Elektron Transport Zinciri

Transkript

OKSİDATİFFOSFORİLASYON
Prof.Dr.İzzetHamdiÖğüş
YakınDoğuÜnversitesiTıpFakültesi
TıbbiBiyokimyaAnabilimDalı,Le>oşa,KKTC
ELEKTRONTRANSPORTZİNCİRİve
OksidaDffosforilasyon,aerobikcanlılardaenerji
üretenmetabolizmanınsonperdesidir
1.  Karbonhidratların,aminoasitlerinvayağların
yıkımındakitümoksidaDfbasamaklardanelde
edilenelektronlartoplanır.
2.  OksidasyonenerjisiATPsentezinisağlar.
ELEKTRONTRANSPORTZİNCİRİve
Ökaryotlarda;oksidaEffosforilasyonyeriolarak
mitokondri,fotofosforilasyoniçinisekloroplast
kullanılır.
•  OksidaEffosforilasyonda,Oksijen(O2),NADH2ve
FADH2’denalınanelektronlarlaindigenirvemetabolik
su(H2O)oluşturulur.Buolaylar,aydınlıkyada
karanlıktaeşitolarakgerçekleşir.
•  Fotofosforilasyondaise,su(H2O)oksijene(O2)okside
edilirveelektronlarNADP’yeaktarılır.Buolaykesinlikle
ışığabağımlıdır.
BİYOLOJİKSİSTEMLERDEREDOKSTEPKİMELERİ
Biyolojiksistemlerderedokstepkimeleridört
şekildegerçekleşir:
1.Doğrudanelektronalımı
Fe2++Cu2+→Fe3++Cu+
2.Hidrojeniyonuilebirlikteelektronaktarımı
AH2+B→A+BH2
3.Hidridiyonu(H-)şeklindeelektronaktarımı
NAD++2e-+H+→NADH
4.Moleküleoksijensokularakeletronaktarımı
R-H+½O2+2e-→R-OH
ÇEŞİTLİELEKTRONTAŞIYICILARIN
STANDARTİNDİRGEMEPOTANSİYELLERİ
Redokstepkimesi(yarıtepkime)
E’°(V)
2H++2e-⇒H2
-0.414
NADP++2H++2e-⇒NADPH+H+
-0.324
NADHdehidr.(FMN)+2H++2e-⇒NADHdehidr.(FMNH2) -0.324
NAD++2H++2e-⇒NADH+H+
-0.320
Ubikinon+2H++2e-⇒Ubikinol
+0.045
Sitokromb(Fe3+)+e-⇒Sitokromb(Fe2+)
+0.077
Sitokromc1(Fe3+)+e-⇒Sitokromc1(Fe2+)
+0.220
Sitokromc(Fe3+)+e-⇒Sitokromc(Fe2+)
+0.254
Sitokroma(Fe3+)+e-⇒Sitokroma(Fe2+)
+0.290
Sitokroma3(Fe3+)+e-⇒Sitokroma3(Fe2+)
+0.350
½O2+2H++2e-⇒H2O
+0.817
ELEKTRONTRANSPORTSİSTEMİNDEKİNONLAR
Bitkilerde
-plastokinon
Bakterilerde -menakinon
ELEKTRONTRANSPORTSİSTEMİNDEHEMOPROTEİNLER
DEMİR-KÜKÜRTMERKEZLERİ
ELEKTRONTAŞIMAZİNCİRİNİNBİLEŞENLERİ
ELEKTRONTAŞIMAZİNCİRİNİNBİLEŞENLERİ
Kompleks-I 43
FlavoproteinI
NADHdehidrogenaz,FMN,Fe-S
NADHDH.
Kompleks-II
E-taşıyıcıflavoprotein,FAD,Fe-S
Kompleks-III 11
Q/QH2
Kompleks-II 4
Flavoprotein2
SüksinatDH,
FAD,Fe-S,Hem
SüksinatDH.
H2O
Flavoprotein3
½O2
Kompleks-IV
13
Sitokrombc1
kompleksi,hem,
Fe-S
Sitokromaa3
kompleksi,hem,
Cuiyonu
Sitokromcred.
Sitokromcoksidaz
Kompleks-II
Flavoprotein4
GliserofosfatDH,
FAD,Fe-S,Hem
Sitc
ELEKTRONTAŞIMAZİNCİRİ
NADH+H++½O2→NAD++H2O ΔG’0=-220kJ/mol(NADH)
Buenerjininbüyükçoğunluğuprotonlarımatrikstendışarıatmak
içinkullanılmaktadır.
Zarlararası boşluk
(P tarafı)
Süksinat Fumarat
Matriks (N tarafı)
β-OKSİDASYONUİLEETZ’YEELEKTRONAKTARIMI
ELEKTRONTAŞIMAZİNCİRİNİNİNHİBİTÖRLERİ
Kompleks-I(NADHDehidrogenaz)
NADH→Ubikinon
1.  NADH+H++CoQ→NAD++CoQH2(ekzergonik).
2.  Matrikstenzarlararasıbölgeye4protonun
pompalanması(endergonik).
NADH+5HN++Q→NAD++QH2+4HP+
Kompleks-II(SüksinatDehidrogenaz)
Hemeb,
Fe-S,FAD
KompleksII’de,süksinatdehidrogenazgibibirzarsalflavoproteinin koenziminden (FAD ya da FMN) elektronlar
doğrudan koenzim Q’ya aktarılır. Süksinat DH dışındaki
dehidrogenazlardabusistemegirebilir.İçzardışınaproton
aktarımısözkonusudeğildir.
CoQ(KoenzimQ)
İndirgenmiş ubikinon, CoQH2 elektronlarını sitokrom
c1’eikiaşamadaverir. Herelektronverişte,Cytc1iç
zardışınabirçigprotonaktarır.
19
Kompleks-III(CoQ-Cytcoksidoredüktaz)
ElektronlarıQH2’densitokromc’yeaktarır.
20
Sitokromc
•  Sitokrom c mitokondrinin iç zarına gevşek olarak
• 
• 
• 
• 
tutunmuşküçükbirhemoproteindir.
Sitokrom c, diğer sitokromlardan farklı olarak suda iyi
çözünür ve elektron taşıma zincirinin temel
bileşenlerindenbiridir.
Sitokrom c, hidrofilik özelliği ve küçük molekül olması
nedeniyle, elektron taşıma zincirindeki kompleksler
arasındagezerekelektronalıpverebilir.
KompleksIII’ten(CoQ-CytCredüktaz)aldığıelektronları
elektronlarıkompleksIV’e(CytCoksidaz)aktarır.
Mitokondride yer alan zar geçirgenlik kompleksleri (PT
pore) aracılığı ile sitoplazmaya taşınabilir ve apoptoz
sürecindedeönemliroloynar.
KompleksIV(Sitokromcoksidaz)
Sitokromc→O2
ELEKTRONTAŞIMAZİNCİRİ
NADH+H++½O2→NAD++H2O ΔG’0=-220kJ/mol(NADH)
Buenerjininbüyükçoğunluğuprotonlarımatrikstendışarıatmak
içinkullanılmaktadır.
NADH+11HN++½O2→NAD++10HP++H2O
Zarlararası boşluk
(P tarafı)
Süksinat Fumarat
Matriks (N tarafı)
OKSİDATİFFOSFORİLASYONÜZERİNDEETKİLİ
İnhibisyongrubu
Bileşik
Hedef/Etkimekanizması
İNHİBİTÖRLER
Elektrontransferi
inhibisyonu
ATPsentaz
inhibisyonu
Kenetsizleyici
ADP-ADPdeğişimi
inhibisyonu
Rotenon
Amital
AnEmisinA
Siyanür
Azid
Karbonmonoksit
H2S
Oligomisin
DCCD
AuroverEn
2,4-Dinitrofenol
FCCP
Valinomisin
Termogenin
AtrakElozid
Bongrekicasit
NADHdehidrogenaz(KompleksI)
SitokromCredüktaz(Kompleks
III)
SitokromCoksidaz(KompleksIV)
FoATPazinhibisyonu(Kompleks
V)
F1ATPazinhibisyonu(Kompleks
V)
İçzardanH+iyonusızdırır,
oksidasyon-fosforilasyon
klenetlenmesinibozar
İyonoforanEbiyoEk(K+)
Kahverengiyağdokusundaproton
iletenporlaroluşturur
ATP/ADPtranslokazinhibisyonu
ATPSENTEZİİLEİLGİLİHİPOTEZLER
ATPsenteziileilgiliolarakbaşlıcaüç
hipotezortayasürülmüştür:
1.  Kimyasalkenetlenmehipotezi
Slater,1951
1.  Konformasyonelkenetlenmehipotezi
Boyer,1957
3. KemiozmoEkkenetlenmehipotezi
Mitchell,1961
ATPSENTEZİİLEİLGİLİHİPOTEZLER-1
1.Kimyasalkenetlenmehipotezi
Slater,1951
Substratdüzeyinde
fosforilasyon
A
modeliesas
AH2
alınmışjr.
ATPsentezinde
yeraldığısöylenen
XveYmaddeleri
bulunamadı.
Y
BH2
Y-BH2
C
B
Y~B
CH2
Pi
X~Y X
Y
X~P
ADP
ATP
X
2.  Konformasyonelkenetlenmehipotezi
Boyer,1957 (1997Nobelödülü)
Dinlenmeveçalışmasırasındaki
mitokondrininiçzarındakikonformasyon
değişikliğiesasalınmışjr.
Dinlenme
ATPüretme
ATPSENTEZİİLEİLGİLİÇALIŞMALAR
Racker,1960
Digitonin
Sonikasyon
+
Oksidasyon
+
+
-
ATP sentezi
+
-
-
ATPaz aktivitesi
+
-
+
3.KemiozmoEkkenetlenmehipotezi
Mitchell,1961(1978Nobelödülü)
Elektrontransportzinciritaralndan
içzarındışınapompalananprotonun
oluşturduğugradiyentATPsentezini
sağlar.
ATPSENTEZİ
KemiozmoEk Model: Proton derişimi ve yük dağılımındaki
farklılıklardankaynaklananelektrokimyasalenerji(protoniEcigücü),
protonların ATP sentaz kompleksi ile ilişkili proton porları yoluyla
pasifbirşekildematriksegirmesiniveATPsentezinisağlamaktadır.
30
ProtoniEcigüç:
1.  Kimyasalpotansiyelenerji
2.  Elektrikselpotansiyelenerji
KENETSİZLEYİCİBİLEŞİKLER(UNCOUPLER)
KEMİOZMOTİKKENETLENMEHİPOTEZİNİDESTEKLER
2,4-DNP
FCCP
ElektrontransferiveATPsentezi
birbirinekenetlenmişEr
(coupled).İzolemitokondriADP,
Piveoksitlenebiliensubstrat
içerentamponaalındığında;
a)  Substratoksitlenir.
b)  O2harcanır.
c)  ATPsentezlenir.
•  Mitchel’e göre, sistemin iş yapabilm e s i i ç i n te k b a şın a pro t on
gradiyenti bile yeterlidir.
Şöyle bir deney yapıldı:
•  İzole edilmiş mitokondriler yıkandı
ve pH=9.0 olan bir ortama eklendi
ve dengeye gelmesi beklendi.
Matrikste ve zar dışında [H+]
derişimi eşitti. ATP sentezi bekleneceği gibi yoktu.
•  Daha sonra mitokondriler valino-
misin içeren
nötral (pH=7.0) bir
ortama alındılar. İçerideki K+ dışarı
s ı z d ı v e d e n g e l e n d i . Ay r ı c a
dışarıdaki H+ derişimi de içeriye
göre 100 kat fazla idi. Bu iki etki
birleşince ATP-sentazın çalıştığı ve
ATP sentezlendiği gözlendi.
•  ETZ olmadan gerçekleşen bir ATP
sentezi kemiozmotik kenetlenme
hipotezini kesin olarak
kanıtlamaktadır.
Zarlararası
boşluk
Fumarat
Süksinat
Matriks
Kimyasal
potansiyel
ΔpH
(içerisi
alkalen)
ATP sentezi
Proton-motif
güç ile
sağlanır
Elektriksel
potansiyel
Δφ
(içerisi
negatif)
MitokondriyalATPsentazkompleksi(KompleksV)
F1:9altbirimibulunmaktadır.α3β3γδε
Fo:3altbirimibulunmaktadır.a,b,c(ab2c10-12)
F1
37
ATPsentaz,FoveF1olmaküzereikifonksiyonelbölgeyesahipDr.
Fobirintegral,F1iseperiferalproteindir.
Foprotonporuna
sahipDr.F1iseizole
edildiğindeATP
hidroliziyapjğından
ilkbaştaF1ATPaz
olarakadlandırılmışjr.
FakatancakFoile
yenidenbirleşDğinde
ATPsentezi
yapmaktadır.
RotasyonelKataliz:
•  F1’inüçakDfbölgesiATP
• 
• 
• 
• 
sentezinde sırayla görev
alır.
βaltbirimiönceβADPkonformasyonun-
dadır.
β-ATP’nin oluşmasıyla
altbirim konformasyon
değişDrir. Daha sonra
altbirim
β - b o ş ( e m p t y )
durumunagelir.
Sentezlenen ATP enzim
yüzeyindenayrılır.

MitokondriyalATPsentezininverimideğişebilir.
Bu konformasyonel değişime neden olan protonların Fo kanalı
yoluylayenidenmatriksegirmesivecaltbirimivebunabağlıolanγ
altbiriminin dikey eksende dönmesidir. Her 120o’lik dönüş
sonrasında γ altbirimi farklı bir β altbirimi ile karşılaşır ve bu
altbiriminboşkonformasyonageçmesinenedenolur.
xADP+xPi+½O2+H++NADH→xATP+H2O+NAD+
-
X=P/O
P/OyadaP/2e-oranları
---------------------------------------------------------------------------
1molNADHiçin(10)proton,1molsüksinatiçin(6)proton
dışarıawlmaktadır.1ATPmolekülününsenteziiçin(4)
protongerekir.
Dolayısıylaoraları;
NADHiçin
P/O=10/4=2.5 ve
Süksinatiçin P/O=6/4=1.5 olmaktadır.
PROTONDERİŞİMGRADİYENTİEVRENSELDİR
Zarlararası
Boşluk
Adenin
nükleo>d
translokaz
(anEport)
Matriks
⊗
AtrakElozid
Bongrekikasit
ATP
sentetaz
Fosfat
translokaz
(simport)
İ ç m i t o k o n d r i y e l
zardabulunanadenin
nükleoDd translokaz
ve fosfat translokaz
sistemleri sayesinde
ADPvePi’ninmatrikse, ATP’nin ise sitozole geçmesi mümkünolmaktadır.
OKSİDATİFFOSFORİLASYONÜZERİNDEETKİLİİNHİBİTÖRLER
İnhibisyon grubu
Elektron transferi
inhibisyonu
ATP sentaz
inhibisyonu
Kenetsizleyici
Bileşik
Hedef / Etki mekanizması
Rotenon
Amital
Antimisin A
Siyanür
Azid
Karbon monoksit
H2S
Oligomisin
DCCD
Aurovertin
2,4-Dinitrofenol
FCCP
NADH dehidrogenaz (Kompleks I)
Valinomisin
Termogenin
ADP-ADP takası
inhibisyonu
Atraktilozid
Bongrekic asit
Sitokrom C redüktaz (Kompleks III)
Sitokrom C oksidaz (Kompleks IV)
Fo ATPaz inhibisyonu (Kompleks V)
F1 ATPaz inhibisyonu (Kompleks V)
İç zardan H+ iyonu sızdırır,
oksidasyon-fosforilasyon
kenetlenmesini bozar
İyonofor antibiyotik (K+)
Kahverengi yağ dokusunda proton
ileten porlar oluşturur
ATP/ADP translokaz inhibisyonu
GLİSEROFOSFATMEKİĞİ
Gliserol3-fosfatmekiği:ElektronlarıCoQüzerindenkompleksIII’e
aktarır.Herelektronçigiiçin1.5ATPeldeedilir.
Mitokondriyal gliserol 3fosfat dehidrogenaz
MALAT–ASPARTATMEKİĞİ
Zarlararası
boşluk
Matriks
Malat-aspartat mekiği: Elektronları doğrudan
kompleks I’e aktarır. Her elektron çigi için 2.5 ATP
eldeedilir.
MALAT–ASPARTATMEKİĞİ
Zarlararası
boşluk
Matriks
GLUKOZUNTAMOKSİDASYONUNUNATPVERİMİ
Olay
Ürün
Glikoliz
2NADH(sitozolik)
ATPeldesi
3yada5*
2ATP
2
Piruvatoksidasyonu
(herglukoziçiniki)
2NADH
(mitokondriyalmatriks)
5
TCA’daaseElCoA
oksidasyonu
(herglukoziçiniki)
6NADH
2FADH2
2ATPyadaGTP
15
3
2
Toplamverim
30yada32
*Sayılarelektronlarımitokondriyeaktaranmekiğebağlıdır.
Zarlararasıboşluk
Kenetsizleyici
protein
Termogenin
Matriks
ISI
MİTOKONDRİYAL OKSİDATİF STRES