[SCRÂȘIT] [FOȘIT] [CLIC] MATTHEW VANDER HEIDEN: Ultima dată, am discutat despre potențialul standard de reducere , această valoare primă E0, care este într-adevăr o modalitate de a cuantifica înclinația unei molecule de a accepta sau dona electroni. Și acest lucru este util să ne gândim la modul în care energia este transdusă în sistemele biologice. Pentru că amintiți-vă, așa cum am încercat acum să subliniez de multe ori, modul în care energia este mișcată prin biologie este în mare parte despre reacții de oxidare și reducere care implică carbon și, în cele din urmă, oxigen. Și deci amintiți-vă că oxidarea carbonului este favorabilă. Aceasta înseamnă eliminarea electronilor din carbon și oferirea acestora la oxigen, exact ceea ce am descris pentru arderea lemnului sau a benzinei. Și de aceea, venind de la cel mai redus carbon, cum ar fi acizii grași sau alți carboni redusi, cum ar fi carbohidrații, nu la fel de redusi ca acizii grași, carbonul care oxidează eliberează energie. Și, desigur, înseamnă că stocarea carbonului sub formă de carbon redus, fie ca carbohidrați, fie ca acizi grași, este o modalitate de a stoca energie pentru mai târziu. Și astfel, deplasându-se de la stânga la dreapta, echilibrul favorizează puternic deplasarea la dreapta. Asta înseamnă că delta G este mai mică de 0 pentru oxidarea carbonului. Sau putem descrie acest lucru ca trecerea de la un potențial de reducere standard mai mic la un potențial de reducere standard mai mare, deoarece, rețineți, relația dintre modificarea potențialului de reducere standard este legată de constanta de echilibru sau delta G0 primă, care este, de asemenea, legată de echilibru. constantă prin formula de mai sus. Și așa am încheiat data trecută spunând că cu această formulă știm că, dacă trecem de la un potențial de reducere standard mai mic - adică donăm electroni de la un potențial de reducere standard mai mic la un potențial de reducere standard mai mare - că acel număr, acela diferența, va fi apoi pozitivă, ceea ce este opusul delta G din cauza acelei formule. Și astfel, o schimbare pozitivă a potențialului de reducere standard, deplasarea de la mai jos la mai mare, echilibrul va favoriza acea direcție - ar trebui să aibă sens din tot ceea ce am discutat înainte. Și, desigur, acea schimbare vă spune tendința de transfer de electroni care în cele din urmă va fi favorabilă la echilibru. Totuși, exact așa cum am discutat pentru delta G, dacă o reacție exactă este favorabilă va depinde în continuare de delta G. Și astfel, modificarea potențialului de reducere standard vă spune despre constanta de echilibru și, prin urmare, care direcție va fi netă. favorabil la echilibru. Cu toate acestea, ceea ce se întâmplă de fapt va depinde în continuare de condiții pentru toate motivele despre care am vorbit anterior. Totuși, această schimbare a potențialului de reducere standard este încă un concept util la care să ne gândim, deoarece ne spune despre modul în care poate avea loc transferul de energie între perechile redox. Și asta va fi util să ne gândim la acest proces de fosforilare oxidativă și la modul în care celulele cuplează cu adevărat transferul de electroni la oxigen ca o modalitate de a face o mulțime de lucruri utile în celule, inclusiv producerea de ATP. Acum, un punct la care vreau să revin din nou, despre care am discutat pe larg când am vorbit despre schimbările în energia liberă și cum a funcționat pentru căi, este că, amintiți-vă, am discutat despre asta, dacă începem cu lemn sau ulei și toate celelalte într-un singur pas ardeți până la CO2, eliberează o anumită cantitate de energie. Sau putem împărți asta în pași individuali, așa cum am făcut în glicoliză. Este eliberată aceeași cantitate de energie. Dar împărțind în pași individuali, acum putem capta acea energie ca intermediari, astfel încât să putem, să zicem, să sintetizam favorabil ATP la un raport ridicat ATP/ADP în celule. Exact același lucru este adevărat despre oricare dintre aceste transferuri de electroni. Există o schimbare a potențialului de reducere standard. Sau schimbarea energiei libere pe măsură ce se trece de la transferul de electroni de la un acceptor la un donor este aceeași dacă mergi într-o singură etapă sau în mai multe etape diferite. Și astfel, făcând aceste transferuri de electroni în trepte exact în același mod despre care am discutat pentru glicoliză, putem captura acea eliberare de energie în pachete mai mici. Și aceasta este o modalitate de a valorifica mai bine această eliberare de energie pentru a face lucruri utile pentru celule. În cele din urmă, vei vedea că așa faci ATP, dar poate face și alte lucrări, genera căldură, mișcă ionii etc. Și deci despre asta vreau să discut astăzi. Dar este important să ne amintim aceste concepte când ne gândim la modul în care funcționează aceste sisteme. Și așa am petrecut acum câteva prelegeri discutând detaliile chimice ale modului în care putem oxida. În primul rând, am discutat despre carbohidrați. Apoi am discutat despre acizi grași. Și ceea ce am văzut este că mulți dintre electronii care se pierd din oxidarea carbonului sunt folosiți pentru a genera molecule precum NADH sau FADH2 și pentru a încărca efectiv un raport, dacă doriți, de reducere a cofactorilor oxidați. Și aceste molecule donează apoi acei electroni, în cele din urmă, oxigenului. Și este că, modul în care cuplați aceste transferuri de electroni de la acești purtători la oxigen, în cele din urmă este vorba despre fosforilarea oxidativă ca o modalitate de a permite celulelor să transforme această energie eliberată într-o formă utilă din punct de vedere biologic. Acum, efectiv, modul în care biologia face acest lucru este prin utilizarea acelui transfer favorabil de electroni la oxigen pentru a încărca o baterie. Deci fosforilarea oxidativă, dacă vreți, este despre o baterie biologică. Și sunt într-adevăr aceleași concepte pe care poate le-ați învățat în alte cursuri despre cum funcționează bateriile chimice. Și să ne gândim doar la asta. Ce este o baterie? Ei bine, o baterie este două soluții diferite de ioni, de obicei, separate în două compartimente. Are o unitate de volți. Exact asta sunt unitățile pentru această schimbare a potențialului de reducere standard este volți. Folosind această tensiune pentru a rula un curent între cele două compartimente, puteți lucra. Și dacă scurtcircuitați o baterie, desigur, puteți obține puțină căldură. Și cum sunt acestea cu adevărat făcute? Ei bine, practic trebuie doar să obțineți acea tensiune. Trebuie să ai ceva care să izoleze între cele două compartimente. Și apoi puteți controla fluxul de electroni de la o parte la cealaltă a circuitului. Și este exact aceeași problemă care se întâmplă în biologie, cu excepția faptului că biologia are nevoie de un izolator între două compartimente. Cum creăm diferite compartimente în celule? Ei bine, le creăm cu membrane. Și așadar, o funcție importantă a membranelor din celule, în afară de lucruri precum separarea conținutului celular de lumea exterioară sau ruperea diferitelor organite, este aceea că celulele necesită de fapt o membrană. Sunt esențiale pentru viață, deoarece sunt ceea ce permite o izolație între două compartimente apoase într-un mod în care puteți construi o baterie biologică care este cu adevărat esențială pentru modul în care viața folosește energia ca o modalitate de a lucra. Și astfel viața creează o tensiune, pe care o voi numi delta psi, delta pH-- vom reveni la asta în scurt timp-- pentru a cupla practic transferul favorabil de electroni de la, să zicem, un purtător de electroni precum NAD/ NADH la oxigen, deci reoxidând NADH pentru a reduce oxigenul în apă. Aceasta înseamnă trecerea de la un potențial de reducere standard mai scăzut la unul mai înalt, care este favorabil. Delta G0 prim este negativ. Transferul net este favorabil. Acest lucru poate fi cuplat cu efectuarea unor lucrări care altfel ar fi nefavorabile, în acest caz pomparea protonilor dintr-o parte a membranei în alta. Pompând protoni pe o parte a unei membrane sau pe cealaltă, creați un potențial de membrană de tensiune, adesea abreviat delta psi. Este, de asemenea, un gradient de pH, deci delta H. Protonii au pH mai scăzut pe o parte a membranei decât pe cealaltă. Și această încărcare a unei baterii la o membrană este ceea ce este capturat de fosforilarea oxidativă, ceea ce se numește în mod obișnuit acest proces, ca o modalitate de a produce ATP. Dar, desigur, acesta este un lucru util. Este o baterie. Și astfel poate face și alte lucrări pentru celule. Acum, vreau doar să spun și să subliniez cu adevărat că acest proces este cu adevărat critic. Și este cu adevărat esențial pentru modul în care funcționează energia pentru celule. Veți vedea că, efectiv, aceștia sunt pașii cheie în fotosinteză, faceți exact același lucru. Așa funcționează mitocondriile. Așa funcționează și bacteriile. Și într-adevăr procariotele ajung să facă acest lucru la membranele lor plasmatice , în timp ce mitocondriile și cloroplastele ajung să facă acest lucru la membranele intracelulare la eucariote. Dar, în cele din urmă, este aceeași idee de a încărca această baterie biologică care permite într-adevăr celulelor să se convertească, să facă conversii de energie într-un mod care să le fie util pentru a le permite să se întâmple lucruri altfel nefavorabile în celule. Acum, acest lucru funcționează în mare măsură pentru că aveți acest sistem de membrană izolatoare, care este, desigur, format din lipide. Lipidele sunt cele care separă cele două compartimente. Amintiți-vă, am discutat mai devreme că aceste bistraturi lipidice sunt utile deoarece creează o interfață hidrofobă între două compartimente apoase. De asemenea, este util pentru că lipidele sunt conductoare slabe de electroni. Și astfel, acesta ajunge cu adevărat să fie sistemul izolator care face ca acest lucru să funcționeze. Acum, în prelegerea anterioară, am discutat multe despre proprietățile polare și nepolare ale fosfolipidelor le permit într-adevăr să se asambla în aceste bariere membranare. Și vreau doar să fac o mică diversiune pentru a revizui acest lucru în contextul modului în care funcționează pentru bioenergetică. Așa că nu uitați, aveți acest dublu strat lipidic în care separați două compartimente apoase cu această membrană hidrofobă. În această membrană sunt aceste fosfolipide, unde aveți aceste grupuri de cap polar cu două cozi lipidice. Vă puteți uita înapoi la o prelegere anterioară în care am desenat și am discutat despre ce sunt acele fosfolipide în detaliu. Dar are într-adevăr acea interfață polară, nepolară, care vă permite să formați aceste straturi duble care creează această separare între compartimentele apoase, dar și acest izolator care permite construirea unei baterii peste membrană. Acum, există , totuși, mai multe consecințe asupra acestui sistem la care merită să ne gândim cel puțin în ceea ce privește modul în care funcționează lipidele și membranele. Acum, o consecință a acestui lucru este că, dacă vom crea acest sistem, acum vom crea un sistem în care avem probleme cu transportul de la un compartiment la altul. Acum, aceasta, desigur, este o oportunitate pentru un nivel de reglementare, deoarece permite și aceste condiții în care ați putea avea diferite condiții chimice, să zicem, diferite rapoarte ATP/ADP , rapoarte NAD/NADH în diferite compartimente, care, de Desigur, din toate motivele termodinamice pe care le-am discutat deja, pot face ca lucrurile să apară mai mult sau mai puțin favorabile în diferite compartimente ale celulelor. Dar înseamnă, de asemenea, că metabolismul trebuie să aibă modalități de a transporta lucruri prin aceste membrane. Și am discutat despre asta de câteva ori. Câteva exemple... Am vorbit pe scurt despre purtătorul de piruvat. Adică, dacă glicoliza are loc în acest compartiment din citosol și trebuie să introducem piruvatul în interiorul mitocondriilor printr-o membrană pentru reacția piruvat dehidrogenazei , acum ai nevoie de această moleculă purtătoare de piruvat. Și se dovedește că acel proces de transport este o oportunitate de reglementare, dar încă trebuie să aibă loc. Am discutat despre naveta cu carnitină, nu? Acizi grași, generăm acil-CoA gras din descompunerea lipidelor dintr-o parte a compartimentului citosol. Trebuie să introducem acele acil-CoA grase în mitocondrii, unde pot fi oxidate prin oxidarea acizilor grași. Și asta a necesitat acel sistem de navetă cu carnitină. Acum, în cele din urmă, ceea ce mediază acest transport sunt, desigur, proteinele care pot sta în acest dublu strat membranar. Și vă puteți imagina că puteți avea proteine care se întind pe stratul dublu al membranei, astfel încât să existe suprafețe hidrofile care se află pe fiecare față a membranei și reziduuri hidrofobe în mijloc, cu diferite moduri de a face canale și alte mecanisme de transport pentru a obține lucruri dintr-o parte a acesteia. membrana la celălalt, bine? Sau ați putea avea complexe care plutesc liber în stratul dublu lipidic, astfel încât să existe o suprafață hidrofilă care se confruntă cu un compartiment și o suprafață hidrofobă care este orientată spre interiorul membranei. Acum, deținerea acestor complexe va deveni foarte importantă pentru modalitățile prin care se pot regla procesele care au loc fie în interiorul membranei, fie prin mișcarea lucrurilor peste membrane, cum ar fi generarea de protoni în mișcare și generarea unei tensiuni, sau chiar mutarea unor lucruri mari, cum ar fi proteinele, peste membrană. Dar are consecințe suplimentare pentru că acum înseamnă că și proprietățile membranei contează oarecum. Și asta ne readuce la cealaltă discuție pe care am avut-o în ultima prelegere. Și acesta este modul în care diferitele proprietăți ale acizilor grași care există în această zonă de membrană hidrofobă, de asemenea , acum pot conta cu adevărat, deoarece vor afecta lucrurile despre cât de scurs este acesta ca izolator între cele două compartimente, precum și modul în care membrana este fluidă, astfel încât lucruri ca aceste proteine ​​se pot deplasa efectiv în această barieră hidrofobă dintre cele două compartimente. Cu alte cuvinte, compoziția acizilor grași, precum și speciile de lipide în sine, adică fosfolipidele, alte specii de lipide polare hidrofobe analoge cu fosfolipidele care formează membranele, pot modifica proprietăți cum ar fi cât de permeabilă este membrana sau cât de fluidă este membrana. este. Vă puteți imagina, dacă aveți o suprafață cu membrană cu adevărat rigidă, nu veți obține niciun flux de materiale. Nu va fi foarte scurs, ceea ce ar putea fi grozav dacă doriți să construiți un izolator între cele două compartimente. Dar va fi foarte dificil să reglementezi transportul în acel compartiment. Și astfel natura a venit cu o grămadă de soluții diferite pentru cum să te joci cu acizii grași și alte compoziții de lipide pentru a schimba proprietățile membranelor. Nu avem timp să intrăm în asta în detaliu în acest curs, dar vreau să apreciezi că aceste lucruri există. Dar un lucru pe care vreau să-l discut este că adesea, când vezi fosfolipide desenate astfel, ele sunt desenate în acest fel în care grupul capului polar este un cerc. Și apoi vor trage cele două cozi de lipide adesea cu o îndoire în una dintre cozile de lipide. Asta pentru că de multe ori fosfolipide, dintre cele două cozi lipidice, una este saturată. Și unul are o mononesaturație în el. Și vreau doar să mă întorc la modelele de aici. Amintiți-vă, legătura dublă, mononesaturată, ajunge să fie această legătură dublă cis. Și iată doi acizi grași. Dacă le puneți aici, cu grupurile de cap pe o parte, astfel încât acestea să fie esterificate în glicerol, fosfolipide, veți ajunge să obțineți această îndoire în membrană, care este mult diferită de două lanțuri drepte. Vă puteți imagina că în interiorul membranei în sine, acest lucru sfârșește prin a nu lăsa acele cozi de lipide să se împacheteze atât de strâns în membrană, ceea ce contribuie cu siguranță la capacitatea de a avea spațiu pentru a pune alte lucruri în membrană pentru a permite alte procese să se întâmple. Acum, amintiți-vă că există și alte moduri prin care putem modula proprietățile acizilor grași, introducem mai multe legături duble, lungimea lanțului etc. Și diferite organisme folosesc strategii diferite pentru a face față acestui lucru. Și astfel, plantele, amintiți-vă, au tot felul de acizi grași polinesaturați, la fel cum am vorbit despre uleiurile de plante fiind lichide la temperatura camerei. A avea mai mulți acizi grași polinesaturați în cozile lor lipidice este o modalitate pe care o folosesc plantele pentru a-și menține membranele mai fluide. Animalele, amintiți-vă, au mai mulți acizi grași saturati. Bine, acizii grași saturați... mai puține legături duble, vor avea o temperatură de topire mai mare , mai probabil să fie solide la temperatura camerei. Deci nu va fi foarte bun pentru fluiditatea membranei. Și se dovedește că animalele folosesc o strategie diferită pentru a păstra fluiditatea membranei, care nu este acizii grași polinesaturați. Și asta este că încorporează această moleculă prezentată aici pe diapozitiv, care este colesterolul, de care știți bine. Și astfel animalele vă folosesc steroli, precum colesterolul, ca o modalitate de a-și menține membranele mai fluide. Și astfel încât colesterolul care este prezent în produsele de origine animală să nu fie acolo pentru a vă provoca infarcte. Este într-adevăr acolo ca o modalitate pe care o folosesc animalele pentru a-și menține membranele fluide. Și acesta este într-adevăr, în esență, de ce plantele sunt alimente fără colesterol și animalele au colesterol. Și asta pentru că animalele folosesc colesterolul ca o modalitate de a-și menține membranele fluide, în timp ce plantele folosesc o strategie diferită, acizii grași polinesaturați. În regulă, acum, în cele din urmă, configurarea sistemului în acest fel este importantă, deoarece permite aceste membrane flexibile care pot permite transportul ionilor și a altora între compartimente, precum și menținerea încărcării, astfel încât să puteți forma această baterie care permite fosforilarea oxidativă sau alte să apară procese în care puteți încărca această membrană și, în cele din urmă, puteți utiliza acea tensiune pentru a lucra, cum ar fi să faceți ATP, bine? Acum, modul în care are loc această încărcare a membranei, profită cu adevărat de transferul favorabil de electroni printr-o serie de perechi redox, în cele din urmă, către oxigen sau alt acceptor de electroni bun. Și chiar transferul de electroni favorabil este cuplat cu pomparea ionilor de protoni pentru a încărca o baterie. Asta e partea de oxidare. Și apoi, acea baterie care face lucrări, cum ar fi conducerea favorabilă a conversiei ADP în ATP, partea de fosforilare a fosforilării oxidative, este tipul de lucru pe care îl puteți face după ce ați generat această baterie chimică, deși nu este singura activitate pe care o puteți face cu acea baterie. . Și acesta este motivul pentru care acest lucru este mult mai flexibil decât doar producerea de ATP. Bine, așa că în cele din urmă acest proces prin transferul de cuplare de electroni de la oxidarea favorabilă a carbonului pentru a încărca acești alți purtători de electroni care în cele din urmă se transferă la oxigen este o modalitate majoră prin care viața folosește oxidarea nutrienților pentru a o transforma în energie utilă din punct de vedere biologic. Și aici ajungem la acest proces de ceea ce se numește de obicei fosforilare oxidativă, care este un concept sau un proces care a fost adesea abreviat oxphos. Și a fost descoperit sau descris pentru prima dată de un domn pe nume Peter Mitchell. Și ca multe idei noi sau revoluționare, atunci când Peter Mitchell a descris sau a propus pentru prima dată procesele despre care sunt pe cale să vă povestesc, ideile lui au fost inițial respinse. Se credea la acea vreme, când oamenii se gândeau la cum cuplați metabolismul cu, să zicem, să vă încărcați raportul ATP/ADP , că acel proces va funcționa prin reacțiile de tip fosforilare oxidativă pe care altfel le-am descris, lucruri precum ceea ce se întâmplă la etapa GAPDH sau etapa succinică a tiokinazei din ciclul TCA. Acestea sunt două exemple în care am putea cupla direct oxidarea carbonului la un eveniment de fosforilare care în cele din urmă ne-a permis să producem favorabil ATP pentru a menține un raport ATP/ADP care este ridicat și este prezent în celule. Totuși, ceea ce a descris Peter Mitchell a fost într-adevăr acest fenomen de baterie despre care vorbim. Și sa dovedit a fi în mare măsură corect și reprezintă ceva care este de fapt destul de unic în ceea ce privește procesele biologice, chiar dacă te gândești la alte procese biologice care au loc. Și asta a propus el că evenimentele de oxidare și fosforilare erau de fapt procese separate. Aceasta înseamnă că natura nu trebuie să se atingă de aceste două lucruri pentru ca ele să funcționeze. Adică folosiți oxidarea pentru a crea această baterie ca un singur eveniment. Deci oxidarea generează acest potențial pe o membrană. Și apoi acel potențial de-a lungul unei membrane este un eveniment total separat, poate conduce la fosforilare, ATP sau poate face alte activități, făcând în cele din urmă acest lucru un sistem mai flexibil pentru biologie. Și așa se dovedește, așa cum am spus mai înainte, într-o celulă procariotă... deci aici este un fel de procariotă, bine? Procariotele au o membrană care le separă de lumea exterioară. Această membrană celulară cuplează eficient acea etapă de oxidare cu pomparea protonilor. Aceasta creează o baterie la membrana celulară a procariotei. Și separat în spațiu, care poate fi apoi folosit pentru a conduce sinteza ATP sau pentru a face alte lucrări care sunt utile pentru a menține acea celulă procariotă. Acum, la eucariote, acest proces are loc la membranele din interiorul mitocondriilor. Deci aici este o mitocondrie, bine? Așa că doar pentru a vă aminti de biologia celulară de bază... și deci, amintiți-vă, mitocondriile au două membrane. Deci există această membrană mitocondrială exterioară, membrană mitocondrială exterioară. Și apoi există această membrană mitocondrială interioară, deci două membrane în mitocondrie. Amintiți-vă, există acest spațiu de matrice. Citosolul ar fi aici. Și apoi există acest spațiu dintre cele două membrane numit spațiu intermembranar, spațiu intermembranar dintre cele două membrane. Dacă vă amintiți, multe dintre aceste reacții de oxidare, ciclul TCA, oxidarea acizilor grași, etapa de piruvat dehidrogenază, toate acestea se întâmplau în matricea mitocondriilor. Amintiți-vă, glicoliza era în citosol, dar toate aceste procese aveau loc în matricea mitocondriilor. Și într-adevăr, ceea ce se întâmplă este că această baterie este încărcată prin această membrană mitocondrială interioară, bine? Deci, protonii sunt pompați în membrana mitocondrială interioară în spațiul intermembranar al mitocondriilor și apoi utilizați pentru a sintetiza ATP în matricea mitocondriilor. Acum, o parte din asta a venit, mulți oameni știu... amintiți-vă, mitocondriile au propriul lor ADN și cetera. Și deci, de unde credeau oamenii, cred că de la care au venit celulele eucariote, mitocondriile sunt o bacterie înrobită sau un simbiont capturat, dacă vreți, unde o celulă a înghițit o altă celulă procariotă. Și dacă urmăriți acest lucru, gândiți-vă la membrana mitocondrială interioară ca la o celulă procariotă înrobită, puteți vedea că generați acest potențial de membrană peste membrana mitocondrială interioară , care este într-adevăr echivalent cu membrana bacteriană a celulei procariote înrobite. În ambele cazuri, se creează această baterie la o membrană, membrana mitocondrială interioară sau membrana bacteriană a unui procariot, care este apoi folosită separat în spațiu pentru a utiliza acel gradient pentru a face lucru, cum ar fi sintetizarea ATP. Așadar, dacă desenez asta mai explicit, aici fiind membrana, deci membrana mitocondrială interioară a unei mitocondrii sau membrana bacteriană a unei celule procariote, astfel încât aceasta să fie în afara bacteriilor, aceasta este în interiorul bacteriei. Acesta este spațiul intermembranar denumit adesea partea citosolului. Desigur, există o altă membrană mitocondrială exterioară aici la care, de dragul acestei clase, te poți gândi ca fiind în general permeabilă. Aceasta ar fi matricea din interiorul membranei mitocondriale interioare . Și astfel, tot acest NADH este generat din ciclul TCA de oxidare a nutrienților, oxidarea acizilor grași, piruvat dehidrogenază, indiferent, în matrice sau în bacterii. Acei electroni sunt în cele din urmă transferați de la NADH, reoxidându-l în NAD, pentru a reduce oxigenul în apă. Acest lucru este favorabil. Aceasta este, prin urmare, cuplată cu pomparea protonilor. Acest lucru creează un potențial de membrană și un gradient de-a lungul acestei membrane, care poate fi folosit pentru a face lucrări, cum ar fi conducerea sintezei ATP pentru alte lucrări. Deci toate acestea trebuie să se întâmple la aceeași membrană, dar acest proces nu trebuie să atingă acel proces. Este cuplat pentru că creați această baterie, acest potențial de membrană și gradient de pH, care poate fi folosit în altă parte de-a lungul membranei pentru a face un fel de lucru. Acum, desenez asta este delta psi, delta pH. Vă puteți imagina, dacă mutați protoni, veți crea o tensiune. De asemenea, veți crea un gradient de pH. Se pare că nu am timp să discut asta în continuare în clasă. S-au scris multe despre cum să ne gândim la acest potențial de membrană fie ca o tensiune reală, fie ca un gradient de pH. Se pare că sunt utile să ne gândim în moduri diferite pentru diferite procese. Dar dacă sunteți interesat de acest lucru, cu siguranță există multe scrise despre asta în diverse lucrări și texte despre bioenergetică. Și te-aș încuraja să citești mai multe despre asta. BINE. În regulă, ceea ce vreau să fac în continuare este să discut pe rând fiecare dintre aceste procese , așa cum funcționează și cum funcționează, pentru a înțelege cu adevărat ce se întâmplă în mitocondrii și bacterii pentru a realiza acest proces de fosforilare oxidativă. Deci, mai întâi, să vorbim aici. În primul rând, cum se folosește transferul favorabil de electroni pentru a face acest potențial de membrană? Evident, dacă vom pompa protoni pe un gradient, astfel încât să avem o concentrație diferită de protoni de fiecare parte a membranei, aceasta va necesita aport de energie. Și acea energie va veni din transferul favorabil de electroni . Și într-adevăr, acest proces preia electroni de la, să zicem, un cofactor precum NADH și, în cele din urmă, transferă acești electroni la oxigen pentru a obține apă. Potențialul standard de reducere al NAD/NADH este mai mic decât potențialul standard de reducere al oxigenului și apei. Aceasta înseamnă că echilibrul va favoriza transportul de electroni în această direcție. Pentru a spune altfel, în raport cu oxigenul-apa, NAD/NADH este un donor de electroni mai bun. Oxigen-apa este o pereche mai bună acceptoare de electroni. Și astfel, prin faptul că acest transfer de electroni este favorabil, poate fi folosit pentru a elibera energie cuplată cu alte procese, cum ar fi mișcarea protonilor și pentru a face favorabil acel proces altfel nefavorabil. Acum, veți observa că, făcând acest lucru, acum regenerăm cofactorul oxidat NAD+. Și astfel încât aceasta rezolvă problema noastră de echilibru electronic pentru glicoliză, rezolvă orice problemă de echilibru electronic care ar exista pentru oxidarea acizilor grași sau ciclul TCA în mitocondrii. Pentru că în cele din urmă, acești electroni sunt dați oxigenului. Și astfel oxigenul, fiind acest acceptor final de electroni, fiind produs stoichiometric pentru a genera apă, este efectiv apa fiind produsul de deșeuri alternativ la, să zicem, lactat sau etanol pe care l-am văzut în fermentație, bine? Acum, așa cum am început prelegerea cu și am discutat în glicoliză, dacă facem acest lucru într-un singur pas, este favorabil. Dar este și favorabil dacă o facem în mulți pași mici. Făcând-o și cu mulți pași mici, așa cum am făcut în glicoliză, putem întrerupe acea eliberare de energie într-un mod care să ne permită să lucrăm mai mult, nu? Deci, în glicoliză, am putea transforma carbohidrații în CO2 -- într- un singur pas, arderea lemnului, eliberarea multă lumină și încălzirea totul într-un singur pas. Asta poate fi folosit pentru a lucra. Dar a fost mai eficient să-l împărțim în pași mici în care apoi am putea captura intermediari care au făcut ATP sintetaza favorabilă, în ciuda raportului ridicat ATP/ADP. Aceeași idee aici, am putea transfera toate acestea într-un singur pas. Dar, în schimb, îl împărțiți într-o grămadă de pași individuali, care pot fi apoi cuplati individual la pomparea protonilor peste membrană pentru a genera mai eficient acest delta PSI delta pH pentru a încărca această baterie. Și așa se întâmplă într-o serie de purtători de electroni, complexe multi-proteice, purtători de electroni, numite lanț de transport de electroni. Și vă puteți gândi la acest lanț de transport de electroni ca fiind complet analog cu ceea ce am vorbit deja când am vorbit despre modul în care funcționează piruvat dehidrogenaza sau alfa-cetoglutarat dehidrogenază când am vorbit despre ciclul TCA. Amintiți-vă, acestea aveau aceste complexe proteice diferite, acest E1, E2, E3, unde electronii au fost transferați de-a lungul acestui lanț. Este exact aceeași idee aici, un număr de complexe de proteine ​​codificate cu mai multe polipeptide care se unesc pentru a ține o grămadă de purtători de electroni care descompun eliberarea de energie, dacă vreți, pe măsură ce oxidăm NADH și reducem oxigenul și transferăm acei electroni de-a lungul lanț cu complexele înșiși cuplând transferul favorabil de electroni cu mișcarea protonilor împotriva unui gradient de-a lungul membranei pentru a funcționa. Și astfel, pentru ca acest lanț de transport de electroni să funcționeze, avem nevoie, evident, de o grămadă de purtători de electroni. Și de ce aveți nevoie de mai mult de un purtător de electroni ar trebui să fie acum evident. Pentru că a avea diferiți purtători care stau la potențiale de reducere standard diferite va fi util dacă dorim să construim un lanț astfel încât să putem avea oxidare și reducere favorabilă pentru a muta electronii într-o direcție favorabilă și cuplarea acestora la procese care ne permit să încărcăm acest lucru. baterie. Și astfel se dovedește că pentru ca acest lanț de transport de electroni să funcționeze... ei bine, știm despre unii dintre purtătorii noștri de electroni. Deci am discutat despre NAD, NADH. Există FAD, FADH2. Era acid lipoic. Acidul lipoic nu face parte din lanțul de transport de electroni. NAD, NADH este un donator. Veți vedea că FAD poate face parte din lanțul de transport de electroni, dar există un alt... sau există purtători de electroni suplimentari. Vreau să le discut acum. Deci, un alt important este ceva numit FMN sau Flavin Mononucleotide. Ce este FMN, sau Flavin Mononucleotide, este efectiv FAD. Dar este un FAD nu în stare dinucleotidă, ci în stare mononucleotidă. Deci, dacă luați FAD și eliminați un grup AMP din el, rămâneți cu FMN. Așa că doar pentru a-ți reaminte să fii explicit în legătură cu asta... deci. Deci, aveți această grupă de flavină atașată la această grupă ribitol cu ​​un fosfat pe el. Dacă aș pune un alt fosfat și o adenină nucleotidă aici, un grup AMP atașat aici, ar fi FAD. Acesta ar fi FMN, nucleotidă în loc de dinucleotidă. Acesta este FMN sub formă oxidată. Și la fel ca FAD, poate accepta o pereche de electroni. Deci iată ionul nostru hidrură , doi electroni dacă doar desenăm aici partea de mijloc a moleculei. Și deci aici ar fi FMNH2 sau forma redusă a acestui purtător de electroni, OK? Deci mononucleotida de flavină, parte a lanțului de transport de electroni . Acum, rețineți FMN, FAD, NAD, toate aceste lucruri sunt doi purtători de electroni, nu? Le deghizăm mecanismul tuturor, doar v-am amintit de el, aceste transferuri de ioni de hidrură , doi purtători de electroni. Se pare că lanțul de transport de electroni folosește și ioni metalici ca purtători de electroni. Și așa... o mulțime de minerale în dieta noastră, lucruri precum fierul. Se dovedește că fierul elementar este un mare purtător de electroni. Și este foarte important pentru lanțul de transport de electroni. Acum, metalele elementare sunt un purtător de electroni. Și deci există câteva moduri în care încorporezi fierul. Unul este ceva numit clustere de sulf de fier. Și astfel, grupurile de sulf de fier sunt, într-o proteină, niște resturi de cisteină. Și acele reziduuri de cisteină pot coordona un atom de fier. Și astfel încât atomul de fier să poată sta în starea 3+ versus 2+, oxidat, redus. Deci reducerea fierului... oxidarea fierului, bine? Deci un purtător de electroni... mișcă un electron în acest fel. De asemenea, ionul se află în molecule numite citocromi. Deci, ce sunt citocromii? Acesta este un atom de fier care este practic chelat într-o porfirină foarte asemănătoare cu ceea ce ați văzut pentru hemoglobină. Și astfel aveți un fier 2+ sau 3+ care este chelat aici în această structură inelală de porfirină. BINE. O mulțime de sisteme de legături duble conjugate în el, acestea ar trebui să arate foarte asemănătoare. Porfirina este lucrul din exterior, coordonează atomul de fier în mijloc. Aceasta se poate deplasa între starea 2+ și 3+, la fel cum facem pentru grupurile de sulf de fier, așa că electronii purtători trebuie oxidați sau redusi, 3+ sau 2+. Și în cele din urmă, această porfirină poate avea câteva grupe R adăugate aici, poate fi asociată cu ea sau legată de reziduuri de cisteină din proteine. În mod efectiv, aceste molecule care variază aceste grupuri R și modul în care este atașat la proteine vă oferă diferite familii de citocrom, numite citocrom A, citocromi de tip B și citocrom C. Acestea sunt asociate cu complexe enzimatice, citocromul C. De fapt, este legat covalent. la polipeptidă în sine. Practic, acestea sunt denumite pentru că aveți aici aceste structuri inelare conjugate diferite. Asta și modul în care sunt grupurile R se vor schimba ușor. Deci, aceasta va absorbi lumina vizibilă. Asta va schimba ușor spectrele de absorbție. Și așa în mod clasic, pe baza spectrelor de absorbție, acestea au fost clasificate în citocromi de tip A, B și C. Și vă puteți imagina, deoarece aceste proprietăți au puțin diferite - afectând fierul în moduri în care îi afectează ușor proprietățile de transport de electroni. Desigur, hemoglobina aproape sigur a evoluat din aceste molecule ca căi de transport de oxigen în viața multicelulară. Dar, desigur, utilizarea inițială a fost ca purtători de electroni pentru procesele despre care vom vorbi aici, pentru a menține acel fier ca o modalitate de a controla transportul de electroni prin aceste lanțuri de transport de electroni . Bine, deci e fier. Se pare că fierul nu este singurul metal care poate fi folosit pentru a face acest lucru. Și astfel celulele folosesc și cuprul. Și astfel histidina poate coordona un cupru care se poate deplasa între o stare oxidată și cea redusă, deci cuprul 2+ redus la cupru +, cuprul + la cupru 2+ sau cuprul + oxidat la cupru 2+, un alt purtător de electroni. Și astfel fierul și cuprul pot acționa ca purtători de un singur electron. Și astfel aveți acești doi purtători de electroni. Iată o grămadă de metale ca purtători de electroni. Evident, aveți nevoie de modalități de a transporta atât unul, cât și doi electroni dacă aveți de gând să mutați electroni între acești purtători diferiți. Și o moleculă importantă pentru a face asta este ceva numit coenzima Q. Coenzima Q -- uneori denumită ubichinonă ubichinol , deoarece este omniprezentă, adesea abreviată co-Q. Mulți dintre voi probabil au auzit de suplimentul CoQ10, supliment foarte popular . CoQ10 este practic o versiune a coenzimei Q, ubichinonă, ubichinol. Cum arată aceasta este după cum urmează. Deci aici este ubichinona, forma oxidată. Deci, această parte din mijloc este chinona. Și apoi aveți aceste decorațiuni pe exterior, inclusiv acest grup R. Această grupă R este de obicei o coadă acil lungă. Dacă are o lungime de 10 atomi de carbon, acesta este supliment de CoQ10. Având acest lanț acil lung, aceasta face o moleculă foarte hidrofobă. Și trăiește de fapt în interiorul membranei ca purtător de electroni. Și astfel, această ubichinonă poate prelua atât un electron, cât și un proton. Hopa. Și astfel, prin preluarea unui electron, acesta poate ajunge aici în această stare de radical liber stabilizat cu semichinonă și apoi poate prelua un al doilea electron pentru a trece la forma complet redusă. ubichinol. BINE. Deci, un purtător electronic și doi purtători de electroni - deci, practic, poate transporta doi electroni din forma oxidată, redusă, dar îi poate transfera ca electroni unici trecând prin această stare stabilizată a radicalilor liberi ubichinonă. Și astfel, practic, acești diferiți purtători de electroni sunt asociați cu aceste complexe proteice din acest lanț de transport de electroni care în cele din urmă funcționează pentru a cupla transportul favorabil de electroni în lanț pentru a pompa protoni pentru a genera acest potențial prin membrană. Bine, deci acest proces are loc, din nou, la membrana bacteriană sau membrana mitocondrială interioară și, la animale și la majoritatea organismelor, operează cu patru complexe mari de proteine ​​cu mai multe subunități, bine? Fiecare dintre aceste complexe proteice are mai multe polipeptide, așa cum am spus. Se adună pentru a forma aceste complexe exact așa cum am descris pentru pH, de exemplu. Majoritatea componentelor acestuia sunt codificate în genomul nuclear, dar un subset dintre acestea sunt codificate în genomul mitocondrial. Acum, ceea ce este codificat exact în diferiți genomi mitocondriali variază în funcție de organisme. Dar, în organisme, sunt în principal componente complexe ale acestor complexe de proteine. Și de aceea este reținut ADN-ul mitocondrial. Este un fel de acest vestigiu al acestei relații simbiotice. Mitocondriile și-au păstrat o parte din capacitatea de a-și controla propria transducție a energiei, un fel de componente de bază ale acestor complexe. Există o singură proteină solubilă. Deci, aceste complexe sunt încorporate în membrană. Există, de asemenea, o proteină solubilă care este asociată cu membrana. Și apoi există coenzima Q, care plutește și în interiorul membranei. Deci asta e în membrană. Acestea sunt încorporate în membrană. Și apoi există o proteină solubilă care este asociată cu membrana. OK, acum vreau să discut detaliile despre ce sunt aceste complexe de proteine ​​și, de asemenea, câteva comentarii despre modul în care funcționează. Deci, dacă acesta este spațiul membranei interioare și aceasta este partea matricei, aceasta ar fi în afara sau înăuntru dacă discutăm despre o procariotă. Primul este că avem ceva numit complex I, denumit și NADH oxidază, deoarece oxidează NADH înapoi la NAD. NADH oxidaza este un complex uriaș mai mare de 900 kilodaltoni în total. Are mai mult de 25 de subunități proteice individuale, conține unele mononucleotide de flavină, precum și câteva grupuri de sulf de fier ca purtători de electroni. Și este cel mai puțin bine înțeles dintre toate complexele de proteine. De fapt, este încă un domeniu major de studiu pentru a încerca să înțelegem cum funcționează cu adevărat NAD oxidaza. Dar, în mod eficient, este unul dintre complexele care pot pompa protoni peste membrană, deoarece acești doi electroni sunt transferați prin complex de la NADH în cele din urmă la coenzima Q care există în membrană. OK, următoarea discuție complexă este complexul II. Complexul II este succinat dehidrogenaza, exact enzima despre care am auzit din ciclul TCA. Deci, ce face succinat dehidrogenaza? Amintiți-vă, transformă fumaratul în succinat. A dat acei electroni FAD pentru a face FADH2. Ei bine, asta se întâmplă în cadrul acestui complex, care poate, de asemenea, să reoxideze FADH2 cu acei doi electroni și să le dea, de asemenea, la coenzima Q care se află în membrană. Așa că vreau să subliniez că acesta, în cele din urmă, veți vedea, este motivul pentru care transferul de electroni de la NADH și FADH2 are randamente diferite de energie. Și astfel, transferul de electroni de la NADH la ubichinonă este mai mult o schimbare a potențialului de reducere standard decât de la FADH2 la ubichinonă. De ce să folosiți FADH2? Ei bine, pentru că, amintiți-vă, când făceam transferuri de electroni, folosim, când oxidam un carbon, să zicem, într-un carbohidrat la o cetonă, aveam tendința să folosim NAD+/NADH ca pereche de transport de electroni. Deci, această schimbare a potențialului standard de reducere este de așa natură încât să putem face ca reacția să funcționeze și, în cele din urmă, să o conducem. Se pare că introducerea unei duble legături în-- aceasta trecând de la o oxidare a alcoolului la o cetonă, ci oxidarea carbonului la o legătură dublă-- practic aveți nevoie de o schimbare diferită a potențialului de reducere standard pentru a efectua acea reacție și Fă-o să mearga. FADH/FADH2 se află la un potențial de reducere standard mai mare decât NAD/NADH. Și astfel încât asta înseamnă să le transferăm în continuare la ceva mai în aval, cum ar fi coenzima Q, există o schimbare mai mare a potențialului de reducere standard aici. Acesta poate fi folosit pentru a conduce protoni. Nu este suficientă schimbare aici. Nu poți folosi asta pentru a conduce protoni. Și din cauza acestor diferențe în ceea ce este oxidat de fapt, duce în cele din urmă la această diferență de energie atunci când ne gândim la FADH2 versus NADH și cât de multă echivalență ATP ar putea avea pentru celule. În regulă, odată ce electronii sunt în bazinul de ubichinonă sau coenzima Q, ei pot fi acum transferați în complexul III. Deci, complexul III este denumit și citocrom C reductază. Vei vedea de ce într-o secundă. Este un complex de 250 de kilodaltoni. Există 10 subunități. Are o grămadă de citocromi de tip B și de tip C, precum și câteva grupuri de sulf de fier. Afișată aici pe diapozitivul dintr-un manual este o imagine a complexului III și cum arată de fapt. Destul de bine înțeles cum funcționează, această cuplare a transferului de electroni prin bazinul Q poate pompa protoni. Și acest lucru permite în cele din urmă transferul de electroni către această mică proteină solubilă care trăiește în spațiul intermembranar sau asociată cu exteriorul bacteriei numită citocrom C-- sau în exteriorul spațiului intermembranar numit citocrom C. Citocromul C este o proteină de 13 kilodaltoni. Este o proteină foarte mică, foarte conservată, cu un citocrom de tip C utilizat în mod obișnuit, deoarece se găsește în multe, multe tipuri diferite de organisme. Și astfel a fost secvențial de la multe, multe organisme ca o modalitate de a identifica relațiile evolutive. Și apoi citocromul C, de aceea se numește citocrom C reductază pentru că reduce citocromul C pentru a transfera electroni de-a lungul lanțului, în cele din urmă la complexul final, complexul IV. Complex IV - denumit și citocrom C oxidază. Și acesta este în cele din urmă locul unde electronii sunt transferați pentru a reduce oxigenul în apă. Deci, acesta este un complex proteic de 160 kilodalton cu 13 subunități, utilizează citocromi de tip A și cuprul ca purtători de electroni și, în cele din urmă, vă permite să obțineți electroni de la citocromul C la oxigen. Și aici, din nou, din manual este o imagine a complexului IV și cum arată. De asemenea, destul de bine înțeles, de asemenea, cuplează transportul de electroni cu pomparea protonilor. Și astfel, acesta este în mod efectiv lanțul de transport de electroni așa cum există în mitocondrii. Și îl puteți desena într-un mod diferit, așa cum voi face aici. Deci iată complexul I, permite oxidarea NADH înapoi la NAD+. Această oxidare poate fi cuplată cu reducerea FMN. În cele din urmă, acestea sunt trecute prin niște grupuri de sulf de fier, ducând la reducerea ubichinonei. Și în acest proces, acest transport de electroni poate pompa de ordinul a patru protoni, sau cel puțin asta este ceea ce se estimează. Complexul II, care este succinat dehidrogenază din ciclul TCA, transformă într-adevăr succinatul în fumarat. Acea reacție de oxidare în cadrul complexului duce la reducerea FAD la FADH2. Acesta poate fi reoxidat prin fier, conducând în cele din urmă la reducerea coenzimei Q de la ubichinonă la ubichinol. Acea ubichinonă pentru tine, ubiquinol, în ceva numit pool Q din membrană, poate fi apoi reoxidată în complexul III. Cel reoxidat în complexul III trece electronii prin complexul III care poate fi cuplat cu pomparea de ordinul a doi protoni. Acei electroni sunt transferați la citocromul C. În cele din urmă, acei electroni sunt transferați la cupru în complexul IV la citocromul A și, în cele din urmă, oxigenul în apă, reducând oxigenul în apă și pompând de ordinul a patru protoni. Și deci puteți vedea aici că, practic, aceasta este o serie de reacții de oxidare și reducere care se întâmplă în aceste complexe, astfel încât complexul I, electronii de transfer din pool-ul Q prin complexul III. Și complexul IV poate pompa protoni peste membrană și poate genera acest pH delta psi delta care poate fi folosit pentru a lucra. Și este într-adevăr transferul favorabil de electroni fie de la NAD/NADH, fie oxidarea succinatului în fumarat, acei electroni fiind dați oxigenului pentru a conduce acest proces. Și, într-un fel, doar pentru a schematiza acest lucru, este că, dacă aceasta este membrana noastră, NAD+ la NADH dă electroni complexului I, care merge la coenzima Q, care merge la complexul III, care merge la citocromul C, care merge la complexul IV și reduce oxigenul la apă. Aceasta este o modalitate de a realiza acest set de reacții. Cealaltă modalitate este că putem transforma fumaratul... Îmi pare rău, succinatul în fumarat. Acesta este FAD-ul. Acesta este complexul II, îl dă și piscinei Q. Și astfel puteți vedea că lanțul de transport de electroni ar fi complex I, Q, III C, IV sau II Q, III, C IV. Nu este I, II, III, IV. Este de fapt de la I la Q sau de la II la Q, ajungând în cele din urmă la III. Acum, modul în care sunt pompați protonii este un proces despre care anul acesta nu am timp să îl discut în clasă. Voi posta ceva pe Stellar, care este doar o scurtă secțiune din manual, care descrie cel puțin ceea ce se știe despre modul în care funcționează acel proces, cum ar fi ciclul Q, practic modul în care oxidarea și reducerea coenzimei Q, care va prelua și scoate protoni. molecula de pe ambele părți ale membranei, poate fi folosită pentru a arăta cum aceasta poate fi cuplată cu pomparea protonilor peste membrană. Și poți citi asta dacă ești interesat. BINE. Acum, alte câteva puncte despre asta, acest lucru funcționează pentru că treci de la un potențial de reducere standard mai scăzut la unul mai înalt de-a lungul lanțului. Și se dovedește că oxigenul este un acceptor de electroni deosebit de bun . Și acesta este cu adevărat motivul pentru care oxigenul și respirația sunt cu adevărat atât de vitale pentru o mare parte a modului în care funcționează transducția energiei în metabolism. Oxigenul este acum abundent. Și a fi un bun acceptor de electroni este motivul pentru care este folosit. Dar, desigur, oxigenul nu era din abundență acum 2 și 1/2 miliarde de ani. Și nu trebuie să fie oxigen pentru ca asta să funcționeze. Dacă aveți un alt acceptor de electroni care, practic, face acest proces favorabil, acesta poate funcționa la fel de bine. Și, de fapt, asta se întâmplă încă în unele medii extreme. Această așa-numită chemosinteză poate folosi practic alți acceptori electronici pentru a conduce energia celulelor. Și chiar aveți nevoie de modalitățile potrivite de a construi un lanț de transport de electroni pentru a face întregul sistem să funcționeze, astfel încât să puteți construi o baterie și să o folosiți pentru a lucra, OK? Deci, oxigenul este folosit în mod obișnuit pentru că este abundent și bun la el, dar nu este singurul mod în care acest lucru poate funcționa. Și există exemple în biologie în care oxigenul nu este folosit, că există și alți acceptori care sunt folosiți în schimb. Acum, vreau să remarc și, așa cum am făcut aluzie în discutarea complexului II, acest FAD/FADH2. Deci, când vorbim despre asta în ciclul TCA sau în oxidarea acizilor grași , discutăm despre asta ca și cum ar fi un fel de NAD/NADH, dar nu este. NAD/NADH sunt practic cofactori care se mișcă între enzime. Fad/fadh2 nu sunt gratuite. Sunt purtători de electroni care fac parte din complexele proteice, așa cum am descris aici. Și fac parte din enzime precum succinat dehidrogenaza. Așadar, complexul II se întâmplă să fie o enzimă care conține FAD/FADH2 care face parte din ciclul TCA și parte a lanțului de transport de electroni ca o modalitate de a transfera electronii din ciclul TCA în pool-ul Q prin această conversie succinat în fumarat. Acil-CoA dehidrogenaza, enzima FAD/FADH2 despre care am discutat în oxidarea acizilor grași, ar putea fi ușor atrasă în schimb în lanțul de transport de electroni care merge acil-CoA dehidrogenază, coenzima Q, III, C, IV, la fel cum putem spune succinat la fumarat. este același cu complexul II, Q, III, C, IV, OK? Și așa că există o mulțime de lanțuri alternative de transport de electroni care implică aceste enzime care conțin FAD/FADH2 care stau într-adevăr în membrană și transferă direct electroni în pool-ul Q. În cele din urmă, scopul tuturor acestor lucruri este, desigur, de a crea acest pH delta psi delta , care poate fi folosit pentru a încărca această baterie, care apoi poate fi făcută pentru a lucra. Și astfel, această muncă include fosforilarea ATP. Și, așadar, dacă încărcăm această baterie, acum o putem folosi ca o modalitate de a cupla curentul din această baterie pentru a fosforila ADP pentru a face ATP, partea de fosforilare a fosforilării oxidative. Acum, acest lucru se întâmplă și printr-un complex proteic mare denumit uneori complex V. Dar amintiți-vă, complexul V, sau această mașinărie a ATP sintazei, nu face parte cu adevărat din lanțul de transport de electroni. Este separat în spațiu și este practic ceva, o modalitate de a utiliza acest pH delta psi delta peste membrană pentru a conduce sinteza ATP. Bine, cum funcționează această sinteză complexă de V sau ATP? Deci, acesta este, de asemenea, un complex proteic mare, care se află în aceeași membrană, desigur, pentru că trebuie să utilizeze potențialul membranei pentru a funcționa. Și așa-numitul complex V este denumit și ATP sintetaza sau ATPaza F0 F1. Și practic, dacă acesta este spațiul intermembranar, aceasta este membrana mitocondrială interioară. Aceasta este matricea. Aveți un complex proteic care se află în membrană numit F0. Este de fapt FO. O reprezintă o oligomicină, deoarece există un medicament numit oligomicină care inhibă partea FO, sau F0, a moleculei. Și apoi există această componentă F1 care este asociată cu componenta F0 care se află pe partea matricei a membranei. Și este efectiv mașina care fosforilează sau interconvertește ATP și ADP pe partea matricei a membranei. Acum, este destul de bine înțeles cum funcționează acest sistem. Și, practic, F1 funcționează printr-un proces numit cataliză rotațională. Cum funcționează acest lucru a fost distins cu Premiul Nobel în 1997, ne-am dat seama nu cu mult timp în urmă. Și, practic, acesta este F1 este un complex mare de proteine ​​în care aveți o subunitate gamma care este atașată la F0 cuplurile, practic, pomparea de protoni la această subunitate gamma pentru a transforma literalmente componenta F1 și a schimba confirmarea regiunilor atașate, părților, această mașină F1. Pentru că se dovedește că puteți avea trei conformații diferite ale restului F1, așa-numita conformație L sau Loose, conformația T sau Tight, sau conformația O sau Deschis. Și astfel, în conformația deschisă, ADP și fosfat sau ATP pot face schimb în interiorul și în afara acestui complex, bine? În confirmarea liberă, practic aveți ADP și fosfat legat. Și în conformația strânsă, aceasta este favorizată pentru a sintetiza ATP. Și astfel vă puteți imagina că ceea ce se întâmplă de fapt aici este că mai întâi se leagă ADP și ATP în această conformație deschisă. Protonii sunt mișcați. Obțineți rotație în jurul subunității gamma. Aceasta schimbă conformația subunității O în subunitatea liberă. Deci acum, aveți ADP plus PI legat. Un alt proton se mișcă, schimbă conformația subunității libere în confirmarea strânsă. Acum, ATP sintetaza este favorizată. Un alt proton se mișcă, revine la conformația deschisă. ATP este eliberat din moleculă și puteți rula din nou un alt ciclu de cataliză rotațională pentru a conduce în cele din urmă ATP la ATP sintaza folosind acest transfer de protoni prin subunitatea F0 pentru a roti în cele din urmă această mașină pentru a sintetiza ATP. Acum, modul în care funcționează F0 este în interiorul membranei - și acest lucru este întotdeauna greu de desenat - practic aveți un complex central cu un alt set de complexe în jurul său care, în interiorul acesteia, au două jumătăți de canale care sunt deschise pe ambele părți. a membranei. Și, deci, dacă te uiți la asta din vedere de sus, deci privind-o drept în jos, ai avea această piesă centrală cu această piesă exterioară cu cele două jumătate de canale care practic se pot roti în jurul tulpinii centrale. Acesta este conectat la subunitatea gamma a F1 în care acţionează cataliza rotaţională. Și modul în care funcționează este că atașat la această piesă interioară care este deschisă la jumătate de canale este un reziduu de aspartat. Deci, acesta este un reziduu de acid aspartic care există. Și amintiți-vă că acidul aspartic, este un acid. Deci, poate ridica un proton sau elibera un proton din grupul său acid, în funcție de pH-ul de pe ambele părți ale membranei. Și deci, amintiți-vă, există un pH diferit pe cele două părți ale membranei. Și chiar acea diferență de pH va permite o întoarcere favorabilă în jurul acestei tulpini centrale. Și astfel pH-ul în spațiul intermembranar este mai scăzut. Deci asta înseamnă că este mai probabil să favorizați protonarea aspartatului. Apoi se poate roti, cum ar fi canalul, acel aspartat este acum expus celuilalt canal, pe partea matricei. Acolo, pH-ul este mai mare, deci favorizează deprotonarea. Și, practic, acest lucru va conduce la mișcarea acestei piese în jurul tulpinii centrale. Aceasta fiind cuplată la subunitatea gamma a F1 va determina rotația subunității F1 schimbând conformația atașată a restului complexului pentru a favoriza sinteza ATP. Și chiar așa este mutarea protonilor înapoi din spațiul intermembranar la matrice poate conduce sinteza ATP, partea de fosforilare a acestui proces. Și acum aveți o imagine completă a modului în care oxidarea carbonului eliberează cu adevărat energie într-un mod care este cuplat cu lucrul în biologie. Deci, putem, desigur, să cuplam acest lucru direct, așa cum am făcut la GAPDH sau la tiokinaza succinică. Dar, în mare parte, este capturat pentru a încărca aceste rapoarte NAD/NADH, unde transportul electronilor favorabil poate fi utilizat pentru a face acest pH delta psi delta într-o membrană care poate fi folosită și pentru a sintetiza ATP, în ciuda unui raport ridicat ATP/ADP, deoarece acea baterie poate fi folosit pentru a conduce acest utilaj. Acum, vreau să subliniez că ATP sintetaza este la fel ca orice altă enzimă din orice cale. Și adică, dacă condițiile sunt potrivite, nu există niciun motiv pentru care această mașină trebuie să conducă sinteza ATP. De asemenea, ar putea consuma ATP ca modalitate de a crea un gradient de protoni. Adică folosiți hidroliza ATP pentru a pompa protoni în direcția opusă în spațiul intermembranar. Ei bine, de ce ai face asta vreodată? Ei bine, ați face asta pentru că a avea această baterie este utilă, deoarece ATP nu este singura modalitate prin care celulele pot folosi energia pentru a lucra. Se dovedește că a avea un potențial de membrană este util pentru alte lucruri. Deci, dacă sunteți în cursul nouă, știți că potențialele de acțiune sunt transportate, practic electricitatea de-a lungul celulelor. Ce este asta? Aceasta înseamnă, practic, schimbarea potențialelor de membrană între celule. În general, potențialele de membrană pot fi folosite pentru a face o mulțime de alte tipuri de muncă. Și astfel ATP este doar o modalitate prin care celulele pot folosi energia biologică, deoarece poate fi cuplată cu reacții altfel nefavorabile. Dar puteți, de asemenea, cupla gradienții de ioni la reacții nefavorabile și să-i folosiți pentru a lucra - și așadar o mulțime de moduri utile prin care delta psi delta pH-ul poate fi folosit de celule. Și deci care sunt unele dintre acestea? Ei bine, primul este că acesta poate fi folosit pentru a genera căldură. Așadar, dacă vă verificați telefonul chiar acum, acesta este, evident, un dispozitiv foarte util pentru a face tot felul de muncă pentru dvs. Puteți citi orice doriți pe telefonul dvs., folosiți-l pentru a suna oamenii. Ei bine, ce se întâmplă dacă scurtcircuitați bateria telefonului dvs.? Ei bine, va deveni foarte cald. Și același lucru se întâmplă aici. În loc să folosesc acest pH delta psi delta pentru a genera ATP, dacă doar pun o gaură în membrană, ceva denumit proteină de decuplare, UCP, proteină de decuplare, aceasta va permite doar scurgerea protonilor înapoi peste membrană. Ei bine, asta e scurtcircuitarea bateriei. Energia trebuie disipată undeva și este disipată sub formă de căldură. Și acestea sunt modalități eficiente prin care biologia poate crea căldură. Și astfel proteinele de decuplare sunt exprimate într-un țesut numit grăsime brună la mamifere. Grăsimea brună este o modalitate de a genera căldură. Și este o modalitate prin care ne menținem temperatura corpului. Acum, sistemul este imperfect. Și o mulțime de celule, toate metabolismul, generează ceva căldură. Dacă ați făcut vreodată compost, știți că grămada de compost se încinge. Asta pentru că organismele de acolo care sunt metabolizate în materialul din grămada de compost generează ceva căldură. Și asta pentru că membranele nu sunt perfecte. Au oarecum scurgeri. Acum, ca oameni, muncim din greu pentru a menține o temperatură constantă a corpului . Și, de fapt, există o cantitate uriașă de energie care merge doar în menținerea temperaturii corpului nostru. Dar vă puteți imagina cât de eficient cuplăm aceste procese vor determina de câte calorii avem nevoie pentru a menține căldura. Și aceasta este de fapt o teorie a controlului greutății, că cei dintre noi care au mitocondrii mai puțin bine cuplate pot mânca mai mult pentru că risipesc mai multă energie în generarea de căldură decât cei dintre noi care sunt cu adevărat eficienți în a face acest lucru. Și, de fapt, există medicamente care vă permit să decuplați generarea de transport de electroni a pH-ului delta psi delta de utilizarea potențialului de membrană. Și acestea sunt medicamente grozave de slăbit. Dinitrofenolul a fost folosit la mijlocul secolului trecut ca agent de pierdere în greutate. A fost foarte eficient. Problema este că este, de asemenea, incredibil de periculos pentru că oamenii vor muri. Pentru că se dovedește că, dacă decuplezi acest proces și nu ai suficient ATP, mori foarte repede. Și deci nu utilizați acel medicament, dar ilustrează cum puteți folosi această baterie pentru a genera căldură, o altă formă de energie. Un alt mare este transportul membranar. Deci dacă vreau să mă concentrez pe ceva... și asta ar putea fi proteinele în mișcare. Sau ar putea fi mutarea altor ioni, ca într-un potențial de acțiune. Sunt procese nefavorabile, nu? Cauz disocierea ionilor de-a lungul membranelor sau mut proteinele dintr-o parte a membranei pe alta. Se pot cupla acele procese de transfer la aceste delta psi delta pH, de asemenea. Și, de fapt, importul de proteine ​​în mitocondrii depinde foarte mult de potențialul membranei pentru a introduce acele proteine. Mitocondriile sunt un loc important de stocare a calciului pentru celule. Calciul este concentrat în mitocondrii. Și acea concentrație poate fi determinată de acest potențial de membrană. Și, desigur, acest potențial poate fi folosit și pentru a alimenta o mulțime de navete, cum ar fi naveta cu carnitină, și pentru a crea de fapt situații în care aveți condiții diferite pe membrane ca o modalitate de a favoriza diferite chimie. Și, deci, ultimul lucru pe care vreau să-l menționez este, de fapt, aceste navete, care sunt doar modalități prin care cineva poate cupla potențialul membranei pentru a conduce alte lucruri, pot fi, de asemenea, foarte importante pentru modul în care funcționează metabolismul. Și vreau doar să ilustrez un aspect al acestui lucru. Deci, dacă îmi desenez mitocondriile aici... lasă-mă să le desenez aici. Dacă desenez o mitocondrie, iată toate aceste procese care au loc aici, unde avem transportul de electroni care generează un potențial prin membrana intermitocondrială care poate fi folosit pentru a sintetiza ATP. Ei bine, această sinteză are loc în mitocondrii. Dar, în cele din urmă, trebuie să scot acel ATP în citosol pentru ca acesta să fie util pentru celulă pentru a rula procese altfel nefavorabile în citosol. Și deci este nevoie de un transportor pentru asta. Există un transportor numit transportor de nucleotide de adenină . Și acest lucru profită parțial de faptul că există o diferență de sarcină între ATP și ADP pentru a cupla de fapt potențialul membranei la schimbul de ATP/ADP între citosol și matricea mitocondrială. Acum, mai sunt și alte probleme despre care vom vorbi și data viitoare. Și așa, amintiți-vă, un anumit metabolism are loc în citosol. Deci, glicoliza care transformă glucoza în piruvat are loc în citosol. Am discutat deja. Asta înseamnă că trebuie să obțineți piruvat în mitocondrii pentru reacția PDH, dar acest lucru generează și NADH în citosol. Și dacă acel NADH trebuie să-și transfere electronii în oxigen, trebuie să introducem și acel NADH în matricea mitocondrială sau, mai corect, să transferăm acești electroni în matricea mitocondrială. Se pare că celulele mențin bazine distincte de NAD/NADH în mitocondrii și citosol. Asta face parte din condițiile care fac diferite reacții favorabile în fiecare compartiment. Și modul în care celulele fac asta, transferul acelor electroni în mitocondrii, ajunge să fie un alt lucru important care trebuie să fie transportul care este condus prin aceste membrane unde se poate folosi delta psi delta pH. Și vom vorbi despre asta la începutul următoarei prelegeri. Mulțumiri.