Elektronide transport. Oksüdatiivne fosforüleerimine (2)

Elektronide transport
Oksüdatiivne fosforüleerimine
Oksüdatiivne fosforüleerimine – ADP fosforüleerimine ATP-ks, mis toimub konjugeeritult molekulaarse hapniku taandamisega veeks taandatud koensüümidelt pärit elektronide arvelt (taandatud koensüümid reoksüdeeruvad).
1. Andke lühike seletus järgmistele mõistetele
a. Mitokondri krista - sisemembraani sopististe kurrud(sisemembraanistik)
b. mitokondri maatriks - ruum, mis jääb sisemembraanistiku vahele
c. intermembraanne(membraanide vaheline) ruum - ruum, mis on sise ja välismembraani vahel
d. tsütokroomid - valgud , mis paiknevad membraanidevahelises ruumis. Käituvad elektronide ülekandjatena. [membraanvalgu kompleks , mis vastutab fotosünteesi eest sini-rohebakterites]
e. ATP süntaas - ensüüm, mis sünteesib ATP-d
2. Selgitage hingamisahela e. elektronide transpordisüsteemi (ETS) kohta järgmist:

Millises raku kompartmendis ETS lokaliseerub ja funktsioneerib?
Toimub eukarüootsetes rakkudes mitokondri sisemembraanisvõi selle pinnal (membraaniprotsess).

Millistest komponentidest ETS koosneb?
Dehüdrogenaasid, tsütokroomid, Fe-S valgud ( viimased kaks on elektronide edastajad).

Kuidas hingamisahela komponente rühmitatakse?
Funktsionaalsed kompleksid (I, II, III, IV).

Millised hingamisahela komponendid on apolaarsed ( rasvlahustuvad ), millised polaarsed (vesilahustuvad)?
Apolaarne – koensüüm Q (CoQ); polaarne – tsütokroom c (Cytc).
PS! Enamus komponente on rasvlahustuvad.
3. Kirjeldage, millise ehitusega molekulid on tsütokroomid ja mis on nende ülesandeks
hingamisahelas.
Tsütokroomid on valgud, mis on ühe-elektroni ülekande agendid .
Struktuur: Heemi porfüriin on seotud valguga kovalentselt kahe S kaudu. Heemi Fe on kordineeritud nii His lämmastuki kui Met väävliga. Selline Fe sidumine eristab tsütokroomi hemoglobiinist. Fe kordineerimine heemi tasapinna mõlemalt küljelt väldib võimaluse hapnikku või muud ligandite sidumiseks heemile.
Erinevad tsütokroomid kannavad elektrone läbi erinevate „ainete“(tsütokroom c:lahustub vees, UQH2: lahustub rasvas). Ülesandeks on tekitada elektronide voog.
4. Kirjutage oksüdatiivse fosforüleerimise protsessi üldvõrrandid NADH-st ja FADH2-st lähtuvalt.
NADH + H+ + 1/2O2 + xADP + xPi  NAD+ + H2O + xATP (2,5ADP)
FADH2 + 1/2O2 + xADP + xPi  FAD + H2O + xATP (1,5ADP)
5. Selgitage, mida iseloomustavad keemilise ühendi standardne redokspotentsiaal (o’) ja redokspotentsiaal ().Mida kõrgem on ühendi o’ väärtus, seda suurem on tema elektronide sidumise võime (võime toimida kui oksüdeerija). Milline hingamisahela komponent omab kõrgeimat o’ väärtust? E - elektronide üleminekule (oksüdatsiooniastme muutusele) vastav elektriline potentsiaal, mis näitab elektronide liitmise võimet.
o’ -teiste elektroodide potentsiaale vesinikelektroodi suhtes standardolekus nimetatakse
standardseteks redokspotentsiaalideks.
Parim elektronide vastuvõtja on O2, H2O.
6. Kirjutage võrrand, mis seob omavahel reaktsiooni standardse vaba energia muudu Go’ ja standardse redokspotentsiaali o’. Otsustage, kas protsess saab kulgeda spontaanselt, kui elektronide aktseptori ja doonori o’ väärtused on vastavalt + 0,816 V ja ­ 0,320 V.
Go’ = -nFo’ Saab küll kulgeda spontaanselt, kuna o’=0,82-(-0,32)=1,14V (negatiivse tulemuse puhul kulgeks protsess mittespontaanselt.
7. Millised toodud väidetest vastavad tõele? Vale väide formuleerige ümber tõeseks.
a. Elektronide kandjad paiknevad raku tsütoplasmas. mitokondri sisemembraanis
b. NADH on võimsam redutseerija kui FADH2
c. Elektronide lõpp-aktseptoriks hingamisahelas on O2
d. Elektronide kandjad on transpordiahelas reastunud elektronafiinsuse
(redokspotentsiaali) vähenemise järjekorras. suurenemise
f. Fe2+ toimib tsütokroomides ja Fe-S valkudes kui elektronide aktseptorid. doonor
g. Elektronide transpordiga kaasneb prootonite pumpamine mitokondri
maatriksist membraani vastasküljele.
8. Püüdke selgitada:

kus ja kuidas formeerub prootonigradient - kus: elektronide transpordiahelas, kuidas: elektronide transpordist saadav energia moodustab prootonigradiendi

milline on prootonigradiendi roll oksüdatiivse fosforüleerimise protsessis - kui prootonigradient puudub siis sünteesitud ATP ei vabane ensüümilt

milles avaldub lahutajate nime all tuntud ainete toime. Ained, mis lahutavad elektrontranspordi ADP fosforüülimisest, hajutades prootonigradiendi. Nad liiguvad mitokondri sisemembraanis edasi-tagasi kandes prootoneid tagasi maatriksisse, rikkudes sellega gradiendi (lahutajad on hüdrofoobsed molekulid, millel on kergesti dissotseeruv prooton )
9. ATP süntaas on ensüüm, mis vastutab ADP fosforüleerimise eest ATP-ks.[ΔG = -23,3kJ/mol – energia, mis juhib ATP süntaasi ] [ADP + Pi → ATP]
Kirjeldage ATP süntaasi ehitust ja toimet.
Ehitus:
Ülesse poole jääb intramembraani ala, keskele prootoni kanal (sisemembraan) ning alla süntaasi osa.
Toime: Elektronide liikumisel tekkinud prootonite kontsentratsiooni erinevust kahel pool membraani kasutatakse ATP süntaasi poolt ATP sünteesiks.
10. Mida väljendab suhe P / O? Kui palju ATP-d fosforüleeritakse iga poole taandatud hapniku kohta.
Milline on selle suhte ligikaudne väärtus a) NADH reoksüdeerumisel – 2,5.
b) FADH2 reoksüdeerumisel ETS-is – 1,5.
11. Kuidas / mille abil tagatakse mitokondri maatriksis ATP sünteesiks vajalik ADP ja Pi
kontsentratsioon ja sünteesitud ATP väljutamine maatriksist?
ATP liikumine välja on eelistatud kuna membraanidevaheline ruum on „+“. Iga transporditud ATP kohta tuleb üks H+ sisse. Ühe ATP sünteesile kulub kolm H+. Seega, ATP süntees ja eksport kokku võrdub 4H+ ühe ATP kohta.
12. Kas toodud väited vastavad tõele? Vale väide formuleerige ümber tõeseks.

Mitokondrite sisemembraan pole küll NADH-le läbitav, kuid tsütosoolse NADH
transport mitokondri maatriksisse on lahendatud süstiksüsteemide abil.

Tsütosoolse NADH reoksüdeerimisel osalevad süstiksüsteemid (N: malaat- aspartaat süsteem).

Kogu tsütosoolis tekkinud NADH reoksüdeeritakse sealsamas . mitokondri maatriksis
13. Oksüdatiivse fosforüleerimise reguleerimine toimub järgmiste faktorite abil
a) glükoosi kontsentratsioon rakus b) ADP ja Pi kontsentratsioon maatriksis c) NADH ja CoQH2 kättesaadavus d) rasvhapete sisaldus rakus e) H+ gradiendi suurus