ELEKTRON TAŞIYICILARI SERİSİ
Sitokrom-Ubikinon
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer
Mitokondrideki solunum zinciri, birbiri ardısıra etki gösteren elektron taşıyıcıları serisidir, birçoğu prostetik gruplarıyla bir ya da iki elektron alabilen/verebilen integral proteindir.
Oksidatif fosforillenmede 3 tip elektron transferi gözlenir:
I. Elektronların doğrudan transferi, Fe+3’in Fe+2’e indirgenmesi gibi;
II. Hidrojen atomu olarak transfer (H+ + e-);
III. hidrid iyonu olarak transfer (:H-) ile elektron yakalar.
• İndirgeyici eşdeğerlik terimi, bir yükseltgenme- ingirgenme tepkimesinde transfer edilen tek bir elektron eşdeğerini tanımlamak için kullanılmıştır.
• NAD ve flavoproteinlerden başka, solunum zincirinde üç tip daha elektron taşıyan molekül işlevi gözlenir: hidrofobik kinon (ubikinon) ve demir içeren iki farklı tip protein (sitokromlar ve
demir-sülfür proteinleri).
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
• Ubikinon (koenzim Q veya kısaca Q da denir) uzun izoprenoid yan zincire sahip yağda eriyen bir
benzokinondur. Kendisine çok benzeyen bileşikler:
plastokinon (bitki kloroplastlarının) ve menakinon (bakterilerin) ubikinon benzeri olarak rol oynar,
zarla ilişkili elektron transfer zincirlerinde elektron taşır.
Ubikinon
• Ubikinon bir elektron alarak semikinon
radikali (QH
-) veya iki elektronla ubikinol
(QH
2) haline gelebilir ve flavoproteinler gibi, iki elektron vericisiyle bir elektron alıcısı arasında kavşak gibi görev
yapabilen bir taşıyıcıdır.
Ubikinon
• Ubikinon, hem küçük hem de hidrofobik olduğundan mitokondri iç zarının lipit çift tabakasından serbestçe geçebilen ve indirgen eşdeğerlikler ile diğerleri arasında mekikleyebilen, zarın az hareketli elektron taşıyıcısıdır.
• Ayrıca hem elektron hem de proton taşıyabildiğinden, proton faaliyetiyle eşleşen elektron akışında merkezi bir rol oynar.
Ubikinon
• Sitokromlar, demir-içeren hem prostetik gruplarından dolayı görünür ışıkta karakteristik kuvvetli absorbsiyon gösteren proteinlerdir. Mitokondri, ışık absorbsiyon spektrumundaki fark ile ayırdedilebilen a, b ve c olarak tanımlanmış üç sınıf sitokrom bulundurur.
Sitokromlar
• Sitokromların prostetik
grupları. Her biri, beş-üyeli, azot-içeren dört halkadan oluşan, porfirin siklik yapı
bulundurur. Dört azot atomu merkezdeki demir atomuyla ilişkidedir, Fe+2 veya Fe+3
olabilir. Demir protoporfirin IX, tipb sitokromlarda
bulunur, hemoglobin ve miyoglobin yapısında yer alır.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer
Hem C, tiyoester bağıyla sistin uçlarından sitokrom c’nin proteinine kovalent bağlanır.
Sitokromlar
8
• Hem A, tip-a
sitokromlarda bulunur, uzun izoprenoid
kuyruğuyla beş-üyeli halkalardan birine
tutunmuştur. Porfirin halkasının konjuge çift- bağ sistemi (kırmızı
gölgeli)
bu hemlerin görünür ışığı absorblamasını sağlar.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar Serisinden Geçer
Sitokromlar
• Sitokromlar indirgenmiş hallerinde (Fe+2), görünür bölgede üç absorbsiyon bandı verir. En uzun dalga boyuna sahip bant, yaklaşık 600 nm civarında sitokrom a tipinindir, 560 nm civarında da tip c’nin bandı yer alır.
• Bir sitokrom tipini tam olarak ayırt etmek için, bazen sitokrom b562 gibi, maksimum absorbsiyon dalga boyunun adıyla kullanılabilir.
Sitokromlar
• Sitokrom c’nin okside (kırmızı) ve redükte (mavi) formlarının absorbsiyon
spektrumu. Redükte formun karakteristik α, β ve γ bantları da gösterilmiştir.
Sitokromlar
• Sitokrom a ve b’nin hem kofaktörleri, sıkı ancak kovalent olmayacak şekilde, birlikte çalıştıkları proteinlere bağlıdır;
tip c sitokromların hemleri sistin uçlarına kovalent bağlanmıştır.
• Bir sitokromun hem demir atomunun standart redüksiyon potansiyeli, flavoproteinlerdeki gibi, kendisinin protein yan zinciriyle etkileşimine bağlıdır ve
bundan dolayı her sitokrom için
farklıdır.
Sitokromlar
• Sitokrom tip a, b ve tip c’nin bazıları iç mitokondri zarının integral proteinleridir.
Çarpıcı bir istisna mitokondrinin sitokrom c’sidir, bu protein iç zarın dış yüzeyindeki elektrostatik etkileşimlerde yer alan eriyebilen bir proteindir.
Sitokromlar
Demir-Sülfür Proteinleri
• İlk olarak Helmut Beinert tarafından tanımlanan demir-sülfür proteinlerde, demir hem yapısında bulunmaz, ama inorganik sülfür atomlarıyla proteindeki sistinin sülfür atomlarıyla veya her ikisiyle ilişkili olabilir.
• Bu demir-sülfür (Fe-S) merkezleri, dört sistin
-SH grubu ile ilişkili tek bir Fe atomu şeklindeki basit
yapılardan, iki veya dört Fe atomu olan daha
karmaşık Fe-S merkezlere kadar değişken yapıda
olabilir.
• Rieske demir-sülfür proteinler bu konuda bir istisnadır, bir Fe atomu iki sistin ucu yerine iki histidin ucuyla ilişkilidir.
• Demir-sülfür proteinlerin hepsi, demir-sülfür grubunun bir demir atomu okside/redükte olarak, bir elektron transferi yapar.
• Mitokondrideki elektron transferinde en az sekiz Fe-S protein işlevi vardır.
• Fe-S proteinlerin redüksiyon potansiyelleri demir ile proteinin mikroortamına bağlı olarak -0,65 V’la +0,45 V arasında değişir.
Demir-Sülfür Proteinleri
• Demir- sülfür merkezler. Demir-sülfür proteinlerin Fe-S merkezleri (a) daki gibi basit olabilir, (a) dört sistin ucunun S atomları tarafından çevrelenmiş tek bir Fe atomu vardır.
• Diğer merkezlerde hem inorganik S, hem de sistin S atomları bulunur, 2Fe-2S (b) veya 4Fe-4S (c) merkezler gibi.
• Mitokondri solunum zinciri tarafından katalizlenen tüm tepkimelerde elektronlar, NADH, süksinat veya diğer bazı birincil elektron vericilerden flavoproteinlere, ubikinona, demir-sülfür proteinlere, sitokromlara ve sonuçta O2’e doğru akar.
• Sıralanmayı saptamak için taşıyıcı davranışlarına bakılarak kullanılan metodlar bilgi vericidir, bu genel yaklaşım diğer elektron transfer zinciri çalışmalarında da (kloroplastlar da olduğu gibi) kullanılmaktadır.
Demir-Sülfür Proteinleri
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
• Önce elektron taşıyıcılarının kendi standart redüksiyon potansiyelleri deneysel olarak saptanmıştır.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
• Taşıyıcıların, işlevsel olarak artan şekilde bu redüksiyon potansiyeline göre sıralanması beklenir, çünkü elektronlar daha düşük E '° 'a sahip olan taşıyıcıdan, daha yüksek E '° sahip olan taşıyıcıya kendiliğinden akmaya eğilimlidir.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
• Bu yöntem ile ortaya çıkan taşıyıcıların sıralanması
• NADH —» Q —» sitokrom b —» sitokrom c1—»
sitokrom c —» sitokrom a —» sitokrom a3 —» O2 şeklindedir.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
• Bununla beraber, standart redüksiyon potansiyellerine göre sıralanma, hücre içi koşullarda önemli değildir, hücre koşullarında okside ve redükte formların derişimlerine bağlı olarak güncel redüksiyon potansiyellerine göre sıralanma daha önem kazanır.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
Elektron taşıyıcıların dizisini saptamak için uygulanan ikinci bir yöntemde; elektron kaynağı mevcut olup, elektron alıcısı olmayan (O
2yok) deneysel bir ortamda zincir taşıyıcıların tümü indirgenir, O
2sisteme aniden dahil edilince, her bir elektron taşıyıcısının okside hale gelme hızı (spektroskopik olarak ölçülür), taşıyıcıların işlevsel sıralanışını gösterir.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
• O
2’e en yakın taşıyıcı (zincirin sonunda) elektronlarını ilk verendir, ardından, sondan ikinci taşıyıcı okside olur ve devam eder.
• Bu gibi deneyler standart redüksiyon potansiyellerinden elde edilen sıralanmayı kanıtlamaktadır.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
• Sıralanmanın sonuncu kanıtı olarak da, her bir taşıyıcının oksidasyon derecesinin ölçümüyle değerlendirilen, zincirde elektronların akışını inhibe eden maddeler kullanılır.
• O2 ve bir elektron vericisinin varlığında, inhibe edilen basamağın öncesindeki taşıyıcılar tam indirgenmiş, sonrasındaki taşıyıcılar tamamen yükseltgenmiştir.
• Değişik inhibitörler kullanılarak zincirde farklı
basamaklar bloke edilir, sıralanma tümüyle ortaya çıkarılır; buradan elde edilen sıralanma da, ilk iki yaklaşımdaki gibidir.
Elektronlar Zara-Bağlı Taşıyıcılar
Serisinden Geçer
• Elektron taşıyıcıların sıralanmasını saptayan metod. Bu metod, taşıyıcıların oksidasyon durumunda, elektron-transfer
inhibitörlerinin etkisini ölçer.
• 02 ve bir elektron vericisi bulunan bir ortamda, her bir inhibitor okside/redükte taşıyıcıların karakteristik bir durumuna neden olur: taşıyıcılar blok öncesinde indirgenmiş (mavi), sonrasında
