în concentraţie de 1,0 mol, la t =25 *c, şi pH 7,0 formând un echilibru cu elecrodul ce adiţionează e- de la donor şi-i transferă la acceptor.

înaltă capacitatea de a ceda ē, şi invers, cu cît potenţialul este mai electropozitiv, cu atât este mai înaltă capacitatea sistemului de a adiţiona electroni.
Sistemele redox sunt aranjate în ordinea creşterii potenţialului de oxido-reducere.

este în jurul lui –7,3 kcal/mol (cât necesită sinteza unui mol de ATP din ADP şi H3PO4).
Torentul de ē e orientat în direcţia micşorării energiei libere a sistemului
Cu cît e mai mare diferenţa potenţialului dintre 2 redox perechi → cu atît mai mare e diminuarea energiei libere la transferul ē.
Ştiind potenţialul redox al fiecărei perechi se pot calcula modificarea energiei libere standard.
ΔG = -nFΔE
n-numărul de ē
F-constanta lui Faraday (23062 cal/V∙mol)
ΔE0-diferenţa de potenţial
ΔG = -2∙23062[+0,82-(-0,32)] = -52,6 kcal
7,3 x 3 = 21,9 cal
Randamentul utilizării energiei libere – 42%

pe seama energiei eliberate la transferul echivalenţilor reducători în LR de la coenzimele reduse la O2.
Deoarece transferul de ē are loc treptat, energia se eliberează „în pachete” – în trepte . Pentru a se forma ATP diferenţa de potenţial trebuie să fie nu mai mică de 0,22V.
Funcţionarea cuplată a LR şi FO este asigurată de 5 complexe

ΔG0 = -19,4 kcal/mol - 1mol ATP, restul se degajă sub formă de căldură
Inhibat: rotenonă(otravă pentru peşti), Na amital (barbiturat); pericidină (antibiotic)

= -3,2 kcal/mol – nu se sintetizează ATP
Inhibat – malonat (inhibiţie competitivă)

ΔG0 = -7,75 kcal – se sintetizează 1mol de ATP.
Inhibat → antimicina A

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

MC, constă din 4 tipuri de proteină ce formează un sistem de pori transmembranari prin care trec protonii- canal de protoni
F1- partea catalitică - factor de cuplare 1:
se află în intregime în matrixul mitocondrial (formă de sferă).
e alcătuită din cinci tipuri de proteine ααα (α3), βββ (β3), γ, δ, ε.
la acest nivel are loc reacţia de condensare a ADP + Pi →ATP+H2O
Inhibată: oligomicină, atractilatul (glicozidă)

images depicting models of ATP Synthase subunit structure were provided by John Walker. Some equivalent subunits from different organisms have different names.

şi cit c funcţionează individual, iar celelalte componente se grupează în complexe.

În LR (lanţul respirator) deosebim 3 puncte de fosforilare:
NADH+H----CoQ
Cit b----citc
cita--cita3

+ 3Pi → NAD+ + 3ATP + 4H2O
FADH + H+ + ½O2 + 2ADP + 2Pi → FAD + 2ATP + 3H2O
Raportul între numărul de moli de ATP produşi şi O2 consumat este numit „cît de fosforilare” P/O.
De la NADH+H pînă la O2 - P/O = 3/1 – ramura lungă,
De la FADH2 pînă la O2 - P/O = 2/1 – ramura medie.
P/O reflectă cuplarea transportului H+ şi ē (respiraţia) şi fosforilarea (sinteza ATP). Coeficient indică ce cantitate de P anorganic (H3PO4) se transformă în P organic (ATP) la transportul unei perechi de H+ şi ē în LR.

Prin ce mecanism energia eliberată în LR este cuplată cu formarea ATP?
Teoria chimică, numită şi a intermediatorilor comuni (produşi intermediatori macroergici, precursori de ATP).
Teoria conformaţională (energia este preluată de o proteină într-o conformaţie activă, ce stimulează ATP).
Teoria chemiosmotică (Mitchell, 1961).

sinteza ATP din ADP+Pi e reprezentată de gradientul de protoni, ce se stabileşte între faţa interioară şi cea exterioară a membranei interne a MC în timpul transferului de electroni.
⇒ la transferul unei perechi de ē (energia eliberată) pompează 3 perechi de H2+ din interiorul MC spre exterior(spaţiu intermembranar).
Astfel partea externă a membranei interne a MC→ pozitiv, dar cea internă – negativ –
apare gradient de c%/ potenţialul transmembranar

∆ψ
2 de pH (∆ pH)gradientul H+
Protonii revin din spaţiu intermembranar în mitocondrii prin partea F0 (deoarece restul membranei este impermiabilă).
Acest flux de protoni este forţa morice care determină la nivelul subunităţii F1 sinteza de ATP din ADP+Pi
Unul din postulatele teoriei chemiosmotice prevede că apa rezultată în reacţia de formare a ATP din ADP şi Pi se ionizează spontan, ionii H+fiind dirijati spre interiorul mitocondriei (ei urmînd să creeze gradientul protonic) în timp ce ionii OH- sînt dirijati spre spapul intermembranar

3 puncte ale LR. Anume – gradientul de protoni se utilizează la sinteza ATP.
S-a demonstrat ca pH matrixului mitocondrial creşte, iar cel al mediului extern al membranei MC – scade (acid).
S-a argumentat că transferul H+ din MC în timpul transportului de ē şi revenirii lor prin ATP-sintetaza sunt comparabile cu viteza lor din cadrul FO în MC intacte.

în MC în schimbul ATP din MC- citozol.
Fosfattranslocaza – transferă Pi în MC, însoţit de deplasarea ionilor de H2.

de aceea FO cuplată cu LR este riguros controlată.
Deoarece LR şi FO – etapa finală a degradării G, L, P controlul respirator se poate efectua atât prin compuşi direct implicaţi în LR şi FO, cât şi prin intermediatorii degradării celor 3 clase.
Rolul primordial îi revine ADP.
F1 din ATP - sintetază rămâne blocat în lipsă de ADP.
Intensitatea transferului de protoni prin F0 deasemenea e determinată de nivelul ADP.
ADP – reglator alosteric (+) pentru mai multe E ce sunt implicate în degradarea G, L şi P.

de ADP - inhibă respiraţia şi stopează fosforilarea. La adăugarea de ADP creşte brusc consumul de 02 ---- se activeaza lantul respirator şi ADP se fosforilează la ATP.

contribue:
Integritatea membranei interne a MC → orice leziune duce la perderea capacităţii de FO (în timp ce transferul de ē poate continua).
Impermeabilitatea membranei interne pentru ionii H+ OH- K+ Cl-.
FO poate fi decuplată cu ajutorul unor substanţe chimice, ce inhibă sinteza ATP dar neafectînd decuplanţi – agenţi decuplanţi. La acţiunea lor respiraţia creşte, iar FO este inhibată.
protonofori
AD
ionoforele

liberi
2,4 dinitrofenol
salicilaţii (antiinflamatoare)
dicumarol (anticoagulant)
T3 şi T4 (h.gl.tiroide)
Ionoforele – ei leagă şi transferă ionii prin membrană:
- valinomicina (↑ K+) , nigericina (↑ K+), gramicidina A → Na+, K+; H+.

FO (închide canalul) ⇒ cu încetul slăbeşte respiraţia → întrerupere.

3 grupe :
- agenti de decuplare- permit transportul electronilordar blochează fosforilarea. Ex.2,4 dinitrofenolul facilitează trecerea prin membrană a H+
- inhibitorii fosforilării oxidative Ex Oligomicina -împedică şi transportul şi fosforilarea oxidativă.
- Ionoforii - formează complexe liposolubile cu cationi specifici trecîndui prin membrană.

este convertită în căldură, care nu se utilizează la executarea funcţiilor celulare.
Astfel MC devin o sobă, ce produc căldură. E necesar în situaţii, când necesitatea căldurii este mai mare decât ATP.
În ţesutul adipos brun – MC sunt specializate la producerea căldurii (nou-născuţi, animale în hibernare) – termogenina.

oxigenazic. Acestea sunt catalizate de monooxigenaze.
Lanţurile monooxigenazice de oxidare sunt lanţuri scurte de transport al H+ şi ē a căror sursă sunt NADPH+H
SH + O2 +NADPH + H+ → S-OH + H2O + NADP+ ⇒ reducerea O2 şi incorporarea lui în anumiţi compuşi chimici (include un atom de O, celălalt este redus la H2O).
un asemenea lanţ este microsomial - localizat în RE al celulelor hepatice şi suprarenale. Rol esenţial îl are cit P450 (activatorul O2). El cuprinde o FP (FAD) la nivelul căreia H2 este disproporţionat în H+ şi ē.

hormonilor (sunt eliminaţi).
În medulosuprarenale – sinteza noradrenalinei şi adrenalinei.
În corticosuprarenale – sinteza colesterolului, hormonilor gluco- şi mineralocorticoizi.

protecţie.

La reducerea incompletă a O2 se formează forme reactogene şi agresive ale substanţei cum ar fi: superoxidanionul, peroxid; hidroxil sau peroxidul de hidrogen.

de peroxizi a AG nesaturaţi.
În condiţii fiziologice ORL şi OPL sunt implicate în reînnoirea membranelor biologice, degradarea substanţelor fagocitare; biosinteza icosanoizilor.
Amplificarea lor poate condiţiona moartea celulei (lezarea membranelor).
SAO → sistem de protecţie → AO (enzimatic, neenzimatic)
SOD → transformarea O2- • în H2O2
2 O2- +2H+ → O2- + H2O2
Catalaza 2H2O2 → 2H2O + O2
Glutation reductaza
glutationperoxidaza