Biochemie Respiran etzec Josef Trgl Modernizace vuky technickch
Biochemie – Respirační řetězec Josef Trögl Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 1
Porfyriny • Sloučeniny odvozené od porfinu = tetrapyrol – konjugované =, barevné pyrol porfin • Váží v centru ionty kovů • Postranně substituované • Často součástí bílkovin a enzymů Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Hem • • Součást železo (Fe. II nebo Fe. III) Součást řady bílkovin – – Hemoglobin, myoglobin – přenos O 2 Cytochromy – redoxní přenašeče elektronů Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Chlorofyl • • • Součástí hořčík (Mg 2+) Ve fotosyntetizujících organizmech Absorbuje světlo a excituje se Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Kobalamin • • • =Vitamín B 12 Obsahuje kobalt Co 3+ Prosthetická skupina: – – transferáz přenášejících methyl izomeráz Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Koenzym Q • • Ubichinon, redukuje se na ubichinol n = 10, Koenzym Q 10 Rozpuštěný ve fosfolipidové membráně Q + SH 2 ↔ QH 2+ S O H 3 C 2 H CH 3 H 3 C O O O CH 3 H n OH CH 3 H 3 C O HO Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí CH 3 H n
Dýchací řetězec • Membránový proces sloužící ke konečné oxidaci redukovaných kofaktorů na H 2 O – – • • aerobně kyslíkem anaerobně jinými terminálními akceptory (dusičnany, dusitany, sírany, halogenované uhlovodíky. . . ) Uvolněná energie slouží k syntéze ATP Buněčná lokalizace: – – – prokaryota: cytoplazmatická membrána eukaryota: vnitřní mitochondriální membrána - kristy těsně navazuje na citrátový cyklus, b-oxidaci mastných kyselin a další katabolické dráhy Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Dýchací řetězec • Principem je přenos elektronů (=oxidace) ze vstupního substrátu (např. NADH) na konečný akceptor (kyslík, dusičnany, sírany…) Přenos je několikastupňový – „elektrický proud“ • – – – • Energie redoxních reakcí se používá k transportu H+ a tvorbě p. H gradientu na membráně – • kaskádovité zvyšování redoxního potenciálu redoxní reakce konzervace energie přímá oxidace by vedla jen ke vzniku tepla v matrix mitochondrie p. H cca 8, v cytoplasmě cca 7 = 10 x vyšší koncentrace Vzniklý p. H gradient je využíván jako zdroj energie pro syntézu ATP Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Vně Schematický princip dýchacího řetězce ATP H 2 O NAD+ O 2 H+ H+ NADH Uvnitř (matrix) PO 43 H+ H+ H+ ADP
Savčí dýchací řetězec • 4 přenašečové komplexy – multienzymové komplexy – – • • integrálně v membráně řada prosthetických skupin – FMN, Fe. S, Cu 2+ Komplex I – vstup NADH, transport H+ Komplex II – vstup řady látek přes FADH 2 Komplex III – přenos elektronu z I a II na IV, transport H+ Komplex IV – redukce O 2 vznik H 2 O, transport H+ Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Kaskáda redoxního potenciálu Redoxní pár Enzym E 0 ´ NADH / Q Ubichinonreduktáza (komplex I) – transportuje 4 H+ cytochrom-c-reduktáza (komplex III) – transportuje 2 H+ -0, 32 -0, 05 cyt c 2+ / O 2 cytochtrom-c-oxidáza (komplex IV) – transportuje 4 H+ 0, 254 0, 82 FADH 2 / Q flavoproteiny (komplex II) – netransportuje H+ QH 2 / cyt c 3+ -0, 05 0, 254 Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Kaskáda redoxního potenciálu Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Komplex IV
Syntéza ATP • Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Aerobní dýchací řetězec • Bilance energie – – 1 NADH = 3 ATP 1 FADH 2 = 2 ATP Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Přísun kyslíku • • U jednobuněčných mikroorganismů difúzí U mnohobuněčných eukaryot pomocí dýchacích barviv (respiračních pigmentů) hemoglobiny – bílkoviny obsahující hem • – – u obratlovců v červených krvinkách (erythrocytech) u bezobratlých volně v krvi Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Oxidativní stres • Kyslík O 2 je nejsilnější přírodní oxidační činidlo = nejvyšší energetický výtěžek reakcí ALE Je silně reaktivní – samovolné nežádoucí oxidace oxidativní stres Vznik reaktivních radikálů (ROS = reactive oxygen species) • • – – O 2 - • – superoxidový radikál OH • – hydroxidový radikál H 2 O 2 – peroxid vodíku 1 O – singletový kyslík – kyslík se spárovanými spiny 2 (excitovaný – reaktivnější) Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Oxidativní stres • Náhodné oxidace dalších látek – – – nenasycené mastné kyseliny postranní řetězce některých aminokyselin (Trp, Met) … • Radikálové reakce bývají řetězové – vnikají další radikály • Některé organismy využívají těchto reakcí jako obrany – tzv. oxidativní vzplanutí – makrofágy fagocytují mikroorganismy spojení s lysozómem oxidativní zabití mikroorganismu rozklad mrtvého MO Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Obranné mechanismy • • Obrana proti oxidativnímu stresu - antioxidanty Antioxidační substráty – látky, které reagují s reaktivními částicemi a ukončují řetězovou reakci – – • Antioxidační enzymy – rozkládají reaktivní radikály – – – • lipofilní – b-karoten (provitamín A), tokoferol (vit. E)… hydrofilní – kyselina askorbová (vit. C), glutathion, flavonoidy, kyselina močová superoxiddismutáza: 2 O 2 - • + 2 H+ H 2 O 2 + O 2 kataláza: 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 peroxidázy: H 2 O 2 + R H 2 O + RO Některé mikroorganismy tyto mechanismy nemají kyslík je zabijí obligátně anaerobní (např. Clostridium) Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Varianty dýchacího řetězce • Velké množství variant dýchacího řetězce u MO: – – – • odlišnosti v konečných akceptorech (dusičnany, sírany…) odlišnosti v jednotlivých mezikrocích odlišnosti v terminálních reakcích Dýchací řetězec může fungovat i obráceně – má-li organismus dostatek ATP, může tuto energii použít k obrácení toku elektronů a k redukci NADP+ na NADPH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Anaerobní respirace u MO • • • NO 3 - NO 2 - - bakterie (denitrifikace) NO 3 - NO 2 - N 2 – některé gramnegativní bakterie (praví denitrifikanti = true denitrifiers) SO 42 -, S 2 O 32 -, SO 32 - H 2 S - bakterie (sirná respirace) CO 2, HCO 3 - CH 4 – methanogenní archea (methanogeneze) Chlorované uhlovodíky méněchlorované uhlovodíky –bakterie (reduktivní dehalogenace) Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Paracoccus denitrificans denitrifikace Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 22
- Slides: 22