Bioenergetikk og Krebs syklus Oksidativ fosforylering

Transkript

1 Bioenergetikk og Krebs syklus Oksidativ fosforylering Bioenergetikk, IA 2015

2 Det store bildet Bioenergetikk

3 ATP Den mengden ATP som brytes ned og dannes pr dag hos mennesket, tilsvarer omtrent kroppsvekten Pris på ATP fra Sigma Chemicals: 5g = $296 Det vil si at en aktiv person på 100 kg produserer ATP for ~6 mill $/dag Bioenergetikk

4 Bindingene mellom fosfatgruppene i adenosin trifosfat (ATP) er meget energirike. ATP er derfor den viktigste bæreren av raskt tilgjengelig energi i cellene. ATP Adenin Energirik binding ATP forbrukes nesten straks det er dannet, slik at det kontinuerlig må erstattes i cellene. Hydrolyse av den terminale fosfatbindingen frigjør 30.5 kj/mol. O C Ribose-sukker N P H Fosfat-grupper Bioenergetikk

5 Det store bildet Bioenergetikk

6 Glykolysen omsetter bare litt av energien som fins i glukose Glykolyse G = 146 kj/mol 2 GLUKOSE Full oksidasjon (+ 6 O 2 ) G = 2,840 kj/mol 6 CO H 2 O

7 Oksidasjon av glukose C 6 H 12 O O 2 6CO H 2 O + energi Bioenergetikk

8 De viktigste elektronbærerne er NADH, NADPH og FADH 2 (Framside) (Bakside) 1. Substratet donerer 2 H atomer 2. Hvert oksiderte nukleotid aksepterer et hydrid ion (proton + 2 e-) 3. H + frigis til medium Niacinmangel : Pellagra = DDD Bioenergetikk

9 De viktigste elektronbærerne er NADH, NADPH og FADH 2 FADH 2 er mer allsidig enn NAD(P)H: 1. Aksepterer 1 eller 2 e- med 1 eller 2 H+ (begge medfører hydrogen overføring) 2. Reduksjonspotensial (-0.4 V til V) avhengig av bindingsstyrke

10 Fra ubiquinon (Q) til Ubiquinol (QH 2 ) Komplett reduksjon av ubiquinon til ubiquinol krever to elektroner og to protoner. Ubiquinon er et lite, fettløselig molekyl, som kan flyte fritt inne i mitokondriemembranen, og transportere elektroner mellom de ulike kompleksene. Sitronsyresyklus, elektrontransportkjeden og oksidativ fosforylering

11 Cytochrome c Har en heme gruppe som binder elektroner Heme grupper er prostetiske grupper i mange proteiner med et jern-atom som binder elektroner

12 Pyruvat dehydrogenase (PDH) Dekarboksylering Reaktiv thiol-gruppe (-SH) Bindingen mellom CoA og acetylgruppen fra pyruvat kalles en tioester-binding, og er svært energirik - vi sier at den er aktivert. Dette gjør at acetylgruppen kan doneres til en rekke ulike akseptormolekyler. Både arvelige defekter i enzymkomplekset, og vitaminmangel (f. eks fra høyt alkoholinntak) kan føre til tap av PDH funksjon. Enzym Prostetisk gruppe Koenzym Vitamin prekursor E1 Tiamin pyrofosfat (TPP) Tiamin (Vit. B 1 ) E2 Lipoat (lipoamid) CoA-SH Pantotensyre (Vit. B 5 ) E3 FAD Riboflavin (Vit. B 2 ) NAD + Niacin (Vit. B 3 ) Sitronsyresyklus, elektrontransportkjeden og oksidativ fosforylering

13

14 Kjemiosmotisk modell : gradienten er koblet til ATP syntese H + ute = 10X H + inne Elektronenes vandring gjennom elektrontransportkjeden har medført: Frigjøring av energi ved overføring av elektroner til O 2 Transport av protoner ut av matriks Overskudd av elektrokjemisk energi til å drive syntese av ATP. atch?v=ver6xw_r1vc

15 Transport av elektroner kan utføre arbeid Når vi kobler et batteri til en motor, vil strømmen av elektroner fra den ene polen til den andre polen kunne få motoren til å utføre arbeid. Tilsvarende vil elektroner som doneres fra ett molekyl til et molekyl med høyere elektronaffinitet (mer stabilt), avgi energi. Denne energien kan benyttes av cellene til å utføre arbeid. Det er dette prinsippet som benyttes for å syntetisere ATP fra de reduserte elektronbærerne NADH og FADH 2. Bioenergetikk

16 Reduserte koenzymer og ATP fra glykolysen, PDH, TCA og oksidativ fosforylering 5-7 ATP 25 ATP Sitronsyresyklus, elektrontransportkjeden og oksidativ fosforylering

17 F 0 F 1 er en kompleks ATPase Når protoner strømmer gjennom F 0 -delen, roterer denne og hele - skaftet. Dette får de tre aktive setene på -enhetene til å endre konformasjon etter tur. ADP + P i ATP + H 2 O G 0 0 kj/mol (!) 1.Høy ADP/Pi-binding. 2.Kraftig binding av ATP (forskyver likevekten mot ATP). 3.Svak binding av ATP (ATP frigjøres). Det dannes 3 ATP pr runde, ca. 100 rotasjoner per sekund!!! F 1 F 0 Sitronsyresyklus, elektrontransportkjeden og oksidativ fosforylering