MİTOKONDRİ BİYOLOJİK OKSİDASYON ELEKTRONTAŞIMA ZİNCİRİ OKSİDATİFFOSFORİLASYON Prof. Dr. Orhan CANBOLAT OC 0C

Çoğu Hücresel işlemler Yükseltgenme - indirgeme Tepkimeleri içerirler Bir atom veya molekülden elektron kaybına yükseltgenme ve bir atom veya molekülün elektron kazanmasına indirgenme denir. Oksijen Fe2+ (ferrus) iyonlarından elektron çekerek Fe3+ (ferrik) iyonlar oluşturur. Her bir oksijen atomu, iki Fe2+ iyonunun her birinden birer tane olmak üzere iki elektron alır: 2 Fe2+ + 1/2 O2 → 2 Fe3+ + O2-   Böylece Fez+ yükseltgenmiş ve O2 indirgenmiş olur. Aerobik hücrelerde gerçekleşen çoğu yükseltgenme tepkimesinde oksijen benzer şekilde elektron kabul eder. 0C

Yükseltgenme ve İndirgenme tepkimeleri Birçok biyolojik açıdan önemli yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri, yalıtılmış elektronların aktarımından çok, hidrojen atomlarının çıkarılması veya eklenmesini içerir. Elektronlar mutlaka doğrudan bir atom veya molekülden diğerine aktarılmalıdırlar. Elektronlar eşzamanlı olarak daha pozitif indirgenme potansiyeline sahip atomlara ve moleküllere doğru hareket ederler. 0C

MİTOKONDRİ METABOLİZMASI 0C

MİTOKONDRİ Çift membran iki mitokondriyal kompartman oluşturur Şekilleri (veya uzun silindirik) ve büyüklükleri (çap: 02-1 μm, uzunlukları: 2-6 μm) farklılıklar gösterir. Mitokondri çift membranla çevrili bir organeldir. Çift membran iki mitokondriyal kompartman oluşturur Membalar arası alan 40-80 Ao genişliğindedir. Bazı enzimler bulunur. Sayıları değişkendir (1-2000). Eritrositlerde, bakterilerde ve yeşil alglerde mitokondri yoktur. Hücre içindeki yerleşimleri farklılık gösterir 0C

MİTOKONDRİ Dış membran İç membrana (50-60 Ao) göre daha kalın (70 Ao) olup plazma membranının yapısına benzer. Porin adı verilen kanal proteinleri büyüklüğü 5000 dalton ve daha küçük molekülleri (su, iyonlar) içeri alır. Ayrıca dış membranda mitokondriyal lipid sentezi ile ilişkili enzimler bulunur. 0C

MİTOKONDRİ- İç Membran İç membran yarı geçirgen özelliktedir. Bazı moleküller matrikse aktif transport ile geçer. İç membran dış membrana paralel seyreder, ancak matrikse doğru Krista Kıvrımlar yaparYoğun fonksiyonel özelliğin den dolayı iç membranın protein oranı diğer mebranlara göre daha yüksektir. 0C

MİTOKONDRİ- Matrix İç membranın çevrelediği alandır. Bol miktarda protein molekülü, çeşitli reaksiyon enzimleri , mtDNA, ribozomlar ve tRNA bulunur. Matrikste granül sayısı azdır. Hücre içindeki kalsiyum ve magnezyum gibi katyonların fazlası mitokondriye geçerek granüllere bağlanır. Depolanan bu katyonlar gerektiğinde tekrar sitozole geri verilir. 0C

MİTOKONDRİAL DNA 0C

MİTOKONDRİ İç membranda üç tip protein bulunur: a)Elektron transport zincirinin oksidasyon reaksiyonlarını gerçekleştiren proteinler (enzimler, sitokromlar) b) Matrikste ATP yapımını gerçekleştiren ATP sentetaz c) Metabolitlerin matrikse giriş çıkışını düzenleyen Permeaz adı verilen transport proteinleri. 0C

ZİNCİRİN ORGANİZASYONU Mitokondria iç zarı ETZ ve Oksidatif fosforilasyonu içeren beş ayrı enzim kompleksine sahiptir. NADH dehidrogenaz (I) Süksinat dehidrogenaz (II) Sitokrom c redüktaz (III) Sitokrom c oksidaz (IV) Fo-F1 ATP Sentetaz Kompleks I,II,III,IV,V İntermembran Alanı 0C

ETZ KOMPENENTLERİ NADH Flavoprotein FMN,FMNH2,FAD, Demir-sülfür proteini ( Fe - S ) Ubikinon ( CO - Q ) Sitokromlar( a,a ,b,b ,c,c ) Cu 0C

Oksidatif fosforillenmede 3 tip elektron transferi gözlenir 1.Elektronların doğrudan transferi 2.Hidrojen atomu olarak transfer (H໋+ ℮ˉ). 3.Hidrid iyonu olarak transfer (:H־) 0C

Nikotinamit nükleotit-bağlı dehideogenazlar NAD- bağlı Dehidrogenazlar iki elektron bir proton transferi yapar ; Hidrit iyonu Kompleks I 0C

Flavoproteinler ( FMN , FAD ) Flavoprotein,okside bileşiklerden daha yüksek bir indirgeme potansiyeline sahip olduğu için elektron transferi yapar. Transfer hidrojen atomu şeklindedir 2 2 0C

Tek elektron Transferi 2H++2e Coenzyme Q

KOMPLEKS-I NADH → Ubikinona e transferi. Bir adet FMN . En az altı demir –sülfür merkezi . 42 farklı polipeptit . Kompleks I 0C

Zarda tek enzim bağlı olan süksinat dehidrogenazdır KOMPLEKS - II Süksinat → Ubikinon Zarda tek enzim bağlı olan süksinat dehidrogenazdır İki tip prostelik grup ve en az dört farklı protein içerir. SAS’ın kompanentidir. 0C

Gliserol 3-P Şantı 0C

Malat Dehidrogenaz 0C

KOMPLEKS III  Mitochondrial cyt caccepts an electron from cyt c1 and donates it to the copper A (CuA) centre of complex IV. Thus, after dissociation in its ferrous state from the bc1 complex, cyt c must rapidly diffuse to its other main partner, complex IV.  0C

KOMPLEKS IV - Cytochrome oxidase Kompleks IV altbirimileri : cyt a, a3 ,CU A, B 0C

KOMPLEKS IV - Cytochrome oxidase Cytochrome oxidase is one of a superfamily of proteins which act as the terminal enzymes of respiratory chains. There are two catalytic subunits, I and II Subunit I contains two heme centers. The first of these (heme a in cytochrome oxidasE) acts as an electron input device to the second. The second heme (heme a3 in cytochrome oxidase) is part of a binuclear center, with a Cu (CuB in cytochrome oxidase) as the other metal. The binuclear center is the site of oxygen reduction. Subunit II processes the electron donation. In cytochrome c oxidases, the subunit contains a Cu center (CuA) with 2 Cu atoms, which is thought to be the immediate electron acceptor from cytochrome c. The electrogenic process is contributed by vectorial electron transfer, and the uptake of H+ on reduction of O2. 0C

0C

ATP SENTEZİ Kemiozmotik model : Kemiozmotik teori,mitokondride elektron transferi İLE ATP sentezinin bir birine bağımlı olmasını anlatır. 0C

MİTOKONDRİ MEMBRANI Membranlar arası boşlukta hem pH hem de voltaj gradiyenti oluşur. a) pH Gradiyenti elektron tarnspor zincir tarfından sağlanır b)Voltaj Gradiyenti ADP/ATP antiportu: Matrikste toplanan ATP (-4), ADP (-3)’ye göre daha negatif olduğundan membranlar arası boşluğa ve dolayısıyla sitoplazmaya geçer. 0C

ATP senteziyle elektron transferinin eşleşmesi : ADP ,P ve süksinat eklendiğinde : -Substrat oksitlenir -O2 tüketilir -ATP sentezlenir zaman zaman 0C

ATP SENTETAZ Kompleks iki farklı bileşini vardır: F₁: Periferal bir zar proteini. F₀: Zara katılmış integral Protein. 0C

ATP Sentetaz 0C

0C

ATP sentezin bağlanmayla değişim modeli F₁ُ in üç aktif bölgesi ATP sentezini dönerek katalizler: β – ATP β – ADP β – Boş 0C

ATP sentezin bağlanmayla değişim modeli 0C

ATP sentezin bağlanmayla değişim modeli 0C

0C

Oksidatif Fosforillenmenin zar transport sistemi : ADENİN NÜKLEOTİD TRANSLOKAZ . FOSFAT TRANSLOKAZ . 0C

Aspirin ve diğer salisilatlar İyonoforlar: valinomisin K Nigerisin  K ve H Gramisidin A  Na, K, H Dikumarol Ayırıcılar: Aspirin ve diğer salisilatlar 2,4 dinitrofenol Pentaklorofenol Oligomisin Venturosidin DCCD Antraktilazid Bangreikasit Antraktilazid Bangreikasit FCCP Thenaytrifloroaseton karboksin ATP CuA 7FeS 2e’ FeS  Sit C1 Sit a Rotenon Amital Pierisidin A QH2 7FeS QH2 SitC 2e’ FeS  SitB BAL Miksantiazol Antimisin A ATP taşıyıcı Fosfat taşıyıcı FMNH2 Sit a3 FADH2 2e’ CO H2S Siyanür Sodyum azid CuB ADP Süksinat ½ O2 + H2 H2O HPO4 H+ NADH + H NAD Fumarat Q cycle NADH dehidrogenaz Süksinat dehidrogenaz MALONAT Arsenat ADP+P ATP Auroventin 0C

MİTOKONDRİ Termojenin 0C

Mitokondrinin Genetik Yapısı 1.Sirkülerdir 2.Katlanmış bir yapı sergilemez 3.İntron yapısı yoktur 4.Mitokondriyal mRA’nın başna (Cap) ve sonuna (poliA) eklentiler yapılmaz 5.Bazı mitokondriyal genom kodonları nükleer genom kodonlarından farklı anlam taşır 0C

0C

0C

Mitokondriyal Hastalıklar Bazı dokular ; kalp, iskelet kası, merkez sinir sistemi, böbrek ,mitokondriyal enerji üretimine yüksek oranda bağlı olduğundan mtDNA mutasyonlarından nokta mutasyonları, delesyonlar, dublikasyonlardan daha fazla etkilenirler. Başlıca klinik bulgular; hipotoni, gelişme geriliği, mental gerilik, konvülsiyon nöbetleri ve ataksidir. Vucut sıvılarında laktik asit düzeyinin artması en önemli laboratuar bulgusudur. 0C

Mitokondriyal Hastalıklar Yaşlanma süreci içersinde mtDNA mutasyonlarının birikmesine bağlı olarak oksidatif fosforilasyon sisteminin verimliliği düşer. Geç başlangıçlı nörodejeneratif hastalıklar olan Parkinson, Alzheimer ve Huntington’da mitokondriyal solunum zincir disfonksiyonu patogenezlerden biri olarak kabul edilir. Bu hastalıklarda, yaşlanma ile birlikte dokuda mitokondriyal mutasyonlar gösterilmiştir. 0C

Mitokondriyal Hastalıklar Çeşitli hastalıklarda görülen mtDNA mutasyonları 4 gruba ayrılabilir; 1. Missense mutasyonları ; LHON, Leigh sendromu 2. Protein sentezi (tRNA mutasyonları) mutasyonları; MELAS, MERRF 3. İnsersiyon/Delesyon mutasyonları ; Pearson, Kearns-Sayre 4. Kopya sayısı mutasyonları 0C

Leber’in Herediter Optik Nöropatisi (LHON): Maternal geçişli Genç, erkek Retinal ganglion hücrelerde selektif kayıp, santral görme kaybı, optik atrofi Mitokondrial nokta mutasyonları: G11778A/ND4 G3460A /ND1 T14484C/ND6 Solunum zincirine e- ların giriş yeri olan kompleks I’in alt ünitelerinde etkilenmeye yol açmakta kompleks III ve IV ‘de etkilemektedir 0C

Nörojenik Kas Güçsüzlüğü, Ataksi ve Retinitis Pigmentosa (NARP): 0C

t RNA geninde 8344.pozisyonda AG değişimi var Düzensiz Kırmızı Kas Fibrilleri İle Beraber olan Myoklonik Epilepsi (MERRF): t RNA geninde 8344.pozisyonda AG değişimi var 0C

0C

0C

0C