ELEKTRON TAŞIMA ZINCIRI: BILEŞENLER, DIZI, INHIBITÖRLER - BIYOLOJI - 2024

Elektron taşıma zinciri bir zar içinde protein molekülleri ve koenzimler kümesinden oluşur. Adından da anlaşılacağı gibi, elektronların NADH veya FADH2 koenzimlerinden O2 (moleküler oksijen) olan son reseptöre taşınmasından sorumludur.

Bu taşıma sürecinde, elektronlar koenzimlerden moleküler oksijene proteinlere bağlı redoks merkezleri vasıtasıyla transfer edildiğinde açığa çıkan enerji, enerji üretimi (ATP) ile ilişkilidir. Bu enerji, iç mitokondriyal membranda üretilen proton gradyanı sayesinde elde edilir.

Kaynak: Kullanıcı: Rozzychan

Bu taşıma sistemi, en az iki oksidasyon durumunda bulunabilen çeşitli bileşenlerden oluşur. Elektronların NADH veya FADH2'den O2'ye hareketi sırasında bunların her biri etkili bir şekilde indirgenir ve yeniden oksitlenir.

NAD + ve FAD koenzimleri, çeşitli substratların oksidasyonunun bir sonucu olarak yağ asidi oksidasyon yollarında ve sitrik asit döngüsünde azalır. Bu koenzimler daha sonra elektronik taşıma zincirinde oksitlenir.

Dolayısıyla, elektronik taşıma sistemi birbirine bağlı bir dizi oksidasyon-indirgeme reaksiyonundan oluşur.

Zincir bileşenleri

Organizmanın türüne bağlı olarak, elektron taşıma zincirini oluşturan 3 ila 6 bileşen gözlemlenebilir. Elektron taşınması süreci ve ATP'nin oksidatif fosforilasyon ile sentezi, bir zarda meydana gelen süreçlerdir.

Prokaryotik hücreler (aerobik bakteriler) söz konusu olduğunda, bu işlemler plazma zarı ile ilişkili olarak gerçekleşir. Ökaryotik hücrelerde mitokondriyal membranda meydana gelir, bu nedenle elektron taşınmasının bileşenleri zarın iç kısmında bulunur.

Elektronlar, elektronik taşıma zincirini oluşturan dört kompleks aracılığıyla kademeli olarak aktarılır.

Her kompleksin, prostetik gruplarla (konjuge proteinlerin amino asit olmayan bileşenleri) ilişkili redoks ile ilişkili birkaç protein bileşeni vardır ve bu, bunların indirgeme potansiyellerinin artmasına izin verir.

Ek olarak, bu taşıma sistemi flavoproteinler gibi çeşitli moleküler türlerden oluşur; koenzim Q aynı zamanda ubikinon (CoQ veya UQ) olarak da adlandırılır; sitokrom b, c, c1, a ve a3 gibi çeşitli sitokromlar; Fe-S gruplu proteinler ve Cu'ya bağlı proteinler. Bu moleküller sitokrom c haricinde membrana bağlanır.

Karmaşık I

NADH koenzim kinon oksidoredüktaz veya NADH dehidrojenaz olarak adlandırılan Kompleks I, yaklaşık 45 polipeptit zincirinden oluşur ve bir flavin mononükleotit (FMN) molekülü ve sekiz ila dokuz Fe-S kümesi içerir. Adından da anlaşılacağı gibi, bu kompleks bir çift elektronu koenzim NADH'den CoQ'ya aktarır.

NADH dehidrojenaz kompleksinin işlevi, NADH'nin iç mitokondriyal zarın matris tarafındaki komplekse bağlanmasıyla başlar. Elektronlar daha sonra NADH'den FMN'ye taşınır. Daha sonra elektronlar indirgenmiş flavinden (FMNH2) Fe-S'li proteinlere geçer.

FMNH2, NADH ve Fe-S proteinleri arasında bir tür köprü görevi görür, çünkü ikincisi yalnızca tek bir elektron aktarabilirken, koenzim NADH iki elektron aktarır, böylece flavinler bu tek elektron transferini gerçekleştirir. semikuinonun redoks durumuna.

Son olarak, elektronlar Fe-S kümelerinden koenzim Q'ya aktarılır; bu, izoprenoid kuyruğu olan ve onu hidrofobik yapan mobil elektron taşıyıcısı olan ve mitokondriyal zarın merkezinden geçmesine izin verir.

Karmaşık II

Süksinat dehidrojenaz olarak daha iyi bilinen Kompleks II, iç mitokondriyal zarın ayrılmaz bir proteinidir ve sitrik asit döngüsüne müdahale eden bir enzimdir.

Bu kompleks, bir flavoprotein ve Fe-S içeren bir proteine ​​ek olarak CoQ için bağlanma sahası sağlayan heme b gruplarına sahip iki hidrofilik ve iki hidrofobik alt birimden oluşur.

Sitrik asit döngüsünde (Krebs veya trikarboksilik asit döngüsü), süksinat, süksinat dehidrojenaz tarafından fumarata dönüştürülür ve koenzim FAD'yi FADH2'ye düşürür. Bu son koenzimden elektronlar Fe-S merkezlerine aktarılır ve bu da onları CoQ'ya aktarır.

Bu elektron transferinin reaksiyonları sırasında, standart redoks potansiyeli çok düşüktür, bu da ATP'yi sentezlemek için gereken serbest enerjinin salınmasını engeller.

Bu, kompleks II'nin elektron taşıma zincirinde ATP sentezi için enerji sağlayamayan tek kompleks olduğu anlamına gelir. Bununla birlikte, bu kompleks, elektronları FADH2'den zincirin geri kalanına transfer ettiği için bu işlemin anahtarıdır.

Karmaşık III

Kompleks III, sitokrom bc1 kompleksi veya CoQ sitokrom c redüktaz, elektronları indirgenmiş koenzim Q'dan sitokrom c'ye aktarır. Bu transfer, Q döngüsü olarak bilinen tek bir redoks yolu ile gerçekleşir.

Bu kompleks, Fe-S ve üç farklı sitokrom içeren bir proteinden oluşur; burada hem grubunda bulunan demir atomu, indirgenmiş (Fe2 +) ve oksitlenmiş (Fe3 +) durumlar arasında döngüsel olarak değişir.

Sitokromlar, redoks aktivitesine sahip elektron taşıma hemoproteinleridir. Bazı zorunlu anaeroblar dışında tüm organizmalarda bulunurlar.

Bu proteinler, iki oksidasyon durumu (Fe2 + ve Fe3 +) arasında değişen hem gruplarına sahiptir. Sitokrom c, mitokondrinin iç zarı ile zayıf bir şekilde ilişkili bir mobil elektron taşıyıcısıdır.

Bu komplekste bulunan sitokromlar, sitokromlar b, c ve a'dır, 3'ü de farklı özelliklere sahip hae gruplarına sahip, oksidasyon durumlarını Fe2 + ve Fe3 + arasında değiştiren redoks aktif proteinlerdir.

Sitokrom c, sitokrom c1 ve kompleks IV ile bir elektron "mekik" olarak işlev gören bir periferal membran proteinidir.

Karmaşık IV

Sitokrom c ve O2, organik materyalin oksidasyonundan türetilen elektronlar için son reseptörlerdir, bu nedenle kompleks IV veya sitokrom c oksidaz, elektron taşıma sürecindeki son enzimdir. Bu, sitokrom c'den elektronları kabul eder ve onları O2 indirgemesine aktarır.

Kompleksin işlevi, indirgenmiş sitokrom c'nin dört ardışık molekülünün bir elektronunun oksidasyonlarını katalize etmektir, yani eşzamanlı olarak bir O2 molekülünün dört elektronunu azaltır ve sonunda iki H2O molekülü üretir.

Elektron taşıma dizisi

Elektronlar, koenzim Q sayesinde kompleks I ve II'den kompleks III'e aktarılır ve buradan sitokrom c yoluyla kompleks IV'e geçer. Elektronlar bu dört kompleksten geçerken, indirgeme potansiyelini artırır, enerjiyi serbest bırakır ve bu daha sonra ATP'nin sentezi için kullanılır.

Toplamda, bir çift elektronun transferi zardan 10 protonun translokasyonuna neden olur; kompleks I ve IV'te dört ve kompleks III'te iki.

NADH dehidrojenaz

Bu enzim, koenzim Q ile koenzim NADH'nin oksidasyonunu katalize eder. Elektronlar, NADH'den, kompleks I'in hidrofilik kuyruğuna bağlı olan FMN'ye hareket eder. Fe-S transfer elektronlarının kümeleri birer birer. Bu Fe-S grupları, membranda gömülü olan CoQ'yu ubiquinole (azaltılmış CoQ) düşürür.

Elektronların CoQ'ya transferi sırasında, sırasıyla dört proton iç zardan zarlar arası boşluğa aktarılır. Bu protonların yer değiştirdiği mekanizma, kompleks I'in hidrofobik kuyruğunda bulunan proteinleri içerir.

Bu adımdaki elektron transfer işlemi, özellikle -16.6 kcal / mol olmak üzere serbest enerji açığa çıkarır.

CoQ-sitokrom c redüktaz ve Döngü Q

Koenzim Q, bu koenzim tarafından katalize edilen bir reaksiyonda sitokrom c tarafından oksitlenir. Ubiquinol'ün oksidasyonu (indirgenmiş CoQ) mitokondriyal membrandaki kompleksin belirli bir bölgesinde (Qo veya oksidasyon bölgesi) meydana gelir ve biri Fe-S grupları ile proteine ​​ve diğeri hem gruplarına olmak üzere iki elektron transfer eder.

Q döngüsünde, CoQ'nun oksidasyonu, elektronların b1 ve bh heme gruplarına aktarıldığı semikinon üretir. Bu elektron transferi gerçekleştiğinde, Qo bölgesinde ikinci bir CoQ oksitlenir ve döngü tekrarlanır.

Bu döngü, -10.64 kcal / mol serbest enerji salınımı ile iki elektronun transferine ve buna karşılık dört protonun zarlar arası boşluğa translokasyonuna neden olur.

Sitokrom c oksidaz

Bu enzim (kompleks IV), sitokrom c'nin (indirgenmiş) son elektron alıcısı olan O2 tarafından oksidasyonunu katalize eder. Bu transfer, protonların membrandan translokasyonuna ek olarak aktarılan her elektron çifti için bir H2O molekülü üretir.

Elektronlar, indirgenmiş sitokrom c'den bir çift CuA iyonuna birer birer hareket eder, sonra bir heme grubuna geçer ve son olarak CuB iyonları ve heme a3 içeren kompleksin iki çekirdekli merkezine ulaşır, burada dört elektron transferi gerçekleşir. oksijene kadar.

Kompleks IV'te elementler elektronları tek tek transfer eder, böylece O2 kademeli olarak azaltılır, böylece süperoksit, hidrojen peroksit veya hidroksil radikalleri gibi bazı toksik bileşiklerin salınımı meydana gelmez.

Bu aşamada açığa çıkan enerji -32 kcal / mol'e karşılık gelir. Transfer işlemi sırasında üretilen elektrokimyasal gradyan ve bir çift elektronun dört kompleksten geçerken neden olduğu enerji değişiklikleri (ΔE), her aşamada bir ATP molekülünün üretimi için gerekli olan serbest enerjiye karşılık gelir.

Süksinat dehidrojenaz

Bahsedildiği gibi, bu kompleks, FADH2'nin elektronlarını sitrik asit döngüsünden elektron taşıma zincirine sokmak gibi tek ama önemli bir işleve sahiptir.

Bu enzim, koenzim FADH2'nin koenzim Q (oksitlenmiş) tarafından oksidasyonunu katalize eder. Sitrik asit döngüsünde, süksinat fumarata oksitlendiğinden, iki elektron ve iki proton FAD'ye aktarılır. Daha sonra, FADH2 bu elektronları kompleksin Fe-S merkezleri aracılığıyla CoQ'ya aktarır.

Son olarak, CoQ'dan elektronlar, yukarıda açıklanan adımlar izlenerek kompleks III'e aktarılır.

Zincirin kompleksleri bağımsızdır

Elektronik taşıma zincirini oluşturan dört kompleks bağımsızdır, yani iç mitokondriyal membranda bağımsız olarak bulunur ve çalışırlar ve her birinin membrandaki hareketi diğer komplekslere bağlı değildir veya bunlarla bağlantılı değildir.

Kompleks I ve II membranda hareket eder, elektronlarını aynı zamanda membranda dağılan CoQ'ya aktarır ve onları kompleks III'e aktarır, buradan elektronlar zarda da hareketli olan sitokrom c'ye geçer ve elektronları içeride biriktirir. karmaşık IV.

Elektronik taşıma zincirinin inhibitörleri

Bazı spesifik inhibitörler, sürecine müdahale eden elektronik taşıma zincirine etki eder. Rotenone, CoQ'nun azalmasını önleyerek stokiyometrik olarak kompleks I'e bağlanan yaygın olarak kullanılan bir insektisittir.

Piericidin ve Amytal gibi bazı barbitürat tipi ilaçlar, Fe-S gruplarından CoQ'ya elektron transferini engelleyerek kompleks I'i inhibe eder.

Kompleks II'de, thenoiltrifloroaseton ve malonat gibi bazı bileşikler, süksinat ile rekabetçi inhibitörler olarak hareket eder, oksidasyonunu ve dolayısıyla elektronların FAD'ye transferini önler.

Miksotiyazol ve stigmatellin gibi bazı antibiyotikler, CoQ'nun Q bağlanma bölgelerine bağlanarak koenzim Q'dan elektronların proteinlerin Fe-S merkezlerine transferini engeller.

Siyanür, azit (N3-), sülfürik asit ve karbon monoksit kompleks IV'ü inhibe eder. Bu bileşikler hem gruplara bağlanarak elektronların kompleksin iki çekirdekli merkezine veya oksijene (O2) transferini engeller.

Elektron taşıma zincirinin engellenmesiyle, enerji üretimi oksidatif fosforilasyon ile durdurulur ve vücutta ciddi hasara ve hatta ölüme neden olur.

Referanslar

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2004). Temel hücre biyolojisi. New York: Garland Bilimi. 2. Baskı.
2. Cooper, GM, Hausman, RE ve Wright, N. (2010). Hücre. (sayfa 397-402). Ed. Marbán.
3. Devlin, TM (1992). Biyokimya Ders Kitabı: klinik korelasyonlarla. John Wiley & Sons, Inc.
4. Garrett, RH ve Grisham, CM (2008). Biyokimya. Ed Thomson Brooks / Cole.
5. Rawn, JD (1989). Biyokimya (No. 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D. ve Voet, JG (2006). Biyokimya. Panamerican Medical Ed.