Oksidativna fosforilacija Flashcards
Koja je glavna svrha oksidativne fosforilacije i koji se još naziv koristi za ovaj proces?
Glavna svrha oksidativne fosforilacije je sinteza ATP-a iz energije ,,sadržane” u reduciranim kofaktorima. Naziv koji se također koristi za oksidativnu fosforilaciju je prijenos elektrona respiracijskim lancem.
Ukratko opiši prijenos elektrona s molekula nižeg redukcijskog potencijala do konačnog akceptora elektrona. (Nije potrebno nabrajati kofaktore)
Elektroni se s reduciranih kofaktora NADH i FADH2 prenose na koenzim Q (ubikinon) koji tako postaje reducirani ubikinol. Zatim ubikinon predaje elektrone citokromu c koji konačno elektrone predaje kisiku kao konačnom akceptoru.
Od kojih komponenti je sastavljena ,,mašinerija” za oksidativnu fosforilaciju? Navedi njihova imena, kofaktore koje sadrže te smještaj u stanici.
Oksidativna fosforilacija odvija se na unutrašnjoj membrani mitohondrija te se sastoji od četiri kompleksa. Kompleksi se mogu razaznati brojevima I, II, III i IV ili imenima:
Kompleks I - NADH-koenzim Q oksidoreduktaza
Kompleks II - Sukcinat dehidrogenaza
Kompleks III - Citokrom c reduktaza
Kompleks IV - Citokrom c oksidaza
Svaki kompleks sadrži brojne kofaktore, a neki od najviše uočenih su Fe-S klusteri, različite vrste hema (a, a3, bH, bL…), Cu ioni te Fe-Cu centri.
Na koji način se ,,skladišti” energija dobivena redukcijsko-oksidacijskim reakcijama, a da je se kasnije može iskoristiti za sintezu ATP-a? Odgovor je ______ _______, a on se dobiva na dva načina tijekom ovih reakcija… Na koja dva?
Energija se skladišti u protonskom gradijentu. On se tijekom ovih reakcija dobiva tako da pojedini kompleksi služe kao ,,protonske pumpe” (npr. kompleksi I i IV) ili tijekom reakcije koriste protone iz matriksa, a otpuštaju ih u međumembranski prostor mitohondrija čime efektivno smanjuju koncentraciju protona u matriksu.
U kompleksu II postoji hem b. On je sličan hemu iz hemoglobina, no ne može vezati kisik već ima popunjena sva koordinacijska mjesta. Ipak, njegova uloga nije strogo strukturna već ima bitnu ulogu kod sprječavanja nastanka štetnih vrsta. Koje su to vrste?
Hem b služi za ,,prihvat” elektrona kako ne bi došlo do nastanka ROS-ova; reaktivnih kisikovih vrsta.
Koji problem mora riješiti citokrom c reduktaza i na koji način ga rješava?
Citokrom c može primiti samo jedan elektron, a ubikinol je nositelj dva elektrona. To se rješava na način da postoje dva vezna mjesta za koenzim Q- jedno za ubikinON, a drugo za ubikinOL. Prilikom oksidacije ubikinola jedan elektron se predaje citokromu c, a drugi ubikinonu čime on postaje semiubikinon. U drugom ciklusu ponavlja se proces te jedan elektron reducira još jedan citokrom c, a drugi do kraja reducira semiubikinon do ubikinola koji može dalje ići u respiracijski lanac.
Koliko elektrona nosi citokrom c, a koliko može primiti kisik u potpunoj redukciji. Vidite li problem? Ako da, navedite na koji način je on riješen u stanicama.
Citokrom c nosi jedan elektron, a kisik u potpunoj reakciji redukcije do vode može primiti čak četiri elektrona. Zbog toga imamo niz prostetičkih skupina (CuA, hemovi i CuB) koji služe za ,,prihvat” elektrona i postupno nastajanje vode.
Što su ROS-ovi? U kojem koraku oksidativne fosforilacije je njihovo nastajanje najvjerojatnije i koji enzimi služe za njihovo uklanjanje?
ROS-ovi su reaktivne kisikove vrste, radikali koji potencijalno mogu nanijeti oksidativno-redukcijsku štetu stanici. Njihovo nastajanje najvjerojatnije je kod redukcije kisika u kompleksu IV, a kako bi se oni uklonili koristi se superoksid-dismutaza (superoksid disproporcionira na kisik i vodikov peroksid), katalaza (disproporcioniranje H2O2 do vode i kisika) i glutation-dismutaza (koristi oksidaciju- nastanak disulfidnog mosta za redukciju vodikova peroksida do vode.)
O čemu govori kemiosmotska hipoteza o sintezi ATP-a? Koje su bile druge dvije, odbačene teorije?
Kemiosmotska sinteza govori nam da je sinteza ATP-a spregnuta s korištenjem protonskog gradijenta. Druge dvije teorije uključivale su reaktivne međuprodukte te aktivirane konformacije proteina. Ipak, eksperimentalni dokazi pokazali su kako te dvije hipoteze nisu prihvatljive.
Kako je eksperiment s dinitrofenolom pokazao da je protonski gradijent zaslužan za sintezu ATP-a?
Dinitrofenol je molekula koja može difundirati kroz membranu te je podložan kiselo-baznoj reakciji. Na taj način, dodatkom dinitrofenola dolazi do narušavanja protonskog gradijenta (prijenosa protona preko membrane niz elektrokemijski gradijent) te ne dolazi do sinteze ATP-a.
Ukratko opiši strukturu ATP-sintaze te zasebne uloge njezinih podjedinica.
ATP-sintaza je transmembranski, supramolekulski kompleks koji ima transmembransku podjedinicu F0 te katalitičku glavicu F1 koja se nalazi u matriksu mitohondrija. Preko regije F0 protoni ulaze u matriks mitohondrija, to utječe na konformacijske promjene u katalitičkoj glavici F1 koja je heksamerne strukture te, promjenom O, T i L konformacija beta-podjedinica (O-open, T-tight, L-loose) dolazi do sinteze ATP-a. Zasebna F0 jedinica može se koristiti kao protonska pora, a F1 kao ATP-aza.
Što osigurava unidirekcionalnost okretanja heksamerne katalitičke glavice tijekom sinteze ATP-a?
Unidirekcionalnost osigurava elektrokemijski gradijent.
NADH koji nastane u citosolu ne može direktno ući u oksidativnu fosforilaciju. Ipak, postoje dva načina na koja se takav reducirani kofaktor ipak može iskoristiti za sintezu ATP-a. Koja su to dva načina i zašto je jedan bolji od drugog?
Jedan od načina je glicerol-3-fosfatni prijenos gdje se međupretvorbom glicerol-3-fosfata u dihidroksiaceton-fosfat koristi NADH, a povratnom reakcijom nastane FADH2 na glicerol-3-fosfat dehidrogenazi koji može elektrone predati koenzimu Q. Ipak, takav način ,,gubi” jedan ATP jer je 1 FADH2 = 1,5 ATP, a 1 NADH = 2,5 ATP. Postoji i drugi način prijenosa NADH koji se događa bez gubitka energije. To je malat-aspartat shuttle, no on ovisi o ravnotežnim koncentracijama sudionika.
