Anteckningar

Redoxpotential är viktig Vad händer med NADH/FADH?

Mitokondrien

• Kan ändra form, beroende på vilken cell
• Kan finnas olika många
• Finns där det används mycket energi
  • t.ex. i spermier
  • Ju fler mitokondrier ju snabbare kan man springa. Upp till 6 ggr så många
• Yttre membranet ett porin, dvs ett kanalprotein som heter VDAC
  • kanaltypen är anjon, speciellt för små joner
  • mycket ska in och ut ATP, pyruvat
• koncentratrationer i mellanmembranet och cytoplasman är lika stora
• effektiv energionvandling kräver membran
  • gradienter, skillnader mellan sidorna, byggs up

ETK

1. Flyttar elektroner samtidigt som
2. ⛽ Pumpar protoner
3. från matrix till $H^{+}$
4. Transport av é sker mellan komponenter med ökande affinitet för é

Komplex I: NADH-Q-oxidoreduktas

2é från NADH $4H^{+}$ pumpas för varje NADH $H^{+}$ tas upp från matrix Får 4.5 $H^{+}$

Fyra ej kontinuerliga, vertikala $H^{+}$-kanaler Sammanbundna både på matrixsidan och mellanmembransidan.

1. längsgående horisontell 𝛼-helix mot matrix
2. b-hårsnål-helix motiv mot MMU

• $Q+2e^{-}\to Q^{2-}$ → konformationsändring av 1 & 2 ovanför
  • gör att protoner som bundit in på matrix-sidan kommer släppas lös på MMU-sidan NADH + Q + $5H_{matrix}^{+}$ → $NA{D}^{+}$ + $Q{H}_2$ + $4H_{mmv}^{+}$

Komplex II: Succinat-Q-reduktas

Kopplat till TCA

Komplex III: Q-Cytrokrom-oxidoreduktas

2é från $FAD{H}_2$ via komplex II Får 3 $H^{+}$ Q-pool

• allt Q & Q$H_2$ som finns i membranet Q-cykeln
• -2é från Q$H_2$ cytc kan ta emot é

1. $Q{H}_2$ 1 é → cytc
   • 1é→ Q → $Q^{-}$
     • får en radikal som är bunden, så den lossar inte (ofarlig)
2. $Q{H}_2$ 1 é → cytc
   • 1é→ $Q^{-}$ → $Q^{2-}$ → $Q{H}_2$ (sista tar upp $2H^{+}$ från matrix) $Q{H}_2$ + $2Cyt{C}_{oxi}$ + $2H_{matrix}^{+}$ → Q + $2cyt{c}_{reducerad}$ + 4$H_{mellanmembran}^{+}$

Komplex IV: Cytokrom-C-oxidas

$2\acute{e}+2H^{+}+1/2O_2\to H_{2}O$

• kallas cellandningen eller respiration Är konservativt, dvs viktigt protein. Krävs 4 st komplex. Får 3 $H^{+}$

1. 2 $Cyt{c}_{red}$ reducerar
   1. Fe
   2. Cu
   3. 2$Cyt{c}_{ox}$ bildas
2. $O_2$ binder in → peroxid
   1. blått reducerat (i slide)
   2. rött oxiderat (i slide)
3. 2$Cyt{c}_{red}$ binder → spjälkning av perioxid till 2HO
   1. Får en $2Cyt{C}_{ox}$
4. 2$H^{+}$ tas från matrix → 2$H_{2}O$

Summering: 4 $Cyt{c}_{red}$ + 8$H_{mat}^{+}$ + $O_2$ → 4$cyt{c}_{ox}$ + 2 $H_{2}O$ + 4 $H_{mellanmembran}^{+}$

Sammanfattning om Komplex

I 1,3,4 är fördelaktig att ge sig av elektron. Mesta energi används för att flytta mellan matrix och Kemisk energi som bygger upp elektrisk energi

Verkar viktigt: Följ vad som händer med de 2 elektronerna över de olika komplexen Får totalt upp ungefär:

• ~10 $H^{+}$/$NAD{H}^{+}$ (kan variera i olika källor)
• ~6 $H^{+}$/$FAD{H}_2$ (kan variera i olika källor) $FAD{H}_2$ är värt något minde

Fråga

---

Varför bildas gradienten av protoner och inte av tex $N{a}^{+}$ eller $C{l}^{-}$?

• Får ingen pH-skillnad
• När det är protoner får man elektriska och kemiska egenskapr
  • dvs, proton-gradienten är störst

Redoxpotential

• $\Delta E°o^{\prime }$ = standardpotentialen
  • mäts vid pH7 mot 1 atm $H_2$/1M H+
• Om é överförs till $H^{+}$ → negativ redoxpotential
• Om det tas från $H_2$ → positiv redoxpotential
• Ju högre negativt redoxpotential ju lämpligare elektrondonator
  • NADH har den mest negativa
• Ju mer positiv redoxpotential, desto bättre elektronacceptator

Redoxpotentialen bestämmer ordningen av hur elektroner går igenom komplexen i ETK.

é-bärande lp,åpmemter i ETK

• Fe-S kluster: $F{e}^{2+}$/$F{e}^{3+}$
• FMN-flavin mononukleotid: 2é
  • samma mekanisk som $FAD{H}_2$
• Q/coenzym eller Q/ubikinon
  • väldigt långt namn:
  • finns i mitokondriens inre membran
  • förflyttar elektroner från Komplex I & II → Komplex III
  • bärare av 2é
    • kan bilda skadliga RADIKALER
• Cytokrom $F{e}^{2+}$/$F{e}^{3+}$
  • heme-grupper
• Cytokrom-C
  • förflyttar é från Komplex III till komplex IV
  • $C{u}^{+}$/$C{u}^{2+}$

---

Elektrokemik gradient

$\frac{MMV:H+H+H+}{MAT:H+}$

Gör att vi får:

• $\Delta V$ - elektrisk 🔌 gradient
• $\Delta pH$ - kemik ☣ gradient

Stark 🦾 drifkraft för att gå tillbaka till matrix

Protonpumpar

När é ➖ avges följer protoner ➕ med

• protonerna kommer med från vatten 🚰, som det finns gott om é ➖ → energi till konformationsändring → upptag av $H^{+}$ från matrix, frisläppning i MMU $H_{2}O$ 🚰 bärare av protoner $H_3{O}^{+}$

Fråga 2

Vilken typer av aminosyror är lämpliga för protontransporter?

• Aspartinsyra och Glutaminsyra har det lättast men Lys/His och Arg kan också
  • de har negativt laddad

Respirasom

Komplex med 2 av komplex I, III och IV

• dvs de som pumpar elektroner
• ligger nära för att minska avståndet, elektroner rör sig inte långt
• avstång ~15Å mellan é-bärare
• Gör att é-transporten blir effektiv (möjlig)

ATP-syntas

Den använder sig av den elektrokemiska gradienten. Hittas i mitokondriens inre membran. Består av två delar

• en som sitter i membranet och
• en som sitter i matrix
• Roterar när $H^{+}$ släpps igenom
  • $F_1$ i matrix, ATP-syntes

I $F_0$ finns det: (snurrar inte)

• a-subenheten är en halvkanaler för $H^{+}$

  • $H^{+}$ binder från MMV till Asp/Glu → neutraliseras → $H^{+}$ överförs till c-ring → subenheten flyttar ett steg (45 grader i eukaryota)

• c-ring:

  • när den snurrat ett halvt varm kan $H^{+}$ frigöras i matrix
  • sker snabbt och kontinuerligt
  • mellan 8-14 subenheter $F_1$ finns (i matrix)

• 𝛼-subenhet - varannan i ringen

• β-subenhet - varannan i ringen

  • här sker ATP-syntesen
  • pendlar mellan open/tight/loose konformationer i ett varv
    • Loose = ADP+Pi binder in
    • Tight = ATP bildas
    • Open = frisläppning av ATP

• γ-subenheter (gamma) - sitter i mitten

  • förandrade till c-ringen och roterar med den asymmetri = olika interaktion vid de tre β-subenheterna
  • nyckel för omvandling av β-subenheterna

• ε-subenheter (epsilon)

  • namedrop!

• bildar tillsammans en ring av 6-subenheter

• 3 ATP per varv

ADP + Pi <→ ATP

• $H^{+}$ → $H_{2}C$
• $H_{2}O$ → $H^{+}$

~ 100 ATP/s & ATP-syntas ~ 4$H^{+}$/ATP

Förenkling:

• Rotor: c, γ, ε.
• Stator/Statiska: a, b, α₃β₃, δ.

ATP-syntas bildar dimerer

• dimerer bildar oligomerer
  • stabilisering av rotationskraft🦾
  • bildning av cristae

Fråga

Utan syre stannar citronsyracykeln. Varför? Det kommer ju först in i sista steget Hastighetsbegränsingen är återbildningen av NAD+/FAD+

Transport

1. med hjälp av 🔌-gradient
2. med hjälp av shuntar

G3P-shuten

• framförallt i skelettmuskler
• snabbt
• NADH överför é till FAD → $FAD{H}_2$
• protoner pumpas ej i Komplex I

Malat-aspartat-shunten

• hjärta & lever
• långsam (i jämförelse med G3P-shuten)
  • fler steg, igenom membran osv
• $NAD{H}_{cyt}$ återbildas som $NAD{H}_{mat}$
  • fyra olika föreningar transporteras in och ut
• Protoner pumpas i alla komplex

---

ATP har en laddning på 4- ADP har en laddning på 3- Adenin-nukleotid-translokas ~15% av alla IM-proteiner

första tar vara på den elektriska gradienten

• ATP in ADP ut andra tar vara på den kemiska gradienten
• OH in Pi ut tredje tar hand om elektrokemiska gradienten
• H+/pyruvat ut

bildar tillsammans komplex med ATP-syntas

de två första använder c:a 25% av gradienten

• dvs för att skuffla in och ut med ATP/ADP, OH/Pi

---

Fråga

Vad har det för effekt att en frikopplare?

Frikopplare

• Utjämnar gradienten utan att den bildar ATP
• UCP1: uncoupling protein i brunt fett
  • det gör det varmt
  • det gör att temperaturen går ner gör att det frigörs släppning av fria fettsyror från adipocyter
  • → binder till VCPM → aktivering → termogenes
    • händer mycket spädbarn
      • har svårare med temperaturreglering än vad vuxna har
    • djur som går i idé
    • vuxna har lite grann

Inhibitorer

Rotenon och amytal, komplex I.

• sportfiskarkretsar, slänger ut det i sjöar så kommer fiskar upp till ytan, det hämmar ETK
• antimycin A, komplex III
• cyanin,azid,kolmonooxid - komplex IV
• oligomycin - ATP-syntas

Hämmar man ETK, så hämmar man ATP-syntas Hämmar man ATP-syntas så hämmar man ETK

oxidativ fosforylering

• det här sker i hela ETK, beroende på oxidation och syre

Finns många protongradienter

ATP produktion

2 ATP

	ATP	NADH	FADH2
Glykolys (cytoplasman)	2	2
PDH (matrix)		2
TCA (matrix)	2	6	2
ETK		varje ger 2.5 ATP om den är i matrix	varje ger 1.5 ATP
	30-32

---

Summary

mitokondrie: anpassar, lokalation beroende var ATP behövs, träna ökar mer ATP-behov: kontinuerligt, kroppsvikt på en dag basalt redoxpotential: hur bra en förening är på att ge ifrån sig elektroner, ju negativ desto bättre donator, ju positiv… i ETK: går från låg till hög redoxpotential elektrokemisk gradient: använder både elektrisk (laddning) och kemisk (pH) transport: mha energi från é, NADH/FADH2 som vill bli av med sina elektroner

• alltid vatten som är bärare av protoner komplex
• Q-NADH: é lämnar ifrån och Q reduceras, pumpar 4 elektroene bidrar till gradient
• S-Q reduktas: q kan bara två elektroner, men c kan bara ta emot en
  • två reducerare kommer komma in , två reducerade cytokrom c, en radikal hindras från att komma oss
• CytoC liten m som för elektronerna från 3 till 4
  • där syre kommer in
  • vid syre, binder det koppar/järn, först peroxid och sen tar upp protoner i olika steg
• 1,3,4 bildar respirasom med 2 kopior av varandra, pga avstånd som é inte gillar ATP-syntas, roterande och statisk del
• gamma förandrar i matrix med alfa/beta där beta gör atp shuntar transporterar under omvandlig, från/till cytoplasma och matrix frikopplare använder energi för termogenes varmt inhibitorer, stor risk för dödlig utgång