NDR MTOKO BYOLOJK OKSDASYON ELEKTRONT AIMA ZNCR OKSDATFF

NDRİ MİTOKO BİYOLOJİK OKSİDASYON ELEKTRONT AŞIMA ZİNCİRİ OKSİDATİFF OSFORİLASYON PROF. DR. ORHAN CANBOLAT 0 C OC

Çoğu Hücresel işlemler Yükseltgenme - indirgeme Tepkimeleri içerirler Bir atom veya molekülden elektron kaybına yükseltgenme ve bir atom veya molekülün elektron kazanmasına indirgenme denir. Oksijen Fe 2+ (ferrus) iyonlarından elektron çekerek Fe 3+ (ferrik) iyonlar oluşturur. Her bir oksijen atomu, iki Fe 2+ iyonunun her birinden birer tane olmak üzere iki elektron alır: 2 Fe 2+ + 1/2 O 2 → 2 Fe 3+ + O 2 - Böylece Fez+ yükseltgenmiş ve O 2 indirgenmiş olur. Aerobik hücrelerde gerçekleşen çoğu yükseltgenme tepkimesinde oksijen benzer şekilde elektron kabul eder. 0 C

Yükseltgenme ve İndirgenme tepkimeleri Birçok biyolojik açıdan önemli yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri, yalıtılmış elektronların aktarımından çok, hidrojen atomlarının çıkarılması veya eklenmesini içerir. Elektronlar mutlaka doğrudan bir atom veya molekülden diğerine aktarılmalıdırlar. Elektronlar eşzamanlı olarak daha pozitif indirgenme potansiyeline sahip atomlara ve moleküllere doğru hareket ederler. 0 C

MİTOKONDRİ METABOLİZMASI 0 C

MİTOKONDRİ Şekilleri (veya uzun silindirik) ve büyüklükleri (çap: 02 -1 μm, uzunlukları: 2 -6 μm) farklılıklar gösterir. Mitokondri çift membranla çevrili bir organeldir. Çift membran iki mitokondriyal kompartman oluşturur Membalar arası alan 40 -80 Ao genişliğindedir. Bazı enzimler bulunur. Sayıları değişkendir (1 -2000). Eritrositlerde, bakterilerde ve yeşil alglerde mitokondri yoktur. Hücre içindeki yerleşimleri farklılık gösterir 0 C

Dış membran MİTOKONDRİ İç membrana (50 -60 Ao) göre daha kalın (70 Ao) olup plazma membranının yapısına benzer. Ø Porin adı verilen kanal proteinleri büyüklüğü 5000 dalton ve daha küçük molekülleri (su, iyonlar) içeri alır. Ø Ayrıca dış membranda mitokondriyal lipid sentezi ile ilişkili enzimler bulunur. 0 C

MİTOKONDRİ- İç Membran İç membran yarı geçirgen özelliktedir. Bazı moleküller matrikse aktif transport ile geçer. İç membran dış membrana paralel seyreder, ancak matrikse doğru Krista Kıvrımlar yapar. Yoğun fonksiyonel özelliğin den dolayı iç membranın protein oranı diğer mebranlara göre daha yüksektir. 0 C

MİTOKONDRİ- Matrix İç membranın çevrelediği alandır. Bol miktarda protein molekülü, çeşitli reaksiyon enzimleri , mt. DNA, ribozomlar ve t. RNA bulunur. Ø Matrikste granül sayısı azdır. Hücre içindeki kalsiyum ve magnezyum gibi katyonların fazlası mitokondriye geçerek granüllere bağlanır. Depolanan bu katyonlar gerektiğinde tekrar sitozole geri verilir. 0 C

MİTOKONDRİAL DNA 0 C

MİTOKONDRİ İç membranda üç tip protein bulunur: a)Elektron transport zincirinin oksidasyon reaksiyonlarını gerçekleştiren proteinler (enzimler, sitokromlar) b) Matrikste ATP yapımını gerçekleştiren ATP sentetaz c) Metabolitlerin matrikse giriş çıkışını düzenleyen Permeaz adı verilen transport proteinleri. 0 C

ZİNCİRİN ORGANİZASYONU Mitokondria iç zarı ETZ ve Oksidatif fosforilasyonu içeren beş ayrı enzim kompleksine sahiptir. NADH dehidrogenaz (I) Süksinat dehidrogenaz (II) Sitokrom c redüktaz (III) Sitokrom c oksidaz (IV) Fo-F 1 ATP Sentetaz Kompleks I, III, IV, V İntermembran Alanı 0 C

ETZ KOMPENENTLERİ NADH Flavoprotein FMN, FMNH 2, FAD, Demir-sülfür proteini ( Fe - S ) Ubikinon ( CO - Q ) Sitokromlar( a, a , b, b , c, c ) Cu 0 C

Oksidatif fosforillenmede 3 tip elektron transferi gözlenir 1. Elektronların doğrudan transferi 2. Hidrojen atomu olarak transfer (H�+ ℮ˉ). 3. Hidrid iyonu olarak transfer (: H )־ 0 C

Nikotinamit nükleotit-bağlı dehideogenazlar NAD- bağlı Dehidrogenazlar iki elektron bir proton transferi yapar ; Hidrit iyonu Kompleks I 0 C

Flavoproteinler ( FMN , FAD ) Flavoprotein, okside bileşiklerden daha yüksek bir indirgeme potansiyeline sahip olduğu için elektron transferi yapar. Transfer hidrojen atomu şeklindedir 2 0 C 2

Tek elektron Transferi 2 H++2 e Coenzyme Q

KOMPLEKS-I NADH → Ubikinona e transferi. Bir adet FMN. En az altı demir –sülfür merkezi. 42 farklı polipeptit. Kompleks I 0 C

KOMPLEKS - II Süksinat → Ubikinon Zarda tek enzim bağlı olan süksinat dehidrogenazdır İki tip prostelik grup ve en az dört farklı protein içerir. SAS’ın kompanentidir. 0 C

Gliserol 3 -P Şantı 0 C

Malat Dehidrogenaz 0 C

KOMPLEKS III Mitochondrial cyt caccepts an electron from cyt c 1 and donates it to the copper A (Cu. A) centre of complex IV. Thus, after dissociation in its ferrous state from the bc 1 complex, cyt c must rapidly diffuse to its other main partner, complex IV. 0 C

KOMPLEKS IV - Cytochrome oxidase Kompleks IV altbirimileri : cyt a, a 3 , CU A, B 0 C

KOMPLEKS IV - Cytochrome oxidase is one of a superfamily of proteins which act as the terminal enzymes of respiratory chains. • There are two catalytic subunits, I and II • Subunit I contains two heme centers. The first of these (heme a in cytochrome oxidas. E) acts as an electron input device to the second. • The second heme (heme a 3 in cytochrome oxidase) is part of a binuclear center, with a Cu (Cu. B in cytochrome oxidase) as the other metal. The binuclear center is the site of oxygen reduction. • Subunit II processes the electron donation. In cytochrome c oxidases, the subunit contains a Cu center (Cu. A) with 2 Cu atoms, which is thought to be the immediate electron acceptor from cytochrome c. • The electrogenic process is contributed by vectorial electron transfer, and the uptake of H+ on reduction of O 2. 0 C

0 C

ATP SENTEZİ Kemiozmotik model : Kemiozmotik teori, mitokondride elektron transferi İLE ATP sentezinin birine bağımlı olmasını anlatır. 0 C

MİTOKONDRİ MEMBRANI Membranlar arası boşlukta hem p. H hem de voltaj gradiyenti oluşur. a) p. H Gradiyenti elektron tarnspor zincir tarfından sağlanır Ø Ø b)Voltaj Gradiyenti ADP/ATP antiportu: Ø Matrikste toplanan ATP (-4), ADP (-3)’ye göre daha negatif olduğundan membranlar arası boşluğa ve dolayısıyla sitoplazmaya geçer. 0 C

ATP senteziyle elektron transferinin eşleşmesi : ADP , P ve süksinat eklendiğinde : -Substrat oksitlenir -O 2 tüketilir -ATP sentezlenir zaman 0 C zaman

ATP SENTETAZ Kompleks iki farklı bileşini vardır: F₁: Periferal bir zar proteini. F₀: Zara katılmış integral Protein. 0 C

ATP Sentetaz 0 C

0 C

ATP sentezin bağlanmayla değişim modeli F in üç aktif bölgesi ATP sentezini dönerek katalizler: β – ATP β – ADP β – Boş 0 C

ATP sentezin bağlanmayla değişim modeli 0 C

0 C

Oksidatif Fosforillenmenin zar transport sistemi : ADENİN NÜKLEOTİD TRANSLOKAZ. FOSFAT TRANSLOKAZ. 0 C

İyonoforlar: Ayırıcılar: valinomisin K Nigerisin K ve H Gramisidin A Na, K, H Dikumarol Aspirin ve diğer salisilatlar 2, 4 dinitrofenol Pentaklorofenol Oligomisin Venturosidin DCCD Antraktilazid Bangreikasit FCCP Thenaytrifloroaseton karboksin ATP Cu. A 7 Fe. S QH FMNH 2 2 e’ NADH dehidrogenaz QH 2 Fe. S Sit. B Sit. C 2 FADH 2 NAD Süksinat NADH + H 2 e’ Fe. S Sit C 1 2 e’ Sit a 3 ATP Fosfat taşıyıcı Cu. B Fumarat Süksinat dehidrogenaz Q cycle ADP ½ O 2 + H 2 O HPO 4 H+ Arsenat BAL Miksantiazol Antimisin A Rotenon Amital Pierisidin A 0 C MALONAT ADP+P CO H 2 S Siyanür Sodyum azid ATP Auroventin

MİTOKONDRİ Termojenin 0 C

Mitokondrinin Genetik Yapısı 1. Sirkülerdir 2. Katlanmış bir yapı sergilemez 3. İntron yapısı yoktur 4. Mitokondriyal m. RA’nın başna (Cap) ve sonuna (poli. A) eklentiler yapılmaz 5. Bazı mitokondriyal genom kodonları nükleer genom kodonlarından farklı anlam taşır 0 C

0 C

0 C

Mitokondriyal Hastalıklar Bazı dokular ; kalp, iskelet kası, merkez sinir sistemi, böbrek , mitokondriyal enerji üretimine yüksek oranda bağlı olduğundan mt. DNA mutasyonlarından nokta mutasyonları, delesyonlar, dublikasyonlardan daha fazla etkilenirler. Başlıca klinik bulgular; hipotoni, gelişme geriliği, mental gerilik, konvülsiyon nöbetleri ve ataksidir. Ø Vucut sıvılarında laktik asit düzeyinin artması en önemli laboratuar bulgusudur. Ø Ø 0 C

Mitokondriyal Hastalıklar Yaşlanma süreci içersinde mt. DNA mutasyonlarının birikmesine bağlı olarak oksidatif fosforilasyon sisteminin verimliliği düşer. Geç başlangıçlı nörodejeneratif hastalıklar olan Parkinson, Alzheimer ve Huntington’da mitokondriyal solunum zincir disfonksiyonu patogenezlerden biri olarak kabul edilir. Ø Bu hastalıklarda, yaşlanma ile birlikte dokuda mitokondriyal mutasyonlar gösterilmiştir. 0 C

Mitokondriyal Hastalıklar Çeşitli hastalıklarda görülen mt. DNA mutasyonları 4 gruba ayrılabilir; 1. Missense mutasyonları ; LHON, Leigh sendromu 2. Protein sentezi (t. RNA mutasyonları) mutasyonları; MELAS, MERRF 3. İnsersiyon/Delesyon mutasyonları ; Pearson, Kearns-Sayre 4. Kopya sayısı mutasyonları 0 C

Leber’in Herediter Optik Nöropatisi (LHON): Maternal geçişli Genç, erkek Retinal ganglion hücrelerde selektif kayıp, santral görme kaybı, optik atrofi Mitokondrial nokta mutasyonları: G 11778 A/ND 4 G 3460 A /ND 1 T 14484 C/ND 6 Solunum zincirine e- ların giriş yeri olan kompleks I’in alt ünitelerinde etkilenmeye yol açmakta kompleks III ve IV ‘de etkilemektedir 0 C