ETZ

Question 1

MİTOKONDRİYAL ELEKTRON TAŞIMA ZİNCİR

Answer 1

ETZ (sitokrom c hariç) iç mitokondriyal membranda bulunur ve
Vücudun farklı yakıtlarından türetilen elektronların oksijene (O2)
aktararak onu H2O’ya indirgediği son ortak yoldu

Question 2

Mitokondriyen matrix ne bulunur

Answer 2

?

Question 3

NADH oluşumu

Answer 3

NAD+
, substratlarından iki hidrojen atomunu ayıran
dehidrojenazlar tarafından NADH’ye indirgenir. Her iki elektron, ancak yalnızca bir
H+ (yani, bir hidrit iyonu [: H−]) NAD+ ‘ya aktarılır, NADH artı serbest bir H+ oluşur

Question 4

NADH dehidrojenaz

Answer 4

Serbest H+ artı NADH tarafından taşınan
hidrit iyonu, iç mitokondriyal membrana gömülü bir protein
kompleksi (Kompleks I) olan NADH dehidrojenaza aktarılır.
Kompleks I, iki hidrojen atomunu (iki elektron + iki H+) kabul eden
ve FMNH2 haline gelen, FAD ile yapısal olarak benzer bir koenzim
olan, sıkı bir şekilde bağlanmış bir flavin mononükleotid (FMN)
molekülüne sahiptir.
NADH dehidrojenaz ayrıca Fe–S merkezlerine sahip peptit alt
birimleri içerir.
Kompleks I’de elektronlar NADH’den FMN’ye, Fe-S merkezlerinin
demirine ve ardından CoQ’ya geçer.
Elektronlar akarken enerji kaybederler. Bu enerji, matriskten zarlar
arası boşluğa, iç mitokondriyal zar boyunca dört H+ pompalamak
için kullanılır.

Question 5

Süksinat dehidrojenaz

Answer 5

Kompleks II’de, süksinat dehidrojenaz ile katalize edilen
süksinat oksidasyonundan elektronlar, koenzim FADH2’den bir Fe–S proteinine ve
ardından CoQ’ya geçer.
(Not: Bu süreçte enerji kaybı olmadığından, Kompleks II’de H+ pompalanmaz.)

Question 6

Koenzim Q:

Answer 6

Ubiquinone olarak da bilinen CoQ, kolesterol sentezinin bir ara
maddesinden yapılan uzun, hidrofobik bir izoprenoid kuyruğu olan bir kinon türevidir.
CoQ bir mobil elektron taşıyıcısıdır ve NADH dehidrojenazdan (Kompleks I), süksinat
dehidrojenazdan (Kompleks II) ve gliserol 3-fosfat dehidrojenaz ve açil CoA
dehidrojenazlar gibi diğer mitokondriyal dehidrojenazlardan elektronları kabul edebilir.
CoQ, elektronları Kompleks III’e (sitokrom bc1) aktarır. Bu nedenle, CoQ’nun bir işlevi,
flavoprotein dehidrojenazları sitokromlara bağlamaktır.

Question 7

Sitokromlar

Answer 7

ETZ’nin geri kalan üyeleri sitokrom proteinleridir.
Her biri bir porfirin halkası artı demir olan bir hem grubu içerir. Hemoglobinin hem
gruplarından farklı olarak, sitokrom demiri, bir alıcı ve elektron vericisi olarak
işlevinin normal bir parçası olarak ferrik (Fe3+) formundan demir ferroz (Fe2+)
formuna tersine çevrilir.
Elektronlar zincir boyunca sitokrom bc1’den (Kompleks III) sitokrom c’ye ve ardından
sitokrom a+ a3’e ([Kompleks IV]) geçirilir.
Elektronlar akarken, Kompleks III’te iç mitokondriyal membranda dört H+ ve
Kompleks IV’te iki H+ pompalanır.
(Not: Sitokrom c, zarlar arası boşlukta bulunur ve iç zarın dış yüzü ile gevşek bir
şekilde ilişkilidir. CoQ ile görüldüğü gibi, sitokrom c bir mobil elektron taşıyıcısıdır.)
Biyoenerjetikler ve Oksidatif Fosforilasyon

Question 8

Sitokrom a+a3:

Answer 8

Bu sitokrom kompleksi (kompleks IV), hem demirin doğrudan O2
ile reaksiyona girebilen uygun bir koordinasyon alanına sahip olduğundan tek
elektron taşıyıcısıdır, buna sitokrom c oksidaz da denir. Kompleks IV’de taşınan
elektronlar, O2 ve serbest H+ bir araya getirilir ve O2, H2O’ya indirgenir.
(Not:
Bir molekül O2’i İki molekül H2O indirgemek için dört elektron gereklidir. Sitokrom c
oksidaz Bu karmaşık reaksiyonun gerçekleşmesi için gerekli olan Cu atomlar içerir.
Elektronlar CuA’dan sitokrom a’ya, sitokrom a3’e (CuB ile birlikte) O2’ye hareket
eder.

Question 9

Bölgeye özgü inhibitörler

Answer 9

: ETZ’de belirli bölgelerin inhibitörleri tanımlanmıştır.
Bu solunum inhibitörleri, zincirin bir bileşenine bağlanarak, oksidasyon-indirgeme
reaksiyonunu bloke ederek elektronların geçişini engeller. Bu nedenle, bloktan
önceki tüm elektron taşıyıcıları tamamen azalırken, bloktan sonra bulunanlar
oksitlenir.
(Not: ETZ’nin inhibisyonu, ATP sentezini inhibe eder çünkü bu işlemler sıkı bir şekilde
birleştirilmiştir.)
ETZ’den elektron sızıntısı, süperoksit (O2
−), hidrojen peroksit (H2O2) ve hidroksil
radikalleri (OH) gibi reaktif oksijen türleri (ROS) üretir.
ROS, DNA ve proteinlere zarar verir ve lipid peroksidasyonuna neden olur.
Süperoksit dismutaz (SOD), katalaz ve glutatyon peroksidaz gibi enzimler, ROS’a
karşı hücresel savunmalardır.

Question 10

Redoks çiftleri: b

Answer 10

bir maddenin oksidasyonuna (elektron kaybı) her
zaman bir ikincisinin indirgenmesi(elektron kazanımı) eşlik eder. Örneğin,
protestetik grubu olan FMN’nin FMNH2’ye indirgenmesiyle birlikte,
Kompleks I’de NADH dehidrojenaz tarafından NADH’nin NAD+ ‘ya
oksidasyonu görülmektedir.
Bu tür redoks reaksiyonları, biri oksidasyon ve diğeri indirgeme olmak
üzere iki ayrı yarı reaksiyonun toplamı olarak yazılabilir.
NAD+ ve NADH, FMN ve FMNH2 gibi bir redoks çifti oluşturur. Redoks
çiftleri elektron kaybetme eğilimlerinde farklılık gösterir. Bu eğilim,
belirli bir redoks çiftinin bir özelliğidir ve kantitatif olarak sabit, Eo
(standart indirgeme potansiyeli) ile, birimi volttur. Biyoenerjetikler ve Oksidatif Fosforilasyon 46

Question 11

Standart indirgeme potansiyeli:

Answer 11

Çeşitli redoks çiftlerinin Eo’ı en
negatif Eo’dan en pozitife doğru sıralanabilir.
Bir redoks çiftinin Eo değeri ne kadar negatif olursa, o çiftin
indirgeyici üyesinin elektron kaybetme eğilimi o kadar büyük olur.
Eo ne kadar pozitifse, o çiftin oksidan üyesinin elektronları kabul
etme eğilimi o kadar büyük olur.
Bu nedenle, elektronlar daha negatif Eo olan çiftten daha pozitif Eo
olana doğru akar.
(Not: zincirin bileşenleri, artan pozitif Eo değerleri sırasına göre
düzenlenmiştir.)

Question 12

ADP’nin ATP’ye Fosforilasyonu

Answer 12

.

Question 13

Kemozmotik hipotez

Kemiosmotik hipotez

Answer 13

ETZ tarafından elektronların
taşınmasıyla üretilen serbest enerjinin ADP+Pi’den ATP üretmek için nasıl kullanıldığını
açıklar

Question 14

proton pompası:

Answer 14

Elektron taşınması, Kompleks I, III ve IV’te matriksten zarlar arası
boşluğa, iç mitokondriyal zar boyunca H+ ‘
nın pompalanmasıyla ADP fosforilasyonuna
bağlanır.
NADH’den O2’ye aktarılan her elektron çifti için 10 H+ pompalanır.
Bu, gösterildiği gibi bir elektrik gradyanı (membranın sitosolik tarafında matriks
tarafına göre daha fazla pozitif yük ile) ve bir pH (kimyasal) gradyanı (membranın
sitozolik tarafı, matris tarafına göre daha düşük bir pH değerindedir) oluşturur.
Bu gradyanların ürettiği enerji (proton motivasyon kuvveti) ATP sentezini yürütmek için
yeterlidir. Bu nedenle, H+ gradyanı, oksidasyonu fosforilasyona bağlayan ortak ara
ürün olarak hizmet eder

Question 15

Oksidatif fosforilasyonda birleştirme

Answer 15

Normal mitokondride ATP sentezi, H+
gradyanı yoluyla elektron taşınmasına bağlanır.
Bir işlemi artırmak (veya azaltmak), diğeri üzerinde aynı etkiye sahiptir. Örneğin,
enerji gerektiren reaksiyonlarda ATP’nin ADP’ye ve Pi’ye hidrolizi, ATP sentaz için
substratların mevcudiyetini arttırır ve böylece enzim boyunca H+ akışını arttırır.
ETZ tarafından elektron taşınması ve H+ pompalanması, H+ gradyanını korumak ve
ATP sentezine izin vermek için artar.

Question 16

Oligomycin

Answer 16

Bu ilaç ATP sentazın Fo’alanına bağlanır («o» harfi bundan kaynaklanır)
H+ kanalını kapatarak ve H+ ‘
nın matrise yeniden girmesini önleyerek, böylece ADP’nin
ATP’ye fosforilasyonunu inhibe eder.
Bu fosforilasyon inhibitörünün mevcudiyetinde pH ve elektrik gradyanları
dağıtılamadığından, aşırı konsantrasyon gradyanına karşı daha fazla H + pompalama
zorluğu nedeniyle elektron taşınması durur.
Hücresel solunumun ADP’yi ATP’ye fosforile etme kabiliyetine olan bu bağımlılığı,
solunum kontrolü olarak bilinir ve bu işlemlerin sıkı bir şekilde bağlanmasının sonucudur.

Question 17

Ayrışan proteinler

Answer 17

Ayrılan proteinler (UCP’ler), insanlar da dahil olmak üzere
memelilerin iç mitokondriyal zarında meydana gelir.
Bu proteinler, enerji ATP olarak yakalanmadan H+ ‘
nın mitokondriyal matrise yeniden
girmesine izin veren kanallar oluşturur.
Enerji ısı olarak açığa çıkar ve bu işleme titretmeyen termojenez denir. Termogenin
olarak da adlandırılan UCP1, memelilerin mitokondri bakımından zengin kahverengi
adipositlerindeki ısı üretiminden sorumludur.
(Not: Soğuk, UCP1 ekspresyonunun katekolamine bağımlı aktivasyonuna neden olur.)
Kahverengi yağda, daha bol olan beyaz yağın aksine, solunumsal enerjinin ∼% 90’ı
bebeklerde soğuğa yanıt olarak termojenez için kullanılır. Bu nedenle, kahverengi yağ
enerji harcamasında yer alırken, beyaz yağ enerji depolamasında rol oynar. (
Not: Yakın zamanda kahverengi yağ depolarının yetişkinlerde mevcut olduğu
gösterilmiştir.)

Question 18

Sentetik ayırıcılar

Answer 18

ADP’nin elektron taşınması ve fosforilasyonu, gradyanı dağıtan iç
mitokondriyal membran boyunca H+ ‘
yı taşıyan bileşikler tarafından da ayrılabilir.
Klasik örnek, mitokondriyal membrandan kolayca yayılan bir lipofilik H+ taşıyıcı
(iyonofor) olan 2,4-dinitrofenoldür.
Bu ayırıcı, elektron taşınmasının, UCP’de olduğu gibi, bir H+ gradyanı oluşturmadan
hızlı bir şekilde ilerlemesine neden olur.
Yine enerji, ATP’yi sentezlemek için kullanılmak yerine ısı olarak salınır.
(Not: Yüksek dozlarda, aspirin ve diğer salisilatlar oksidatif fosforilasyonu ayırarak,
bu ilaçların toksik doz aşımlarına eşlik eden ateşi açıklar.)
Biyoenerjetikler ve Oksidatif Fosforilasyon 63

Question 19

Membran Taşıma Sistemleri

Answer 19

İç mitokondriyal zar, çoğu yüklü veya hidrofilik maddeye karşı geçirgen değildir. Bununla birlikte,
belirli moleküllerin sitozolden mitokondriyal matrise geçişine izin veren çok sayıda taşıma proteini
vardır.
• 1. ATP ve ADP taşınması: İç zar, ADP ve Pi’yi sitozolden (birçok enerji gerektiren reaksiyonda
ATP’nin ADP’ye hidrolize olduğu) ATP’nin yeniden sentezlenebileceği mitokondriye taşımak için özel
taşıyıcılar gerektirir.
• Bir adenin nükleotid antiporter, bir ADP’yi sitosolden matrikse aktarırken, bir ATP’yi matriksten
sitozole aktarır. Bir simporter, Pi ve H+ ‘
yı sitosolden matrikse taşır.

Question 20

İndirgen ajanın taşınması

Answer 20

İç mitokondriyal membranda bir NADH taşıyıcısı yoktur
ve sitozolde üretilen NADH (örneğin glikolizde;) mitokondriyal matrise doğrudan
giremez. Bununla birlikte, NADH’nin indirgen eşdeğerleri, substrat mekikleri
kullanılarak sitozolden matrise taşınır.
Gliserol 3-fosfat mekiğinde iki elektron, sitozolik gliserol 3-fosfat dehidrojenaz
tarafından NADH’den dihidroksiaseton fosfata aktarılır. Üretilen gliserol 3-fosfat,
FAD FADH2’ye indirgenirken mitokondriyal izozim tarafından oksitlenir.
ETZ’nin CoQ’su, FADH2’yi okside eder.
Bu nedenle, gliserol 3-fosfat mekiği, oksitlenen her sitozolik NADH için iki ATP’nin
senteziyle sonuçlanır.
Bu, mitokondriyal matrikste NADH (FADH2 yerine) üreten malat-aspartat mekiği ile
çelişir ve böylece oksaloasetat malata indirgendiğinde malat dehidrojenaz
tarafından oksitlenen her sitozolik NADH için üç ATP verir.
Bir taşıma proteini, malatı mitokondriyal matrikse taşır.

Question 21

Oksidatif Fosforilasyonda Kalıtsal Kusurlar

Answer 21

Oksidatif fosforilasyon için gerekli olan ∼90 polipeptidlerinden on üçü mtDNA
tarafından kodlanır ve mitokondride sentezlenirken, geri kalan proteinler nükleer DNA
tarafından kodlanır, sitozolde sentezlenir ve sonra mitokondriye taşınır.
Oksidatif fosforilasyondaki kusurlar, daha çok, nükleer DNA’nınkinden yaklaşık 10 kat
daha yüksek bir mutasyon oranına sahip olan mtDNA’daki değişikliklerin bir sonucudur.
Yüksek ATP gereksinimi olan dokulardaki hücreler arasında beyin, sinirler, retina, iskelet
ve kalp kasındakiler bulunur ve karaciğer özellikle savunmasızdır.

Question 22

Mitokondri ve apoptoz

Answer 22

Apoptoz veya programlanmış hücre ölümü süreci, hücre içindeki onarılamaz hasara
yanıt olarak içsel veya mitokondriyal aracılı yolla başlatılabilir. Bu işlem sırasında,
kanal proteinleri (Bax veya Bak) dış mitokondriyal membrana eklenir ve sitokrom
c’nin membranlar arası boşluktan çıkıp sitozole girmesine izin verir.
Orada, sitokrom c, proapoptotik faktörlerle birlikte, apoptozom adı verilen bir yapı
oluşturmak için, daha sonra bir proteolitik enzimler ailesini (kaspazlar) aktive
ederek, anahtar proteinlerin bölünmesine neden olur ve apoptozun karakteristik
morfolojik ve biyokimyasal değişikliklerine neden olur.