Kémia | Biokémia » A mitokondriális ATP szerkezete, működése

BIOKÉMIA I. – BIOENERGETIKA A mitokondriális ATP szerkezete, működése  A mitokondriális ATP-áz szerkezete               Az ATP-szintáz univerzális enzim, amely két részből áll: F 1 és F 0 . Elektronmikroszkóppal az F 1 -rész látható, mint a mitokondrium belső membránjának a mátrix felé irányuló betüremkedése. Az F 1 -et ötféle polipeptidláncból álló kilenc alegység (α 3 , β 3 , γ, δ, ε, molekulatömeg: 380 kDa) építi fel. Ez az egység felelős az ADP foszforilációjáért A négy különböző polipeptidláncból álló F 0 -egység képezi a protoncsatornát. Ez az egység, így a protongrádiens kiegyenlítődése, oligomyconnel gátolható – ily módon az ATP szintézisét gátolni lehet. Ezzel ellentétben a mitokondrium belső membránja különböző szerekkel protonokra permeábilissá

tehető. Ilyen „klasszikus” protonofor pl a 2,4dinitrofenol a membránt a protonokra permeábilissá teszi, ezért szétkapcsolja az elektrontranszportot és a foszforilációt, mert nem jöhet létre a protongrádiens. Az elektrontranszport nem akadályozott, sőt az oxigénfogyasztás szabálytalanul fokozódik. Az ATP-szintézist ily módon gátló szereket szétkapcsoló szereknek nevezzük. Az elektrontranszport szorosan kapcsolt az ADP-foszforilációjához. Az oxidatív foszforiláció elektron- (a tápanyagok hidrogénje terhére folyamatosan újra redukálódó NADH illetve FADH 2 ), oxigén-, ADP-, valamint P i -ellátást igényel. Az oxidatív foszforiláció sebességét elsősorban az ADP-koncentráció határozza meg. Az ADP mennyisége attól függ, mennyi ATP használódik el a sejtben Ha az ATP/ADP arány az ADP javára tolódik el, ez jelzés az oxidatív foszforiláció fokozására. Az ADP-szint oxidatív foszforiláció sebességét meghatározó szerepét

légzési kontrollnak vagy akceptor kontrollnak nevezik. Az ADP-szint így nemcsak az oxidatív foszforiláció, hanem ebből következően a terminális oxidáció sebességét is meghatározza. Az ATP szintézisének gátlása tehát az elektrontranszfert, a NADH oxidációját, végső soron pedig a sejtben a tápanyag fogyását gátolja. Az oxidatív foszforiláció és terminális oxidáció szétkapcsolásának jelentősége azonban nem csak experimentális, illetve toxikológiai, amennyiben a szétkapcsoló szerek súlyos mérgező hatásúak. Szerepe van a hőtermelésben, a testhőmérséklet fenntartásában, újszülöttek hőmérséklet adaptációjában. A hőtermelésben igen fontos szerepet játszik a mitokondriumokban igen gazdag barna zsírszövet. A benne található mitokondriumok tartalmaznak termogenint, egy szétkapcsoló fehérjét, amely protoncsatornát tartalmaz, így megakadályozza a protongrádiens kialakulását, mert a protonok visszajutnak a

mitokondrium mátrixába. Ezáltal az ATP-szintézis elmarad. Az ADP, illetve az ATP a mitokondrium belső membránjában egy specifikus transzportfehérje, az ATP-ADP transzlokáz segítségével jut keresztül. Az ADP-nek a mátrixba való belépése az ATP kilépéséhez kötött, és viszont. BIOKÉMIA I. – BIOENERGETIKA  A kemiozmotikus elmélet          Az energiatranszdukció mechanizmusát írja le. A légzési láncban az elektronátvitelt protongrádiens kialakulása kíséri a belső membrán mentén azáltal, hogy protonok pumpálódnak a mátrixból a membrán közti térbe. Ez természetesen pH-változást eredményez; a mátrix lúgosabb lesz a membránközti térhez képest, illetve töltéskülönbség alakul ki; a mátrix negatívabb lesz. Az így kialakuló elektrokémiai potenciál, proton motoros erő (Δp) tehát két komponensből

tevődik össze: a membránpotenciálból és a H+-koncentráció különbségből. Az oxidoredukciók szabadenergia csökkenése (ΔG < 0) ily módon kémiai energiává alakul. A kialakult energia többféle reakció energiaigényét képes fedezni, ám a bioszintetikus folyamatok közvetlen energiaigényét nem. Ezt az ATP hidrolízise fedezi. A protonok spontán visszaáramlása a mátrixba az elektrokémiai grádiensnek megfelelően szabadenergia-csökkenéssel járó folyamat; ami transzformálódik az ADP foszforilációjával kémiai energiává. Ha a protonok áramlása az F 0 F 1 komplexen keresztül gátolt, az ADP nem foszforilálódik ATP-vé, és a terminális oxidáció tovább folyik, a protongrádiens egyre nagyobb lesz, egyre több energia szükséges a protonpumpához (komplex I, III, IV). Ha ennek energiaszükséglete meghaladja az elektrontranszfer kapcsán felszabaduló energiát, az elektrontranszfer megáll, a NADH oxidációja csökken, majd abba marad. Ez a

légzési, akceptor kontroll magyarázata. Az egész folyamatrendszer ép struktúrához, kompartmentalizáltsághoz, a mitokondrium épségéhez kötött