ביוכימיה 3 Flashcards
תפקוד המיטוכונדריה
?איך מתרחש פיזור המיטוכונדריה
?NADH מקורות
אחראית על :יצור אנרגיה , טרמוגנזה , יצירת סטרואידים ואפופטוזיס
פיזור המיטוכונדריה משתנה בין רקמה לרקמה .ברקמות שבהן ישנה צריכה מטבולית גבוה כגון מוח , שריר שריר הלב ועין יהיו בעלי מאות ואלפי מוטוכונדריה בתא אחד
בתאים אלו המבנה המיטוכונדריה גם מעט יותר צפופה ויש לכל מיטוכונדריה יותר קריסטה
: NADH מקורות
PDH פעילות האנזים
פעילות אנזימי מעגל קרבס
חמצון חומצות שומן
חמצון חומצות אמינו
?כמה חלבונים יש במיטוכונדריה
במיטוכונדריה הינוקית ישנם 1100 חלבונים פעילים, מתוכם כ300- בעלי תפקיד שאינו ידוע
? אחת NADH כמה פרוטונים מפומפמים עבור מולקולת
?כמה פרוטונים צריך לפמפם כידי לחזר חמצן אוטמוספרי
שתי אלקטרונים שיעברו בקומפלקס 1 פלוס 2 אלקטרונים : NADH עבור מולקולת
שיעברו בקומפלקס 3 ואז 4
מבחינת פרוטונים 4 פרוטונים יופמפמו בקומפלקס 1 ו 3 ו_-2 פרוטונים_ יפמפמו על
קומפלקס 4
NADH סה”כ 10 פרוטונים יעברו לתווך הבינממבראנלי עבור מולקולת
NADH עבור חיזור מלא של חמצן אוטמוספרי צריך 4 אלקטרונים זאת אומרת 2
זאת אומרת סה”כ יפומפמו 20 פרוטונים
? איך פלאבין קשור לשרשרת מעבר אלקטרונים
FMN קומפלקס 1 מכיל בתוכו
FAD קומפלקס 2 מכיל בתוכו
גליצרול-3-פוספאט דה הידרוגנאז
פלאבין- מקבלת 2 אלקטרונים אך מוסרת אותם אחד אחד ולכן יכולה לשמש כמתווכת לבין יוביקווינון NADH בין
פלאבין איננה קבוצה העומדת בפני עצמה אלה כמעט תמיד מצויה כחלק מחלבון
הקישור לחלבון הוא מאוד צמוד ולעיתים אף קולנטי
פוטנציאל החיזור של פלאבין לא קבוע בניגוד לניקוטין אלה תלוי בקונטקסט החלבוני בו הוא נמצא
FMN,FAD :מול שהם פלאבין הם
יוביקווינון
יוביקווינון בגרסה המחומצנת – מולקולה קטנה וליפידית, הדומה מאד לפלסטוקוינון
הצמחית או ל-מנאקווינון החיידקית
?מה את יודע על ציטוכרומים
HEME ציטוכורומים – חלבונים המכילים קבוצות
A,B,C ישנם שלושה סוגים של ציטוכרומים במיטוכונדריה
כל אחד מהסוגים מציג בליעת אור מקסימאלית באורך גל אחר
כמו-כן הצבע של הציטוכורום משתנה בהתאם למצבי חמצון החיזור של הברזל
קשורות לחלבון באופן הדוק אך לא קולנטי B ושל A של HEME קבוצות ה
הקשר הוא קולנטי דרך חומצה אמינית ציסטאין C ואילו בציטוכורום
פוטנציאל החיזור של הברזל משתנה בהתאם לקונטקסט החלבוני ולכן כל אחד
אחר REDOX מהסוגים הינו בעל פוטנציאל
HEME שימו לב שקבוצות
כמו כל הקבוצות של הברזל יכולות לקבל אלקטרון בודד. לא מעט חלבונים בשרשרת מעבר האלקטרונים הם ציטוכורומים
B קומפלקס 3-מכיל ציטוכרום
שהם אינטגרליים בממברנה הפנימית של C ישנם ציטוכרומים מסוג -C ציטוכרום
עצמו מצוי בתווך הבינממבראנליC המיטוכונדריה למשל בקומפלקס 3 אך ציטוכרום
מסיס ונצמד לממברנה פנימית מצידה החיצונה בעזרת אינטראקציות אלקטרוסטטיות
a3 ואת a קומפלקס 4 -מכיל את ציטוכרום
צברי ברגז גופרית
צברי ברזל גופרית – יכולים להיות אינ-אורגניים לחלוטין או כחלק ממולקולות אורגניות
על ידי קשרי קורדינציה עם שיירי ציסטאין
כל ברזל יודע להעביר אלקטרון אחד בלבד. חשוב לומר שצברים אלו מצויים בתוך קומפלקסים חלבונים
Rieske iron sulfor protein חלבונים אלו קרויים
לפחות שמונה חלבונים כאלו מתפקדים בשרשרת מעבר האלקטרונים במיטכונדריה
משתנה בהתאם למיקרו סביבה Redox גם במקרה זה פוטנציאל ה
(השרשת הפוליפפטידית) ונע בין -0.65 וולט ל+0.45 וולט
?הם אותם ערכים בתנאים סטנדרטיים ולא סטנדרטיים Redox האם ערכי
סטנדרטיים Redox בטבלה 19-2 תוכלו למצוא ערכי
שימו לב שהערכים שונים מאלו של התא מאחר ובתא התנאים אינם סטנדרטיים
מאחר והריכוזים של הגרסאות המחומצנות והמחוזרות אינם אחת מולאר
על מנת להתחיל לחקור את הקומפלקסים השונים, תחילה יש להפרידם אחד מהשני
?איך מתבעצץ ההפרדה
שלב 1:דיגיטונין – זהו דיטרגנט המשמש לפירוק של הממברנה החיצונית של המיטוכונדריה
osmotic rupture שלב 2: שימוש בטכניקות של
מאפשר לשבור את הממברנה הפנימית למקטעים
שלב 3:הפרדה של הקומפלקסים נעשית על ידי שימוש בדטרגנט נוסף שלאחריו Ionexchange משתמשים בכרומוטוגרפיית
ההפרדה נעשית על פיפרמטרים חשמליים של הקומפלקסים
ATP synthase קומפלקס
שלעיתים מכונה גם קומפלקס ,5 לאחר ההפרדה הזו הוא חסר פעילות סינתזה של
ולא מייצרATP קרי הוא מפרק ATP ודווקא בעל פעילות של הידרוליזה של ATP
?מה כולל קומפלקס 1
?למה משמש הפלאבין
קומפלקס 1 מכיל:
42 שרשראות פוליפפטידיות
מהמטריקס NADH חלבון פלאביני המחמצן את
הפלאבין משמש לפיצול אלקטרונים בשני מסלולים פנימיים של צברי ברזל גופרית
כך שיוביקווינון יוכל לקבל אותם אחד אחד ולהפוך לסמי-קווינון ואז ליוביקווינול.
?מי מעקב את מעקב קומפלקס 1
אמיטאל -חומר ממשפחת הברביטוראטים
רוטנון-מדביר חרקים שמופק מצמחים
אנטיביוטיקה- A פיריצידין
כל השלושה מעקבים את המעבר של האלקטרונים ממרכזי ברזל גופרית ליוביקוינון
?מה מכיל קומפלקס 2
קומפלקס 2 מכיל מרכז פלאביני המפצל את האלקטרונים לשני מסלולי בצברי ברזל גופרית.
האלקטרונים מגיעים ליוביקווינון שהופך לסמי-קווינון ואז ליבוקווינול.
מבנה
4 שרשראות פוליפפטידיות
5 קבוצות פרוסטטיות משני סוגים
הינם חלבונים אינטגראלים , כל אחד עם 3 הליקסים חוצי D ו C יחידות
ממברנה
סנדוויץ ביניהם-heme b יחידה
קושרת שתי מולקולות של הפוספוליפיד פוספטידיל אתנול אמין -D יחידה
מכילה שלושה מרכזי ברזל גופרית A יחידה
FAD אתר קישור ל B יחידה
ואתר קישור לסוקסינאט - הסובסטראט של הקומפקלס, וכן אתר קישור ליוביקווינון
b שימו לב שיש בקומפלקס 2 את ציטוכרום
שככה”נ איננו חלק מהדרך הישירה להעברת אלקטרונים
אלא מונע זליגה של אלקטרונים מחוץ למערכת, דבר שעלול היה לגרום להופעה
של רדיקלים חופשיים של חמצן
מאחר ורדיקלים חופשיים של חמצן הם אחד הגורמים המובילים לגידולים, בני או Heme b אדם עם מוטציה בקומפלקס 2 סמוך לקבוצת ה
באתר הקישון לקווינון, סובלים ממחלה תורשתית הקרויה פרא-גנגיליומה אשר CAROTID BODY מובילה להופעת גידולים שפירים באיבר קטן הקרוי
שתפקידו לחוש את רמת החמצן בדם - גידולים הנגרמים עכב הרס מוגבר של
הרקמה בעקבות עלייה ברדיקלים החופשיים של חמצן
?פרט על קומפלקס 3
היחידה הפונקציאונלית בקומפלקס 3 הינה דימר bc1 נקראת גם ציטוכרום
b של ציטוכרום
המאפשר תנועה של גם תנועה של יוביקווינון בין שני עלעלי הממברנה הפנימית
מבנה – דימר המורכב משתי יחידות – כל יחיד מורכבת מ 11 תת יחידות
B הליבה הפעילה של כל מונומר מוכבת מ 3 תת יחידות –ציטוכרום
bL ו bH הקרויות Heme עם 2 קבוצות
1C שהיו בעל שני מרכזי ברזל גופרית וציטוכרוםReiske חלבון ברזל גופרית על שם
הם אתרי קישור של יוביקווינוןכל אחד מיהם מצוי עלך עלעל QN ו QP האתרים
זה המטריקס - N אחר של הממברנה
צד הציטוזולי P ו
כל אחד מיהם מהווה אתר עיכוב על ידי תרופה אחרת שחוסמת את תהליך מעבר האלקטרונים
QN ליוביקווינון וזה נעשה באתר BH חוסמת את מעבר האלקטרונים מ -A אנטימיצין
מיקסוטיאזול מונע את מעבר האקטרונים מיוביקווינול לצברי הברזל גופרית המצויים על
מהקבוצות אליהן הוא מוסר או מהן הוא מקבל אלקטרון reiske גבי חלבון
קומפלקס 3 מקבל את האלקטרונים מיוביקווינול__– שני האלקטרונים הולכים לשני מסלולים נפרדים
המסיס C ומשם לציטוכרום C1 מסלול “עליון” דרך צברי ברזל גופרית אל ציטוכורום
שמצוי כאמו בתווך הבין ממברנאלי
BH ומשם לציטוכרום BL מסלול “תחתון” דרך ציטוכורום דרך ציטוכורום
ומשם ליוביקווינון נוסף הממתין בתוך הקומפלקס ומומר להיות סמי-קווינון
על מנת לסיים את התהליך יש צורך במחזור נוסף
C ומשם לציטוכרום C1 מסלול “עליון” דרך צברי ברזל גופרית אל ציטוכורום
המסיס (שמצוי בתווך הבין ממבראנלי)כ
ומשם לסמי קווינון BH ומשם לציטוכרום BL מסלול “תחתון” דרך ציטוכורום
מהמחזור הקודם שמומר להיות יוביקווינול
קומפלקס 3 שואב פרוטון על כל אלקטרון שעבר
C קומפלקס 4 מקבל אלקטרון בודד מציטוכרום
ומשם a ומשם לצטכרום a3 מחוזר אשר נע בתוך החלבון בין צברי נחושת וציטוכרום
.לחמצן אטמוספרי
C יש צורך ב 4 אלקטרונים, כלומר ב 4 מולקולות מחוזרות של ציטוכורום
על כל אלקטרון, קומפלקס 4 שואב פרוטון אחד מהמטריקס אל התווך הבין ממברנאל
CytC–>CuA–>HemeA–>CuB-heme A3–>O
13
תת יחידות 204 קילודלתון
Mitochondrial Subunint 2
של שני ציסטאינים SH בקומפלקס עם קבוצת טיול CuA מכילה 2 יוני נחושת
במרכז “בי-נוקלארי
a ו a3 Heme מכילה שתי קבוצות Subunit 1 ב
Cu-b ועוד יון נחושת
מהווים מרכז בינולקיארי אשר מעביר אלקטרונים CuB והיון Heme a3 קבוצת
Heme a3 לחמצן אטמוספרי הקשור ל a מציטוכרום
?רפירזום למה נחוץ
רספירזום: במחקרים רבים שנערכים על מיטוכונדריה לא מפורקת, נמצא כי הקומפלקסים עליהם למדנו בנפרד נוטים במצבים מסויימים להתאגד למגה-קומפלקס כך שהם צמודים יותר אחד לשני
הרספירזום תורם לשרשרת מעבר האלקטרונים בכך שהוא מונע זליגה של אלקטרונים החוצה מהמערכת כמו גם מגביר את ההסתברות למפגשים פוריים בין הסובסטראטים השונים – מה שמעלה את קצב שרשרת מעבר האלקטרונים
נמצאו 2 גורמים המביאים את הקומפלקסים להתאגדות שכזו
HIF פקטור
עליו כבר דיברנו רבות – משתחרר בזמן היפוקסיה ובעצם חיוני ליצירת רספירזום ולהגברת האפקטיביות של שרשרת מעבר האלקטרונים במצבי חוסר חמצן הוא עושה זאת על ידי שינוי המרכיבים של קומפלקס .4
diphosphtydil-glycerol 2 קרדיוליפין
לפיד ייחודי של הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה. תפקידו לא לגמרי ברור, אך בהוצאתו החוצה או במוטציות המונעות ייצור של קרדיו-ליפין, לא ניתן לצפות ברספירזום. בדרך מסויימת הוא מגביר את האפיניות בין מרכיבי הרספירזום.
?למה מצטברים רדיקלים חופשיים
?מיהם הרדיקלים של חמצן שמצטברים
הצטברות רדיקלים חופשיים של חמצן היא מצב נפוץ במיטוכונדריה הגורם נזק לדנ”א
הופעת הרדיקלים מוגברת כאשר קצב העברת האלקטרונים אל השרשרת גבוה מקצב
NADH העברת האלקטרונים בתוך השרשרת, מצב המתרחש כאשר יש עלייה בריכוז של
על מנת להילחם בכך על המיטוכונדריה להשתמש בכוח מחזר ייחודי, עליו נדבר עוד NADPH בהמשך
שלושה רדיקלים של חמצן
superoxide radical , hydrogen peroxide , hydroxyl free radical
?בכמות גבוהה לסילוק רדיקלים חופשיים של חמצן NADPH כיצד המיטוכונדריה יוצרת
?מה קורה כאשר אנחנו לא מצליחים לסלק רדיקלים חופשיים בצורה יעילה
התשובה נעוצה באנזים ממברנאלי בשם ניקוטין-נוקלאוטיד-טראנס-דה-הידרוגנאז
כך שבעצם אלקטרונים מועברים מ NADP+ וחיזור של NADH אשר מזרז חמצון של
.NADPH ל NADH
שנוצר במטריקס משמש לחיזור של מולקולה חיונית NADPH -ה
לסילוק רדיקלים חופשיים של חמצן בשם גלוטטיון ,והאנזים האחראי לזרז את Gluthatione reductase הריאקציה שמו
יש איזו-אנזים בציטוזול, עליו נדבר בהשמך
גלוטטיון הוא בעצם טרי-פפטיד המכיל ציסטאין, כאשר במצבו המחומצן הוא
לעוד מולקולה גלוטטיון SS מחובר בקשר
NADPH כאשר האנזים גלוטטיון רדוקטאז מזרז את העברת האלקטרונים מ
לגלוטטיון הוא הופך ל-2 גלוטטיון מחוזר
ובעצם יכול לחזר בהמשך רדיקלים חופשיים של חמצן
האנזים שמזרז העברת אלקטרונים מגלוטטיון מחוזר אל מולקולת פרוקסיד
H2O2
Gluthaione peroxidase והפיכתה למים קרוי
גלוטטיון מחוזר משמש גם להעברת אלקטרונים לחלבונים הקשורים למצבי סטרס חמצני ומשפעל אותם על ידי חיזור של קשרים די-סולפידים.
המצב גורם לנזק מיטוכונדריאלי אשר נמצא כבסיס למחלות רבות בהן
אי ספיקת לב
סוגים מסוימים ונדירים של סוכרת
מחלות שעוברות בהורשה אמהית )הכוללת פגיעה בתפקוד שריר ונוירונים)
?מנגנון הצמח מהו
הינם צמחים שלהם יש פרחים קטנטנים המסודרים במבנה Arcea צמחי
Spadix זקוף הקרוי
אשר מפריש לפני תקופת האבקה ריחות של בשר המושכים חרקים
גם יודע להתחמם לטמפרטורה spadix ה
שהיא בין 20 ל 40 מעלות צלזוס גבוהה יותר מהטמפרטורה המקורית של הצמח
חימום אשר מאפשר לאדות ולהפיץ את הריחות למרחקים ולמשוך חרקים
?spadix כיצד מצליחים הצמחים לחמם את ה
התשובה נעוצה במיטוכונדריה של צמחים וגם של פטריות ושל יוקריוטים חד תאיים יכולה לקיים מסלול מעבר אלקטרונים בדיוק כו בתאים אנימלאים
יכולה לקיים מסלול מעבר אלקטרונים בדיוק כמו בתאים אנימלאים
אך יכולה לעשות זאת גם בדרך אלטרנטיבית במטרה ליצר חום על ידי שלושה קומפלקסים
NADH מהם השאטלים המעבירים אלקטרונים של
NADH שאטל ראשון שאטל גליצרול 3 פוספאט תמונה שמאלית. מולקולת
מהציטוזול מוסרת את האלקטרונים לדי-הידרוקסי-אצטון-פוספאט שהופך להיות גליצרול 3 פוספט
האנזים המזרז את הריאקציה נקרא גליצרול-3-פוספאט-דה-הידרוגנאז
ATP שאטל גליצרול 3 פוספט מניב 1.5
שאטל זה קיים בעיקר בשריר שלד ובמוח
שאטל שני: מלאט אספרטאט
בציטוזול מועברים למולקולה אוקסלו-אצטאט שהופכת NADH האלקטרונים
להיות מלאט . מלאט נכנסת למיטוכונדריה כשהיא מוחלפת בחומצה האמינית גלוטמאט שיוצאת החוצה מהמיטוכונדריה באנטי-פורט
לאחר שמלאט נכנסה למיטוכונדריה היא מצטרפת למעגל קרבס ומוסרת אלקטרונים ל
בעזרת האנזים מלאט-דה-הידרוגנאז +NAD
ATP יחושב כ 2.5 NADH בשאטל זה
שאטל זה קיים בעיקר בכבד, בכליה ובשריר הלב
שאטל זה מצומד לתהליכים הקשורים לחמצון חומצות אמינו ומעגל האוראה
ATP Synthase ממה מורכב
?
שייך לקומפלקס -ATP Synthase
:הקומפלקס מורכב מ
F0
מרכיב נעוץ בממרנה הפנימית של המיטוכונדריה ומשמש כתעלת פרוטונים
b שתי יחידות a היחידה מורכבת מתת יחידה
c ומספר משתנה של יחידות
הפרוטונים עוברים על ידי קישור לחומצה אמינית אספרטאט/גלוטמאט המצוית
של התעלה C ביחידות
F1 תת היחידה גמא מסתובבת כתלות המפל הפרוטונים ומסובבת את המרכיב
בשמרים שזה המודל שלנו יש 10 C ישנן בין 8 ל 15 יחידות
זוהי תת יחידה קטנה והידרופובית, המורכבת כמעט לחלוטין משני הליקסים טראנסממברנאלים
מכילה מספר הליקסים הידרופוביים ויוצרת -a תת יחידה
C אסוציאציה עם אחת מתתי יחידות
מחזיקה בעזרת תת היחידה דלטא את הקומפלקס של b2 תת היחידה
ומכריחה אותו להישאר סטאטי ביחס לממברנה F1
מרכיב המצוי במטריקס של המיטוכונדריה ומשמש כאנזים היוצר -F1 מרכיב
כאשר מבודדים את המרכיב הזה בלבד , ללא מרכיבים אחרים הוא ATP
F1-ATPase ולכן נקרא ATP דווקא מבצע הידרוליזה של
חלק זה של הקומפלקס מורכב מ3 יחידות חוזרניות של אלפא-בטא ותת יחידה
גמא
. F1 ל F0 תת יחידה גמא נמצא במרכז ועוברת בין
מרכיב נוסף של תת יחידה גמא נמצא באסוציאצייה עם אחת מיחידות בטא
כל פעם יחידה אחרת
יון מגנזיום חיובי לצורך ייצוב מצב המעבר
תת היחידה בטא, בה מצוי האתר הפעיל, יכולה לקבל 3 קונפרמציות שונות – אודות לסיבוב של תת היחידה גמא
.
זאת אומרת שבכל קומפלקס בכל רגע נתון
, כל אחת מתת יחידות בטא אומנם זהה לשנייה, אך “לובשת” קונפרמציה אחרת
, בהתאם לאסוציצייה עם תת יחידה גמא.
ADP קונפרמציות שונות של תת יחידה בטא מאפשרת עוצמת קישור שונה ל
.והשלישית ריקה ATP ואחת קושרת ADP אחת מהן קושרת ATP ו
תת היחידה אפסילון – פועלת ביחד עם תת יחידה גמא במנגנון של “רגל וכף רגל
C כאשר אפסילון יוצרת אינטרקציה עם יחידות ה
מאפשרת החזקה של b2 תת היחידה דלטא – בעזרת
ATP איך מתרחש סיתזת
ATP סינתזת
?ATP ולא 3 ATP מהמטריקס יוצר רק 2.5 NADH מדוע
?יוצא החוצה ATP נכנס למטריקס ו ADP כיצד
ATP SYNTHASE כמו שהיה מתבקש מסיבוב שלם של
הסיבה היא שחלק מן הפרוטונים חיוניים על מנת להכניס בסימפורט את הפוספאט אינאורגני
הסימפורט קרוי פוספאט-טראנסלוקאז.
הכוח המניע – גרדיאנט הפרוטונים.
אל תווך הבין ממראנלי ומכניס ATP כאן יש לנו אנטי-פורטר המוציא
אל תוך המטריקס ADP
והכנסה של 3 מטענים ATP הכוח המניע – הוצאה של 4 מטענים שליליים מהמטריקס
למטריקס ADP
מכאן שיש אבדן של מטען חשמלי שלילי במטריקס – וזה מצב
יציב יותר תרמודינמית כיוון שהמטריקס עצמו טעון שלילית
? Cytochrome oxidase מי מעכב את קומפלקס 4
?Cytochrome c1 ל Cytochrome b מי מעקב מעבר מ
?מי מעקב מעבר מצברי ברזל גופריץ ליוביקווינון
Cyanid , Carbon Monoxide: שאלה 1
Antimycin A :שאלה 2
Myxothiazol , Rotenone , Amytal, Piericidin A :שאלה 3
ואלינומיצין – פותח תעלת אשלגן ובעצם גורם לאשלגן שריכוזו גבוה בתווך הבין ממברנאלי לנוע אל המטריקס, טוען אותו במטען חשמלי חיובי ובעצם מונע אתמעבר הפרוטונים בחזרה אל המטריקס
בקרה על הזרחון החמצני
מאחר והוא מקבל פוספט ADP הכוונה פה היא ל -Acceptor Control
צריכת החמצן עולה לפחות פי 10 מהרמה הבזאלית
כאשר צריכת האנרגיה התאית עולה , למשל בזמן סינתזה חלבונים -Mass-action
יורד ATP/ADP+Pi ופוספט לכן היחס בין ADP נשבר ל ATP יותר
כאשר היחס יורד זה מגביר את השרשרת מעבר האלקטרונים
יכול לפתקד גם ATP Synthase כבר נתקלנו בכך ש IF1 החלבון המעכב
ולשאיבת פרוטונים ATP כמכשיר לפירוק
כאשר התא היפוקסי , לדוגמא בזמן התקף לב, קצב העברת האלקטרונים לחמצן מאט וכתוצאה מכך גרדיאנט הפרוטונים נהרס
ולשאוב ATP עלול לעבוד לכיוון ההפוך לפרק ATP Synthase בתנאים אלה
פרוטונים מהמטריקס אל התווך הבין ממבראנלי
ATP דבר שיחמיר משמעותית את המצב מאחר ולא רק שמפסיקים ליצר
אלה גם מפרקים אותו
נקשר באופן סימולטני ל-2 IF1 על מנת לפתור את הבעיה, החלבון המעכב
שלהם ATPase ומעכב את פעילות ATP synthase קומפלקסים של
