oksidacijska fosforilacija
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
1/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 1
Oksidacijska fosforilacija
Sinteza ATP
FUMARAT SUKCINAT
KOMPLEKS II
SUKCINAT- CoQREDUKTAZA(DEHIDROGENAZA )
KOMPLEKS I
NADHCoQ REDUKTAZA(DEHIDROGENAZA)
QCIKLUS KOMPLEKS III
CoQH2CITOKROMcREDUKTAZA
KOMPLEKS IV
CITOKROM cOKSIDAZA
PRIJENOSNICI ELEKTRONAU RESPIRATORNIM KOMPLEKSIMA
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
2/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 2
Prijenos elektrona kroz mitohondrijski respiracijski lanac, tj. prijenoselektrona s NADH na O2je vrlo egzergona reakcija:
NADH + O2+ H+ H2O + NAD
+ DGo= - 220,0 kJ mol-1
Tijekom protoka elektrona protoni se pumpaju iz matriksa mitohondrija krozunutarnju mitohondrijsku membranu pri emu nastaje gradijent protona.
Kako se energija sauvana u gradijentu protona koristi za sintezu ATP?
ADP + Pi+ nH+
P ATP + H2O + nH+N DGo= + 30,5 kJ mol-1.
Gradijent protona omoguava sintezu ATP
Kemiosmotska hipoteza. Prijenos elektrona kroz respiracijski lanac dovodi dopumpanja protona iz matriksa na citoplazmatsku stranu unutranje mitohondrijske
membrane. pH gradijent i membranski potencijal stvaraju proton-motornu silu koja
se koristi za sintezu ATP.
Proton motorna sila (
p) = kemijski gradijent (
pH) + gradijent naboja (
)
Kemijski gradijent za protone moe se predstaviti kao pH gradijent, a gradijentnaboja nastaje zbog nejednolike raspodjele pozitivno nabijenih protona koji ujedno
stvaraju i pH gradijent
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
3/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 3
MEUMEMBRANSKIPROSTOR
MATRIKS
SukcinatFumarat
Kemijski
potencijal
pH(unutra
vie alkalan)
Elektrinipotencijal
(unutra
negativan)
SintezaATP-a
koju pokreeproton-motornasila
STVARANJE PROTONMOTORNE SILE
Lehn 19-16
Tok elektrona
povezan je s
prijenosom protona
kroz membranu tostvara kemijski
gradijent (DpH) i
elektriki gradijent(D). Unutarnja
membrana
nepropusna je za
protone - protoni
mogu ponovo ui umatriks kroz
posebne protonske
kanale Fo (pasivni
transport). Proton-
motorna sila stvara
energiju za sintezu
ATP, pomou F1-kompleksa vezanog
na Fo.
Potvrda kemiosmotske hipoteze
Artificijelni sustav koji predstavlja
stanino disanje.
Ulogu prijenosa elektrona obavlja
bakteriorodopsin, membranski protein
halobakterije. Bakteriorodopsin
pumpa protone kada se osvijetli.
Napravljene su vezikule koje su
sadravale bakteriorodopsin imitohondrijsku ATP sintazu (sintaza iz
goveeg srca). Kada su vezikuleizloene svjetlosti sintetiziran je ATP.
Ovaj kljuni pokus ukazuje:respiracijski lanac i ATP sintaza
dva su odvojena biokemijska
sustava koje povezuje proton-
motorna sila.
U ovom artificijelnom sustavu,
orijentacije respiracijskog
lanca i ATP sintaze su obrnuti
nego to je to u mitohondriju.
ATPsynthase
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
4/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 4
GRAA MITOHONDRIJSKE ATP-sintaze(spada u jednosmjerne protonske crpke)
Ptip(CRPKE IONA,
npr. Na+K+ATP-aza)
V - tip F - tip
JEDNOSMJERNE
PROTONSKE CRPKE
U VAKUOLE IZ MITOHONDRIJA
EFRAIM RACKER
1913 - 1991
POETKOM1960-ih god.
ATP sintazu izgrauje dio koji provodi protone i dio koji
provodi katalitiku sintezu ATP
Struktura ATP
sintaze.
ATP sintaza je veliki kompleks koji izgleda kao lopta na tapu.
Najvei dio tapa koji se naziva Fopodjedinica, uronjen je uunutarnju mitohondrijsku membranu.
Lopta, koja ima promjer od 85 , a naziva se F1podjedinicomnalazi se u matriksu mitohondrija. F1podjedinica sadri katalitikuaktivnost sintaze.
F1podjedinicu izgrauju pet vrsta polipeptida (a3, b3, g, di ). Tri aitri bpodjedinice naizmjenino se nalaze u heksamernom prstenu.
Aktivna mjesta nalaze se na bpodjedinicama. Neposredno iznad aibpodjedinica smjeteni su gi proteini. gpodjedinica ima i dugakudvostruko zavitinutu uzvojnicu koja se protee do sredita a3b3
heksamera. Svaka bpodjedinica se razlikuje jer svaka od njihreagira s razliitim dijelom gpodjedinice.
Fopodjedinica izgrauje kanal za protone. Kanal izgrauje prsten od10-14 cpodjedinica koje su uronjene u membranu, a dodatno je
prisutna i jedna apodjedinica koja vee vanjski dio prstena cpodjedinica.
Foi F1podjedinice povezane su na dva naina: - pomou sredinjegosi i pomou vanjskog draa. Vanjski dra izgrauju jedna apodjedinica, dvije bpodjedinice i dpodjedinica.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
5/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 5
Protok elektrona kroz ATP sintazu dovodi do otputanja
vrsto vezanog ATP
ATP sintaza katalizira sintezu ATP iz ADP i ortofosfata:
ADP3-+ HPO42-+ H+ ATP4-+ H2O
Postoje tri aktivna mjesta na enzimu, a svako od njih u odreenom
trenutku vri jednu od tri funkcija.Proton-motorna sila omoguavada ova tri aktivna mjesta uzastopce mijenjaju funkciju ovisno o
protoku protona kroz dio enzima koji je ugraen u membranu.
Enzim je ustvari izgraen kao rotor i stator. Rotor, pokretni dio enzima
izgrauju podjedinice cprstena te gosovina, a stator, nepokretni dioenzima izgrauju sve ostale podjedinice.
Protok elektrona kroz ATP sintazu dovodi do otputanja
vrsto vezanog ATP
Kako se mijenjaju aktivna mjesta ATP sintaze obzirom na protokprotona?
bpodjedinica, aktivno mjesto enzima, moe izvravati bilo kojufunkciju u sintezi ATP time to mijenja konformaciju. Funkcijekoje treba izvriti su:a) Vezanje ADP i Pi
b) sinteza ATP
c) otputanje ATP
bpodjedinica u odreenom trenutku moe biti u L (oputenojkonformaciji) u kojoj moe vezati ADP i P i; u sljedeem koraku moe
biti u napetoj T konformaciji u kojoj se ADP i Piveu toliko vrsto dadolazi do sinteze ATP, te konano u otvorenoj O konformaciji kojaotputa sintetizirani ATP.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
6/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 6
Protok elektrona kroz ATP sintazu dovodi do otputanjavrsto vezanog ATP
Vezna mjesta za nukleotide uATP sintazi nisu ekvivalentna.
gpodjedinica prolazi kroz
sredite a3b3heksamera i zbogrotacije gpodjedinice svako
vezno mjesto u bpodjedinici je
drugaije.
Rotacija gpodjedinice
omoguava konstantnupretvorbu veznih mjesta b
podjedinica. Ovaj mehanizam
objanjava kako dolazi do
sinteze ATP.ATP ne disocira skatalitike podjedinice ukolikonema protoka protona kroz
enzim.
Protok elektrona kroz ATP sintazu dovodi do otputanjavrsto vezanog ATP
Promjene mehanizma vezanja
nukleotida u ATP sintazi.
Rotacija gpodjedinice mijenja
konformacije bpodjedinica.
Podjedinica u T stanju pretvara
ADP i Piu ATP ali ne dozvoljava
disocijaciju ATP. Kada se
podjedinica zarotira za 120o, T
podjedinica se pretvara u O jedinicu
koja omoguava disocijacijusintetiziranog ATP a takoeromoguava i ponovno vezanje ADPi Pi. Jo jednom rotacijom za 120
o,
podjedinica dolazi u L stanje.
Za svaku rotaciju od 120o, potrebno
je prenjeti 3 protona iz
meumembranskog prostora (Pstrana) u matriks (N strana).
Progresivne promjene oblika tri aktivna
mjesta ATP sintaze:
Podjedinica 1 LTOLTO
Podjedinica 2 OLTOLT
Podjedinica 3 TOLTOL
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
7/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 7
Potvrda rotacijske katalize
Direktno mjerenje rotacije ATP sintaze potaknuto hidrolizom ATP.
a3b
3heksamer ATP sintaze fiksiran je za podlogu tako da je gpodjedinica prema
gore i na nju je povezano vlakno aktina koje je fluorescentno obiljeeno.Dodatkom ATP i njegovom hidrolizom dolo je do okretanja gpodjedinice u smjerusuprotnom od kazaljke na satu. Okretanje fluorescentnog aktinskog vlakna
praeno je fluorescentnim mikroskopom. (gpodjedinica rotira u suprotnimsmjerovima ovisno o tome da li se ATP sintetizira ili hidrolizira.)
Protok protona oko c prstena omoguava sintezu ATP
Dijelovi ATP sintaze koji
omoguavaju protokprotona.
cpodjedinica izgrana je oddvije auzvojnice koje prodiru
kroz membranu. Aspartat u
jednoj uzvojnici nalazi se u
sredini membranskog sloja.
Struktura apodjedinice je
izgraena od dva polukanalakoji dozvoljavaju protonima daprodru samo do polovice
membrane, ali ne i da proukroz membranu.
apodjedinica okruuje prsten kojeg grade10-14 cpodjedinica. Kako podjedinica a
ima dva polukanala, protoni mogu doi bilokojim od tih kanala ali ne mogu proi krozcjelokupni membranski sloj. Podjedinica a
je smjetena tako da je svaki odpolukanala direktno u kontaktu s jednom c
podjedinicom.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
8/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 8
Protok protona oko c prstena omoguava sintezu ATP
Kretanje protona kroz membranu pokree rotaciju cprstena.
Proton ulazi iz meumembranskog prostora u citoplazmatski polukanal kako bineutralizirao naboj aspartata u cpodjedinici. Kada je naboj neutraliziran, cprsten
se moe pokretati u smjeru kazaljke na satu za jednu cpodjedinicu te tako pokreeaspartat iz membrane u polukanal matriksa. Proton koji je doao do polukanalamatriksa odlazi u bazini matriks, a sustav se vraa u poetni poloaj.
Prolaz protona kroz membranu potie rotaciju ATP-sintaze
Str 18.35
Prolaz protona i otputanje s druge strane membranesinhronizirano je s potpunom rotacijom za 360o.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
9/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 9
Protok protona oko c prstena omoguava sintezu ATP
Put protona kroz membranu.
Svaki proton ulazi u citoplazmatski
polukanal, te slijedi potpuni zakret c
prstena i izlazi kroz drugi polukanal a
podjedinice u matriks mitohondrija.
Kretanje protona kroz polukanale iz okolia gdje jevelika koncentracija protona (P strana) u okoligdje je mala koncentracija protona (N strana)
pokree rotaciju cprstena.
cprsten je vrsto povezan s gi podjedinicama, pakako se se cprsten okree, dolazi do promjenastanja u bpodjedinicamaa3b3heksamera.
Vanjska drka ATP sintaze koju izgrauju blanci i dpodjedinica sprjeavaju rotaciju a3b3heksamera.
Protok protona oko c prstena omoguava sintezu ATP
Svaka rotacija gpodjedinice za 360odovodi do sinteze i otputanja 3molekule ATP.
Ako prsten cpodjedinica izgrauje 10 cpodjedinica, kako je to naeno umitohondriju kvasca, za svaki nastali ATP potrebno je 10/3 = 3,33 protona.
Za ovjeka u mirovanju potrebno je 85 kg ATP, a za tu sintezu potreban je
protok od 3,3 x 1025
protona tijekom dana odnosno 3,3x1021
protona usekundi.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
10/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 10
Sumarni prikaz oksidacijske fosforilacije
Lanac za prijenos elektrona omoguava nastajanje gradijenta protona kojizatim dovodi do sinteze ATP.
Transporteri omoguavaju prijenos iona i elektrona kroz
mitohondrijsku unutarnju membranu
Unutarnja mitohondrijska membrana mora biti nepropusna za veinumolekula, ali izmjena tvari izmeu citoplazme i mitohondrija mora seodvijati.
Izmjenu tvari izmeu mitohondrija i citoplazme vre transmembranskitransporteri.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
11/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 11
Prijenos ADP u mitohondrije povezan je s transportom
ATP iz mitohondrija
Osnovna funkcija oksidacijske fosforilacije je sinteza ATP iz ADP.
Kako nabijeni nukleotidi ne mogu difuzijom proi kroz membranu, oni setransportiraju antiporteromATP-ADP translokazom.
ADP3-citoplazma+ ATP4-
matriks ADP3-
matriks+ ATP4-
citoplazma
ATP-ADP translokaza je vrlo est protein i ini 15% proteina unutarnjemitohondrijske membrane. ADP ulazi u matriks mitohondrija samo
ako se ATP izbacuje iz matriksa.
MEHANIZAM DJELOVANJA ADP/ATP TRANSLOKAZE
(ADENIN-NUKLEOTIDNOG NOSAA)
ADPc3
+ ATPm4 ADPm
3 + ATPc
4
PRIJENOS ATP-a I ADP-a JE MEUSOBNO VEZAN, A POKREE GA MEMBRANSKIPOTENCIJAL. U EUKARIOTA 1/4 ENERGIJE OSLOBOENE PRIJENOSOMELEKTRONA TROI SE NA IZMJENU ADP - ATP .
INHIBITORI: ATRAKTILOZID (BILJNI GLIKOZID) - VEESE NA STRANI CITOSOLABONGKREKINA KISELINA (ANTIBIOTIK IZ PLIJESNI)
VEESE NA STRANI MATRIKSA
CITOSOL (c)
MATRIKS (m)
ADPC
OKRETANJE
OBRTANJE
ADPm
ATPm
ATPC
ADP
ADP
ATP
ATP
viipH, negativni naboj
niipH, pozitivni naboj
Vrlo je vano da su protoci ATP i ADP povezani.ADP ue u matriks samo ako ATP izae.
Translokaza je protuprijenosnik (antiporter):
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
12/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 12
ATP sintasom
Antiporter, translokaza
adeninskih nukleotida, prenosi
ADP u matriks, a sintetizirani
ATP u citoplazmu. Pi, kao
H2PO4-, zajedno s H+
transportira se translokazom
fosfata (simporter) iz
citoplazme u matriks.
Relativno velika koncentracija
H+na P strani omoguava radovog simportera.
Proton motorna sila daje energiju za sintezu ATP kao i energiju zatransport supstrata (ADP i Pi) iz citoplazme u matriks, a produkta
(ATP) iz matriksa u citoplazmu.
Inhibicija transporta ATP
Vrlo male koncentracije atraktilozida (glikozid biljaka) ili
bongkrekina kiselina (antibiotik) inhibiraju ATP-ADPtranslokazu.
Inhibicijom translokaze inhibira se i oksidacijska
fosforilacija, te je to dokaz da je ATP-ADP translokazaneophodna za odravanje koliine ADP koja je potrebna za
prihvaanje energije koja se oslobaa proton-motornomsilom.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
13/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 13
Mitohondrijski transporteri omoguavaju prijenos
metabolita izmeu citoplazme i mitohondrija
Elektrone s citoplazmatskog NADH prenose transporteri
Transporter glicerol-3-fosfata.
Elektroni s NADH iz citosola
mogu ui u mitohondrijski lanacza prijenos elektrona ukoliko se
koriste za redukciju
dihidroksiaceton fosfata u glicerol-
3-fosfat. Elektroni se prenose na
FAD prostetsku skupinu
mitohondrijskog enzima tijekomoksidacije glicerol-3-fosfata.
Mitohondrijski enzim je vezan za
membranu mitohondrija te
njegova FAD skupina predaje
elektrone na ubikinon (Q) te
nastaje QH2. Elektroni s QH2dalje
se prenose respiracijskim lancem.
Kada se citoplazmatski NADH prenosi
ovim transporterom sintetizira se 1,5
molekula ATP iz jedne molekule
NADH.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
14/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 14
Elektrone s citoplazmatskog NADH prenose
transporteri
Kada se elektroni s NADH transportiraju transporterom glicerol-3-fosfata
nastaje 1,5 molekula ATP budui da se elektroni prenose na FAD.Koritenje FAD omoguava da se elektroni prenose suprotno gradijentukoncentracije NADH koja je velika u aktivnom mitohondriju. Transport
elektrona pomou glicerol-3-fosfatnog transportera naroito je izraeno umiiima i omoguava im da postignu veliku oksidacijsku fosforilaciju.
Neki insekti nemaju laktat dehidrogenazu i u potpunosti ovise o transporteru
glicerol-3-fosfata kako bi regenerirali citoplazmatski NAD+.
Elektrone s citoplazmatskog NADH prenose transporteri
Malat-aspartat transporter prenosi elektrone s
citoplazmatskog NADH na mitohondrijski NADH.
Iz jednog citoplazmatskog NADH sintetizira se 2,5
molekule ATP.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
15/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 15
Elektrone s citoplazmatskog NADH prenose transporteri
U srcu i jetrima elektroni se s citoplazmatskog NADH
prenose u mitohondrije transporterom malat-aspartat.Prijenos vre dva membranska transportera (antiportera) ietiri enzima.
STEHIOMETRIJA POTPUNE OKSIDACIJE GLUKOZE
GLUKOZA + 38ADP + 38Pi+ 38H++ 6O2 6CO2+ 38ATP + 42H20
U AEROBNIH PROKARIOTA:
U EUKARIOTA:
GLUKOZA + ~30ADP + ~30Pi+ 36H++ 6O2 6CO2+ ~30ATP + ~36H20
ZA SINTEZU JEDNOG ATP-a POTRBNO JE DA IZ CITOSOLA U MATRIKS MITOHONDRIJA
PROU 3 H+KROZ F0ATP- SINTAZE.PRIJENOS JEDNOG ATP-a IZ MATRIKSA U CIPLAZMU, TE ISTOVREMENI PRIJELAZ JEDNOG ADP-a IZ
CITOPLAZME U MATRIKS (ATP/ADP - TRANSLOKAZA) SMANJUJE ELEKTROKEMIJKI POTENCIJAL NAUNUTRANJOJ MITOHONDRIJSKOJ MEMBRANI (EKVIVALENTAN JE PROLASKU 1H+IZ
MEUMEMBRANSKOG PROSTORA U CITOSOL).UKUPNO, PO JEDNOM SINTETIZIRANOM ATP- u, U MATRIKS SE DONOSI PRIBLINO 4 H+.
DAKLE, PRIBLINO 1/4 ENERGIJE KOJA SE OSLOBODI U RESPIRATORNOM LANCU(PRIJENOS ELEKTRONA I FOSFORILACIJA)
TROI SE KAO ELEKTROKEMIJSKA ENERGIJA POTREBNA ZA TRANSPORT ATP- ADP.STOGA, PRI ENERGETSKOM OBRAUNU U EUKARIOTA VRIJEDE PRIBLINI ODNOSI:
1 NADH 2,5 ATP-a
1 FADH2 1,5 ATP-a
POTENCIJAL FOSFORILACIJE:
P : O ~ 3 (NASTAJE 38 ATP- a, A POTROISE 12 ATOMA KISIKA)32 ATP-a NASTAJE OKSIDACIJSKOM FOSFORILACIJOM
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
16/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 16
SINTEZA ATP-a PRI POTPUNOJ OKSIDACIJI GLUKOZE
GLIKOLIZA: GLUKOZA U PIRUVAT (CITOSOL)FOSFORILACIJA GLUKOZE 1 1 1FOSFORILACIJA FRUKTOZA-6-FOSFATA 1 1 1DEFOSFORILACIJA 2 MOLEKULE 1,3-DPG + 2 + 2 + 2DEFOSFORILACIJA 2 MOLEKULE PEP + 2 + 2 + 2
OKSIDACIJA 2 MOLEKULE GLICERALDEHID-3-FOSFATA -NASTAJE 2 NADH
KONVERZIJA PIRUVATA U ACETIL CoA (MITOHONDRIJ)NASTAJE 2 NADH
CIKLUS LIMUNSKE KISELINE (MITOHONDRIJ)
2 MOLEKULE GTP-a IZ 2 MOLEKULE SUKCINIL-CoA + 2 + 2 + 2OKSIDACIJA 2 MOLEKULE IZOCITRATA,a- KETOGLUTARATA I MALATA DAJE 6 NADH
OKSIDACIJA 2 MOLEKULE SUKCINATA DAJE 2 FADH2
OKSIDATIVNA FOSFORILACIJA (MITOHONDRIJ)2 NADH IZ GLIKOLIZE + 3 + 5 + 6
2 NADH NASTALA PRI OKSIDATIVNOJ + 5 + 5 + 6DEKARBOKSILACIJI 2 PIRUVATA U 2 ACETIL CoA2 FADH2NASTALA U CIKLUSU LIMINSKE KISELINE + 3 + 3 + 4
6 NADH NASTALA U CIKLUSU LIMUNSKE KISELINE + 15 + 15 + 18
NETO DOBITAK ATP-a VARIRA OD 2,5 - 3 ZA NADH, ODNOSNO 1,5 - 2 ZA FADH 2 ;ON SE MIJENJA OVISNO OMETABOLIKIM UVJETIMA U STANICI(lakoi prijenosa ADP i ATP kroz membranu i nainu ukljuivanja NADH iz glikolize urespiratorni lanac) PA SE NAVEDENI IZNOSI SMATRAJU PROCJENOM, A NE STVARNIM STANJEM
NETO DOBITAK PO MOLEKULI GLUKOZE 30 32 38
GLICEROL- FOSFATNINOSA
MALAT- ASPARTATNINOSA
( DOBITAK ATP-a PO MOLEKULI GLUKOZI)EUKARIOTI AEROBNI PROKAR.
posjeduju organele nemaju organele
METABOLIKI PUT
EFIKASNOST SINTEZE ATP-a
ODRASLA OSOBA PROSJENE TJELESNE MASE 70 kg,KOJA HRANOM UNOSI U ORGANIZAM 11700 kJ DNEVNO,
SINTETIZIRA SAMO U JEDNOM DANU UKUPNO 65 kg ATP-a !
STVARNA TRENUTANA KONCENTRACIJA ATP/ADP SPOJEVA U ODRASLE OSOBE JE 50 g, JER SE SVAKA MOLEKULA ATP-a U TIJELU NEPREKIDNO
RECIKLIRA, PRIBLINO 1300 PUTA U JEDNOM DANU.
STANINI UVJETI, EUKARIOTI:POTPUNOM OKSIDACIJOM GLUKOZE U METABOLIZMU NASTAJE 32 ATP-a.
HIDROLIZA 32 ATP-a = 32 30,5 = 976 kJ mol1 G=976 kJ mol1
EFIKASNOST = 100 = 33%976
2937
EFIKASNOST = 100 = 39%11592937
STANDARDNI UVJETI, AEROBNI PROKARIOTI:POTPUNOM OKSIDACIJOM GLUKOZE U METABOLIZMU NASTAJE 38 ATP-a.
HIDROLIZA 38 ATP-a = 38 30,5 = 1159 kJ mol1 G = 1159 kJ mol1
POTPUNA OKSIDACIJA (KALORIMETAR, SAGORIJEVANJE U STRUJI O2):
GLUKOZA + 6O2 6CO2+ 6O2+ 6H20 G =2937 kJ mol1
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
17/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 17
Stanina respiracija regulirana je potrebom za ATP-om
Kako je ATP krajnji produkt staninog disanja, potrebastanice za ATP-om odreuje brzinu odvijanja respiracije.
REGULACIJA BRZINE OKSIDACIJSKE FOSFORILACIJE
SUPSTRATI OKSIDACIJSKE FOSFORILACIJE:
NADH, O2, ADP i Pi.
DODATAKADP
ZALIHA ADP-a
JE SKORO ISCRPLJENA
VRIJEME
UTROENIO2
REGULACIJA BRZINE OKSIDACIJSKE FOSFORILACIJE RAZINOM ADP-a ZOVE SE
RESPIRATORNA KONTROLA.
OKSIDACIJSKA FOSFORILACIJA JE POVEZANA S ISKORITENJEM ATP-a(POVEANJEM KONCENTRACIJE ADP-a)
TJ. NE ODVIJA SE AKO SINTEZA ATP-a NIJE POTREBNA.
Naruavanje gradijenta protona (spojevima koji pospjeuju prolaz protona kroz membranu)remeti oksidacijsku fosforilaciju.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
18/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 18
Brzinu stanine respiracije odreuje potreba za ATPom
Energetski naboj regulira koritenje metabolita.
Sinteza ATP iz ADP kontrolira brzinu i protok elektrona s NADH i FADH2
na kisik. Isto tako dostupnost (koliina) NAD+i FAD kontrolira brzinucitratnog ciklusa. Elektroni se ne prenose s molekula goriva na O2ukoliko se ne mora sintetizirati ATP.
Inhibicija oksidacijske fosforilacije 1.Inhibicija lanca prijenosa elektrona. Rotenon, koji se upotrebljava kao
insekticid, i amital, barbituratni sedativ, blokiraju prijenos elektrona putem
NADH-Q-oksidoreduktaze.Antimicin A sprjeava tok elektrona s citokroma bHu oksidoreduktazi Q-citokroma c. Nadalje, tok elektrona u oksidazi citokroma c
sprjeavaju cijanid(CN), azid(N3) i ugljikov monoksid(CO). Cijanid i azidreagiraju s feri-oblikom hema a3, dok ugljikov monoksid inhibira fero-oblik.
2.Inhibicija ATP-sintaze. Oligomicin, antibiotik koji se upotrebljava protivgljivinih bolesti, i dicikloheksilkarbodiimid (DCC) sprjeavaju ulazak protonakroz ATP-sintazu.
3.Razvezivanje prijenosa elektrona od sinteze ATP. vrstu povezanostprijenosa elektrona i fosforilacije u mitohondrijima mogu razvezati (raspregnuti)
2,4-dinitrofenol (DNP) i neki drugi kiseli aromatski spojevi.
4.Inhibicija izvoza ATP. ATP-ADP-translokazu specifino inhibiraju niskekoncentracije biljnog glikozida atraktilozidaili bongkrekine kiseline
(antibiotika iz plijesni).
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
19/20
20.5.2015.
Osnove biokemijeB. Mildner 19
Regulirano odvajanje transporta protona od sinteze ATP
dovodi do stvaranja topline
Termogenin (uncoupling protein, UCP-1) odvaja tok protona od sinteze ATP i
pri tome nastaje toplina. Energija gradijenta protona koja se uobiajenokoristi za sintezu ATP, koristi se za stvaranje topline.
To je znaajno za hibernirajue ivotinje kao i za novoroenu djecu kojaimaju tzv. smeu mast.
Odvajanje transporta elektrona od sinteze ATP
Odvajanje transporta elektrona od ATP
sinteze moe se postii s 2,4-dinitrofenolom ili nekim drugim kiselim
aromatskim spojevima.
Ovi spojevi prenose protone kroz
unutarnju mitohondrijsku membranu
slobodnom difuzijom te time naruavajugradijent protona.
U prisutnosti ovih spojeva nije sprijeenprijenos elektrona s NADH na kisik, ali ne
dolazi do sinteze ATP.
Umjesto sinteze ATP, oslobaa se toplina.
-
7/24/2019 oksidacijska fosforilacija
20/20
20.5.2015.
Prijenos energije pomou gradijenta protona koristi se umnogim procesima
Gradijenti protona stvaraju energiju koja se moepretvarati u razliite oblike energije.