1
Dýchací řetězec
Reaktivní formy kyslíku
Respirační řetězec je více méně sled oxidačně-redukčních dějů
lokalizovaných na vnitřní mitochondriální membráně,
který v buňce probíhá za účelem zisku energie.
V jeho průběhu jsou odebírány různým látkám vodíky, které jsou v
průběhu respiračního řetězce rozštěpeny na protony a elektrony.
Elektrony jsou nakonec využity k redukci dikyslíku na vodu, protony
vytvářejí mezi mitochondriální matrix a mezimembránovým prostorem
chemický a elektrický gradient, jehož energie je využita
(především) k syntéze ATP
Transformace energie v buňce
• Začneme-li hodně zeširoka, dostaneme se k první větě termodynamické, která je
vyjádřením zákona zachování energie.
• ΔU = ΔW + ΔQ
• 1. věta termodynamická nám říká, že při jakékoliv změně energie (ΔU) můžeme
tuto energii rozdělit na dvě složky:
• - energii užitečnou/netepelnou (ΔW; práce)
• - energii neužitečnou/tepelnou (ΔQ; teplo)
• Vztáhneme-li výše popsané na lidský organismus, můžeme říct, že energii
přijímáme ve formě chemické energie živin (ΔU). Takto získanou energii následně
vydáváme ve formě práce (ΔW) a tepla (ΔQ).
• Práce v našem těle zahrnuje:
• - udržování bazálního metabolismu
• - fyzickou aktivitu (svalovou práci apod.)
• - tvorbu rezerv (tuků a glykogenu)
2
1. Věta termodynamická vyjadřuje zákon zachování
energie
U = W + Q
U =  energie netepelná +  energie tepelná
Teplo/neužitečnáPráce /užitečná
Transformace energie v buňce
3
Transformace energie v lidském těle
chemická energie živin = práce + teplo
energie živin = BM + fyzická aktivita + rezervy + teplo
BM = bazální metabolismus
Rezervy = tuková tkáň, glykogen
příjem energie výdej energie
jakákoliv práce vyžaduje ATP
chemická: syntéza proteinů, močoviny ...
osmotická: transport iontů ...
mechanická: svalová kontrakce ...
4
chemická
energie
živin
teplo
NADH+H+
FADH2
protonový
gradient
přes VMM
teplo teplo
ATP
1 2 3
1 ....... metabolické dehydrogenace
2 ....... DŘ = oxidace redukovaných kofaktorů a redukce O2 na H2O
3 ....... aerobní fosforylace
............. vysokoenergetický systém
Transformace energie v lidském těle jsou
v každém kroku doprovázeny uvolněním tepla
5
• Teplo v našem těle vzniká při jednotlivých krocích transformace
energie (tj. při předávání energie z jednoho vysokoenergetického
systému na jiný).
• Nejvíce energie mají živiny. Při jejím přenosu mezi jednotlivými
systémy (redukované kofaktory, protonový gradient, ATP) se jí vždy
podaří část zachytit, ale nikdy ne všechnu – ta část, kterou se zachytit
nepodaří, se uvolní ve formě tepla.
• Uvolněné teplo ale není až tak neužitečné – podílí se na udržování
stálé tělesné teploty.
6
Živiny a energie
Živina
Obsah
energie (kJ/g)
Thermogeneze Zdroj energie/den
Lipidy 38 4 %  30 %
SAFA 5 %, MUFA 20 %, PUFA 5 %
Škrob +
cukry
17 6 % 55 - 60 %
Proteiny 17 30 % 10 - 15 %
7
Živiny jsou redukované formy uhlíku
protože v nich převažují nízká oxidační čísla uhlíku
O
OH
OH
OH
OH
CH2OH
I
0
0
0
0
-I
H3C
COOH
-II
-III
III
H3C CH
NH2
COOH
-III III0
glukosa: 6,7 % H
Průměrné ox.č. C = 0,0
alanin: 7,9 % H
Průměrné ox. č. C = 0,0
stearová kyselina: 12,8 % H
Průměrné ox. č. C = -1,8  uhlík je nejvíce redukovaný
8
9
Organismus potřebuje ATP
•chemická práce
syntézy, fosforylace,
vznik SAM, vazba AK na
tRNA atd.
•mechanická práce
svalová kontrakce
•osmotická práce
aktivní transport iontů
•teplo
hydrolýza ATP probíhá
„nefunkčně“, svalový třes
ATP je univerzálním zdrojem energie (v některých starších textech se
setkáme s termínem „univerzální energetické platidlo“, který jeho funkci plně
vystihuje – buňka jím „platí“ za každou reakci, která by samovolně neproběhla).
10
Dva způsoby vzniku ATP v lidském
organismu
substrátová fosforylace
aerobní fosforylace
5%
95%
ATP
Dva způsoby vzniku ATP
Aerobní fosforylace (95 %)
ADP + Pi + energie H+-gradientu  ATP
Substrátová fosforylace (5 %)
makroergní fosfát~P + ADP  ATP + druhý produkt
!! Rozlišujte: obyčejná fosforylace
sloučenina-OH + ATP  sloučenina-O-P + ADP
11
12
Substrátová fosforylace
• ATP vzniká při konverzi
makroergních meziproduktů
při metabolismu živin
• sukcinyl-CoA (CC)
• 1,3-bisfosfoglycerát
(glykolýza)
• fosfoenolpyruvát (glykolýza)
Aerobní fosforylace
• navazuje na DŘ
• na syntézu ATP se využije
protonmotivní síla
Dva způsoby vzniku ATP
13
Fosforylace GDP v citrátovém cyklu
(zjednodušené schéma)
ATP
•sukcinyl-CoA (CC)
V citrátovém cyklu se jedná o přeměnu
sukcinyl-CoA na sukcinát (vzniká GTP,
které rychle konvertuje na ATP)
N
N
N
N
O
H2N
H
O
OH OH
OPO
O
O
P
O
O
OP
O
O
O
OH
COO
CH2
CH2
C
O S CoA
N
N
N
N
O
H2N
H
O
OH OH
OPO
O
O
P
O
O
OPO
O
O
COO
CH2
CH2
C
O O
HS CoA
guanosindifosfát guanosintrifosfát
sukcinyl-CoA sukcinát
14
Fosforylace ADP působením 1,3-bisfosfoglycerátu
přeměna 1,3-
bisfosfoglycerátu
(smíšený anhydrid
= makroergní
sloučenina) na 3-
fosfoglycerát
N
N
N
N
NH2
O
OH OH
OPO
O
O
P
O
O
OPO
O
O
N
N
N
N
NH2
O
OH OH
OPO
O
O
P
O
O
O
ADP3-
C
C
OO
CH2
H OH
O
P
O
O
O
C
C
OO
CH2
H OH
O
P
O
O
O
P
O
O
O
1,3-bisfosfoglycerát
3-fosfoglycerát
ATP4-
15
Fosforylace ADP působením fosfoenolpyruvátu
C
C
H H
OOOC P
O
O
O
+ ADP3-
H
+ C
C
H H
OHOOC
C
CH3
OOOC
enolpyruvát
pyruvát
fosfoenolpyruvát
+ ATP4přeměnu
fosfoenolpyruvátu (enolester =
makroergní sloučenina) na pyruvát
Povšimněme si, že v reakcích glykolýzy poskytuje
potřebný fosfát a energii pro vznik ATP přímo reagující
makroergní látka (1,3-BPG a PEP), zatímco v reakci
citrátového cyklu vzniká ATP z ADP a anorganického
fosfátu, přeměna sukcinyl-CoA na sukcinát poskytuje
„pouze“ potřebnou energii.
MITOCHONDRIE
• Mitochondrie jsou organely obalené dvěma membránami – vnější a vnitřní.
• vnější membrána je hladká a je velmi propustná
• vnitřní membrána: o je zbrázděná (vybíhá v tubuly nebo kristy)
• o obsahuje až 80% proteinů
• o fosfolipidy obsahuje v menší míře než většina ostatních membrán (nejběžnějším fosfolipidem je,
pro mitochondrie typický, kardiolipin)
• o pro většinu látek je nepropustná (tato nepropustnost je důležitá především v případě protonů!)
• Mezi oběma membránami se nachází mezimembránový prostor.
• Významné je i to, že mitochondrie mají svou vlastní cirkulární DNA (říkáme, že se jedná o
semiautonomní organely), která kóduje část mitochondriálních proteinů, tedy i část proteinů
dýchacího řetězce. Zbývající část mitochondriálních proteinů je zakódována v DNA buňky, přičemž
„soužití“ mitochondrií a buněk je již tak rozsáhlé, že u některých proteinů, které mají více
podjednotek, jsou některé podjednotky kódovány mitochondriální DNA, jiné podjednotky jadernou
DNA a až po svém spojení mohou vykonávat danou funkci.
Wikipedie: Mitochondrie. [online]. [cit. 2014-08-25]. Dostupné z:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Mitochondrie
16
17
Aerobní fosforylace je důsledek reoxidace
redukovaných kofaktorů v DŘ
Živiny
(redukované formy C)
CO2 + redukované kofaktory
(NADH+H+, FADH2)
reoxidace v DŘ
dehydrogenace
O2
akumulovaná energie + H2O
ADP + Pi  ATP
OXIDATIVNÍ
FOSFORYLACE
18
Živiny jsou redukované formy uhlíku protože v nich převažují
nízká oxidační čísla uhlíku
O
OH
OH
OH
OH
CH2OH
I
0
0
0
0
-I
H3C
COOH
-II
-III
III
H3C CH
NH2
COOH
-III III0
Průměrné ox.č. C = 0,0
Průměrné ox.č. C = 0,0
Průměrné ox.č. C = -1,8  uhlík je nejvíce redukovaný
Redukované kofaktory vznikají při oxidaci živin
(přesněji při jejich dehydrogenaci). V některých
případech vznikají v cytosolu, v jiných v
mitochondriální matrix… ty, které vznikají v
mitochondriální matrix, jsou ihned dostupné pro dýchací
řetězec, zatímco ty, které vznikají v cytosolu je potřeba
„k dýchacímu řetězci“ (tedy do mitochondrie) dopravit.
19
Vznik NADH v matrix mitochondrie
• Citrátový cyklus
• isocitrát
• 2-oxoglutarát
• malát
• -oxidace MK
• -hydroxyacyl-CoA
• Oxidační dekarboxylace
pyruvát
2-oxoglutarát
2-oxokys. z Val, Leu, Ile
• Dehydrogenace ketolátky
-hydroxybutyrát
• Dehydrogenační deaminace
glutamát
(příklady významných reakcí)
20
21
Vznik NADH v matrix mitochondrie
• Citrátový cyklus
• Isocitrát
• 2-oxoglutarát
• malát
• -oxidace MK
• -hydroxyacyl-CoA
• Oxidační dekarboxylace
• pyruvát
• 2-oxoglutarát
• 2-oxokys. z Val, Leu, Ile
• Dehydrogenace ketolátky -
hydroxybutyrát
• Dehydrogenační deaminace glutamát
V matrix mitochondrie probíhá citrátový cyklus, β-oxidace mastných kyselin, oxidační
dekarboxylace 2-oxokyselin, dehydrogenace β-hydroxybutyrátu (ketolátka) a
dehydrogenační deaminace glutamátu. Všechny tyto děje poskytují NADH+H+, pro
větší přehlednost využijeme tabulku.
Proces Reakce Enzymy (dehydrogenasy)
CITRÁTOVÝ CYKLUS
isocitrát → 2-oxoglutarát isocitrátdehydrogenasa
2-oxoglutarát → sukcinyl-CoA 2-oxoglutarátdehydrogenasa
malát → oxalacetát malátdehydrogenasa
OXIDAČNÍ DEKARBOXYLACE
2-OXOKYSELIN
pyruvát → acetyl-CoA pyruvátdehydrogenasa
2-oxoglutarát → sukcinyl-CoA 2-oxoglutarátdehydrogenasa
2-oxokyseliny vzniklé z Val, Leu, Ile specifické dehydrogenasy
KETOLÁTKY β-hydroxybutyrát → acetoacetát hydroxybutyrátdehydrogenasa
DYHYDROGENAČNÍ DEAMINACE glutamát → 2-oxoglutarát glutamátdehydrogenasa
Tabulka 1 - Vznik NADH+H+ v matric mitochondrie
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 243.
Vznik NADH v cytoplazmě
•Glykolýza
(dehydrogenace glyceraldehyd-3-P)
•Glukoneogeneze
(dehydrogenace laktátu na pyruvát)
•Dehydrogenace ethanolu
(na acetaldehyd)
(příklady významných reakcí)
22
23
• Glykolýza (dehydrogenace
glyceraldehyd-3-P)
• Glukoneogeneze (dehydrogenace laktátu na
pyruvát)
• Dehydrogenace ethanolu (na acetaldehyd)
Vznik NADH v cytoplazmě
V cytosolu probíhá glykolýza, glukoneogeneze, případně dehydrogenace
exogenního alkoholu (etanolu), při které vzniká acetaldehyd (který může být
následně opět dehydrogenován enzymem acetaldehyddehydrogenasou za vzniku
kyseliny octové).
Proces Reakce Enzymy
GLYKOLÝZA glyceraldehyd-3-P → 1,3-bisP-glycerát
glyceraldehyd-3-P-
dehydrogenasa
GLUKONEOGENEZE laktát → pyruvát laktátdehydrogenasa
DEHYDROGENACE EtOH
ethanol → acetaldehyd
acetaldehyd → kyselina octová
alkoholdehydrogenasa
acetaldehyddehydrogenasa
Tabulka 2 - Vznik NADH+H+ v cytosolu
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 244.
Vznik FADH2 v matrix mitochondrie
•-Oxidace mastných kyselin
(dehydrogenace alkanoyl-CoA)
•Citrátový cyklus
(dehydrogenace sukcinátu)
(příklady významných reakcí)
24
25
Transport NADH z cytoplazmy do matrix
• NADH vznikající v cytoplazmě musí být transportován do matrix
• vnitřní mitochondriální membrána není volně propustná
Dochází k výměně vodíků
• dva přenašečové mechanismy (člunky)
• aspartát/malátový (univerzální, srdce, játra, ledviny)
• glycerolfosfátový (mozek, sval)
26
Aspartát/malátový člunek
malát NAD
+
oxalacetát
Asp
AST
Asp
oxalacetát
transaminace
malátNAD
+
MD hydrogenace
NADH H
+
+
NADH H
+
+
cytoplazma
matrix mitochondrievnitřní
mitochondriální
membrána
dehydrogenace MD
AST
glutmát
2-oxoglutarát
glutmát
2-oxoglutarát
Antiport s 2-
oxoglutrátem
Antiport s
glutamátem
27
Glycerolfosfátový
člunek
Mozek sval
GPD
CH2
C
CH2
O
O
OH
P
dihydroxyacetonfosfát
NAD
NADH + H
CH2
C
CH2 O
OH
H OH
P
glycerol-3-fosfát
Q
QH2
ubichinon
ubichinol
vnitřní
mitochondriální
membrána
Glycerolfosfátový člunek je stavěný jednodušeji. Vychází z toho, že existují dvě formy enzymu
GPD (glycerolfosfátdehydrogenasy) – jedna z nich je spojena s NAD+, druhá s FAD, přičemž ta
spojená s FAD se nachází na vnitřní mitochondriální membráně.
DHAP (dihydroxyacetonfosfát) si „utrhne“ dva vodíky a z NADH+H+ a přemění se na glycerol-3-P.
Ten se dostane k mitochondriální membráně, potká se s druhou formou enzymu GPD a ta z něj
získané dva vodíky odtrhne a předá je přímo ubichinonu (Q), který se tak přemění na ubichinol
(QH2). Ubichinol je součástí elektron-transportního řetězce, vodíky do něj tedy přímo zapojí.
glycerolfosfátdehydrogenasa
GPD(NAD+) GPD(FAD+)
Vznik FADH2 na vnitřní mitochondriální
membráně
• Vznik flavinových redukovaných kofaktorů je sice méně významný než vznik
NADH+H+, ale přesto jej nesmíme opomíjet. Vznik FADH2, které je možné
využít v dýchacím řetězci, je spojen s vnitřní mitochondriální membránou.
• Flavinové kofaktory jsou na své enzymy napojeny pevně (tvoří prostetickou
skupinu), což znamená, že je možné využít v dýchacím řetězci jen ty FADH2,
které vznikly přímo na vnitřní mitochondriální membráně (enzymy, na
které jsou napojeny, jsou přímo součástí dýchacího řetězce). Příklady jsou
uvedeny v tabulce:
Proces Reakce Enzym
β-OXIDACE MK
nasycený acyl-CoA →
α,β-nenasycený acyl-CoA
acyl-CoA-dehydrogenasa
CITRÁTOVÝ CYKLUS sukcinát → fumarát sukcinátdehydrogenasa
Tabulka 3 - Vznik FADH2 na vnitřní mitochondriální membráně
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 245.
28
29
Dýchací řetězec je …
… soustava redoxních dějů ve vnitřní
mitochondriální membráně, která začíná
oxidací NADH a končí redukcí O2
DŘ je soustava redoxních dějů ve vnitřní mitochondriální membráně, která
začíná oxidací NADH a končí redukcí O2 na vodu
Živiny
dehydrogenace
matrix mitochondrie
vnitřní mitochondriální membrána
mezimembránový prostor
koenzym Q cytochromy
O2 ATP
2 e 2 e 2 e
n H
NADH FADH2
H2O
n Hn H n H
+ H+
Transfer elektronů ve vnitřní mitochondriální membráně je spojen
s transferem protonů přes membránu do mezimembránového
prostoru.
30
31
Vnitřní mitochondriální membrána (VMM)
•velký povrch (záhyby, kristy)
•vysoká koncentrace proteinů
(enzymy DŘ, přenašeče)
•propustná pro malé nenabité molekuly
•nepropustná pro ionty a org. substráty
32
Kofaktory dýchacího řetězce (struktura a funkce)
• flavinové kofaktory (FMN, FAD)
• nehemové železo a síra (Fe-S)
• ubichinon (Q)
• hem (cytochromy)
Jak bylo řečeno na začátku, je dýchací řetězec soustava redoxních dějů
odehrávajících se na vnitřní mitochondriální membráně. Začíná oxidací
NADH+H+ (resp. FADH2) a končí redukcí kyslíku na vodu.
V průběhu respiračního řetězce dochází k transportu elektronů ve vnitřní
mitochondriální membráně, který je 3x spojen s přenosem protonů přes
membránu do mezimembránového prostoru (čímž se vytváří protonový gradient).
Přenosu elektronů i protonů se účastní 4 enzymové komplexy (bude probráno dále),
přesněji jejich kofaktory. Než se přesně podíváme, jak respirační řetězec probíhá,
zaměříme se na jednotlivé kofaktory a pak i enzymové komplexy, načež znalosti o
nich spojíme a vytvoříme z nich funkční řetězec
33
FMN a FAD
N
N N
NH
H3C
H3C
O
O
CH2
CH OH
CH
CH
OH
OH
CH2 O P O
OH
O
P
OH
O
O
CH2
O
OH OH
N
N
N
N
NH2
FMN
Flavinové kofaktory
účastnící se dýchacího
řetězce jsou dvou typů –
FAD a FMN. Jejich
úkolem v dýchacím
řetězci je přenos vodíků
Flavinmononukleoktid (FMN, riboflavin-5'-fosfát)
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2, případně riboflavinadenosindifosfát)
34
Nehemové železo - klastr Fe2S2
S
Fe
S
S
Fe
S
S
S
CysCys
Cys Cys
3+ 3+
oxidovaný stav redukovaný stav
S
Fe
S
S
Fe
S
S
S
CysCys
Cys Cys
3+ 2+
+ e
- e
Jen jeden atom železa mění oxidační číslo
Struktura klastrů Fe-S:
Železo se v klastrech vyskytuje buď ve
stavu Fe3+ (oxidovaný stav) nebo Fe2+
(redukovaný stav).
Fe
S
Fe S
S
S
SCys
Cys
S
Fe
S Cys
Fe
S Cys
35
Nehemové železo - klastr Fe4S4
Fe
S
Fe S
S
S
SCys
Cys
S
Fe
S Cys
Fe
S Cys
Síru rozlišujeme dvou
typů: tzv.
anorganickou síru
(též sulfidovou síru)
a organickou síru
(tedy síry –SH skupin
cysteinů).
Funkce Fe-S proteinů:
Proteiny se železem a sírou najdeme v dýchacím řetězci v těch místech,
kde se vodíky (H) štěpí na protony (H+) a elektrony (e–), přičemž železo
z těchto proteinů na sebe váže vždy jen jeden elektron (mění se
oxidační číslo vždy jen jednoho atomu železa!) a přenáší jej v elektrontransportním
řetězci dále.
36
Ubichinon (koenzym Q)
R = polyisopren
O
O
CH3
RH3CO
H3CO
OH
O
e H+e H+
OH
OH
ubichinon
(Q)
semiubichinon
(QH, radikál)
ubichinol
(QH2)
• postupně přijímá elektron a proton (2×)
• redukuje se na semiubichinon a ubichinol
Koenzym Q je pohyblivá složka DŘ ve vnitřní mitochondriální membráně – R ve
vzorečku značí 50 uhlíků dlouhý isoprenoidní řetězec, který zbytku sloučeniny
uděluje lipofilní charakter a umožňuje mu volně se pohybovat v membráně (tedy mezi
jednotlivými komplexy i od jedné strany membrány ke druhé). Díky své volné
pohyblivosti slouží jako přenašeč elektronů (je schopný přijmout dva e-) mezi
komplexy I a III nebo II a III, a zároveň slouží jako přenašeč protonů mezi
mitochondriální matrix a mezimembránovým prostorem (podílí se na vzniku
protonového gradientu).
Jak přesně probíhá redukce ubichinonu na ubichinol?
• Před tím, než přijme jakékoliv protony a elektrony, jedná
se o cyklický diketon (který není aromatický) označovaný
zkratkou Q (ubichinon). Následně je mu předán jeden
elektron z některého z enzymových komplexů (I nebo II).
V okamžiku, kdy přijme elektron, chce ale přijmout i
proton, pro který si „odpluje od enzymového komplexu k
matrix“5. Z matrix převezme proton a stane se z něj
semiubichinon (QH), což je derivát benzochinonu (má již
vytvořený aromatický kruh), který má charakter radikálu.
• Následně se opět vrátí k některému z enzymových
komplexů a převezme od něj druhý elektron, načež z
matrix si sebere další proton6. Tím se plně redukuje na
uchichinol QH2 (má charakter difenolu) a „odplouvá“ od
enzymového komplexu I nebo II, který mu předal
elektrony k dalšímu komplexu (III), kterému je má za úkol
předat.
• Jeho úkolem je ale předat dalšímu komplexu pouze
elektrony. Po té, co předá elektron, se ovšem uvolní i
proton – ale ne do matrix, ze kterého si ho koenzym Q
vzal, ale do mezimembránového prostoru! Tím se
koenzym Q podílí na vytváření protonového gradientu.
37
COENZYME Q (UBIQUINONE, UBIQUINOL AND SEMIQUINONE). [online].
[cit. 2014-08-25]. Dostupné z:
http://www.benbest.com/nutrceut/CoEnzymeQ.html
Hemy
• Hemy jsou součástí cytochromů, vzájemně se od sebe odlišují svými
postranními substituenty (jak v počtu substituentů, tak v jejich
typu).
• Hem b (methyl, vinyl, propionát) – jako v hemoglobinu
• Hem c (methyl, ethyl, propionát)
• Hem a (methyl, vinyl, formyl, propionát, polyisopren)
• Kromě odlišných substituentů se liší i bílkovinami, ve kterých jsou
zakotveny. Vliv těchto bílkovin nesmíme opomíjet, protože právě ten
ovlivňuje redoxní potenciál E°, který je více než důležitý pro
zajištění kontinuity přenosu redukčních ekvivalentů (tzn. vodíků,
tzn. elektronů a protonů).
38
39
N N
NN
Fe 2+
N N
NN
Fe 3+
+ e-
eRůzné
typy hemů v cytochromech se liší postranními
substituenty
hem b (methyl, vinyl, propionát) - jako v Hb
hem c (methyl, ethyl, propionát)
hem a (methyl, vinyl, formyl, propionát, polyisopren)
•Jako příklad si uvedeme uchycení hemu c a hemu a:
Hem c
V bílkovině je uchycen pomocí
dvou vazeb na cystein.
Železo je napojeno na histidin
(jako u Hb), ale poté i na síru
methioninu (zvláštnost).
Hem a
V bílkovině je uchycen pomocí
isoprenoidního řetězce a
dvou atomů kyslíku.
Železo je napojeno dvakrát na
histidin (jako u Hb).
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 248.
40
41
Redoxní páry v dýchacím řetězci
Oxidovaná / Redukovaná forma E´(V)
NAD+ / NADH+H+
FAD / FADH2
Ubichinon (Q) / Ubichinol (QH2)
Cytochrom c1 (Fe3+ / Fe2+)
Cytochrom c (Fe3+ / Fe2+)
Cytochrom a3 (Fe3+ / Fe2+)
O2 / 2H2O
-0,32
0,00
0,10
0,22
0,24
0,39
0,82
42
Komentář k tabulce
• redoxní páry jsou seřazeny podle vzrůstajících E´
• jde o standardní hodnoty (1 mol/l), hodnoty odpovídající
koncentracím v buňce budou odlišné
• nejsilnější redukční činidlo v DŘ je NADH
• nejsilnější oxidační činidlo v DŘ je O2
• hodnota potenciálu je ovlivněna bílkovinou (srov.
cytochromy)
43
Sběrná místa pro redukční ekvivalenty
[Semináře, str. 83]
CC
-oxidace
Q
I.
II.
člunek
NADH + H
NAD
+
matrix
cytoplazma
FAD
FAD FAD
glycerol-P DHAP
sukcinát
fumarát
alkanoyl-CoA
alkenoyl-CoA
I.
44
Sběrná místa pro redukční ekvivalenty
[Harper, str. 127]
Acyl CoA
Lipoát Fp (FAD)
Pyruvát, 2-oxoglutarát
NAD
+
CC, Glu, ....
Fp (FMN) Q cytochromy
Sukcinát
Fp (FAD) Fp (FAD)
Fp (FAD)Glycerol-3-P
Cholin
Enzymové komplexy v DŘ
No. Jméno Kofaktory Oxidace Redukce
I. NADH-Q oxidoreduktasa* FMN, Fe-S NADH  NAD+ Q  QH2
II. sukcinát-Q reduktasa** FAD,Fe-S,cyt b FADH2  FAD Q  QH2
III. Q-cytochrom-c-reduktasa Fe-S, cyt b, c1
QH2  Q cyt cox cyt cred
IV. cytochrom-c-oxidasa cyt a, a3, Cu cyt cred  cyt cox O2  H2O
• také zvaný NADH dehydrogenasa
• sukcinátdehydrogenasa
45
NADH+H+ + Q + 4H+
matrix   NAD+ + QH2 + 4H+
mmp
Komplex I oxiduje NADH a redukuje
ubichinon za účasti flavinového kofaktoru
FMN a Fe-S
FMN, Fe-S
4 H+ jsou translokovány z matrix do
mezimembránového prostoru (mmp)
46
Komplex I oxiduje NADH a translokuje 4 H+
do mezimembránového prostoru
mezimembránový
prostor
matrix
Q
2 H
QH2
NADH + H
NAD
FMN
2 H
2 H
2 e
FeS
(3 - 4 H )?
VMM
2 H+
I.
2 H+
2 H+
47
Komplex II oxiduje FADH2 z CC a redukuje
ubichinon
Q
2 H
QH2
2 e
sukcinát
fumarát
FAD
FeS
CC
cyt b
matrix
Komplex I a komplex II na
sebe nijak nenavazují a spolu
nesouvisí. Jsou to dva
nezávislé vstupy redukčních
ekvivalentů do DŘ.
VMM
II.
v komplexu II není translokace protonů 
oxidací FADH2 vznikne méně ATP 48
Ubichinon je mobilní kofaktor
O
O
O
O
• vysoce lipofilní, polyisoprenoidní řetězec je zakotven v
VMM
• benzochinonový kruh se může pohybovat od jednoho kraje
membrány k druhému, sbírat red. ekvivalenty a odevzdávat
je na cytochromy
49
Komplex III oxiduje QH2 a redukuje cytochrom c
a přitom se převádějí 4H+ přes VMM
OH
OH
O
O
cyt c
FeS
cyt c1
cyt b
2 e
2 e
cyt c
Q-cyklus
2 x 2 H
matrix
VMM
mezimembránový
prostor
2 H+ 2 H+
III.
4 H+
50
Komplex IV oxiduje cyt cred
a současně 2 elektrony redukují monokyslík (½ O2)
cyt a Cu
2 e
cyt c
2 H
2 e
cyt a3
1/2 O2
O2- H2O
2 H
matrix
mezimembránový
prostor
VMM
?
IV.
2 H+
cyt cred
51
Ve skutečnosti nastává čtyřelektronová redukce dikyslíku
a translokace čtyř protonů
Na každé 2 elektrony jsou translokovány 2 H+ do mmp
částečná reakce (redoxní pár):
O2 + 4 e- + 4 H+  2 H2O
úplná reakce:
4 cyt-Fe2+ + O2 + 8 H+
matrix  4 cyt-Fe3+ + 2 H2O + 4 H+
ims
52
53
Transfer elektronů ve vnitřní
mitochondriální membráně je spojen s
transferem protonů přes tuto membránu
(chemiosmotická teorie)
V DŘ se třikrát převádějí protony
do mezimembránového prostoru
• mezi vnitřní a vnější stranou VMM se vytvoří protonový gradient
• jeho vybití je spojeno s uvolněním energie (protonmotivní síla), která
má dvě složky:
• elektrická složka = rozdíl membránových potenciálů
• koncentrační složka = rozdíl pH
Využití protonmotivní síly
• Syntéza ATP = aerobní fosforylace
• Teplo (zejména hnědá tuková tkáň)
• Aktivní transport metabolitů přes VMM
54
Syntéza ATP
• ATP-syntasa má tři části, všechny složené z podjednotek
• Fo prochází membránou, kanál pro H+, prstenec z několika
podjednotek C, které při průchodu H+ rotují
• spojující γ podjednotka také rotuje
• F1 (v matrix) má tři α a tři β podjednotky, na ní probíhá
syntéza ATP – nemůže rotovat, je znehybněna periferní částí
(a + b + δ)
• Rotační energie se využije na syntézu ATP
55
ATP-syntasa je molekulární rotační motor: 3 ATP/otočka
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
Fo rotuje
F1 nerotuje
ADP + Pi  ATP
podjednotky a,b,δ
brání rotaci F1
a
α
β
56
57
Syntéza ATP
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
Fo
OSCP
F1
ADP + Pi ATP
Část FO je zanořena v membráně a skládá se z několika jednotek c,
které vytvářejí kanál, na který je napojena jednotka γ, tvořící „stopku“.
Tyto části jsou při průchodu protonů roztáčeny!
Komplex jednotek a, b, b a δ tvoří jakési „kotvící zařízení“ které brání
v rotaci části F1.
Část F1 je tvořena podjednotkami α a β (celkem 3x α a 3x β; střídavě).
Kvůli „kotvícímu zařízení“ nemůže rotovat, avšak uvnitř ní rotuje „stopka“
tvořená jednotkou γ.
Rotační energie je využita k syntéze ATP.
Jak probíhá syntéza ATP?
V současnosti je zastáván názor, že při jedné otočce ATP-synthasy
vznikají 3 ATP.
Jedná se o postupný proces, který se odehrává na podjednotkách α
části F1. V části F1 se tyto podjednotky nacházejí celkem tři – tvoří tedy
tři vazebná místa, ne kterých může docházet k syntéze ATP (proto
vznikají 3 ATP na jednu otočku).
58
• V průběhu otáčení γ-podjednotky, se mění konformace těchto vazebných míst.
Vazebná místa mohou zaujmout tři různé konformace:
a)první konformace má vysokou afinitu k ADP a fosfátu (ADP a fosfát z matrix se
do vazebného místa navážou)
b)druhá konformace má vysokou afinitu k ATP, ale tím, že je ve vazebném místě
již napojeno ADP a fosfát, dochází k jejich spojení dle rovnice: ADP + Pi → ATP[1]
c)třetí konformace nemá afinitu ani k ATP ani k ADP a fosfátu – dochází tedy
k uvolnění vzniklého ATP
• Tím, jak se γ-podjednotka otáčí, mění postupně konformaci jednotlivých
vazebných míst, přičemž dále platí, že v jednu chvíli:
se na jedné α-podjednotce vždy napojuje ADP a fosfát
se na druhé α-podjedtoce vždy tvoří ATP
se na třetí α-podjednotce vždy uvolňuje ATP
• Takto je zajištěna kontinuálnost tvorby ATP.
• Platí, že oxidací 1 mol NADH+H+ vznikají 3 mol ATP, z oxidace 1 mol FADH2 pak
jen 2 mol ATP[2].
59
https://www.youtube.com/watch?v=9kP79bTd5aA&list=PL9FDCE4EE6604BC23
60
LBS145 2/10/04. [online]. [cit. 2014-08-25]. Dostupné z: https://www.msu.edu/course/lbs/145/smith/s04/classnotes_021004.html
61
Stechiometrie vzniku ATP
• přenos 2 e- z NADH ………….. 3 ATP
• přenos 2 e- z flavoproteinů ……. 2 ATP
62
Rozpojovače
• DŘ a fosforylace jsou za normálních podmínek těsně spojeny
jako důsledek nepropustnosti VMM pro H+
• jediná cesta zpět do matrix je přes Fo část ATP-syntasy
• některé látky mohou vybít protonový gradient bez zisku
chemické energie (ATP) - rozpojí DŘ od aerobní fosforylace
• uvolní se pouze teplo
• DŘ probíhá bez přerušení
• aerobní fosforylace neprobíhá
63
Rozpojovače
n H+
DŘ
64
n H
+
n H
+
n H
+
n H
+
ATP
teplo
X
rozpojovač ATP syntasa
2,4-Dinitrofenol
• pravý rozpojovač
• otrava: zvýšená tělesná teplota, horečka, pocení,
zrychlený dech
• smrtelná dávka kolem 1 g
• v letech 1920-30 se užíval v dávce 2,5 mg/kg jako
„zázračný“ prostředek na hubnutí
• podobně působí pikrová kyselina
OH
NO2
O2N
65
Thermogenin je fyziologický rozpojovač
• speciální bílkovina s kanálem pro H+
• vyskytuje se v hnědé tukové tkáni
(buňky mají více mitochondrií)
• probíhá DŘ, tvoří se H+ gradient, thermogenin vybíjí
gradient na teplo, netvoří se ATP
• novorozenci, hibernující zvířata (zimní spáči)
66
VMM je nepropustná pro většinu substrátů
• malé nenabité molekuly volně přecházejí (O2)
• MK s delším řetězcem - karnitin
• pyruvát - symport s H+
• kyseliny CC, AK - specifické přenašeče
• dihydrogenfosfát - výměna za OH•
malát - výměna za 2-oxoglutarát (člunek)
• aspartát - výměna za glutamát (člunek)
• ATP - výměna za ADP
67
Transport látek přes VMM
D.Ř. vytváří H+ gradient, který je využit na
aktivní transport různých látek
volná difuse: O2, CO2, H2O, NH3
mmp
pozitivní
matrix
negativní
Ca2+
pyruvát
OH–
ADP3–
ATP4–
OH–
malát
sukcinát
citrát
isocitrát
aspartát
H2PO4
–
HPO4
2–
malate
malate
ATP/ADP translokasa
pyruvát/OH výměník
přenašeč dikarboxylových kyselin
přenašeč trikarboxylových kyselin
člunek pro NADH + H+
akumulace kationtů na negativní straně
fosfát/OH výměník
68
Inhibitory DŘ
Dýchacího řetězce
• rotenon, barbital (I)
• malonát (II)
• antimycin A (III)
• dimerkaprol (III)
• CO, CN-, SH-, N3
- (IV)
ATP-syntasy
• oligomycin
ATP/ADP-translokasy
• kys. bongkreková
• atraktylosid
69
Otrava kyanidy
• Kyanid sodný NaCN, kyanid draselný KCN (cyankali)
• Běžná lab. činidla, galvanizace, těžba zlata
• Přírodní zdroj: amygdalin (hořké mandle, pecky meruněk)
• Vysoce toxický (LD50 250 mg)
• Inhibuje cytochrom-c-oxidasu
• Otrava: závratě, dušnost, křeče, rychlá smrt
• Prognóza otravy závisí na: velikosti dávky, rychlosti podání antidota, pH
žaludeční šťávy, stáří kyanidu

KCN + ½ O2  KOCN (kyanát draselný)
KOCN + 2 H2O  NH4KCO3 (uhličitan amonno-draselný)
70
Možné strategie při otravě kyanidy
• hydroxykobalamin - váže CN-, vzniká zcela fyziologický
kyanokobalamin (vitamin B12)
• dusitan sodný (natrii nitris) NaNO2, amyl-nitrit (amylis nitris) vyvolají
terapeutickou methemoglobinemii
 hem-Fe3+ váže pevně kyanid a brání tak inhibici cytochrom-c-
oxidasy
• thiosíran sodný (natrii thiosulfas) Na2S2O3 - detoxikuje kyanid na
thiokyanát (konjugace):
CN- + S2O3
2-  SCN- + SO3
2-
71
73
Reaktivní formy kyslíku
(ROS, reactive oxygen species)
74
Reaktivní formy kyslíku v organismu
Radikály Neutrální, anionty, kationty
Superoxid ·O2
Hydroxylový
radikál ·OH
Peroxylový radikál ROO·
Alkoxylový radikál RO·
Hydroperoxylový radikál HOO·
Oxid dusnatý NO·
Peroxid vodíku HOOH
Peroxidy lipidů ROOH
Kyselina chlorná HClO
Singletový kyslík 1O2
Peroxynitrit ONOONitronium
NO2
+
75
Superoxidový anion-radikál ·O2
•
vzniká jednoelektronovou redukcí dikyslíku
• relativně málo reaktivní
O2 + e-  ·O2
[toto
není reakce, pouze jeden redoxní pár]
76
Vznik superoxidu v organismu
•tzv. respirační vzplanutí (NADPH oxidasa, fagocytující
leukocyty) 2 O2 +
NADPH  2 ·O2
- + NADP+ + H+
•spontánní oxidace hemoproteinů
hem-Fe2+ + O2  hem-Fe3+ + ·O2
[toto
jsou reakce, tedy kombinace dvou redoxních párů]
77
Vysoce reaktivní hydroxylový radikál •OH vzniká
ze superoxidu
·O2
- + H2O2  O2 + OH- + ·OH
Reakci katalyzují redukované ionty kovů (Fe2+, Cu+)
(tzv. Fentonova reakce)
78
Jazyková poznámka
Název Význam
Hydroxid anion OHHydroxyl
radikál ·OH nebo skupina -OH
Hydroxy
předpona v názvech organických
sloučenin: 2hydroxypropanová
kyselina (mléčná)
Hydroxo
předpona ligandu OH- v komplexech:
Na[Al(OH)4] tetrahydroxohlinitan sodný
79
Singletový kyslík 1O2
• excitovaný stav tripletového dikyslíku
• vzniká mj. po absorpci světla některými pigmenty (porfyriny)
3O2  1O2
konfigurace elektronů: viz LCH I, str. 18
80
Peroxid vodíku H2O2
• nestálá sloučenina, snadno se rozkládá se na vodu a kyslík
• v organismu vzniká při aerobní deaminaci AK a biogenních
aminů a ze superoxidu - dvouelektronová redukce O2
• ve Fentonově reakci produkuje ·OH
• může oxidovat -SH skupiny enzymů
81
Kyselina chlorná HClO
•vzniká v neutrofilních granulocytech z peroxidu vodíku
a chloridového aniontu
•reakci katalyzuje myeloperoxidasa
•HClO má silné oxidační a baktericidní účinky
H2O2 + Cl- + H+  HClO + H2O
82
Oxid dusnatý NO· vzniká z argininu (viz
přeměny AK)
• exogenní zdroje: léčiva, vazodilatancia
• NO· se váže na guanylátcyklasu  cGMP  relaxace
hladké svaloviny (hlavně cév) a další účinky …
• NO· je radikál a poskytuje další reaktivní metabolity:
NO· + ·O2
-  O=N-O-O-  O=N-O-O-H (kys. peroxodusitá)
H+
NO2
+ + OH- ·NO2 + ·OH
nitrace tyrosinu
NO3
- (plazma, moč)
peroxonitrit
nitrosylace
83
Sloučeniny uvolňující NO
CH2 O NO2
CH
CH2
O NO2
O NO2
O
OO
O NO2
O2N
CH CH2 CH2
H3C
H3C
O N O
CH
H3C
H3C
CH2 O N ONa2[Fe(CN)5NO]
nitroprusid sodný (natrii nitroprussias)
pentakyanonitrosylželezitan disodný
rubínově červené krystaly
extrémně účinný, i.v. infuze
glycerol trinitrát (glyceroli trinitras)
nažloutlá olejovitá kapalina
klasické léčivo, působí rychle
sublinguální tablety, sprej, náplast
isosorbid dinitrát (isosorbidi dinitras)
výhodnější farmakokinetické vlastnosti
amyl-nitrit (amylis nitris)
těkavá kapalina, inhalační aplikace
isobutyl-nitrit
těkavá kapalina, nová droga
poppers, rush, liquid aroma …
84
Pozitivní účinky kyslíkových radikálů
• meziprodukty oxidasových a oxygenasových reakcí (cyt
P-450), během reakcí jsou radikály vázané na enzym,
takže nepoškozují okolní struktury
• baktericidní účinek fagocytů, respirační vzplanutí
(NADPH-oxidasa)
• signální molekuly (první poslové), zatím jasně
prokázáno u NO·, u některých dalších radikálů se
předpokládá podobné působení
85
Negativní účinky kyslíkových radikálů
Sloučenin
a
Poškození Následky
PUFA
ztráta dvojných vazeb
tvorba aldehydů a ROO·
změna propustnosti
membrán poškození
membr. enzymů
Proteiny
agregace a síťování
fragmentace + štěpení
modifikace -SH a fenylu
změny v transportu iontů
vstup Ca2+ do cytosolu
změny v aktivitě enzymů
DNA
štěpení deoxyribosy
modifikace bází
zlomy řetězce
mutace
translační chyby
inhibice proteosyntézy
86
Antioxidační systémy organismu
1. Enzymy (endogenní)
superoxiddismutasa, katalasa, glutathionperoxidasa
2. Vysokomolekulární antioxidanty (endogenní)
transferrin, ferritin, ceruloplazmin aj., vážou volné ionty kovů
3. Nízkomolekulární antioxidanty (exogenní, endogenní)
• redukující látky s fenolovým -OH (tokoferol, flavonoidy, urát)
• redukující látky s enolovým -OH (askorbát)
• redukující látky s -SH skupinou (glutathion, dihydrolipoát)
• látky s rozsáhlým systémem konjugovaných dvojných vazeb
(karotenoidy, retinol, bilirubin)
87
Superoxiddismutasa
•obsažena v každé buňce, fylogeneticky velmi starý
enzym
•katalyzuje dismutaci superoxidu
2 ·O2
- + 2 H+  O2 + H2O2
•oxidační čísla kyslíku v reakci:
•dvě formy: SOD1 (Cu, Zn, cytosol),
SOD2 (Mn, mitochondrie)
(-½)  (0) + (-I)
88
Eliminace H2O2 v organismu
• katalasa - disproporcionace H2O2
H2O2  ½ O2 + H2O
• glutathionperoxidasa - obsahuje selenocystein
druhý substrát - glutathion (G-SH)
redukuje H2O2 a hydroperoxidy fosfolipidů (ROOH)
2 G-SH + H-O-O-H  G-S-S-G + 2 H2O
2 G-SH + R-O-O-H  G-S-S-G + R-OH + H2O
COOH
CH
CH2
H2N
Se H
neškodný derivát
89
Nízkomolekulární antioxidanty
Lipofilní Hydrofilní
Tokoferol
Karotenoidy
Skvalen
Ubichinola
Bilirubina
L-askorbát
Flavonoidy
Dihydrolipoáta
Glutathiona
Močová kyselinaa
a Endogenní sloučeniny.
90
Tokoferol (viz Harper 622-627)
• Lipofilní antioxidant buněčných membrán a lipoproteinů
• Redukuje peroxylové radikály fosfolipidů na hydroperoxidy, které jsou dále
redukovány GSH, tokoferol se oxiduje na stabilní radikál
• PUFA-O-O· + Toc-OH  PUFA-O-O-H + Toc-O·
• Toc-O· se částečně regeneruje askorbátem (na fázovém rozhraní)
• Toc-O· + askorbát  Toc-OH + semidehydroaskorbát
O
HO
CH3
CH3
H3C
R
CH3
O
O
CH3
CH3
H3C
R
CH3
91
Karotenoidy a retinol
•Karotenoidy jsou polyisoprenoidní uhlovodíky
(tetraterpeny)
•Odstraňují peroxylové radikály, samy se při tom mění
na stabilní karotenový radikál
•Mají schopnost zhášet (deexcitovat) singletový kyslík
•Zdroje v potravě: listová zelenina, žlutě, oranžově a
červeně zbarvená zelenina a ovoce
•Prekurzory retinolu
Lykopen (karotenoid) není prekurzor retinolu,
nemá β-jononový kruh
lykopen
-karoten
OH
HO
2x retinol
92
Obsah lykopenu v potravinách (mg/100 g)
Rajský protlak
Kečup
Rajská
štáva/omáčka
Meloun
Papaja čerstvá
Rajčata čerstvá
Meruňky kompot
Meruňky čerstvé
10-150
10-14
5-12
2-7
2-5
1-4
~ 0,06
~ 0,01
Pro efektivní uvolnění
a vstřebání lykopenu
je třeba rajčata:
• mechanicky rozmělnit
• rozvařit
• přidat olej
93
Lutein
• patří mezi xanthofyly – kyslíkaté deriváty karotenoidů
• vyskytuje se zejména v zelené listové zelenině
• je obsažený ve žluté skvrně (macula lutea) a chrání ji před degenerací
• četné preparáty na trhu
CH3
CH3 OH
CH3 CH3
OH
CH3
CH3
CH3
CH3CH3
CH3
94
95
Ubichinol (QH2)
• Vyskytuje se ve všech membránách
• Endogenní syntéza střevní mikroflórou z tyrosinu a
farnesyldifosfátu (odbočka při biosyntéze cholesterolu,
Harper str. 281)
• Exogenní zdroje: klíčkový olej, játra, maso
• Redukovaná forma QH2 pomáhá při regeneraci tokoferolu
• Toc-O· + QH2  Toc-OH + ·QH
96
L-Askorbát (vitamin C)
• Kofaktor hydroxylace prolinu (syntéza kolagenu)
• Kofaktor (reduktant) hydroxylace dopaminu na noradrenalin
• Silné redukční činidlo (Fe3+ Fe2+, Cu2+  Cu+)
• Umožňuje vstřebávání železa z potravy
• Redukuje radikály ·OH, ·O2
-, HO2·, ROO· aj.
• Regeneruje radikál tokoferolu
• Odbourává se na oxalát !!
• Nadbytek askorbátu má prooxidační účinky !!
97
L-Askorbová je dvojsytná kyselina
O
HO O
O
C
CH2OH
H OH
O
O O
O
C
CH2OH
H OH
O
HO OH
O
C
CH2OH
H OH
Dva konjugované páry:
askorbová kys. / hydrogenaskorbát
hydrogenaskorbát / askorbát
dva enolové hydroxyly
pKA1 = 4,2 pKA2 = 11,6
98
L-Askorbová kyselina má redukční účinky (viz praktická
cvičení z LCH, str. 32)
O
O O
O
C
CH2OH
H OH
O
HO OH
O
C
CH2OH
H OH
askorbová kys. dehydroaskorbová kys.
(redukovaná forma) (oxidovaná forma)
99
Flavonoidy a ostatní polyfenoly
• Ubikvitárně rozšířené v rostlinách, nejhojnější redukční
sloučeniny v naší stravě
• Celkový příjem je cca 1 g (mnohem vyšší než u vitaminů)
• Deriváty chromanu (benzopyranu), obsahují mnoho fenolových
hydroxylů
• Hlavní představitel kvercetin
• Redukují volné radikály a samy jsou přeměněny na málo reaktivní
fenoxylové radikály
• Chelatují ionty kovů (Fe2+, Cu+) a zabraňují tak jejich účasti ve
Fentonově reakci
100
Hlavní zdroje flavonoidů a jiných polyfenolů
• zelenina (nejvíc cibule)
• ovoce (jablka, citrusy,
hrozny)
• zelený čaj, černý čaj
• kakao, čokoláda
• soja
• olivový olej (Extra Virgin)
• červené víno
O
OH
OOH
HO
OH
OH
kvercetin
101
Glutathion (GSH)
• tripeptid
• γ-glutamylcysteinylglycin
• tvoří se ve všech buňkách
• redukční činidlo (-SH)
• redukuje H2O2 a ROOH (glutathionperoxidasa)
• redukuje různé kyslíkové radikály
• regeneruje -SH skupiny proteinů a koenzymu A
• podílí se na regeneraci tokoferolu a askorbátu
HOOC
N
N COOH
O
H
CH2
SH
O
H
NH2



102
Regenerace redukované formy GSH
• musí být zajištěna plynulá regenerace redukované
formy glutathionu (GSH)
• glutathionreduktasa, významná v erytrocytech
• GSSG + NADPH + H+  2 GSH + NADP+
pentosový
cyklus
viz semináře str. 25
103
Dihydrolipoát
• kofaktor oxidační dekarboxylace pyruvátu a 2-oxoglutarátu
• redukuje mnoho radikálů (mechanismus není znám)
• podílí se na regeneraci tokoferolu
• terapeutické použití (acidum thiocticum) – diabetické
neuropatie
S S
COOHCOOH
SH SH
dihydrolipoát
(redukovaná forma)
lipoát
(oxidovaná forma)
104
Kyselina močová
• Konečný katabolit purinových bází, dvojsytná kyselina
• V tubulech se z 90 % resorbuje
• Nejhojnější antioxidant krevní plazmy (150-400 μmol/l)
• Má výrazné redukční účinky, redukuje radikály RO·,
• Váže kationty železa a mědi
105
Laktimová forma kys. močové je
dvojsytná kyselina
N
N
N
N
H
OH
HO
OH
N
N
N
N
H
OH
HO
O
N
N
N
N
H
OH
O
O
kys. močová hydrogenurát urát
pKA1 = 5,4 pKA2 = 10,3
2,6,8-trihydroxypurin
106
Redukční účinky kyseliny močové
+
N
N
N
N
H
OH
HO
O
N
N
N
N
H
OH
HO
OR H RH+ +
různé přeměny
radikál
(oxidovaná forma)
hydrogenurát odštěpí jeden elektron
R· je např. ·OH, superoxid aj.
hydrogenurát
(redukovaná forma)
Enzymové komplexy v DŘ
No. Jméno Kofaktory Oxidace Redukce
I. NADH-Q oxidoreduktasa* FMN, Fe-S NADH  NAD+ Q  QH2
II. sukcinát-Q reduktasa** FAD,Fe-S,cyt b FADH2  FAD Q  QH2
III. Q-cytochrom-c-reduktasa Fe-S, cyt b, c1
QH2  Q cyt cox cyt cred
IV. cytochrom-c-oxidasa cyt a, a3, Cu cyt cred  cyt cox O2  H2O
• také zvaný NADH dehydrogenasa
• sukcinátdehydrogenasa
107
Dýchací řetězec
108
10b
Princip, popis obrázku, membrány….
Název enzymových komplexů, enzymů
Inhibitorů
Tabulka 5 - Komplexy DŘ
Princip
Název enzymových
komplexů, enzymů
Inhibitorů
110
Sběrná místa pro redukční ekvivalenty
[Semináře, str. 83]
CC
-oxidace
Q
I.
II.
člunek
NADH + H
NAD
+
matrix
cytoplazma
FAD
FAD FAD
glycerol-P DHAP
sukcinát
fumarát
alkanoyl-CoA
alkenoyl-CoA
I.
Číslo Jméno Kofaktory Oxidace Redukce
I
NADH-Q-oxidoreduktasa
(NADH-dehydrogenasa)
FMN, Fe-S NADH+H+ → NAD+ Q → QH2
II sukcinát-Q-reduktasa FAD, Fe-S, cyt b FADH2 → FAD Q → QH2
III Q-cytochrom-c-reduktasa Fe-S, cyt b,c1 QH2 → Q cyt cox → cyt cred
IV cytochrom-c-oxidasa cyt a, a3, Cu cyt cred → cyt cox O2 → H2O
Tabulka 5 Komplexy
DŘ
Komplex dýchacího řetězce Inhibitor
KOMPLEX I BARBITURÁTY
KOMPLEX II MALONÁT
KOMPLEX III ANTIMYCIN A, DIMERKAPROL
KOMPLEX IV H2S, CO, CN–
TRANSPORT ATP/ADP ATRAKTYLOSID,
KYSELINA BONGKREKOVÁ
ATP-SYNTHASA OLIGOMYCIN
Tabulka 6 Inhibitory
DŘ
Komplex dýchacího řetězce Inhibitor
KOMPLEX I BARBITURÁTY
KOMPLEX II MALONÁT
KOMPLEX III ANTIMYCIN A, DIMERKAPROL
KOMPLEX IV H2S, CO, CN–
TRANSPORT ATP/ADP ATRAKTYLOSID,
KYSELINA BONGKREKOVÁ
ATP-SYNTHASA OLIGOMYCIN
Tabulka 6 - Inhibitory DŘ