Upload
talmai
View
142
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Dýchací řetězce. 4.ročník biochemie. Téma. * Dýchací řetězce MTCH a baktérií * DŘ Mtch více než 20 přenašečů e - * multipeptidové komplexy I, III, IV * známa sekvence a struktura * DŘ patří mezi transportní řetězce elektronů - další: fotorespirace, detoxifikace, syntézy - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Dýchací řetězce
4.ročník biochemie
Téma
* Dýchací řetězce MTCH a baktérií* DŘ Mtch více než 20 přenašečů e-
* multipeptidové komplexy I, III, IV* známa sekvence a struktura
* DŘ patří mezi transportní řetězce elektronů- další: fotorespirace, detoxifikace, syntézy- lineární řetězce v membránách - až 80 Å !!
Komponenty DŘ
Přenos e- NAD+/NADH na 02/H20- rozsah redox potenciálu 1,1 V- reverzibilita reakcí – obecně Eh Em
Dehydrogenasy s Em 0 mV TD vyloučena redukce NAD+
sukcinát DHs,n-glycerolfosfát DHETF-ubichinone oxidoreduktasa- přenos e- do DŘ při potenciálu blízkém 0 mV- vyžaduje vazbu na membrány
Proč „komplexy“ – rozpad membrán při použití detergentu
- někdy komplex V = ATP syntáza- rekonstituční experimenty
Dehydrogenasy
Sulfit oxidasa
Komponenty DŘ
1)Flavoproteiny – prostetická skupina FAD, FMN (2H+, 2e-)
2) Cytochromy – porfyrin (1e-)
3) Fe-S proteiny – nehemové železo (1e-)
4) Ubichinone („koenzym Q“ ) – volný, rozp. v tucích (2H+, 2e-)
5) Proteinově vázaná měď – Cu 2+ / Cu+
Klasifikace cytochromů
Cytochromy – podle porfyrinové složky
Cyt b – jako HbCyt c – hem kovalentně vázán 2 Cys skupinami
Cyt a – modifikace cyt ba) farnesylová (C15) skupina místo vinylovéb) metyl na C8 nahrazen formylovým zbytkem
Bakteriální cytochromy: celé řada typůcyt d, d1cyt o – něco mezi cyt a a cyt b (má farnesyl x nemá formyl)
Mechanismus přenosu elektronů
Přenos e- na vzdálenost až 14 Å ~ „tunelování“ - Kvantová mechanika: určitá pravděpodobnost
průchodu vlnové částice energetickou bariérou* důkaz = necitlivost přenosu e- v DŘ na teplotě
Faktory ovlivňující rychlost přenosu v DŘ:a)Vzdálenost mezi donorovým a akceptorovým
centremsnadné pro atomy x obtížně definovatelné pro hem
b) Rozdíl G (redox potenciálů) mezi donorem a akceptorem
c) „reorganizační energie“ – odpověd donoru, akceptoru a prostředí na změny v rozmístění náboje
Vliv vzdálenosti center
Pro jednotlivé kroky přenosu – obvyklá hnací síla ~ 100mV* vzdálenost 3 Å … rychlost 1010 s-1
10 Å .. rychlost 107 s-1
14 Å …rychlost 10-4 s-1
* pro vzdálenost větší než 14 Å … řádově hodiny
* změna konformace a tedy vzdálenosti = regulace toku e-
* správná vzdálenost = správný akceptor
Přenos e- v redoxních centrech
P
endergonní
exergonní
Rhodopseudomonas viridis
Podmínka pro přechodné interakce a přenos e-: - vzdálenost redoxních center < 14 Å
(tj. musí být umístěny relativně na povrchu)
* Příklad: cytochrom c – rychlá laterální difúze v membráně
1) hemová skupina cca 5 Å vzdálenou od povrchu2) blízkost skupiny Lys (13,86,87) – interakce s
partnery3) hem izolován proteinem cca 30 Å
cytochrom c oxidasa - CuA centrum blízko povrchu- nabité skupiny pro interakci se skupinou Lys na
cytochromu c
Přechodné interakce proteinů v DŘ
1)Smyčka (loop) – řada alternujících přenašečů e- a H+
* původní koncept chemiosmotické teorie* přenos náboje dosažen spíše přenosem e- než H+
* funguje u MTCH i bakteriálních systémech
2) Pumpa (pump) – přímý přenos H+ přenašečovými proteiny* redoxní reakce spojená se změnou konformace
proteinu * není limitován stechiometrií H+/e-
* komplex IV, bakteriorhodopsin
- Celková energetika je shodná- Některé systémy fungují spojením obou mechanismů
Mechanismus translokace protonů
Translokace H+ smyčkou Příspěvek H+ k přenosu náboje záleží na hloubce uložení BH2 v membráněHlavní příspěvek k
přenosu náboje je pohyb e- pro redukci C
Translokace H+ pumpou
Přenosu náboje je uskutečňován pouze přenosem H+
P
Model „konformační“ pumpy
příklad: bakteriorhodopsin
Komplex I (NADH-UQ oxidoreduktasa)
„Nejméně“ vyjasněná část DŘ1)Velikost (43 podjednotek, 750kDa ~ velká podjednotka
ribozómu)2)Fe-S centra (vyžadují techniku EPR při nízkých teplotách)
Aktuální poznatky:- stechiometrie 4H+/2e-- modely ze sekvencí bakteriálních proteinů (E.coli – 13
podjednotek)- tvar L (elektronová mikroskopie) – závislý na iontové síle
roztoku- další enzymové funkce (přenašeč acylu, hydroxysteroid
reduktasa)- Fe-S centra v „spojovací“ části nedetekována EPR –
párování spinů
Struktura komplexu I
označení genů z bakteriálního operonu
„flavoproteinová frakce“
inhibitor
„hydrofóbní frakce“Translokace
protonů NuoI ?
Transport e- bez translokace H+
Další 3 enzymy dodávající e- na UQ:
1) Sukcinátdehydrogenasa (komplex II) – napojení TCA cyklus
* jediný membránově vázaný2) ETF – ubichinonoxidoreduktasa
(electron-transferring flavoprotein-ubiquinone oxidoreductase)
* na straně matrix MTCH membrány3) s,n-glycerolfosfátdehydrogenasa
* pouze v některých MTCH vázán na vnější straně membrány* funkčně velmi významný v živočišných buňkách
- všechny Em,7 ~ 0 mV- neúčastní se translokace H+
Sukcinát dehydrogenasa (komplex II)
SDH - 4 proteinové podjednotky s funkční rolí - nejvzdálenější od membrány – kovalentně vázaný FAD- periferální podjednotka – 3 Fe-S centra- 2 membránová podjednotky – 1 hem v „sendviči“
podjednotek
• redukce sukcinátu - celkový přenos náboje nulový• spotřeba p přenosem H+ z P-fáze pro redukci chinonu v membráně
Sukcinátdehydrogenasa (komplex II)
B. subtilis - přenos e- na menachinon
MTCH
- modely na základě bakteriální fumarátreduktasy (obrácená reakce)
hem
hem
Transport e- bez translokace H+
2) ETF – ubichinonoxidoreduktasa- v matrix, obsahuje FAD, Fe-S centrum a vazebné
místo UQ- akceptuje e- z několika flavinových dehydrogenas:
katabolismus FA, AA, cholinu- povrch je schopen „ponořit se“ do membrány
3) s,n-glycerolfosfátdehydrogenasa- P-strana vnitřní MTCH membrány- obsahuje 1 FAD, nejméně 1 Fe-S centrum- v genomu mnoha organismů od kvasinek po člověka
x různé role v bioenergetice podle typu buněk
Ubichinone a komplex III (bc1)
Přenos e- z ubichinolu na cytochrome c:- komplex III (bc1, UQ-cytochrome c oxidoreduktasa)
Redoxní centra:• Rieskeho protein – 2 Fe-S centra (chelace Cys a His)• Podjednotka s 2 hemy b -• Cytochrom c1 – 1 hem
- Globulární polypetidy s hydrofóbní membránovou kotvou- Cytochrome c1 má 8 transmembránových -helixů
Struktura Fe-S center
a) Fe-S centrum se 4 labilními atomy síry
(pouze 1e- redukce)
b) Rieskeho protein:2 komplexy Fe-S s
dvěma His a 2 Cys ligandy
Krok 1: oxidace UQH2 na radikál UQ.-
Redox potenciály Em,7:pár UQH2/UQ: vodný roztok +60mV x aktuální Eh,7 ~ 0mV
pár UQH2 /UQ.- +280mVpár UQ.-/UQ -160mV
Probíhá na vazebném místě Qp – blízko P-straně a Rieskeho komplexu* tvorba radikálu 1e- redukcí energeticky výhodná* radikál stabilní – lze detekovat EPR* za určitých podmínek přímá reakce s O2 - superoxid
Krok 2: redukce UQ na radikál UQ.-
Přenos e- mezi hemy:hem bL -100mVhem bH +50mV x ale pár UQ.-/UQ -160mV ?
• Poloha hemů – na opačné straně membrány s = 150mV• Elektrony při přechodu neztrácejí původní energii (x
rozpojené mitochondrie – dissipace)
Vazebné místo Qn – vysoká afinita k radikálu ve srovnání s UQ* TD umožnuje průběh reakce – 300x násobný rozdíl ve vazebné energii posunuje aktuální redox potenciál UQ.-/UQ do pozitivnější hodnoty
Q-cyklus v MTCH Případ pro vazebné místo na N-straně volné nebo obsazené ubichinonem
Q-cyklus v MTCH Případ pro vazebné místo na N-straně obsazené ubisemichinonovým
radikálemQp – vazebné místo pro UQ
Přenos 1 e- na bL hem
Přenos 1 e- na Rieske p.
Semichinonový radikál
Pohyb globulární domény v ISP
Pokračování příště …