Ií •:! -SPIftAČNÍ ŘETĚZÍ ;C
12
Oxicloredukční pochody v buňce. Vztah mezí AG a AE. Vznik NADH, FADH2. Struktura mitochondrie. Respirační řetězec - význam, průběh, ělunky, enzymové komplexy a přenašeče elektronů, aerobní fosťorylace, inhibitory a lozpojovače, P/() kvocient.
Vznik a využití ATP
Živočišná buňka
substrátová fosforylace
aerobní fosforylace
ATP
osmolícká práce (primárni aklivní Iransporl lál«IO pioli koncentračnímu gradientu)
chemická práce (transibrasy » ligasy)
mechanická práce (kontrakce svalu - aktomyosin
1. Uveďte 3 příklady vzniku ATP fosforylací na substrátové úrovni.
2. Uveďte příklady dějů vyžadujících energii ve formě ATP.
Zisk ATP aerobní fosforylací
oxid ore áikční re akc e
a viny
(redukované formy uhlíku) bohaté na H
redukované kofaktory /
MATRIX
vnitrní
mitochondrial ni membrána
m í am c in u ran o vy prostor
11 pträčni ŕetŕä.ec
t"---t
iiH1
n H
n H
3 H
3. Jaký je význam respiračního řetězce? Kde je lokalizován? Které buňky ho postrádají?
4. Popište strukturu mitochondrie.
5. Jaké jsou vlastnosti vnitřní milochondriální membrány? Jaká její vlastnost je zásadní pro vznik protonmotivní síly?
6. Který typ živin poskytuje oxidací nejvíce redukovaných kofaktorň?
75
7.  Vznik redukovaných ko faktorii v matrix mitochondrie {doplňte název enzymu/substrátu)
cilľátový cyklus .,./... (3-oxidace mastných kyselin oxidační dekarboxylace 2-oxokyselin oxidace „ketolátky" dchydľogenační deaminace
p-oxidace mastných kyselin citrátový cyklus
/. . .
"t (   FAD H;
Vznik NAD H v eyfoplasmč
8. Při které reakci glykolýzy vzniká v cytoplasmč buněk svalové tkáně NADH? Za jakých podmínek?
9. V játrech může vznikat významnejší množství NADH při oxidaci produktu anaerobní glykolýzy a při oxidaci exogenního ethanolu. Popište uvedené reakce. Které enzymy se podílejí na katalýze?
Transport redukovaných koenzymů z cytoplasmy do matrix mitochondrie a) Malátový-aspartátový člunek (srdce, játra, ledviny)
A ST
Asp
vnitrní
mitochondriálni membrána
MATRIX
—««• malát
NAD*
NADH + II
A ST
)-
Asp
b) Glycerolfosfátový (mozek, sval
NAD"   -   » glycerol-P JGPD
NADI I l II' D H A P
Q
UPD
AD)
V
QH,
10. Popište mechanismus uvedených člunkú.
76
glycerol-P    D HAF
*enzymové komplexy působící jako protonové pumpy
11, Pojmenujte a charakterizujte enzymové komplexy 1-IV respiraeiíího řetězce.
12. Které složky respiračního řetězce se u&astni prenosu elektronů mezi enzymovými komplexy?
Standardní redoxni potenciály koenzymů a přenašeču respiraěnílio řetězce
E ■
(v)
+0.2
10,-t -
(N4x
ÍfadV \
(aa,)
\
7"v
A/'.1" = 1,13 V
13. Jaké množství energie se za standardních podmínek uvolní při přenosu 2 molů elektronů z NADH na kyslík, jestliže A/ľ°' = 1,13 V (F=96 494 C/mol)? (218kJ/mol)
14. Jakému teoretickému množství ATP odpovídá přenos 2 molů elektronů z FADřb na kyslík za předpokladu, že A/ľ = 0,78 V a AG"ATp = ~ 60 kJ/mol (F = 96 494 C/mol)? (2,5 mol ATP)
77
FeS-proteiny Fe.|S.|
Fe2S2
' S - Cys ;
15. Charakterizujte strukturu FeS-proteinů,
16. Ve kterých komplexech respiračního řetězce se nacházejí FeS-proteiny a jaká je jejich funkce?
17. Kolik elektronů současně přenáší Fe,|S,( protein?
Koenzym Q (doplňte)
O
ubichinon semiubichinon ubichinol
18. Které enzymové komplexy ve vnitřní milochondriální membráně mohou redukovat Q na QH2?
Vznik QH2
+
+ ÍJ-I
MATRIX
+ 3
ř
/FMN \ 2 H
I 4 \h) ->q . \
i i
i 1
M
VAD\
FeS 1) ,
2 ,\T:-
J
nll+
IN TERME M B RA NOVY PROS T O R
Oxidace QH2
2H'
v
2 x 2 H*
protonrnotivní cyklus
78
Piotoniiiotivní Q cyklus. Při přenosu 2 elektronů komplexem lil na cylochrom c dochází k transportu 4 H+ přes vnitřní mitochondriálni membránu. Qll? se oxiduje komplexem III, přičemž 2 H! jsou odštěpovány do intermembránového prostoru. V komplexu III dochází k „větvení loku elektronů", 1 elektron je přes cytochromy b přenášen na Q (resp. QIT) a 1 elektron je přes FeS-profěin a cytochrom c, přenášen na cylochrom c.
Při oxidaci další molekuly QIT je na cylochrom c přenesen 2. elektron potřebný pro úplnou redukci 1/2 02 na 0"~.
19. Které děje respiračního řetězce, probíhající na resp. ve vnitrní mitochondriálni membráně jsou doprovázeny transportem iontů H' přes tuto membránu do mezi membránového prostoru?
20. Jak lze vysvětlit účinek protonové pumpy? Protonmotivňí síla
•   rozdíl elektrochemických potenciálů na obou stranách membrány
21. Které složky se podílí na protonmotivňí síle?
22. Na které straně vnitřní mitochondriálni membrány je pozitivnější potenciál?
Příklady využití protonmotivňí síly: a) syntéza ATP: ATP-synthasa
b) teplo: thermogenin (hnědá tuková tkáň)
c) aktivní transport látek pres vnitřní mitochondriálni membránu
Ai//
iinioior
.....vnitřní mitochondriálni membrána
MATRCí
OH" -
pnu1)' rozpojovat'
!-
3-
q
adp+p. atp
> n
ATP
H )
X )
HPOÍ
translokasy _ ADP:]
J
)
rnmgenin
->n
le plo
23. Jaká je fyziologická role bílkoviny thermogeninu?
79
24. Popište syntézu ATP spojenou s návratem protonů clo matrix mitochondrie.
Příklady aktivního transportu látek přes vnitřní mitochondrial!!! membránu
MEZIMEMBRANOVV
PROSTOR Gradient ff <-
Oil
I-IPOj
Translokasa karboxylových k vsel in
Malát, sukcinát
ATP'
ADP!
(K'.N;f. (V , Mg' )
MATRIX
Respiračni řetězec
^ H.PO.,
!
HPO.f + H1
Malát, sukcinát
ATP'1
Translokasa ATP/ADP
ADI"
Akumulace iontu (K+, Na', d\2\ Mg2+)
80
25. Popište uvedené transportní systémy na vnitřní mitochondriálni membráně a určete, která složka prolonmolivní síly je /. energetického hlediska pohání.
26. Jakým způsobem je transportoval] citrát pres vnitřní mitochondriálni membránu při syntéze mastných kyselin?
27. Které transportní systémy jsou spřaženy s transportem malátu (antiport)? kozpojovaěe
28. Co je podmínkou spřažení transportu elektronů v respiračním řetězci a syntézou ATP v mitochondriíeh?
29. Které látky obecně mohou sloužit jako rozpojovače/odpojovače aerobní fosťorylace od respiračního řetězce?
30. Jaký je rozdíl mezi "pravým" rozpojovačem (2,4-dinilrofenolem) a obecně ionoforem?
31. Popište jakým způsobem dinitrolenol snižuje protonový gradient vytvořený respiračním řetězcem.
32. Jak ovlivní působení rozpojovací! a ionotbrň průběh: a) respirace; b) spřažených procesů?
33. Jak se změní rychlost respiračního řetězce v přítomnosti 2,4-dinitrorenohi?
34. Vzácná metabolická porucha zvaná Luftův syndrom je spojena se změněnou strukturou milochondrií. Oxidační fosťorylace a respirace nejsou u těchto pacientů účinně spřaženy. Hodnot)' bazálního metabolismu jsou zvýšené. Vysvětlete.
35. Vysoké dávky acetylsalicylové kyseliny zvyšují tělesnou teplotu. Vysvětlete.
Inhibitory respirace a aerobní foslorylace	
Komplex dýchacího řetězce	Inhibitor
Komplex 1	Barbituráty
Komplex 11	Malonát
Komplex III	Antimycín A. dimerkaprol
Komplex IV	1-KS, CO, CN
Transport ATP/ADP	Alraktylosid
Transport protonů skrz ATP-synihasu	Oligomycin
36. Jaký je princip toxického účinku kyanidů a sirovodíku?
37. Proč jsou toxické vysoké dávky barbiturálú?
38. Jak ovlivní působení oligomycinu průběh respirace a aerobní tbslbrylace?
81
Respirační kontrola
39. Které faktory ovlivňují rychlost respirace?
40. Cq je limitujícím Faktorem reakcí v respiračním řetězci při:
a) dostatečném přísunu substrátů (tj. NADI I, FADHj) a kyslíku (mitocli, [H2P04"] » [ADP])?
b) při namáhavém fyzickém cvičení?
Kvocient p/o
P/O kvocient = spotřeba Pj (nebo ADP) / spotřeba O (2 e")
4 1. Jaký je poměr P/O při oxidaci: a) NADH komplexem I; b) FADfT?
42. Jaké teoretické množství ATP může vzniknout v následujících přeměnách?
a) glukosa -> pyruvát; b) glukosa —> laktát; c) glukosa ■-> C02 + PKO; d) ethanol ~> C02 + HiO
43. Kolik molů ATP teoreticky poskytne cilrátový cyklus, jestliže v prostředí je přítomen 2,4-DNP?
44. Jaký je energetický výtěžek oxidace cyloplasmatického NADH, za předpokladu, že redukční ekvivalenty jsou transponovány prostřednictvím glycerolfoslátového člunku?
82