Chuỗi vận chuyển điện tử

1. Chuỗi vận chuyển điện tử

2. Cơ chế truyền điện tử Phản ứng truyền điện tử: Aox + Bred Ared + Box Aox : chất oxy hoá Bred : chất khử. Chất truyền điện tử có thể có hai trạng thái: Aox + ne- Ared Box + ne- Bred vd: Fe3+ + e- Fe2+

3. Tính thế oxy hoá khử theo phương trình Nernt: E = E° – RT/nF (ln [Ck]/[Co]) Trong đó: E: thế oxh-k; Eo: thế cơ sở; R: hằng số khí;T: nhiệt độ tuyệt đối; F: hằng số Faraday, n: số điện tử; Ck: nồng độ chất oxh; C0: nồng độ chất khử

4. ĐỘNG LỰC CỦA QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ DE° = E°chất oxh– E°chất khử = E°chất nhận – E°chất cho Thế oxh-k chuyển thành năng lượng tự do của phản ứng: DGo = – nFDE° Trong đó: DGo: năng lượng tự do (Jun) DE°: hiệu số điện thế (volt) Một phản ứng chuyển điện tử thực hiện được (DG<0) nếu E°chất choâm điện hơn E°chất nhận , khi đó DE° > 0.

5. Xem xét quá trình vận chuyển 2 điện tử từ NADH đến oxy: a. ½ O2 + 2H+ + 2e- H2O E° = +0.815 V b. NAD+ + 2H+ + 2e- NADH + H+ E° = -0.315 V Lấy phản ứng a trừ b:  c. ½ O2 + NADH + H+ H2O + NAD+ DE° = +1.13 V DG0 = - nFDEo = – 2(96494)(1.13) = – 218 kJ/mol ATP  ADP + Pi G° = -30.5 kJ/mol

6. Chuỗi vận chuyển điện tử của ty thể Complex II Page 808

7. Sự vận chuyển điện tử từ NADH đến O2 thông qua các phức hệ I, III & IV nằm ở màng trong của ty thể, cùng với CoQ và cyt c. Trong mỗi phức hệ, điện tử được vận chuyển liên tục qua một chuỗi các chất truyền điện tử. CoQđịnh cư ở phần lõi lớp lipit của màng và có gắn kết với protein. Cytochrom c cư trú ở khoảng không gian giữa hai lớp màng. Nó có thể nối với phức hệ III hoặc IV để vận chuyển e-.

8. Phức hợp Tên Số Protein Nhóm ngoại I NADH - Enzym khử hydro 46 FMN, 9 trung tâm Fe-S. II Succinate-CoQ Enzym khử 5 FAD, cyt b560, 3 trung tâm Fe-S. III CoQ-cyt c Enzym khử 11 cyt bH, cyt bL, cyt c1, Fe-S. IV Cytochrome Enzym oxy hoá 13 cyt a, cyt a3, CuA, CuB Thành phần của các phức hợp trong chuỗi hô hấp

9. Những chất ức chế trong chuỗi hô hấp: Rotenone (một loại thuốc chuột) ức chế phức hệ I. Antimycin Aức chế vận chuyển điện tử ở phức hệ III. CN- & COức chế phức hệ IV. Sự ức chế xảy ra ở một trong những điểm này sẽ làm ngừng quá trình vận chuyển e- từ NADH đến O2.

10. Phức hợpI (NADH-ubiquinone-reductase; 850 kD)Vận chuyển điện tử từ NADH đến CoQ • Chứa FMN và một số trung tâm Fe-S. • Phần ngoại vi (nhô vào nội chất) chứa FMN - nhận 2e- từ NADH. • Các trung tâm Fe-S vận chuyển e- từ FMN đến coenzym Q. • Hai quá trình đồng thời xảy ra: • NADH + H+ + Q  NAD+ + QH2 (thải năng lượng) • H+ được bơm từ nội chất ( pH cao hơn) đến khoảng không gian giữa hai lớp màng (pH thấp hơn) (thu năng lượng) NADH + 5H+N + Q  NAD+ + QH2 + 4H+P Previous

11. SƠ ĐỒ GIẢN LƯỢC - PHỨC HỢP I

12. Lúc đầu điện tử được vận chuyển như sau: NADH + H+ + FMNNAD+ + FMNH2 FMNH2 + (Fe-S)oxFMNH· + (Fe-S)red + H+ Sau đó, bị oxy hoá lại bằng cách vận chuyển điện tử vào trung tâm Fe-S kế tiếp theo cách: FMNH· + (Fe-S)oxFMN + (Fe-S)red + H+ Điện tử đi qua một loạt các trung tâm Fe-S, và cuối cùng được chuyển đến coenzyme Q. Coenzyme Q nhận 2e- và 2H+ thànhQH2.

13. Phức hợp II (Succinat-Coenzyme Q-Reductase)Vận chuyển điện tử từ succinat đến CoQ • Chứa enzym succinat dehydrogenase. • Sử dụng FAD, trung tâm Fe-S, cytochrom b560

14. FADFeScenter 1FeScenter 2FeScenter 3CoQ Cấu trúc oxaloacetate tinh thể (OAA) là ranh giới thay cho succinat. Chuỗi vận chuyển điện tử ở phức hợp II của E.coli (hình chụp bằng tia X):

15. SƠ ĐỒ GIẢN LƯỢC - PHỨC HỢP II

16. Succinat dehydrogenase của chu trình Krebs cũng được gọi là phức hệ II hay Succinat-CoQ-Reductase. • FAD là chất nhận điện tử đầu tiên. • FAD bị khử thành dạng FADH2 trong quá trình oxy hoá succinat thành fumarat. • FADH2 sau đó bị oxy hoá trở lại thành để vận chuyển điện tử qua chuỗi gồm 3 trung tâm Fe-S đến Coenzyme Q, thành QH2.

17. Complex III (CoQ-cytochrom c- reductase)Vận chuyển điện tử từ CoQ (ubiquinol) đến cytochrom c QH2 + 2 cyt c1 (ox) + 2 H+N Q + 2 cyt c1 (red) + 4 H+P

18. SƠ ĐỒ GIẢN LƯỢC - PHỨC HỢP III

19. INTERMEMBRANE SPACE 2H+ 2×1e- 2×1e- 2Q 2.Q- Fe-S Cyt. C1 2×1e- Cyt. b566 2×1e- 2QH2 Cyt. b560 e- e- Q .Q- QH2 × × Complex III Complete Cycle MATRIX 2H+ Antimycin

20. Cytochrom c nhận điện tử từ cytochrome c1 (Phức hợp III) • Cyt c: protein heme ngoại vi màng (gắn kết với mặt ngoài của màng trong) • Nối giữa cytochrom c1 (ở dạng khử) và phức hợp IV (cytochrom oxidase) • Chứa một số gốc Cys ở điểm gắn kết; Sự acetyl của những gốc này ngăn chặn sự tương tác với cyt c1 và với phức hệ IV.

21. Phức hợpIV (Cytochrome c oxidase)1 điện tử được vận chuyển từ Cyt c đến phân tửO2 • Lớn (200 kD), gồm nhiều tiểu phần (6-13 tiểu phần). • Tiểu phần lớn nhất được mã hoá bởi DNA của ty thể. • Ba tiểu phần hầu như là ghét nước và có ý nghĩa quan trọng. 4 Cyt c (red) + 8H+N + O2  4 Cyt c (ox) + 4 H+P + 2 H2O

22. SƠ ĐỒ GIẢN LƯỢC - PHỨC HỢP IV

23. Vận chuyển điện tử: cyt c → CuA → heme a → heme a3/CuB O2 gắn tại trung tâm 2 nhân chứa heme a3/CuB.

24. Subunit 2 Cu ions (2) Subunit 3 Subunit 1 Heme groups (2) Cu ion (CuB)

25. Cytochrom oxidase (phức hợp IV) bên trong màng bao gồm chủ yếu là các chuỗi xoắn a.

26. Những trung tâm kim loại của cytochrom oxidase (phức hợp IV): - heme a & heme a3, - CuA (2 nguyên tử Cu kề sát nhau) & CuB. O2 phản ứng tại binuclear center chứa heme a3 và CuB.

27. Các đầu mạch của heme a3 bị tổn thương khi gắn kết với những chất ức chế sau: CN-,CO, và ·NO. ·NO có thể điều chỉnh hô hấp tế bào bằng ảnh hưởng ức chế của nó và gây ra một triệu chứng tương tự giảm O2 huyết.

28. Tóm tắc các phản ứng • Complex I: • NADH + 5H+N + Q  NAD+ + QH2 + 4H+P • Complex III: • QH2 + 2 cyt c1 (ox) + 2 H+N Q + 2 cyt c1 (red) + 4 H+P • Complex IV: • 2 Cyt c (red) + 4H+N + ½ O2 2 Cyt c (ox) + 2 H+P + H2O

29. Summary, continuedH+ transferred from matrix per e- pair Overall, for each pair of e-, NADH + 11H+N + ½ O2 NAD+ + 10 H+P + H2O