Kémia | Biokémia » P-O hányados, szétkapcsolás

BIOKÉMIA I. – BIOENERGETIKA P/O hányados, szétkapcsolás  P/O hányados            Az oxidatív foszforilációban a terminális oxidációhoz kapcsolva ADP és P i kondenzálódik ATP-vé. A folyamat a mitokondrium belső membránjához kötött légzési láncon történik. A légzési láncban végigmenő elektronpár redoxrendszerről redoxrendszerre vándorol. Mindegyik folyamathoz rendelhető két redoxelektród, amellyel a lépés redoxpotenciál-változása mérhető. A légzési lánc, mint a mitokondrium belső membránjában kialakított struktúra a standard redoxpotenciálok sorrendjének, mint rendezőelvnek megfelelően szerveződött. A különböző redoxelektródok közötti redoxpotenciál-különbség három esetben tesz lehetővé a belső membránon keresztül a mátrixból kifelé történő protonpumpálást, ami endergonikus

folymat. A protongrádiens azért alakul ki, mert a belső membrán impermeábilis protonokra nézve. Mind a három esetben a létrejött protongrádiens egy-egy ADP-molekula foszforilációját teszi lehetővé ATP-vé. A kitüntetett hely, ahol a protonok visszatérhetnek a mátrixba –ami exergonikus folyamat, s ezáltal a kialakult elektrokémiai grádiens megszűnik– egy protoncsatorna, amely egy több alegységből álló enzim (ATP-szintáz) része. Termodinamikai számítások (a standard elektródpotenciálok, illetve standard szabadentalpia-változás értékek) alapján a három redoxpotenciál-különbségnek megfelelő szabadenergia-csökkenés nagyobb, mint az ATP-foszforilációjának energiaigénye. Egy molekula NADH oxidációjához 3 molekula ADP foszforilációja kapcsolódik, míg 1 molekula szukcinát oxidációjához csak 2 molekula ATP képződése társul, mivel a II komplexen keresztüli elektrontranszfer esetében a NADH-UQoxidoreduktázhoz kapcsolt

protonpumpa kimarad. A NADH oxidációja az oxigén (O) fogyását és az ADP foszforilációját ATP-vé, azaz anorganikus foszfát (P i ) organikus foszfátba történő beépülését eredményezi. Az egy atom oxigénfogyásra (1 molekula H 2 O keletkezésére) jutó anorganikus foszfátbeépülés, a P:O hányados, az oxidatív foszforiláció régóta alkalmazott jellemzője. NADH oxidációja esetén a P:O hányados 3, szukcinát (FADH 2 ) esetén 2.  Szétkapcsolás   Az oxidatív foszforiláció, tehát az ATP-szintézis szempontjából lényeges, hogy a mitokondrium belső membránja a protonok számára nem átjárható. A légzési láncban a különböző redoxelektródok közötti redoxpotenciál-különbség három esetben tesz lehetővé a belső membránon keresztül a mátrixból kifelé történő protonpumpálást, ami endergonikus folymat. Mind a három esetben a létrejött protongrádiens egy-egy molekula ADP foszforilációját teszi lehetővé

ATP-vé. BIOKÉMIA I. – BIOENERGETIKA  A kitüntetett hely, ahol a protonok visszatérhetnek a mátrixba (exergonikus), egy protoncsatorna, ami az ATP-szintáz enzim F 0 -egysége. A protoncsatorna működése kiegyenlíti a protongrádienst. Ez a kiegyenlítődés szükséges az ATPszintézishez, ugyanis ez az az exergonikus reakció, amihez kapcsopltan végbemehet az ADP-foszforiláció, ami endergonikus.  Az ATP-szintáz F 0 -alegysége, tehát maga a protoncsatorna gátolható oligomycinnel az ATP-szintézis gátlását okozza. Az elektrontranszport ettől még folyik tovább (lásd: kemiozmotikus hypotézis), tehát az oligomycin szétkapcsolta a biológiai oxidáció két folyamatát, a terminális oxidációt és az oxidatív foszforilációt.  A mitokondrium belső membránja különböző szerekkel protonokra permeábilissá tehető. Ilyen „klasszikus” protonofor

pl a 2,4-dinitrofenol Mivel a protonokra nézve a belső membrán átjárhatóvá válik, nem alakul ki protongrádiens. Ha nincs protongrádiens, nincs protonmotoros erő, nincs mivel működnie az ATP-szintáz F 0 -alegységének, nem történik meg az exergonikus proton visszaáramlás, nincs mihez kapcsolni az ADP-foszforilációt. Ez a terminális oxidációt nem zavarja meg közvetlenül, tehát ismét szétkapcsolódik az elektrontranszport és a foszforiláció. Az elektrontranszport nem akadályozott, sőt az oxigénfogyasztás szabályozatlanul fokozódik, ugyanakkor az ATP-szintézis leáll.     A barna zsírszövet sejtjeiben lévő mitokondriumok a belső membránban tartalmaznak egy termogenin nevű fehérjét, amely protoncsatornát tartalmaz, ami megint csak megakadályozza a protongrádiens kialakulását, így az ATP szintézis elmarad. A légzési lánc redox reakcióiból származó energia (exergonikus) hőtermelésre fordítódik. Így ennek a

szövetféleségnek nagy jelentősége van a téli álmot alvó állatokban, a testhőmérséklet fenntartásában, újszülöttek hőmérsékleti adaptációjában.  Az ATP-szintézist ily módon gátló szereket szétkapcsoló szereknek nevezzük