Kémia | Biokémia » Az elektrontranszportlánc komponensei, gátlószerei, funkcionális komplexei

BIOKÉMIA – BIOENERGETIKA Az elektrontranszportlánc komponensei, gátlószerei, funkcionális komplexei  Az elektrontranszportlánc komponensei     Az elektrontranszportlánc ugyanaz, mint a mitokondriális légzési lánc. A mitokondriális légzési lánc a mitokondriumok belső membránjában helyezkedik el. Komponensei redoxfolyamatokra képes prosztetikus csoportokat tartalmazó fehérjék, amelyek négy komplexet alkotnak. A folyamatrendszerben az elektrondonor a NADH + H+, illetve a FADH 2 ; így a láncba egyszerre két elektron lép be. A biológiai oxidáció egységének ezt a redukáló ekvivalens párt tekintik. Az elektronakceptor a rendszerben az oxigénmolekula (O 2 ), amelynek redukálásához 4 elektron átvitele szükséges: O 2 + 4 e- + 4 H+  2 H 2 O  A NADH mint a dehidrogenázokkal reverzibilisen asszociálódó vízoldékony elektronátvivő, a

különböző oxidoredukciók során nyert elektronokat a légzési lánc első komponenséhez szállítja.  A mitokondriális légzési lánc első tagja flavoprotein. A flavoproteinek akár egy, akár két elektront képesek felvenni, illetve leadni. Ezért közvetíthetnek olyan reakciókban, ahol két elektron átadása megy végbe (NADH), de ők maguk csak egy elektront adnak tovább. A flavoproteinek általában kovalensen kötődő prosztetikus csoportként FAD-ot vagy FMN-t tartalmaznak.          A citokrómok olyan elektrontranszferben részt vevő fehérjék, amelyek prosztetikus csoportként hemet tartalmaznak. Vasatomjuk az elektrontranszfer során redukált (Fe2+), illetve oxidált (Fe3+) állapotokban van. Három osztályba sorolhatók: fényabszorpciós spektrumuk közti különbségek alapján a, b, c citokrómokat különböztetnek meg. Az a és b citokrómok hemcsoportjai szorosan, de nem kovalens kötéssel kapcsolódnak a

polipeptidláncokhoz, a c citokrómok hemcsoportjai tioéter kötést létesítenek Cys-en keresztül és így asszociálódnak a fehérjéhez. A flavoproteinekhez hasonlóan a citokrómok fehérje alkotórésze jelentősen befolyásolja a standard redoxpotenciáljukat. Többféle vas-kén komplex (FeS) prosztetikus csoportot tartalmazó fehérjét találunk a légzési láncban. A citokrómopktól megkülönböztetendő, nem hem-vasat tartalmazó fehérjéknek is nevezik őket. A vasionok a komplexben redukált (Fe2+) és oxidált (Fe3+) állapotban vannak; anorganikus S-atomokkal, illetve a polipeptidláncban előforduló Cys S-atommal asszociálnak. BIOKÉMIA – BIOENERGETIKA  A légzési lánc egyes fehérjéi rézionokat is tartalmaznak. A rézionok redukált (Cu+) vagy oxidált (Cu2+) állapotban fordulnak elő.  A légzési láncot alkotó fehérjekomplexeket két

elektronszállító molekula, a koenzim Q vagy ubikinon (UQ) és a viszonylag kis molekulatömegű citokrom c köti össze. Komponenseinek standard redoxpotenciál-értékeit és a terminális oxidáció folyamatát, a lépések egymás utániságát áttekintve adódik a következtetés: a mitokondriális légzési láncnak mind membránstruktúrának felépítésében a rendező elv a redoxpotenciálok sorrendje. Három fehérjekomplex tartalmaz olyan polipeptidláncot, amelyek transzmembrán fehérjék és protonokat tudnak kipumpálni a mátrixból (Komplex I, III, IV).    Az elektrontranszportlánc (légzési lánc) gátlószerei     A légzési láncban az elektronok átvitele különböző pontokon gátlószerekkel megakadályozható. A rotenon és amitál megakadályozza a Komplex I és Komplex II közötti elektronátadást. Az antimicin A a Komplex II és Kopmlex III között, míg a cianidok, azidok és a szénmonoxid a Komplex IV-ről az

oxigénmolekulára történő elektronátadást gátolja. A légzési lánc gátlószerei végső soron a terminális oxidációt gátolják.  A mitokondriális légzési lánc funkcionális komplexei          A lánc első komplexe a NADH-UQ-oxidoreduktáz (I) (NADH-dehidrogenáz), ami 25 polipeptidláncból álló nagy fehérjekomplex. A komplex NADH-kötő helye a mátrix felé néz, így a mátrixban képződő NADH-t megköti és oxidálja. Az első komplexről az elektronok az ubikinonra kerülnek A komplex I-nek, tehát a NADH-UQ-oxidoreduktáznak protonpumpa aktivitása van. A komplex I-től az ubikinon az elektronokat a komplex III-hoz szállítja. Az ubikinon nemcsak a komplex I-től képes átvenni az elektronokat, elektrondonorként más FADH 2 prosztetikus csoporttal rendelkező enzim is szerepelhet. Így elektronok nemcsak a NADH közvetítésével kerülhetnek a légzési láncba. A citrátkör (ami a mátrixban zajlik) egyik

intermedierje, a szukcinát úgy oxidálódik fumaráttá, hogy az ebből származó elektronok a szukcinát-UQ-oxidoreduktázon (II) keresztül kerülnek az ubikinonra. Ez a komplex tartalmazza a szukcinát-dehidrogenázt, amelynek prosztetikus csoportja FAD. A szukcinát-dehidrogenáz a citrátkör egyetlen membránhoz kötött enzime, amely a szukcinátot fumaráttá oxidálja, eközben kialakul a redukálódott FADH 2 , amiről FeS-fehérjéken keresztül jutnak el az elektronok az ubikinonra. Ennek a komplexnek (II) nincsen protonpumpa aktivitása. BIOKÉMIA – BIOENERGETIKA        A komplex III az UQH 2 -citokróm c-ocidoreduktáz. Az elektronok ezen komplex segítségével az UQH 2 -ról egy vízoldékony fehérjére, a citokróm c-re kerülnek, amely a belső membrán külső felszínén helyezkedik el. A komplex III-at többek között citokrómok (b és c 1

), valamint FeS-fehérje alkotja. A citokróm b, c 1 és c ugyanolyan hemet tartalmaz (protoporfirin IX), mint a mioglobin vagy a hemoglobin. A komplex III protonpumpa aktivitással rendelkezik. A komplex IV a citokróm-oxidáz. Ez redukálja az oxigénmolekulát vízzé Az elektrondonor a redukált citokróm c. A citokróm-oxidáz négy elektron átvitelét katalizálja. Minden olyan körülmény, amely részlegesen redukált oxigénszármazék szabaddá válását eredményezi, súlyos veszélyeket jelent. Így az oxigén redukciója rendkívül pontosan és szigorúan szervezett folyamat. A komplex legalább nyolc alegységből áll. A négy elektron transzferjében négy fém vesz részt. Két hem-vas (citokróm a, a 3 ) illetve két rézion kapcsolódik be a két oxigénatom kötésébe, valamint a négy elektronátvitel lebonyolításába