ELEKTRON TAIYICILARI SERS SitokromUbikinon 1 Elektronlar ZaraBal Tayclar

ELEKTRON TAŞIYICILARI SERİSİ Sitokrom-Ubikinon 1

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer Ø Mitokondrideki solunum zinciri, birbiri ardısıra etki gösteren elektron taşıyıcıları serisidir, birçoğu prostetik gruplarıyla bir ya da iki elektron alabilen/verebilen integral proteindir. v Oksidatif fosforillenmede 3 tip elektron transferi gözlenir: I. Elektronların doğrudan transferi, Fe+3’in Fe+2’e indirgenmesi gibi; II. Hidrojen atomu olarak transfer (H+ + e-); III. hidrid iyonu olarak transfer (: H-) ile elektron yakalar. 2

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer • İndirgeyici eşdeğerlik terimi, bir yükseltgenmeingirgenme tepkimesinde transfer edilen tek bir elektron eşdeğerini tanımlamak için kullanılmıştır. • NAD ve flavoproteinlerden başka, solunum zincirinde üç tip daha elektron taşıyan molekül işlevi gözlenir: hidrofobik kinon (ubikinon) ve demir içeren iki farklı tip protein (sitokromlar ve demir-sülfür proteinleri). 3

Ubikinon • Ubikinon (koenzim Q veya kısaca Q da denir) uzun izoprenoid yan zincire sahip yağda eriyen bir benzokinondur. Kendisine çok benzeyen bileşikler: plastokinon (bitki kloroplastlarının) ve menakinon (bakterilerin) ubikinon benzeri olarak rol oynar, zarla ilişkili elektron transfer zincirlerinde elektron taşır. 4

Ubikinon • Ubikinon bir elektron alarak semikinon radikali (QH-) veya iki elektronla ubikinol (QH 2) haline gelebilir ve flavoproteinler gibi, iki elektron vericisiyle bir elektron alıcısı arasında kavşak gibi görev yapabilen bir taşıyıcıdır. 5

Ubikinon • Ubikinon, hem küçük hem de hidrofobik olduğundan mitokondri iç zarının lipit çift tabakasından serbestçe geçebilen ve indirgen eşdeğerlikler ile diğerleri arasında mekikleyebilen, zarın az hareketli elektron taşıyıcısıdır. • Ayrıca hem elektron hem de proton taşıyabildiğinden, proton faaliyetiyle eşleşen elektron akışında merkezi bir rol oynar. 6

Sitokromlar • Sitokromlar, demir-içeren hem prostetik gruplarından dolayı görünür ışıkta karakteristik kuvvetli absorbsiyon gösteren proteinlerdir. Mitokondri, ışık absorbsiyon spektrumundaki fark ile ayırdedilebilen a, b ve c olarak tanımlanmış üç sınıf sitokrom bulundurur. 7

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Sitokromlar Serisinden Geçer Hem C, tiyoester bağıyla sistin uçlarından sitokrom c’nin proteinine kovalent bağlanır. • Sitokromların prostetik grupları. Her biri, beş-üyeli, azot-içeren dört halkadan oluşan, porfirin siklik yapı bulundurur. Dört azot atomu merkezdeki demir atomuyla ilişkidedir, Fe+2 veya Fe+3 olabilir. Demir protoporfirin IX, tipb sitokromlarda bulunur, hemoglobin ve miyoglobin yapısında yer alır. 8

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer Sitokromlar • Hem A, tip-a sitokromlarda bulunur, uzun izoprenoid kuyruğuyla beş-üyeli halkalardan birine tutunmuştur. Porfirin halkasının konjuge çiftbağ sistemi (kırmızı gölgeli) bu hemlerin görünür ışığı absorblamasını sağlar. 9

Sitokromlar • Sitokromlar indirgenmiş hallerinde (Fe+2), görünür bölgede üç absorbsiyon bandı verir. En uzun dalga boyuna sahip bant, yaklaşık 600 nm civarında sitokrom a tipinindir, 560 nm civarında da tip c’nin bandı yer alır. • Bir sitokrom tipini tam olarak ayırt etmek için, bazen sitokrom b 562 gibi, maksimum absorbsiyon dalga boyunun adıyla kullanılabilir. 10

Sitokromlar • Sitokrom c’nin okside (kırmızı) ve redükte (mavi) formlarının absorbsiyon spektrumu. Redükte formun karakteristik α, β ve γ bantları da gösterilmiştir. 11

Sitokromlar • Sitokrom a ve b’nin hem kofaktörleri, sıkı ancak kovalent olmayacak şekilde, birlikte çalıştıkları proteinlere bağlıdır; tip c sitokromların hemleri sistin uçlarına kovalent bağlanmıştır. • Bir sitokromun hem demir atomunun standart redüksiyon potansiyeli, flavoproteinlerdeki gibi, kendisinin protein yan zinciriyle etkileşimine bağlıdır ve bundan dolayı her sitokrom için farklıdır. 12

Sitokromlar • Sitokrom tip a, b ve tip c’nin bazıları iç mitokondri zarının integral proteinleridir. Ø Çarpıcı bir istisna mitokondrinin sitokrom c’sidir, bu protein iç zarın dış yüzeyindeki elektrostatik etkileşimlerde yer alan eriyebilen bir proteindir. 13

Demir-Sülfür Proteinleri • İlk olarak Helmut Beinert tarafından tanımlanan demir-sülfür proteinlerde, demir hem yapısında bulunmaz, ama inorganik sülfür atomlarıyla proteindeki sistinin sülfür atomlarıyla veya her ikisiyle ilişkili olabilir. • Bu demir-sülfür (Fe-S) merkezleri, dört sistin -SH grubu ile ilişkili tek bir Fe atomu şeklindeki basit yapılardan, iki veya dört Fe atomu olan daha karmaşık Fe-S merkezlere kadar değişken yapıda olabilir. 14

Demir-Sülfür Proteinleri • Rieske demir-sülfür proteinler bu konuda bir istisnadır, bir Fe atomu iki sistin ucu yerine iki histidin ucuyla ilişkilidir. • Demir-sülfür proteinlerin hepsi, demir-sülfür grubunun bir demir atomu okside/redükte olarak, bir elektron transferi yapar. • Mitokondrideki elektron transferinde en az sekiz Fe-S protein işlevi vardır. • Fe-S proteinlerin redüksiyon potansiyelleri demir ile proteinin mikroortamına bağlı olarak -0, 65 V’la +0, 45 V arasında değişir. 15

• Demir- sülfür merkezler. Demir-sülfür proteinlerin Fe-S merkezleri (a) daki gibi basit olabilir, (a) dört sistin ucunun S atomları tarafından çevrelenmiş tek bir Fe atomu vardır. • Diğer merkezlerde hem inorganik S, hem de sistin S atomları bulunur, 2 Fe-2 S (b) veya 4 Fe-4 S (c) merkezler gibi. 16

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Demir-Sülfür Proteinleri Serisinden Geçer • Mitokondri solunum zinciri tarafından katalizlenen tüm tepkimelerde elektronlar, NADH, süksinat veya diğer bazı birincil elektron vericilerden flavoproteinlere, ubikinona, demir-sülfür proteinlere, sitokromlara ve sonuçta O 2’e doğru akar. • Sıralanmayı saptamak için taşıyıcı davranışlarına bakılarak kullanılan metodlar bilgi vericidir, bu genel yaklaşım diğer elektron transfer zinciri çalışmalarında da (kloroplastlar da olduğu gibi) kullanılmaktadır. 17

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer • Önce elektron taşıyıcılarının kendi standart redüksiyon potansiyelleri deneysel olarak saptanmıştır. 18

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer • Taşıyıcıların, işlevsel olarak artan şekilde bu redüksiyon potansiyeline göre sıralanması beklenir, çünkü elektronlar daha düşük E '° 'a sahip olan taşıyıcıdan, daha yüksek E '° sahip olan taşıyıcıya kendiliğinden akmaya eğilimlidir. 19

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer • Bu yöntem ile ortaya çıkan taşıyıcıların sıralanması • NADH —» Q —» sitokrom b —» sitokrom c 1—» sitokrom c —» sitokrom a 3 —» O 2 şeklindedir. 20

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer • Bununla beraber, standart redüksiyon potansiyellerine göre sıralanma, hücre içi koşullarda önemli değildir, hücre koşullarında okside ve redükte formların derişimlerine bağlı olarak güncel redüksiyon potansiyellerine göre sıralanma daha önem kazanır. 21

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer Ø Elektron taşıyıcıların dizisini saptamak için uygulanan ikinci bir yöntemde; elektron kaynağı mevcut olup, elektron alıcısı olmayan (O 2 yok) deneysel bir ortamda zincir taşıyıcıların tümü indirgenir, O 2 sisteme aniden dahil edilince, her bir elektron taşıyıcısının okside hale gelme hızı (spektroskopik olarak ölçülür), taşıyıcıların işlevsel sıralanışını gösterir. 22

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer • O 2’e en yakın taşıyıcı (zincirin sonunda) elektronlarını ilk verendir, ardından, sondan ikinci taşıyıcı okside olur ve devam eder. • Bu gibi deneyler standart redüksiyon potansiyellerinden elde edilen sıralanmayı kanıtlamaktadır. 23

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer • Sıralanmanın sonuncu kanıtı olarak da, her bir taşıyıcının oksidasyon derecesinin ölçümüyle değerlendirilen, zincirde elektronların akışını inhibe eden maddeler kullanılır. • O 2 ve bir elektron vericisinin varlığında, inhibe edilen basamağın öncesindeki taşıyıcılar tam indirgenmiş, sonrasındaki taşıyıcılar tamamen yükseltgenmiştir. • Değişik inhibitörler kullanılarak zincirde farklı basamaklar bloke edilir, sıralanma tümüyle ortaya çıkarılır; buradan elde edilen sıralanma da, ilk iki yaklaşımdaki gibidir. 24

Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer • Elektron taşıyıcıların sıralanmasını saptayan metod. Bu metod, taşıyıcıların oksidasyon durumunda, elektron-transfer inhibitörlerinin etkisini ölçer. • 02 ve bir elektron vericisi bulunan bir ortamda, her bir inhibitor okside/redükte taşıyıcıların karakteristik bir durumuna neden olur: taşıyıcılar blok öncesinde indirgenmiş (mavi), sonrasında yükseltgenmiştir (kırmızı). 25