Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Dýchací řetězce – 2.část 4.ročník biochemie. Opakování …

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Dýchací řetězce – 2.část 4.ročník biochemie. Opakování …"— Transkript prezentace:

1 Dýchací řetězce – 2.část 4.ročník biochemie

2 Opakování …

3 Plastochinon – Menachinon - Ubichinon

4 Komplex II – E.coli Vyřešená struktura RTG analýzou v rozlišení 2,6 A Prof.Iwata a student Rob Horsefield Imperial College London Science, 299, 700 (2003) FAD sukcinát Fe-S ubichinon Cytochrom b (není součástí řetězce) 40 A SDH efektivněji odvádí e - z FADu = menší riziko vzniku ROS Baktérie používá za dostatečného přístupu O 2 SDH přednostně než fumarát-DH + energeticky účinější - hromadění e- na FADu

5 Glycerol-3-fosfát dehydrogenasa Glycerol-3-fosfát dehydrogenasa z Leishmania mexicana Structure 8 pp. 541 (2000) * možný cíl pro terapie infekcí patogenními prvoky

6 Komplex III * Konformační změny při transportu e- = přibližování center v řádu 20 A * Dimer = funkční spolupráce podjednotek, zvýšení katalytické účinnosti 3D struktura komplexu bc 1 z kuřete P-strana

7 Cytochrom c 'The Persistence of Vision TM Ray-Tracer software

8 Cytochrom c * Periferální protein: vazba na P-straně membrány * Rozpustný x většina cytochromů * Asymetricky uložený hem – hrana cca 5A od povrchu proteinu - skupina lysinů pro interakci s cyt c 1 a cyt c oxidasou Cytochrom c (horse) - Cyt c je vysoce konzervován u všech druhů organismů člověk,šimpanz x makak 1AA člověk x kuře 13 AA - malá molekula cca 12kDa - výhodné pro studia evoluční divergence (fylogeneze)

9 3D struktura Cytochrom c cyt c oxidasa

10 Evoluce cyt c oxidasy Živočišný enzym (13 podjednotek) Bakteriální enzym (4 nejdůležitější podjednotky)

11 Terminální krok DŘ v aerobních podmínkách Sumární reakce e H +  2H 2 O Cytochrom c oxidasa = komplex IV (cytochrom aa3 oxidasa) - H + pochází z N-strany x e - z P-strany = tvorba  p - komplex IV je protonová pumpa - inhibice CN -, N 3 -, CO Důležité problémy: 1)Jak jsou odebrány H + z N-strany membrány ? 2)Mechanismus redukce O 2 na vodu ? 3)Mechanismus spřažení redukce O 2 s pumpováním protonů ?

12 Schéma podjednotek I a II cyt c oxidasy podjednotka I podjednotka II Reakční schéma pro polovinu molekuly O 2 (vyžaduje vazbu 2 molekul cytochromu c) -„kotvící doména“ pro vazbu cytochromu c (vzdálenost hem-Cu A < 14A) - stechiometrie 4H + /2e - /O z toho 2H + přímo pumpou hemy

13 Mechanismus H + - pumpy Baktérie Paraccocus denitrificans - nepozorovány žádné konformační změny (intermediáty?) Mitochondrie - konformační změna Asp na P-straně x ne ve všech MTCH - vyvrací mechanistické studie a mutagenese - nejpravděpodobnější „čerpací“ cesta : hem a 3 /Cu B (role propionylových skupin na hemu?) Úloha D a K kanálů v přenosu H+ pro redukci kyslíku: - náznaky funkčního oddělení (D-kanál pumpa, K-kanál pro redukci O 2 - mutagenese : vztah je složitější na 8 H + pro redukci O 2 (4 do molekuly H 2 O a 4 pumpovány): nejméně 6 D-kanálem /1-2 K-kanálem

14 Mechanistické schéma reakce cyt c oxidasy a 0 2 ferryl Tyr radikál Postupný přenos e - z hemu a na hem a 3 ferric

15 Cyt c oxidasa

16 Struktura aktivního místa cyt c oxidasy Struktura s navázaným inhibitorem - CO

17 Celkový přenos H + v komplexech III a IV * Rozdílné stechiometrie, redoxní rozsah,  G * Tvorba stejného  p

18 Transhydrogenasa NADH/ NADPH Redoxní páry NAD/NADH a NADP/NADPH: * Stejný Em,7 x velmi rozdílný poměr koncentrací v matrix (~500) * nerovnovaha udržována: 1) NADP-dependentní isocitrátdehydrogenasou 2)  p-dep. transhydrogenasou nikotinamidových nukleotidů: NADP + + NADH + nH + P-fáze  NADPH + NAD + +nH + N-fáze Funkce (dlouho záhadou …) a) dodávka NADPH pro redukci glutathionu b) jemná kontrola TCA cyklu c) u některých parazitů – tvorba  p (reverzní reakce)

19 Alternativní oxidasa Důležitá odlišnost MTCH rostlin, hub, řas a prvoků (homologní) - systematicky ubichinol-O 2 oxidoreduktasa - přímý přenos e- z UQH 2 na O 2 bez komplexu III a IV - není inhibována CN - - inhibice SHAM (salicylhydroxamic acid) x ne antimycinem Funkce AOX: Produkce tepla - volatilizace aromat - růst při nízké teplotě 2) Oxidativní metabolismus bez syntézy ATP 3) Odčerpávání e - z UQH 2 pro omezení produkce ROS ?

20 AOX Reakční mechanismus: zatím přesně neznámý „Di-iron centre“ (předp. cesta modrou)

21 AOX Post-translační regulace aktivity AOX * aktivace redukcí disulfidového můstky na SH- skupiny

22 Přehled transportu e - v rostlinných MTCH

23 Bakteriální DŘ Specifika: a) Velká rozmanitost donorů a akceptorů b) Velká rozmanitost enzymových systému - mezi druhy i u jednoho organismu v závislosti na růstových podmínkách Příklady: Paracoccus denitrificans – půdní baktérie Escherichia coli – střevní baktérie (některé kmeny patogenní) Helicobacter pylori – baktérie žijící v žaludku Nitrobacter – půdní bakterie oxidující dusitany Thiobacillus ferroxidans – baktérie oxidující Fe a S v rudách Methanosarcima bacterii – metanogenní archebaktérie

24 Paracoccus denitrificans – přehled DŘ * Velmi rozvětvený DŘ – typické pro baktérie Akceptor H 2 O 2 Akceptory při anaerobióze

25 P. denitrificans – růst na 1C-sloučeninách - růst na MeOH, methylamin x nepříliš rozšířené u baktérií Krátký DŘ se speciálními proteiny: - periplasmatické dehydrogenasy: a) MeDH – kofaktor PQQ b) MADH – kofaktor tryptofyl-tryptofan - amicyanin – 1e - přenašečový protein Redoxní pár MeOH/HCOH * stejný E m,7 jako sukcinát/fumarát * nižší stechiometrie H + /O Význam krátkého DŘ ? 1) oxidace HCOH na CO 2 za tvorby NADH 2) inkorporace HCOH do syntetických drah PQQ

26 PQQ - kofaktor chinoproteinů Alkoholdehydrogenasa z baktérie Comomonas testosteroni

27 Model toku e - v chinohemoproteinu

28 P.denitrificans - oxidace MeOH a MEA (1C)

29 P. denitrificans – denitrifikace Anaerobní redukce NO 3 -  NO 2 -  NO  N 2 O (  N 2 ) Nar - membránová NO 3 reduktasa (translokace H + ) * 2 hemy b, 1 atom Mo koordinovaným pterinovým kof. MGD Nap – periplasmatická NO 3 reduktasa (nepřenáší H + ) * 1 atom Mo, 2 kofaktory MGD * přenos e- z UQH2 přes NapC – 4 hemy c NiR – rozpustná periplasmatická nitritreduktasa * cytochrom cd 1, příjímá e- také z pseudoazurinu NOR – membránová reduktasa NO (nepřenáší H+) * strukturní podobnost s oxidasami – NO jako předchůdce O 2 N 2 O reduktasa - rozpustný periplasmatickýenzym stejný atom Cu A jako komplex IV

30 Atom Mo v periplasmatické NR Model Mo centra v periplasmatické nitrátreduktase Paracoccus pantotrophus * 5 ligandů se sírou 4 pochází ze 2 pterinů 1 z Cys zbytku

31 P. denitrificans - Nap a Nar dráhy Vstup NO 3 - do buněk s negativním  NO 3 /NO 2 antiport ?

32 P. denitrificans – denitrifikační enzymy Periplasmatický prostor

33 Paracoccus denitrificans – přehled DŘ * Velmi rozvětvený DŘ – typické pro baktérie Akceptor H 2 O 2 Akceptory při anaerobióze

34 Escherichia coli Za aerobních podmínek: * 2 oxidasy: cyt bo 3 a cyt bd * přímá oxidace UQ nebo MQ (chybí komplex bc 1 ) * zkrácený DŘ = nižší stechiometrie H + /2e - ~ v prostředí dostatek substrátů – nezávislá na max. výtěžku Za anaerobních podmínek: * zastaven TCA cyklus (x Paracoccus) – produkce pyruvátu * přeměna Pyr na fumarát a HCOOH – jako donor/akceptor transportního řetězce a pro tvorbu  p * řada alternativních akceptorů – NO 3 -, NO 2 -, DMSO, TMAO

35 Přehled aerobní a anaerobní respirace u E.coli

36 E.coli – cytochrome bo 3 Funkční podobnost s cytochromem aa 3 X chybí atom Cu A - translokace H + současně pumpou a redox smyčkou

37 E. coli - cytochrome bd - translokace H + pouze redox smyčkou Sekvenční odlišnost od jiných oxidas + má 3 hemy !!

38 E.coli - oxidace formátu a tvorba  p formát dehydrogenasa fumarát reduktasa při anaerobních podmínkách UQ nahrazen menachinonem !

39 Vybrané bakteriální speciality * obecně mnoho podobnosti mezi baktériemi – viz E.coli, Paracoccus * sjednocující prvky: 1)Chinony a cyt typu c jako mobilní komponenty DŘ 2)Prostorová organizace komponent na membráně pro tvorbu  p a) Gram-positivní (bez periplasmy) – silná vazba cyt c na membránu b) Obecné rozšíření NO reduktasy (i u baktérií bez denitrifikace!) c) Tvorba nerozpustných látek – redukce rozpustných Fe 3+ solí na nerozpustné Fe 2+ (Shewanella frigidimarina) d) Azotobacter, Klebsiella – oxidasy s vysokou afinitou k O 2 – ochrana nitrogenasy citlivé na kyslík

40 Helicobacter pylori * Život při velmi nízkých konc. O 2 – souvislost s vředy a rakovinou žaludku * Většina znalosti odvozena z analýzy genomu (1997, 1999): - jediná oxidasa (typ cbb 3 – vysoká afinita pro O 2 ) - nemá sukcinát dehydrogenasu !

41 H. pylori – přehled transportu e - jako u E.coli periplasma

42 Nitrobacter – „dusitan jako zdroj energie“ Růst na dusitanu - oxidace na NO 3 (E m,7 = +420mV)!! * problém – jak získává NADH pro biosyntézu (E m,7 = -320mV)?? * řešením je reverzní tok elektronů Mechanismus (ne zcela odhalen …): 1) zkrácený DŘ jako u jiných bakterií * tok e - z NO 2 - na O 2 ~ tvorba  p, pohon ATPasy a transportu * nejasný přechod e - z NO 2 na N-straně na cyt c (P-strana) hnací sílou  (obvykle u bakterií cca 170mV) E m,7 pro cyt c je o 150mV negativnější než NO 2 - /NO 3 - 2)  p  reverze komplexů bc 1 a NADH dehydrogenasy * reverzní tok e - z NO 2 - přes cyt c na NADH

43 Nitrobacter - reverzní transport e - H+ pumpa Reverzní tok e-

44 Thiobacillus ferooxidans oxidace Fe a anorganických sloučenin síry v rudách

45 Acidithiobacillus (syn. Thiobacillus) ferooxidans Růst na rudách - oxidace Fe 2 + na Fe 3 + (E m,7 = +780mV)!! * oxidace Fe 2+ v periplasmě * elektrony přenos na rusticyanin – atom Cu chelatován 4 His * podmínky růstu – vnější pH ~ 2 1) rozpustnost - pomalejší neenzymová oxidace Fe 2+ 2) pozitivnější E h pro redukci O 2 na H 2 O rusticyanin

46 Acidithiobacillus ferooxidans - transport e - pH=2 pH=6 nepumpuje H + Vysoký pH gradient je udržován membránovým potenciálem

47 Acidithiobacillus ferooxidans - transport e - Využití: „biohydrometalurgie“

48 Methanogenní baktérie Archebaktérie – výrazné odlišnosti ve struktuře i metabolismu Methanogenese – tvorba methanu je spojena s přenosem H + a Na +

49 Methanogenní baktérie Velmi specifické kofaktory: * koenzym M … HSCH 2 CH 2 SO 3 - * koenzym B … HS(CH 2 ) 6 -Thr fosfát * F 420 … deazaflavin * F 430 … corphyrin

50 Methanogenní baktérie Methanosarcima barkeri, M. mazei 1) redukce methanolu: CH 3 OH + H 2  CH 4 + H 2 0 chemismotická syntéza ATP a) protony jsou vynášeny ven přes membránu b) DCCD- inhibitor ATPasy snižuje  p a produkci methanu c) protonofory dissipují  p x zvýšení tvorby methanu 2) redukce CO 2 :CO H 2  CH H 2 O

51 Reakce methanogenese

52 Reakce methanogenese 2 Methyl CoM reduktasa F 430 = porfinoid s atomem Ni v centru Membránový enzym Translokace H + podobný komplexu I 8 7

53 Energetická bilance methanogenese Analýza jednotlivých kroků: k. 1) úvodní reakce H 2  H + za fyziol. koncentrací H 2 endergonní - poháněna Na + gradientem k. 6) přenos CH3- z pterinu na CoM exergonní - spřaženo s tvorbou Na+ gradientu - metanogenní baktérie vyžadují Na+ pro růst pro redukci CO 2 vodíkem H 2  G 0 ´ = -131 kJ/mol - v bakteriální buňce  G = - 30 KJ/mol - pro tvorbu ATP  Gp = + 50 kJ/mol stechiometrie 0,6 ATP/molekulu CH 4

54 Příště: Tvorba  p u fotosyntézy


Stáhnout ppt "Dýchací řetězce – 2.část 4.ročník biochemie. Opakování …"

Podobné prezentace


Reklamy Google