1. Oxidačná fosforylácia
NADH a FADH2 – molekuly bohaté na energiu, vznik: glykolýzou, oxidáciou mastných kyselín a v citrátovom cykle
Oxidačná fosforylácia - tvorba ATP po prenose elektrónov z NADH a FADH2 na molekulový kyslík sériou elektrónových prenášačov
Hlavné črty tohto procesu:
Prebieha vo vnútornej mitochondriálnej membráne
Oxidáciou NADH = 2.5 ATP a oxidáciou FADH2 = 1.5 ATP, oxidácia a fosforylácia sú navzájom prepojené procesy
Respiračný (dýchací) reťazec obsahuje počet elektrónových nosičov

4. Protónmotívna sila (proton – motive force) je výsledok pôsobenia pH gradientu a transmembránového elektrického potenciálu
Oxidácia a fosforylácia sú spojené protónovým gradientom cez vnútornú mitochondriálnu membránu

5. Mitochondrie – miesto oxidačného metabolizmu eukaryotov
Majú elipsoídny tvar
Hladká priepustná vonkajšia membrána, vnútorná nepriepustná membrána s množstvom invaginácii – kristy
Rýchlosť respirácie závisí od veľkosti plochy membránového priestoru
Vnútorný priestor – matrix (enzýmy, DNA, RNA a ribozómy)

6. Termodynamika transportu elektrónov
Termodynamickú účinnosť môžeme odhadnúť zo znalosti štandardných redoxných potenciálov
Oxidačno-redukčný potenciál Eo – zmena štandardnej voľnej Gibbsovej energie, ktorá je úmerná tendencii prijímať alebo odovzdávať elektróny v oxidačno-redukčných reakciách
ΔGo'=-nFΔEo‚
Eo'=Eo' (akceptor) - Eo' (donor)
F – Faradajová konštanta = 96,48 kJ/mol.V
n=počet elektrónov

7. Electron transfer potential of NADH and FADH2 -> Phosphoryl transfer potential of ATP
A 1.14 –Volt potential difference between NADH and O2 drives electron transport and favors formation of a proton gradient
NADH O2
1.14 Volt

9. Respiračný reťazec
Štandardná voľná energia potrebná pre syntézu ATP z ADP a Pi je 30,5 kJ/mol
Štandardná voľná energia oxidácie NADH je 218 kJ/mol
Dýchací reťazec je zložený zo 4 proteínovych komplexov
Ubiquinone
Cytochrom c is an electron shuttle
Complex I
Complex II ->
Does not pump protons
Complex III
Complex IV
Komplex I katalyzuje oxidáciu NADH koenzýmom Q
Komplex III katalyzuje oxidáciu (redukovaného) CoQ cytochrómom c
Komplex IV katalyzuje oxidáciu redukovaného cytochrómu c molekulovým O2
Cytochróm c
Komplex II katalyzuje oxidáciu FADH2 koenzýmom Q

12. NADH-Q Oxidoreducatase (Complex I)
Steps of Electron-Transfer:
Binding of NADH and transfer of its electrons to FMN (prosthetic group of complex)
Electrons are transfered from FMNH2 to a series of iron-sulfur clusters (prosthetic group of complex) -> 2Fe-2S + 4Fe-4S clusters
Electrons are shuttled to coenzyme Q (ubiquinone)
 2 Electrons from NADH to Coenzyme Q -> pumping 4 H+ out of matrix of mitochondria
NADH-Q Oxidoreducatase (Complex I)

13. Oxidation states of flavins
Iron-sulfur clusters
NADH-Q oxidoreductase

14. Succinate-Q reductase (Complex II)
FADH2
(citric acid cycle)
Complex II:
Integral membrane protein (inner mitochondrial membrane)
Electrons of FADH2 are transfered to Fe-S center and then to Q
No transport of protons

15. Q-cytochrome c oxidoreductase (Complex III)
Cytochrome is a electron - transfering protein
Cytochrome has a prosthetic group -> heme
Fe in heme group changes between +2 or +3 during e-transport
Function: catalyse transfer of electrons from QH2 -> oxidized cyt c
pumps protons out of matrix -> intermembrane space
Coupling of electron transport from Q -> cyt c and transmembrane proton transport  Q cycle
Heme group in cyt c

16. Q-cytochróm c oxidoreduktáza

17. Cytochrome c oxidase (Complex IV)
Oxidation of cyt c coupled to reduction of O2 -> H2O
Heme protein
Heme + other part of active site (CuB) responsible for reduction of O2
Electron transfer coupled to proton pump
8 protons are pumped from the matrix to intermembrane space
Transfer of 4 e- leads to safe product -> H2O

18. Cytochróm c oxidáza

21. Endergonická syntéza ATP a ADP a Pi
ATP-syntáza – mitochondriálna ATPáza (F1F0ATPáza)
Chemiosmotická hypotéza (1961 Peter Mitchell) – protónový gradient poháňa syntézu ATP

23. ATP-syntáza (Komplex V)
Obsahuje dva väčšie sektory Fo a F1
Fo je transmembránový proteín zložený z ̴ 14 podjednotiek, obsahujúci kanál pre translokáciu protónov
F1 je zložený z 5 druhou podjednotiek, ľahko oddeliteľných od Fo karbamidom
F1 je α3β3γδε – oligomér , β podjednotky majú katalytickú aktivitu

24. Mechanizmus syntézy ATP
Konformačné zmeny enzýmu poháňajú tvorbu ATP

25. Glycerolfosfátový člnok
Prenos NADH z cytoplazmy do mitochodriálneho matrixu a NAD+ von do cytoplazmy :
Glycerolfosfátový člnok
Refill of NAD+ in cytosol

26. Malátaspartátový člnok
Just in the heart and liver cells !!!
Transport of generated NADH into the mitochondria !!!
and
Refill of NAD+ in cytosol

27. ATP/ADP transport by ATP/ADP translocase
Oxidative phosphorylation generates ATP in the mitochondria -> needed in the cytoplasm
need a shuttle to get -> cytoplasmic ADP into mitochondria (cannot just pass membrane)

28. Mitochondrial transporters (carriers)

30. Fotosyntéza
Fotosyntéza je dráha poháňaná svetlom, pritom sa viaže CO2 tak, že vznikajú sacharidy (CH2O)
svetlo
CO2 + H2O (CH2O) + O2
Fotosyntéza umožňuje kolobeh uhlíka v prírode
Je to zložitý súbor reakcií, ktoré sú rozdelené na svetelnú fázu a fázu prebiehajúcu počas tmy (Calvinov cyklus)

31. Chloroplasty V chloroplastoch prebieha fotosyntéza
Bunková organela (riasy a vyššie rastliny) bohatá na membrány
Elipsoidný tvar, 5μm dlhá organela
Vonkajšia priepustná membrána a vnútorná nepriepustná membrána
Stroma – koncentrovaný roztok enzýmov, DNA, RNA a ribozómov
Tretia sústava membrán – tylakoidy
Tylakoid je asi jediný, mnohonásobne poskladaný, plochý vačok – javí sa ako sústava terčovitých vačok poskladaných do stĺpcov -grana

32. Prepojené tylakoidy – stromálne tylakoidy alebo lamely
Reakcie závisle na svetle prebiehajú v tylakoidnej membráne
Reakcie nezávisle od svetla prebiehajú v strome chloroplastov

33. Svetelná fáza fotosyntézy
3 základné procesy:
zachytenie fotónov systémom fotoreceptorových pigmentových molekúl a ich excitácia
fotochemická premena energie – prenos elektrónov cez systém prenášačov, pričom nastáva oxidácia vody a redukcia NADP+
syntéza ATP

34. Fotosyntetické aparáty
Reakčné centrum aparátu, v ktorom sa zachytáva svetelné kvantum a nastáva premena svetelnej energie na chemickú, spolu s pridruženými prenášačmi elektrónov tvorí fotosystém
Hlavný fotoreceptor vo fotosystéme je chlorofyl
Antenné chlorofyly – svetlozberne antény
Reakčné centrum - chlorofyl

35. Väčšina svetlozberných komplexov obsahujú aj iné svetlozberne molekuly: karotenoidy, fykobilíny
S reakčným centrom spolupracuje viacero prenášačov elektrónov: chinóny, flavíny, feredoxíny, tioredoxíny, cytochrómy
Fotoindukovaná separácia nábojov v reakčnom centru
-elektrón extrahovaný z počiatočného miesta absorpciou svetla má redukčnú silu – môže redukovať
ďalšie molekuly tak aby sa uchovala energia získaná zo svetla

36. U eukaryotov : FOTOSYSTÉM I a FOTOSYSTÉM II

37. Fotosystém II sa skladá z veľkej transmembránovej časti (najmenej 6 polypeptidov, niekoľkých farbív viazaných na proteíny, lipidy, chinóny Qa a Qb a železo)
Ďalšia časť fotosystému II je skupina troch proteínov OEC1-3, ktoré sú viazane na vonkajšej strane membrány, ich úlohou je podieľať sa na oxidácii vody, uvoľňovaniu kyslíka, stabilizácii Mn a uľahčení väzby Ca a Cl v reakčnom centre

38. Fotosystém I sa skladá z jedného proteínu (68 kDa) a niekoľko menších peptidov, chlorofylu P700, akceptorov elektrónov, chlorofylu a a β-karoténu

39. Tretí komplex je cytochróm bf s dvoma molekulami cytochrómu b563, jedným Fe-S centrom a proteínom (17 kDa) – tvorí protónový gradient
ATP-syntetáza (štvrtý komplex) – zložená z membránového sektora CFo a periférneho spájacieho faktora CF1
Piaty komplex nemá katalytickú aktivitu, jeho primárna funkcia je zachytávanie slnečnej energie (LHC), obsahuje dva peptidy, ktoré viažu viac ako polovicu z celého množstva chlorofylu a skoro celý chlorofyl b

40. Fotosystém I vytvára silný reduktant, ktorý je schopný redukovať NADP+ a súčasne slabý oxidant
Fotosystém II vytvára silný oxidant, schopný zoxidovať vodu a súčasne slabý reduktant
Necyklická cesta

42. Fotofosforylácia
Chloroplasty tvoria ATP rovnako ako mitochondrie, tj. vyrovnávaním gradientu elektrochemického potenciálu protónov

43. Cyklická cesta –
tvorba ATP bez vedľajšej tvorby NADPH, pričom fotosystém II nie je súčasťou cyklickej cesty a tým sa kyslík neuvoľňuje