Elektrontransportkedjan DFM1 PDF

Preview

Summary

Föreläsare Mikael Lindström 191127, uppföljningsföreläsningen om kolhydrater på avsnitt 4. Anteckningarna är egentligen en transkription från allt som berördes kring elektrontransportkedjan/andningskedjan i denna föreläsning. OBS! Anteckningarna är endast om elektrontransportkedjan....

Description

Elektrontransportkedjan Består av fyra stycken proteinkomplex - Komplex 1 - Komplex 2 - Komplex 3 - Komplex 4 Observera att det finns två ”mobile carriers”, som är betydligt mer lösliga. Dom kan röra sig lättare. Det är då CoQ och Cytokrom C. CoQ rör sig relativt lätt i det inre mitokondriemembranet, cytokrom C finns huvudsakligen i det intermembrana utrymmet. Observera att elektrontransportkedjan per definition inte innehåller ATP-syntas (komplex 5). Syftet med elektrontransportkedjan är att överföra elektroner från NADH så att vi kan få en reaktion med syre för att bilda vatten. Komplex 1, enzymet NADH-dehydrogenas Det använder NADH och gör om det till NAD+. I denna process avges två stycken elektroner per NADH, de här elektronerna har hög energi och dom börjar hoppa mellan olika organiska grupper som finns kopplade till och sitter på det här dehydrogenaset. Dom har namn som FMN och Fe-S (järn-svavelgrupp), det är många grupper som sitter i följd i komplexet. Elektronerna flödar längs med dom här grupperna, när dom gör det så förlorar dom lite energi. Den här energin används sedan för att kunna pumpa ut protoner. Man anser att det pumpas ut 4 stycken protoner i komplex 1. Elektronerna i komplex 1 kommer sedan doneras till den ”mobila carriern” CoQ, Komplex 2, enzymet succinat-dehydrogenas Är också en del av TCA-cykeln, när succinat blir fumarat. Här finns också olika grupper, FAD och Fe-S-grupper, som sitter kopplade på det här dehydrogenaset där elektronerna flödar. Elektronerna förlorar principiellt inte någon energi i komplex 2. Dom förlorar ”lite” energi, men inte tillräckligt mycket för att driva en protonpump. Men efter att dom flödat igenom proteinet och dom olika Fe-S-grupperna så hamnar elektronerna till slut på CoQ. Från CoQ kommer elektronerna att doneras till: Komplex 3, ett cytokromprotein. Det finns olika subenheter, b och c1, det finns Fe-S-grupper, där elektronerna hoppar vidare, förlorar mer energi som gör att det kan pumpas ut protoner. Elektronerna doneras vidare till cytokrom c, och från cytokrom c till cytokrom a (komplex 4) som också har olika subenheter. Det är i komplex 4 som elektronerna börjar reagera med syre och det bildas vatten. Alternativa kopplingar till CoQ

NADH donerar elektroner till komplex 1, sen har vi komplex 2 som donerar elektroner till CoQ och det är en FAD-beroende process. Men det finns då två alternativa kopplingar (sammanlagt tre), en har med nedbrytningen av fetter i beta-oxidationen. Här kommer slutpunkten också vara FAD, det har ingenting att göra med komplex 2. Sen har vi också en omvandling som kan ske från dihydroxyacetonfosfat när det kan bilda glycerol-3-fosfat. Då finns det ett enzym (glycerol-3-fosfat-dehydrogenas) som är FADberoende, så det kan också donera elektroner till CoQ. Sammanfattat: beta-oxidationen, omvandlingen av DHAP som kommer donera elektroner till CoQ oberoende av komplex 1 och 2. Vidare: Komplex 1, 3 och 4 är intimt förknippade med att pumpa ut protoner när elektronerna flödar. Man tror att från en NADH pumpas det ut 4 protoner genom komplex 1, 4 genom komplex 3 och två stycken elektroner genom komplex 4. Sedan går det in fyra stycken protoner i komplex 5 som är det så kallade ATP-syntaset. Det är ATP-syntaset som är nödvändig för att vi ska kunna få en produktion av ATP. ATP-produktionen äger rum i mitokondriematrix. För att hela det här ska kunna fungera så behöver vi även en ATP/ADP-antiport. ADP (och oorganiska fosfater, Pi) transporteras in i mitokondriematrix och ATP transporteras ut. Hur mycket ATP produceras det egentligen från en NADH? Det står lite olika i textböcker och man kan mäta det lite annorlunda, det finns inga exakta värden. Man kan säga att en NADH motsvara 2,5 ATP. För att göra det enklare brukar man avrunda uppåt till den maximala mängden ATP vilket är 3 ATP. FADH2 som går in i komplex 2, den ger då upphov till betydligt mindre ATP, 1,5 ATP som man kan avrunda till 2. Beroende på vilken avrundning man gör så kan textböckerna ge lite olika svar på ATP-utbytet. Substratskyttlar – komplicerar beräkningarna! NADH som har producerats i glykolysen kan inte transporteras in till mitokondrien för att användas i elektrontransportkedjan. Men vi vill ändå kunna använda den energin som vi har lagt in i NADH där, då har vi lite olika lösningar på det problemet. Det finns två system som kan användas för att transportera in ekvivalenter med motsvarande energimängd fast inlagrad i en annan förening. Det kan till exempel vara den så kallade glycerol-3-fosfat-skytteln, den kopplar då alternativt till CoQ med FADH2. I cytosolen omvandlas DHAP (dihydroxyacetonfosfat) till glycerol-3fosfat, och i den processen används NADH (som skulle ha kunnat komma från glykolysen). Så vi lagrar in energi i glycerol-3-fosfat, som kan använda en transportör för att komma till mitokondriens intermembranutrymme. Väl på plats finns ett enzym som omvandlar glycerol-

3-fosfat tillbaka till DHAP. I den reaktionen reduceras FAD till FADH2 som kopplas vidare till CoQ i elektrontransportkedjan. Den andra processen är malat-aspartat-skytteln som kopplar till komplex 1 med NADH. Den är betydligt mer komplex i sin uppbyggnad, men det handlar om att malat kan transporteras in i mitokondriematrix och göras om till oxaloacetat. Den är även kopplad till aminotransferaser, men principen är att vi får en inlagring av energi i föreningen malat. Men för att det hela ska fungera så är det andra saker som behöver falla på plats också. Vad reglerar andningskedjan? Tillgången på ADP är jätteviktigt. Om vi är i det energirika tillståndet och har massa ATP, då kommer inte antiporten att fungera. ATP-syntaset kommer inte heller att fungera, till slut kommer det bli stopp uppströms. Processen baseras på att vi bygger upp en protongradient som inte kan bli hur hög som helst, vi kommer nå ett stopp där det inte förmås att pumpa ut fler protoner. Mycket ADP: full fart i elektrontransportkedjan. Totalt energiutbyte under aeroba betingelser: 1. Glykolys: 2 ATP + 2 NADH (6 ATP) = 8 ATP 2. Länkreaktionen (pyruvatdehydrogenaskomplexet): 2 NADH (6 ATP) 3. TCA: 3 NADH (9 ATP) + FADH2 (2 ATP) + GTP (motsvarande 1 ATP) = 12 ATP x 2 (1 glukos ger 1 acetyl-CoA) = 24 ATP. Summa maximalt teoretiskt utbyte vid metabolism av 1 glukos: 38 ATP (med glycerol-3fosfat-skytteln blir det 36 ATP). I verkligheten är situationen mer komplex, vi har energiförluster i form av värme, protonläckage från mitokondriella intermembranutrymmet till matrix, reaktionerna är imperfekta, många transportproteiner behöver ATP för att drivas. I verkligheten ligger man förmodligen närmare 28 ATP. Men på DFM1-tentan så är det de reaktioner med maximalt teoretiskt utbyte som efterfrågas....