Respirační řetězec
12
Oxidoredukční pochody v buňce. Vztah mezi AG a A£. Vznik NADH, FADH2. Struktura mitochoiídľie. Respirační řetězec - význam, průběh, člunky, enzymové komplexy a přenašeče elektronů, aerobní fosforylace, inhibitory a rozpojovače, P/O kvocient.
Vznik a využití ATP
Živočišná buňka
substrátová fosforylace
aerobní fosforylace
ATP
OSmotická práce (primární aktivní transport íátelO proti koncentračnímu gradientu)
ic   chemická práce (transferasy a 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
oxidoredukční reakce
aviny
(redukované formy uhlíku) bohaté na H
redukované kofaktory
M AD H + H
NAD+
MATRIX
vnitřní
mitochondrial ní membrána
mezimembránový prostor n M +
«v FADIW— .t. y
respirační řetězec
V-T
nrT
ADP + Pi
1/2 O?
ATP
H20
T
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 mitochondriální membrány? Jaká její vlastnost je zásadní pro vznik protonmotivní síly?
6. Který typ živin poskytuje oxidací nejvíce redukovaných kofaktorů?
75
7.  Vznik redukovaných kofaklorů v matrix mitochondric {doplňte název enzymuIsubstrátu) citrátový cyklus       ,,,/... .../... .../,.,
P-oxidace mastných kyselin .../...
oxidační dekarboxylace 2-oxokyselin     . . . /....../. . . - £ (^^NADH + H*
oxidace „ketolátky" .../,.. dehydrogenační deaminace .../...
[3-oxidace mastiiých kyselin citrátový cyklus
Vznik N AI)H v cytoplasmě
8. Při které reakci glykolýzy vzniká v cytoplasmě buněk svalové tkáně NADH? Za jakých podmínek?
9. V játrech může vznikat významnější množství NADH při oxidaci produktu anaerobní glykolýzy a při oxidaci exogenního ethanoiu. Popište uvedené reakce. Které enzymy se podílejí na katalýze?
Transport redukovaných koenzymů z cytoplasmy do matrix mitochondrie a) Malátový-aspartátový člunck (srdce, játra, ledviny)
vnitrní mitochondrials membrána
nadh
NAD'
+ H+-—^
mal at
AS'I
Asp
b) Glycerolfosfátový (mozek, sval)
NAD'   «  w glycerol-p
Igpd
NADH + H*
DHAP
MATRIX
malát
ASI
Asp
NAD'
NADH + H+
10. Popište mechanismus uvedených člunků.
76
glycerol-P DHAP
*enzymové komplexy působící jako protonové pumpy
11. Pojmenujte a charakterizujte enzymové komplexy 1—IV respiračnflio řetězce.
12. Které složky respiračnflio řetězce se účastní přenosu elektronů mezi enzymovými komplexy?
Standardní raloxní potenciály koenzymu a přenašečů respiračního řetězce
E" -0,4 (V)
-0,2 0 +0,2 +0,4 +0,6 +0,8 -
(fadV. \ Kly
\
\
A£°' = 1,13 V
13. Jaké množství energie se za standardních podmínek uvolní při přenosu 2 molů elektronů z NADH na kyslík, jestliže AE°'= 1,13 V (F = 96 494 C/mol)7 (218fcJ/mol)
14. Jakému teoretickému množství ATP odpovídá přenos 2 molů elektronů z FADH2 na kyslík za předpokladu, že A/ľ = 0,78 V a AG'AT1, = ~ 60 kJ/mol (F = 96 494 C/mol)? (2,5 mol ATP)
77
FeS-protciny FeÄ
Fe
,S-Cys(
Fe-
Xys
Fe
S - Cys C
Fe2S
15. Charakterizujte strukturu FeS-proleinů.
16. Ve kterých komplexech respiračního řetězce se nacházejí FeS-proteiny a jaká je jejich funkce?
17. Kolik elektronů současně přenáší Fe^Sj protein?
Koenzym Q (doplňte) O
CH30^ ^Jl^ /CH3
ubichinon
semiubíchinon
ubichinol
18. Které enzymové komplexy ve vnitřní mitochondriální membráně mohou redukovat Q na QH2?
Vznik QH2
Oxidace QH2
MATRIX
2H+
2irr
FeS)->Q s,
—> QHj
INTERMEMBRANOVY PROSTOR
2řť
i
r \
v
2x211*
pro tónino tivra cyklus
78
Protonniotivní Q cyklus. Při přenosu 2'elektronů komplexem III na cytochrom c dochází k transportu 4 H přes vnitřní mitochondriální membránu. QH2 se oxiduje komplexem III, přičemž 2 H4" jsou odštěpovány do inlermembránového prostoru. V komplexu III dochází k „s'etvení toku elektronů", 1 elektron je přes cytochromy b přenášen na Q (resp. QH) a 1 elektron je přes FeS-protein a cytochrom C| přenášen na cytochrom c.
Při oxidaci další molekuly QH2 je na cytochrom c přenesen 2. elektron potřebný pro úplnou redukci 1/2 Oi na O2 .
19. Které děje respiračního řetězce, probíhající na resp. ve vnitřní mitochondriální membráně jsou doprovázeny transportem iontů II' přes tuto membránu do mezimembránového prostoru?
20. Jak lze vysvětlit účinek protonové pumpy? Proťonmotivní síla
.   rozdíl elektrochemických potenciálů na obou stranách membrány
21. Které složky se podílí na protonmotivní síle?
22. Na které straně vnitřní mitochondriální membrány je pozitivnější potenciál?
Příklady využití protonmotivní síly: a) syntéza ATP: ATP-synthasa
b) teplo: thermogenin (hnědá tuková tkáň)
c) aktivní transport látek přes vnitřní mitochondriální membránu
viiítřiii ínitochoiííhiálm membrána__ "\
+ '
íojioior
>
p ravy ro zp oj ova c H+----{-J-»-
V
MATRIX
H+
J
HP O
2-
OH"
transloluisy _ADP~
ADP+P. ATP
w
q, rr\
ATP
1 1 i		š-1
		
;/ H+   -->« IIH
-í>
3 tiiermogenin
->«H
+
tepl o
23. Jaká je fyziologická role bílkoviny tliermogeninu?
79
ATP-synthasa
ADP + Pi
ATP
24. Popište syntézu ATP spojenou s návratem protonů do matrix mitochondrie.
Příklady aktivního transportu látek pres vnitřní ínitochondriální membránu
mezimembranovy prostor
Gradient H+ •«-
OH" <~
H+ \
HP042
Translokasa karboxylových kyselin
Malát, sukcinát
ATP''
ADPJ"
(K\Na\CV\Mg2')
MATRIX
Respirační řetězec
H2PO4-\
HPO42" + H!
Malát, sukcinát
> Akumulace iontu (K',Na', Ca2+, Mg2i)
80
25. Popište uvedené transportní systémy na vnitřní mitochondriální membráně a určete, která složka protonmotivní síly je z energetického hlediska pohání.
26. Jakým způsobem je transportovali citrát pres vnitrní mitochondriální membránu při syntéze mastných kyselin?
27. Které transportní systémy jsou spřaženy s transportem malátu (antiport)? Rozpoj ovace
28. Co je podmínkou spřažení transportu elektronů v respiračním řetězci a syntézou ATP v mirochondriích?
29. Které látky obecně mohou sloužit jako rozpojovače/odpojovače aerobní fosíbrylace od respiračního řetězce?
30. Jaký je rozdíl mezi "pravým" rozpojovačem (2,4-dinitrofenoIem) a obecně ionoforem?
31. Popište jakým způsobem dinitrofenol snižuje protonový gradient vytvořený respiračním řetězcem.
32. Jak ovlivní působení rozpojovací! a ionoforň průběh: a) respirace; b) spřažených procesů?
33. Jak se změní rychlost respiračního řetězce v přítomnosti 2,4-dinitrofenolu?
34. Vzácná metabolická porucha zvaná Luftův syndrom je spojena se změněnou strukturou mitochondrií. Oxidační fosforylace a respirace nejsou u těchto pacientů účinně spřaženy. Hodnoty bazálního metabolismu jsou zvýšené. Vysvětlete.
35. Vysoké dávky acetylsalicylové kyseliny zvyšují tělesnou teplotu. Vysvětlete.
Inhibitory respirace a aerobní fosforylace
Komplex dýchacího řetězce	Inhibitor
Komplex I Komplex II Komplex III Komplex IV Transport ATP/ADP Transport protonů skrz ATP-synthasu	Barbilurály iVlalonát Antimycin A. dimerkaprol H2S, CO, CN Atraktylosid Oligomycin
36. Jaký je princip toxického účinku kyanidů a sirovodíku?
37. Proč jsou toxické vysoké dávky barbiturátů?
38. Jak ovlivní působení oligomycinu průběh respirace a aerobní fosforylace?
8!
Respirační kontrola
39. Které faktory ovlivňují rychlost ľespirace?
40. Co je limitujícím faktorem reakcí v respiračním řetězci při:
a) dostatečném přísunu substrátů (tj. NADI-I, FADH,) a kyslíku (mitocli. [H?PCV ] » [ADP])?
b) při namáhavém fyzickém cvičení?
Kvocient P/O
P/O kvocient = spotřeba Pj (nebo ADP) / spotřeba O (2 e")
41. Jaký jc poměr P/O při oxidaci: a) NADH komplexem I; b) FADH2?
42. Jaké teoretické množství ATP může vzniknou! v následujících přeměnách?
a) glukosa -> pyruvát; b) glukosa -> laktát; c) glukosa -» C02 + H20; d) ethanol -> C02 + H20
43. Kolik molů ATP teoreticky poskytne citrátový cyklus, jestliže v prostředí je přítomen 2,4-DNP?
44. Jaký je energetický výtěžek oxidace cytoplasmatického NADH, za předpokladu, že redukční ekvivalenty jsou transportovány prostřednictvím glycerolfosťátového člunku?
82