Mitokondride Hücre Solunumuyla İlgili Yararlı Notlar

Mitokondride Hücre Solunumuyla İlgili Faydalı Notlar!

Mitokondri, oksidasyon, dehidrojenasyon, oksidatif fosforilasyon ve solunum aktivitesi gibi birçok işlevi yerine getirir.

Resim İzniyle: fc01.deviantart.net/fs70/i/2012/006/8/4/mitochondria_muzucya-d4lj2ep.jpg

Mitokondride, 73'ten fazla enzim ve mitokondriyal fonksiyonlar için gerekli çok sayıda kofaktör ve metal, düzenli bir şekilde birlikte çalışır. Oksijenin yanı sıra, bir mitokondrinin ihtiyaç duyduğu tek yakıt fosfat ve adenozin difosfattır (ADP). Başlıca nihai ürünler ATP artı CO 2 ve H 2 O'dur.

Gıda Maddelerinin Oksidasyonu :

Mitokondri, hücrelerin solunum organlarıdır. Orada karbonhidratlar ve yağlar gibi gıda maddeleri tamamen CO2 ve H20 içerisine tamamen oksitlenir ve oksidasyon sırasında, mitokondri tarafından adenosin trifosfat (ATP) adı verilen enerji bakımından zengin bir bileşiğin sentezi için kullanılan çok miktarda enerji salınır. . Mitokondri, enerji bakımından zengin bileşik ATP'yi sentezlediğinden, aynı zamanda hücrenin güç evleri olarak da bilinir.

ATP bir pürin bazı (adenin), bir pentoz şekeri (riboz) ve üç fosforik asit molekülünden oluşur. Adenin + riboz şekeri topluca adenosin adı verilen nükleosidi oluşturur. Sırasıyla adenosin monofosfat (AMP), adenosin difosfat (ADP) ve adenosin trifosfat (ATP) oluşturan bir, iki veya üç fosfat grubuna sahiptir. ATP'de son fosfat grubu, enerji bakımından zengin bağ olarak adlandırılan özel bir bağ ile ADP'ye bağlanır.

ATP'nin son fosfat grubu serbest bırakıldığında, büyük miktarda enerji (7.000 kalori) serbest bırakılır. Gıda maddelerinin mitokondride oksidasyonu, enerji bakımından zengin bağın (≈ P bağı) sentezi için büyük miktarda enerji sağlar.

Bu nedenle, ATP'nin enerji bakımından zengin fosfat bağında (≈ P), ihtiyaç duyulduğunda anında solunum sistemi, protein sentezi, nükleik asit sentezi, sinir iletimi gibi çeşitli hücresel fonksiyonlarda kullanılabilir. hücre bölünmesi, ulaştırma ve biyolüminesans vb.

ATP'nin yanı sıra, hücresel metabolizmaya katılan diğer enerji bakımından zengin kimyasal bileşikler de vardır. Bunlar sitozin trifosfat (CTP), ididin trifosfat (UTP) ve guanosin trifosfattır (GTP). Bu bileşikler, ATP'den nükleosid difosfokinaz ile enerji üretir.

Üç ana hücre gıda maddesi (karbonhidrat, yağ ve protein) sonuçta, sitoplazmada asetil-koenzim A'yı oluşturmak üzere koenzim A'ya bağlanan iki karbonlu bir birim olan asetata indirgenir. Mitokondriye nüfuz eder ve asetat grubu yoğunlaşır. altı karbonlu bir bileşik olan sitrik asit oluşturmak için oksaloasetik asit ile.

Sitrik asit oksitlenir ve C02 olarak iki karbon kaybeder. Bu şekilde dört karbonlu bileşik süksinik asit oluşur. Daha sonra oksaloasetik aside oksitlenir ve yeni bir döngü başlatılır. Dairenin her bir dönüşünde bir asetat molekülü nüfuz eder ve iki C02 serbest bırakılır. (Daha fazla ayrıntı için Kreb'in döngüsüne bakınız).

Kreb döngüsünün her bir turunda, enzimatik dehidrojenasyon yoluyla substrat ara maddelerinden dört çift hidrojen atomu çıkarılır. Bu hidrojen atomları, solunum zincirine girerek NAD + veya FAD tarafından kabul edilir. Üç çift hidrojen NAD tarafından kabul edilir, NADH'ye düşürülür ve bir çift FAD tarafından FADH2'ye düşürülür (bu son çift doğrudan süksinik dehidrojenaz reaksiyonundan gelir).

Bir glikoz molekülünden, glikolizde iki asetat molekülü oluşur. İki asetat molekülünü metabolize etmek için, siklusun iki dönüşü meydana gelir, solunum zincirinin başlangıç ​​noktasında toplam altı NADH ve iki FADH2 molekülü üretir. Gıda maddelerinin oksidasyonu aşağıdaki gibidir -

1. Karbonhidratların oksidasyonu:

Bildiğiniz gibi, karbonhidratlar hücreye monosakaritler (glikoz veya glikojen) olarak girer. Monosakaritler, 3-karbonlu bileşik, piruvik asit olarak parçalanır. Bu işlemde birçok enzimin yardımıyla bir dizi kimyasal reaksiyon gerçekleşir.

Piruvik asit daha sonra C02 ve suya tam oksidasyon için mitokondriya girer. Glikozun C02 ve su içine oksidasyonunu içeren bu reaksiyonun tamamı, aşağıdaki başlıklar altında gruplanabilen metabolik yolakları oluşturur:

(1) Glikoliz

(2) Oksidatif dekarboksilasyon

(3) Kreb döngüsü (sitrik asit döngüsü)

(4) Solunum zinciri ve oksidatif fosforilasyon

1. Glikoliz (Gr., Glykys, sweet; lizis, imha). Glikozun hidrolizi, birkaç adımda meydana gelir ve her adım, spesifik bir enzim tarafından katalize edilir. Glikoliz sırasında (glikozun parçalanması), molekül enerjisini soyar ve hidrojen atomlarını kaybeder ve sonunda S02 ve suya parçalanır.

Enzim molekülleri, çözünebilir moleküller olarak bulunurlar. Embden-Meyerhof yolunda yer alan kofaktör nikotinamid-adenin dinükleotiddir (NAD). Bu adımlar Embden ve Meyerhof (Alman biyokimyacıları) tarafından işlenmiştir ve bu nedenle Embden-Meyerhof yolları olarak bilinmektedir.

Sitoplazmada ortaya çıkar ve oksijen gerektirmez. Burada glukoz molekülü, piruvik asit (3 karbon zinciri molekülü) içerisine parçalanır ve iki ATP molekülünü sentezlemek için yeterli olan enerji salınır. Bu piruvik asit, aşağıda gösterildiği gibi anaerobik hücrelerde (örn. Maya veya kas hücreleri) etil alkol veya laktik aside dönüştürülür -

Maya hücrelerinde = Piruvik asit - CO2 → Asetaldehit etil → alkol + enerji

Kas hücrelerinde = Piruvik asit Laktik dehidrojenaz / + NADH → Laktik asit + NAD + enerji

NAD = nikotinamid adenin dinükleotidi

Embden-Meyerhof yolu:

Yolun reaksiyonlarındaki adımlar aşağıdaki gibidir -

(1) Glikoz, ADP'ye dönüştürülen bir ATP molekülü ile reaksiyona sokularak fosforile edilir. Reaksiyon Mg + + 'ya bağlıdır.

(2) Bu şekilde oluşturulan glukoz 6-fosfat, fruktoz 6-fosfata izomerik bir dönüşüme uğrar.

(3) Bu, fruktoz 1, 6-difosfat oluşturmak için bir başka ATP molekülü ile birleşir. Bu reaksiyon Mg ++ 'ya bağlıdır.

(4) Fruktoz 1, 6-difosfat şimdi iki 3-karbon molekülüne ayrılır: 3-fosfogliseraldehit ve dihidroksiaseton fosfat. Ancak dihidroksiaseton fosfat, bir enzim tarafından 3-fosfogliseraldehite dönüştürülür. Bu aşamadan sonra gelen reaksiyonlara katılan iki karbonlu molekül vardır.

(5) Bu reaksiyonda kofaktör NAD +, 1, 3-difosfogliserat (1, 3-difosfoscerik asit) oluşumu ile NADH'ye indirgenir.

(6) Bir sonraki 1'de, her 3-karbon molekülü için bir ATP molekülü verimi ile 3-fosfogliserat (veya 3-fosfogliserik asit) oluşturmak üzere 3-difosfogliserat fosforilsizleştirilir.

(7) 3-fosfogliserat, fosfoeno 1-piruvat'a dönüştürülen 2-fosfogliserat'a dönüştürülür.

(8) İki fosfoenol 'piruvat molekülünün fosforilasyonu, iki tane daha ATP molekülü verir.

(9) Son olarak iki piruvat molekülü (piruvik asit) üretilir.

ATP'deki net kazanç, bir glikoz molekülünün bozulmasının, iki ATP molekülü verdiğini göstermektedir.

Yola katılan enzimlerin isimleri, fosfo-heksckinaz veya fosfoglukokinaz, fosfoheksoz izomeraz veya glukoz-fosfat izomeraz, aldolaz, fosfogliserokinaz, enolaz ve piruvat kinazdır.

Çoğu hücrede bu reaksiyonlar, daha sonra mitokondri içinde kullanılan bir NADH kaynağı sağlar. Kasta reaksiyonlar piruvik asitte durmaz. Normal olarak, kas Krebs çevrimi yoluyla aerobik olarak okside olan piruvik asidi verir, ancak şiddetli egzersiz sırasında oksijen dokulara yeterince hızlı ulaşamaz. Bu durumda kaslar, piruvik asidin laktik aside indirgenmesiyle ekstra enerji elde eder, bir NADH molekülü oksitlenir.

NAD + ' in koenzim olarak rolü artık açıktır. Laktik asit oluşumunda NADH oksitlenir, piruvik asit ise azalır. NAD + şimdi patikada yer almak için bir kez daha kullanılabilir hale geliyor (aşama 5).

Glikolizde oksijen gerekli değildir. Bu nedenle, işlem anaerobik glikoliz olarak adlandırılır, net geri dönüş, kullanılan bir glikoz molekülü için iki ATP molekülüdür. Bu, mitokondride solunum için (karbonun C02'ye oksidasyonu) piruvik asit kullanıldığında üretilen 38 moleküle kıyasla çok verimsizdir.

Bununla birlikte, anaerobik glikoliz, hızlı bir enerji kaynağına ihtiyaç duyulduğunda önemlidir - bir sporcu, sprint sırasında kaslarında ATP üretir, ancak laktik asit de üretilir. Aşırı miktarda laktik asit, kan akışının pH'ını dayanılmaz bir düzeye indirir. Kaslar oksijen borcuna maruz kaldı. Şiddetli faaliyet sona erdiğinde, laktik asidi piruvik aside dönüştürmek için büyük miktarlarda oksijen kullanmaya devam ederler.

Hayvan hücreleri, yoldaki başlangıç ​​noktası olarak bir glikoz polimeri olan glikojen kullanır.

Piruvik asit, aerobik hücrelerin mitokondrisine girdiğinde, CO2 ve suya oksitlenir.

2. Oksidatif dekarboksilasyon:

İki piruvik asit molekülünün, her birinin iki karbon atomuna, asetik asite dönüştürüldüğü mitokondriye girdiği bir işlemdir. Bir karbon CO2 olarak salınır. Karbon dioksitin piruvik asitten uzaklaştırılması dekarboksilasyon olarak adlandırılır.

Asetik asit, koenzim A oluşturan asetil CoA ile birleşir. Bu işlem sırasında NAD + tarafından NADH oluşturmak üzere kabul edilen 2H salınır. 2H, bunların 3 ATP molekülü ürettiği elektron taşıma sistemine aktarılır.

Böylece, 6 ATP molekülünün hepsinde iki piruvik asit molekülünden üretilir. Bu işlemde, üç enzimden oluşan karmaşık bir sisteme, yani piruvik asit dekarboksilaz, dihidroksilipsi-işlemiltilas ve dehidroksilpoil dehidrojenaz ve beş faktör-koenzim A, NAD, lippik asit, Mg ++ ve tiamin pirofosfat katılmaktadır.

3. Kreb döngüsü:

Kreb döngüsü veya sitrik asit trikarboksilik asit döngüsü, mitokondri matrisinde gerçekleşir. Bu süreçte birçok enzim ve ko-enzim yer alır. Piruvik asidin CO2'ye indirgendiği ve NADH'nin üretildiği bir biyokimyasal reaksiyon döngüsünü katalize ederler. NADH, sonunda ATP'nin üretilmesine yol açan mitokondri içinde daha fazla reaksiyon için kullanılır.

Sir Hans Krebs, 1937'de döngünün doğasını açıkladı ve keşfi için Nobel Ödülü'nü aldı. Buna bir döngü adı verilir, çünkü reaksiyonun nominal başlangıç ​​noktası olan sitrat veya sitrik asit, asetil-koenzim A kullanılarak, okaloasetik asitten yola çıkan yolun sonunda tekrar üretilir. Reaksiyon daha sonra yeniden başlar.

Krebs döngüsünün çeşitli aşamaları aşağıdaki gibidir:

(1) Embden-Meyerhoff yolunda üretilen piruvik asit, önce oksidatif dekarboksilasyon işlemi olan koenzim A, NAD + ' dan NADH oluşumu ile birleştirilerek asetil-koenzim A'ya dönüştürülür.

(2) Oksaloasetik asit, döngünün başlangıç ​​başlangıç ​​noktası olan sitrik asit oluşturmak için asetil-koenzim A ile birleşir.

(3) Sitrik asit, aconitase tarafından katalizlenen bir aconitik asit (aconitate) oluşturmak için bir su molekülünü kaybeder.

(4) Su ilave edildiğinde, aconitik asit, izositrat dehidrojenaz ile katalize edilen izositrik aside dönüştürülür.

(5) İzositik asidin oksalosüksinik aside oksidasyonu, izosititik enzim tarafından katalizlenen NAD + ila NADH'yi azaltır. NADH molekülü, ATP'nin üretilmesine yol açan diğer mitokondriyal reaksiyonlarda yer alır.

(6) Oksalosüksinik asit, C02'yi kaybeder ve izositik enzim tarafından katalizlenen bir - kctoglutarik asit (a-oksanotarat) oluşturur.

(7) Yine koenzim A içeren bir reaksiyon, a-oksoglutarat oksidaz tarafından katalize edilen C02'nin serbest bırakılması ile NAD + ' dan NADH oluşumuna yol açar. Süksinil koenzim A oluşur.

(8) Süksinil-koenzim A'nın süksinik aside dönüştürülmesi, guanosin trifosfat molekülünün (GTP) guanozin difosfattan (GDP) oluşmasına ve süksinik dehidrojenaz ile katalize edilen koenzim A'nın salınmasına yol açar.

(9) Bu şekilde üretilen süksinik asidin bir kısmı ayrıca ATP'nin oluşumu için sonraki aşamalarda da kullanılır.

Süksinik asidin geri kalanı süksinik dehidrojenaz tarafından katalize edilen fumarik aside dönüştürülür.

(10) Fumarik asit daha sonra su ilavesiyle maliq aside dönüştürülür ve füme ile katalize edilir.

(11) Malik asit, NAD + ' dan bir tane daha NADH molekülü oluşumu ile oksaloasetik aside oksitlenir. Malik dehidrojenaz tarafından katalize edilir.

Ve böylece döngü tekrarlanır, oksaloasetik asit, sitrik asit üretmek için tekrar asetil-koenzim A ile birleşir. Bu mitokondri matrisinde gerçekleşir.

Krebs'in çeşitli evrelerinde, bir piruvik asit molekülü, iki NADH molekülü, NADPH, bir GTP ve bir süksinik asit molekülü üretilir. Bunların hepsi enerji taşıyıcıları olarak kullanılır. Sonuçta, ATP'de lerji kilitlenir. Örneğin GTP, fosfatın transferi yoluyla ADP'yi ATP'ye dönüştürür.

4. Solunum zinciri ve oksidatif fosforilasyon:

Kreb döngüsünde, bir asetil - koenzim A molekülü oksitlenir ve bununla birlikte bir FAD molekülü (flavoprotein) ve üç NAD molekülü (nikotinamid adenin dinükleotidi) indirgenir.

Bu azalmış koenzimler, iç mitokondri zarında meydana gelen solunum zinciri veya elektron taşıma sistemi olarak adlandırılan bir enzim ve koenzim sistemi yardımı ile oksitlenir.

Bu oksidasyon işleminde büyük miktarda enerji açığa çıkar. Serbest bırakılan enerjinin bir kısmı, ATP moleküllerinin sentezinde üç birleştirme faktörüne ve ATPase enzimine sahip olan F1 parçacıklarının iç zarının alt birimleri tarafından kullanılır. Oksidasyon sırasında ATP moleküllerinin oluşumu oksidatif fosforilasyon olarak adlandırılır.

Solunum zinciri:

Solunum zinciri Krebs döngüsü enzimlerinden süksinik asit (süksinat) ve NADH'yi alır. Bunlar oksijenle birlikte solunum zinciri, birçok ATP molekülü ve en sonunda CO2 ve su üretir. NADH ve süksinik asit tarafından taşınan elektronlar zincir boyunca ilerledikçe, ADP'nin ATP'ye dönüştürülmesi için kullanılan enerjilerini bırakırlar.

Bu elektron taşıma enzimleri mitokondri [Memeli Moran (elektron mikroskobu) ve biyokimyacıları Keilin, Hartree, Lehninger, King vb.] İç zarında bulunur. NADH ve süksinik asit molekülleri, matris içindeki bbs döngüsü enzimleri tarafından oluşturulur.

Süksinik asit durumunda, şimdi süksinat dehidrojenaz olarak adlandırılır, zincirdeki ilk enzim matris tarafında bulunur ve 5. aşamada çalışan sitokrom C, iç zarın karşı tarafında bulunur.

Racker, 33'ün tekrar matris tarafında bulunduğunu, böylece solunum zincirinin, malzemelerin matris tarafında zincire gireceği ve son oksidasyon ürünlerinin de aynı taraftan ayrılacağı bir enzim döngüsünü içerdiğini ileri sürmektedir.

ATP üretimindeki son adım, fosfatın ADP ile birleştirilmesini içerir. Bu aşamayı katalize eden enzim, iç zarın matris tarafındaki saplı parçacıklarda bulunan bir ATPase'dir.

Solunum zinciri reaksiyonlarındaki aşamalar:

(1) NADH ve süksinik asit molekülleri, mitokondrinin iç ve dış zarları arasındaki boşluktan geçer - dıştaki Krebs siklüs enzimleri ile içteki solunum zincir enzimleri arasında bağlantı görevi görürler. NADH, NAD + ' ya oksitlenir ve Krebs döngüsüne geri döner. Böylece bir başka koenzim Flavin-adenin dinükleotidinin (FAD) azalması gerçekleşir.

Spesifik reaksiyonuyla ilişkili olduğu enzim katalizörüne kalıcı olarak bağlanır. Bu nedenle bu enzime bir flavoprotein denir, çünkü FAD flavin içerir.

(2) Bir sonraki aşama (yani 2) koenzim Q veya ubiquinone içerir. Yağda çözünen bir proteindir. Flavoproteinler ve sitokrom b ile başlayan sitokrom serileri arasında bir çeşit mekik sistemi olarak işlev görür.

(3) Üçüncü aşama (yani 3), sitokrom-demir içeren enzimleri içerir. Demir atomu bir porfirin halkasının merkezindedir. Bu tip proteinler oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarında rol oynar ve değişikliklere bağlıdır Fe +++ + e → Fe ++

Sitokromlar, sitokrom b, cı, c, a ve 3 olarak bilinen hayvanlarda en az beş çeşittir. Her biri, porfirin halkaları ve proteinin düzenlenmesi ve yapısı nedeniyle redoks potansiyelinde biraz farklıdır. (Redoks potansiyeli, azaltma kapasitesinin volt cinsinden bir ölçüsüdür). Sitokrom, elektronları oksijene transfer etmenin ve zincir oluşturmak için su içinde oluşturmak üzere hidrojen iyonları ile birleştirilmesinin son aşamasını gerçekleştirir.

Bu, oksijene ihtiyaç duyulan aerobik solunumdaki tek aşamadır.

Oksidatif fosforilasyon:

Şekil 13, solunum zinciri boyunca çeşitli aşamalarda serbest bırakılan enerjinin ADP'den ATP üretmek için kullanıldığını göstermektedir. Bu bir endergonik reaksiyondur ve enerji ATP'de depolanır. ATP oluşum sürecine oksidatif fosforilasyon denir, çünkü oksidasyondan elde edilen enerjiyi kullanarak ADP'ye fosfat eklenir.

ADP + Pi + enerji → ATP (i = inorganik)

[II] ATP'nin bir glikoz molekülünden sentezi:

Kısacası, hidrolizdeki bir glikoz molekülü sitoplazmada iki piruvik aside (3-karbon bileşiği) parçalanır. Mitokondride iki piruvik asit molekülü, 3 enzim ve beş kofaktör yardımı ile 2 asetil koenzim A molekülüne dönüştürülür.

Kreb döngüsündeki bir asetil koenzim (asetil et-A) molekülü, üç NADH molekülü ve bir indirgenmiş flavoprotein (FAD veya FP) molekülü üretir ve 12 ATP molekülü üretilebilir.

ATP'nin diğer molekülü, süksinil koenzim-A sentetaz reaksiyonunda üretilir. Bu nedenle, bir piruvik asit molekülünden, 15 ATP molekülü üretilir.

C6H12O6 + 6O2 + 6H2O + 38ADP + 38P = solunum yolu enzimleri → 6CO2 + 12H2O + 38ATP

38 ATP molekülünden 8'i, bir glikoz molekülünün glikolizinden ve 2 adet piruvik asit molekülünden 30'undan üretilir.

[III] Ana elektron transfer hatları:

Solunum zinciri sırasında, daha önce tarif edildiği gibi, bir dizi pigment, kimyasal madde ve enzim ana kısmı oynar. Ana yolakta, hücrenin oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarının ana hattı, hidrojenin substrattan (AH2) dehidrojenazlar tarafından uzaklaştırılmasıdır.

Hidrojen genellikle dehidrojenazın koenzim kısmı tarafından substrattan toplanır ve bir hidrojen taşıyıcısı (yani FAD-flavin adenin dinükleotidi) görevi gören flavoproteinlere taşınır.

Şimdi FAD'den, her bir hidrojen hücre sıvısında iyon olarak boşaltılır ve elektronlar pigmentlere iletilir - esas olarak a, b, c, cı ve a tipi sitokromlar. Sitokromlardan, elektronlar enzime verilir - sitokrom oksidaz, ve sonunda elektronları oksijene boşaltır. Bu oksijen, su oluşturan hidrojen iyonları ile birleşir. Tüm işlem şekil 7'de gösterilmektedir. 13.