C3181 Biochemie
23b_Oxidační fosforylace, alternativní respirace
10/6/2014
1
Petr Zbořil

Obsah
•Oxidační fosforylace, chemiosmotická teorie, protonmotivní síla a transmembránový potenciál.
•Syntéza ATP, struktura ATPsyntasy. Inhibitory respirace a syntéza ATP, rozpojovače, ionofory.
•Bilance oxidační fosforylace.
•Alternativní respirace. Oxidace a redukce anorganických sloučenin (kovy, S aj.)
10/6/2014
Petr Zbořil
2

Tvorba ATP při respiraci
•
•Mechanismus konverse energie uvolněné oxidací
• spřažení oxidace a fosforylace ADP
• kvantitativní vztahy esterifikace Pi
• P/O kvocienty – experimentální průkaz
• mechanismus tvorby ATP oxidační fosforylací
• analogie se substrátovou fosforylací – odlišné
•
•
•
•
10/6/2014
Petr Zbořil
3

Tvorba ATP při respiraci
•
•
•
•
•
•
•P/O kvocienty – „fosforylační místa“- vztah ΔE a ΔG
•Teorie makroergických intermediátů
•Chemiosmotická teorie – P. Mitchell (1961, NC 1978)
•
10/6/2014
Petr Zbořil
4

Lokalizace respiračního řetězce
10/6/2014
Petr Zbořil
5

Mitochondrie
10/6/2014
Petr Zbořil
6
•
•
•
•
•
•Elmikroskopické snímky
•
•Schema struktury
•

Mechanismus oxidační fosforylace
•
•
•
•
•
•
•
•
•Transmembránový přenos H+
10/6/2014
Petr Zbořil
7

Chemiosmotický mechanismus tvorby ATP
•Gradient protonů jako forma energie
•Protonmotivní síla – kvantitativní vyjádření této potenciální energie
•Chemický potenciál gradientu látky DG = RT . ln (ci/co)
•pro H+  DG = RT . ln ([H+]i/([H+]o) = - 2,3RT . (pHi-pHo) = -2,3RT . DpH
•
•Elektrický potenciál – energie přenosu iontu DG = nF.DY, u H+ n=1
•
•Celkově DG = F.DY - 2,3RT . DpH
•Dp = DG/F Dp = DY - 0,059mV . DpH
•experimentálně
•DY = 0,17 DpH = 0,5 Dp = 0,20 V (85% + 15%)
•
10/6/2014
Petr Zbořil
8

Protonmotivní síla
•
•
•
•
•
•
•
•
•Mechanismus vzniku – „chemické a pumpované protony“
•
10/6/2014
Petr Zbořil
9

Protonmotivní síla
•
•
•
•
•
•
•
•
•Mechanismus vzniku –
•„chemické a pumpované protony“
•
10/6/2014
Petr Zbořil
10

Využití Dp
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Práce
oOsmotická
oMechanická
•Tvorba ATP
oKvantitativní poměry
oDG přenosu H+ a syntézy ATP
10/6/2014
Petr Zbořil
11

Syntéza ATP komplexem V
•
•Mechanismus
oP. D. Boyer, J. Walker – NC 1997
•FoF1-ATPasa
oKomplex V – formálně
oSpřažení přenosu H+ a syntézy ATP
oTok H+ půlkanálky (Asp)
oMechanická práce – rotace
o– molekulární motor – dynamo
oTransformace energie
okonformačními změnami
•
10/6/2014
Petr Zbořil
12
Matrix
Mezimembránový
prostor

Syntéza ATP komplexem V
•
•
•
•
•
•
•
•Konformační stavy podjednotek β
oOpen – prázdný stav
oTight –  ATP místo
oLoose –  ADP místo
10/6/2014
Petr Zbořil
13

Mechanismus rotace
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
ocesta H+ půlkanálky
oprotonové vodiče (dráty)
oAsp na c, Arg na a
10/6/2014
Footer Text
14

Obousměrná ATPasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Zvrat syntézy
otransport H+ – tvorba Δψ při anaerobiose
•
10/6/2014
Footer Text
15

Respirační kontrola
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Regulace spotřeby substrátu
oBrzdění vysokým Δψ
10/6/2014
Footer Text
16

Nástroje studia
•
•
•
•
•Umělé donory
•a akceptory elektronů
ododávají a odebírají e-
ov různých místech
•
•Inhibitory
oinhibitory transportu elektronů
orozpojovače (2,4-DNP)
oinhibitory H+-ATPasy (oligomycin)
•
10/6/2014
Footer Text
17

Termogeneze
•
•
•
•
•
•
•
•
•Rozpojovací protein – termogenin
oMláďata, hibernanti
oHnědá tuková tkáň
oHormonálně řízeno
10/6/2014
Footer Text
18

Alternativní respirace
•Finální akceptory jiné než kyslík - DE
oNitrátová
oSulfátová
•Anorganické donory elektronů
oKovy i nekovy – Fe, Cu, S – prvky a ionty či sloučeniny
•Metanogeny
oAnaerobní redukce formiátu
•ROS (RNOS)
oReaktivní, většinou radikály – O2.-, OH., H2O2 aj.
oZáměrná produkce – metabolické vzplanutí – NADPH + O2
oVedlejší nežádoucí produkce – UQ, CIII aj.
•Poškození – lipidy (membrány), bílkoviny, DNA
•Obranné mechanizmy – enzymy, antioxidanty (vit. E, C) – typy
o
•
10/6/2014
Footer Text
19

•
•
•Děkuji za pozornost
10/6/2014
Footer Text
20