Základy biochemie

• Struktura biomolekul. Metabolismus. Nukleové kyseliny. Podrobná reakční schémata.
• Desítky cvičení.
• Druhé, přepracované vydání

Ukázka z učebnice Základy biochemie

Transport elektronů

Při oxidaci glukosy na pyruvát glykolýzou, při oxidační dekarboxylaci pyruvátu (mitochondrie) a během citrátového cyklu (mitochondrie) jsou elektrony přenášeny na NAD⁺a FAD za vzniku redukovaných formem těchto koenzymů. Reoxidací NADH a FADH₂ se obnovují oxidované formy koenzymů a je zužitkována vysoká energie elektronů.

Aerobní proces reoxidace kyslíkem nastává v mitochondriích. NADH a FADH₂ neodevzdávají své vysoce energetické elektrony přímo kyslíku, ale předávají je do elektronového transportního řetězce. Postupný přenos elektronů transportním řetězcem umožňuje s velkou efektivitou využívat jejich energii. Až po jejím dostatečném odčerpání jsou elektrony na závěr odevzdány kyslíku. Z pohledu uplatnění kyslíku hovoříme také o respiračním (dýchacím) řetězci.

Vysoká energie elektronů vázaných v určité látce se promítá do její schopnosti působit jako silné redukční činidlo, odevzdávat elektrony a přecházet na oxidovanou formu. Mírou redoxních vlastností je hodnota standardního redoxního potenciálu E°. Čím je E° negativnější, tím je látka ve své redukované formě silnějším reduktans. Samovolně může elektron přecházet z redukované formy určité látky s negativnější hodnotou E° na oxidovanou formu jiné látky s pozitivnější hodnotou E°, nikoliv naopak. E° pro NADH/NAD⁺ je 0,32 V, pro FADH₂/FAD 0,03 V, pro H₂O/O₂ 0,82 V. Kdyby nějaký hypotetický enzym reoxidoval NADH nebo FADH₂ přímo kyslíkem, což je podle podle hodnot E° možné, většina energie by se vyplýtvala na teplo. Přenos elektronového páru z NADH na kyslík by vyprodukoval energii 220 kJ/mol, z FADH₂ na kyslík 152 kJ/mol. V elektronovém transportním řetězci přechází elektrony mezi jeho členy po malých schůdcích rozdílů E° a malé dávky produkované energie jsou účelněji využívány.

Redoxní enzymové komplexy

Elektronový transportní řetězec tvoří řada redoxních center, která jsou uspořádána do redoxních enzymových komplexů v kristách mitochondrií. Energie elektronu při cestě řetězcem klesá po částech a enzymové redoxní komplexy ji ukládají do tvorby rozdílu pH mezi matrix a mezimembránovým prostorem. Provádějí to tak, že z matrix do mezimembránového prostoru vypuzují ionty H⁺.

Z komplexu I, který reoxiduje NADH, a komplexu II, který reoxiduje FADH₂, jsou elektrony přenášeny ke komplexu III a z něj na komplex IV. Komplex IV předává elektrony na kyslík.

Komplex I je NADH-dehydrogenasa. Je největším členem transportního řetězce s mnoha podjednotkami. Obsahuje přes 30 polypeptidových řetězců, molekulu flavinmononukleotidu a sedm FeS-proteinových center. Reoxidace NADH probíhá na straně matrix za redukce FMN na FMNH₂. Elektrony jsou při následné oxidaci FMNH₂ vyslány přes Fe-S proteiny a spolu s vodíky redukují malou molekulu ubichinonu (koenzymu Q) na ubichinol (QH₂) v membráně. Energie dvojice elektronů je komplexem I využita k protlačení čtyř H⁺ z matrix do mezimembránového prostoru.

Úhrnná reakce vystihuje pouze vstupy a výstupy, nikoliv děje uvnitř komplexu I. Ukazuje oxidaci NADH, který výsledně redukuje mobilní molekulu ubichinonu, který je schopen volně procházet membránou.

NADH + H⁺ + Q + 4 H⁺ (matrix) ® NAD⁺ + QH₂ + 4 H⁺ (cytosol)