Oddychanie komórkowe

2014-04-13
Oddychanie komórkowe
Wykład 7.
Pozyskiwanie i przetwarzanie energii
w komórkach roślinnych
Literatura dodatkowa:
Oddychanie to wielostopniowy proces utleniania substratów
Oddychanie zachodzi w mitochondriach
związany z wytwarzaniem w komórce metabolicznie użytecznej
energii. Uwolniona energia magazynowana jest w postaci
wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych w cząsteczce ATP.
Substratami oddechowymi mogą być różne związki organiczne,
najczęściej są to cukry, lipidy oraz białka.
Adenozynotrójfosforan
Schemat budowy mitochondrium
Ostatecznym produktem przemian katabolicznych
substratów oddechowych jest acetylo-koenzym A
Oddychanie komórkowe
substraty oddechowe
(cukry, tłuszcze, białka)
CO2
utlenianie
biologiczne
O2
H2O
ATP
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O
http://pl.wikipedia.org/wiki/Metabolizm
1
2014-04-13
Glikoliza
Oddychanie komórkowe
Fosforylacja
substratowa
Acetylo-CoA
Oznaczenia enzymów:
1- heksokinaza, 2 - izomeraza heksozofosforanowa, 3 - 1-fosfofruktokinaza, 4 - aldolaza, 5 - izomeraza triozofosforanowa, 6 - dehydrogenaza
aldehydu 3-fosfoglicerynowego, 7 - kinaza fosfoglicerynianu, 8 - mutaza
fosfoglicerynianu, 9 - enolaza, 10 - kinaza pirogronianowa, 11 - 1-fosfotransferaza pirofosforan–
fruktoza-6-fosforan, 12 fosfofruktokinaza, 13 - inwertaza, 14 - mutaza glukozofosforanowa, 15 - fosforylaza skrobiowa, 16 galaktokinaza, 17 - urydylotransferaza galaktozo1-fosforanu, 18 - 4-epimeraza UDP-galaktozy.
W warunkach beztlenowych uruchamiana
jest fermentacja
http://pl.wikipedia.org/wiki/Oddychanie_kom%C3%B3rkowe
Fermentacja umożliwia odtwarzanie w warunkach
beztlenowych koniecznego dla glikolizy NAD+
Utlenienie kwasów tłuszczowych
http://pl.wikipedia.org/wiki/Oddychanie_kom%C3%B3rkowe
2
2014-04-13
Oddychanie komórkowe
- cykl kwasu cytrynowego
glikoliza
β-oksydacja
deaminacja
Produktami cyklu Krebsa są
dwutlenek węgla i zredukowane nukleotydy
Acetylo-CoA → 2CO2 + 3NADH + FADH2 + ATP
http://pl.wikipedia.org/wiki/Oddychanie_kom%C3%B3rkowe
Substraty, enzymy i produkty cyklu przemian
kwasów trójkarboksylowych
Cząsteczka
Enzym
Syntaza cytrynianowa
Kondensacja
Cytrynian
Akonitaza
Dehydratacja
cis-Akonitan
Akonitaza
Hydratacja
Izocytrynian
Substraty/ Produkty/
Koenzymy Koenzymy
Typ reakcji
Szczawiooctan
+ Acetylo-CoA
CoASH + H+
H2O
H2O
H2O
Dehydrogenaza izocytrynianowa Utlenianie
NAD
Szczawiobursztynian Dehydrogenaza izocytrynianowa Dekarboksylacja
+
NADH + H+
H+
CO2
α-Ketoglutaran
Dehydrogenaza
α-ketoglutaranowa
Dekarboksylacja oksydacyjna
NAD+ +
CoA-SH
NADH + H+
+ CO2
Bursztynylo-CoA
Tiokinaza bursztynianowa
Hydroliza
GDP
+P
GTP +
CoA-SH
Bursztynian
Dehydrogenaza bursztynianowa Utlenianie
FAD
Fumaran
Fumaraza
H2O
L-Jabłczan
Dehydrogenaza jabłczanowa
Łańcuch oddechowy – ostatni etap
oddychania komórkowego
Addycja (H2O)
Utlenianie
NAD
FADH2
+
Szczawiooctan
Oddychanie komórkowe
NADH + H+
Spalanie płomieniem a oddychanie komórkowe
Składniki łańcucha oddechowego
Błona mitochondrialna
Łańcuch oddechowy
Fosforylacja
oksydacyjna
Produktami reakcji łańcucha oddechowego są woda i ATP
K I – dehydrogenazą NADH, K II – dehydrogenaza bursztynianowa, K III - oksydoreduktazą ubichinon-cytochrom c, K IV
– oksydaza cytochromowa, AOX – oksydaza alternatywna, ID – wewnętrzna dehydrogenaza NADH, OD – zewnętrzna
dehydrogenaza NAD(P)H, GPDH – mitochondrialna dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanu, K V – syntaza ATP, Q –
ubichinon, cyt. c - cytochrom c. Kolorem zielonym oznaczono kompleksy obecne jedynie w mitochondriach roślinnych.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Oddychanie_kom%C3%B3rkowe
3
2014-04-13
Składniki łańcucha oddechowego
Bilans energetyczny utleniania komórkowego
jednej cząsteczki glukozy
Cytochrom
FMN
ATP → ADP + Pi
Ubichinony
wg. http://e.sggw.waw.pl/course/view.php?id=432
ΔE=7,3 kcal/mol
wg. http://e.sggw.waw.pl/course/view.php?id=432
Współczynnik (iloraz) oddechowy
RQ =
liczba moli produkowanego CO2
liczba moli zużywanego O2
RQ – ang. Respiratory quotient, dla cukrów wynosi 1,
dla kwasów >1, dla białek <1, lipidy 07-08
Wykorzystanie metabolitów przemian oddechowych do syntezy różnych związków
4
2014-04-13
Zagadnienia
• Glikoliza, cykl Krebsa, łańcuch oddechowy
• Oksydaza alternatywna
• Substraty oddechowe a współczynnik oddechowy
Przeźrocza dodatkowe
Składniki łańcucha oddechowego
Oddychanie niezależne od cyjanków
Q - ubichinon
C
- cytochromy
AOX - oksydaza alternatywna
Źródło: http://pl.wikipedia.org
Źródło: http://pl.wikipedia.org
5
2014-04-13
Masa
(Da)
Grupa
prostetyczna
I oksydoreduktaza NADHCoQ
85000
FMN
FeS
II oksydoreduktaza
bursztynian-CoQ
97000
FAD
FeS
III oksydoreduktaza CoQH2cytochrom c
hem b561
28700 hem b566
0 hem c1
FeS
cytochrom c
13000 hem c
IV oksydaza cytochromu c
hem a
20000 hem a
3
0
Cua i Cub
Kompleks enzymatyczny
6