TERMINÁLIS OXIDÁCIÓ

A koenzimek hidrogénatomjai + levegő oxigénje  VÍZ ATP keletkezése közben THUNBERG, WIELAND: az enzim anyagcsere folyamán a tápanyagból hidrogént von el molekuláris oxigénben égeti el 1913. WARBURG : sejtlégzést a sejt „oldhatatlan szemcséjéhez” mitokondrium kapcsolta SZENT-GYÖRGYI ALBERT: hidrogénelvonás és oxidáció közötti kapocs az elektronáramlás

KLEILIN: azonosította a citokrómokat MORTON: ubikinon felfedezése ATP jelentőségének elismerése LEHNINGER és GREEN (’40-es évek): terminális oxidáció a mitokondriumban játszódik le TERMINÁLIS OXIDÁCIÓ 2 része: 1. hidrogéntranszport (oxidoreduktáz koenzimek között) 2. elektronáramlás ( citokrómokon keresztül)

TÁPANYAGOK HIDROGÉNJEI I. NADH + H+, FADH2 DEHIDROGENÁZOK UBIKINON (Co-Q) ELEKTRONSZÁLLÍTÓK (CITOKRÓMOK) II. OXIDÁZOK 2H + ½ O2 H2O + ENERGIA

Enzimrendszer a mitokondrium belső memránjában Az elektronok átadásának sorrendje szabályozott: Szubsztráthidrogént flavinenzimek veszik át  DEHIDROGENÁZOK, koenzimekkel működnek (FP1-FP5 flavoprotein-enzimek) Szubszrátok hidrogénje (NADH, FADH2 szállítja oxigén dehidrogenázok elektronszállítók oxidázok

Flavoprotein-enzimek: a) FP1 : NADH-dehidrogenáz (FMN koenzimmel működik) b) FP2: szukcinát-dehidrogenáz (citrátkör) c) FP3: acetil-CoA-dehidrogenáz (-oxidáció) d) FP4: glicerin-foszfát-dehidrogenáz e) FP5: dihidrolipoil-dehidrogenáz (piruvát oxidatív dekarboxileződése) f) FP6: dihidrolipoil-dehidrogenáz (-ketoglutarát oxidatív dekarboxileződése)

Vas-kén fehérje

Az enzimek a hidrogént „vas-kén” fehérjéknek adják át VAS-KÉN CENTRUM Komplexeket alkotnak: I. komplex: NADH hidrogénjei az FP1 által a vastartalmú fehérjékre tevődnek II. komplex: szukcinát-dehidrogenáz és vas-kén fehérjék III. komplex: citokróm (b-c1), vas-kén fehérje IV. komplex: citokróm (a+a3), oxigén Citokróm-a3 megköti az oxigénmolekulát,( 4 elektron oxidionná alakítja az oxigénatomot) O2- + 2 H+ H2O

Elektrontranszport-lánc

II. és III. komplex között KOENZIM-Q v. UBIKINON proton a közegbe kerül, az elektront a citokrómok szállítják tovább Kettéválik a hidrogénáramlás

Légzési lánc I. Flavoproteinek (FP1)-flevoenzimek(FMN) Fe-S (1-4) Cit-b ; (Fe-S)7 ; cit-c1 Cit-a ; cit-a3

Flavoproteinek beépülnek a membránba Co-Q a lipid kettősréteg zsírsav oldalláncaiba kapaszkodik cit-b, cit-a integráns fehérjék cit-c periférikus fehérje

OXIDATÍV FOSZFORILÁCIÓ Terminális oxidáció célja: szubsztrát-hidrogének elégetésével energiaszolgáltatás Az energia a párhuzamosan zajló oxidatív foszforiláció során raktározódik ATP-ben ADP + Pi ATP + H2O P/O hányadost v. P/O arányt igazolták ~ 3 P/O = beépített szervetlen foszfátcsoportok száma fogyott oxigénatom száma

A terminális oxidáció nettó egyenlete: NADH + H+ + ½ O2 NAD+ + H2O ΔG0 = -221 kJ Az oxidatív foszforilációban 3 ATP keletkezik: 3 ADP + 3 Pi 3 ATP + 3 H2O ΔG0 = + 92,5 kJ 41% konzerválódik ATP-ben

ATP képződéséhez legalább 30,5 kJ energia szükséges ( ~ 0,16 V redoxpotenciál változás) 3 helyen: ATP molekula képződése: 1.NADH [flavoprotein-ubikinon] folyamat során 2. citokróm-b  citokróm-c átmenet során 3. citokróm (a + a3)  ½ O2 átmenet ENERGIAKONZERVÁLÓ HELYEK

Az energiakapcsolás mechanizmusa KONFORMÁCIÓS MODELL - nagy ADP koncentráció a mitokondrium belső mátrixát összezsugorítja  térfogata fele lesz KONDENZÁLT ÁLLAPOT - a nyugalmi (ortodox) állapothoz képest nő az ADP + Pi  ATP átalakulás - feltételezés: membránkonformáció változik a szabadentalpia csökkenés hatására  aktiválódnak  aktiválási energia kedvez a foszfátcsoport beépülésének

b) KÉMIAI KAPCSOLÁS ELMÉLETE: - INTERMEDIEREK a terminális oxidáció és az oxidatív foszforiláció között „felfogják” a felszabadult energiát és „továbbítják” - a terminális oxidáció energiája az intermedierbe szervetlen foszfátot épít be, ami az ADP-nek továbbítódik red1 + ox2 red2 + ox1 INTERMEDIER-Pi  INTERMEDIER+ATP INTERMEDIER Pi

c) KEMIOZMOTIKUS HIPOTÉZIS - az elektrontranszport-lánc működése során szabadentalpia –csökkenés energiája hidrogéntranszportot is végez protongrádiens a mitokondrium belső membránjának két oldala között energiája szolgál az ATP képződésére - H+ felvétele a membrán belső, leadása a külső oldalon - energiakonzerváló helyen 2 H+ jut át - grádiens megszűnése: a H+ ATP-áz segítségével visszajut a mit.belsejébe ADP foszforileződés ATP képződés

Oxidatív foszforilációt befolyásoló anyagok Minden vegyület, effektus befolyásol, mely megváltoztatja a membrán szerkezetét ATP-szintetázról leválasztjuk a F1-fejecskét oxidatív foszforiláció leáll, légzési lánc folytatódik F1-fejecske nélkül ATP nem képződik kapcsolófaktor SZÉTKAPCSOLÓSZEREK: terminális oxidációt és oxidatív foszforilációt választják el

Szétkapcsolószerek Zsíroldékony, aromás gyenge savak Elektrontranszportot nem befolyásolja, de foszforiláció nem történik Hatása: protonokat juttat át a mitokondrium membránján nem alakul ki a megfelelő grádiens az ATP képződéshez

A terminális oxidációra ható vegyületek elektrontranszportot gátlók: F-, CN-, CO, H2S szétkapcsolószerek OH OH O NO2 NO2 NH C CH3 NO2 NO2 2,4-dinitro-fenol szalicil-anilid 2,4-dinitro-m-krezol

Ionofórok Hatása analóg a szétkapcsolószerekével Kationnal speciális komplexet képeznek, mely áthatol a membránon A légzési lánc ezeket a komplexeket transzportálja Pl: antibiotikumok ( valinomicin, gramicidin)

Mechanizmusuk eltérő gramicidin csatornaképző valinomicin hordozó oligomicin ATP-szintetáz működését akadályozza elektrontranszport működik, ATP képződik

MITOKONDRIÁLIS MEMBRÁNTRANSZPORT glikolízis a citoplazmában, citrátkör a mitokondriumban, terminális oxidáció és oxidatív foszforiláció a mit.belső membránjában A mitokondrium külső membránja majdnem szemipermeábilis, a belső csak kisebb molekulák számára átjárható TRANSZLOKÁZOK oda-vissza szállítanak (ATP-transzlokáz) Egyirányú szállítás KARNITIN

Redoxingák A redukált NAD+ koenzimnek aerob oxidációhoz a mitokondriumba kell jutnia Speciális rendszer segítségével történik, mivel nem diffundál REDOXINGÁK

GLICERIN-FOSZFÁT – DIHIDROXIACETON-FOSZFÁT INGA CH2 - OH C = O CH2- O- P CH2 - OH C = O CH2- O- P CHO HO-C - H CH2- O- P Dihidroxiaceton-foszfát Glicerinaldehid-3-P FADH2 NADH + H+ FAD NAD+ CH2 - OH H - C - OH CH2- O- P CH2 - OH H - C - OH CH2- O- P Glicerin-1-foszfát mitokondrium citoszol

MALÁT-OXÁLACETÁT INGA

MALÁT-IZOCITRÁT INGA CITOSZOL MITOKONDRIUM COO- CH - OH CH2-COO- MALÁT NADP+ CO2 NADP+ NAD+ NADPH+H+ CH2 – COO- CH2 O = C COO- Transz-hidrogenáz NADPH+H+ CO2 NADH+H+ - KETO GLUTARÁT - KETO GLUTARÁT GLUTAMÁT GLUTAMÁT

GLIKOLÍZIS AEROB OXIDÁCIÓJÁNAK ENERGIAMÉRLEGE anaerob glikolízis : 2 NADH 2 · 3 = 6 ATP 2 ATP 2 ATP piruvát  acetil-CoA átalakulás: 2 NADH 2 · 3 = 6 ATP citromsavciklus: 2 · 3 NADH 6· 3 =18 ATP 2 · 1 FADH2 2 · 2 = 4 ATP 2 · 1 GTP 2 · 1 = 2 ATP 38 ATP glicerin-foszfát inga 2 ATP veszteség - 2 ATP 1098 kJ 36 · 30,5 kJ 36 ATP