Pont annyi, amennyit beleteszel.



Loading


Elektronátvivők, redox reakciók enzimjei

  • 2012. szeptember 18-19.
  • Előadó: Bánhegyi Gábor

Elektronátvivők redoxpotenciálja mutatja meg, hogy elektron leadás vagy felvétel a jellemzőbb rájuk – minél negatívabb érték, annál fogékonyabb elektron leadására, minél pozitívabb, annál nagyobb affinitással köti meg az elektront. Redoxpotenciál kijelöli az elektron „vándorlását”, pl. redukált intermedier (nagy ε°) – elektronátvivő (magas, de nem a legmagasabb redoxpotenciál) – oxigén, vagy alternatív akceptorok

Intermedier anyagcsere elektronátvivői (növekvő redoxpotenciállal felsorolva):

  • NAD+ (nikotinamid-adenin-dinukleotid) – szabad koenzim, ε°= (-,042)-(-0,32)
  • NADP+ (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) – szabad koenzim
  • FAD (flavin-adenin-dinukleotid) és FMN (flavin-mononukleotid) – prosztetikus csoport
  • ubikinon (koenzim Q) lipidoldékony, membránhoz kötött
  • vas-kén komplexek – enzimhez kötött, prosztetikus csoport
  • hem tartalmú molekulák – enzimhez kötött, prosztetikus csoport

Antioxidáns védelemben résztvevők:

  • glutation (tripeptid, cisztein aminosav SH-csoportja egy másik glutation SH-csoportjával reagálva dimert hozhat létre diszulfid-híddal – oxidáció lehetősége, ritkán az intermedier anyagcserében is szerepel)
  • aszkorbinsav
  • E-vitamin (lipid, membránban lokalizált)
NAD+/NADH és NADP+/NADPH:

oxidált forma: stabil aromás piridin+adenin dinukleotid, pozitív töltés. Két elektron és egy proton felvételével (plusz egy proton oldatban tartásával) redukált formájúvá alakul: stabil kinoidális szerkezet, N nemkötő elektronpárral rendelkezik. piridin: funkcionális rész, adenin: a megfelelő enzimhez való kötődést biztosítja, ezt befolyásolja a foszforiláltság vizsgálati módszer: NAD+ és NADH abszorpciós maximumot mutat 260 nm-nél, de a kinoidális szerkezet miatt a NADH 340 nm-nél is mutat lokálisan abszorpciós maximumot, spektrofotométerrel elkülöníthetők

FAD/FADH2 és FMN/FMNH2:
  • az elektrontranszferért a molekula izoalloxazin csoportja felelős
  • aromás gyűrű + e- + H+ → szemikinon forma + e- +H+ → stabil kinoidális szerkezet
  • redukált FAD könnyen reagál oxigénnel, oxidálódik – reduktázok nem működnek FAD-dal! pl. zsíracil-KoA dehidrogenáz: FAD-ot köt, de a FAD nem oxidálódik – elektronok légzési láncba kerülnek ↔ zsíracil-KoA oxigenáz: FAD oxidálódik, elektronok nem kerülnek légzési láncba
  • szemikinon párosítatlan spinű N-t tartalmaz, reaktív szabadgyök, oxigénnel is reagálhat – oxidációs „baleset”, oxigén szabadgyökök keletkezhetnek
  • fotométerrel nem detektálható a redukált és oxidált állapot
Ubikinon:

KoAQ vagy Q10 – kinon származék 10 izoprénegységgel belső mitokondrium membránban lokalizált, egy H felvételével szemiubikinonná, még egy H felvételével ubikinollá alakul szemiubikinon stabil, kevésbé reakcióképes, oxigénnel nem reagál

Vas-kén fehérjék:

Légzési láncban szerepel, mindig egy elektron átvitele történik ferri (Fe3+) – ferro (Fe2+) át- illetve visszaalakulással pl.:

  • 4 cisztein oldallánc S-je megköt egy vasat
  • 4 cisztein + 2 szervetlen S megköt két vasat
  • 4 cisztein + 4 szervetlen kén megköt 4 vasat
Hem:

(pl. citokrómokban)

  • myoglobinban, hemoglobinban oxigén-szállító, stabil a ferro (Fe2+) állapot
  • citokrómokban elektronszállító, ferro-ferri átmenet történik – vas 4 nitrogénatomhoz köt + 2 axiális ligandhoz köt, oxigén nem fér a vashoz
„Alkalmazott” elektronátvivő választási szempontjai:
  • redoxpotenciál: kijelöli, hogy végbemehet-e az adott reakció az adott koncentrációviszonyok mellett
  • egy vagy két elektron átvitelére van szükség? (leggyakrabban 2)
  • hidrofil vagy hidrofób a környezet? (elektronátvivőnek is ehhez kell alkalmazkodnia)
  • enzim természete
  • történjen-e közvetlen reakció oxigénnel?
Átvitel módja:

Szubsztrátról átvivőre, szubsztrátról átvivőn át oxigénre, szubsztrátról átvivők láncát át oxigénre, egyre növekvő redoxpotenciál-sor jellemzi

NAD+ vagy NADP+?

– aznos redoxpotenciál, enzimek is ugyanúgy kötik NAD+: sejten belül magas oxidált-forma koncentráció (700-szoros), oxidatív foszforiláció – energiatermelésben vesz részt NADP+: sejten belül magas redukált-forma koncentráció, oxidációjához bioszintézis, hidroxiláció, antioxidáns redukálása kapcsolható össze – szintézisben és védelemben vesz részt

NAD vagy FAD?

C=C kötés FAD enzimek hoznak létre, C=O kötést NAD-enzimek – tandemben ketocsoportot hoznak létre, pl. zsírsavoxidáció

Oxidoreduktázok:

  • oxidázok: szubsztrát + molekuláris oxigén elektronjai

AH2 + O2 – A + H2O általában flavoproteinek, pl. xantin-oxidáz 4 AH + O2 – 4 A + 2 H2O citokróm C oxidáz – egyetlen ilyen közvetlen reakció

  • dehidrogenázok, reduktázok: reakcióban nincs oxigén

AH2 + átvivő – A + átvivő H2 leggyakrabban NAD(P), ritkán FAD, FMN

  • oxigenázok: oxigén beépülésével
  1. Monooxigenáz (egy oxigénatom épül be, másik oxigént a molekulából redukált átvivő redukál) AH + átvivőH2 + O2 – A-OH + átvivő + H2O pl. citokróm P450
  2. Dioxigenáz (egy molekulányi oxigén épül be) AH + O2 – A-O2H hidroperoxil, reaktív csoport keletkezik
  • peroxidázok: H2O2 és hidroperoxidok eliminálása
  1. Kataláz – diszproporcionálódás: 2 részben redukált kiindulási anyagból teljesen redukált + teljesen oxidált termék H2O2 + H2O2 – 2H2O + O2
  2. Peroxidáz – antioxidánssal, pl. glutation-peroxidáz. Prosztetikus csoportok lehetnek: hem, szelén, cisztein oldallánc H2O2 + AH2 – 2 H2O + A

Oxigén metabolizmus, toxicitás, és jelátvitel

Föld légköre: redukáló légkör – majd oxidáló, stressz az élőlényeknek – védekezési mechanizmusok az oxidációval szemben, de vannak káros hatások

O2 + 4 e- + 4 H → 2 H2O teljes oxidáció, de folyamatában keletkezhetnek reaktív oxigén termékek:

ROS (reactive oxygen species)
  • szabadgyökök (szuperoxid, hidroxil gyök, peroxil gyök, alkoxil gyök, hidroperoxil gyök)
  • nem szabadgyök (hidrogén peroxid, hipoklórossav, ózon, szinglet oxigén)

Más molekulákkal reagálnak: szabadgyök+nem szabadgyök – további szabadgyök is keletkezik

RNS (reactive nitrogen species)
  • szabadgyök (nitrogén II monoxid, nitrogén IV dioxid)
  • nem szabadgyök (peroxinitrit ONOO-, salétromossav, nitrogén III oxid)

Egyensúly a prooxidáns (reaktív oxigéntermékek képződését katalizálják, vagy maguk is oxidáló hatásúak) és antioxidáns anyagok között – eltolódhat prooxidáns felé: oxidatív stressz – eltolódhat antioxidáns felé: reduktív stressz Prooxidáns: elektron akceptor, magas redoxpotenciál - Antioxidáns: elektron donor, alacsony redoxpotenciál

ROS es RNS képződés:

  • enzimreakció főterméke
  • véletlen mechanizmus

Lehetnek: kis molekulasúlyúak, vízoldékonyak, zsíroldékonyak (endogén vagy exogén)

szuperoxid gyök:

mitokondriális légzési lánc, kémiai baleset, mikroszomális légzési lánc, hemoglobin oxigénkötése, dioxigenázok, oxigén direkt reakciója fémionnal, reakció szemikinonokkal (2 kg termelődik) Termeli: NADPH oxidáz (NOX) granulocyták plazmamembránjában FAD, citokróm is van a miniatűr légzési láncban Szuperoxidot SOD továbbalakítja H2O2-dá, majd HOCl keletkezik belőle, szükséges: ATP bontás Nitrogén monoxid gyökkel peroxinitrit (ONOO-) keletkezik, reaktív anyag Krónikus granulomatózus betegség: fagocitál, de nem tudja elpusztítani, granulum keletkezik, fertőzés perzisztál Hb: előfordulhat vas Fe3+-má alakulása szuperoxid keletkezése mellett, dezoxi methemoglobin kötni nem tud - metHb reduktáz enzim visszaalakítja, ha hiányzik: methemoglobinémia, terápia: c vitamin Kinonok redox ciklusa: hidroxikinonból szemikinon, majd újra kinon, de vannak enzimek, amelyek kinon: szemikinon átalakulást katalizálnak - fehérjékkel adduktokat képeznek, NADPH elfogyhat Paracetamol: túladagolás, éhezés eseten toxikus lehet

hidrogén peroxid

keletkezése: szuperoxid anionból keletkezhet, dizmutálással (SOD) flavoproteinek működése során keletkezik, pl. aminosav oxidáz

hidroxil gyök

keletkezése: legveszélyesebb, mert kontrollálatlan módon keletkezik, enzimmel nem hatástalanítható: Fenton reakció, Haber-Weiss reakció

Szabadgyökök egymással való reakciói:

Káros hatások:

  • Lipidek peroxidációja, ezáltal membrán károsodik, nem specifikus permeabilitás változás, lipoproteinek peroxidációja - ateroszklerózis, élelmiszer avasodás
  • Nukleinsavak bázisai, fehérje aminosav oldalláncok oxidatív károsodásai
  • Lipidperoxidáció: H elvonás, gyök keletkezik, átrendeződés után konjugált dién, lipid peroxil gyök: lipid endoperoxidok, hidroperoxidok keletkeznek, láncreakció

Lipidperoxidáció terminálása: tokoferol molekula visszaalakítja, tokoferil keletkezik, aszkorbinsav visszaalakítja - véges a visszaalakulás, kimerül a redukáló mechanizmus

ANTIOXIDÁNSOK:

Antioxidánsok redoxpotenciálja kijelöli az elektronvándorlást (Halliwell-Asada ciklus)

  1. Legfontosabb endogén antioxidáns: glutation (két enzimatikus lépéssel keletkező tripeptid), magas koncentráció, diszulfiddá alakul oxidációval, 9o%ban redukált formában van jelen – oxidált termékek, gyökök redukálásának lehetősége
  2. urát, húgysav: purin metabolizmus végterméke, gyökfogó, bar rossz vízoldhatóságú savas pH-n
  3. bilirubin: hem lebontás végterméke az élővilágban leggyakrabban biliverdin, emberben bilirubin, ez rossz vízoldhatóságú: viszont antioxidáns!
  4. tokoferol: alfa nagy mennyiségben, alfa tokoferin gyököt hoz létre, exogén
  5. Aszkorbinsav: exogén, aszkorbil gyökké alakul, két gyök dizmutálva dehidroaszkorbáttá ill. aszkorbinsavvá alakul
  6. Színes növényi anyagok: karotin, likopin - konjugált dién szerkezet, ezeket a molekulákat támadják a szabadgyökök, támadáspont a molekula közepén, alkalmazás: pl. napvédő krémekben
  7. Növényi anyagcseretermékek: EGCg (zöldtea aktív hatóanyaga), rezveratrol (vörösborban) szív- és érrendszeri betegségek megelőzése („francia paradoxon”)
  8. Extracelluláris antioxidánsok preventív hatásúak: transzferrin: ferri ionokat köt, hemopexin: hemet köt, Haptoglobin: teljes szabad hemoglobint köt, cöruloplazmin: réziont köt, albumin: kismértékű antioxidáns hatás, sok tiolcsoport, jó gyökfogó, rézionokat is meg tud kötni – megakadályozzák a szabadgyökök keletkezését

Más nyelveken
Oldal fordításai:
QR Code
QR Code Elektronátvivők, redox reakciók enzimjei (generated for current page)