פספתי את החצי הראשון של השיעור - מוזמנים להשלים. להלן החצי השני.
מעכבי זרחון חמצוני (Agents that Inhibit Oxidative Phosphorylation)
Agents that Inhibit Oxidative Phosphorylation
TABLE 19-4
Agents That Interfere with Oxidative Phosphorylation
| Type of interference | Compounda | Target/mode of action |
| Inhibition of electron transfer | | Inhibit cytochrome oxidase |
| Inhibition of electron transfer | Antimycin A | Blocks electron transfer from cytochrome b to cytochrome c1 |
| Inhibition of electron transfer | - Myxothiazol
- Rotenone
- Amytal
- Piericidin A
| Prevent electron transfer from Fe-S center to ubiquinone |
| Inhibition of ATP synthase | Aurovertin | Inhibit F1 |
| Inhibition of ATP synthase | | Inhibit F0 |
| Inhibition of ATP synthase | DCCD | Blocks proton flow through F0 |
| Uncoupling of phosphorylation from electron transfer | | Hydrophobic proton carriers |
| Uncoupling of phosphorylation from electron transfer | Valinomycin | K+ ionophore |
| Uncoupling of phosphorylation from electron transfer | Uncoupling protein 1 | In brown adipose tissue, forms proton-conducting pores in inner mitochondrial membrane |
| Inhibition of ATP-ADP exchange | Atractyloside | Inhibits adenine nucleotide translocase |
סיכום המעכבים
עיקרון הצימוד (Coupling)
קיים צימוד בין פעילות ATP Synthase לבין שרשרת הובלת האלקטרונים:
- כדי ש-ATP Synthase יעבוד ← שרשרת הובלת האלקטרונים חייבת לעבוד (מעבר פרוטונים יוצר את הגרדיאנט)
- כדי ששרשרת הובלת האלקטרונים תעבוד ← צריך לייצר ATP (אחרת הגרדיאנט גדל מדי ועוצר את השרשרת)
סוגי המעכבים
| קטגוריה | דוגמאות | מנגנון פעולה |
| עיכוב שרשרת הובלת אלקטרונים | Cyanide, CO, Rotenone, Antimycin A | חוסמים קומפלקסים שונים בשרשרת |
| עיכוב ATP Synthase | Oligomycin, Venturicidin, DCCD | חוסמים את $\text{F}_{\text{O}}$ או $\text{F}_1$ |
| מפרידי צימוד (Uncouplers) | DNP, FCCP | נשאי פרוטונים הידרופוביים - מעבירים $\ce{H+}$ דרך הממברנה בלי ATP Synthase |
| יונופורים | Valinomycin | מאפשר כניסת $\ce{K+}$ לממברנה, מפרק את הגרדיאנט |
| עיכוב חילוף ATP-ADP | Atractyloside | חוסם את ה-Adenine Nucleotide Translocase |
צימוד בין הובלת אלקטרונים לסינתזת ATP (Coupling of Electron Transfer and ATP Synthesis)
הניסוי הקלאסי
פרשנות הגרפים
| תנאי | צריכת O₂ | ייצור ATP | הסבר |
| ללא סובסטרט | זניחה | זניח | אין מקור אלקטרונים |
| הוספת Succinate | עולה | עולה | סובסטרט לקומפלקס II ← שרשרת עובדת ← ATP נוצר |
| הוספת Cyanide | נעצרת | נעצר | חוסם קומפלקס IV ← אין צריכת O₂ ← אין גרדיאנט ← אין ATP |
| הוספת Oligomycin/Venturicidin | נעצרת | נעצר | חוסם $\text{F}_{\text{O}}$ ← אין ייצור ATP ← גרדיאנט גדל ← שרשרת נעצרת |
| הוספת DNP/FCCP | עולה מאוד | נעצר | פרוטונים עוברים דרך הממברנה בלי ATP Synthase ← שרשרת “רצה” בלי בלם ← אין ייצור ATP |
מסקנה חשובה: מפרידי צימוד (Uncouplers) גורמים לשרשרת לעבוד במהירות מקסימלית, אבל כל האנרגיה הופכת לחום במקום ל-ATP.
יישום ביולוגי: Uncoupling Protein 1 (UCP1) ברקמת שומן חומה עושה בדיוק את זה - מייצר חום לשמירה על טמפרטורת הגוף בתינוקות ובבעלי חיים מתרדמים.
מבנה קומפלקס $\text{F}_{\text{O}}$$\text{F}_1$ (ATP Synthase)
מבנה הקומפלקס
ATP Synthase מורכב משני חלקים עיקריים:
חלק $\text{F}_1$ (בולט למטריקס)
| תת-יחידה | כמות | תפקיד |
| α (אלפא) | 3 | תמיכה מבנית, ללא פעילות קטליטית |
| β (בטא) | 3 | האתר הקטליטי - כאן נוצר ATP |
| γ (גמא) | 1 | ציר מרכזי מסתובב |
| δ (דלתא) | 1 | מחבר בין \(\text{F}_{1}\) ל- $\text{F}_{\text{O}}$ |
| ε (אפסילון) | 1 | רגולציה |
חלק $\text{F}_{\text{O}}$ (משובץ בממברנה)
| תת-יחידה | כמות | תפקיד |
| a | 1 | חלבון ממברנלי, מכיל את תעלת הפרוטונים |
| b | 2 | מחברים את $\text{F}_{\text{O}}$ ל-$\text{F}_1$, יוצרים את ה-“סטטור” (החלק הקבוע) |
| c ring | 15-8 (תלוי באורגניזם) | טבעת מסתובבת, מאפשרת מעבר פרוטונים למטריקס |
הערה: בתאים אאוקריוטיים, ATP Synthase נמצא כדימר (שני קומפלקסים צמודים) בקצוות הקריסטות של המיטוכונדריה.
מודל שינוי הקונפורמציה (Binding-Change Model)
העיקרון
סינתזת ATP מתרחשת בתורות בשלוש יחידות ה-β. בכל רגע נתון, כל יחידת β נמצאת במצב שונה:
| מצב | תיאור | מה קורה |
| O (Open) | פתוח | שחרור ATP, קליטת ADP + Pᵢ |
| L (Loose) | רופף | ADP + Pᵢ קשורים רפויות |
| T (Tight) | הדוק | קטליזה - יצירת ATP |
מנגנון הסיבוב
- מעבר 3 פרוטונים דרך $\text{F}_{\text{O}}$ גורם לסיבוב של 120° ב-c ring וביחידת γ
- הסיבוב גורם לשינוי קונפורמציה בשלוש יחידות β
- כל יחידת β עוברת: O ← L ← T ← O
- בכל סיבוב של 360° נוצרים שלוש מולקולות ATP
סטויכיומטריה: נדרשים כשלושה פרוטונים ליצירת יחידת ATP אחת (בנוסף, נדרש עוד פרוטון אחד להכנסת Pᵢ למטריקס, סה”כ בערך $\ce{4H+} /\text{ATP}$)
גרדיאנט הפרוטונים מניע שחרור ATP מהאנזים
הבדל מאנזימים רגילים
| אנזים רגיל | ATP Synthase |
| המחסום האנרגטי העיקרי = יצירת מצב המעבר | המחסום האנרגטי העיקרי = שחרור ATP מהאנזים |
| הקטליזה עצמה דורשת אנרגיה | הקטליזה (יצירת הקשר P-O) קלה יחסית |
מסקנה: האנרגיה מגרדיאנט הפרוטונים לא משמשת ליצירת הקשר הכימי ב-ATP, אלא בעיקר לשחרור ה-ATP מאתר הקישור ההדוק באנזים.
מודל לסיבוב ה-c Ring על ידי פרוטונים
מנגנון הסיבוב
דימוי: כמו טורבינת מים - זרם הפרוטונים “דוחף” את הטבעת להסתובב.
השלבים
- כניסת $\ce{H+}$ מה-P side (צד חיובי/מרווח הבין-ממברני):
- פרוטון נכנס דרך תעלה ביחידה a
- נקשר להיסטידין ביחידה a
- העברה לטבעת c:
- הפרוטון עובר מהיסטידין לגלוטמט (או אספרטט) על יחידת c
- הגלוטמט הופך מטעון שלילי ($\ce{COO-}$) לנייטרלי ($\ce{COOH}$)
- סיבוב הטבעת:
- אינטראקציה עם ארגינין ביחידה a דוחפת את יחידת c הטעונה
- קישור של פרוטון חדש ← סיבוב של יחידה אחת
- שחרור $\ce{H+}$ ל-N side (צד שלילי/מטריקס):
- כשיחידת c מגיעה לצד השני של יחידה a
- הפרוטון משתחרר למטריקס
- הגלוטמט חוזר להיות טעון שלילי
סיכום: כל פרוטון שעובר גורם לסיבוב קטן של ה-c ring. הצטברות של סיבובים קטנים מניעה את יחידת γ ומשנה את הקונפורמציה של יחידות β.
סיכום: קטליזה סיבובית (Rotational Catalysis)
הקטליזה הסיבובית היא המפתח למנגנון ה-Binding-Change:
- גרדיאנט פרוטונים ← מניע סיבוב של c ring
- סיבוב c ring ← מסובב את יחידת γ
- סיבוב γ ← משנה קונפורמציה של יחידות β
- שינוי קונפורמציה ← O ← L ← T ← O
- במצב T ← נוצר ATP
- במצב O ← ATP משתחרר
ATP Synthase הוא למעשה מנוע מולקולרי סיבובי - אחד המנועים הקטנים והיעילים ביותר בטבע!
המשך יבוא - בהצלחה!
דור פסקל