BIOLOGICKÉ OXIDÁCIE

Redukované substráty AH2 A Redukované produkty Oxidované prekurzory ATP NADH NADPH KATABOLIZMUS Cukry Tuky Bielkoviny ANABOLIZMUS Syntéza makromolekúl Svalová kontrakcia Aktívny iónový transport Termogenéza ADP + Pi NAD+ NADP+ CO2,H2O,NH3 Redukované substráty AH2 Oxidované produkty A Redukované produkty Oxidované prekurzory NADH + H+ NADPH + H+ prenášač

TYPY MAKROERGICKÝCH VÄZIEB

Difosfátová – vzniká medzi dvomi molekulami kys.fosforečnej hydrolýzou makroergickej väzby sa uvolní 30.5kJ ATP,CTP,UTP,GTP Enolfosfátová –väzba fosfátu na –OH kyselina fosfoenolpyrohroznová Acylfosfátová –väzba fosfátu na –COOH, 1,3 difosfoglycerová Guanidínfosfátová –väzba fosfátu na guanidínovú skupinu Tioesterová – väzba acylu na –SH, acetylCoA Vysokoenergické fosfáty –– ∆G vyššia ako ATP-fosfoenolpyruvát karbamoylfosfát,1,3bisfosfoglycerát krearínfosfát,c-AMP Nízkoenergetické fosfáty ––∆G nižšia ako ATP –substráty v glykolýze,glukozo 6-fosfát

Enzýmy oxidoredukčných reakcií Oxidázy –akceptor vodíkov kyslík -cytochrómoxidáza, tyrozináza Dehydrogenázy Koenzýmy FAD,NAD oxidácia jedného substrátu na úkor druhého v neprítomnosti kyslíka

Medzi enzýmy tejto skupiny patria oxidázy L-AK koenzým FMN druhá skupina – dehydrogenázy s NAD+ –- NADH + H+ FAD-FADH2

HYDROPEROXIDÁZY OXYGENÁZY -katalyzujú premenu H2O2 v bunkách Peroxidáza : H2O2 +AH2 → 2H2O + A príklad- Ery –glutationperoxidáza(Se) ochrana Hb pred oxidáciou peroxidmi lipidov-hydroperoxidmi Kataláza (hemoproteín) 2H2O2→ 2H2O + O2 H2O2→ donor aj akceptor e- peroxizomy-mikrotelieska vo väčšine tkanív,bohaté na oxidázy a katalázy oxidázy produkujú H2O2, , katalázy rozkladajú H2O2 OXYGENÁZY -priamy prenos a inkorporácia O2 do molekúl substrátu 1. Monooxigenázy : AH + O2 +koenzým-H2→ A-OH + H2O + koenzým inkorporujú iba jeden atom kyslíka do substrátu, druhý redukuje na H2O napr.fenylalanín-monooxigenáza, mikrozomálne systémy s cytP-450

Koenzýmy oxidoredukčných enzýmov 2. Dioxygenázy (Fe) A+ O2 →AO2 napr. premena tryptofánu na formylkynurenín homogentisátoxygenáza – štiepi sa aromatické jadro Koenzýmy oxidoredukčných enzýmov Nikotínamidové koenzýmy NAD, NADP -pri oxidoredukčnej reakcii sa zo substrátu odoberajú 2 vodíkové atómy Flavínové koenzýmy FMN,FAD Cytochrómy –skupina hemoproteínov, prenášajú 1 e- Koenzým Q (CoQ) –ubichinón -chinónová štruktúra (oxidovaná) +e- +H+→ semichinón +e- + H+→ redukovaná forma –hydrochinón -lipofilný,mobilný prenášač e- medzi flavoproteínmi a cytochrómami

Tvorba ATP v živých systémoch Fe-S proteíny (nehemové Fe) -prenos elektrónov Tvorba ATP v živých systémoch Substrátová fosforylácia -prenos P pôsobením špecifických kináz na ADP (1,3bisfosfoglycerát fosfoenolpyruvát) B. Oxidačná fosforylácia využitie energie pri oxidácii živín, reoxidácia redukovaných koenzýmov -prenos redukovaných ekvivalentov na O2, vytvorenie protónového gradientu

Dýchací (respiračný) reťazec tzv. terminálna oxidácia -multienzýmový komplex,lokalizácia vnútorná mitochondriálna membrána Greenové komplexy I-V Komplex I : FMN, Fe-S centrá – NADH-ubichinonreduktáza - prenos 2e- na ubichinón za vzniku QH2 Komplex II : sukcinátubichinónreduktáza, Fe-S centrá - prenos 2e- z FADH2 na ubichinón za vzniku QH2 Komplex III : ubichinón-cytochróm c –reduktáza,Fe-S centrá, cytochróm c1 2 cytochrómy b -prenos e- z QH2 na cyt. c Komplex IV: cytochróm c- oxidáza , cyt.a a cyt.a3 ,kationy Cu2+ -prenos e- na kyslík za vzniku O2- Komplex V: protónový kanál a ATPáza

Kooperácia ATP-ázy pri tvorbe ATP

Inhibítory respiračného reťazca

Pôsobenie rozpojovača terminálnej oxidácie a oxidačnej fosforylácie

Rozpojovače -neinhibujú tok elektrónov respiračným reťazcom,ale rušia protónový gradient a bránia fosforylácii ADP na ATP -stimulujú potrebu kyslíka intaktnými mitochondriami v neprítomnosti ADP -vysoká spotreba živín, rýchly priebeh dýchacieho reťazca vytvára málo ATP, vysoká tvorba tepla 2,4-dinitrofenol, dinitrokrezol, pentachlórfenol- exogenné rozpojovače tyroxín (hypertyreóza)- endogenný , termogenín – hnedé tukové tkanivo príznaky: horúčka, chudnutie dikumarol- inhibítor vitamínu K- antikoagulans CCCP, FCCP – deriváty chlor-, fluór- fenylhydrazónu, obsahujú skupiny,ktoré uvolňujú protóny H+, zvyšujú permeabilitu vnútornej membrány pre protóny, neudrží sa gradient (deravá ako sito) Antibiotiká spôsobujú vybíjanie protónového gradientu –ionofóry napr. valinomycín ,inofór s K+ kanálom

Využitie protónového gradientu pre tvorbu tepla prostredníctvom termogenínu

Inhibítory dýchacieho reťazca Komplex I : piericidín - antibiotikum (ATB) rotenón – insekticidum barbituráty-amobarbital deficit B2, demerol(meperidín) Komplex II : carboxin (pesticid), doxorubicín(cytostatikum) malonát,kompetetívny inhibítor sukcinátu Komplex III : antimycín (ATB),stigmatellin, myxothiazol (ATB) BAL (british anti-lewisite)- dimerkaptopropanol Komplex IV : CN-, CO, N3-, H2S, ischémia, deficit Fe, Cu Komplex V : oligomycín, aurovertin,(ATB) inhibujú transport protónov kanálom F0

Transport ATP, ADP a fosfátu cez mitochondriálnu membránu Adenín-nukleotid translokáza – špecipická – antiport ATP z miesta vzniku v matrix sa viaže na traslokázu a ADP v medzimembránovom priestore , zmenou konformácie sa ATP dostáva do cytoplazmy a ADP do matrix v pomere 1:1 (väzba s Mg2+) Inhibícia translokázy - atraktylozid

Regulácia oxidačnej fosforylácie Fosfátová translokáza (symport s H+) -sprostredkuje transport anorganického fosfátu vo forme H2PO4- do matrix mitochondrie výmenou za OH-, ktorý prechádza do medzimembránového priestoru Regulácia oxidačnej fosforylácie - pomer NADH/NAD+, parciálny tlak O2, gradient pH, energetický stav bunky, charakterizovaný pomerom ATP/ADP Kľud ––– ATP, ADP↓ oxidačná fosforylácia inhibovaná Fyzická aktivita ––––– ATP↓,pokles gradientu protónov, stimulácia oxidácie redukovaných koenzýmov -pO2 – hypoxia → inhibícia oxidačnej fosforylácie – tvorby ATP pokles vnútrobunkového pH → apoptóza - koncentrácia Ca2+, koordinácia procesov v cytoplazme a mitochondrii

Úloha Ca2+ pri udržiavaní homeostázy v bunke

Prenos redukovaných ekvivalentov do mitochondrie Člnky – malát/aspartátový – glycerolfosfát/dihydroxyacetónfosfátový

pre živočíšne bunky výhodnejší malát/aspartátový intenzívne využíva srdce a pečeň